Яков Перельман - Физика на каждом шагу
Будут и другие неудобства в этом мире. Сами сообразите, какие: все вещи – и малые и большие, – если они не прикреплены, будут подниматься от малейшего ветерка и носиться в воздухе. Люди, животные, автомобили, телеги, корабли – все беспорядочно металось бы в воздухе, ломая и калеча друг друга… Вот что произошло бы, если бы Земля вращалась значительно быстрее.
Сжатие земного шара
Вращением Земли объясняется и то, что она, строго говоря, не представляет собой шара, а сплющена по направлению своей оси. Простой опыт уяснит нам, почему Земля приняла такую форму.
Рис. 29. Почему земной шар раздут у экватора?
Вырежьте кружок из плотного и прочного картона, вершков 5–6 в диаметре, и по обе стороны его центра просверлите по дырочке. Сквозь эти дырочки протяните бечевки. Такой кружок легко привести в быстрое вращательное движение; для этого нужно, слегка натянув бечевки, обернуть кружок несколько раз и затем, когда бечевки закрутятся, отпустить его, сильно натянув бечевки: кружок завертится довольно быстро (рис. 29).
Теперь мы можем устроить маленькое подобие земного шара. Проведите на вашем кружке два диаметра под прямым углом. По концам диаметров воткните в кромку картона по игле. Из плотной бумаги приготовьте два кольца шириной в палец и диаметром чуть побольше вашего кружка. Вставьте кольцо одно в другое накрест и склейте места их соприкосновения. Это – «меридианы» вашего земного шара.
Через отверстия в «полюсах» (местах схождения «меридианов») пропустите бечевки от кружка; самый же кружок поместите на месте «экватора», проткнув ленты остриями иголок (рис. 29).
Сделав все это, приведите кружок в быстрое вращение, как было описано выше. Вы увидите, что наш маленький «земной шар» заметно сожмется у «полюсов» и раздуется у «экватора». Подобную же форму имеет и настоящий земной шар: вследствие вращения он немного вздут у экватора.
Описанный сейчас опыт удобнее показывать, если смастерить себе упрощенную центробежную машину, вроде той, которая представлена на рис. 30. Катушка, которую вы вертите рукой, должна иметь больший поперечник, чем та, которая вращает кружок; чем разница в диаметрах больше, тем больше оборотов будет делать бумажное кольцо, и тем опыт выходит показательнее.
Рис. 30. Самодельная центробежная машина
Десять вертушек
На рис. 31–33 вы видите всевозможные вертушки, изготовленные на различные лады. Они дадут вам возможность проделать ряд забавных и поучительных опытов. Изготовление их не требует особого искусства.
1. Первую вертушку вы можете сделать из катушки, срезав и обработав один ее бок (первая фигурка, рис. 31). Она будет вертеться не только на заостренном, но и на тупом конце своей оси: для этого нужно закрутить ее, как обычно делается, держа ось между пальцами, а потом проворно уронить юлу на тупой конец – она будет на нем вертеться, забавно раскачиваясь в стороны.
Рис. 31
2. Правее этой юлы вы видите на рис. 31 вертушку, сделанную из розетки для электрического выключателя. Это вертушка номер два.
3. Далее вы видите довольно необычайную юлу – грецкий орех, который вертится на остром выступе. Чтобы превратить подходящий орех в юлу, достаточно только загнать в него с притупленного конца спичку, которую потом и закручивать.
4. Своеобразная вертушка изображена на следующем рисунке (рис. 32): круглая коробочка, проткнутая заостренной спичкой или лучинкой. Чтобы коробочка прочно держалась на оси, не скользя вдоль нее, нужно залить отверстие сургучом.
5. Интересную юлу изображает следующая фигурка на рис. 32. К краям картонного кружка привязаны на ниточках круглые пуговицы. Когда юла вертится, пуговицы отбрасываются вдоль радиусов кружка, натягивая нити.
6. То же, на иной манер, показывает еще одна фигурка. В пробочный кружок воткнуты булавки с нанизанными на них разноцветными бусинками, которые свободно скользят по булавке. При вращении юлы бусинки отгоняются к головкам булавок. Если вращающаяся юла хорошо освещена, то булавочные стержни сливаются в сплошную ленту, которая окаймляется цветным кругом из сливающихся бусин.
Чтобы дольше любоваться этой юлой, нужно пускать ее на гладкой тарелке.
Рис. 32
7. Цветная юла. Изготовить ее более хлопотливо, но она вознаграждает за затраченный труд, обнаруживая удивительные свойства. Выньте донышко из круглой коробочки и проткните его заостренным концом ненужной вставочки, зажав для прочности между двумя пробочными кружочками. Теперь разделите картонный кружок на одинаковые части прямыми линиями, идущими от середины к краям; полученные доли, – математик сказал бы «секторы», – закрасьте попеременно в желтый и синий цвета. Что вы увидите, когда юла завертится? Кружок будет казаться не синим и не желтым, а зеленым. Синий и желтый цвета, сливаясь в нашем глазу, дадут новый цвет – зеленый.
Вы можете продолжить ваши опыты над «смешением цветов». Заготовьте кружок, секторы которого окрашены попеременно в голубой и оранжевый цвета. На этот раз кружок при вращении будет уже не желтый, а светло-серый, тем более светлый, близкий к белому, чем чище ваши краски. В физике такие два цвета, которые при смешении дают белый, называются «дополнительными». Вертушка показала нам, следовательно, что голубой и оранжевый цвета – дополнительные.
Если у вас имеется хороший набор красок, вы можете попытаться повторить опыт, впервые проделанный двести с лишком лет назад знаменитым ученым Ньютоном, а именно: раскрасьте секторы кружка всеми цветами радуги – в фиолетовый, синий, голубой, зеленый, желтый, оранжевый, красный; при вращении все семь цветов должны слиться в серовато-белый цвет. Этот опыт поможет вам понять, что каждый луч белого солнечного света слагается из многих цветных лучей.
8. Пишущая юла (рис. 33). Устройте юлу, как сейчас было рассказано, но только пусть осью ее будет не заостренный обрезок вставочки, а очиненный мягкий карандаш. Заставьте такую юлу вертеться на картонном листе, положенном немного наклонно. Вращаясь, юла будет постепенно спускаться по наклонному картону, рисуя карандашом завитки. Их легко сосчитать, а так как каждый завиток образуется при одном обороте юлы, то, следя за ее вращением с часами в руках[5], нетрудно будет определить, сколько раз оборачивается юла каждую секунду. Просто глазом этого, конечно, сосчитать невозможно.
Рис. 33
9. Далее на рис. 33, внизу изображен другой вид пишущей юлы. Чтобы ее изготовить, нужно добыть свинцовый кружок из тех, которые подвешиваются к краям штор, чтобы они натягивались. В центре кружка нужно просверлить острием ножниц дырочку (свинец мягок и сверлить его легко), а по обе стороны ее еще по дырочке. Через среднюю дырочку кружок надевают на заостренную палочку, а через одну из боковых дырочек продевают отрезок конского волоса или щетинку так, чтобы они высовывались вниз чуть больше оси юлы: в таком положении волос закрепляют обломком спички. Третья дырочка оставляется неиспользованной; мы просверлили ее для того, чтобы свинцовый кружок по обе стороны оси имел совершенно одинаковый вес, – юла, неравномерно нагруженная, не будет плавно вращаться.
Теперь пишущая юла готова, но для опытов с нею нам нужно заготовить закопченную тарелку. Подержав осторожно донышко тарелки над пламенем свечки, пока поверхность не покроется ровным слоем густой копоти, пускаем юлу по этой закопченной поверхности. Юла будет, вращаясь, скользить по ней, а конский волос тем временем начертит, белым по черному, запутанный, но довольно красивый узор.
10. Венцом наших стараний явится последняя вертушка – юла-карусель. Кружок и осевой стержень здесь такие же, как в знакомой уже нам цветной юле. В кружок втыкают булавочки с флажками, располагая их симметрично около оси, и приклеивают крошечные бумажные лошадки с всадниками: карусель для увеселения вашего младшего брата или сестренки готова.
Полет на ракете
Без сомнения, большинство из вас видело, как взлетает зажженная ракета. Но знаете ли вы, почему она летит? Обычно причину ее полета представляют себе ошибочно. Думают, что когда в ракете зажжен порох и из нее вытекает струя горячих газов, ракета этой струей отталкивается от окружающего воздуха, как рыба отталкивается хвостом от воды. Если бы было так, то в пустом пространстве ракета лететь не могла бы. На самом же деле причина движения здесь совсем другая: ракета отталкивается не от наружного воздуха, а подталкивается тем газом, который образуется внутри нее. В этом случае происходит то же самое, что и при выстреле из ружья: пороховые газы выбрасывают пулю в одну сторону и в то же время отталкивают ружье в противоположную («отдача» ружья). Окружающий воздух тут не при чем. Напротив, опыт показывает, что в безвоздушном пространстве, где ракета не испытывает сопротивления воздуха, а газы вытекают из нее свободнее, она летит еще быстрее, чем в атмосфере.
