«Как понять сложные законы физики». Главы из книги

8. Почему океан не замерзает, или вымораживание чистой воды

Для опыта нам потребуются:
пластиковая баночка, соль.

Все говорят про экологию. Модное слово такое. Обычно при этом имеют в виду загрязнение окружающего нас мира. Действительно, загрязнить можно все, что угодно. Проблема эта стара, как сам мир. Например, многие первобытные племена вынуждены были время от времени менять место стоянки, хотя пищи было еще вдоволь, и враги не нападали. Просто отходы, мусор, грязь так забивали поселение, что становилось невыносимым само существование — и люди уходили. А вот жители древнего русского города Новгорода примерно один раз в каждые пятнадцать лет перестилали мостовые из бревен. Грязь затапливала улицы, и приходилось поверх старых бревен класть новые. Когда археологи стали раскапывать эти бревна, оказалось, что чуть ли не пятнадцать или двадцать слоев были наложены друг на друга! Огромная поленница на месте улицы!

Как же борются с загрязнением воды? Ее пропускают через специальные фильтры, обрабатывают различными веществами, отстаивают в отстойниках... Мы же попробуем простой опыт с вымораживанием.

Возьми любую пластиковую (не стеклянную!) баночку. Можно использовать пустую коробочку из-под йогурта. Только помой ее тщательно с мылом и ополосни, чтобы она была чистой. (Мы уже знаем, что замораживать воду в стеклянной банке нельзя.) Налей в нее обычной воды из-под крана. Добавь четверть чайной ложки соли. Размешай. На вкус это будет обычная соленая вода, достаточно противная, кстати.

Поставь ее в морозилку на ночь. Пусть вода замерзнет. Утром достань ее из морозилки и посмотри внимательно на лед. Во-первых, ты увидишь, что он весь какой-то ребристый и бугристый, словно из смерзшихся иголок и крупинок. По крайней мере, отличается от обычного льда.

На фотографии видно, что внутри куска льда образуются как бы пузырьки, направленные к центру. Это показывает, что лед растет от стенок внутрь. То есть получается как бы стаканчик, внутри которого еще не замерзшая вода.

А вот на этой фотографии видно, что внутри прозрачного льда образуется как бы «вставленный» кусок изо льда непрозрачного. Почему? Кстати, обратите внимание, что у куска льда есть «крышка». Я подкрасил верх зеленкой, чтобы ее лучше было видно. Эта крышка образуется сразу, как лед на озере, и потом растет вниз, навстречу льду, нарастающему на стенках и дне.

Если начать подтаивать лед под струей воды, то видно, что крышка и дно куска льда более плотные, в первую очередь тает рыхлый лед, который замерз в последнюю очередь.

Здесь я дам еще пояснения к опыту. Мы видим, что внутри есть непрозрачный цилиндр льда. Оказывается, что чем больше в воде растворено всяких солей, чем больше в нем примесей, тем больше должен быть мороз, чтобы заморозить его. Поэтому происходит забавная вещь: первым вдоль стенок и дна замерзает более чистая вода, а вода с примесями и растворенными солями смерзается в центре потом, в последнюю очередь. Это означает, что если заморозить воду с равномерно растворенными в ней примесями (попросту — грязью), то на стенках будет более чистый лед, а внутри — более грязный. Значит, просто заморозив воду мы разделяем ее по чистоте! Можно без всяких фильтров получать более чистую воду из загрязненной.

Итак, как получить более чистую воду?

Надо оставить эту пластмассовую баночку на некоторое время в теплой комнате, положив в миску. Когда лед внутри немного оттает, слей из нее «первую» воду в отдельную чашку и поставь рядом.

Очень важно не прозевать момент. Нужно через каждые полчаса сливать воду из пластмассовой баночки в раковину, чтобы под конец остался лишь небольшой кусочек льда (размером с ластик). Вот эту «последнюю» воду уже тоже можно перелить еще в одну чашку.

У тебя две чашки. В одной вода с верхнего слоя льда, во второй вода «из глубины» льда. Попробуй теперь на вкус воду из одной и из другой чашки. Ты увидишь, что вода отличается. Оказывается, внутри льда собралась соленая вода, а снаружи — чистая!

Происходит это потому, что вода замерзает неодинаково. Чем соленее вода, тем хуже она замерзает. Тепло отнимается в первую очередь от краев, поэтому у краев вода начинает замерзать — и более соленый раствор как бы перемещается внутрь.

То есть, если у нас есть загрязненная вода, мы ее замораживаем, а потом этот кусок льда ставим «обтаивать». Не дожидаемся, пока он обтает полностью, а собираем только воду с внешних краев — это более чистая вода. В принципе, если проделать это несколько раз подряд — выбрасывая «грязный» лед, и повторно замораживая уже более чистую воду с краев, можно добиться довольно высокой очистки воды в домашних условиях. Именно по причине более высокой солености вода в морях и океанах замерзает при более низких температурах, чем пресные озера. Вода же в океанах соленая!

40. Поговорить с самим собой?

Для опыта нам потребуется:
шланг или пластиковая трубка.

Ну, может быть, вспомним о свойствах звука? Проделаем смешной эксперимент — поговорим сами с собой.

Мы помним, что такое звуковая волна. Мы видели, как световая волна бежит внутри стекла. Оказывается, для звука тоже есть похожее явление. Им мы можем воспользоваться для того, чтобы устроить телефон на даче или в деревне.

Дело в том, что внутри обычной трубы звук распространяется на очень большое расстояние, почти не затухая.

Если ты найдешь в сарае или чулане длинный шланг (сойдет шланг для поливки огорода), то попроси товарища встать с одного конца шланга, а сам встань с другого конца. Теперь, если говорить в шланг, как в телефон, то ты услышишь очень хорошо своего друга, даже если расстояние между вами будет большим, а говорить ты будешь тихо!

Звуковая волна бежит внутри шланга как по специальному каналу, повторяя все его изгибы, и затухает гораздо слабее, чем на открытом воздухе!

В английском городе Манчестере в музее технического творчества для детей есть интересный аппарат. Обычная пластиковая трубка в несколько сотен метров свернута кольцами, а оба ее конца подходят к одному и тому же месту. Сказав что-нибудь в одно отверстие трубы, ты через несколько секунд (ведь волне нужно время, чтобы пробежать это расстояние) слышишь собственный голос из другого отверстия. Можно поговорить самому с собой!

64. Пневмопочта на дому

Для опыта нам потребуется:
кусок любого шланга.

Во многих солидных учреждениях, например в Сберегательном Банке России на службе стоит так называемая пневмопочта. Что это такое и какие законы физики помогают ей работать?

Когда человек приходит в Сбербанк и оформляет, например, денежный кредит или перевод, часто ему нужно проделать несколько операций в разных окошках. Чтобы быстро передать документы из одного места в другое, работник банка сворачивает документы в трубочку, закладывает в легкую, прозрачную пластиковую капсулу и закладывает в специальную трубку.

Этими трубками соединены все нужные места в Сберегательном Банке. Дальше в трубку подается сжатый воздух, который гонит капсулу в нужном направлении — и вот она уже через несколько секунд попадает к другому работнику! Осталось только достать документы и подождать, пока от окошка к окошку перейдет наш клиент.

Между прочим, это принцип, использование сжатого воздуха для перемещения предметов, использовали наши предки. Например, обычным развлечением ребят в деревнях было следующее занятие. Срезалась любая трубка от растения с достаточно плотным стволом, пустая внутри. Туда закладывалась рябина, косточка вишни, мелкий камушек. Затем в трубку с одного конца сильно дули — и из другого вылетал маленький «снаряд». Настоящее духовое ружье!

Мы же можем дома создать небольшую пневмопочту прямо как в Сбербанке. Для этого нужен кусок любого шланга, например кусок старого шланга для полива огорода. Его надо промыть и высушить.

Возьмем кусочек обычной столовой фольги, в которую хозяйки заворачивают продукты. Она продается в хозяйственных магазинах и почти всегда есть на кухне. Свернем из нее шарик. Если нет фольги — свернем шарик из бумаги. Размер шарика должен быть таким, чтобы он свободно входил в шланг и был почти такого же размера, как и отверстие.

Дунем в шланг — шарик побежит по нему и выскочит с другой стороны! Можно протянуть шланг из комнаты в комнату и передавать сообщения родителям! Написал на бумажке короткое послание, заложил в нашу пневмопочту, дунул — и с другой стороны уже его читают!

93. Суп из карандаша

Для опыта нам потребуются:
кастрюлька, деревянный карандаш, деревянная кисточка.

Есть такая русская поговорка: «взялся за гуж — не говори, что не дюж». Немногие сегодня знают, что такое «гуж», зачем за него браться, и почему с этим справиться может только очень сильный, то есть «дюжий» человек.

Мы поставим простой опыт, который к тому же еще и очень забавный. Попробуем сделать гуж дома, на кухне. Оказывается, раньше, когда автомобилей не было, и почти все ездили на лошадях, для перевозки грузов нужно было на лошадь надеть специальное приспособление. Это приспособление состояло из многих деревянных, кожаных, металлических систем, так вот гуж — это кожаная петля, которая крепилась к хомуту. Хомут — это деревянная дуга, согнутое почти пополам дерево. Кто «брался за гуж», тот должен был с усилием вставить дугу в крепления на оглобле. Поэтому и говорят, что слабому этого не сделать.

Но если для крепления дуги, хомута, была нужна сила — то какая же сила нужна, чтобы согнуть дерево в дугу? И как при этом дерево не лопалось?

Оказывается, для того, чтобы дерево стало податливым, и его можно было сгибать, дерево нужно было распарить, сварить в воде — как варят суп!

Давайте, проделаем следующее: возьмем обычный карандаш и положим его в небольшую кастрюльку, так чтобы он одним концом лежал на крае кастрюльки, а другим — на дне (как на фотографии). Я попробовал еще положить старую кисточку, тоже деревянную. Поварим на медленном огне все это хозяйство полчасика. Лучше, если у кастрюльке будет удобная ручка.

Карандаш и кисточка варятся в воде на плите. Я чувствую себя немножко глупо: но опыт обязательно удастся!

Через примерно полчаса варки я взял деревянную ложку и стал сверху давить на середину карандаша — очень медленно и осторожно, чтобы он не сломался. Карандаш начал сгибаться!

Вся хитрость в том, чтобы делать это очень медленно, спокойно и не сильно нажимать. Сначала будет почти незаметно, что он сгибается, а потом вы увидите, как древесина сгибается!

Тут есть еще одна хитрость: если вытащить карандаш, он выпрямится, потому что древесина будет стремиться к начальной форме. Надо сделать вот что: когда карандаш согнется, не убирая нажима (продолжая давить сверху), быстро перенести кастрюльку под струю холодной воды. Для этого я взял кастрюльку с удобной ручкой.

Как только карандаш остынет, он уже сохранит свою гнутую форму! Посмотрите, что у меня получилось — на фотографии.

Карандаш и кисточка, сваренные и согнутые древним методом.

Когда я пришел на работу и стал писать таким карандашом, все спрашивали у меня, как это возможно? И очень удивлялись. А я всем говорил, что тренирую свою силу мысли и гну карандаши взглядом. Как в фильме «Матрица» мальчик гнул ложки. Если вы сделаете себе такой гнутый карандашик, можно будет здорово повеселиться.