гают, что подъем их обусловлен отрицательным давлением. По мере того как молекулы воды испаряются с поверхности листьев, на их место приходят другие молекулы, и мощные межмолекулярные силы поднимают сок по стволу от корней вверх.
43.Благодаря капиллярным эффектам вода поднимается по стене на некоторую высоту. При испарении воды растворенные в ней соли откладываются в этом месте и за счет осмотического давления подталкивают воду выше по стене. Короткое замыкание снимает положительный заряд, возникающий в области повышенной концентрации солей, и устраняет осмотические явления.
44.Если пламя свечи слишком велико, поступающего по фитилю жидкого парафина может оказаться недостаточно для его поддержания, и пламя уменьшается. При этом в зоне горения образуется избыток парафина, и пламя снова ярко вспыхивает. При диаметре фитиля 2,5 мм такие мерцания возникают, когда его длина составляет 1,5–5 мм, причем, чем короче фитиль, тем выше частота мерцаний.
45.Защитная сетка хорошо проводит тепло, поэтому пламя не проникает за сетку. Горючие газы, конечно, могут попасть внутрь лампы, но объем их не настолько велик, чтобы произошел взрыв.
46.Почему камни на поверхности земли образуют кольца, пока еще не удалось объяснить. На этот счет существует несколько гипотез. Например, предполагается, что из-за вспучивания земли при промерзании камни, вначале распределенные по поверхности равномерно, могут раскатиться по кругу. Высказывается и другое мнение. Если вначале между камнями было свободное пространство, то там могло скопиться больше влаги, чем в окружающей почве. Тогда при замерзании избыток воды мог «раздвинуть» камни в радиальном направлении.
47.Когда камень находится в лодке, он вытесняет объем воды, масса которого равна массе камня. Поскольку плотность камня больше плотности воды, то объем вытесненной воды больше объема камня. Когда же камень лежит на дне бассейна, он вытесняет лишь объем воды, равный его собственному. Поэтому, когда камень из лодки выбрасывают в бассейн, объем вытесненной им воды уменьшается, и уровень воды в бассейне понижается. В случае тонущей лодки уровень воды остается неизменным, пока лодка полностью не покроется водой, затем он упадет.
48.Впереди быстро идущего поезда создается фронт высокого давления, а за ним – область низкого давления. Когда встречные поезда разъезжаются, стекла поезда могут быть выдавлены наружу, поскольку между поездами возникает область пониженного давления.
49.Предположим, что полотнище флага совершенно гладкое и в ка- кой-то момент оно полностью развернуто на сильном ветру. Но вот возникает небольшое возмущение, и в результате с одной стороны флага воздушный поток немного отклоняется наружу, чтобы обогнуть складку. Обтекая складку, он должен двигаться скорее. С увеличением скорости давление, как мы знаем, уменьшается, поэтому складка увеличивается изза различия давлений по разные стороны флага. Одновременно она движется вдоль флага в направлении ветра – флаг полощется.
50.Существуют два подхода к решению проблемы «мускулолетов»: либо это аппарат, который приводится в движение человеком, либо это просто крылья, привязанные к рукам человека, размахивая которыми он прыгает с высокого строения. Однако если в последнем случае высота будет больше 3–6 м, то полет вряд ли будет успешным, а приземление наверняка запомнится надолго. Более многообещающим представляется легкий самолет, в котором один-два человека крутят педали, обеспечивая движение вперед и подъемную силу. Впервые такой полет был совершен
в1961 г., «мускулолет» пролетел около 50 м. С тех пор появилось много различных конструкций с размером крыльев от 20 до 40 м. Главная трудность при создании таких аппаратов – добиться возникновения подъемной силы при наименьших затратах мощности. В предлагаемых конструкциях даже хороший спортсмен не в состоянии обеспечить мощность, необходимую для полета более чем на 100 м. Однако, по-видимому, для этих целей можно приспособить спортивные самолеты с размахом крыльев 15 м и подходящим профилем крыла, если умело использовать ветер и тепловые потоки в атмосфере. Тогда один или два человека смогут просто вывести самолет на достаточную высоту, где он будет действовать отчасти как планер.
51.Для того чтобы скользить по волнам, спортсмен должен двигаться со скоростью волны. В глубокой воде скорость волны обычно больше, чем скорость отдельных «частиц» воды. Около же берега скорость «частиц» воды почти равна скорости волны, и, чтобы двигаться вровень с волной, спортсмену нужно обеспечить лишь небольшую добавку к их скоро-
722
сти. Эта дополнительная скорость возникает из-за постоянного «съезжания» доски с гребня волны. Поэтому серфингом удобно заниматься вблизи пляжа, набегая на который волны разбиваются или близки к этому. Скорость частиц воды максимальна на гребне волны. Следовательно, скорость движения задней части доски по воде должна быть меньше скорости движения ее передней части, однако это создает неустойчивость. Чем короче доска, тем менее существенна эта разница скоростей.
52.Центростремительное ускорение, обеспечивающее вращение чая вокруг оси, проходящей через центр чашки, возникает за счет разности давлений чая у стенок чашки и около оси вращения. Эта разность давлений приводит также к образованию еще одного, так называемого вторичного потока, который и собирает чаинки в центре чашки. Рассмотрим два горизонтальных слоя чая – верхний и нижний. В обоих слоях давление по мере удаления от центра увеличивается. Но в нижнем слое для обеспечения центростремительного ускорения необходима меньшая разность давлений, так как из-за трения о дно чашки чай в этом слое не может вращаться так же быстро, как в верхнем. Таким образом, в обоих слоях существует разность давлений, но в верхнем слое она больше. Любой малый объем чая, находившийся первоначально у края верхнего слоя, не только вращается вокруг центральной оси, но под действием разности давлений у стенки чашки в верхнем и нижнем слоях опускается вдоль стенки ко дну. Одновременно возникает ток жидкости вверх вдоль центральной оси, который затем расходится по радиусу к краю верхнего слоя. Поэтому помимо вращения все время происходит перемещение чая от края верхнего слоя к краю нижнего, оттуда к центру нижнего слоя, далее вверх к центру верхнего слоя и, наконец, к краю верхнего слоя. Чаинки, лежащие на дне чашки, увлекаются этим вторичным потоком и собираются в центре стакана, откуда жидкость поднимается вверх.
53.Гоночная машина, «сидящая на хвосте» другой, увлекается вперед вихревым потоком, который оставляет впереди идущая машина, и испытывает меньшее лобовое сопротивление, поскольку передняя машина рассекает воздушный поток. Когда задняя машина идет на обгон, возникает мощный толчок. Часть воздуха, обтекающего со стороны обгона переднюю машину, направляется в довольно узкое пространство между двумя машинами, ускоряется, и давление в этой области понижается. Тогда давление позади обгоняющей машины (с той стороны, с которой она ближе к передней) оказывается больше, чем впереди нее. Эта разность давлений и создает толчок, который задняя машина получает в тот момент, когда она
выходит из-за передней. Передняя машина получает такой же толчок назад.
54.Так как на вершине горы давление меньше и вязкость воздуха понижена, то часы там должны идти быстрее.
55.Сетка сужает отверстие, через которое проходит вода, и вызывает в потоке воды турбулентность и кавитацию. Ощущение «мягкости» воды обусловлено, по-видимому, наличием воздушных пузырьков.
56.Сплошная стенка вызывает сильные вихри, взметающие снег. Забор из редких планок создает более слабые вихри. Если скорость воздуха
всоздаваемых забором вихрях меньше той, которая необходима для удержания снега в воздушном потоке, то снег будет откладываться с подветренной стороны забора.
57.Перегиб струи вокруг края банки оказывается устойчивым вследствие разности давлений в поперечном сечении струи. Идеальная несжимаемая жидкость движется по дуге со скоростью, возрастающей по мере уменьшения радиуса кривизны. Там, где радиус меньше, скорость больше, а давление в жидкости меньше. В рассматриваемом случае атмосферное давление снаружи струи больше, чем в прилегающем к краю банки слое жидкости, поэтому поток прижимается к краю. На некотором расстоянии от края струйка отделяется от банки, так как она неустойчива по отношению к малым возмущениям.
58.Вязкость песка-плывуна растёт с увеличением напряжений, поэтому пытаться быстро выбраться из него бессмысленно: чем резче раздвигать песок, тем сильнее он будет удерживать вас. Нужно двигаться медленно, чтобы по возможности уменьшить его вязкость. Глаза животных, затянутых песком, выпучиваются, вероятно, потому, что на нижнюю часть их тела действует большое гидростатическое давление, обусловленное высокой плотностью песка (смесь песка с водой плотнее, чем просто вода).
59.Человек мог бы стать невидимым, если бы коэффициент преломления его тела оказался равным коэффициенту преломления воздуха (который чуть больше 1). При большем коэффициенте преломления тела лучи света, проходящие сквозь человека-невидимку, несколько преломлялись бы и искажение изображений находящихся за человеком предметов
(особенно заметное при его движении) делало бы его присутствие заметным. Для того чтобы человек мог видеть, он должен поглощать некоторое количество света. Такое поглощение должно быть достаточно малым, чтобы человек не был виден как какая-то «тень». Таким образом, чтобы человек мог видеть, но не быть видимым, коэффициент преломления его тела должен выражаться комплексным числом, действительная часть которого близка к 1, а мнимая достаточна для того, чтобы поглощалось количество света, необходимое для зрения, но не слишком велика, т. е. чтобы поглощение света телом не стало заметным.
60.Рассмотрены миражи, обусловленные изменением с высотой показателя преломления воздуха в приземном слое. Этот показатель прежде всего зависит от температуры воздуха. Призрачные горы (один из примеров «верхнего» миража) наблюдаются, когда температура воздуха повышается с высотой. Световые лучи идут от удаленных объектов, например от гор, вверх под некоторым углом к горизонту. Но из-за увеличения показателя преломления с высотой лучи загибаются вниз и попадают в глаза наблюдателя, находящегося на земле. Наблюдатель инстинктивно воспринимает эти лучи как прямые, и изображение объекта оказывается для него расположенным выше, чем истинный объект. Мираж в пустыне – это пример «нижнего» миража, названного так, поскольку в данном случае изображение находится ниже, чем реальный объект. В «оазисном» мираже этим объектом является небо. Лучи света, идущие от голубого неба, преломляются в приземном слое воздуха, в котором температура понижается с высотой. Лучи отклоняются в сторону наблюдателя, и он, опять же воспринимая лучи как прямые, видит на некотором расстоянии впереди голубую поверхность воды. Дрожание изображения, обусловленное флуктуациями коэффициента преломления горячего воздуха, создает иллюзию течения или волнения воды. Пеликан такого миража увидеть не мог, так как идущие сверху лучи не могут преломиться так, чтобы возвратиться вверх под столь большим углом к земле. Фата-моргана представляет собой сложный мираж, поскольку для возникновения такого миража зависимость температуры от высоты должна быть нелинейной; температура сначала возрастает с высотой, но с некоторого уровня скорость ее роста уменьшается. Подобный температурный профиль, только с более крутым переломом где-то посередине, может создать мираж с тройным изображением.
61.Даже когда Луна закрыта от Солнца Землей, солнечный свет может попадать на нее благодаря преломлению лучей в земной атмосфере (по
периметру земного диска). Однако при таком преломлении теряется более коротковолновая (синяя) область видимого спектра остается только длинноволновая (красная). Поэтому тот свет, который отклоняется на угол, достаточный для освещения Луны – красный. Подобным «обрезанием» спектра объясняется красный цвет неба на восходе и заходе Солнца.
62.В основном цвет неба определяется зависимостью рассеяния света на молекулах воздуха от длины волны (в соответствии с рэлеевской моделью рассеяния). Электрическое поле падающего света возбуждает электроны в молекуле, которые в свою очередь излучают свет. В результате солнечный свет рассеивается. Свет с меньшей длиной волны (синяя область спектра) рассеивается сильнее, чем свет с большей длиной волны красная область спектра. Поэтому, когда Солнце близко к горизонту, небо над наблюдателем в основном голубое. Голубизна неба на расстоянии больше 90° от Солнца слабее, так как небо здесь освещается светом, прошедшим большой путь в атмосфере и потерявшим синюю составляющую. Небо вблизи Солнца на горизонте бывает красным или желтым, так как оно тоже освещается светом, потерявшим синюю составляющую при прохождении через атмосферу. Пыль, дым и т. д. усиливают рассеяние света; более того, в иных случаях рассеяние может совершенно иначе зависеть от длины волны. После больших извержений вулканов восходы и заходы Солнца порой играют удивительными красками (Солнце и Луна могут даже стать синими). Конкретные оттенки цветов, наблюдаемые в конкретной ситуации, обусловлены комбинацией рэлеевского рассеяния с рассеянием света на твердых частицах.
63.Рассеяние света на объектах, много меньших длины волны видимого света, описывается рэлеевской моделью рассеяния. Размеры водяных капель в облаке обычно больше, и свет просто отражается от их внешней поверхности. При таком отражении свет не разлагается на составляющие цвета, а остается белым. Очень плотные облака кажутся черными потому, что они пропускают мало солнечного света – он либо поглощается каплями воды в облаке, либо отражается вверх.
64.Несмотря на соответствующие исследования, смысл желтых противотуманных фар до сих пор остается неясным. Если радиус частиц меньше 0,4 мкм, то синий свет рассеивается сильнее, чем красный. В таком случае желтый свет будет лучше проходить сквозь туман, так как он имеет большую длину волны, чем синий и зеленый. Однако если размеры частиц другие, то результат может оказаться совершенно противополож-
ным. Для частиц еще большего размера, какие обычно составляют туман, желтый свет не имеет никаких преимуществ. Впрочем, возможно, что здесь играет роль поглощение света каким-то конкретным типом взвешенных частиц.
65.Пятнышко в глазу это интерференционные полосы, обусловленные дифракцией света на круглых клетках крови, плавающих прямо перед желтым телом сетчатки (область сетчатки с высокой плотностью колбочек, расположенная прямо против зрачка глаза). Клетки крови могут попадать в глаз из капилляров, разрушающихся в результате старения или при сильных ударах по голове; под действием осмотического давления они раздуваются в шарики.
66.Мерцание звезд обусловлено турбулентностью воздуха, которая возникает из-за неравномерного распределения температуры. В атмосфере всегда существуют небольшие ячейки турбулентности (размером порядка нескольких сантиметров), в которых идущий от звезды свет преломляется то в одном, то в другом направлении. Это слабое мерцание особенно заметно у точечных звезд и почти не видно у больших по размеру планет и Луны.
67.Загар и ожоги обусловлены ультрафиолетовым излучением Солнца. При длительном или интенсивном воздействии ультрафиолетового излучения страдают как поверхностный (эпидермис), так и более глубокие слои открытой кожи. В результате капиллярные сосуды расширяются и приток крови к коже усиливается, кожа краснеет и возникает ощущение тепла. При более слабом действии ультрафиолета на светлой коже появляется загар; вначале пигмент, прежде бесцветный, окисляется, а затем активируется (быть может, косвенным путем – посредством прекращения действия какого-то ингибитора) тироксиназой. Действие тироксиназы повышает содержание меланина – пигмента черной или коричневой окраски, который образует защитный слой, препятствующий проникновению ультрафиолетового излучения. Средства, предохраняющие кожу от ожогов и способствующие загару, в основном бывают трех видов. Одни (содержащие оксиды цинка или титана) не пропускают ультрафиолетовый и видимый свет, защищая тем самым чувствительную кожу и препятствуя загару. Другие (например, содержащие бензофенон) поглощают весь ультрафиолет и также препятствуют загару. Третья группа средств (в которых содержится, в частности, аминобензойная кислота) защищает кожу от ожогов, но, обеспечивая избирательное поглощение, не мешает загару.
Длина волны ультрафиолетового излучения лежит в интервале 0,28 – 0,40 мкм. Более короткие волны не проходят через атмосферу, а более длинные уже относятся к области видимого света. Волны длиной 0,29 – 0,32 мкм производят главным образом ожоги, а волны в диапазоне 0,31– 0,40 мкм способствуют загару. Средства для загара третьего типа преграждают путь волнам короче 0,31 мкм. Утром или в конце дня ожоги и загар значительно слабее, поскольку солнечный свет проходит больший путь сквозь атмосферу, и ультрафиолетовое излучение ослабляется сильнее. Стекло также поглощает ультрафиолетовое излучение. В горах опасность солнечного ожога возрастает, так как путь солнечного света через атмосферу короче. На пляже риск получить ожог увеличивается из-за отражения ультрафиолетовых лучей от песка.
68.В стекле, из которого сделаны такие очки, имеются маленькие кристаллы, чувствительные к освещению, например кристаллы бромистого серебра. Под действием света ионы серебра превращаются в атомы, и стекло темнеет. Но атомы серебра по-прежнему остаются поблизости от ионов брома, поэтому как только свет становится менее ярким, происходит рекомбинация, и прозрачность стекла восстанавливается.
69.Плакаты светятся потому, что краски, которыми они написаны, поглощают ультрафиолетовый свет, а излучают видимый. При освещении ультрафиолетом плакат светится без всякой видимой подсветки. Отбеливающие порошки действуют примерно таким же образом. Они преобразуют естественный ультрафиолетовый свет в голубой, тем самым, усиливая излучение выстиранных с их помощью тканей в видимой области спектра. Поэтому интенсивность отраженного света оказывается больше, чем интенсивность естественного фона.
70.Грубо говоря, электрический ток, протекающий через тело человека, оказывает следующие воздействия: менее 0,01 А – либо совсем не ощущается, либо ощущается очень слабо; 0,02 А – вызывает болезненные ощущения, иногда рука как бы притягивается к проводу; 0,03 А – нарушает дыхание; 0,07 А – сильно затрудняет дыхание; 0,1 А – вызывает фибрилляцию сердца, что нередко приводит к смерти; более 0,2 А – вызывает сильный ожог и останавливает дыхание. Как это ни странно, смертельный исход чаще всего вызывает ток в диапазоне 0,1– 0,2 А, так как при этом возникают беспорядочные неконтролируемые сокращения сердечной мышцы (фибрилляция) и нарушение кровообращения, что быстро приводит к смерти. При силе тока более 0,2 А сердце просто останавливается,
но если пострадавшему своевременно оказать помощь, сердечный ритм восстанавливается. Фибрилляцию же можно остановить только хорошо рассчитанным повторным электрическим шоком. Поэтому ток в диапазоне 0,1– 0,2 А опаснее, чем более сильный. Величина тока, проходящего через тело человека, зависит от сопротивления кожи, которое обычно изменяется в пределах от 1000 Ом (влажная кожа) до 500 000 Ом (сухая кожа). Сопротивление тканей тела значительно меньше: 100-500 Ом. Когда человек касается провода, находящегося под напряжением выше примерно 240 В, ток пробивает кожу. Если по проводу течет ток, величина которого еще не смертельна, но достаточна для того, чтобы вызвать непроизвольное сокращение мышц руки (рука как бы «прилипает» к проводу), то сопротивление кожи постепенно уменьшается, и в конце концов ток достигает смертельной для человека величины в 0,1 А. Человеку, попавшему в такую опасную ситуацию, нужно как можно скорее помочь, стараясь «оторвать» его от провода, не подвергая при этом опасности себя.
71.Руку удерживают на проводе отнюдь не электрические силы. Проходя по мышцам руки, ток заставляет их сокращаться, и рука крепко «схватывает» провод. Электрики, работая с проводами, которые находятся (или могут оказаться) под напряжением, стараются прикасаться к ним тыльной стороной руки. В этом случае сокращение мышц под действием тока, напротив, отбрасывает руку от провода.
72.Электроны движутся по цепи с относительно небольшой скоростью (порядка 10–4 м/с), однако сигнал (изменение электрического поля в проводнике) распространяется почти со скоростью света. Свет «зажигается», когда до лампочки доходит именно сигнал, а не сами электроны.
Сигнал может дойти до нити накала за время, равное 1 нс (наносекунда, или 10–9 с). Однако, чтобы нить начала светиться видимым светом, электрический ток должен нагреть ее до температуры порядка нескольких тысяч градусов Кельвина. Такая температура обычно достигается через 0,01- 0,1 с после включения тока.
73.Сила, которая не дает нам провалиться сквозь пол, землю или сквозь ботинки – это сила электрического отталкивания между атомами соприкасающихся поверхностей.
74.Сигнал, отражённый от самолёта, попадает в антенну вашего телевизора чуть позже, чем прямой сигнал телестанции. На экране телевизора появляется изображение, созданное прямым сигналом, и чуть правее его – более слабое изображение, обусловленное отраженным сигналом. Слабый
«двойник» движется по экрану, поскольку самолет удаляется от вас. Изо- бражение-призрак» находится правее потому, что электронный луч разворачивает изображение слева направо (если смотреть спереди).
75.Антенны АМ-радиостанций расположены вертикально. Если автомобильный приемник принимает прямой сигнал станции, то электрическое поле в этой радиоволне поляризовано вдоль передающей антенны, то есть вертикально. Для того чтобы мощность принимаемого сигнала была максимальна, приемная антенна тоже должна быть вертикальной.
76.При обычном разряде молнии заряды в облаке распределяются следующим образом: в основании облака сосредоточено некоторое количество положительных зарядов, середина облака несет значительный отрицательный заряд, а его вершина – значительный положительный заряд. начале возникает разряд между основанием облака и его отрицательно заряженной серединой. При этом электроны переходят в основания облака. Далее разряд продолжается из нижней части облака вниз в виде ступенчатого лидера, который прыгает скачками порядка 50 м, приостанавливаясь после каждого скачка примерно на 50 мкс, и всякий раз отрицательный заряд перемещается из облака в нижнюю часть оставленного лидером канала. Светится лишь нижняя часть лидера, однако движение на этой и последующих стадиях разряда происходит столь быстро, что мы видим канал светящимся полностью. Лидер движется по ломаной линии, так как он отклоняется под действием положительного заряда, местами сосредоточенного в воздухе. Если этот заряд достаточно велик, то лидер может даже изменить направление движения на горизонтальное. Когда лидер подходит к земле, электрическое поле около заостренных предметов может достигать такой величины, что происходит электрический пробой и навстречу лидеру устремляется положительный заряд. В области, где они встречаются, возникает яркая вспышка, продолжающаяся, пока отрицательно заряженный лидер не нейтрализуется и электроны не уйдут в землю. Эта ярко светящаяся область движется вверх по каналу лидера и достигает облака. Однако наблюдателю из-за неспособности человеческого глаза следить за столь быстрым движением светящимся кажется весь канал. Движение лидера вниз совершается примерно за 20 мс, а обратный разряд продолжается всего 100 мкс. Свечение исходит от центральной части канала лидера, диаметр которой, по-видимому, не превышает нескольких сантиметров.
77.Электрическое поле Земли, которое существует между отрица-
