Занимательная физика. Книга 1

Теперь вы можете приступить к опыту. Поднеся свечку или лампу к одному плечу коромысла, вы нагреете его, – и оно, расширяясь, вскоре опустится вниз. Ничтожное удлинение, которое прямо для глаз неуловимо, становится заметным благодаря влиянию силы тяжести.

Качающаяся скала в Аргентине

Только что описанный опыт дает нам возможность до известной степени понять одну загадку природы: в окрестностях от Бахия-Бланки, морского порта Аргентины, на склоне гранитного холма лежит, опираясь всего в одной точке, огромная каменная глыба, имеющая три сажени в вышину. Основание скалы замечательно ровно, и вся она имеет довольно правильную форму.

Скала эта не остается неподвижной, а постоянно качается, как маятник, из стороны в сторону. Колебания её плавны и до того медленны, что, находясь вблизи, у самой скалы, их почти нельзя заметить непосредственно; но достаточно положить под скалу стеклянную бутылку невдалеке от точки опоры – и не пройдет и нескольких минут, как раздастся треск: бутылка лопнет от надавливающей на нее тяжелой скалы.

Рис. 77. Качающаяся скала в Аргентине.

В чем следует искать причину таких самопроизвольных колебаний, продолжающихся, к тому же, без перерыва много веков – в точности неизвестно. По всей вероятности, эти движения вызываются неравномерным нагреванием скалы солнечными лучами, – нагреванием, влекущим за собой неодинаковое расширение различных частей камня. Такое неравномерное расширение вызывает перемещение центра тяжести, и так как скала подперта только в одном пункте, то она, естественно, наклоняется в ту сторону, куда переместился центр тяжести; но лишь только равновесие успеет установиться, дальнейшее нагревание вызывает новое перемещение центра тяжести, – и скала опять начинает двигаться.

На лед или под лед?

Желая нагреть воду, мы помещаем сосуд над пламенем, а не сбоку его. Это вполне правильно, потому что воздух, нагреваемый пламенем со всех сторон, устремляется, как более легкий, кверху: здесь всегда протекает нагретый воздух; с боков же пламени он тотчас вытесняется холодным воздухом.

Итак, помещая нагреваемое тело над пламенем, мы используем его теплоту самым выгодным образом.

Но как следует поступать, если нужно охладить какое-либо тело с помощью льда? Хозяйки, по привычке, помещают тело над льдом, – ставят, например, бутылки с лимонадом на лед. Это совершенно неправильно: воздух надо льдом, охладившись, опускается вниз и заменяется свежим теплым воздухом. Отсюда – полезный для всякой хозяйки вывод: если хотите остудить напиток или кушанье, помещайте его под лед, а не на лед.

Почему дует от закрытого окна?

Воздух нашей комнаты почти никогда не находится в покое; в ней существуют невидимые для глаза течения, обусловленные нагреванием и охлаждением воздуха. От нагревания воздух, как известно, расширяется и, следовательно, становится легче; от охлаждения он, напротив, уплотняется и становится тяжелее. Легкий нагретый воздух возле лампы или печи стремится вверх, к потолку, а тяжелый охлажденный воздух возле окон или холодных стен стекает вниз, к полу. Вот почему зимой мы чувствуем, как «дует от окна», хотя рама настолько плотно закрыта, что наружный воздух не может через нее проникнуть.

Рис. 78. Как обнаружить воздушное течение над лампой.

Ученый спор за чайным столом

Профессор физики Икс пригласил в гости своего приятеля, профессора термодинамики Игрека. Супруга физика подала чай гостю и мужу. Икс размешал сахар, налил в стакан сливок и стал ждать, чтобы горячий чай остыл.

– Вы нерационально поступаете, дорогой коллега, – обратился к нему гость. – Я держусь правила сначала выждать, чтобы чай немного остыл, а затем окончательно остужаю его холодными сливками. Так гораздо скорее получается чай достаточно низкой температуры.

– Почему же скорее, коллега? Ведь и вам приходится дожидаться, чтобы чай остыл.

– Совершенно справедливо. Но позвольте вам напомнить о Ньютоновом законе охлаждения: «количество тепла, переходящее в единицу времени, пропорционально разности температур». Другими словами, горячее тело остывает быстрее, нежели тепловатое. Отсюда прямой расчет выжидать остывания чая, покуда он еще горяч, а не тогда, когда он уже немного остыл: в один и тот же промежуток времени чай горячий остынет более, нежели чай тепловатый. Вот почему выгоднее раньше дать чаю остыть и лишь потом долить сливок, – а отнюдь не наоборот, как поступаете вы, дорогой коллега.

– К сожалению, не могу с вами вполне согласиться. Ваше указание на Ньютонов закон охлаждения совершенно правильно и уместно. Но вы упустили из виду одно простое следствие правила Рихмана. Вы, конечно, помните формулу, по которой определяется средняя температура смеси двух жидкостей одинаковой теплоемкости, но разных температур?

Профессор Икс вырвал листок из книжки и быстро начертал на ней формулу:

Θ = (MT + mt) / (M + m)