Концепции современного естествознания

18. Некий изобретатель завил, что придумал машину, позволяющую от 1 т угля получить энергию в 9 1021 Дж. Дадите ли Вы ему денег на реали-

20. Почему некоторые автомобильные радиаторы хорошо держат воду, но протекают, если наполнены смесью воды со спиртом?

Варианты ответов:

1) не может быть; 2) увеличивается поверхностное натяжение смеси;

3) уменьшается поверхностное на- 4) затрудняюсь ответить. тяжение смеси;

21. Как соотносится количество электронов и протонов в нейтральном

692

23. Может ли в химических реакциях убывать энтропия? Варианты ответов:

24.С помощью каких параметров можно управлять скоростью химических реакций?

Варианты ответов:

1) время, давление, концентрация, радиация;

2) давление, температура, концентрация, катализатор; 3) время суток, температура, активация, катализатор.

25.Почему у Луны нет атмосферы?

26. Каким микроскопом следует пользоваться биологу при исследовании тонкой структуры поверхности клетки?

28. Какие химические элементы являются самыми главными для жиз-

29. Какие превращения энергии и энтропии происходят вблизи «чёрных дыр»?

Варианты ответов:

1)энергия убывает, а энтропия возрастает;

2)энергия и энтропия убывают;

693

3)энергия и энтропия возрастают;

4)энтропия убывает, а энергия возрастает.

Задачи (Отчего? Почему? Неужели?)

Есть у меня шестерка слуг, проворных, удалых, И все, что вижу я вокруг, – все знаю я от них. Они по знаку моему являются в нужде Зовут их: Как и Почему, Кто, Что, Когда и Где.

Э. Киплинг

1.Разрывание ткани. Почему, когда вы начинаете рвать ткань быстрее, издаваемый ею звук повышается?

2.Щелканье суставов. Почему «трещат» пальцы? Почему нужно немного подождать, прежде чем сустав сможет снова щелкнуть?

3.Когда оркестр готовиться к выступлению. Почему тон духовых

инструментов повышается, когда музыканты «разыгрываются» перед выступлением оркестра? Почему тон струнных инструментов при этом понижается?

4. Микрофонный эффект. В эпоху рок

694

музыки для создания умопомрачи-тельных эффектов широко использовалась обратная связь, Гитарист поворачи-вался к громкоговорителю, звук которого таким образом воздействовал на звуко-сниматель электрогитары и вновь усиливался. Аналогичный эффект возникает, когда диктор включает в кабинете приёмник, настроенный на волну радиостанции, которая ведёт данную передачу. Что вызывает звон в этих случаях?

5.Шумящие водопроводные трубы. Почему водопроводные трубы порой начинают рычать и стонать, когда мы открываем или закрываем кран? Почему это не происходит непрерывно? Где именно возникает шум: в водопроводном кране, в части трубы, примыкающей непосредственно к крану, или в каком-нибудь изгибе. Почему шум начинается только при определённых уровнях расхода воды? Наконец, почему шум можно удалить, присоединив к водопроводной трубе закрытую с другого конца вертикальную трубку, заполненную воздухом?

6.Шум морской раковины. Почему, когда мы прикладываем к уху раковину, нам слышится «шум моря»?

7.Голос разбивает бокалы. Оперный певец способен разбить большой винный бокал, спев очень громко определенную высокую ноту. Почему разбивается стекло и почему для этого должна быть спета определённая нота? Почему эта нота должна звучать несколько секунд, прежде чем разобьется бокал?

8.Когда самолёт преодолевает звуковой барьер. Что является причи-

ной громового удара, которые производят сверхзвуковые самолёты? Возникает ли этот «гром» только в тот момент, когда самолёт преодолевает звуковой барьер? Зависит ли он от шума двигателей? Иногда мы слышим не один удар, а два подряд. Почему? Зависит ли «гром» от высоты полёта? Как сказывается на этом эффекте режим полёта самолёта: набирает ли он высоту, теряет её или делает разворот? При одних условиях самолёт производит «сверхгром» – особенно сильную ударную волну. При других

–удар возникает, но не доходит до поверхности земли. Как это объяснить?

9.Повернуть или остановиться? Порой от занятия физикой может за-

висеть ваша жизнь. Представьте себе, что автомобиль за рулем,

которого вы сидите, едет прямо на кирпичную стену, которая находится в конце Т-образного перекрёстка. Что делать? Тормозить изо всех сил, не допуская заноса, стараясь рулить прямо? Поворачивать на полной скорости или выруливать в бок, тормозя по мере возможности? Рассмотрим задачу последовательно. Для начала предположим, что вы успеете вовремя, если будете тормозить, не сворачивая. Будет ли при этом поворот столь же безопасным? Прежде всего, конечно, следует рассмотреть идеальный случай. Затем можно учесть возможность заносов, различие в сцеплении с дорогой передних и задних колёс, «усталость» тормозов. А что если торможение на прямой не спасёт вас? Стоит ли тогда стараться повернуть, или может быть, смириться с трагической неизбежностью? Другой вариант аналогичной ситуации: перед вами на дороге большой предмет. Что лучше сделать: остановиться или попытаться его объехать? Конечно, всё зависит от размеров предмета. Не давайте поспешных ответов. Пусть вы и опытный водитель, но интуиция порой может подвести, а ведь дело касается вашей жизни.

10. Молотки. Каким молотком – лёгким или тяжелым – должен пользоваться скульптор для работы с долотом? Каким молотком лучше забивать гвозди? Когда упругий удар (с отдачей молотка) выгоднее неупругого? Тяжелее или легче сваи должен быть копёр для забивания сваи?

11. «Вес времени».

Зависит ли вес песочных часов от того, течёт в них песок или нет? Не должны ли часы весить меньше, когда часть песка свободно падает?

12.Автомобильные шины без протектора. Если вам представилась возможность выбирать между нормальными и широкими шинами без протектора, то какие вы бы предпочли в плане торможения? Во время гонок серийных автомобилей на их задние колёса часто надевают широкие шины без протектора. Почему?

13.Шины большого диаметра. Будет ли автомобиль двигаться быстрее, если поставить на колеса шины большого диаметра?

696

14. «Блины» на воде. Как объяснить скачки камня по воде? Если бросить камень так, чтобы он подпрыгивал на влажном, слежавшемся песке, то при отскоках он оставит на песке след (рис. а). Можно заметить, что сначала камень отскакивает на небольшое расстояние, порядка нескольких сантиметров, потом его «прыжок» увеличивается примерно до метра, затем опять небольшой скачок – и так пока камень не остановится. Почему это происходит? Во время второй мировой войны англичане использовали эффект прыгающего по воде камня при бомбежке немецких плотин. Очень трудно попасть с воздуха в плотину, особенно под огнем зениток.

укорачивающи-мися скачками «подбиралась» к плотине. Там вследствие вращения бомба не отскаки-вала от плотины, а начинала катиться по её основанию в глубину; примерно в 10 м под водой срабатывал взрыватель, который был снабжен датчиком гидростатического давления. Так блестяще была решена задача обеспечить прицельное попадание пятитонной бомбы с точностью до нескольких футов.

15.Борьба дзюдо. Когда при борьбе дзюдо противник бросает вас на ковер, вы можете смягчить падение, если вовремя ударите рукой по ковру. Почему? Возможно, такое ощущение обусловлено самовнушением; но такой эффект действительно есть.

16.Эрозия речных берегов. Почему у рек Северного полушария правый берег подвергается в среднем большей эрозии, чем левый?

17.Молчащий колокол. Вряд ли есть толк в колоколе, который не звонит. Однако именно такой колокол был в свое время подвешен в Кельнском соборе. Частоты колебаний колокола и его «языка» случайно оказались такими, что колокол и язык качались в фазе – и, конечно,

697

колокол не звонил. При каких условиях такие маятникопоподобные колебания могут совпасть? Какой выход из создавшегося положения можно найти, кроме как сбросить колокол с колокольни?

18. Своенравные «кельты». Некоторые найденные в Англии каменные орудия первобытных людей ведут себя странно, когда их запускают волчком. Эти камни, называемые «кельтами», имеют эллиптическую форму. Если закрутить их вокруг вертикальной оси, то одни крутятся нормально, другие же – всегда только в одном направлении. Когда эти своенравные камни пытаются закрутить в противоположном направлении, они останавливаются, покачиваются в течение нескольких секунд, а затем начинают вращаться в свою излюбленную сторону. Причем некоторые камни крутятся всегда в одну сторону, а другие - в другую. Если слегка ударить по концу такого камня, скажем, в точке А то он начнет покачиваться. Но вскоре покачивание прекратится, и камень станет вращаться вокруг вертикальной оси.

Вращающийся «Кельт», который после толчка в точке А «кельт» сначала покачивался, через некоторое время начинает крутиться.

Попробуйте изготовить деревянные модели своенравных «кельтов» и попытайтесь объяснить их странные характеры.

19. Один воздушный шарик надувает другой. Надуйте два воздушных шарика один чуть больше другого, и соедините их между собой короткой трубкой. Как поведут себя шарики? Будет ли меньший шарик надуваться за счёт большего? Интуиция, возможно, подсказывает вам именно это, однако в действительности происходит обратное: меньший шарик уменьшается, а

больший – увеличивается. Почему? Аналогичную картину можно наблюдать и на мыльных пузырях.

20. Срочное всплытие. Допустим, вы плаваете с аквалангом на большой глубине (скажем, около 30 м) и вам необходимо срочно подняться на

698

поверхность. В баллоне воздуха только на один вдох, но его должно хватить на весь подъем, иначе вы погибнете. Как вы станете всплывать? (Это отнюдь не академический вопрос: экипажи подводных лодок отрабатывают такое всплытие на тренировках.) Следует ли вам выдыхать воздух по мере всплытия или нужно стараться удержать его? Возможно, на первый взгляд это покажется странным, но тем не менее воздух нужно выдохнуть, иначе вы пропали. Неопытные аквалангисты, случается, погибают во время тренировок в бассейне именно из-за того, что при быстром всплытии на поверхность вовремя не выдыхают воздух. Почему? Установлено, что наша потребность сделать очередной вдох определяется не количеством углекислого газа в легких, а его парциальным давлением. Поэтому считается, что при всплытии наиболее опасный, критический, момент наступает не у поверхности, а на некоторой глубине. Когда же вы проходите критическую точку, ваша потребность совершить вдох уменьшается. Почему? Какова эта критическая глубина? Как быстро следует всплывать на поверхность? Что случится, если вы всплываете слишком быстро?

21. Медицинский термометр. Когда вы измеряете температуру, тепло вашего тела заставляет ртуть в градуснике расширяться. Почему сужение в капилляре не дает упасть столбику ртути после того, как вы измерили температуру? Ведь при расширении ртуть прошла через это сужение. Почему же она не проходит через него, когда сжимается?

(Подумайте еще над тем, почему измерение температуры термо-метром продолжается довольно долго – около 10 мин, а

«стрях-нуть» термометр можно практически сразу же после измерения температуры. Почему показание термометра на мгновение уменьшается, если термометр сунуть в горячую воду? (Не перегревайте термометр, иначе он лопнет.)

22.Холодные вершины. Почему холодно на вершинах гор? Разве на единицу площади в горах приходится иное количество солнечного тепла, чем на уровне моря? И разве холодный воздух не должен спускаться вниз?

23.Что удерживает облако? Почему облако не «рассыпается»? Почему в малооблачную погоду часть неба закрыта облаками, а часть – со-

699

вершенно чистая. Не кажется ли вам, что облака должны были бы распределяться по небесному своду более равномерно? (А почему облако не падает?)

24.Пузырьки в солёной воде. Почему если соленую воду лить в солёную, то образуется больше пузырьков, чем, если пресную воду лить в пресную?

25.Тяга в печной трубе. В хорошем камине дым всегда идёт в трубу (а не в комнату), даже если огонь разложен не прямо под ней. Почему возникает тяга в трубе и почему она тем лучше, чем выше труба? Почему тяга улучшается в ветреную погоду?

Почему, наконец, из некоторых труб дым идет клубами?

26. Костры. Во многих местах, где пока еще разрешается разводить костры, запрещают разводить их днем. Как это можно объяснить?

27. Дым сигареты. Почему дым от сигареты вначале поднимается ровной струйкой, а затем, через несколько сантиметров, начинает клубиться?

28. Замерзание холодной и горячей воды. В холодных странах, таких,

как Канада или Исландия, хорошо известно, что горячая вода, выставленная в мороз на улицу, замерзает скорее, чем холодная. Возможно, вам это

700