Концепции современного естествознания

покажется вздором, однако это отнюдь не бабушкины сказки: даже Фрэнсис Бэкон в свое время отмечал данный факт. Наполните несколько сосудов различной формы теплой и холодной водой и поставьте их в морозный день за окно или в морозилку холодильника. И не удивляйтесь, если

вкаком-нибудь из сосудов теплая вода замерзнет раньше, чем холодная, а попытайтесь объяснить, почему?

29.Как сохранить лёд? Почему лёд дольше не тает, если завернуть его

вмокрую газету?

30.На катке. Почему коньки скользят по льду? Постарайтесь объяснить «физику» этого явления на практических примерах. Слишком теплая погода, очевидно, может помешать катанию на коньках. А слишком холодная? Хорошо ли скольжение на льду в местах, где очень холодно, например в Гренландии? Можно ли вместо обычного льда использовать для конькобежного спорта другие вещества, например «сухой лед» – твердую углекислоту? Теперь представьте себе, что вам нужно пройти по льду, но у вас есть возможность выбора: идти по гладкому льду или по шероховатому. Как вы думаете, будет ли какой-то из них более скользким?

31.Как лепится снежок? Почему нельзя слепить снежок при очень низкой температуре? Вообще, как лепится снежок? При какой примерно самой низкой температуре еще можно слепить приличный снежок?

32.Антифриз в радиаторе. Почему смесь антифриза с водой замерзает при более низкой температуре, чем чистая вода? А каким образом антифриз предохраняет двигатель от перегрева летом? Если антифриз так хорош, то почему бы не заполнять радиатор только им и обходиться совсем без воды? (Согласно рекомендациям большинства фирм – изготовителей антифризов, количество антифриза в смеси не должно превышать

50%).

33.Какой лёд едят на Севере? Жители Севера знают, что свежезамерзший морской лёд слишком соленый, чтобы растапливать его на воду; для этой цели хорош только старый, многолетний лёд. На своем жизненном опыте они убедились также в том, что опреснение воды ускоряется, если льдину вытащить из моря на берег. Особенно это заметно в тёплые сезоны – весной и летом. Почему солёность замерзшей воды уменьшается со временем и почему она уменьшается скорее в тёплые месяцы, когда, казалось бы, вследствие более сильного испарения концентрация соли в

701

воде должна возрастать?

34. Зачем кастрюлю накрывают крышкой? Почему вода закипает ско-

рее, если кастрюля накрыта крышкой? Возможно, таким путем уменьшают потерю тепла. Но что именно уменьшается: конвекционные потери или потери на излучение? Температура крышки, которой накрыта кастрюля, почти равна температуре кипения воды, поэтому и конвекция воздуха, и излучение должны оставаться в этом случае такими же, как при открытой кастрюле. Почему же всё-таки в закрытой кастрюле вода закипает быстрее?

702

35. Самая высокая гора. Почему на Земле нет гор, скажем, в десять раз выше Эвереста? (Вершина Никс Олимпика на Марсе выше Эвереста более чем вдвое.) От чего зависит предельная высота горных вершин, и какова она?

36. Капли, пляшущие на горячей сковородке. Если брызнуть водой на горячую сухую сковородку, то на ней капли начнут прыгать и плясать. Почему вода не испаряется сразу? Почему капли движутся? Как это ни удивительно, но капли испаряются быстрее, если сковородка менее горячая. Почему? Рассмотрите внимательно прыгающую каплю, и вы заметите, что она принимает самые разнообразные формы. В действительности капля вибрирует, но глаз не в состоянии

уследить за столь быстрым движением, поэтому вы видите какую-то «усредненную» форму. Чтобы увидеть отдельное состояние капли, придется пользоваться стробоскопом или применить скоростную киносъемку. На рис. зарисованы основные формы капель. Почему капли вибрируют?

37. Алюминиевая фольга для хранения пищи. У обычной пищевой фольги одна сторона блестящая, а другая – матовая. Какая из сторон должна быть наружной, когда в фольгу заворачивают продукты, например картофель, который собираются печь? Какая сторона фольги должна быть снаружи, если продукты предназначены для замораживания? Существенна ли эта разница?

703

38.Почему предметы кажутся холодными? Не должны ли все пред-

меты, находящиеся при одинаковой температуре, создавать у нас одинаковое ощущение тепла или холода? Вы без малейшего колебания надеваете на себя одежду, имеющую комнатную температуру, примерно 20° С, но попробуйте сесть раздетым в сухую ванну, которая, казалось бы, должна иметь ту же температуру, и вы почувствуете, как велика тут разница. Почему? Почему зимой металлические предметы кажутся более холодными, чем, например, деревянные или кирпичные?

39.Чугунные сковородки. С давних пор по неведомым причинам предпочтение отдается чугунным сковородкам перед стальными. Все повара –

ипрофессионалы, и любители – в один голос клянутся, что в чугунной посуде пища прожаривается более равномерно и меньше пригорает. Есть ли этому, какое либо объяснение?

40.Температура в космосе. Какова температура в космическом пространстве? Что покажет термометр, который космонавт возьмет с собой, выходя в открытый космос?

41.Пожары от ядерных взрывов. Среди множества угроз для жизни, которые несут с собой атомные взрывы, возможно, наиболее серьезной является возникновение бесчисленных пожаров. Бомба мощностью в 1 мегатонну способна поджечь одежду, бумагу, сухое дерево и другие горючие материалы на расстоянии до 15 км; учитывая же мощности современных атомных бомб, эту оценку следует увеличить еще на порядок. В населенных районах такая огненная буря, разрастаясь, может уничтожить практически полностью все строения и все живое. Но если вы находитесь на расстоянии нескольких километров от эпицентра взрыва, то у вас оказывается еще достаточно времени (до 3 с), чтобы найти укрытие. Вопервых, каким образом взрыв вызывает пожары на расстоянии нескольких километров от эпицентра? Во-вторых, почему воспламенение происходит лишь через некоторое время после взрыва?

42.Как поднимается древесный сок? Каким образом сок поднимается по стволам деревьев, особенно высоких (некоторые секвойи достигают 120 м в высоту)? Наверняка существует разность давлений между корнями дерева и его кроной. За счет чего она возникает? Действует ли дерево как всасывающий насос? Если так, то не должна ли высота дерева быть ограничена 10 м – ведь именно такова максимальная высота подъема воды всасывающим насосом? По-видимому, в деревьях действует какой-то

704

другой механизм.

43. «Закорачивание» кирпичной стены. Кир-

пичные стены часто промокают, особенно у земли. Один из способов предотвратить это: стену заземляют, соединяя ее проводом с забитым в землю металлическим стержнем. При этом не используется никаких батарей или других источников тока – только провод и

стержень. Как такое «замыкание накоротко» может спасти стену от промокания?

44. Мерцающее угасание свечи. Почему многие свечи, особенно маленькие, мерцают и потрескивают перед тем, как погаснуть? Чем определяется частота их мерцаний?

45.Шахтерская лампа Дэви. Шахтерская лампа

соткрытым огнем очень опасна, если в каких-то участках под землей встречается горючий газ. Эту опасность, однако, можно устранить, если окружить лампу со всех сторон мелкой металлической сеткой. Такой экран, конечно, не препятствует попаданию горючего газа внутрь лампы, но тем не менее он предотвращает взрыв. Каким образом?

46.Каменные сетки. Пример узоров на поверхности земли – каменные сетки, кольца и многоугольники из камней примерно одинаковой величины Что заставляет камни, разбросанные беспорядочно, собираться в такие геометрические узоры?

47.Изменится ли уровень воды в бассейне? Что произойдет с уровнем воды (поднимется он, опустится или останется прежним) в бассейне, если из лодки, плавающей в бассейне, в него бросить камень? Эту задачу както предложили знаменитым физикам Гамову, Оппенгеймеру и Блоху и все трое ответили неверно. Изменится ли уровень воды в бассейне, если лодку потопить, скажем, проделав дыру в ее днище? Если уровень изменится, то в какой момент он начнет меняться, в частности случится ли это сразу,

705

как только вода станет поступать в лодку?

48.Встречные поезда. Скоростные поезда при встрече должны замедлить ход, иначе стекла в вагонах разобьются. Почему? В какую сторону при этом выпадают стекла: внутрь вагонов или наружу? Может ли случиться подобное, если поезда движутся в одном направлении? Будет ли вас притягивать к поезду или отталкивать от него, если вы окажетесь слишком близко от быстро идущего поезда?

49.Полощущиеся флаги. Почему даже ровный, не порывистый, ветер заставляет полоскаться флаги? Чем определяется частота колебаний флагов?

50.«Летающий» человек. Может ли человек взлететь, используя лишь силу собственных мышц? Этот далеко не новый вопрос до сих пор не утратил своей остроты. Не исключено, что многочисленные попытки создать «мускулолет» в конце концов, увенчаются успехом. При постройке такого аппарата возникают следующие вопросы: какую мощность может развивать человек, и какая мощность нужна для полета? Каковы должны быть размеры крыльев, должны ли они быть

машущими? Как зависит подъемная сила такого аппарата от высоты полета над землей?

51.Серфинг. Какая сила несет вас к берегу, когда вы катаетесь на доске? Толкает ли вас волна или вы съезжаете с нее, как с горки? Почему для катания удобнее всего те волны, которые вот-вот должны разбиться, и почему серфингом чаще всего занимаются вблизи пологих пляжей? Почему положение спортсмена наиболее устойчиво, когда он находится на гребне волны? На длинной или на короткой доске спортсмен более устойчив?

52.Чаинки в чае. Почему, когда вы размешиваете чай, чаинки собираются в центре чашки? По-видимому, это можно было бы объяснить действием центробежной силы, но ведь в центрифуге более тяжелые предметы удаляются от оси вращения. Как же объяснить столь загадочное поведение чаинок?

53.Гоночные машины «в хвосте» друг у друга. Почему гонщики часто стараются пристроиться вплотную к впереди идущей машине (как гово-

706

рят, «сесть на хвост»)? Как это влияет на переднюю машину? Почему идущая на обгон задняя машина, выходя из-за передней, получает резкий толчок вперед?

54.Часы на вершине горы. Почему часы с пружинным заводом на вершине горы идут иначе, чем на морском побережье?

55.Сетка на водопроводном кране. Почему отверстие водопроводного крана часто закрывают металлической сеточкой? Она, конечно, может задержать мелкие камешки, если они случайно попадут в водопровод; однако, кроме того, утверждается, что такая сеточка делает воду «мягче». Почему это так?

56.Щели в снегозаградительных щитах. Почему для защиты от снеж-

ных заносов на шоссе, железнодорожном пути или пешеходной дорожке устанавливают снегозащитный забор, а не сплошную снегозащитную стенку? Допустим, забор дешевле, но все же разве не была бы сплошная стенка более эффективной, чем забор с широкими щелями?

57.Как выливать пиво из банки? Почему пиво,

когда его выливают из металлической банки, бежит по ее наружной стенке, вместо того чтобы отрываться прямо у края? От каких факторов зависит, насколько далеко «затекает» пиво по наружной стенке? Как быстро нужно выливать пиво, чтобы оно не «прилипало»? Скорее всего,

вы попытаетесь объяснить это явление поверхностным натяжением или смачиванием жидкостью стенки сосуда. Однако оба эти эффекта не могут служить причиной того, что вы пролили пиво. В чем же тогда причина?

58.Зыбучие пески. Почему, чтобы выбраться из зыбучего песка, лучше всего лечь на спину? (Улегшись на спину и высвободив ноги, можно затем «выкатиться» из плывуна.) Выбираться из такого песка или вытаскивать кого-то нужно медленно. Почему? Разве вязкость песка изменится, если ваши движения будут резкими? Если да, то почему? Почему у глубоко увязших людей и животных выпучиваются глаза?

59.Человек-невидимка. Герою знаменитого романа Герберта Уэллса «Человек-невидимка» удалось так изменить коэффициент преломления

707

своего тела, что он стал невидимым. Каким, по вашему мнению, должно быть значение этого коэффициента? Мог ли человек-невидимка, имея такой показатель преломления, видеть что-либо сам?

60.Горы-миражи. На земном шаре есть такие места, где перед наступлением вечера можно наблюдать горы, поднимающиеся над океанским горизонтом. Это действительно горы, только они находятся так далеко, что их нельзя видеть в нормальных условиях. Но вот в этих таинственных местах вскоре после полудня на горизонте начинает возникать расплывчатый контур гор. Он постепенно растет и перед заходом солнца быстро становится резким, отчетливым, так что можно даже различить отдельные вершины. Как возникает этот мираж?

61.Красная Луна. Почему во время лунного затмения Луна, когда она попадает в тень Земли, становится красной?

62.Голубое небо. Вопрос «почему небо голубое?» смело можно отнести к разряду самых стандартных физических вопросов. Физики обычно отмахиваются от него, бормоча что-то насчет рэлеевского рассеяния. Но этот вопрос, несомненно, заслуживает большего внимания. Какая, к примеру, часть неба окрашена в наиболее яркий голубой цвет; почему не все небо имеет одинаковый оттенок? Действительно ли цвет дневного неба соответствует предсказываемому теорией Рэлея? Почему ночное небо при полной луне не бывает голубым? На чем рассеивается солнечный свет, создавая голубую окраску дневного неба? Было ли бы небо столь же голубым, если бы частицы, на которых происходит рассеяние, имели бы много большие или много меньшие размеры? Почему, наконец, небо на Марсе голубое только в пределах нескольких градусов над горизонтом, остальная же его часть черная?

63.Белые облака. Почему облака в основном белые, а не голубые, как небо? Почему грозовые тучи черные?

64.Противотуманные фары. Почему «противотуманные» фары автомобиля делают желтого цвета? Помогает ли то, что они желтые на самом деле? Имеет ли при этом значение, где вы едете: в городе или за его пределами?

65.Пятнышки в глазу. Что это за маленькие расплывчатые точки, которые нередко плавают у вас перед глазами? Может быть, это оптическая

708

иллюзия или пылинки на поверхности глаза? Или же это какие-то инородные частички внутри глазного яблока? Посмотрев на яркий источник света через булавочное отверстие, проделанное в непрозрачном материале, вы увидите множество красивых концентрических колец и длинных цепочек, плавающих в пространстве. Если эти пятнышки просто тени, то почему же они имеют вид концентрических колец и цепочек? Почему крохотное булавочное отверстие помогает вам увидеть строение этих пятнышек?

66.Мерцание звезд. «В небе звездочка мерцает...» – пела мне мама. Почему же звездочка мерцает? Как возникает такое мерцание? Меняется ли при мерцании цвет звезды или она «дрожит» в поле зрения? Когда звезды мерцают сильнее: зимой или летом? Мерцают ли красные звезды сильнее, чем белые? Можно ли наблюдать мерцание звезды в телескоп? Мерцают ли также луна и планеты? Почему предметы, если смотреть на них поверх нагретых поверхностей (например, крыши автомобиля или раскаленного шоссе), «колышутся»! Как высоко над нагретой поверхностью еще проявляется такой эффект? Какая часть воздуха сильнее влияет на изображение: ближайшая к вам или удаленная?

67.Загар и солнечные ожоги. Что именно вызывает загар и солнечные ожоги? Обусловлены ли эти два эффекта светом одной и той же длины волны? Почему риск получить солнечные ожоги уменьшается, когда ваше тело уже покрыто загаром? Может ли человек с темной кожей получить солнечный ожог с той же легкостью, что и человек со светлой кожей? Каким образом различные кремы и лосьоны для загара предотвращают ожоги и способствуют загару? Действительно ли их действие таково, как в этом убеждает реклама? Если подобные средства не пропускают ту часть солнечного излучения, которая вызывает ожог, то не препятствуют ли они тем самым и получению загара? Почему ожоги и загар менее вероятны, если солнце находится низко над горизонтом или вы защищены от него стеклом? Почему загореть (и получить ожоги) легче на пляже, чем на лужайке?

68.Солнечные светочувствительные очки. Существуют солнечные очки, которые меняют свою прозрачность в зависимости от освещения: в помещении они светлые, но стоит выйти на солнечный свет, как они темнеют. Однако в отсутствие солнечного освещения прозрачность быстро восстанавливается. Чем вызваны эти обратимые изменения светопропускания стекла?

709

69.Светящиеся плакаты. Некоторые плакаты светятся в невидимом ультрафиолетовом свете. Подобный же эффект позволяет производителям моющих средств утверждать, что выстиранное в созданных ими порошках белье становится «белее белого». Как объяснить эти явления?

70.Поражение электрическим током. Что именно происходит с вами,

когда вы прикасаетесь к проводу, который находится под напряжением? Что поражает вас и может даже убить? Напряжение? Ток? То и другое? Получаете ли вы ожог? Нарушается ли у вас сердечный ритм? Как степень опасности зависит от частоты тока? Почему, в частности, утверждают, что ток промышленной частоты 50 Гц, которым пользуются в Европе, менее опасен, чем ток принятой в США частоты 60 Гц? Действительно ли постоянный ток опаснее, чем переменный, или все зависит от обстоятельств? Возможно, прикоснувшись к токонесущему проводу, вы не погибнете сразу, но если; вы будете долго держать его, то это, в конце концов, может привести к смерти: со временем электрическое сопротивление вашего тела уменьшается, и поэтому величина протекающего через вас тока может приблизиться к некоему критическому значению. Почему сопротивление тела меняется со временем?

71.«Прилипание» к электрическому проводу. Если вы случайно схва-

титесь за электрический провод, так что через вашу руку пройдет ток порядка 25 мА, то не исключено, что вы будете не в силах оторвать руку от провода. Почему? Только не пытайтесь проверить это на себе нарочно – это опасно.

72.Пора зажигать свет. Сколько времени проходит между моментом поворота выключателя и моментом, когда лампочка загорается? Требуется ли какое-то время, чтобы электроны по проводам «добрались» до лампочки? Через какое время после того, как в цепи пошел ток, лампочка начинает светиться?

73.Почему мы не проваливаемся сквозь пол? Какие силы удерживают

нас?

74.Влияние самолетов на телевизионное изображение. Каким образом близко летящий самолет влияет на работу вашего телевизора?

75.Автомобильная антенна. Почему антенны автомобильных радиоприемников устанавливаются снаружи и, как правило, вертикально? А

710