Елена Качур - Увлекательная физика

– Дядя Кузя, почему же на камень не действует выталкивающая сила?

– Очень даже действует. Но она равна весу воды, вытесненной камешком. А сколько он её может вытеснить?

– Совсем чуть-чуть, он же маленький.

– Но тяжёлый. Его собственная сила веса не так уж мала, и она точно больше силы веса вытесненной воды. Поэтому камешек и уходит на дно.

– Он тонет. А лодка плавает.

– Только прокатиться на ней у нас не получится. Похоже, приближается гроза.

Точно. С озера подул сильный ветер, вода покрылась рябью, а над дальним лесом показалась огромная фиолетовая туча.

Как поднять клад с затонувшего в океане корабля?

Возьми несколько монеток и погрузи их под воду в ванне или тазу. Представь, что это клад. Как поднять его на поверхность? Монетки сами не всплывают, потому что они тяжелее воды. Попробуй сложить монеты в мешок, а в качестве мешка возьми воздушный шарик. Сложи монетки в шарик, завяжи его, опусти на дно и проверь, всплывает ли клад теперь? Не получается? Тогда надуй шарик с монетками внутри, снова завяжи его и опусти на дно.

Всплывает? Да, а всё потому, что объем шарика увеличился, и архимедова сила, которая выталкивает шарик из воды, выросла.

Гроза

Удивительное электричество

– Ой! Небо прочертила огненная линия!

– Это молния – удивительное электрическое явление природы.

– Дядя Кузя, я про электричество знаю, оно у нас дома, в розетке. А здесь оно откуда взялось?

– Электричество есть не только в розетке, оно есть везде, где имеются электрические заряды. Сейчас я объясню, что это такое. Ещё древние греки заметили: если потереть о шерстяную ткань камень, который называется янтарём, он после этого начинает притягивать к себе лёгкие предметы – пушинки, волоски.

– Может, это сила тяготения их заставляет притягиваться?

– Нет, Чевостик. Причина в электрическом заряде, который появился в янтаре после того, как его потёрли о шерсть. Позже люди узнали, что электрические заряды бывают двух видов. Для удобства их стали называть положительными и отрицательными и обозначать знаками «плюс» и «минус». Физики говорят, что тела, у которых есть любой электрический заряд, заряжены. Так вот, тела с положительным зарядом, или положительно заряженные, отталкиваются друг от друга.

– А отрицательные?

Противоположные заряды притягиваются, а одинаковые отталкиваются друг от друга

– Тоже отталкиваются. Но если рядом окажутся положительно заряженный и отрицательно заряженный предмет, они, наоборот, притянутся.

– Повторим: разные заряды притягиваются, а одинаковые отталкиваются.

– У заряженных предметов есть ещё одна особенность: вокруг них существует электрическое поле.

– А его можно увидеть?

– Оно невидимо. Но мы всё равно можем его обнаружить. Дело в том, что в электрическом поле маленькие заряженные частицы начинают двигаться, это похоже на движение воды в ручье. Такое движение электрически заряженных частиц называется электрическим током.

– Я знаю, он бежит по всяким проводам.

– Правильнее говорить «течёт». Разные вещества проводят ток по-разному. Это значит, что в одних ему течь легче, в других – труднее. Провода делают из меди. Этот металл очень хорошо проводит ток. Медная проволока надёжно спрятана в середине провода. Снаружи он сделан из материалов, которые ток совсем не проводят.

Движение заряженных частиц в электрическом поле похоже на движение воды в ручье

– А зачем?

– Чтобы никого током не ударило. Наше тело – неплохой проводник, но, если ток вдруг потечёт не по проводу, а по руке или ноге, ничего хорошего не получится. Он нас ударит. И очень серьёзно. Сегодня в любом доме есть множество электроприборов и электрических розеток. Не забывай, лазить в них очень и очень опасно.

– Что ты, дядя Кузя! Я про это давно знаю. А электрический ток умеет течь только по твёрдым вещам?

– Нет. Он может течь и в жидкости, и в газе. Когда ток протекает через какой-нибудь газ, получается электрический разряд. Смотри, прямо сейчас над лесом, на том берегу, сверкнул один такой разряд, а за ним – второй.

– Дядя Кузя, какие же это разряды? Это же молнии.

– Молния и есть электрический разряд, только очень большой – гигантский.

– Ничего не понимаю. Ведь молния берётся из облака. Откуда же в облаках электрический ток?

– Дело в том, что грозовые облака сильно электрически заряжены. Поэтому в таких облаках и рядом с ними существует электрическое поле.

– Тогда всё просто! И понятно, откуда в грозовых облаках берутся разряды-молнии.

– Чевостик, я бы не торопился говорить, что тут всё ясно и понятно. У учёных есть ещё много вопросов о том, как и почему появляются молнии. Изучение этого природного явления продолжается.

И прямо на этих словах в небе сверкнула новая молния! А за ней прогремел гром! И тяжёлые капли застучали по дорожке, по воде. Одна холодная капля попала мне на нос, вторая – за шиворот. Ой, да их не сосчитать, сейчас начнётся ливень!

– Чевостик, бегом в дом лодочной станции!

Хорошо, что она совсем рядом.

– Дядя Кузя! Кажется, успели! И почти не намокли.

– Во время грозы главная опасность не ливень, а молния. Она может ударить в высокое дерево, столб и даже в человека. Поэтому грозу безопаснее всего пережидать в каком-нибудь здании.

И ни в коем случае не находиться во время грозы в воде.

– А почему?

– Грозовой разряд легко доберётся до глупого купальщика, потому что вода рек, морей и озёр хорошо проводит электрический ток. По этой же причине не стоит хвататься за электроприборы мокрыми руками. Хорошо, Чевостик, что мы в надёжном укрытии.

Ещё бы. Здесь тепло и уютно, а за окнами бушует гроза! Кусты гнутся почти до земли, кажется, что ветер вот-вот сорвёт с них все листья. Молния попала прямо в озеро, и почти сразу громыхнуло.

Сделай из бумаги маленький кораблик и помести его в таз с водой. Надуй воздушный шарик и поднеси его к кораблику. Плывет ли кораблик за твоим воздушным шаром? Теперь как следует потри шариком по своим волосам и снова попробуй управлять кораблём. Ты увидишь, что бумажный кораблик будет плыть в сторону шарика. Это происходит потому, что шарик от трения накапливает электрический заряд и начинает притягивать к себе электрический заряд бумаги.

Пережидаем грозу

Скорость света и звука. Звуковые волны

– Чевостик, слышал? Гроза совсем рядом, на расстоянии одного километра.

– Дядя Кузя, откуда ты знаешь? Неужели сидя под крышей можно понять, далеко или близко гроза?

– Для того, кто знает физику, это легко. Нужно просто посчитать, сколько секунд прошло между вспышкой молнии и громом. Если гроза прямо над головой, то гром и молния происходят одновременно. Но если разряд далеко от нас, то сначала мы видим молнию и только через какое-то время слышим удар грома.

– Интересно, почему он опаздывает?

– У света и звука разные скорости. Скорость звука в воздухе во много-много раз меньше скорости света.

– А во сколько?

– Примерно в миллион раз.

– В миллион! Вот это у света скорость!

Свет – чемпион мира по скорости. От Луны до Земли он долетает за 1,3 секунды. Человеку понадобится 6255 дней, чтобы пройти пешком это расстояние

– Свет – чемпион мира по скорости. Скоростей выше, чем скорость света, не бывает. Свет пре-одолевает за одну секунду примерно триста тысяч километров. Чтобы дойти от Солнца до Земли, ему понадобится всего восемь минут. Ну, а несколько километров для света такая ерунда, что можно считать, что мы видим вспышку молнии сразу, как только она появилась.

– А гром?

– Гром – это звук, а звук – другое дело. Чтобы пробежать один километр в воздухе, ему потребуется целых три секунды. Секунда – это приблизительно то время, за которое мы произносим «двадцать два». Когда я увидел молнию, то сразу начал считать про себя: двадцать два, двадцать два, двадцать два.

Звук «пробегает» 1 километр за 3 секунды

– И после третьего раза громыхнуло! Посчитаем. Прошло три секунды, за это время звук пробегает один километр, а значит, и гром, и молния были от нас на расстоянии одного километра! Теперь я тоже всегда буду считать, как далеко гроза! Дядя Кузя, я вспомнил вопрос, на который давно хочу получить ответ: откуда берётся гром?

– Когда бьёт молния, она очень сильно разогревает воздух рядом с собой. То, что с ним при этом происходит, можно сравнить со взрывом. Как и при взрыве, во время грозового разряда в воздухе образуются мощные звуковые волны и мы слышим грохот.