Здравствуй, физика!

Невидимка и хитрая змея

Быть невидимым — как это удобно! Можно легко пройти на стадион в день самых интересных соревнований. Можно проникнуть в кино на вечерний сеанс, куда обыкновенных, видимых ребят даже с билетами не пускают. И шалить невидимка может сколько угодно: кто накажет невидимого шалуна?

Конечно, ты знаешь, что на самом деле это невозможно. И все-таки бывают невидимые шалуны. Недавно я шел по улице, и вдруг кто-то сорвал у меня с головы шляпу. Я еле успел ее подхватить. Оглянулся — никого нет. Только на другой стороне улицы видна пожилая женщина. Но ей не до меня; она обеими руками вцепилась в раскрытый зонтик, который кто-то невидимый дергает, мотает из стороны в сторону. И вдруг — трах! дзинь! — к моим ногам посыпались осколки. Это чья-то невидимая рука захлопнула окно, да так сильно, что стекло вылетело.

Кто же бесчинствует на улице? Кто этот озорник-невидимка? Ты, конечно, уже догадался. Это ветер, движение воздуха. Воздух заполняет все пространство вокруг нас. Без него мы не могли бы ни дышать, ни слышать, ни ощущать запахи. Воздух прозрачен, податлив, легок, так что мы часто о нем забываем. Но он живет своей сложной жизнью и постоянно движется. Даже в самые тихие, безветренные дни можно заметить слабое движение листьев на деревьях, мелкую рябь, временами пробегающую по поверхности воды.

Движется воздух и в комнате. Стоит оставить открытым окно или дверь, даже неплотно прикрыть форточку, в доме начинает гулять сквозняк. Многие его боятся. Замазав окна, закрыв двери и форточки, затопив печь, они сидят и радуются: наконец-то невидимый шалун усмирен!

Но есть на свете хитрая змея. Она лучше людей чувствует движение воздуха. Сейчас мы ее сделаем и проверим, действительно ли так неподвижен воздух в закрытой комнате.

Змею можно сделать из старой почтовой открытки. Годится и лист, вырванный из тетради по рисованию. Нарисуй выкройку змеи по нашей картинке и аккуратно вырежь ее ножницами. На хвосте змеи, в самой серединке, выдави острием карандаша маленькое углубление.

Проверим теперь, действует ли наша змея. Надень ее углублением на кончик остро очиненного карандаша и подними. Закинув голову, легонько подуй на змею снизу. Завертелась!

Значит, хитрая змея действительно замечает то, чего люди не видят. Она чувствует, когда воздух поднимается вверх. Попробуем воспользоваться этим свойством змеи и поищем в комнате такое место, где воздух сам поднимается вверх. Поднеси карандаш со змеей к топящейся печке или к батарее центрального отопления. Придвинь его совсем близко, так, чтобы только змея могла свободно вертеться.

Хитрая змея завертится! Она будет вертеться тем быстрее, чем горячее печка. Это потому, что печка нагревает воздух, а теплый воздух поднимается вверх. Он и вертит хитрую змею.

Вертушка на булавке

Для опытов с хитрой змеей нужна горячая печка или горячая батарея отопления. Ну, а что делать летом?

Можно, конечно, держать змею над кухонной плитой, над керосинкой, над газовой или электрической плиткой. Только повыше, чтобы руку не обжечь! Еще удобнее — над утюгом, над настольной лампой без абажура.

Но есть гораздо более чувствительный физический прибор, для работы которого вполне достаточно тепла твоего тела! Это бумажная вертушка на булавке. Сделать ее ничуть не труднее, чем змею.

Вырежь квадратик размером 4х4 см из тоненькой, лучше всего папиросной бумаги. Перегни его точно с угла на угол — сначала по одной диагонали, потом по другой. Получится колпачок в виде отлогой пирамидки. Углы этой пирамидки сложи попарно так и этак, чтобы образовались еще складки, входящие внутрь.

Каждая боковая грань пирамидки разделилась на два треугольничка. Возьми ножницы и вырежь из каждой грани левый треугольничек. Только — чур! — не до самой серединки режь, оставь по 2–3 мм, иначе все развалится.

Получилась вертушка с четырьмя косыми крылышками. Возьми в руку булавку, острием вверх, и положи вертушку на острие вершинкой. Убери вторую руку и подожди несколько секунд.

Видишь? Вертушка тихонько завертелась!

Ее крутит ток нагретого воздуха. Он поднимается от руки, в которой ты держишь булавку. Конечно, ток этот очень слабенький. Но вертушка легонькая, ей и этого хватает!

Отважный водолаз

Вырежь из бумаги человечка по нашему рисунку. Укрепи его на кружочке, отрезанном от пробки. Приклеивать опасно: ведь этот человечек будет водолазом. А вдруг он случайно намокнет и отклеится! Лучше концом перочинного ножа сделай в пробке надрез и вставь туда ноги человечка.

Теперь налей в миску воды и пусти человечка плавать. Видишь, как хорошо он плавает на пробке! А нырять он умеет еще лучше. Накрой человечка перевернутым стаканом и медленно погрузи стакан до дна миски. Водолаз будет опускаться вместе со стаканом. Глубже, глубже… И вот он уже на дне!

Осторожно подними стакан и вынь его. Водолаз вынырнет. Смотри, смельчак побывал на дне и вышел из воды сухим!

Так можно опускать на дно и живых людей. Только, конечно, не под чайным стаканом. Когда нужно бывает сделать какую-нибудь подводную работу, например построить опору для моста, на дно опускают огромный перевернутый ящик. Этот прочный ящик из металла или железобетона называется кессоном. Рабочие-кессонщики спускаются в него через двойную плотно закрывающуюся дверь. Снизу кессон открыт, и кессонщики свободно могут работать на дне.

Вода не входит в кессон потому же, почему не входит она в перевернутый стакан: воздух не впускает. Так невидимка помогает работать под водой.

Что мешает падать?

Что падает быстрее: монета или клочок бумаги? Возьми в одну руку монету, а в другую — маленькую бумажку. Выпусти их одновременно, с одинаковой высоты. Монета сразу стукнется об пол, а бумажка будет падать медленно, крутясь или рыская из стороны в сторону. Значит, тяжелые тела падают быстрее?

Давай проверим. Возьми гирю весом 1 кг и копеечную монетку и повтори опыт с ними. Они упадут в один и тот же момент! А ведь ты помнишь, что копейка весит всего 1 г, то есть в тысячу раз меньше, чем гиря. Выходит, дело вовсе не в весе!

А в чем же? Возьми две одинаковые бумажки и одну скомкай, скатай в шарик, а другую брось целой. Конечно же, скомканная упадет быстрее.

Можешь сделать и другой опыт: вырежь из бумаги два кружка размером с трехкопеечную монету. Один из них брось просто, а другой положи на пятачок и брось этот пятачок плашмя. Кружок, брошенный отдельно, будет долго порхать, а брошенный с монетой упадет с ней одновременно.

Значит, вес и в самом деле ни при чем. Бумажку задерживает что-то другое. Ей мешает падать какой-то невидимка. Ты, наверное, уже догадался, что это опять проделки воздуха! Когда ты скомкал бумажку, вес ее не изменился, но уменьшилась поверхность. И сразу же невидимке стало не во что упереться, не за что ухватиться. Бумажный шарик упал быстро.

В физических лабораториях показывают еще более наглядный опыт. В длинную стеклянную трубку кладут пушинку и свинцовую пулю.

Потом из трубки выкачивают воздух и дырочку запаивают. Невидимки больше нет, он изгнан! И теперь, если трубку резко перевернуть, пушинка и пуля падают с одинаковой скоростью!

Невидимка спасает летчиков

Невидимка мешает падать? Что ж, бывают случаи, когда это очень кстати. Вот, например, летчик выпрыгнул из горящего самолета. Хорошо бы ему падать помедленнее! Он бы тогда не разбился о землю, остался бы живым и здоровым.

Но невидимка хорошо задерживает падение только тех тел, у которых малый вес и большая поверхность. А у летчика вес порядочный. Значит, ему нужна очень большая поверхность. И такая поверхность уже заготовлена. Она аккуратно сложена в ранце за спиной.

Летчик нащупывает кольцо… Рывок… Бу-бух! С гулким треском разворачивается огромный шелковый купол. Он наполняется воздухом, он вздувается, трепещет, как парус в бурю. И падение сразу замедляется. Да так резко, что летчика основательно встряхивает. Теперь он опустится с высоты в несколько километров так, будто всего-навсего спрыгнул со шкафа.

Чудесное приспособление, спасающее летчика, называется парашютом. Слово это французское и означает «предотвращать падение». Современный парашют, усовершенствованный советским изобретателем Котельниковым, настолько надежен, что им пользуются не только для спасения жизни при авариях, но и для спорта. Есть спортсмены-парашютисты, совершившие больше тысячи прыжков!

В армии с парашютами прыгают целые войсковые подразделения. В буквальном смысле «с неба» появляется в тылу врага крылатая пехота. Да что пехота! Автомобили, пушки, даже танки спускаются с небес на особых, грузовых парашютах!

Ты тоже можешь сделать маленькую модель парашюта. Возьми квадратный лист плотной бумаги размером 168х168 мм. Размер не случайный: 168 мм — ширина листа из школьной тетради. Отогни углы, а самые уголочки перегни еще раз. Сгибы уголочков проколи иглой и пропусти по нитке, завязанной на конце толстым узелком, чтобы не выдернулась. Свободные концы всех ниток аккуратно выравняй и свяжи общим узлом.

Вот и готов игрушечный парашют. К общему узлу прицепи груз: какой-нибудь винтик или две-три заколки для волос. После нескольких проб ты подберешь такой груз, с которым парашют будет падать не слишком быстро, но в то же время и не слишком медленно, не «рыская» и не переворачиваясь. Вместо груза можно подвесить целлулоидную куколку подходящего размера. Это будет летчик, спасенный невидимкой.

Невидимка плюется

Только что невидимка показал себя героем. Но не всегда он ведет себя так примерно. Ты ведь уже знаешь, что невидимка — большой озорник. И вот оказывается, что он и плеваться мастер. Чтобы в этом убедиться, сделай себе пульверизатор.

Возьми корковую пробку и острым ножом вырежь из нее одну четвертую часть. Если корковой пробки у тебя нет, годится и резиновая, и кусочек пенопласта (не обязательно круглый). Можешь взять и обрезок моркови, но «морковный» пульверизатор годится всего на один раз. Потом морковь усохнет.

Подбери две трубочки толщиной по 3–4 мм. Они могут быть стеклянные, металлические, пластмассовые — какие достанешь. Годятся и трубки от больших гусиных перьев.

В пробке прожги гвоздем два отверстия, как показано на рисунке. Трубочки должны входить в них очень туго (по этой причине не годятся соломинки: они сомнутся, когда будешь вставлять). Хорошо, перед тем как вставлять трубочки, распарить корковую пробку в кипятке. Вертикальная трубочка должна немного выступать над срезом пробки.

Готово? Теперь опусти нижнюю трубочку в стакан с водой, а в верхнюю дуй. Ого, как начал плеваться наш приборчик! Ничуть не хуже, чем его почтенные родственники: резиновая груша в парикмахерской и окрасочный пистолет.

Почему работает пульверизатор?

С помощью пульверизатора ты можешь распылить в комнате одеколон, покрыть лаком рисунок, красиво оформить плакат или стенную газету. Все это так. Но почему же все-таки работает этот простой приборчик? Почему вода, одеколон, лак поднимаются по вертикальной трубке?

Может быть, их гонит вверх капиллярность? Нет, трубка слишком широка, да и жидкость поднимается по ней только тогда, когда ты дуешь. Если трубка стеклянная, в ней это особенно хорошо видно.

Ответ подскажет тебе очень простой опыт. Отрежь узкую полоску тонкой бумаги и возьми ее за один конец. Ясно, что другой конец будет висеть. А ну-ка, поднеси руки ко рту и сильно подуй поверх полоски. Пф-фу!

Смотри, полоска взлетела, она вытянулась горизонтально и затрепетала, как флаг на ветру! Пока ты дуешь, полоска держится.

Тут уж ни о какой капиллярности говорить не приходится. Причина может быть только одна: струя воздуха создает подсос. Пролетая над полоской, она тянет ее кверху. Пролетая над отверстием трубочки, она сосет воду, а потом, конечно, разбрызгивает ее. Поэтому и плюется невидимка.

Ученые стараются каждый вывод проверять еще и еще. Ты тоже можешь еще раз убедиться в том, что струя создает подсос. Для этого сделай опыт со старой катушкой от ниток.

Листок из тетради сверни в узкую трубку и вставь ее внутрь катушки. Из гладкого картона вырежь кружок диаметром 3 см и в центр его воткни булавку. Прибор готов! Теперь трубку с катушкой на конце возьми в рот, а снизу приложи к катушке кружок так, чтобы булавка вошла внутрь трубки. Хорошенько подуй в трубку.

Ты, может быть, ждал, что кружок отлетит от катушки? Ничего подобного!

Пока ты дуешь, кружок не упадет: он будет держаться под катушкой! Почему? Ясно: его подсасывает воздушная струя, расходящаяся веером из катушки. Булавка в этом опыте ни во что не втыкается. Она нужна только для того, чтобы удерживать кружок точно под катушкой.

Иначе он может вильнуть в сторону и упадет. Там ведь струи уже не будет, не будет и подсоса.

Наконец, еще один опыт с подсасывающим действием струи. Ты, возможно, видел в тире забавную мишень — целлулоидный шарик, танцующий в струе фонтана. Почему это шарик не падает, не вылетает в сторону? Да потому, что струя создает подсос. Стоит шарику съехать, скажем, вправо — и почти вся струя фонтана окажется слева от него. Она будет подсасывать шарик влево, снова тянуть его в фонтан!

Ты можешь сделать похожий опыт с воздушной струей. Только целлулоидный мячик удержать в воздухе будет трудно. Возьми лучше шарик из бузинной мякоти, из пенопласта, из пластмассовой губки. Диаметр шарика примерно 1 см.

Стеклянную или металлическую трубку длиной около 25 см согни под прямым углом. Ты уже знаешь, как это сделать (см. стр. 78).

На короткий конец трубки надень проволоку, свернутую спиралью. Положи шарик в эту спираль и дуй в длинный конец трубки, сначала потихоньку, потом все сильнее. Шарик запляшет в воздушной струе!

Невидимка толкается

Да, да! Мало того, что невидимый шалунишка плюется, он еще и толкается! Толчок воздуха может захлопнуть форточку, задуть свечу, сорвать с головы шляпу… Что еще?

Да вот, например, он может подбросить монету. Положи на стол небольшую монетку и забрось ее себе в руку толчком воздуха. Для этого, держа руку щитком позади монеты, резко дунь на стол. Только не на то место, где лежит монета, а в 4–5 см впереди.

Воздух, сжатый твоим дуновением, проникнет под монету и подбросит ее прямехонько тебе в горсть. Несколько проб — и ты научишься брать со стола монету, не прикасаясь к ней рукой.

Если есть у тебя узенькая коническая рюмка, можешь сделать еще один забавный опыт с монетами. На дно рюмки положи копейку, а сверху — пятак. Он ляжет горизонтально, словно крышка, хотя и не достает до краев рюмки.

Теперь резко дунь на край пятака. Он встанет ребром, а копейка будет выброшена сжатым воздухом. После этого пятак ляжет на место.

Так невидимка помог тебе достать со дна рюмки копейку, не прикасаясь ни к ней, ни к пятаку, лежащему сверху!

Похожий опыт можно сделать с рюмками для яиц.

Поставь две такие рюмки рядом и в ту, что поближе к тебе, положи яйцо. На случай неудачи яйцо возьми крутое. А теперь сильно и резко дунь в то место, которое указано стрелкой на рисунке. Как раз в самый край рюмки. Яйцо подскочит и «пересядет» в пустую рюмку!

Невидимка проскочил между краем рюмки и яйцом, ворвался в рюмку, да так сильно, что яйцо подскочило вверх!

У некоторых этот опыт не получается — «не хватает духа». Но если вместо крутого яйца взять пустую, выдутую скорлупу, получится наверняка!

Невидимка брыкается

Воздух толкается, воздух плюется… Неужели он еще и брыкаться вздумал? А может, это я нарочно на него наговариваю?

Впрочем, суди сам.

Положи набок сухую бутылку из-под молока. Горлышко у нее широкое, обыкновенная пробка проваливается в него совершенно свободно. А нам это как раз и нужно. Вложи пробку в горлышко, у самого края, и попробуй загнать ее в бутылку сильным дуновением. Ты ведь только что убедился, что дуновение способно подкидывать монеты и даже крутые яйца!

А ну-ка: пф-фу! Щелк! Что такое? Да пробка почему-то не влетела в бутылку, а вылетела. При этом еще и по носу щелкнула. Брыкается! Подуть еще сильнее? Тот же результат! Попробовать подуть тихонько? Нет, пробку не обманешь. Она все равно пойдет куда угодно, только не в бутылку.

Дело в том, что ты вдуваешь в бутылку лишний воздух. Он там сжимается и выбрасывает пробку наружу, как яйцо из рюмки. Как же сладить с упрямым невидимкой, как отучить его брыкаться и загнать пробку в бутылку? Можешь попробовать два способа.

Один способ напрашивается сам собой. Если не помогает вдувание воздуха, может быть, поможет всасывание? С силой потяни в себя воздух из бутылки, а потом резко отведи губы от горлышка. Хлоп! И пробка там. Ее втолкнул воздух, входящий на место высосанного тобой!

Второй способ — все-таки дуть, но так, чтобы попадало только на пробку. Возьми в рот соломинку или макаронину и поднеси ее конец к самому донышку пробки. Пф-фу! — и пробка скользнет в бутылку.

Что такое пневматика?

Слово это происходит от древнегреческого «пневматикос» — «надутый воздухом», относящийся к воздуху. Мы с тобой уже узнали много относящегося к воздуху. Но очень уж разнообразны его похождения! В одних он выступает героем, в других — озорником и вредителем. И говорят о нем все разное.

Летчики говорят: воздух — это то, что дает опору нашим крыльям. Без воздуха не могли бы летать самолеты.

Астрономы говорят: воздух — это то, что мешает нам наблюдать звезды. Он мутный, он дрожит, звезды из-за этого мерцают и расплываются.

Врачи говорят: воздух — это то, чем мы дышим. Без воздуха жить нельзя!

Космонавты говорят: воздух очень затрудняет посадку ракеты. Очень уж она раскаляется от трения о воздух. Если при посадке неправильно маневрировать, сгоришь вместе с ракетой!

Поэты говорят: воздух — это вольный и своенравный ветер. Он приносит аромат чудесных цветов или упорно дует нам в лицо. И все равно он прекрасен!

Рыбы… Конечно же, они не говорят. Но если бы только могли, то сказали бы: воздух — это наша погибель!

А инженеры говорят: воздух — это прекрасный работник. Правда, он свободен, летуч, его не ухватишь. Но ведь это воздух, так сказать, дикий, не пристроенный к делу. А вот если собрать его, запереть в подходящей посуде да хорошенько сжать…

Ты сомневаешься?

Сделаем опыт! Поставь на стол две тяжелые книги буквой «Т», одну на другую. Попробуй-ка свалить их дуновением. Что, не падают? И не упадут, хоть разорвись.

Но попробуй это же дуновение поймать и запереть. Подложи под книги пакет из бумаги, а еще лучше — из полиэтилена. Пакет должен быть целый, без дырочек. Прижми его открытым концом ко рту и надувай. Можешь не спешить, дуй медленно, постепенно. Воздуху из пакета все равно деваться некуда. В конце концов пакет, вздуется и опрокинет книги!

Невидимка за работой

Выходит, что и дуновение можно приспособить к делу. Нужно только собрать воздух и сжать его.

Ты, наверное, стрелял из пневматического ружья. В нем воздух, собранный и сжатый в цилиндре, с силой выбрасывает пулю.

В пневматических шинах велосипеда, мотоцикла и автомобиля сжатый воздух смягчает все толчки и удары на неровностях пути. А для того чтобы собрать и сжать воздух в этих шинах, пользуются насосами. Наверное, ты не раз держал в руках велосипедный насос.

В пневматических тормозах сжатый воздух прижимает к колесам специальные колодки. Каждый, кто ездил в электричке или троллейбусе, в трамвае или метро, слышал, как под полом вагона время от времени что-то начинает биться, тарахтеть. Это работает насос, запасающий воздух для пневматических тормозов. Только этот насос уже не ручной, а электрический и называется компрессором.

Сжатый воздух открывает и закрывает двери в автобусах, в троллейбусах и поездах. Сжатый воздух шипит в пневматических тормозах автобусов и грузовых автомобилей «ЗИЛ».

В пневматических отбойных молотках и других пневматических инструментах сжатый воздух с силой толкает заостренный наконечник. Тра-та-та! Тра-та-та-та! — рассыпается дробь, похожая на пулеметную. Наконечник долбит землю и асфальт, камень и бетон, плющит заклепки, рубит металл, забивает костыли в железнодорожные шпалы.

Сжатый воздух гонит по трубам пневматической почты патроны с письмами и посылками. Пневматические мельницы размалывают каменный уголь. Пневматические волноломы смиряют ярость волн. Пневматические транспортеры перегоняют по трубам зерно и цемент, песок и опилки, угольную пыль и золу.

Слова, взятые из греческого и латинского языков, часто встречаются в науке и технике. Мы давно привыкли к таким словам, как «авиация», «автобус», «автомобиль», «корабль», «машина», «телеграф», «телефон», «радио», «электричество». Все они обозначают полезнейшие, необходимые для нас вещи. Так и слова «пневматика», «пневматический» давно уже стали для нас привычными и понятными. То, что древние греки называли «воздушным», сейчас работает на заводах и в шахтах, на шоссейных и железных дорогах, в селах и в городах.

Невидимка трудится!