Горизонты техники для детей, 1964 №12

Занимательная физика

Знакомые мне ребята каждый год в начале зимы ведут спор: на чем лучше кататься — на коньках или на санках. Богдан всегда отстаивал, что на санках, потому что для катания на них не нужно специального катка, а горка везде найдется. Вот и вчера он пошел кататься на санках. Его излюбленная горка выглядела точно сказочная стеклянная гора. Ночью была оттепель, а с утра ударил мороз. Снег покрылся слоем прозрачного льда.

— Вот здорово! Еще никогда не катался в гололедицу! — радовался мальчик.

Первый спуск едва не кончился плохо. Обледеневшие неровности снега оказались очень скользкими и Богдан, хотя и был опытным «водителем» санок, чуть не разбился о дерево. Саночки его не слушались, летели боком прямо на величественный дуб, стоявший в стороне. В последний момент ему удалось немного притормозить и избежать беды.

— Ну и скорость! — подумал Богдан. — Если на неровном льду такая скорость, то еще больше будет на гладком!

Долго не раздумывая, он взял санки и побежал в направлении небольшого, похожего на зеркало, пруда, где ребята устроили каток. Около пруда была небольшая горка. Взбираясь на неё, наш герой думал:

— Сейчас я спущусь с горки и со всей скоростью проеду через весь каток. Вот будут от меня убегать ребята!

Горка была очень скользкой. Богдан мчался стрелой, подпрыгивая на неровностях.

— Ничего, — думал он, — как только выеду на гладкий лед, вот тогда будет езда!

И вдруг санки, коснувшись полозьями гладкого льда, вместо того, чтобы беспрепятственно мчаться вперед, затормозили, будто въехали на песок. От резкого торможения Богдан слетел с санок, проехал несколько метров на животе, сбил Юрека, а зацепив какого-то старшеклассника, наконец, остановился.

От удивления Богдан забыл об ушибе. «Как же так могло случиться: лед, такой гладкий, оказался менее скользким, чем обледеневшие ухабы и глыбы снега?»

Старшеклассник Олек, который, вероятно, не очень-то любил физику, тоже не мог объяснить причину случившегося.

На катке, где только что так неудачно стартовал наш приятель, ребята продолжали кататься на коньках, пробегая с огромной скоростью около «потерпевшего».

Давайте мы с вами, ребята, постараемся ответить на интересующий Богдана вопрос.

Как вы уже знаете, каждое вещество плавится или кипит в определенной температуре. Вода закипает при 100 °C, лед расплавляется при 0 °C. Каждое тело имеет две таких температуры.

Однако эти температуры для данного тела (например, воды) не постоянны и зависят от многих условий. В частности, если изменяется давление, меняется и температура плавления.

Однажды знакомый мне фоторепортер рассказывал о полете на самолете. В дорогу он захватил термос с горячим чаем. Поднявшись высоко, ему захотелось согреться. Репортер открыл термос, и каково было его удивление, когда он заметил, что чай в термосе кипел! Температура чая ведь давно уже была ниже 100 °C.

Мой знакомый забыл, видимо, законы физики: чем выше над землей, тем меньше давление воздуха и ниже температура кипения.

Читатели нашего журнала знают, что каждое тело состоит из частиц, которые непрерывно движутся. Частицы жидкости тоже движутся в пространстве, занятом ею. С повышением температуры ускоряется движение этих частиц. При сильном нагреве скорость становится настолько большой, что многие частицы могут вырваться из окружения таких же частиц-близнецов и уйти в атмосферу. Если атмосферу над поверхностью жидкости сильно сжать, то есть сгустить частицы газа над жидкостью, то уже не каждой частице жидкости удастся ворваться в плотные ряды частиц газа (атмосферу. Итак, например, для кипения жидкости при повышенном давлении газа над её поверхностью надо жидкость нагреть сильнее, чем при нормальном давлении.

Хорошо известно и другое явление: при повышении давления даже при высокой температуре газ превращается в жидкость. Водяной пар под давлением конденсируется в капельки воды.

Судя по этому можно утверждать, что чем выше давление, тем легче переходит жидкость в твердое состояние и тем труднее (при более высокой температуре) твердое тело расплавляется, переходя в жидкость. Для большинства веществ это справедливо. Однако нет правила без исключения. Таким исключением является, в частности вода.

Вы уже знаете, что если воду охлаждать до температуры +4 °C, она сжимается, а при дальнейшем охлаждении начинает расширяться. Мало того, даже замерзая, она расширяется. В противном случае в природе случилось бы что-то страшное: образовавшийся на дне лед убил бы весь животный и растительный мир рек, озер, прудов, морей и океанов.

Поведение замерзающей воды мы не будем сегодня рассматривать. Для нас важно другое. При повышении давления лед тает легче, то есть тает даже при такой температуре, при которой он в обычных условиях нормального давления был бы твердым телом.

Когда вы стоите на коньках, вся тяжесть тела давит на узенькую полоску льда. Лед плавится от прикосновения острия коньков, несмотря даже на сильный мороз. Можно сказать, что коньки стремятся уменьшить объем льда, а ведь именно при уменьшении объема (а не как для других тел — при увеличении) лед превращается в воду.

Итак, под коньками образуется тонкий слой воды, который как бы «смазывает» лед. Ехать по такой поверхности легко, совершенно так же, как вал будет легко скользить по смазанной маслом поверхности подшипника скольжения.

А почему же санки не скользят по льду так хорошо, как коньки?

Полозья санок имеют большую поверхность, чем коньки. Они давят на лед гораздо слабее, а это давление недостаточно для того, чтобы образовался слой «смазывающей» воды.

Совсем другое дело, если санки поставить на неровную поверхность, замерзшую после оттепели. Полозья будут касаться льда только в нескольких местах, являющихся выпуклостями глыб или замерзших комков. Поверхность соприкосновения будет слишком малой, а давление веса санок и пассажира будет вполне достаточным для возникновения водяной «смазки».

Вам, ребята, я, однако, не советую кататься по замерзшим глыбам. Убедился в опасности такого катания и Богдан, когда при первом же спуске чуть не разбился.

Роман Выжиковский