Автор: Веккионе Г.
Теги: издания для определенного назначения математика естественные науки естественные науки в целом занимательная наука занимательные опыты
ISBN: 978-5-17-047478-3
Год: 2008
Текст
ЗАНИМАТЕЛЬНЫЕ ОПЫТЫ
100 интересных
экспериментов, которые
помогут понять законы
окружающего мира: физика,
химия, биология, астрономия
Глен Веккионе
ACT • Астрель
Москва
УДК 087.5:5
ББК 20
В26
Настоящее издание представляет собой пертевод оригинального
английского издания «100 Award-Winning Science Fair Projects»,
опубликованного в 2002 г. издательством
Sterling Publishing Company, Inc.
Публикуется с разрешения Sterling Publishing Co., Inc. (США)
Перевод с английского
Веккионе, Г.
В26 Занимательные опыты. 100 интересных
экспериментов, которые помогут понять законы
окружающего мира: физика, химия, биология, астрономия :
пер. с англ. / Глен Веккионе. — М.: ACT: Астрель,
2008. —287, [1]с.:ил.
ISBN 978-5-17-047478-3 (ACT)
ISBN 978-5-271-18344-7 (Астрель)
SBN 0-8069-4261-4 (англ.)
УДК 087.5:5
Технический редактор Е. Кудиярова *^
Корректор И. Мокина ББК 20
Компьютерная верстка Е. Илюшиной
Подписано в печать с готовых диапозитивов 25.09.2007 г.
Формат 84x108/32. Усл. печ. л. 15,12.
Тираж 5000 экз. Заказ № 5872.
Общероссийский классификатор продукции ОК-005-93, том 2;
953000 — книги, брошюры
Санитарно-эпидемиологическое заключение
№ 77.99.60.953.Д.007027 от 20.06.2007 г.
ООО «Издательство Астрель»
129085, г. Москва, проезд Ольминского, д. За
ООО «Издательство ACT»
170002, Россия, г. Тверь, пр-т Чайковского, д. 27/32
Наши электронные адреса: www.ast.ru
E-mail: astpub@aha.ru
Отпечатано с готовых диапозитивов
в ООО « Типография издательско-полиграфического
объединения профсоюзов Профиздат»,
144003, г. Электросталь, Московская область, ул. Тевосяна, д. 25
ISBN 978-5-17-047478-3 (ACT)
ISBN 978-5-271-18344-7 (Астрель) © 2001 by Glen Vecchione
SBN 0-8069-4261 -4 (англ.) © ООО «Издательство Астрель», 2007
СОДЕРЖАНИЕ
Единицы измерения
Введение
Химия в нашей жизни
Земля и небо
Искры и волны
Глаз и мозг
Свет и звук
Механика и движение
Растения и животные
Звезды и планеты
4
6
9
39
81
111
143
173
207
249
4
Единицы измерения
Для удобства читателя мы
приводим различные
единицы измерений. Кроме того,
мы перевели большинство
единиц измерений
жидкостей и сыпучих веществ из
объема чайной ложки,
столовой ложки, чашки и т. д. в
миллилитры (естественно,
вес различных веществ при
этом будет разным).
Объем (жидких и сыпучих тел)
1 капля = /60 жидкой драхмы =
0,00376 куб. дюйма = 0,06161
миллилитра
1 жидкая драхма = 60 капель =
0,226 куб. дюйма = 3,697 миллилитра
1 миллилитр = 0,2 чайной ложки =
0,07 столовой ложки = 0,034 жидкой
унции = 0,004 чашки
1 чайная ложка = 100 капель =
5 миллилитров = /з столовой ложки
1 столовая ложка = 3 чайных ложки =
/2 жидкой унции = 15 миллилитров
1 жидкая унция = 2 столовых ложки =
30 миллилитров = 0,3 литра
1 джил = 4 жидких унции = 7,72 куб.
дюймов = 1 1 8,29 миллилитра
1 чашка = 16 столовых ложек = 8
жидких унций = 240 миллилитров =
0,24 литра
1 пинта = 2 чашки = 480 миллилитров =
0,47 литра
1 кварта = 4 чашки = 2 пинты = 32
жидких унции = 960 миллилитров =
0,95 литра =57,75 куб. дюйма
I литр = 1000 миллилитров =
61,02 куб. дюйма = 34 жидких унции =
4,2 чашки = 2,1 пинты = 1,06 кварты
(жидкой) = 0,908 кварты (сухой) =
0,26 галлона
1 галлон = 4 кварты = 128 жидких унций =
3,8 литра = 231 куб. дюйм
Единицы измерения сыпучих
тел в США
1 пинта = /2 кварты = 33,6 куб. дюйма
= 0,55 литра
1 кварта = 2 пинты = 67,2 куб. дюйма =
1,01 литра
Вес (Эвердьюпойс - английская
система мер веса для всех
товаров, кроме благородных
металлов, драгоценных камней и
лекарств)
1 грамм = 0,035 унции = 1000
миллиграмм = 0,002 фунта
1 унция = 28 грамм = 437,5 грана =
0,06 фунта
100 грамм = 3 Уг унции
1 фунт = 16 унций = 454 грамма =
0,45 килограмма = 7000 гранов
1 килограмм = 2,2 фунта = 1000
граммов
1 тонна = 2000 фунтов = 0,9
метрической тонны
1 метрическая тонна = 1000
килограммов = 1,1 тонны
Вес (аптекарский)
1 гран = 0,05 скрупула = 0,002083 унции
= 0,0166 драхмы = 0,0648 грамма
1 скрупул = 20 гранов = 0,333 драхмы =
1,29 грамма
1 драхма = 3 скрупула = 60 гранов =
3,88 грамма
1 унция = 8 драхм = 480 гранов = 0,083
фунта
1 фунт = 12 унций = 5760 гранов =
0,37 килограмма
Расстояния
1 миллиметр = 0,039 дюйма
Единицы измерения
5
1 дюйм = 25 миллиметров = 2,54
сантиметра = 0,025 метра
1 фут = 12 дюймов = 30 сантиметров =
0,3 метра
1 ярд = 3 фута = 36 дюймов = 90
сантиметров = 0,9 метра
1 метр = 100 сантиметров = 39,37
дюйма = 3,28 фута = 1,09 ярда (1 ярд +
32Д дюйма) = 0,2 рода
I род = 5 метров =16/2 фута
1 километр = 1000 метров = 0,6 мили
1 миля = 1609,3 метра = 1,6 километра
Площади
1 кв. сантиметр = 0,15 кв. дюйма
1 кв. дюйм = 6,45 кв. сантиметра
1 кв. фут = 0,09 кв. метра
1 кв. ярд = 0,83 кв. метра
1 кв. метр = 10,76 кв. фута =
1,19 кв. ярда
1 акр = 160 квадратных рода = 0,4
гектара, = 4047 квадратных метров
1 гектар = 2,47 акра
1 кв. километр = 0,38 квадратной мили
1 квадратная миля = 2,58 кв.
километра
Объемы
1 куб. сантиметр = 1000 куб.
миллиметров = 0,06 куб. дюйма
1 куб. дюйм = 16,38 куб. сантиметра
1 куб. фут = 1,728 куб. дюйма =
0,028 куб. метра = 0,037 куб. ярда
1 куб. ярд = 27 куб. футов =
0,76 куб. метра
1 куб. метр = 1 000 000 куб.
сантиметров = 35,31 куб. фута =1,3 куб. ярда
Температуры
Для перевода из шкалы Цельсия в
шкалу Фаренгейта используйте формулу:
75°C + 32 = °F
Для перевода шкалы из шкалы
Фаренгейта в шкалу Цельсия используйте
формулу:
V9(0F-32) = 0C
6
Введение
Тщательное наблюдение
и увлеченность
Используйте эту книгу как
отправную точку для начала
своих научных
исследований. Каждый из 100
приведенных здесь опытов
предназначен для знакомства с
новой идеей; он поможет
понять новые концепции и
поставить новые вопросы. В
описании каждого опыта
приведена
последовательность его проведения,
создания и демонстрации
действующей модели. Это
гарантирует вам успех в любом
соревновании. К тому же
каждый опыт очень красив.
Сегодня научные
выставки требуют от их участников
проведения исследований,
постановки вопросов,
выдвижения гипотез,
составления тестов и оформления
выводов по современной,
полемической, поисковой
научной тематике. Соблюдение
этих условий играет важную
роль при определении
призеров. Чтобы лучше понять
научный метод
исследования, сведем его к пяти
ступеням:
Серьезное отношение к
научному методу как при
воплощении проекта, так и при
его оценке имеет большое
значение для любого
участника научной выставки.
Кроме того, при проведении
любой работы, пользуясь
знаниями, полученными из
Научный метод
1. Изучение определенной
темы.
2. Постановка вопросов,
связанных с темой.
3. Формулировка гипотез,
отвечающих на ваши
вопросы.
4. Проведение опытов,
доказывающих или
опровергающих ваши
гипотезы.
5. Выводы, сделанные по
результатам
эксперимента.
Введение
7
разных источников, нужно
пытаться выдвигать свежие
идеи и находить
неожиданный подход. Зная это, мы
можем сказать, что существуют
два обстоятельства, часто
остающиеся в тени успешного
научного поиска: это
наблюдение и увлеченность.
Исходя из этого, мы и
составили нашу коллекцию
опытов. Мы думаем, что
наилучшим стимулом к научной
работе служит яркая
демонстрация опыта. В конце
концов, именно дерганье
лягушачьей лапки побудило
Алессандро Вольта заняться
изучением электричества.
Именно вращение парового
котла Герона вдохновило
древних греков продолжать
опыты по изучению
гидравлического давления.
И именно с этой точки
зрения мы предлагаем вам
опыты, самостоятельное
проведение которых станет для
вас увлекательным
занятием. При подготовке и
проведении опытов вы будете
вникать в их секреты, что
поможет вам оценить значение
самого опыта в общенаучном
смысле. А втянувшись в этот
процесс, вы, может быть, и
сами придумаете свой
собственный опыт на эту тему.
В этой книге опыты
расположены так, что вы легко
сможете найти тот, который
интересует вас. Для
проведения одних экспериментов
нужно самому собрать
установку, для других нужно
собрать данные,
проанализировать их и представить
результаты в понятном и
занимательном виде. В этой книге
есть все — от извлечения
ДНК из печени курицы до
сбора данных эхолокации
для топографических карт.
Есть и такие опыты, как
«Определение точки эпицентра»,
проводимые в форме игры
для нескольких участников.
Все это способствует
усилению интереса, а интерес и
удовольствие от занятия
наукой как раз и являются
лучшим способом знакомства с
наукой.
Оборудование
Все опыты безопасны, а
используемые материалы
недороги и доступны. Их можно
найти в школе, дома, в
канцелярских, хозяйственных и
8
Химия в нашей жизни
других магазинах. Если вам
не удалось найти
рекомендованный нами материал, вы
сможете заменить его: мы
даем советы, какие
материалы годятся для замены. Все
эти опыты мы проделали
сами, проверили и описали их,
чтобы обеспечить вашу
безопасность и сделать их
более привлекательными.
Измерения
Во многих опытах размеры
даны в метрической
системе, причем для удобства
размеры округлялись. Объемы
жидких и сыпучих сред
даны в чайных и столовых
ложках или стаканах, но при
этом мы даем их объем и в
миллилитрах. Если вы не
найдете у себя предметы
указанного нами размера,
приспособьте и используйте
то, что у вас есть.
Эксперимент и еще раз
эксперимент
Конечной целью таких книг,
как наша, является
поощрение вашей
экспериментаторской деятельности.
Попробуйте с помощью
учителей и друзей изменить опыт
и создать что-то свое. Мы
желаем вам получить
большое удовольствие от
эксперимента, независимо от
того, получите ли вы
какой-нибудь приз за вашу работу.
Химия в нашей
жизни
Палитра средневекового художника
Варка мыла в домашних условиях
Старинный огнетушитель
Ярь-медянка, или окисление меди
Нанесение медного покрытия погружением
Разделение центрифугой
Вторичная бумага:
естественная и отбеленная
С02-версия двигателя Герона
Эфирные масла в самодельных духах
Ананас, сжирающий протеин
Разделение составных частей
поваренной соли
Сравнение плотности и температуры
замерзания
Триболюминесценция леденцов
10
Химия в нашей жизни
Палитра средневекового
художника
Вам понадобятся
• Лоток для смешивания
акварели
• Пять сырых яиц
• Ступка с пестиком
• Свечка
• Узкая кисть
• Бутылка с
разбрызгивателем
• Карандаш
• Два маленьких
пластиковых пакета
• Молоток
• Две маленькие банки с
закручивающимися
крышками
• Пять листов бумаги
• Калька
• Чайная или 5-миллилит-
ровая ложка
• Ватный тампон
• Нож для резки бумаги
• Кастрюля
• Чашка и блюдце
• Для пигментов: медная
полоска (угольник или
стерженек), уксус, сажа,
белый мел, голубой
аквариумный гравий, семена
гелиотропа, сухая горчи- ]
ца или сафлор, пакетик
чая, железные опилки,
металлическая мочалка j
В этом опыте мы покажем,
как воссоздать палитру
средневекового художника с
помощью безопасных веществ.
Сначала вы должны выделить
пигменты из некоторых
материалов, которые мог использовать
средневековый художник, а
затем смешать или растереть их с
яичным желтком.
Средневековые художники
и иллюстраторы книг были
практикующими химиками и
часто использовали ядовитые
компоненты для создания
ярких красок. И хотя многие из
этих компонентов (мышьяк
для желтого цвета, лапис-ла-
зурь для голубого, сульфид
ртути для красного) были
опасными и
труднодоступными, их тайно собирали и
хранили. А большинство удачных
рецептов смешивания цветов
ревниво охранялись.Так как
до начала XVIII века масляные
краски не были известны,
художники пытались найти
вещество, которое равномерно
растворяет пигменты и
позволяет им прилипать к
различным поверхностям, сохранять
Химия в нашей жизни
11
свои истинные цвета. И они
нашли такое вещество —
желток и белок сырого яйца,
и яичная темпера оставалась
основным материалом
художников на протяжении
почти 800 лет.
Изготовление пигментов
Зеленый (ярь-медянка):
потрите медную полоску
металлической мочалкой, пока
она не засверкает.
Положите полоску на блюдце и
смажьте обе стороны
уксусом. Дайте уксусу
подсохнуть и еще раз смочите
полоску уксусом. Дайте
подсохнуть и этому,
второму слою \УД^У/
уксуса, а за- \}Jj,S
тем омочите ШЙг
полоску не- -—4'М~"
большим ко- Щщ$$
личеством
воды. Через 24 часа полоска
покроется зеленоватой
коркой. Когда корка затвердеет,
возьмите нож для резки
бумаги и соскоблите примерно
1 чайную ложку (5 мл) ярь-
медянки на лист бумаги.
Затем заверните полученный
пигмент и сохраните его до
того времени, когда он вам
понадобится.
Желтый (сафлоровая охра):
смешайте V2 чайной ложки
(2,5 мл) размолотого сафлора
с V2 чайной ложки (2,5 мл)
горчичного порошка.
Заверните пигмент в бумагу и
сохраните.
Синий (лапис-лазурь):
положите 1 чайную ложку
голубого аквариумного гравия в
два пластиковых пакета. На
твердой небьющейся
поверхности побейте молотком
по пакетам, пока гравий не
превратится в мелкий песок.
Заверните его в бумагу и
сохраните.
Красный (лакмус): очистите
семена гелиотропа.
Разотрите их в ступке пестиком и
положите растертые зерна в
кастрюлю. Налейте воду.
Вода должна покрывать слой
зерен. Доведите воду до
кипения и выключите огонь.
Дайте зернам набухнуть.
При этом образуется
настойка, которая в зависимости от
спелости зерен может быть
красной, синей или
пурпурной. Налейте настойку в
баночку с закручивающейся
крышкой. Если вам трудно
найти гелиотроп, замените
12
Химия в нашей жизни
его 1 чайной ложкой сухого
перца.
Черный (сажа): подержите
горящую свечу под гладкой
стороной блюдца, пока она
не закоптится. Аккуратно
перенесите эту копоть на
бумагу, заверните и сохраните.
Белый (квасцово-белый):
разотрите кусок белого мела
шкуркой, пока не получите
мелкий порошок. Заверните
порошок в бумагу и
сохраните.
Коричневые чернила (сепия):
положите чайный пакетик в
кастрюлю и залейте его
водой, так чтобы вода закрыла
пакетик. Когда вода закипит,
добавьте V2 чайной ложки
железных опилок и 3 капли
уксуса. Выключите огонь и
дайте смеси настояться в
течение ночи. Перелейте смесь в
баночку, закрутите крышку и
сохраните.
Подготовка к рисованию
1. С помощью
копировального аппарата увеличьте
рисунок, представленный на с. 8
или 9. Положите на
увеличенный рисунок кальку и
карандашом перенесите
рисунок на кальку.
2. Смочите кисточку
сепией и обведите контур. Линии
внутри контура вам не
нужны. Прополощите кисточку
и дайте краске засохнуть.
Смешивание и применение
разных веществ
1. В чайную чашку
соберите желтки пяти яиц.
Аккуратно перемешайте желтки,
не дав им вспениться.
Положите примерно V2 чайной
ложки желтка в каждую
чашу лотка для смешивания.
Одну из оставшихся чаш
лотка заполните сепией.
2. Аккуратно разверните
бумажные кулечки с вашими
сухими пигментами и
насыпьте немного пигмента в
каждую чашу, перемешивая
пигмент с яичным желтком
при помощи ватного
тампона. Для того чтобы получить
более насыщенный цвет,
добавьте больше цветового
пигмента, а для получения
полутонов добавьте белый
пигмент.
3. Нанесите краску на
каждый из скопированных вами
рисунков. Согласно
средневековому способу нужно на-
Химия в нашей жизни
13
чать со слоя светлой краски
и, дав ему затвердеть,
нанести на него следующий слой.
Для получения густого цвета
с большим коэффициентом
отражения нанесите слой
белой краски перед
нанесением цветной. При смене
краски обязательно промывайте
кисточку водой.
4. После того как рисунок
высохнет, закончите свое
художественное произведение
нанесением теней и деталей
сепией.
Результат
В результате усердной и
терпеливой работы ваше
произведение приобретет цвета и
оттенки, очень похожие на
те, которые создавали
средневековые художники и
иллюстраторы книг.
Химические свойства
яичной темперы
Яичная темпера — это
суспензия из частиц пигмента в
желтке. Вода яичного желтка
добавляет пигменту липкость,
а жир прикрепляет пигмент к
бумаге, где он может
затвердеть. Это означает, что
каждая частичка пигмента
окружена плотно упакованными
слоями липкого жира.
Но яйца в основном
состоят из воды, и так как основой
темперы служит вода, она
прозрачна, и ее нужно
использовать экономно.
Поэтому вы пользуетесь
калькой с очень гладкой
поверхностью, имитирующей
гладкий пергамент,
использовавшийся в старину.
Интересной особенностью яичного
желтка является то, что его
желтый цвет не портит цвет
пигмента. Более того — со
временем желтизна желтка
становится прозрачной и
глянцевой. А это значит, что
вам не нужно покрывать
лаком картины, нарисованные
темперой. Они сами
покроются лаком!
14
Химия в нашей жизни
Варка мыла
в домашних условиях
Вам понадобятся
• Полторы чашки (360 мл)
жира
• Полчашки (120 мл)
оливкового масла
• Щелок
• Большая, стеклянная,
жаропрочная миска
• Кастрюля среднего
размера
• Большая кастрюля
• Стеклянная банка
• Форма для пирога
• Целлофановая пленка
• Мерный стакан
• Столовая ложка
• Одноразовая
деревянная ложка или мешалка
• Электрический блендер
(смеситель)
• Термометр
• Резиновые перчатки
• Защитные очки
• Дистиллированная вода
Делать мыло легко и
интересно, но процесс требует
использования потенциально
опасных компонентов,
поэтому нужно соблюдать меры
предосторожности.
Резиновые перчатки и защитные
очки обязательны. Вы будете
использовать очень едкий
щелок, но он необходим для
процесса варки: щелок
превращает жиры в жирные кислоты.
Порядок действий
1. Наполните большую
кастрюлю до середины
водопроводной водой и нагрейте ее до
температуры 35 °С. Поставьте
кастрюлю в раковину.
2. В кастрюле среднего
размера на слабом огне растопите
!/г чашки жира. Когда жир
полностью растопится,
добавьте к нему V2 чашки (120
мл) оливкового масла и
перемешайте деревянной ложкой.
3. Перелейте жир и
оливковое масло в стеклянную
жаропрочную миску и поставьте ее в
большую кастрюлю,
наполненную холодной водой. Дайте
смеси из жира и оливкового масла
остыть в этой холодной водяной
бане в течение примерно
получаса или пока внешние стенки
миски не станут чуть теплыми.
Химия в нашей жизни
15
4. Налейте в стеклянную
банку 3/4 чашки (180 мл)
холодной дистиллированной
воды. В хорошо проветриваемом
помещении добавьте в воду 2
чайные ложки щелока и
размешайте. Для размешивания
используйте конец ручки
деревянной ложки и не
вдыхайте газ, образующийся при
реакции щелока с водой.
Внимание: Никогда не
используйте металлические предметы
для размешивания раствора,
содержащего щелок. Щелок
прореагирует с металлом и
загрязнит раствор ионами
щелока, которые могут вызвать
раздражение кожи.
5. Достаньте смесь жира и
оливкового масла из водяной
бани и поставьте
стеклянную миску на твердую,
плоскую поверхность.
ОСТОРОЖНО налейте смесь
щелока с водой в смесь жира с
оливковым маслом,
медленно размешивая деревянной
ложкой. Обратите внимание,
как смесь становится
клочковатой и начинает твердеть.
Процесс омыления начался,
когда молекулы щелока
вступили в реакцию с
молекулами жира и начали разрушать
их.
ОСТОРОЖНО: Избегайте
попадания раствора на открытую кожу.
Если это случилось, прекратите
работу и промойте забрызганное
место под холодной водой в
течение нескольких минут.
6. Продолжайте
размешивать смесь, пока она не
загустеет и станет похожей на
заварной крем. Это означает,
что ваше мыло почти
сварилось. Чтобы проверить,
сварилось ли мыло, нужно
вынуть ложку и посмотреть, как
мыльные полосы реагируют с
поверхностью ложки. Если
полосы оставляют небольшие
следы на поверхности,
значит, мыло вполне сварилось.
Внимание: Если вы
размешиваете мыло вручную, то пока мыло
достаточно загустеет, может
пройти около часа.
Использование электрического смесителя
сократит это время до 15 минут.
7. Проложите форму для
пирога целлофановой
пленкой и осторожно налейте в
нее мыло. Закройте форму
16
Химия в нашей жизни
другим куском пленки и
оставьте мыло остывать
примерно на сутки. Процесс
варки будет продолжаться и
во время выдержки.
8. Через сутки достаньте
мыло из формы и нарежьте
на куски. Заверните куски
мыла в вощеную бумагу и
положите в теплое, сухое место
по крайней мере на две
недели для выдержки.
ОСТОРОЖНО: Вы должны
выдержать мыло в течение
нескольких недель, чтобы быть
уверенным, что щелочность мыла сильно
уменьшилась. Если вы
используете недозрелое мыло, оно может
вызвать раздражение-кожи.
Результат
При правильном
смешивании и выдержке вы можете
получить мыло кремового
цвета, пахнущее свежестью,
с нежной пеной,
увлажняющей вашу кожу оливковым
маслом и глицерином
(побочный химический продукт
варки мыла).
Ваше мыло будет иметь
больше воды, чем покупное,
и поэтому может быстро
высохнуть, если оставить его
открытым. Держите каждый
кусок в пластиковом пакете
до использования.
Объяснение
Ключ создания мыла лежит в
химических свойствах
щелока. Этот химикат — едкий
натр (NaOH) — вступает в
реакцию с водой в процессе,
называемом гидролизом.
Можно заметить, что вода
нагревается, когда вы
добавляете в нее щелок. Это
происходит из-за того, что
молекулы щелока вступают в
реакцию с водородом в
молекулах воды и образуют очень
щелочное вещество. Щелочи
могут превращать жиры в
жирные кислоты.
Молекулы жирных кислот
обволакивают частички
жира и других продуктов на
вашей коже, не давая им
вступать в новые реакции.
Поэтому мытье мылом и
промывание водой очищают вас.
Химия в нашей жизни
17
Старинный огнетушитель
Вам понадобятся
• Поллитровая
пластиковая бутылка с
закручивающейся крышкой
• Пакетик чая
• Вилка
• Чайная ложка
• Ножницы
• Скрепка для бумаги
• Дрель
• Уксус
• Пищевая сода
Если вы бывали в
антикварном магазине, то могли
заметить странный предмет,
похожий на стеклянную
лампочку, наполненную
жидкостью. У некоторых из них
внутри имеется еще одна
емкость, вероятно, для какого-
то другого вещества. Это
огнетушители той эпохи, когда
получение сжатого воздуха
было трудным и дорогим для
коммерческого
производства.
Их химия очень проста:
стеклянная колба
наполняется двумя вступающими в
реакцию веществами, но
отделенными друг от друга до
того момента, пока колба не
понадобится. Во время пожара
нужно сильно встряхнуть
колбу, чтобы вещества
перемешались. Смесь зашипит и
образует пену двуокиси
углерода, которая будет
разбрызгиваться из горлышка колбы.
Двуокись углерода заменит
кислород, необходимый для
продолжения горения, и
погасит огонь.
Используя предметы
домашнего быта, вы сами
можете сделать такой прибор.
Порядок действий
1. Просверлите маленькую
дырочку в центре
бутылочной крышки.
2. Используя зубец вилки,
аккуратно разогните
скрепку чайного пакетика, так
чтобы вы могли распрямить
пакетик. (Скрепкосниматель
может повредить его.)
Отрежьте бумажный ярлычок с
нитки, не удаляя ее с
пакетика.
3. Разрежьте кончик
пакетика, противоположный
тому, на котором закреплена
18
Химия в нашей жизни
нитка, и высыпьте чай.
Вместо чая в пакетик насыпьте 2
чайные ложки (10 мл)
питьевой соды.
4. Снова сложите пакетик
пополам и скрепите обе
половинки скрепкой для бумаг.
5. Налейте уксус в
пластиковую бутылку до середины.
6. Привяжите конец нитки
к горлышку бутылки и
аккуратно опустите пакетик в
бутылку, так чтобы он висел на
расстоянии 7 см от уксуса.
7. Закрутите крышку
бутылки.
8. Когда вы будете готовы к
испытанию вашего
огнетушителя, закройте дырочку в
Дырочка
в крышке,
бутылки
Чайный
пакетик,
пополненный
пищевой
содой
. Уксус
Старинный огнетушитель
крышке пальцем и
хорошенько встряхните бутылку;
нужно, чтобы уксус намочил
пакетик. Пакетик должен
открыться и высыпать соду в
уксус. Направьте горлышко
бутылки от себя и уберите палец
с дырочки.
Результат
Из дырочки в горлышке
вылетит струя белой пены.
Объяснение
Когда смешиваются
щелочные и кислые растворы, в
результате химической реакции
получается вещество с
нейтральным показателем рН. В
этом случае щелочная
питьевая сода вступает
в реакцию с кислым
уксусом и дает
нейтральный газ двуокиси
углерода. До того как
вы уберете палец с
дырочки, вы увидите
пузырьки двуокиси
углерода, вызывающие
увеличение давления.
Знаете ли вы?
С развитием пирс-
технологии (науке об
огне) простые
огнетушители с двуоки-
Химия в нашей жизни
19
сью углерода вышли из
употребления. В первую
очередь из-за того, что
когда двуокись углерода
замещает кислород в закрытом
помещении, появляется
угроза удушья. Современные
огнетушители используют
сильно сжатые вещества,
эффективные для многих
типов огня. Сюда входят:
тип А для обычного
топлива, тип В для
воспламеняющихся жидкостей и тип С
для горючих металлов.
Но некоторые особенности
старинных огнетушителей
все же сохранились. Вы по-
прежнему должны держать
огнетушитель в
вертикальном положении и не трясти
его без необходимости.
Этот опыт показывает, как
можно самому нанести на
медь замечательное
естественное покрытие —
ярь-медянку, или verdigris. Слово
verdigris означает «греческая
зелень»; она охраняет медь и
латунь от коррозии под
действием жира и кислот
окружающей среды. Этим она
отличается от большинства
обычных, вредных
окислений, таких как ржавчина.
Ярким примером ^ ^
этого служит ХдТТТ/
статуя Свободы )g~3i
в гавани Нью- pf
Йорка. Толстый ^тК~~
слой ярь-медян- ^Zmuw
Ярь-медянка, или
окисление меди
Вам понадобятся
• Маленькая медная
чашка или какой-нибудь
предмет из меди
• Раствор медного
карбоната
• Нашатырный спирт или
уксус
• Очиститель латуни
• Мерный стакан
• Разбрызгиватель
• Одноразовая
пластиковая миска
• Узкая кисть для
рисования
• Газеты
• Бумажные полотенца
20
Химия в нашей жизни
ки на медной коже статуи
защищает ее от сурового
климата и разрушительного
влияния грязного воздуха.
Со временем ярь-медянка
образуется естественным
путем, так как поверхность
не защищена от паров воды,
содержащих растворенные
химикаты. Но вы можете
ускорить процесс, смешав
раствор нашатырного спирта с
раствором медного
карбоната и намазав эту смесь на
окисляемый предмет. Так
как латунь — это смесь меди
с цинком, вы можете
использовать эту смесь и для
окисления латуни.
Порядок действий
1. Расстелите газету на
полу или на столе, создав себе
рабочее место.
2. Для снятия любого
налета с меди или латуни
используйте очиститель латуни.
Нанесите его с помощью
бумажного полотенца тонким
слоем на медную чашу.
Дайте очистителю просохнуть, а
затем очистите чашу чистым
куском бумажного
полотенца.
3. В пластиковой миске
смешайте 1 стакан (240 мл)
нашатырного спирта с !/4
стакана (60 мл) раствора
медного, карбоната. Если вы
используете уксус, нужно 2
чашки (480 мл)
неразбавленного уксуса.
ОСТОРОЖНО: Работу нужно
проводить в хорошо
проветриваемом помещении и не вдыхать
пары смеси.
4. Смочите кисточку в
растворе и намажьте смесь на
внешнюю сторону медной
чаши. Внутреннюю часть не
смазывайте, тогда вы можете
сравнить ярь-медянку с нео-
кисленной частью.
5. Дайте чаше просохнуть
и еще раз смажьте ее
смесью. Для более насыщенного
цвета повторите эту
процедуру 5 — 6 раз. Когда
засохнет последний слой,
обрызгайте чашу водой.
Результат
На меди появится рыхлое
зелено-голубое покрытие.
Голубой цвет появится в
том месте, где вы обрызгали
поверхность водой, а
зеленый появится в
углублениях, где смесь
сконцентрировалась.
Химия в нашей жизни
21
Объяснение
Смесь нашатырного спирта с
медным карбонатом при
высыхании на медной
поверхности взаимодействует с медью,
воздухом и водой и вызывает
зеленую коррозию. Ярь-ме-
Не всегда для того, чтобы
покрыть объект слоем
металла, нужен электрический
ток, и этот опыт доказывает
это. Некоторые металлы так
активны, что когда они
попадают в уксусный или соле-
дянка состоит из смеси солей
меди, таких как сульфат меди,
хлорид меди и окись меди.
Каждая из этих солей имеет
свой размер кристаллов,
которые дают разные оттенки
зеленого и голубого.
вой раствор вместе с менее
активным металлом, они
насыщают раствор своими
электронами. Свободные
электроны собираются вместе и
покрывают поверхность
менее активного металла. И
этот процесс называется
покрытием через погружение.
Порядок действий
1. Положите несколько
кусков бумажного полотенца
Нанесение медного покрытия
погружением
Вам понадобятся
• Двадцать медных монет
• Железный гвоздь
• Металлическая мочалка
• Белый уксус
• Нашатырный спирт
• Соль
• Мерный стакан
• Чайная ложка
• Стеклянная банка
• Тарелка
• Бумажное полотенце
22
Химия в нашей жизни
на тарелку. На слой из
полотенец положите 20 медных
монеток. Намочите монеты
нашатырным спиртом. Когда
монеты высохнут, они
позеленеют и покроются слоем
ярь-медянки.
ОСТОРОЖНО: Поливайте
монеты нашатырным спиртом в
хорошо вентилируемом помещении и
не вдыхайте пары нашатыря.
2. Налейте 1 стакан
белого уксуса (240 мл) в
стеклянную банку и добавьте
V2 чайной ложки соли.
Размешайте соль в уксусе„
пока она не растворится.
3. В банку положите 20
монеток. Подождите ( пока
зелень на поверхности монет
растворится и монеты опять
станут как новые.
4. Протрите железной
мочалкой железный гвоздь,
чтобы очистить его
поверхность. Опустите гвоздь в
банку с монетами.
5. Оставьте банку в покое
на ночь и утром проверьте,
что стало с гвоздем.
Результат
Железный гвоздь будет
покрыт слоем меди. Слой меди
на гвозде будет еще толще,
если вы дольше подержите
гвоздь в уксусно-солевом
растворе.
Объяснение
Смесь уксуса (уксусная
кислота и вода) и соли
(хлористый натрий) растворяет
коррозию (смесь солей меди) на
медных монетах и дает
возможность большему
количеству меди соприкоснуться с
уксусно-солевым
раствором. По той же причине вы
протерли железной
мочалкой поверхность гвоздя до
того, как опустили гвоздь в
банку.
Мочалка удалила следы
масла и ржавчины с
поверхности гвоздя, позволив
большей части поверхности
соприкоснуться с раствором.
Теперь оба металла
полностью погружены в смесь,
которая по-разному
взаимодействует с каждым из
металлов.
При любой реакции
покрытия более активный
металл теряет свои электроны в
пользу менее активного
металла. Раствор действует как
электролит, и это означает,
что он облегчает движение
Химия в нашей жизни
23
электронов от одного
металла к другому. Если брать
медь и железо, то медь более
активный металл, поэтому он
легче теряет электроны. Эти
Этот опыт показывает
технику отделения твердых
частиц, взвешенных в жидкости,
от самой жидкости.
Содержащая частицы жидкость
называется суспензией. Кровь —
это суспензия, и в гематологии
(науке о крови) кровяные тела
отделяют от плазмы, в которой
электроны ускоряются
раствором, и когда они
добираются до гвоздя, то
собираются на нем и покрывают слоем
железную поверхность.
они находятся, и исследуют их
более детально. Это делают -с
помощью прибора,
называемого центрифугой. Химикам
очень нравятся центрифуги,
так как они могут выделить
частицы из суспензии в
зависимости от их плотности.
Порядок действий
1. Потрите мел шкуркой
над листом бумаги, пока не
наберете */2 чайной ложки
(2,5 мл) порошка мела.
2. Сверните бумагу и
насыпьте мел в пробирку.
Наполните пробирку водой и
закройте ее резиновой
пробкой.
3. Опустите пробирку в
носок нейлонового чулка.
Обмотайте резинкой чулок и
пробирку так, чтобы
пробирка стояла вертикально.
4. Возьмитесь за конец
чулка и начните вращать его со
Разделение центрифугой
Вам понадобятся
• Стеклянная пробирка с
_ резиновой пробкой
• Нейлоновый чулок
• Три резиновых колечка
• Мел
• Тонкая шкурка
• Лист бумаги
• Песок
• Апельсиновый сок
• Виноградный сок
• Молоко средней
жирности
• Вода
24
Химия в нашей жизни
всей силы у себя над головой.
Вращайте чулок в течение 2-х
мшгут.
Внимание: Убедитесь, что
вокруг вас достаточно места для
раскручивания чулка. Не
разбейте чего-нибудь!
5. Аккуратно достаньте
пробирку из чулка, не тряся
и не поворачивая ее.
Проверьте ее содержимое.
6. Повторите действия
1—4, но при этом в мел
добавьте щепотку соли.
7. Помойте пробирку и
наполните ее сначала
виноградным, затем
апельсиновым соком и, наконец,
обезжиренным молоком.
Проверьте каждую жидкость
после раскручивания.
Результат
Через 2 минуты после начала
раскручивания мел
соберется в толстый слой у донышка
пробирки. Если к мелу
добавить песок, то на донышке
соберется песок, а над ним
окажется слой мела. Из двух
сортов сока д
апельсиновый fek
сок сепариру- s^ftl
ется лучше, Vcl
чем виноград- ^ ~\
ный. А обезжи- ]Up)
ренное молоко l^jj
не сепарирует- Щу
ся вообще. \яД
Объяснение (Я
Крупные час- ч)
тицы мела и
песка, взвешенные в воде,
легко отделяются от нее
при вращении под
действием центробежной силы.
Песок собирается под мелом,
потому что он плотнее и
тяжелее. Тяжелые частицы
апельсина отделяются от
воды, то же происходит с
частичками винограда в
виноградном соке. Частицы
жира не отделяются от
молока, потому что процесс
гомогенизации формирует
настолько маленькие
частицы жира, что их трудно
отделить. Мелкие частицы
жира позволяют людям
легче переварить молоко.
Химия в нашей жизни
25
Вторичная бумага:
естественная и отбеленная
Вам понадобятся
• Пачка старых газет
• Большая кастрюля
• Кастрюля среднего
размера
• Маленькая рамка для
фотографии,
помещающаяся в большой
кастрюле
• Шесть прямоугольных
кусков войлока,
площадь каждого куска
должна быть вдвое
больше, чем у рамки
• Небольшой кусок
мелкой сетки
• Кнопки
• Деревянная ложка
• Фанерная доска
• Отбеливатель
• Электрический
смеситель (по желанию)
Бумага — удивительно
прочный и долговечный
материал. Хотя многие
современные производители
бумаги используют лишь 30%
макулатуры при
производстве новой бумаги, при
правильном процессе
переработки можно было бы
вторично использовать всю
бумагу. Однако отбеливание,
необходимое для
производства высококачественной
бумаги, загрязняет
атмосферу, и поэтому
производители ищут другие пути.
Этот опыт покажет вам
основные этапы
превращения старой бумаги в новую.
Отбеливание одной стопки
бумаги позволит вам
сравнить результаты.
Порядок действий
1. Порвите пачку старых
газет на полосы и положите
полосы в большую
кастрюлю. Наполните кастрюлю
водой и замочите полосы на 10
минут, затем слейте воду.
Это поможет вам избавиться
от типографской краски.
2. Руками раскрошите
бумажные полосы на мелкие
кусочки. Чем мельче кусочки,
тем ровнее получится бумага.
26
Химия в нашей жизни
3. Налейте в кастрюлю
воду, так чтобы она покрыла
кусочки, и оставьте на ночь.
4. Варите газеты в воде до
их разжижения и
превращения в кашицеобразную
массу.
Внимание: Если вы не хотите
варить бумагу, вы можете
воспользоваться смесителем для
получения кашицеобразной
массы, но тогда у вас получится
грубая, легко рвущаяся бумага.
5. Перелейте половину
смеси во вторую, меньшую
кастрюлю и добавьте V2 стакана
(120 мл) отбеливателя.
Оставьте смесь на несколько часов.
Тонкий слой бумажной
кашицы соберется над водой.
6. Растяните кусок сетки
над рамкой и закрепите ее по
краям рамки.
7. На плоскую
поверхность тюложите войлок и
рядом с ним фанерную доску.
8. Аккуратно утопите
рамку для фотографий в
большой кастрюле (без
отбеливателя). Достаньте рамку из
кастрюли так, чтобы на ней
оказался слой кашицы. Если
в слое дырочки, ложкой
добавьте в них кашицы.
9. Дайте воде слиться
обратно в кастрюлю.
Перенесите рамку к войлоку и
быстро переверните ее, чтобы
слой кашицы оказался на
войлоке.
10. Сверните вторую
половину войлока так, чтобы он
оказался „на слое кашицы, и
сверху положите фанерную
доску.
11. Прижмите доску,
чтобы выгнать из бумаги
остатки воды. Затем снимите
доску и разверните войлок,
высвободив бумагу, но не
снимайте ее с войлока.
12. Повторите процесс
высушивания бумаги еще
дважды с оставшимися
кусками войлока. Затем
повторите весь процесс
изготовления, используя отбеленную
бумажную массу.
13. Высушите ваши шесть
листов бумаги — на это уйдет
вся ночь. Утром аккуратно
отделите каждый кусок от
войлока.
Результат
У вас получится шесть
листов грубой, но крепкой
бумаги, три из которых бледно-
желтого цвета. Ваша бумага
может сломаться при скла-
Химия в нашей жизни
27
дывании, поэтому проверьте
небольшие кусочки перед
использованием.
Объяснение
Бумага в основном состоит
из целлюлозы. При
замачивании и нагреве целлюлоза
распадается на крошечные
волокна, из которых можно
сделать своеобразный
бумажный суп, но они
смыкаются, когда кашица
прессуется в лист и из нее
выжимается вода.
Профессиональные
производители добавляют в
бумагу и другие ингредиенты,
такие как отбеливающая
глина и крахмал для
сцепления волокон. Эти
связующие вещества делают
бумагу крепче и надежнее в
использовании.
28
Химия в нашей жизни
С02~версия двигателя Герона
Вам понадобятся
• Пластиковая баночка от
фотопленки
• Три шипучих таблетки
• Нитки
• Проволочная вешалка
• Кирпич из пенопласта
(как основание)
• Дрель со сверлом 2 — 3
мм
• Скотч
• Резинки
• Вода
Может быть, вы помните
Герона, древнегреческого
ученого, который изобрел
вращающийся двигатель,
приводимый в движение
паром. Наша версия двигателя
Герона в принципе похожа
на оригинал, но использует
современные материалы в
виде пластиковой
коробочки от фотопленки и двух
шипучих таблеток.
Порядок действий
1. Выпрямите
проволочную вешалку и сверните
один из ее концов в крюк.
Воткните прямой конец в
основание из пенопласта.
2. Просверлите маленькую
дырочку в боку пластиковой
баночки вблизи крышки.
Просверлите еще одну
дырочку с противоположной
стороны, вблизи основания.
3. Обмотайте коробочку
резинкой посередине и
привяжите кусок нитки к резинке.
4. Убедитесь, что баночка
ровно висит на нитке (если
нет, то сместите резинку).
Ровно висящую баночку
нужно ниткой привязать к
проволочному крюку.
5. Отрежьте кусок скотча
и отложите его.
^ 6. Снимите крышку и
положите в баночку две шипучие
таблетки, добавьте 1 чайную
ложку (15 мл) воды и сразу
закройте баночку крышкой и
закрепите ее скотчем.
7. Встаньте сбоку и
понаблюдайте за вашим
двигателем в действии.
Результат
Две струи газа вырываются с
боков баночки, вызывая ее
быстрое вращение на нитке.
Химия в нашей жизни
29
Баночка от
фотопленки
Объяснение
Когда шипучие таблетки
растворяются в воде,
начинается химическая реакция. В
состав многих шипучих
таблеток входят
основание (двууглекислый
натрий, или питьевая
сода) и сухая
лимонная кислота. Когда
вы бросаете таблетку
в воду, лимонная
кислота соединяется
с питьевой содой.
При перемешивании
кислота и основание
вступают в
химическую реакцию, в
результате которой
появляются пузырьки,
наполненные газом
двуокиси углерода. В
закрытой баночке
газ собирается и его
давление растет. Это давление
выбрасывает небольшие струи
газа из дырочек баночки,
заставляя ее вращаться.
Скотч
Крючок
Пенопластовое
основание
Вращающийся двигатель
30
Химия в нашей жизну
Эфирные масла
в самодельных духах
Вам понадобятся
• Семь маленьких
бутылочек для специй с
крышками
• Спирт для протирки
• Ватный тампон
• Щипчики
• Пакет с закрывающимся
верхом
• Столовая ложка
• Бумажные полотенца
• По V8 чашки (30 мл)
каждого: благоухающих
лепестков розы, цветов
гардении, листьев с
лимонного или
апельсинового дерева, листьев
эвкалипта, листьев
базилика, сосновых игл
• Скотч
• Маркер
Этот опыт демонстрирует
одно из самых старых
применений химии:
изготовление духов. Древние химики
быстро поняли, что
добавление других ингредиентов к
эфирным маслам растений
не только позволяет
использовать эти второсортные
масла, но и делает более
устойчивым их аромат.
Порядок действий
1. Отмерьте по V8 чашки
(30 мл) всех листьев и цветов.
Поместите содержимое
каждой чашки в пластиковый
пакет с закрывающимся
верхом и разотрите все цветы и
листья в пакетах с помощью
столовой ложки.
2. Добавьте в каждый
пакет 1 чайную ложку
протирочного спирта и
продолжите измельчение.
3. Растертые растения
переложите в бутылочки для
специй. Закройте бутылочки
крышкой и дайте растениям
со спиртом настояться в
течение недели. Используя скотч
и маркер, сделайте этикетки
для бутылочек.
4. Через неделю откройте
одну из бутылочек и
опустите в нее ватный тампон.
После этого поднесите
тампон к своему лицу и влаж-
Химия в нашей жизни
31
ным кончиком помашите у
носа.
5. Проведите влажным
кончиком по тыльной
стороне вашей руки и дайте влаге
засохнуть. Понюхайте это
место.
6. Используйте пинцет для
удаления размолотого
растения из одной бутылочки.
Дайте ему засохнуть и потом
понюхайте его.
Результат
Влажный тампон пахнет
спиртом, смешанным с
запахом растения. После того как
вы позволили влаге
высохнуть на вашей коже, на ней
остался только аромат
растения без запаха спирта. А
высушенное размолотое
растение из бутылочки ничем не
пахнет.
Объяснение
Спирт вступает в реакцию с
эфирными маслами
растений и высасывает их из
ткани растений; эфирные масла
остаются в спирте до того,
как попадут на воздух.
Поэтому высушенные
размолотые растения ничем не
пахнут, а спирт сохраняет их
запах. Спирт — это отличный
«контейнер» для молекул
эфирных масел, потому что,
попав на воздух, спирт
быстро высыхает и оставляет
после себя запах эфирного
масла.
32
Химия в нашей жизни
Ананас, сжирающий протеин
Вам понадобятся
• Чистый желатин
• Две одинаковых
жаропрочных стеклянных
миски
• Свежий ананас
Люди, как и все животные,
живут благодаря тому, что
при пищеварении их
организм разлагает пищу на
более простые составляющие,
а затем впитывает эти
питательные вещества. После
того как вы съедите
что-нибудь, в вашем желудке
выделяются кислоты и энзимы
(ферменты), которые
разрушают протеины, углеводы и
жиры. В этом опыте вы
увидите в работе один из
мощнейших энзимов, наблюдая
за сырым ананасом в миске с
желатином.
Порядок действий
1. Растворите желатин и
налейте его в две миски.
Поставьте миски в холодильник
на ночь, чтобы желатин
загустел.
2. Утром достаньте миски с
желатином. Нарежьте сырой
ананас на кусочки и один
кусочек положите на желатин
в одну из мисок. Оставшиеся
кусочки ананаса
используйте для приготовления
фруктового салата.
3. Оставьте обе миски еще
на одну ночь в холодильнике,
а утром сравните миску с
ананасом с другой миской.
Запишите свои наблюдения.
Результат
Ананас растворил весь слой
желатина, превратив его
большую часть в жидкость.
Желатин без ананаса
остался твердым.
Объяснение
Ананас — один из многих
фруктов, содержащих боль-
Химия в нашей жизни
33
шое количество
расщепляющих белки энзимов. Этот
мощный химикат может
растворять простые
протеины. Протеин в желатине
имеет форму аминокислот,
которые соединены в длин-
Вы легко можете
разложить поваренную соль на
составные части с помощью 6-
вольтовой батарейки. Этот
процесс не только разлагает
соль на составные части, но и
позволяет вам определить
полярность батарейки
уникальным способом реакции
ные цепочки, что и придает
желатину его форму.
Добавление расщепляющих
белки энзимов к
аминокислотам разрывает длинные
цепочки и желатин
растворяется.
каждого элемента с медным
проводом.
Порядок действий
1. Заполните стакан на три
четверти теплой водой.
Добавьте 3 столовые ложки
поваренной соли и размешайте ее.
2. Ножницами срежьте
примерно по 10 см изоляции с
концов медных проволок.
3. Присоедините один
конец проволоки к
положительному концу батарейки, а
другой конец суньте в воду.
Присоедините один конец
второго провода к
отрицательному концу батарейки, а
другой суньте в воду.
4. Оставьте провода в
растворе примерно на 20 минут
и понаблюдайте за
изменениями проводов.
Разделение составных
частей поваренной соли
Вам понадобятся
• Стакан
• Поваренная соль
• Столовая ложка
• Два 30-сантиметровых
изолированных медных
провода
• Шестивольтовая
батарейка
• Ножницы
2- Занимательные опыты
34
Химия в нашей жизни
Результат
Вокруг одного из проводов
собираются крошечные
пузырьки, в то время как
второй провод зеленеет.
Объяснение
Электрический ток, текущий
от батарейки через провода в
раствор соли, разрушает
молекулы соли на составные
части. Эти части состоят из
серебристого металла натрия и
желтоватого газа
хлора. В процессе
расщепления соли
натрий выделяется на
отрицательном
проводе. Этот натрий легко
вступает в реакцию с
водой, и при этом
выделяется водород —
пузырьки на проводе.
Хлор притягивается к
положительному
проводу, где он сперва
образует хлорид меди, а
затем окись меди,
которая и окрашивает провод в
зеленый цвет. Полярность
проводов выявляется
пузырьками водорода на
отрицательном проводе и зеленой
окраской — на положительном. По
мере того как процесс
разложения соли на составляющие
части продолжается,
количество водорода в воде
уменьшается, а натрия —
увеличивается, превращая ее в
каустическую соду.
К отрицательному
концу >.
Пузырьки
водорода
К положительному
концу.
Окись меди
Водный раствор соли
Химия в нашей жизни
35
Сравнение плотности
и температуры замерзания
Вам понадобятся
• Три одинаковых
пластиковых стакана
• Сахар
• Соль
• Маркер
• Вода
Этот простой опыт
поможет вам определить плотность
растворенного твердого
вещества и температуру
замерзания его раствора. Физики
считают, что сравнение этих
величин дает важную
информацию о природе вещества.
Порядок действий
1. Налейте два стакана воды
почти до краев, третий стакан
наполните водой до края.
2. Добавьте 3 чайные
ложки (15 мл) сахара в
первый стакан и 3
чайные ложки (15 мл) соли
во второй стакан.
Наклейте на эти стаканы
этикетки — САХАР и
СОЛЬ. На третий стакан
наклейте этикетку ВОДА.
3. Поставьте все три
стакана в морозильник и каждые 2
часа проверяйте содержимое
стаканов: какое из них начнет
замерзать первым. Если
понадобится, оставьте стаканы в
морозильнике на ночь.
Результат
Сперва начнет замерзать
чистая вода, затем сахарный
раствор. Для замерзания
любого раствора соли требуется
гораздо больше времени, чем
для чистой воды и раствора
сахара. Раствор соли может
вообще не замерзнуть.
Объяснение
Когда вы растворяете твердое
вещество в воде, вы
понижаете ее температуру замерзания
36
Химия в нашей жизни
па величину,
пропорциональную концентрации
растворенных частиц. Если вы
удвоите концентрацию частиц в
воде, вы удвоите и значение
понижения температуры
замерзания. А так как вы
насыпали в стаканы одинаковое
количество соли и сахара,
можно было бы ожидать, что
температура замерзания у
них одинакова. Но твердая
соль (натрий хлор) почти на
40% плотнее, чем твердый
сахар (сахароза), так что 1
чайная ложка (15 мл) соли весит
больше, чем 1 чайная ложка
(15 мл) сахара. К тому же вес
молекулы соли составляет
всего 8% веса молекулы
сахара, поэтому в чайную ложку
помещается гораздо больше
молекул соли, чем сахара.
И наконец, когда соль
растворяется, ее молекула
расщепляется на две заряженные
частицы, называемые ионами.
Так что из каждой
растворенной частицы образуются две,
удваивая концентрацию.
Молекулы сахара остаются
целыми. Эти особенности соли
создают более
концентрированный раствор, для которого
характерна более низкая
температура замерзания.
Некоторые кристаллы
имеют электрические
свойства, которые
возбуждаются в особых условиях. Когда
такой кристалл, как сахар,
разбивается или ломается,
выделяется электрическая
энергия в виде световых
волн. Ученые называют это
явление триболюминесцен-
цией, что означает «свет,
полученный в результате тре-
Триболюминесценция
леденцов
Вам понадобятся
• Ароматизированные
грушанкой леденцы
• Пластиковый пакет с
закрывающимся верхом
• Кусок фанеры или
твердой поверхности
• Ступка и пестик
• Темная комната
Химия в нашей жизни
37
ния или давления». Вы
можете увидеть это на
примере леденцов,
ароматизированных грушанкой.
Порядок действий
1. Положите несколько
леденцов, ароматизированных
грушанкой, в маленький
пластиковый пакет с
закрывающимся верхом. Положите
пакет в ступу.
2. Внесите ступу в темную
комнату и дайте вашим
глазам привыкнуть к темноте.
3. Держа ступу на твердой
поверхности, медленно
размалывайте пестиком
леденцы. При этом вы их не видите.
4. Поднимите пакетик с
расколотыми леденцами и
потрите его так, чтобы
кусочки леденцов скреблись
друг о друга.
5. Выйдите из комнаты и
дайте глазам привыкнуть к
свету, а затем запишите свои
наблюдения.
Результат
С каждым движением
пестика расколотые леденцы дают
крошечную вспышку белого
света. Трение расколотых
частиц друг о друга в пакете
дает яркий свет.
Объяснение
Раскалывая леденцы, вы
разрушаете кристаллы,
сформированные, когда жидкий
сахар остывал, превращаясь в
леденец. Но только леденцы с
грушанкой имеют особое
триболюминесцентное
кристаллическое строение.
Никакие другие леденцы не дают
такого эффекта.
Земля и небо
Перенесение расстояний со сферы на карту
в проекции Меркатора
Вычисление длины окружности Земли
Создание топографической карты гор
Контурная карта геологической впадины
Измерение сальтации песка
Создание и сохранение песчаных дюн
Поглощение воды частицами разного размера
Воспроизведение естественного
окатывания с помощью встряхивания
и перемешивания камней
Моделирование S-P интервала землетрясения
при помощи звонка
Определение точки эпицентра
Изменение вязкости сырой нефти
Пять типов окаменения
Эхолокация m
дна океана \и\
40
Земля и небо
Перенесение расстояний
со сферы на карту
в проекции Меркатора
Вам понадобятся
Подробный глобус без
подставки
Настенная карта в
проекции Меркатора (на
которой можно рисовать)
Карта стандартного
размера в проекции
Меркатора
Тесемка
Линейка
Тонкий маркер
Три карандаша разного
цвета
Скотч
Транспортир
Этот опыт показывает
неизбежные искажения,
возникающие при перенесении
земной сферы на плоскую
карту. Мы будем измерять
земные расстояния на
маленьком глобусе и
переносить их на карту в проекции
Меркатора. Эта процедура
показывает всю силу и
слабость широко используемой
проекции Меркатора для
представления земной
сферы.
Картографы долго
боролись с трудностями создания
карты Земли. И только
некоторые типы
картографической проекции получили
широкое развитие. Каждый
способ проекции
используется для представления
разных видов информации, и
каждый создавался для
сведения к минимуму
определенных искажений.
Три типа
картографической
проекции
Проекция, которая берет
начало в одном из полюсов
Земли и распространяется
наружу, называется гномоничес-
кой. Гномоническая
проекция использует прямые
линии долготы, так что
кратчайшее расстояние между двумя
Земля и небо
41
точками можно точно
измерить. Однако так как линии
широты искривлены, гномо-
ническая проекция не очень
пригодна для определения
направления. К тому же гно-
моническая проекция может
быть использована для
отдельной полусферы, и
искажение увеличивается с
увеличением расстояния от
полюсов.
Карта в гномонической
проекции
Поликоническая проекция
более точная для
определения направления, потому что
линии долготы прямые, а
линии широты искривлены
самую малость. Это означает,
что и положение, и
направление определяются с хорошей
точностью. Недостаток
поликонической проекции в том,
что она может показать лишь
небольшую часть
поверхности Земли, и поэтому
непригодна для дальней навигации.
Карта в поликонической
проекции
Проекция Меркатора,
названная в честь голландского
картографа Герадуса
Меркатора (1512—1594),
предлагает компромисс. Чтобы
понять, как создаются карты
Меркатора, представьте
кусок бумаги, обмотанный
вокруг экватора глобуса.
Воображаемые линии из центра
глобуса протыкают его
поверхность и оказываются на
бумаге. Как видно из
рисунка, эти линии, до того как
достигнуть бумаги, широко
расходятся, и это создает
искажения размеров
площадей, в особенности — вблизи
полюсов.
На карте в проекции
Меркатора Гренландия выглядит
такой же по размеру, как
Южная Америка, хотя она в
пять раз меньше. Но
поскольку проекция Меркатора
содержит прямые линии и для
широты, и для долготы, она
42
Земля и небо
столь же точна в определении
расстояний, как гномоничес-
кая проекция, и лучше
поликонической проекции для
определения направления.
Карта в проекции Меркатора
Широтное
искажение
1. Измерьте и отрежьте
тесемку на 20 см длиннее
окружности вашего глобуса.
Разметьте тесемку по длине,
отметив каждые 2 см.
Оберните тесьму вокруг экватора
глобуса и закрепите ее.
2. Осторожно сдвиньте
тесемку, пока одна из отметок
не совпадет с точкой
пересечения экватора и нулевого
меридиана, прямо под Ганой в
Гвинейском заливе (Африка,
долгота 0° и широта 0°).
Используя один из ваших
карандашей, отметьте эту точку на
карте в проекции Меркатора.
3. Найдите место на
глобусе под одной из отметин на
ленточке. Определите
широту и долготу этого места.
Найдите ту же долготу и широту
на карте в проекции
Меркатора и отметьте это место.
Повторите эту процедуру для
каждой отметины на тесьме.
4. Соедините все соседние
отмеченные цветными
карандашами точки на карте и
посмотрите, какая
получилась фигура.
Долготное
искажение
1. Поверните тесьму на
90°, чтобы она совпала с
линией долготы.
2. Двигаясь по долготе,
найдите место на глобусе под
одной из отметин на
тесемке. Определите долготу и
широту этого места и
отметьте карандашом другого цвета
на карте. Повторите эту
процедуру для каждой отметины
на тесьме.
3. Соедините все соседние
точки на карте и посмотрите,
что получится.
Угловое искажение
1. Сдвиньте тесемку
обратно в экваториальное по-
Земля и небо
43
ложение. Возьмите два
свободных куска тесьмы и
приложите их к глобусу так,
чтобы угол между ними и
экваториальной тесьмой
составлял 45°. Скотчем
соедините эти тесемки на
обратной стороне глобуса и
закрепите их.
2. Как и раньше, найдите
место под каждой
отметиной и определите широту и
долготу этого места.
Отметьте эти точки на карте.
Соедините соседние точки
третьим цветным
карандашом.
Результат
Каждая линия, проведенная
на карте в проекции Мерка-
тора, показывает
преимущества и недостатки карты в
представлении сферических
расстояний. Линия
экваториальной широты дает
наименьшее искажение, в то
время как долготная линия
дает наибольшее искажение,
в особенности когда вы от
экватора перемещаетесь в
сторону полюса.
Пересекающиеся линии дают постоянное,
но менее выраженное
искажение, чем долготные линии.
44 Земля и небо
Вычисление длины
окружности Земли
Вам понадобятся
• Съемная ручка от
швабры
• Большой канцелярский
металлический зажим
• Маленькое рыболовное
грузило
• Сантиметр
• Калькулятор
• Тесьма
• Мел
Внимание: Так как для этого
опыта нужно сотрудничество двух
команд (одна из них должна
находиться в другом городе), вам
потребуется два набора
предметов по списку «Вам понадобится».
Сделайте второй измерительный
прибор точно так же, как и
первый.
Первым точным
вычислениям длины окружности
Земли мы обязаны греческому
астроному Эратосфену
(276— 196 до н.э.),
служившему главным библиотекарем в
знаменитой
Александрийской библиотеке. Сравнивая
длину и угол тени в
Александрии с длиной и утлом тени в
Сиене (ныне Асуан),
расположенной на расстоянии 800
км от Александрии, Эратос-
фен смог вычислить, что
расстояние между этими
городами составляет примерно
V5o окружности Земли.
Этот опыт почти повторяет
эксперимент Эратосфена,
используя пару измерительных
приборов и преимущества
современного калькулятора.
Изготовление
измерительного
прибора
Порядок действий
1. Отмерьте и отрежьте
кусок тесемки. Длина тесемки
должна составлять 3/4 от
длины ручки швабры.
2. Прикрепите к одному
концу тесемки грузило, а к
другому зажим.
3. Прикрепите зажим к
верхнему концу ручки от
швабры.
Земля и небо
45
4. В полдень поставьте
ручку от швабры вертикально,
так чтобы тесьма с грузилом
была ей параллельна. Члены
вашей команды должны с
разных точек проверить
параллельность тесьмы с ручкой от
швабры и убедиться, что они
параллельны.
Синхронизация
измерений
Порядок действий
1. Вторая команда на
большом расстоянии от вас
должна быть оснащена точно так
же, и она должна быть готова
к проведению измерений.
2. По сигналу, возможно,
телефонному звонку, обе
команды должны измерить
тень, отбрасываемую ручкой
от швабры. Дайте
измерителю возможность присесть и
отметить мелом конец тени,
в то время как ручка швабры
остается неподвижной (см.
рисунок).
3. Сантиметром измерьте
длину тени от основания
вертикального шеста до
отметки мелом.
Вычисления
Порядок действий
1. Обе команды должны
вычислить из своих
измерений угол Солнца. Для этого
нужно разделить длину тени
на длину шеста* Это даст
тангенс угла А. Для того чтобы
из этого значения получить
величину утла, нажмите на
калькуляторе кнопку
арктангенса (tan"1).
2. Сравните значения
углов, полученные разными
командами. Вычтите
наименьшее значение, получен-
Угол А
Грузило
Измерьте длину тени
вдоль этой линии
Мерная рейка
46
Земля и небо
ное одной командой из
наибольшего значения другой
команды. В результате вы
получите разность. Разделите
360 (количество градусов в
окружности круга) на эту
разность. Получите
отношение этих величин. Умножьте
это отношение на
расстояние между двумя командами
и затем разделите
полученный результат на к (3,142). В
качестве примера
предположим, что между командами
расстояние 800 км. Если
разность углов равна 7°, то
360° /7° =51,42
51,42x800 = 41 136 км
(длина окружности Земли)
41 136/3,142 =
= 1 3 092 км
(это значение диаметра
Земли)
Создание топографической
карты гор
Вам понадобятся
• Один килограмм
светлой глины для лепки
• Прозрачный ящик из
пластика
• Кусок плексигласа,
накрывающий ящик
• Большой кусок кальки
• Гримировальный
(мягкий) карандаш
• Линейка
• Маркер
• Черная краска (темпера)
• Бумажный стакан для
смешивания краски
• Вода
• Губка
Если вы живете в горах, то
видите один ландшафт, а
если живете на побережье, то
видите совсем другую
картину. И вы видите третий вид
ландшафта, если живете в
степи (или тундре).
Топография описывает то, что
геологи называют «рельефом
местности» или разные
возвышенности на разных
ландшафтах. В этом опыте вы
Земля и небо
47
сделаете горную гряду из
глины и создадите
топографическую карту этой гряды.
Порядок действий
1. Используя линейку и
мягкий карандаш, разметьте
по высоте стенку ящика.
Расстояние между отметинами
должно составлять 2 см.
Поставьте ящик на пол.
2. Сделайте из глины
несколько гор разного размера
и оставшейся глиной
соедините их в гряду. Поместите
эту гряду в ящик, так чтобы
она не превышала по высоте
размер ящика. Основание
ящика будет служить нам
уровнем моря, или отметкой
О см.
3. Закройте ящик
прозрачной пластиковой крышкой и
посмотрите на горы через
крышку (прямо сверху вниз).
4. Мягким карандашом
обведите самое широкое
очертание гряды, то есть гряду на
уровне моря. Получиться
удлиненная петля, называемая
контурной линией.
5. Положите на этот
рисунок кальку и маркером
перенесите на нее рисунок.
6. Уберите с рисунка
кальку и сотрите рисунок на
крышке губкой.
7. В бумажном стаканчике
смешайте воду с черной
темперой до получения
чернильной смеси.
8. Налейте эту смесь в
ящик до отметки 2 см.
9. Вновь закройте ящик
пластиковой крышкой и
опять, глядя на гряду сверху,
обведите ее очертание в
месте соприкосновения гор с
водой.
10. Положите на рисунок
кальку и перенесите на нее
изображение контура. Этот
контур окажется внутри
первого.
11. Теперь нужно налить в
ящик воды до отметки 4 см и
повторить всю процедуру.
Процедура повторяется до
тех пор, пока уровень воды
не достигнет верха ящика.
12. Так как мы
использовали для измерений
сантиметровую линейку, следует
перевести значения высот в
48
Земля и небо
шкалу, более привычную
для геологов. Скажем, 2 см
= Юм.
13. Рядом с каждым
контуром на вашей карте
напишите высоту в метрах и полную
высоту.
Результат
В зависимости от глубины
вашего ящика вы можете
получить контурную карту,
состоящую из многих
концентрических линий,
представляющих разную высоту ваших
гор.
Объяснение
Контурные линии на
топографических картах
помогают геологам представить
трехмерное пространство на
двумерной поверхности.
Контурная линия может
долго изгибаться и по_
расстоянию, и по направлению, но
всегда оказывается
замкнутой, так как соединяет точки
одной высоты. Высота может
показывать расстояние и
над, и подуровнем моря.
Разность высот двух соседних
контурных линий
называется контурным интервалом и
обычно выражается в
четных числах или в числах,
кратных пяти.
Величина выбранного
контурного интервала зависит
от того, насколько подробная
карта нам нужна. Например,
для того чтобы не
перегружать карту контурными
линиями, для высоких гор
берут большой контурный
интервал, а для покатой
береговой области используют
меньший контурный
интервал. Продемонстрируйте
свою контурную карту
вместе с моделью горной гряды.
Вылепите несколько
высоких фигур из глины и
сделайте их контурные карты,
используя разные шкалы
контурных интервалов.
Земля и небо
49
Контурная карта
геологической впадины
Вам понадобятся
• Пластилин 4-х цветов
• Прозрачный ящик из
пластика
• Кусок плексигласа,
накрывающий ящик
• Большой кусок кальки
• Гримировальный
(мягкий) карандаш
• Пластмассовый нож
• Линейка
• Губка
• Маркер
Геологическая впадина —
это область поверхности,
расположенная заметно
ниже среднего уровня. Геологи
считают, что основная
поверхность — это уровень
моря. Подобно горам, холмам и
плато, впадины
представлены на любой хорошей
топографической карте. Впадины
бывают очень разными: от
мелких прудов до глубоких
каньонов. В этом опыте вы
сделаете из пластилина
глубокую впадину и опишите ее
характеристики, создав ее
топографическую карту.
Порядок действий
1. Сделайте гору,
накладывая слои пластилина разного
цвета друг на друга. Высота
каждого слоя должна
составлять примерно 2 см. Не
смешивайте разные цвета
пластилина и соскоблите края, чтобы
гора выглядела красиво.
2. Поставьте ящик на пол,
переверните гору вверх
ногами и опустите в ящик.
Может быть, вам понадобиться
сделать вершину немного
более плоской для того,
чтобы гора не упала. И таким
образом вы превратили гору во
впадину.
5. Поставьте рядом с
впадиной линейку и измерьте ее
в сантиметрах. Поставьте
линейку рядом с ящиком и
гримировальным карандашом
на боковой стенке ящика
сделайте отметки с
интервалом в 2 см до высоты, равной
высоте впадины.
4. К верхней отметке
прикрепите ярлычок «О» (озна-
50
Земля и небо
Контурная карта геологической
впадины
чающий уровень моря) и,
продвигаясь вниз,
прикрепляйте ярлычки «2», «4», «6» и
т.д.
5. Закройте ящик
крышкой и посмотрите сквозь нее
вниз.
6. Гримировальным
карандашом обведите впадину в
самом широком месте. Это
будет впадина на уровне моря
или на высоте «0». Это
должна быть вытянутая петля,
называемая контурной линией.
7. Положите кальку на
контурную линию и
маркером обведите ее.
8. Уберите кальку и губкой
сотрите контурную линию с
крышки.
9. Осторожно снимите
верхний слой пластилина с
впадины и обнажите второй
слой.
10. Опять закройте ящик
крышкой иг глядя сверху,
обрисуйте контур пластилина
нового цвета.
11. Положите кальку на
крышку, так чтобы второй,
контур оказался внутри
первого контура. Срисуйте
вторую контурную линию.
12. Опять снимите
верхний слой, обнажая
следующий, и каждый раз рисуйте
новую контурную линию,
вначале гримировальным
карандашом, а затем маркером
на кальке.
13. Так как мы
использовали для измерений
линейку, теперь нужно перевести
все измерения в шкалу,
используемую большинством
геологов. Используйте шкалу
2 см = 10 метров.
14. Рядом с каждой
контурной линией на вашей
карте напишите ее глубину в
метрах и вычислите общую
глубину.
Результат
Ваша топологическая карта
впадины должна состоять из
Земля и небо
51
4 замкнутых, контурных
линий, где самая маленькая
показывает самую глубокую
точку впадины, а самая
большая соответствует уровню
моря.
Объяснение
Контурные линии являются
существенной частью
любой топографической
карты, так как позволяют
геологам перенести изображение
трехмерного предмета на
двумерную поверхность.
Контурная линия может
долго извиваться в разных
направлениях, но всегда
образует замкнутую петлю, так
как объединяет точки
равной высоты.
Разность высот соседних
контурных линий
называется контурным интервалом,
который обычно
выражается в четных числах или
числах, кратных пяти. Величина
контурного интервала
зависит от степени изменения
высот картируемой области.
Например, чтобы не
рисовать много контурных линий
глубокого каньона (скажем,
в океане), можно
использовать большой контурный
интервал, в то время как для
мелкого пруда используют
маленькие интервалы.
Штрихи Контурный
Штрихи
Так как контурные
интервалы всегда выражаются в
положительных числах, то
как геологи понимают, что
контурная линия указывает
углубление, а не высоту?
Если вы посмотрите на
контурную карту, то увидите, что
некоторые контурные линии
пересекаются
перпендикулярными черточками. Эти
штрихи используются для
изображения областей ниже
уровня моря. Зная это,
теперь и вы на своей карте
можете нарисовать эти
штрихи.
52
Земля и небо
Измерение сальтации песка
Вам понадобятся
• Пластиковая форма для
льда
• Одна кафельная плитка
или
кусок акрила
• Грубый песок
• Речной песок
• Мелкий аквариумный
песок
• Фен
• Стопка книг
• Чашка
• Чайная ложка
• Увеличительное стекло
В этом опыте вы проверите,
как размер частиц влияет на
движение песка,
формирующего определенный рельеф.
Ветер играет основную
роль в формировании
рельефа из песка; перенос ветром
песка называется
сальтацией. Некоторые образования
из песка легко распознать,
например дюны в пустыне.
Но переносимые по воздуху
частицы собираются в любом
месте. Самые легкие из них
— частицы пыли —
постоянно висят в воздухе под
натиском направленного вверх
потока воздуха. Большая часть
пыли осаждается только во
время дождя и снегопада.
Очень маленькие и легкие
частицы называют лессом;
они образуются в пустынях,
сухих руслах рек и старых
чашах озер ледникового
периода. Лесс состоит из
угловатых частиц, способных
очень быстро двигаться и
стремящихся собираться
вместе в плотную массу.
В Северной Америке
залежи лесса найдены на
вершинах холмов и долинах вблизи
реки Миссисипи. Он был
принесен сильным ветром,
дующим с ледяного панциря,
покрывавшего некогда
Соединенные Штаты и Канаду.
Залежи лесса в Китае
принесены ветром из пустынь
Гоби и Ордос.
Демонстрация сальтации
Дюны песка являются
наиболее общим типом
отложений, созданных ветром.
Дюны характерны для засушли-
Земля и небо
53
вых, полузасушливых
регионов и берегов, где полно
песка. Способ их формирования
зависит и от веса частиц
песка, и от топографических
характеристик местности.
Дюны принимают
определенные формы при
передвижении песка под собственным
весом, и при его
перемещении от напора ветра.
Порядок действий
1. Перемешайте грубый,
средний и мелкий песок в
чашке.
2. Положите кафельную
плитку на книжку и рядом
положите форму для льда.
Плитка должна быть на уровне
верхней части формы. Вы
можете под плитку или форму
подложить несколько книг.
3. Насыпьте на плитку
песок, так чтобы получилась
небольшая «дюна».
Убедитесь, что дюна доходит до
края плитки, рядом с формы.
4. Включите фен и
подержите его на
расстоянии около
10- 15 см от
дюны. Попытайтесь
крепко держать
его в течение 30
секунд.
5., Выключите фен и
проверьте песок, сдутый в
разные ячейки формы. Для
того чтобы лучше
рассмотреть пылинки, используйте
увеличительное стекло.
Результат
В ближайших к фену ячейках
окажется грубый песок.
Самые дальние ячейки будут
содержать самый мелкий песок.
Частицы среднего размера
попадут между этими ячейками.
Объяснение
Мелкие частицы песка очень
легки и летят дальше. Грубый
песок тяжелый и летит не так
далеко. Это означает, что
когда ветер дует вдоль дюны,
грубые частицы падают вниз на
подветренную сторону дюны,
в то время как более легкие
частицы собираются на
пологом склоне наветренной
стороны дюны. Эта динамика и
придает дюне характерный
«волнообразный» вид.
54
Земля и небо
Создание и сохранение
песчаных дюн
Вам понадобятся
• Пять неглубоких крышек
от коробок
• Линейка
• Мерный стакан
• Полкило речного песка
с гранулами среднего
размера
• Полкило мелкого
аквариумного песка
• Пакет аквариумного
гравия среднего размера
• Большое ведро
• Садовый совок
• Соломинка для
коктейлей
• Распылитель лака
В этом опыте вы создадите
песочные дюны пяти типов и
законсервируете их для
выставки. Дюны из песка, как
правило, создаются ветром в
сухих и полусухих областях
и вдоль берегов, где много
песка. Дюны приобретают
характерные черты,
зависящие от нескольких
факторов, среди которых
количество растительности или
камней на территории,
направление и постоянство
ветра, а также количество
свободного песка. По всему
миру известно пять типов дюн.
Подготовка
территории
Порядок действий
1. Возьмите 5 стаканов
песка с гранулами среднего
размера и 5 стаканов
мелкого песка. Перемешайте их и
разделите поровну в два
одинаковых контейнера,
стоящих рядом друг с другом.
2. Смешайте оставшиеся
части мелкого и среднего песка в
большом ведре, используйте
садовый совок для
перемешивания.
3. Застелите стол газетами
и поставьте крышки от
коробок на стол. Боковые стенки
крышек пометьте цифрами
от 1 до 5.
4. Заполните крышки
перемешанным песком. Ли-
Земля и небо
55
нейкой выровняйте
поверхности в разных крышках.
5. В крышку № 3 добавьте
четыре линии из гравия,
разделив таким образом песок
на три части.
6. Держа лак над
крышками 4 и 5, аккуратно
обрызгайте песок, пока он не
склеится. Убедитесь, что вы
брызгали с достаточного
расстояния и не сдули часть
песка. Отложите эти крышки в
сторону для высыхания.
Создание дюн
Порядок действий
1. Начните с крышки № 1.
Поместите лицо на уровень
крышки и, используя
соломинку для коктейлей,
осторожно подуйте на песок.
Медленно двигайте
соломинкой от края к краю,
создавая эффект широкой
полосы ветра. Продолжайте
дуть, пока не получите
длинные гряды горок с пологой
Формы песчаных дюн
наветренной и крутой
подветренной стороной. Если у вас
не получится с первого раза,
выровняйте песок линейкой
и начните дуть сначала.
Постепенно на песке появятся
несколько поперечных дюн.
Поперечные дюны
56
Земля и небо
2. Перейдите к крышке № 2.
Опять опустите лицо на
уровень крышки и подуйте на
песок. В этот раз крепко
держите соломинку и дуйте в
сторону центра крышки.
Когда увидите
появляющуюся в центре маленькую
гряду, поверните крышку на
одну четверть и продолжайте
дуть. Когда и с этой стороны
появится гряда, поверните
крышку еще раз. Так дуйте и
поворачивайте крышку,
пока в центре крышки не
появится дюна звездообразной
формы.
Звездообразная дюна
3. Перейдите к крышке № 3.
Поместите лицо на уровень
песка, глядя вдоль линий,
сложенных вами из гравия.
Дуйте осторожно, но
постоянно в одном направлении
так же, как вы делали в
опыте с крышкой № 1. Песок
сместится и образует над
гравием длинные дуги,
похожие на рога. Эти
параболические дюны образуются
там, где топографические
особенности, такие как
растения и камни, мешают
образованию обычных,
поперечных дюн.
Параболическая дюна
4. Перейдите к крышке № 4,
к первому покрытому лаком
песку. Возьмите первый из
отложенных вами
контейнеров и осторожно насыпьте на
его поверхность песок.
Убедитесь, что вся лакированная
поверхность покрыта
песком.
5. Со вторым отложенным
в сторону контейнером № 5
повторите эту же процедуру.
6. Поместите лицо на
уровень крышки № 4 и подуйте
так же, как вы дули на
крышку № 3, то есть
поперек колонок песка. По мере
того как свободный песок
будет двигаться над лакиро-
Земля и небо
57
ванным, появятся
серпообразные дюны. Барханы
появляются везде, где песка
не очень много. Продолжая
дуть, вы увидите, как
барханы двигаются вперед.
Барханы
7. Перейдите к крышке № 5
и подуйте широким фронтом
в одном направлении. После
небольшой практики вы
научитесь делать типичные
продольные или линейные
дюны. Такие дюны
возникают там, где небольшое
количество песка насыпано на
утрамбованный песок.
Постоянный ветер, часто
кружащийся вихрем между
дюнами, формирует иногда
многокилометровые дюны.
8. После того как вы
создали яркие примеры
типичных дюн, сохраните их,
используя больше лака.
Осторожно перенесите
крышки в хорошо
проветриваемое помещение. Держите
распылитель на расстоянии
примерно 45 см от каждой
крышки и распылите лак
равномерно по всей
поверхности. Дайте лаку засохнуть
в течение ночи и повторите
процедуру. Твердая корка
на ваших дюнах должна
сохранить их и дать вам
возможность перенести их к
месту выставки.
ОСТОРОЖНО: Хорошо
проветрите помещение, чтобы не
дышать парами лака.
58
Земля и небо
Поглощение воды частицами
разного размера
Вам понадобятся
• Три 250-мл мензурки
• Мерный стакан
емкостью
250 мл или больше
• Пакетик колотого гороха
• Гравий среднего размера
• Мраморная крошка
• Вода
Этот опыт дает
возможность сравнить
поглощающую способность частиц
разного размера трех пористых
материалов. Целью является
проверка, какой из
материалов впитывает больше воды.
Может быть, вы
удивитесь, когда узнаете, что под
землей больше воды, чем на
поверхности. Вода на
поверхности движется в реках
и потоках. И под землей вода
тоже может двигаться в
потоке, и движение этой
обогащенной минералами воды
может создавать
очаровательные пещеры, высекая
пустоты в земной коре.
Большая часть подземной
воды собирается в
природных резервуарах,
называемых водоносными слоями.
Чтобы понять, как вода
может собираться под землей,
геологи изучают разные
породы, определяя
способность каждой из них к сбору
воды. Термин «пористая»
означает породу, имеющую
между зернами свободное
пространство, или поры.
Грунты, гравий и песок
являются пористыми
породами. Более
распространенный термин —
проницаемая относится к
породам, способным
удержать воду, например
скальным породам с
трещинами.
Земля и небо
59
Заполнение
промежутков
Порядок действий
1. Заполните каждую
мензурку до отметки 250 мл
колотым горохом, гравием и
мраморной крошкой. Эти
материалы представляют
собой осадочные частицы. В
таблицу данных о
поглощении в столбец «объем
частиц» рядом с каждым
веществом напишите «200 мл».
2. Налейте 250 мл воды в
мерный стакан. Может
показаться, что уровень воды в
стакане будет немного выше,
что затруднит точные
измерения. Но этот эффект,
называемый мениском, не должен
повлиять на ваши результаты.
3. Осторожно налейте воду
из мерного стакана в
мензурку, содержащую горох.
Прекратите лить воду, когда она
полностью покроет горох.
4. Посмотрите, сколько
воды осталось в стакане.
Запишите ее количество и
вычтите его из 200 мл. Эта разность
укажет вам, сколько воды
нужно, чтобы заполнить
пустоты между горошинами.
Запишите эту цифру в столбец
«объем пор» в таблице
данных.
5. Повторите пункты 3 и 4
для оставшихся мензурок.
Вычисление доли
пор
Порядок действий
1. Для частиц каждого
размера — горох, гравий и
мрамор — разделите объем пор
на объем, занятый частицами.
2. Умножьте полученные
числа на 100, чтобы
представить их в процентах.
3. Запишите каждое
значение в столбик «доля пор»
таблицы и сравните данные
для определения материала с
наибольшей долей пор.
Результат
Мраморная крошка обладает
самой большой долей пор
(38%), а горох самой малой
(25%). Можно сказать, что
чем больше размер частиц в
объеме, тем больше в
процентном выражении доля
пор и тем больше воды
может удержать это вещество.
Объяснение
Чем меньше частицы веще-
60
Земля и небо
ства и чем они ближе друг к
другу, тем больше это
вещество похоже на
непроницаемый твердый материал.
Большие частицы
обуславливают большие промежутки,
так как они меньше давят
друг на друга и
располагаются более свободно.
Знаете ли вы?
Некоторые породы камней,
такие как известняк и
песчаник, могут вести себя как
губка. Известняк является
прекрасным резервуаром
для воды, а песчаник часто
содержит жидкие ресурсы,
например такие, как нефть.
Поскольку нефть легче воды,
она просачивается вверх
через мягкий песчаник, пока
не достигнет
непроницаемого слоя. Здесь нефть
собирается в течение столетий,
формируя залежи.
Таблица данных о поглощении
Размер частиц
Маленькие
Средние
Большие
Объем
частиц (мл)
Объем
пор (мл)
Доля
пор(%)
Земля и небо
61
Воспроизведение
естественного
окатывания с помощью
встряхивания
и перемешивания камней
Вам понадобятся
• Алюминиевая фольга
• Гипс
• Ведро и мешалка
• Большая стеклянная
банка
с крышкой
• Диатомит в виде порошка
• Песок
• Плотный пластиковый
пакет для мусора
• Полотенце
• Молоток
• Большой кусок картона
• Желтая пищевая краска
• Фломастер
• Линейка
• Столярный клей
Гладкие камни, которые вы
видите на пляже или в русле
реки, являются продуктом
долгой и бурной истории.
Естественное окатывание
(истирание) камней водой или
камней друг другом, когда
они несутся в потоке,
является удивительно мощной
силой. И ветер может унести
камни на большое
расстояние, а сильный, сбивающий с
ног ветер пустынь создает
такие удивительные фигуры из
камня, что, кажется, они
бросают вызов гравитации.
Вы можете смоделировать
естественное окатывание
камней, встряхивая и
перемешивая их. В этом опыте вы
сами создадите камни, так
как окатывание природных
камней требует много
времени. Чтобы получить
результат, близкий к природнохму,
62
Земля и небо
Таблица окатывания
Тип
Обломочный
Известняк
Исходный
oj>
о§
5 минут
ЧР
<г$>
10 минут
°&
<?<§>
15 минут
0<D
о
°£
20 минут
оо\
°<£>\
вы сделаете два вида камней
и сравните, насколько
округлился каждый из них.
Изготовление
камней
Порядок действий
1. Скопируйте Таблицу
окатывания на большой
кусок картона.
2. Смешайте в ведре гипс с
водой для получения густой
смеси типа замазки.
3. Перенесите половину
этой смеси на кусок
алюминиевой фольги.
4. Осторожно добавьте 1
стакан (240 мл) диатомита к
оставшейся в ведре смеси и
размешайте. В смесь
добавьте желтую пищевую краску.
ОСТОРОЖНО: Нельзя дышать
диатомитом. Избегайте его пыли.
5. Перенесите эту смесь на
другой кусок фольги.
6. В течение ночи
посушите оба куска.
7. Когда гипс окончательно
затвердеет, перенесите
кусок гипса в пластиковый
пакет для мусора. Оберните
пакет полотенцем и молотком
разбейте гипс на мелкие
кусочки. Ваши кусочки
должны иметь диаметр не более
2-3 см.
8. Повторите эту
процедуру для гипса, смешанного с
диатомитом.
Окатывание камней
Порядок действий
1. Выберите по 20 камней
разной формы из каждого
пакета и положите их в
стеклянную банку. Не
используйте слишком плоские
камни.
Земля и небо
63
2. Налейте в банку воды до
середины и добавьте одну
чайную ложку песка.
3. Начните встряхивать
банку, вертя ее в разные
стороны. Эту процедуру нужно
проводить в течение 5 минут.
Затем прекратите
встряхивание и выньте из банки по
три камня белого и желтого
цвета.
4. Высушите камни и
приклейте их к первому столбцу
Таблицы окатывания. Белые
камни приклейте в стоке
«Обломочный», желтые — в
строке «Известняк».
5. Встряхивайте банку еще
в течение 5 минут и,
остановившись, достаньте еще по
3 камня каждого цвета.
Высушите эти камни и
приклейте их ко второму
столбцу Таблицы.
6. Повторите шаги 3 и 4
после каждого из двух
пятиминутных встряхиваний.
Таким образом, ваши
последние приклеенные камни
встряхивались в течение 20
минут.
7. Исследуйте и сравните
все камни в Таблице. Есть ли
разница в форме белых и
желтых камней?
Результат
Конечно, чем дольше
встряхивание, тем больше
округляются камни. Однако
желтые камни (с диатомитом)
более гладкие, чем камни из
простого гипса.
Объяснение
Когда вы добавляете в гипс
диатомит, то создаете тип
камня, называемый
известняком. Геологи называют эти
породы осадочными, потому
что они состоят из разных
осевших на дно водоема
частиц, таких как куски раковин.
Известняковые осадочные
породы мягкие и легко
разрушаются. Поэтому желтые
камни так хорошо обтесались
другими камнями и песком.
Камни из простого гипса
представляют собой тип
осадочных пород, называемых
обломочными. Такие камни
формировались, когда мелкие
частицы твердых горных
пород утрамбовывались в
плотные слои у их подножия.
Затвердение гипса как раз и
моделирует этот процесс. Такие
камни намного тверже
известняковых осадочных пород, и
поэтому они обтесались хуже.
64
Земля и небо
Моделирование S-P интервала
землетрясения при помощи
звонка
Вам понадобятся
• Четыре команды
• Настенная карта вашего
региона со шкалой
расстояний
• Обычная карта вашего
региона со шкалой
расстояний
• Три компаса
• Три линейки
• Звонок
• Фломастер
В этом опыте несколько
звонков дают возможность
смоделировать анализ
сейсмических волн при
землетрясении для определения
эпицентра. При
землетрясении возникают
сейсмические волны, расходящиеся со
скоростью несколько
километров в секунду.
Каждая сейсмическая
станция из широкой сети
станций фиксирует волну в
разное время. Информация
собирается и анализируется
на главной станции.
Сейсмические волны
Скорость сейсмических
волн не постоянна и зависит
от многих факторов,
включая глубину возникновения
волн и тип пород, через
которые они должны пройти.
Но сейсмологи разработали
систему, учитывающую все
эти факторы и дающую
довольно точные результаты.
Сейсмологи выяснили, что
сейсмические волны делятся
на два типа. Это продольные
волны (Р-волны, их еще
называют «первичные») и
поперечные волны (S-волны, их
еще называют «вторичные»).
Они дают информацию об
очень важной величине,
называемой S-P интервалом.
S-P интервал
Р- и S-волны имеют
совершенно разные
характеристики. Р-волны
распространяются быстрее и дальше,
Земля и небо
65
так как могут проходить как
через твердую, так и через
жидкую среду. Это
означает, что они могут проходить
через ядро Земли и быть
зарегистрированными на
противоположной стороне
планеты. S-волны могут
проходить только через
твердую среду и обычно
преодолевают расстояние
вдвое меньшее, чем Р-вол-
ны. Но всегда за первичной
волной следует вторичная,
и по промежутку времени
между их приходом,
называемому S-P интервалом,
можно вычислить
расстояние между станцией и
эпицентром землетрясения.
Чем больше этот интервал,
тем больше расстояние.
Пересекающиеся
окружности
Расстояние до эпицентра
является радиусом
окружности с центром на месте
станции. С точки зрения
человека, находящегося на
станции, землетрясение могло
произойти в любой точке
периметра окружности.
Поэтому, как вы увидите,
информация о перекрывающихся
расстояниях до эпицентра от
двух других соседних
станций очень важна.
Этот эксперимент лучше
всего проводить в команде
для быстрого принятия
решений и в кооперации,
необходимой для сейсмологов во
всем мире.
Подготовка
к землетрясению
Сверяясь со своей картой,
«главный специалист по
землетрясениям» намечает
секретное место
землетрясения и фиксирует его
долготу и широту. Затем он
выбирает места для трех
сейсмических станций и
распределяет по ним участников
игры. Станции должны
располагаться не далее 800 км
от землетрясения.
Участники должны отметить
положение своих станций на
стенной карте.
Для точного определения
S-P интервала «главный
специалист» должен вычислить
расстояние между
землетрясением и станциями. Он
должен сделать это по своей
карте и перевести каждое
расстояние во временной
3- Занимательные опыты
66
Земля и небо
интервал. Перевод делается
по формуле: 10 секунд на
каждые 100 километров.
Например, если секретное
землетрясение произошло в
Лос-Анджелесе, а станция А
отдалена от него на 400 км, то
интервал S-P будет равен 40
секундам. Для станции Б,
отдаленной на 475 км, он будет
уже 47 секунд, а для станции
С, расположенной на
расстоянии 650 км, будет равен 65
секундам.
Имея эти данные,
«главный специалист»
устанавливает их на своем звонке. То
есть при прохождении
волны через каждую из станций
звонок должен звонит в
определенное время.
Сейсмическая
волна!
«Главный специалист»
звонит, извещая о приходе
волны Р, и по этому сигналу на
каждой станции включают
секундомеры. Через 40
секунд должен раздасться
следующий звонок,
извещающий о проходе сейсмической
волны S через станцию А,
Время прихода Время прихода
Р-волны S-волны
Время
(секунды
мм
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
График сейсмической волны при землетрясении
Земля и небо
67
еще один звонок через 7
секунд должен быть
предназначен станции Б, и наконец,
еще через 18 секунд должен
прозвенеть звонок для
станции С. Каждая станция
останавливает свой секундомер
при звонке и записывает
значение своего S-P интервала.
Имея только значение S-P
интервала, каждая станция
по графику, приведенному
ниже, должна определить
расстояние, то есть
проделать процедуру, обратную
той, которую проделал
«главный специалист».
Покажем эту процедуру
на примере станции А. Так
как интервал S-P для нее
равнялся 40 секундам, по
графику расстояние до нее
составляет 400 километров.
Так каждая станция
определяет свое расстояние до
эпицентра землетрясения и
отмечает его на стенной
карте. Выставив это
расстояние на циркуле, каждая
станция чертит вокруг свое-
и
°п 1 ' I 1 1 1 1 1
ои I 111 Til
~7Г\ 1. ,1 1, 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
U III 1 1 1 ill
uU | | | 1 I 1 1 1 I 1 | 1 1
rn 1 Л
гтГ 1 1 Г/ГГГ
1 1 1 1 1 1 1 1 л\ 1
1 1 1 1 1 1 L/r 1 1 1 1
1 1 1 ] 1 \У\ 1 1 1 1 I
1п 1 ! 1 1 I ЛГ ' i ' ' § 1 1
Jf\ SI
Jf\ II
i/j II
зо И И 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 I 1 1 1 1 1 и
Ш
\У\\
\У\
118 1 \ж\ 1 II 1 1 III
1 1 1 \у{ | | 1 | | 1 | 1
.^-pj/r
Километры 300
400 500 600 700
Диаграмма S-P интервала
68
Земля и небо
го положения на карте круг.
С точки зрения человека,
находящегося на каждой
станции, эпицентр
землетрясения может находиться
в любой точке окружности
вокруг данной станции. Но
сопоставив все три
окружности, члены команд ищут
точку их пересечения, это и
будет эпицентр
землетрясения. Они записывают
долготу и широту этого места и
сравнивают ее с
координатами точки «главного
специалиста».
Знаете ли вы?
Сейсмограф является
простым инструментом, но его
нужно собрать и установить
очень аккуратно. Тремя
составными частями
сейсмографа служат: груз,
вращающийся барабан и опора
барабана. Опора барабана
располагается на коренной породе
или на твердом камне в
почве. Во время землетрясения
опора начинает двигаться и
перемещает связанный с ней
барабан, а перо,
привязанное к грузу, остается
неподвижным и фиксирует
движения барабана. Перо
пишет на бумажной ленте,
намотанной на барабан. На
бумаге отмечается и время, и
амплитуда волны в
миллиметрах.
Земля и небо 69
Определение точки эпицентра
Вам понадобятся
• Четыре игрока
• Три одинаковые карты
вашей области со
шкалой расстояний
• Три циркуля
• Три линейки
• Фломастер
В этом опыте вы с
друзьями познакомитесь с методом
триангуляции эпицентра для
определения места и
направления землетрясения.
Когда возникает
землетрясение, оно формирует
расходящиеся от центра
сейсмические волны,
распространяющиеся со скоростью
несколько километров в
секунду. Эти сейсмические волны
и фиксируются в различное
время сейсмическими
станциями. Сейсмические
станции определяют расстояние
до места возникновения
сейсмической волны,
разделяя ее на две части —
первичную (Р) и вторичную (S).
Каждая станция определяет
время между приходами
этих волн, а интервал между
их приходами используется
для вычисления расстояния
до эпицентра.
Расстояние до эпицентра
— это радиус окружности со
станцией в центре. Чтобы
осуществить триангуляцию
места землетрясения,
первые три станции,
зафиксировавшие его, обводят вокруг
себя три окружности с
радиусами, соответствующими
расстоянию до эпицентра.
Получится три наложенных
друг на друга окружности;
точка их пересечения и
будет эпицентром.
Этот опыт демонстрирует
самый быстрый способ
триангуляции эпицентра,
используя моменты прихода S-
70
Земля и небо
и Р-волн. Формат опыта
позволяет «главному
специалисту» выбрать место
землетрясения и сохранив его
координаты в секрете, поставить
перед другими участниками
задачу определения места
землетрясения.
Порядок действий
1. Каждый из трех
участников выбирает положение
своей станции и отмечает его на
своей карте. Станции
должны быть отдалены друг от
друга не более чем на 800 км.
Лос- У9
Анджелес
(эпицентр) I
Финикс
Триангуляционный метод определения
эпицентра землетрясения
Каждый участник на своей
карте отмечает и положения
двух других станций.
2. «Главный специалист»
выбирает место
возникновения землетрясения, отмечает
на карте и записывает его
координаты. Используя
линейку и шкалу расстояний, он
вычисляет расстояние от
эпицентра до каждой станции.
3. На каждой
станции'записывают три расстояния до
эпицентра, определенные
«главным специалистом» в
километрах.
4. При команде
«главного
специалиста» -
ОПРЕДЕЛИТЬ! — каждый
участник опыта на
станциях
устанавливает расстояние меж-
ду ножками циркуля,
равные расстоянию
этой станции до
эпицентра.
5. Установив
острие циркуля в точке
расположения
станции, каждый
участник обводит вокруг
нее окружность
радиусом, равным его
расстоянию до
эпицентра.
Земля и небо
71
6. На каждой станции
обводят окружности не только
вокруг своей, но и вокруг
двух других станций. И на
каждой карте появляется
три окружности разного
размера.
7. Точка пересечения всех
окружностей и есть
эпицентр землетрясения.
Станция, которая первой
определит координаты эпицентра,
становится победителем,
Знаете ли вы?
Ряд наиболее сильных
землетрясений в США
произошел в период с 16 декабря
1811 г. до марта 1812 г.
Названные
Ново-Мадридскими землетрясениями, они
затронули две трети
территории Соединенных
Штатов и даже часть Канады.
Самое сильное
землетрясение произошло в Новом
Мадриде, шт. Миссури. Оно
изменило уровень
поверхности более чем на б м,
изменило течение реки
Миссури и образовало новые
озера, например озеро
Святого Франциска в шт. Тен-
неси.
72
Земля и небо
Изменение вязкости
сырой нефти
Вам понадобятся
• 100-миллилитровая
мензурка
• Пластиковая бутылка
от жидкости для мытья
окон
с распылителем
• Пластиковая трубка,
подходящая к
распылителю
• Аквариумный гравий
• Растительное масло
• Горячая и холодная вода
• Жидкость для мытья
посуды
Этот опыт показывает, как
можно снизить вязкость
нефти и выкачать ее из
залежей на поверхность. Под
землей находятся огромные
залежи нефти, но достать ее
оттуда очень трудно. Даже
насосы с большим давлением
испытывают трудности при
выкачивании нефти из
песчаников и скальных пород.
Дело усложняется и тем, что
нефть, как и другие
жидкости, обладает внутренним
трением, влияющим на скорость
ее течения. Это трение
называют вязкостью; нефть
обладает очень большой
вязкостью, так что иногда она
напоминает пасту, а не жидкость.
Выкачивание нефти
Порядок действий
1. Скопируйте Таблицу
вязкости масла на лист бумаги.
2. Насыпьте в пластиковую
бутылку до середины гравий.
3. Налейте в бутылку 100
мл растительного масла
(используйте мензурку, чтобы
отмерить 100 мл).
Земля и небо
73
Таблица вязкости масла
Метод
Масло
Масло и
холодная вода
Масло и
горячая вода
Масло, горячая
вода и жидкость,
для мытья посуды
Возвращенное масло
(мл)
4. Наденьте на бутылку
распылитель; убедитесь, что
трубка распылителя глубоко
утоплена в гравий.
б.Один конец пластиковой
трубки вставьте в
распылитель, а другой опустите в
мензурку.
6. Перекачивайте масло с
помощью распылителя.
Когда оно перестанет
перетекать в мензурку, посмотрите,
сколько масла вы собрали, и
запишите эту цифру в
столбик «Возвращенное масло» в
таблице.
7. Масло из мензурки
перелейте обратно в бутылку
и добавьте 50 мл холодной
воды. Повторите пункт 6.
Дайте маслу собраться над
водой в мензурке и
измерьте, сколько масла вам
удалось вернуть, запишите эту
цифру в таблицу.
8. Перелейте масло в
бутылку и добавьте 50 мл
горячей воды. Повторите пункт б
и запишите результат в
таблицу.
9. Вновь перелейте масло в
бутылку и добавьте 8 капель
жидкости для мытья посуды.
Повторите пункт 6. На этот
раз вам придется немного
подождать, пока масло
отделится от жидкости, и вы
сможете записать результат.
Результат
Меньше всего масла вы
получите при первой
процедуре, немного больше масла вы
получите после добавления
холодной воды и гораздо
больше масла вы получите
при добавлении горячей
воды. Но наиболее
впечатляющий результат вы получите
после добавления моющей
жидкости.
Объяснение
Первая процедура была
наименее успешной, так как ни-
74
Земля и небо
чего не противостояло
большой вязкости вашей
«нефти», когда она цеплялась за
гравий и дно бутылки.
Добавление холодной воды
немного улучшает результат.
Нефть легче воды, и она
собирается над водой, что
облегчает ее перекачку.
Горячая вода уменьшает вязкость
нефти, поэтому ее легче
перекачивать. И наконец,
добавление жидкости для
мытья посуды превращает
«нефть» в эмульсию, которая
смешивается с водой, при
этом ее вязкость сильно
уменьшается.
Пять типов окаменения
Вам понадобятся
• Формовочная глина
• Гипс
• Песок
• Английская соль
• Маленький стеклянный
стакан
• Морские ракушки
• Листья растений
• Блокнот для рисования
• Одноразовая или старая
сковородка для выпечки
• Ведро и мешалка
• Мягкий карандаш (не
острый)
• Щипчики
• Чайная ложка
• Скотч
• Пряжа
• Алюминиевая фольга
• Зубочистка
• Теплая вода
Окаменение происходит
по-разному. Каждый тип ока-
менелостей является
результатом различных процессов
окаменения, и каждый
многое говорит об окаменевшем
предмете палеонтологам —
ученым, изучающим окаме-
Земля и небо
75
нелости. В этом опыте вы
воспроизведете пять различных
типов окаменения, и узнаете,
чем важен каждый из них.
Порядок действий
1. Разомните глину в
толстый блин.
2. Возьмите одну из
ракушек и прижмите ее к глине.
Осторожно отделите
ракушку от глины.
3. Размешайте немного
гипса с водой в бумажном
стакане, смесь должна стать
густой, как паста. Налейте
ложку смеси в форму,
которую вы только что сделали, и
сразу вымойте ложку.
4. Размешайте другую
порцию гипса в ведре и добавьте
120 мл (полстакана) песка.
Вам нужно количество смеси
гипса с песком, достаточное
для наполнения сковороды.
5. Налейте гипс в
сковороду и осторожно прижмите
руку к гипсу. Дайте гипсу
засохнуть.
6. Налейте теплую воду в
маленький стаканчик до
середины. Насыпьте туда
ложку английской соли и
размешайте. Добавляйте соль до
тех пор, пока она не
перестанет растворяться.
7. Возьмите кусочек
пряжи и смотайте его в шарик.
Опустите шарик в раствор
английской соли и оставьте
его там на минуту. Достаньте
пряжу с помощью щипчиков
и поместите ее на фольгу для
высыхания.
8. Поверните листья
растений жилистыми сторонами к
себе. Стебли листьев
скотчем прикрепите к бумаге для
рисования. Второй лист
бумаги положите сверху на
листья.
9. Широкими мягкими
штрихами карандаша
заштрихуйте бумагу над каждым
листом.
10. Осторожно снимите
глину с застывающего гипса,
так чтобы получить
глиняную форму. Используйте
зубочистку для удаления
кусочков глины, которые
приклеились к гипсу.
11. Переверните
сковородку вверх дном и осторожно
отделите от нее отпечаток
своей руки.
12. Положите все свои
предметы на стол и
выстройте их в ряд в таком порядке:
ракушка, пряжа, копии
листьев, глиняная форма и
гипсовый отпечаток руки.
76
Земля и небо
Объяснение
Ракушки представляют то,
что палеонтологи называют
естественными остатками.
Это окаменелости, которые
не менялись с тех пор, как
погибли животные. Наряду с
ракушками к остаткам
относятся зубы и кости. Если есть
соответствующие условия,
могут быть сохранены и
более мягкие ткани животного.
Смола, зыбучий песок,
болото или лед могут сохранить
животных в течение тысяч
лет. Хрупкие насекомые
сохраняются в янтаре —
твердеющей смоле хвойных
деревьев.
Пряжа воспроизводит
процесс замещения. Эти
окаменелости животных или
растений, которые
минерализировались. Минералы,
такие как кальцит, кварц и
пирит, содержатся в
подземных водах и просачиваются в
органические ткани,
постепенно заменяя их.
Минеральная копия очень близка
к оригиналу; это подтвердит
каждый, кто видел
окаменевшие деревья.
Изображения листьев на
бумаге напоминают тонкие
обугленные остатки,
которые палеонтологи находят в
твердом сланце. Эти остатки
являются точной копией
организмов, и их детали могут
многое рассказать ученым о
древнем растительном мире.
Обугленные остатки
формируются, когда лист или
другая такая же тонкая часть
растения попадает в грязь.
Когда грязь превращается в
твердый сланец, в листе
происходят химические
процессы, в результате которых в
нем остается только углерод,
оставляющий тонкий
отпечаток на сланце.
Глиняная форма
представляет лишь внешнюю
форму — след, отпечаток
остатков. Этот тип
окаменелости возникает, когда
животное или растение попадает в
грязь и зарывается в ней.
Грязь превращается в
твердую сланцевую глину,
органическое тело постепенно
растворяется, и от него
остается только глиняная форма.
Если в твердой глине
образуются небольшие
трещины, то подземные воды с
минеральными примесями
проникают в форму и
создают детальный слепок
растворенного тела. Многие
Земля и небо
77
окаменелости океана, такие
как трилобиты, были
образованы именно этим путем.
Слепок вашей руки
представляет то, что палеонтологи
называют окаменевшими
(ископаемыми) следами. Это
отпечатки на осадочных
породах, которые вы
смоделировали, добавив песок в гипс. От-
Вам понадобятся
• Маленький столик
• Два стула
• Звонок
• Миллиметровка
• Фломастер
• Часы с секундной
стрелкой
• Помощник
Геологи используют звук
для изучения формы
предметов, которые невозможно
увидеть непосредственно.
Когда звуковая волна
доходит до далекого объекта, она
отражается от него и
возвращается к своему источнику.
Этот метод называют эхоло-
печатки ног динозавров
являются окаменевшими следами.
К числу окаменевших следов
можно отнести и
червоточины, и норы насекомых в
мягких породах. Окаменевшие
следы отличаются от других
окаменелостей тем, что они
свидетельствуют об
активности животного при его жизни.
кацией. Ей, например,
пользуется летучая мышь при
поиске пути в темноте. А как
вы думаете, может ли
эхолокация помочь рассмотреть
такой большой объект, как
дно океана? Этот опыт с
помощью серии звонков
моделирует метод превращения
эхолокационных данных в
график.
Отслеживание
сигнала
Порядок действий
1. Сядьте с помощником
друг напротив друга за
маленьким столиком. Этот
столик играет роль
навигационной комнаты на корабле, по-
Эхолокация дна океана
78
Земля и небо
сланном составить карту
неисследованной части
океанского дна.
2. Договоритесь, кто из
вас будет подавать сигнал, а
кто будет записывать
результат. Участник,
подающий сигнал, будет играть
роль эхолокатора.
3. С помощью звонка
сигнал № 1 посылается ко дну
океана. Используя часы с
секундомером, участник
опыта, записывающий сигнал,
смотрит, сколько секунд
требуется для возвращения эхо-
сигнала. Роль эха играет
второй звонок.
4. Подается сигнал № 2 и
записывается количество
секунд до его возвращения.
5. Нужно провести опыт из
восьми или более пар
звонков, каждый раз записывая
интервал времени между
сигналом и его эхом.
Уравнение эхо
Порядок действий
1. Записанные интервалы
времен нужно подставить в
приведенное ниже
уравнение. В него входит время,
необходимое для достижения
сигналом дна океана, и
скорость звука в воде (1500
метров в секунду):
Интервал времени
в секундах -г2х
-!>.>
Mv
Земля и небо
79
Скорость звука в воде =
= Глубина океана
Например, если между
первым звонком и его эхом
прошло 4 секунды, то сигналу для
достижения дна океана
понадобилось 2 секунды; получим:
2 с х 1500 м/с = 3000 м
2. Переведите все
записанные вами интервалы в метры.
Составление
графика
Порядок действий
1. Скопируйте
топографическую карту на лист
миллиметровки. Нанесите точки (в
Метры, ~ —|—|—|—|—|—|—|—j—р-
глубина ————|—————р-
1000 H4~7+f-H~H"
2000 1 1 1 I [ 1 1 I 1
зооо нЧ-4-4-Нптт
4000 1 1 ! I I 1 1 1 1
5000 Г 1 1|П
6000 —н—Н—1—Н—г—f-
метрах), соответствующие
каждой паре сигналов,
Помните, что в паре сигналов
первый звонок — сам
сигнал, а второй — его эхо.
2. Соедините точки на
миллиметровке.
Результат
Получится линия с ровными
участками и пиками. Эта
линия и дает возможность
перевести ваши интервалы в
данные о глубине океана (в
метрах).
Объяснение
Соединив точки, вы
перевели числовую информацию в
графическое описание
воображаемого дна океана.
Топография дна океана была оп-
Число звонков 12 3 4 5 6 7 8
Топографическая карта
80
Земля и небо
ределена с помощью
интервалов времени, прошедших
между подачей сигнала и
приходом его эха. Таким
образом, подбирая интервалы,
можно смоделировать любой
рельеф.
Знаете ли вы?
Не только геологи и
океанологи пользуются
эхолокацией. Российские и
американские астрономы
использовали этот метод для- изучения
поверхности Венеры,
скрытой под облаками. Даже
археологи пользуются
эхолокацией для определения
формы и конструкции скрытого
под землей предмета, перед
тем как рискнуть его
выкопать.
Искры и волны
Электростатический водный генератор
Прототип электрической батарейки -
вольтов столб
Магнитные поля, окружающие проводник
Увеличенный магнитный домен
Создание конденсатора «лейденская банка»
Диск-электрофор
Радиоволновое излучение вашего компьютера
Пружина, танцующая в растворе электролита
Сравнение теплопроводности четырех металлов
Электрическая энергия от термобатареи
Наблюдение магнитного притяжения
вихревых токов
Точка Кюри гадолиния
82
Искры и волны
Электростатический водный
генератор
Вам понадобятся
• Три пластмассовых
ведра (одно —
одноразовое)
• Шесть больших
одинаковых стаканов из
пенопласта
• Две пипетки с
регулирующим вентилем (можно
купить в аптеке, в
магазинах медицинских
товаров или учебных
пособий)
• Стремянка
• Ручка от швабры
• Т-образная труба
(скобяные
товары)
• Тонкая 1,5-метровая
резиновая трубка
• Две неокрашенные
проволочные вешалки
• Два кирпича
• Кусачки
• Дрель
• Силиконовая замазка
• Ножницы
В этом опыте с помощью
обычной воды
демонстрируется, как можно получить
высоковольтное статическое
электричество при
воздействии воздуха на падающие
водяные капли.
Порядок
действий
1. Кусачками отрежьте
крючки от вешалок и
согните каждую вешалку так, как
показано на рисунке справа.
Убедитесь, что диаметр
петли на конце каждой вешалки
не превышает 1 см.
2. Придайте одному из
концов каждой вешалки L-
образную форму и положите
этот конец под кирпич.
3. Поставьте два ведра на
пенопластовые стаканы так,
Проволока, кирпич и ведро
в сборе
Искры и волны
83
чтобы края ведер были не
дальше, чем 5 см друг от
друга. Под каждым ведром
должно стоять по три
стакана.
4. Воткните пипетки в Т-
образную трубу так, чтобы
они были направлены вниз,
используя в случае
надобности резиновую трубку.
Соедините резиновую трубку с
Т-образной трубой, оставляя
один конец трубки
свободным, чтобы соединить его с
третьим ведром.
5. Привяжите Т-образную
трубу с пипетками к ручке
швабры. Поместите ручку
швабры на среднюю
ступеньку стремянки и
закрепите ее там. Поставьте
лестницу над ведрами так, чтобы
пипетки оказались над
ведрами.
6. Поместите тяжелые
концы вешалок в ведра и
осторожно перекрестите
проволоки так, чтобы петля
каждой проволоки оказалась под
пипеткой соседнего ведра
(см. рисунок). В месте
пересечения проволоки должны
находиться на расстоянии не
более 1 см друг от друга.
7. Вблизи дна третьего
ведра, на его боковой стороне
просверлите дырку.
Присоедините свободный конец
трубки, соединенной с
Т-образной трубой, к дырочке и
заделайте ее силиконовой
замазкой.
8. Поставьте это третье
ведро на верхнюю ступень
стремянки и наполните его
водой.
9. Откройте вентиль одной
пипетки так, чтобы при
прохождении через петлю
проволоки вода капала,
примерно через минуту проделайте
со второй пипеткой то же
самое.
Результат
После примерно двух минут
капанья капельки с обеих
пипеток перестанут падать в
свои ведра и начнут
разлетаться в разные стороны.
Чем больше времени
пройдет с начала опыта, тем
сильнее капельки будут прыгать
и разлетаться в разные
стороны. Внезапный
электрический разряд между двумя
проводами восстановит
нейтралитет, но если капли
продолжают капать, весь
процесс может повториться.
Для успешного
проведения этого опыта нужно со-
84
Искры и волны
блюдать некоторые условия.
Если через две минуты после
начала опыта ничего не
изменилось, нужно проверить
расстояние между вешалками в
месте их пересечения. Оно не
должно превышать 1 см.
Кроме того, капли должны
капать в ведра, проходя через
петли. При соблюдении этих
условий и при не слишком
высокой влажности воздуха
вы получите впечатляющий
результат.
Объяснение
Во всех веществах примерно
равное число протонов и
электронов (положительно и
отрицательно заряженных
частиц). Это означает, что
большинство предметов
электрически нейтральны. Вы
можете легко нарушить этот
баланс, потерев один предмет о
другой. Например, шерсть о
пластик, ткань о расческу
или ногой по ковру.
Электростатический генератор
использует трение воздуха о
капельки для разделения
положительного и
отрицательного заряда в обычной воде.
Когда вы открываете
вентиль на первой пипетке,
капельки воды падают сквозь
петлю, теряя электроны. Эти
электроны по проводу
попадают в воду ведра № 2.
Капельки, лишенные электро-
Пипетка и конец
вешалки
Т-образная деталь
Резиновая трубка
Т-образная труба
Пипетка с вентилем
Конструкция из лестницы и ведер
Искры и волны
85
нов и имеющие
положительный заряд, падают в ведро
№ 1. И через минуту после
начала опыта вы имеете в
ведре № 1 положительно
заряженные частицы, а в ведре
№ 2 — отрицательно
заряженные. Пенопластовые
стаканы играют роль
изоляторов и не дают ведрам
разрядиться через пол.
Когда вы открываете
вторую пипетку, капельки не
хотят лететь вниз из-за
сильного отрицательного заряда
воды под ними (нужно
помнить, что одинаково
заряженные частицы
отталкиваются) . Та же ситуация
возникает и для капель с первой
пипетки: каждая падающая
капля отталкивается
положительно заряженной водой
под ней.
И что получится?
Постепенно большинство капелек
перестают падать вниз и
устремляются к ведру с
противоположным зарядом.
Некоторые капли могут падать вниз,
разрываясь пополам. Вскоре
капли начинают прыгать и
разлетаться во все стороны,
усиливая заряд каждого
ведра. Постепенно статическое
электричество возрастает и в
какой-то момент
разряжается в виде искры на
пересечении двух проводов. Этот
разряд на какое-то время
восстанавливает электрический
нейтралитет, но вскоре
процесс повторяется, и
происходит следующий разряд.
86
Искры и волны
Прототип электрической
батарейки - вольтов столб
Вам понадобятся
• Десять медных монет
• Десять монет не из меди
• Тарелка
• Бумажные полотенца
• Лимонный сок
• Круглая резинка
• Ножницы
• Гальванометр
(см. «Электрическая
энергия
из термостолбика»)
Однажды в 1780 году
итальянский врач Луиджи Галь-
вани, препарируя лягушку,
заметил, что лапки мертвой
лягушки начинают
дергаться, когда он касается их
одновременно медным и
железным ножом. Он показал
это своему другу Аллесандро
Вольта, который
предположил, что дерганье
обусловлено электрической
энергией, генерируемой двумя
различными металлами,
разделенными чем-то влажным.
Вскоре Вольта создал
прибор, состоящий из круглых
пластин из различных
металлов, разделенных
тканью, смоченной
разведенной уксусной кислотой или
рассолом. Этот- прибор
назвали вольтовым столбом; он
способен давать постоянный
электрический ток. Это и
была первая батарейка. В
этом опыте вы сделаете
миниатюрную модель великого
изобретения Вольта.
Порядок действий
1. Сложите бумажные
полотенца в 19 квадратиков,
каждый квадратик должен
быть размером с почтовую
марку.
2. Сложите монеты в
стопку, перемежая медную
монетку с немедной и
прокладывая между монетами
квадратики бумаги.
3. Положите эту стопку
боком на тарелку и круглой
резинкой скрепите их вместе.
4. Подоткните кончик
одного провода от
гальванометра под резинку на одном из
концов стопки, а кончик дру-
Искры и волны
87
гого провода подоткните под
резинку на другом конце
стопки. Посмотрите на
показания гальванометра.
5. Осторожно налейте
лимонный сок на стопку и
убедитесь, что сок смочил
бумагу между монетами. Еще раз
посмотрите на показания
гальванометра.
Измерение электрического
тока вольтового столба
Результат
Стрелка гальванометра
неподвижна, когда вы
соединяете его провода с сухой
стопкой монет. Но после
смачивания стопки лимонным
соком стрелка поворачивается
примерно на 90°, показывая,
что по стопке течет ток.
ОСТОРОЖНО: Чтобы избежать
удара током, не прикасайтесь к
влажной стопке. Разъединяйте
прибор с гальванометром,
держась за изолированные части
проводов. Тяните, пока не
вытащите провода из-под резинки.
Прежде чем убрать прибор,
дайте ему высохнуть.
Объяснение
В отличие от статического
электричества,
существующего вокруг заряженного
предмета, электрический ток
течет по проводнику. Когда
мы разделяем два различных
металла (электроды
батарейки) проводящей жидкостью,
такой как лимонный сок
(электролит), сок вступает в
реакцию с более активным в
электрическом смысле
металлом и заставляет его
электроны (т. е., электричество)
двигаться в сторону менее
активного металла.
Электрический ток вы
можете представить себе в виде
водного потока, текущего с
более высокого места в более
низкое. В нашем случае
электричество перетекает от
медной монеты к немедной, и
так — по всей длине стопки.
Знаете ли вы?
Современные батарейки для
фонарика очень похожи на
вольтов столб. Но вместо мо-
88
Искры и волны
нет у батарейки цинковая
оболочка окружает
углеродный прутик, а электролитом
служит очень активное
соединение аммиака с
хлоридом цинка.
Магнитные поля, окружающие
проводник
Вам понадобятся
• Железная вешалка или
60 см крепкой проволоки
• Два куска
изолированного провода
• Две батарейки
• Скотч
• Картон
• Железные опилки
• Чайная ложка
• Ножницы
• Плоскогубцы
Этот опыт доказывает, что
магнитное поле постоянно
окружает проводник с
током. Магнитное поле имеет
определенную форму,
которую можно рассмотреть с
помощью железных опилок.
Порядок действий
1. Возьмите плоскогубцы и
согните вешалку или креп-
Проволока
Батарейки
Конструкция из батареек,
картонки и проволоки
кую проволоку так, как
показано на рисунке.
2. Проткните верхним
концом проволоки картонку и
продвиньте ее вниз на
несколько сантиметров.
3. Ножницами осторожно
срежьте с концов обоих
кусков провода изоляцию
примерно на 1,5 см.
4. Скрепите обе батарейки
вместе, так чтобы положи-
Искры и волны
89
тельный конец одной
батарейки соединился с
отрицательным концом второй.
5. Прикрепите голые
концы провода к концам ваших
батареек.
6. Прикрутите или
прикрепите один из проводов к
основанию вертикальной
проволоки. Другой провод пока
ни к чему не прикрепляйте.
7. Осторожно ровным
слоем насыпьте 1 чайную ложку
железных опилок вокруг
проволоки.
8. Соедините второй
провод с верхушкой
вертикальной проволоки.
9. Мягко постучите по
картонке несколько раз и
посмотрите, что получится.
Результат
После нескольких ударов
железные опилки образуют
серию концентрических
кругов вокруг проволоки.
После отсоединения
верхнего провода при
постукивании по картонке круги
исчезнут. Если вы опять
присоедините провод, крути опять
появятся. Очевидно, что
образование кругов отражает
наличие электрического
тока, текущего по проволоке.
Объяснение
По расположению кругов
мы видим, что магнитные
поля существуют в
концентрических трубках или
оболочках, расходящихся от
проволоки. Эти оболочки
показывают только наличие, но не
направление тока. Если мы
присоединим проводники
так, чтобы ток потек в
другую сторону, крути будут
выглядеть так же. Хотя ученые
стараются уменьшить
электромагнитные поля вокруг
проводов, они все равно
существуют вокруг каждого
проводника с током — и
дома, и на улице.
90 Искры и волны
Увеличенный магнитный домен
Вам понадобятся
• Пробирка с пробкой
или чистый футляр от
зубной щетки
• Стержневой магнит
• Маленький компас
• Железные опилки
Благодаря исследованиям
в области атомной физики
ученым многое известно о
магнетизме и о том, как он
возникает на молекулярном
уровне. Прорывом в теории
магнетизма стала концепция
о магнитных доменах,
возникающих во всех магнитных
материалах. Магнитный
домен — это группа молекул, в
которой все они смотрят в
одну сторону. Вы можете
считать магнитные домены
крошечными магнитами,
возникающими в каждом
материале, который сам
является магнитом или
притягивается к магниту. Например,
обычный железный гвоздь
хоть и не является магнитом,
содержит миллиарды
магнитных доменов.
Но почему железный
гвоздь не является
магнитом? Потому что все его
магнитные домены смотрят в
разные стороны, но при
малейшем внешнем воздейст:
вии все они могут
выстроиться в ряд и превратить гвоздь в
большой магнит. Однако это
выстраивание носит
временный характер, и домены
вскоре опять начинают
смотреть в разные стороны. В
этом опыте вы проверите
теорию магнитных доменов,
используя «твердый»
железный объект, созданный из
железных опилок.
Порядок действий
1. Наполните пробирку
(или футляр от зубной
щетки) железными опилками до
середины.
2. Поднесите основание
пробирки к компасу. Затем
Искры и волны
91
поднесите к компасу
верхушку пробирки. Запишите
свои наблюдения.
3. Проведите концом
стержневого магнита по пробирке
сверху вниз 20 раз.
4. Повторите этап 2.
5. Встряхните пробирку.
6. Повторите этап- 2.
Результат
В первый раз, когда вы
подносите компас к пробирке,
любой конец стрелки слегка
притягивается к железным
Деталь
Пробирка
Ненаматниченные атомы
опилкам и следует за ними.
После 20 «поглаживаний»
магнитом по пробирке к
одному из ее концов будет
направлена северная стрелка
компаса, а к другому — юж-
Стержневой
магнит
^ ^^^$^
^■^я^7.
"*^ -=о
•о
-d>
Касание пробирки концом стержневого магнита
■О "О "О «О «О «О
ИС|/ Намагниченный атом
Пробирка с намагниченными атомами
92
Искры и волны
ная. После встряхивания
пробирки все вернется к
первоначальному
состоянию.
Объяснение
Представим, что каждый
кусочек железных опилок
является молекулой. Когда
вы касаетесь пробирки, ее
«молекулы» выстраиваются
в ряд в одном направлении, и
сама пробирка становится
магнитом с южным и
северным полюсами. Это было
подтверждено компасом.
Когда вы встряхиваете
пробирку, строгое
построение молекул нарушается, и
они возвращаются к своему
естественному
хаотическому положению. При этом
пробирка вновь становится
ненамагниченной.
Первая «лейденская
банка» была создана
голландским математиком и
физиком Питером ван Мушен-
бруком из Лейденского
университета в Голландии.
Хотя феномен статического
электричества уже был
открыт и исследован, многие
ученые пытались найти
пути использования этого
загадочного явления.
Решение этой проблемы должно
включать в себя методы
накопления и сохранения
коротких, интенсивных
электрических разрядов,
которые нетрудно произвести.
Создание конденсатора
«лейденская банка»
Вам понадобятся
• Тонкий одноразовый
стакан из пластика
• Алюминиевая фольга
• Жидкий клей
• Расческа из пластика
• Девятнадцать
неокрашенных скрепок
• Изолированный провод
• Чайная ложка
• Ножницы
• Электрофор (см.
«Круглый
электрофор»)
Искры и волны
93
Фольга
с наружной
стороны
стакана
Расческа и скрепки
Фольга на
донышке и боках
с внутренней
стороны стакана
Лейденская банка
Создав лейденскую банку,
ван Мушенбрук впервые
изобрел очень
эффективный прибор, сохраняющий
электрические заряды —
конденсатор.
Создание
лейденской банки
Порядок действий
1. Смажьте внешнюю
боковую стенку пластикового
стакана клеем, оставив чистой
примерно одну четвертую
часть стакана вблизи ободка.
2. Оберните смазанную
клеем часть стакана
фольгой. Ложкой расправьте
фольгу, чтобы она ровно
легла на стакан.
3. То же самое сделайте с
внутренней частью дна и
стенок стакана и также
наклейте на них фольгу.
4. Из скрепок сделайте
цепочку, соединив их между
собой. Убедитесь, что ваша
цепочка достаточно длинная:
последняя скрепка цепочки
должна лежать на дне стакана.
5. Верхнюю скрепку
цепочки наденьте на зубец
расчески, так чтобы часть
скрепки выступала вверх и
могла служить клеммой.
Накопление заряда
в лейденской банке
Порядок действий
1. Ножницами состригите
изоляцию с концов
проволоки.
2. Зарядите электрофор,
следуя порядку действия в
следующем опыте «Диск -
электрофор».
3. Поднесите поверхность
электрофора к
высовывающейся скрепке лейденской
банки. Между скрепкой и
электрофором пробежит искра.
94
Искры и волны
4. Повторите эту
процедуру 10 раз и затем скотчем
прикрепите голый конец
провода к фольге на
внешней стороне стакана.
ОСТОРОЖНО: Не
прикасайтесь к фольге и выступающей
скрепке одновременно.
5. Аккуратно поднесите
другой оголенный конец
проволоки к выступающей
скрепке и посмотрите, что
получится.
Результат
Голубая искра пробежит
между проводом и скрепкой.
Эта искра во много раз
мощнее искры, произведенной
вашим электрофором.
Объяснение
Каждый раз, когда заряд из
электрофора переходил в
лейденскую банку, он там
сохранялся. После десяти
зарядов банка содержит
достаточное количество
электрической энергии. Вы
производите разряд этой энергии,
касаясь проводом
выступающей скрепки.
лейденская банка может
разрядиться на вас, если вы
одновременно прикоснетесь
к оголенному концу провода
и выступающей скрепке.
Лейденская банка содержит
достаточное количество
энергии, и разряд может
быть довольно сильным.
Успех этого опыта в
основном зависит от качества
вашего стакана. Если стакан
окажется неудачным,
попробуйте использовать
небольшую стеклянную мензурку.
Как правило, они дают
хороший результат.
Знаете ли вы?
Люди обычно путают
действие конденсатора
«лейденская банка» с работой
батарейки. Хотя они и похожи,
функции батарейки и
конденсатора совершенно
различны. Лейденская банка
наполняется электричеством
так же, как ведро водой, а
батарейка является более
динамичной системой, дающей
электрический ток
разделением двух различных
металлов с разной проводимостью
с помощью проводящей
жидкости (электролита).
Электролит сильнее
реагирует на более проводящий
металл и дает электронам пе-
Искры и волны
95
ретекать от него к менее
проводящему металлу, точно так
же, как вода с высокого
места течет вниз. Разность меж-
Вин иловая пластинка
для проведения опыта
с электрофором
ду электрическими
потенциалами двух металлов и
называется электрическим
напряжением.
В 1775 году Алессандро
Вольта изобрел электрофор.
Он пытался сделать простой
прибор, дающий
достаточный заряд статического
электричества для зарядки
лейденской банки (см.
«Создание конденсатора
«лейденская банка»). Это простая
конструкция, и ее можно
менять по мере вашего
ознакомления с принципами
работы электрофора.
Порядок действий
1. Уберите из крышки
картонный вкладыш, если он
есть, и наждачной бумагой
отполируйте верхнюю часть
крышки, чтобы убрать
краску. Смойте водой с крышки
кусочки наждака. Высушите
крышку.
2. Столярным клеем
приклейте один из концов
деревянного штыря к
внутренней стороне крышки. Убе-
Диск-электрофор
Вам понадобятся
• Старая патефонная
пластинка (виниловый
диск)
• Шерстяной свитер
• Металлическая крышка
от банки с
завинчивающейся крышкой
• Деревянный штырь
(1,5x30 см)
• Мелкая наждачная
бумага
• Столярный клей
96
Искры и волны
дитесь, что вам удобно
браться за штырь и при
этом вы не касаетесь рукой
крышки. Дайте клею
засохнуть.
3. Когда вам понадобится
электрофор, потрите
патефонную пластинку
шерстяным материалом в течение
примерно 30 секунд.
Возьмите электрофор за ручку и
положите его металлический
диск на пластинку. Пальцем
другой руки на секунду
прикоснитесь к диску (это
обеспечит заземление и
перетекание заряда).
4. Держась за ручку,
осторожно передвиньте диск и
поднесите его к кулаку
вашей другой руки.
Посмотрите, что получится.
5. Повторите действие 3 и
поднесите электрофор к
дверной ручке. Посмотрите,
что получится.
Результат
Между вашим кулаком (а
затем и дверной ручкой) и
крышкой пробежит голубая
искра. В зависимости от
размера электрофора и сухости
воздуха напряжение в искре
может доходить до 6000
вольт.
Объяснение
Обычно в предмете
одинаковое число отрицательно
заряженных электронов и
положительно заряженных
протонов. Это означает, что
предмет электрически
нейтрален. Но электроны могут
свободно двигаться, в то
время как протоны гораздо
менее подвижны.
Электрофор работает
потому, что удерживает
положительно заряженные
протоны на своей поверхности,
а отрицательно заряженным
электронам позволяет
стекать с поверхности. Это
создает на поверхности
электрофора избыток протонов и
придает поверхности
положительный заряд. И часть
этого заряда перескакивает в
виде искры, когда
электрофор подносят к
нейтральному предмету.
Когда вы трете виниловую
пластинку шерстью, вы
придаете пластинке сильный
отрицательный заряд. Но
поскольку поверхность
пластинки не ровная, а
изрезанная бороздками,
перетекающие электроны собираются
ближе к ее истинной
поверхности, то есть не в желобках,
Искры и волны
97
а между ними. Оставшиеся
протоны в основном
находятся в желобках.
Прикасаясь пальцем к
электрофору, когда он лежит на
пластинке, вы даете
возможность всем избыточным эле-
Вам понадобятся
• Компьютер
• Радиоприемник
средних (AM) и
ультракоротких (FM)
волн
Если вы посмотрите на
ярлычок, приклеенный к
вашему компьютеру, то
увидите надпись о том, что этот
компьютер соответствует
требованиям по
ограничению радиоизлучения.
Кажется довольно странным,
что компьютер может
излучать радиоволны, но это
факт, и данный опыт
продемонстрирует его.
4- Занимательные опыты
ктронам, оставшимся на
электрофоре и пластинке,
пройти по вашему телу и уйти в
землю. При этом на
электрофоре остаются лишние
протоны и его заряд становится
положительным.
Порядок действий
1. Включите приемник,
выберите диапазон средних
волн (AM) и настройте
приемник между станциями, там
где слышен негромкий
фоновый шум.
2. Включите компьютер и
послушайте, изменится ли
фоновый шум.
3. Постепенно
приближайте приемник к компьютеру.
Отметьте расстояние, на
котором фон стал наиболее
громким, и оставьте там приемник.
4. Вставьте дискету в
компьютер и послушайте,
изменятся ли помехи.
5. Выключите монитор, но
оставьте включенным
системный блок и послушайте,
изменятся ли помехи.
Радиоволновое излучение
вашего компьютера
98
Искры и волны
6. Выключите системный!
блок, а монитор оставьте
включенным и послушайте,
изменятся ли помехи.
7. Выясните,
какова,тактовая частота процессора ваг
шего компьютера, и
переключите приемник в
ультракоротковолновый диапазон
(FM).
8. Настройте приемник на
частоту вашего процессора.
Например, если процессор
работает на частоте 10.0
мегагерц (МГц), настройте
приемник на эту частоту и
повторите этапы 2 — 6.,
9. Исходя из собранной
вами информации, попробуйте
определить, в каком
диапазоне — средневолновом или
ультракоротковолновом —
фоновые помехи наиболее
громкие.
Результаты
Хотя в обоих диапазонах —
AM rFM. — приемник
регистрирует радиоволны от
вашего компьютера, они
более сильные на средних
волнах. В этом диапазоне
помехи детектируются на
большем расстоянии, чем в
диапазоне FM. Радиоволны по-
разному распространяются
в; разных диапазонах, что
также влияет на помехи. В
обоих диапазонах помехи
становятся громче, когда
компьютер совершает
какую-то работу, например
распознает дискету.
Выключение находящегося в
системном блоке процессора
при включенном мониторе
заметно снижает помехи, в
то время как выключение
монитора при включенном
процессоре незначительно
снижает помехи.
Объяснение
Радиоволны, излучаемые
вашим компьютером, просто
являются одной из форм
электромагнитной, энергии. То
есть многие приборы, не
Искры и водны
99
имеющие ничего общего со
средствами информации,
могут излучать радиоволны,
которые создают помехи для
средств связи. Поэтому в са-
Этот опыт описывает
электрическую проводимость,
магнетизм и свойства
жидкого проводника,
называемого электролитом.
молетах просят выключить
ноутбуки при взлете и
посадке, когда необходимы
переговоры пилотов с
диспетчерами аэропорта.
Порядок действий
I. Пружину нужно сделать
из тонкого медного провода,
намотав его на карандаш.
Петли должны располагать-*
ся близко друг к другу, но не
должны переплетаться.
Осторожно снимите пружину с
карандаша и проверьте
эластичность вашей пружины.
Если пружина очень туго
закручена, намотайте второй
Танцующая пружина
Пружина, танцующая
в растворе электролита
Вам понадобятся
• Тонкий медный провод
• Толстый медный провод
или медный гвоздь
• Два
куска-изолированного провода
• Маленький шарик из
пробки или пенопласта
• Маленькая миска
• Острый карандаш
• Соль
• Батарейка
• Стопка книг
• Скотч
-• Ножницы
100
Искры и волны
раз провод на карандаш
более свободно.
2. Толстым медным
проводом проткните
пенопластовый шарик, концы провода
должны торчать с двух сторон
шарика. Острый конец
карандаша воткните в бок шарика.
3. Сложите книги в стопку
и тупой конец карандаша
поло жите поверх стопки,
укрепив его скотчем. Толстый
медный провод должен быть
удален от стопки на 15 см.
4. Выпрямите оба конца
пружины и обмотайте один
из них вокруг конца толстого
провода, выходящего их
шарика.
5. Ножницами срежьте
изоляцию с концов обоих
изолированных проводов.
Прикрепите оба провода к
разным концам батарейки.
6. Прикрепите
противоположный конец одного из
проводов к толстому
проводу, торчащему из шарика.
7. Налейте в маленькую
миску теплую воду и
добавляйте в нее соль до тех пор,
пока она не перестанет
растворяться. Опустите конец
пружины в соленую воду
так, чтобы он лишь немного
погрузился в воду.
8. Возьмите свободный
конец изолированного
провода, прикрепленного к
батарейке, и аккуратно опустите
его в соленую воду.
Результат
Когда вы касаетесь воды
концом провода, пружина
начинает прыгать, то
сжимаясь, то разжимаясь.
Объяснение
Когда такое вещество, как
соль, растворяется в воде,
оно высвобождает
заряженные частицы, называемые
ионами, которые движутся
почти свободно и ведут себя
как металлические связи в
металлах. Свободно
движущиеся частицы проводят
электрическую энергию, и
раствор соли, как и кислые
растворы, такие как уксус и
лимонный сок, становится
жидким проводником
электричества, или электролитом.
Батарейка, провода и
медная пружина вместе с
раствором соли в качестве
электролита составляют
электрическую цепь. Когда вы
концом провода, соединенного с
батарейкой, касаетесь
раствора соли, вы замыкаете
Искры и волны
101
цепь, и электричество
начинает течь по замкнутому
кольцу. Электрический ток,
текущий через пружину,
превращает ее в магнит с
северным и южным полюсами.
Возникновение магнетизма
из электричества и наоборот
называется индукцией.
Так как северный и
южный полюс притягивают друг
друга, пружина сжимается.
Порядок действий
1. Ножницами нужно
обрезать уголком один конец
каждой полоски металла.
Но при сжатии кончик
пружины выскакивает из воды,
разрывая цепь и прекращая
течение электрического
тока. При отсутствии тока
пружина уже не ведет себя как
магнит и выпрямляется,
опуская при этом конец в воду.
Это восстанавливает
электрическую цепь, и пружина
опять становится магнитом и
сжимается.
2. Зажгите свечу и дайте
небольшому количеству
воска собраться около пламени.
Осторожно наклоните свечу
и на прямоугольный (необ-
резанный) конец каждой
полоски капните одну каплю
воска. Если на какую-нибудь
полоску попадет больше
воска, дайте ему подсохнуть и
ногтем уберите лишнюю
часть. Каждая капля имеет
объем около 1 миллилитра.
3. Соберите кирпичи
вместе (см. рисунок) и положите
на них полоски так, чтобы
они сошлись острыми
концами.
Сравнение теплопроводности
четырех металлов
Вам понадобятся
• Одинаковые по размеру
и толщине полоски
меди, железа, латуни и
алюминия
• Четыре одинаковых
кирпича
• Свеча
• Ножницы по металлу
• Секундомер или часы с
секундной стрелкой
102
Искры и волны
Проверка теплопроводности
4. Под точку
соприкосновения полосок поставьте
свечу. Фитиль свечи должен
быть на 1 см ниже
металлических полосок.
5* Осторожно зажгите
свечу, запустите
секундомер и понаблюдайте за
каплями воска на каждой
полоске. Отметьте время
плавления каждой капли.
Результат
Самый лучший проводник
тепла среди металлов первым
растопит каплю. Отметьте
интервалы времени между
плавлениями и решите,,
какой из металлов имеет
лучшую теплопроводность. Хотя
вы сами должны определить,
какой из металлов является
лучшим проводником тепла,
мы ожидаем, что они
выстроятся в следующем порядке:
(1) медь, (2) алюминий, (3)
латунь, (4). железа.
Объяснение
Проводимость как
электрическая так и тепловая зависит
от атомной, структуры
материала. Хорошие проводники
состоят из атомов со
свободно движущимися
электронами. Это означает, что
электроны атомов не остаются на
фиксированных орбитах
вокруг атомных ядер. Они
двигаются наподобие жидкости,
и это позволяет
электрической или тепловой энергии
проходить сквозь этот
материал. Но все же довольно
тесное соединение, называемое
металлической связью,
существует между этими
электронами и их ядрами.
Непроводящие материалы, такие как
дерево или стекло, связаны
ковалентными связями.
Электроны в этих веществах
находятся на определенных
орбитах вокруг ядра и не могут
свободно перемещаться. Вы
можете представить
металлические связи в виде занавеси
из бус, а ковалентные связи в
виде цепной решетки.
Искры и волны
103
В результате поглощения
тепла молекулы разных
металлов получают больше
энергии и увеличивают
свою скорость. Различным
металлам нужно различное
количество тепла для
достижения одинаковой степени
внутренней энергии или
движения молекул.
Отношение количества тепла,
необходимого для повышения
температуры материала на
один градус, к количеству
тепла, необходимому для
повышения температуры на ту
же величину другого
материала (обычно — воды),
называется удельной
теплоемкостью.
Для измерения
электромагнитного эффекта вашей
термобатареи сначала нужно
собрать простой прибор —
гальванометр. О наличии
электрического тока
гальванометр сообщает движением
стрелки. Поэтому делать его
лучше всего из компаса.
Сборка
гальванометра
из компаса
Порядок действий
1. Вырежьте из картона
прямоугольник, ширина
которого равна диаметру
компаса, а длина на несколько
Электрическая энергия
от термобатареи
Вам понадобятся
• Четыре куска железной
проволоки длиной по
90 см
• Четыре куска медной
проволоки того же
размера
• Кусок изолированного
медного провода такой
же длины
• Картон
• Компас
• Ножницы
• Прозрачный скотч
• Фен
104
Искры и волны
сантиметров больше.
Отогните края картонки по
длине, так чтобы в середине
получился квадрат.
2. Положите в
получившуюся коробочку компас.
3. Намотайте на коробочку
с компасом 90 см
изолированного медного провода, так
чтобы начало и конец провода
остались свободными
примерно на 30 см. Чтобы легче
было снимать показания
гальванометра, расположите его
так, чтобы намотанный
провод был ориентирован вдоль
стрелки, т. е. по направлению
север — юг.
4. Ножницами срежьте с,
концов провода примерно по
2 — 3 см изоляции.
Используйте эти голые концы для
связи гальванометра с
другими приборами.
Термостолбик
Порядок действий
1. Свейте железный
провод с неизолированным
медным проводом так,
чтобы получился один витой
провод.
2. Повторите эту
процедуру для всех оставшихся
железных и медных проводов. В
Электропроводящая
змейка термобатареи
Термобатарея и гальванометр
результате у вас получится
четыре провода-косички.
3. Свейте эти косички друг
с другом, чтобы получился
толстый прут, состоящий из
четырех железных и
четырех медных проводов. Это и
будет электропроводящая
змейка вашей термобатареи.
4. Согните змейку, создав на
ней семь колен (см. рисунок).
5. Положите змейку на
плоскую поверхность и
соедините ее концы с концами
провода гальванометра.
6. Включите фен и
держите его на расстоянии около
10 см от термобатареи.
Посмотрите на движение
стрелки гальванометра.
Результат
Когда прут нагревается,
стрелка сильно отклоняется
Искры и волны
105
от первоначального
положения, указывая на
наличие тока, обусловленного
действием тепла на прут.
Объяснение
Некоторые металлы,
оказавшись рядом друг с другом,
приобретают способность
Многие привычные
приборы невозможно было бы
создать без магнита. Но
всегда ли для использования
силы притяжения магнита
нужны только магнитные
превращать тепло —
например приходящее с горячим
воздухом от фена — в
электрическую энергию. Ученые
называют такие металлы
термоэлектрической парой.
Медь и железо как раз
образуют такую пару; также
ведут себя висмут и сурьма.
материалы или можно
использовать и немагнитные?
Этот опыт позволяет
изучить слабое магнитное
притяжение. Построив мотор
на вихревых токах, вы
узнаете в нем прибор, хорошо
знакомый вам в быту. Для
получения лучшего
результата опыт нужно проводить
в месте, защищенном от
сквозняка.
Порядок действий
1. Положите тонкую
алюминиевую тарелочку на ночь
в холодильник.
2. Проткните иглой
пробку, так чтобы острие вышло с
другой стороны, и скотчем
прикрепите пробку к столу.
Наблюдение магнитного
притяжения вихревых токов
Вам понадобятся
• Большой
подковообразный магнит
• Маленькая тарелка
из алюминия
• Иголка
• Пробка
• 30 см нити
• Стопка книг
• Линейка
• Скотч
106
Искры и волны
Пробка
Вращение
Подковообразный
магнит
Вращающаяся
тарелочка
Пробка с иголкой,
укрепленная на столе'
Прибор вихревых токов
ны находиться не
далее чем 1 см над
тарелочкой. Для
надежности на
линейку положите
несколько книг.
6. Закрутите
нитку с магнитом,
так чтобы он
совершил примерно
100 оборотов.
7. Отпустите
магнит и
посмотрите, что будет
происходить с
вашей тарелочкой.
3. Достаньте тарелочку из
холодилышка, переверните
ее и положите ее на острие
иглы, так чтобы она
находилась в равновесии и
вращалась. Некоторые
алюминиевые тарелки имеют в центре
выемку; если ваша тарелка
такая, то совместите выемку
с иглой.
4. Привяжите один конец
нитки к магниту, а другой к
концу линейки. Для
надежности закрепите нитку на
линейке еще и скотчем.
5. Сложите из нескольких
книг стопку и положите на
нее линейку. При этом
нижние концы магнита долж-
Результат
Тарелочка начнет крутиться
вместе с магнитом, но не так
быстро.
Объяснение
Поскольку магнит
притягивает только железо, что же
случилось здесь? Очевидно, что
между магнитом и
алюминием возникает слабое
магнитное взаимодействие. Ученые
называют такое
взаимодействие парамагнитным, что
означает слабое притяжение
магнитом нежелезных
материалов. Интересно, что когда
охлаждаются нежелезные
материалы, они начинают се-
Искры и волны
107
бя вести как магниты.
Поэтому вам и нужно было
охладить тарелочку.
Когда подковообразный
магнит вращается, он
создает вихреобразные токи
над алюминиевой
тарелочкой. В свою очередь эти
токи создают над тарелочкой
вихревое магнитное поле,
которое и заставляет
тарелочку вращаться.
Магнитное поле вращается в ту же
сторону, что и
вращающийся магнит, и чем быстрее
вращается магнит, те
сильнее вихревые токи. В
результате тарелка вращается
все быстрее, хотя она и не
соприкасается с магнитом.
Знаете ли вы?
Спидометр автомобиля
работает по принципу вихревого
потока. Когда машина
движется с определенной
скоростью, магнит вращается со
скоростью, зависящей от
скорости машины
(инженеры тщательно выверяют эту
зависимость). Этот
вращающийся магнит воздействует
на диск, сделанный из
парамагнитного материала,
например алюминия. Диск
связан со стрелкой спидометра,
движущейся по шкале и
указывающей скорость
автомобиля.
108
Искры и волны
Точка Кюри гадолиния
Вам понадобятся
• Два одинаковых куска
магнита
• Гадолиниевая фольга
(из магазина учебных
пособий)
• Нитка 30 см
• Стопка книг
• Линейка
• Скотч
• Настольная лампа с
абажуром и 100-ваттной
лампочкой
• Термометр
• Часы с секундной
стрелкой
• Переносной столик
Этот опыт показывает, что
магнитные свойства веществ
при определенных условиях
могут меняться. Гадолиний и
является одним из таких
веществ.
Порядок действий
1. Сложите из книг две
стопки одинаковой высоты,
2. Прикрепите скотчем к
каждой стопке по магниту так,
чтобы примерно 2 см каждого
магнита ч выступало за края
стопки, Нужно, чтобы
выступал северный конец одного и
южный конец второго
магнита. Положите стопки так,
чтобы расстояние между
магнитами было не более 2 — 3 см.
3. Поставьте переносной
столик и закрепите на нем
один конец линейки. Нужно,
чтобы второй конец линейки
выступал за край стола
примерно на 5 см.
4. Вырежьте из гадолиние-
вой фольги квадрат разме^-
ром 2 — 3 см и прикрепите
его маленьким кусочком
скотча к самому концу
нитки. Второй конец нитки
прикрепите к линейке.
5. Поместите фольгу
между концами магнитов. Нить
должна быть натянута.
Искры и волны
109
6. Осторожно освободите
фольгу, чтобы она висела в
воздухе между двумя
магнитами. Для этого вы можете
поправить положение вашей
линейки и нитки.
7. Положите термометр
рядом с одним из кусков
магнита.
8. Поставьте настольную
лампу так, чтобы она была на
расстоянии 10—15 см от
висящей фольги.
9. Включите лампу и
последите за фольгой. Заметьте
время на часах и следите за
термометром.
Результат
Через некоторое время
фольга вдруг выпадет из
промежутка между магнитами.
Заметьте время этого
события и температуру на
термометре.
Объяснение
Нагрев лампой фольги
заставляет гадолиний потерять его
магнитные свойства.
Гадолиний — это редкоземельный
металл, который ведет себя
как железо при комнатной
температуре. Но при нагреве
он теряет свои магнитные
свойства. Ученые называют
температуру, при которой
магнитный материал теряет
свои магнитные свойства,
точкой Кюри (по имени
физика XIX века Пьера Кюри).
И эта точка Кюри будет
отмечена на вашем термометре.
Она должна быть равна
примерно 28 °С.
Различные металлы имеют
разные точки Кюри.
Например, железо теряет свои
магнитные свойства при 800 °С,
а никель при 350 °С. В
каждом случае нагрев металлов
вызывает такое
возбуждение атомов, что они
нарушают свое магнитное
выстраивание.
Знание точки Кюри
данного металла очень важно при
создании сложного прибора,
использующего магнит,
особенно если прибор работает
в сложных физических
условиях.
Знаете ли вы?
Хотя нагрев одних
материалов уничтожает их
магнитные свойства, охлаждение
других материалов может
усилить их магнитное
притяжение (см. предыдущий
параграф). Например,
алюминий веДет себя как железо
110
Искры и волны
при охлаждении. Некоторые
редкоземельные металлы
при переохлаждении
жидким азотом становятся
сверхпроводниками
электрического тока и
приобретают необычные магнитные
свойства.
Глаз и мозг
Два вращающихся стробоскопа
Иллюзия катящихся колец
Восприятие движения глазом и мозгом
Иллюзия пространственного движения
при взгляде через солнечные очки
Цветовая усталость сетчатки
Фенакистоскоп — один из способов анимации
Свечение экрана телевизора
Суммарные и дополнительные цвета
Стробоскопический эффект монитора
компьютера
Карандашный тест частоты смены кадров
на экране компьютера
Стереоскоп Уитстона
Настольный стереоскоп
Объемное изображение без стереоскопа
112
Глаз и мозг
Два вращающихся стробоскопа
Вам понадобятся
• Проигрыватель со
скоростью вращения диска
78 оборотов в минуту
• Грампластинка
• Электрическая лампа
без абажура
• Белый плотный картон
• Белая бумага
• Циркуль '
• Транспортир
• Фломастер
• Дырокол
• Ножницы
• Линейка
И стробоскопический
источник света, и стробоскоп
создают иллюзию остановки
движения. Вы легко можете
сделать простой
стробоскопический диск или
стробоскопическую полоску,
которые продемонстрируют
удивительный эффект на
вращающемся диске
проигрывателя.
Стробоскопический диск
Стробоскопический
диск
Порядок действий
L Циркулем измерьте
диаметр наклейки на патефонной
пластинке. Нарисуйте на
плотном картоне круг такого
же диаметра, а внутри этого
круга нарисуйте еще один
круг так, чтобы расстояние
между двумя окружностями
составляло 1 см.
2. Вырежьте по внешней
окружности крут и
проткните дыру в его центре.
3. Фломастером нарисуйте
77 равноотстоящих радиаль-
Глаз и мозг
113
Патефонная пластинка
со стробоскопическим диском
его на скорость 78 оборотов в
минуту.
5» Включите
электрическую лампу вблизи
вращающегося стробоскопа.
Запишите свои наблюдения.
Стробоскопическая
полоска
ных линий между краем и
внутренней окружностью.
Для этого разделите 360°
(длину окружности) на 77,
чтобы найти расстояние в
градусах между соседними
линиями; получите 4,7°.
Используя транспортир,
проведите линии по всему краю
круга.
4. Поместите крут на
острие поворотного столика
проигрывателя, включите
Порядок действий
1. Вырежьте из белой
бумаги полоску размером 1,5 х
17 см,
2. От одного из концов
полоски отмерьте 15 см.
Разделите этот кусок 77-ю
равноудаленными вертикальными
линиями. Расстояние между
линиями должно составлять
примерно 0,2 см.
3. Сверните полоску в
кольцо и соедините концы
Стробоскопическая
полоска
Патефонная
пластинка
Стробоскопическая
полоска на наклейке
пластинки
■iiiiiiitiifniifiiiiiiiiiintiiuiiiiiiiniuiiniiiiHiiiiniiiitiMiiini;Miiiifiiinii»iiiHett!itien!iM5;fnt!itiiiiniiiMiin
Стробоскопическая лолоскск; 77 линиями
114
Глаз и мозг
скрепкой. Закрепите
прямую часть скрепки над
чистой частью полоски так,
чтобы линии аккуратно
состыковались.
4. Положите полоску на
наклейку на пластинке и
включите проигрыватель на
скорость 78. Запишите свои
наблюдения.
Результат
Пока проигрыватель
раскручивается, линии на диске и по-
лбске расплываются. Однако
когда скорость вращения
стабилизируется на значении 78
оборотов в минуту, вам
покажется, что линии
остановились.
Объяснение
Кажущаяся остановка
движения линий указывает на
частоту вспышек лампочки.
Частота — это число каких-
то событий за единицу
времени. В нашем случае — за
секунду. Ток в лампочке
меняет свое направление — с
прямого на
противоположное и обратно — 50 раз в
секунду, что и служит
причиной слабых пульсаций
кажущегося постоянным света
лампочки. Каждый
промежуток времени между полной
сменой направлений
называется циклом и измеряется в
герцах (Гц). При частоте тока
50 Гц лампочка вспыхивает
100 раз в секунду или 6000
раз в минуту..
Но почему кажется, что
линии остановились?
Каждый раз между пульсациями
света черная линия
стробоскопа продвигается как раз
на один интервал, что и
создает иллюзию ее полной
неподвижности.
Вычислить количество
линий, которые нужно
нарисовать на стробоскопе,
несложно. Если эффект стробоскопа
нужно увидеть на скорости
78 оборотов в минуту, то за
один оборот диска лампочка
вспыхнет 6000 ч- 78 раз. Это
дает величину 76,9, которую
мы округляем до 77. Если вы
нанесете 77 равноудаленных
линий на диск, то линии
покажутся нам неподвижными
на скорости 78 оборотов в
минуту.
3000 х 2 / 78 = 76,9 w 77
Глаз и мозг
115
Иллюзия катящихся колец
Вам понадобятся
• Проигрыватель
• Лист твердого картона
• Двухлитровая
лимонадная бутыль
• 75-сантиметровый ярко
окрашенный
изолированный провод
• Циркуль
• Линейка
• Дырокол
• Ножницы
• Скотч
кольца скреплены
переплетенными
концами
Все способы
моделировать движение основаны на
неспособности нашего
мозга различить
последовательно связанные визуальные
элементы при смене этих
элементов с частотой,
превышающей определенную
величину. Глаз не замечает
смены отдельных
изображений, и они сливаются в одно
непрерывное изображение
движения. Изменяя размер
и скорость движения
трехмерных предметов, вы
можете смоделировать этот эф-
кольцо
прикреплено
к картонному
Установка из колец
и диска проигрывателя
фект. Иллюзия
вращающегося диска как раз и
демонстрирует это.
Порядок действий
1. Циркулем на картоне
очертите круг диаметром
11 см. Вырежьте круг и
проткните в его центре дырку.
2. Наполните бутыль до
краев водой. Плотно
закройте бутыль крышкой. Вода
должна укрепить бутылку и
сохранить ее форму.
3. Разрежьте
изолированный провод на два куска по
38 см. Обвяжите провод
вокруг бутыли и туго
переплетите вместе 3-сантиметро-
116
Глаз и мозг
вые концы. То же самое
сделайте и с другим проводом.
4. Снимите оба
проволочных кольца с бутыли.
Прикрепите сплетенные концы
одного кольца ко второму, а
переплетенные концы
второго кольца прикрепите к
картонному диску.
5. Измените положение
диска и колец так, чтобы они
располагались под углом
друг к другу.
6. Положите картонный
диск с прикрепленными к
нему кольцами на диск
проигрывателя.
7. Включите
проигрыватель на скорость 33 оборота в
минуту, а затем на скорость
78 оборотов в минуту и
понаблюдайте за движением,
колец.
Результат
Проволочные кольца
кажутся разъединенными и
наклонно катящимися друг по
другу. Этот эффект более
заметен на скорости 78
оборотов в минуту.
Объяснение
Когда два объекта
расположены на определенном
расстоянии друг от друга и
вращаются с определенной
скоростью, возникает эффект
мнимого движения. Вместо
того чтобы видеть один
объект, все части которого
движутся с одинаковой
скоростью, вы видите два кольца,
катящиеся друг по другу.
Глаз и мозг
117
Восприятие движения глазом
и мозгом
Вам понадобятся
• Проигрыватель
• Белый плотный
картонный лист
• Циркуль
• Линейка
• Толстая нитка
• Толстый маркер
• Ножницы
• Скотч
• Большая фотография
облаков
• Стол
Опыт показывает, как глаз
и мозг интерпретируют
движение совместно и что
бывает, когда механизм
восприятия ослаблен.
Порядок действий
1. Линейкой измерьте
диаметр диска проигрывателя.
Циркулем очертите круг
такого же диаметра на
картоне. Вырежьте круг и
проткните дырку в его центре.
2. Отрежьте нитку длиной,
равной диаметру круга.
Фотография облаков
и проигрыватель
3. Положите круг на диск
проигрывателя. Прикрепите
один конец нитки к
центральному штырю диска, а
второй конец — к середине
толстого маркера.
4. Натягивая маркером
нитку и придерживая
столик, осторожно двигайте
маркер по кругу, и вы
нарисуете на круге спираль.
Уберите маркер.
5. Переверните круг и
повторите шаг 4, ведя спираль в
обратном направлении.
6. Прикрепите большую
фотографию облаков к стене
и поставьте проигрыватель
на стол в 2 метрах от
фотографии.
118
Глаз и мозг
7. Включите
проигрыватель на скорость 78 оборотов
в минуту (или 33 оборота в
минуту, если на вашем
проигрывателе есть только эта
скорость) и неподвижно
смотрите на вращающуюся
спираль примерно 2 минуты.
8. Переведите взгляд на
фотографию и неподвижно
смотрите на нее какое-то
время.
9. Переверните круг и
повторите шаги 7 и 8.
Результат
Примерно в течение 10
секунд облака на фотографии
будут нестись по небу в
направлении, обратном
движению спирали.
Объяснение
Рецепторы ваших глаз
работают вместе с мозгом для
распознавания прямого и
обратного движения. Когда вы
смотрите на неподвижные
объекты, рецепторы
прямого и обратного движения
сбалансированы. Но когда
вы смотрите на объект,
совершающий движение по
спирали, это движение
приводит к усталости одной
части рецепторов. Когда вы
переводите взгляд со спирали
на фотографию, начинают
работать другие рецепторы.
Поэтому вы и видите
движение в обратную сторону.
Этот эффект будет сильнее,
если объект имеет
неопределенные или сложные
очертания. Поэтому облака
прекрасно подходят для этого
опыта. Но можно
использовать изображения деревьев
и камней, а можете
попробовать и другие фотографии.
Глаз и мозг
119
Иллюзия пространственного
движения при взгляде
через солнечные очки
Вам понадобятся
• Темные солнечные очки
• Нитка
• Большая монета
• Пенопластовый брусок
(как основа)
• Проволочная вешалка
для одежды
• Скрепки из проволоки
С помощью солнечных
очков вы можете увидеть
мнимое пространственное
движение, возникающее из
простого качания монеты. Для
проведения опыта не нужно
вынимать стекла из
очков.
Порядок действий
1. Разрежьте и
согните вешалку для
одежды, придав ей Г-
образную форму, и
воткните ее длинный
конец в
пенопластовое основание.
2. Скотчем прикрепите
конец нитки к задней стороне
монеты. Другой конец нитки
прикрепите к верхнему
концу вешалки.
3. Убедитесь, что вешалка
с монетой хорошо освещена,
желательно спереди.
4. Сядьте перед вешалкой
и оттяните монету на 45° от
положения равновесия.
Осторожно отпустите монету,
дав ей возможность
свободно раскачиваться, как
маятник.
5. Посмотрите на
качающуюся монету так, чтобы
один ваш глаз смотрел через
стекло солнечных очков, а
-^j>
Солнечные очки
и подвешенная монета
120
Глаз и мозг
другой глаз оставьте
невооруженным. Запишите, что
вы увидели.
Результат
Будет казаться, что монета
движется по кругу вокруг
проволоки, к которой она
прикреплена, Размер круга
уменьшается по мере
затухания колебаний монеты.
Объяснение
Иллюзия трехмерного
движения при реальном двумерном
движении является
результатом разницы во времени
формирования двух изображений
в вашем мозге. Глазу,
закрытому темным стеклом очков,
достается меньше света, и он
на долю секунды позже
создает изображение, чем
невооруженный глаз. Эта разница во
времени приводит к тому же
эффекту, что и смещение
стереоскопической фотографии,
и это обманывает глаз и мозг,
и мы видим пространственное
изображение.
Глаз и мозг
121
Цветовая усталость сетчатки
Вам понадобятся
• Цветные карандаши или
краски
• Белая бумага
• Яркая направленная
лампа
Напряжение глаз хотя и
неприятная вещь, но может
дать необычный и
интересный эффект. Этот опыт
показывает, как цветовые
рецепторы вашего глаза,
называемые колбочками,
реагируют на контролируемую
усталость.
Порядок действий
1. На листе белой бумаги
скопируйте рисунок яблока,
приведенный на этой
странице, используя
обозначенные на рисунке цвета.
Расположите рисунок с одного
края листа, чтобы рядом
иметь достаточно
свободного места. Не забудьте
нарисовать две жирные точки —
одну в центре яблока, а
другую на пустом месте,
примерно в 5 см от первой точки.
красный
/ / I зеленый \
Фокусируй-
Фокусируйтесь здесь тесь здесь
2. Направьте свет лампы
на рисунок и некоторое
время (примерно минуту)
смотрите на яблоко, фокусируясь
на центральную точку.
Попробуйте сконцентрировать
взгляд на точке, сохраняя
фокус.
3. Через минуту
переведите взгляд на вторую точку и
подождите примерно 10
секунд.
Результат
Изображение правильно
окрашенного яблока
появится вокруг точки. Сначала
изображение появится как
вспышка, но если немного
подождать, вы сможете
яснее разглядеть его. В
зависимости от того, как
напряженно вы вглядывались в рису-
122
Глаз и мозг
нок яблока, изображение
будет иметь четкие или
размазанные края.
Объяснение
Свет воспринимается
частью глаза, называемой
сетчаткой. Сетчатка покрыта
светочувствительными
клетками — палочками и
колбочками, имеющими свои
специфические функции.
Палочки нужны для ночного
видения, так как они менее
чувствительны к цвету, но
зато более восприимчивы
при слабой освещенности.
(Поэтому при переходе из
темного помещения в
светлое вы ненадолго
«слепнете».) Колбочки менее
чувствительны к свету, но хорошо
различают цвета.
Глядя в упор на рисунок
определенного цвета,
скажем, зеленый, в течение
долгого времени, вы ослабляете
чувствительные к зеленому
колбочки на вашей сетчатке,
так как заставляете их
непрерывно передавать в мозг
электрохимический сигнал
«зеленое». Когда, наконец,
вы отводите взгляд,
колбочки «расслабляются»,
посылая сигнал красного цвета,
который является
дополнительным к зеленому цвету.
Если вы надолго
сконцентрируете взгляд на желтом
цвете, колбочки будут
«расслабляются» голубым. Феномен
цветовой усталости сетчатки
означает, что при
длительной нагрузке ваших
колбочек любым цветом они
начинают сигнализировать в мозг
о дополнительном к нему
цвете.
Знаете ли вы?
«Зеленая вспышка» — это
иллюзия или реальность?
Многие люди утверждают,
что видели очень короткую
зеленую вспышку сразу
после захода солнца. Рассказы
очень разные, начиная от
вспыхивающей точки в
месте захода солнца и кончая
изменением окраски всего
неба. Узнав теперь об эффекте
цветовой усталости
сетчатки, можете ли вы дать
научное объяснение этим
рассказам?
Глаз и мозг
123
Фенакистоскоп - один
из способов анимации
Вам понадобятся
• Квадратный кусок
гофрированного картона с
длиной стороны 30 см
• Деревянный штырь
диаметром 0,5 —.0,6 см и
длиной 20 см
• Два деревянных шарика
с просверленными в
них дырочками, чтобы
надеть эти шарики на
концы штыря
• Две проволочные
вешалки для одежды
• Квадратная деревянная
или пенопластовая
доска со стороной 30 см
• Квадратное зеркало
со стороной 30 см
• Нож для резки бумаги
• Линейка
• Карандаш
• Шнурок
• Фломастер
• Белая бумага
• Черная краска
• Кисти для рисования
• Гвоздь
• Кусачки
• Плоскогубцы
• Циркуль
Искусство анимации
(мультипликации) основано
на неспособности мозга
различить по отдельности ряд
визуальных элементов, если
частота их смены превышает
некоторую критическую
величину. Любая анимация —
от простого
блокнота-перевертыша до
широкоформатного мультфильма —
использует эту особенность нашего
зрения. Фенакистоскоп, или
«обманщик глаза», был
популярным анимационным
прибором лет 100 тому назад.
Сооружение колеса
Порядок действий
1. Прикрепите один конец
шнурка к карандашу.
Положите картон на плоскую
твердую поверхность.
Пальцем прижмите свободный
конец шнурка к центру кар-
124
Глаз и мозг
тона. Второй рукой
возьмите карандаш и натяните
шнурок. Накрутите шнурок
на карандаш, чтобы
свободным остался кусок длиной
12,5 см. Обрисуйте
карандашом круг диаметром 25 см.
2. Фломастером по
линейке проведите 12
равноотстоящих радиальных линий у
края круга. Длина каждой
линии должна составлять
2,5 см.
3. Ножом для бумаги по
линейке прорежьте узкие
щели вдоль каждой линии.
Гвоздем проткните дырку в
центре картона^
4. Покрасьте круг в
черный цвет и дайте краске
высохнуть.
5. Проткните штырем
центр картона и на концы
штыря наденьте деревянные
шарики.
6. Выпрямите 2 вешалки,
чтобы получить два куска
твердой проволоки по 22,5 см.
Согните концы проволок в
крючок. В деревянной
платформе просверлите дырки и
укрепите прямые концы
проволоки в платформе.
7. Подвесьте штырь на
крючки так, чтобы
картонный круг свободно вращался.
8. Поместите зеркало у
одного из концов механизма.
Анимационный
диск
Порядок действий
1. Линейкой измерьте
расстояние между центром кру^
га и внутренним концом
щели (примерно 10 см).
2. Циркулем нарисуйте
круг радиусом 10 см на белой
бумаге. Нарисуйте внутри
него три меньших
концентрических окружности.
Внутри них нарисуйте крестики,
как показано на рисунке.
Обратите внимание на
ориентацию крестиков.
Глаз и мозг
125
Диск фенакистоскопа
3. Проткните в центре
кругов дырочку и вырежьте
круг по самой большой
окружности. Сделайте на
ксероксе несколько копий
круга,
4. Еще раз обратите
внимание на ориентацию
крестиков в кругах. На каждый
крестик наклейте (или
нарисуйте) маленький рисунок.
Рисунок должен быть
больше крестика, но не должен
налезать на поле соседнего
крестика. Кроме того,
каждый последующий рисунок
в круге должен быть
продолжением движения
предыдущего.
Работа
фенакистоскопа
Порядок действий
1. Снимите с деревянного
штыря один из шариков и
наденьте бумажный круг на
штырь. Чтобы бумага круга
не гнулась, его можно
укрепить скотчем. Верните
шарик на место.
2. Поверните фенакисто-
скоп так, чтобы рисунки
были обращены к зеркалу.
Закрутите картонный круг и
посмотрите сквозь щели на
ваши рисунки в зеркале.
Результат
Рисунки в кругах сольются в
непрерывную анимацию.
Объяснения
Всякая анимация — это
изображение движения путем
демонстрации множества его
отдельных изображений со
скоростью большей, чем доступна
глазу. Если каждое
изображение демонстрируется не
дольше чем Vi6 секунды, глаз и
мозг теряют способность
различать отдельные
изображения, и картина сливается в
непрерывное движение.
126
Глаз и мозг
Свечение экрана телевизора
Вам понадобятся
• Телевизор
• Фонарик
• Плотная черная бумага
• Белая бумага
• Темная комната
За доли секунды экран
телевизора создает сложное
изображение. Однако
конструкция экрана довольно
проста и сделана по тому же
принципу, как и ваши часы
или будильник, по которым
вы в темноте определяете
время, глядя на их
светящийся циферблат.
Порядок действий
1. Поставьте телевизор в
темную комнату. Посидите в
комнате некоторое время,
чтобы глаза привыкли к
темноте,
2. С фонариком в руках
станьте в полутора метрах от
экрана телевизора.
3. Зажмурьте глаза,
включите фонарик и медленно
помашите им перед экраном.
Выключите фонарик и
откройте глаза. Что вы видите?
4. Опять закройте глаза и
быстро включите и
выключите телевизор. Откройте
глаза и посмотрите на экран
телевизора.
5. При слабом свете в
центре листа черной бумаги
вырежьте небольшое
квадратное отверстие и закрепите
на нем квадрат из белой
бумаги, который должен быть
немного больше квадратного
отверстия в черной бумаге.
6. Прикрепите скотчем
этот лист к экрану
телевизора. Затем выключите свет и
дайте глазам привыкнуть к
темноте.
7. Закройте глаза и
включите телевизор. Он должен
быть включен примерно две
минуты. Выключите
телевизор и посмотрите на экран.
Глаз и мозг
127
Результат
Фонарик оставляет зеленую
светящуюся полосу поперек
экрана. Включение и
выключение телевизора заставляет
весь экран светиться, и это
свечение такое яркое, что вы
видите свои руки.
Приклеенный к экрану бумажный
квадратик дает необычный
эффект: белая бумага начинает
светиться зеленоватым
светом, почти как сам экран.
Объяснение
Изображение на
телевизионном экране образуется
изменяющимся потоком
электронов,
выстреливаемых электронной пушкой
по всему экрану и
оседающих на его внутренней
стороне. Внутренняя
поверхность экрана покрыта очень
тонким слоем фосфора,
который поглощает энергию
электронов и превращает ее
в свет. Фосфор способен
накапливать энергию и
светиться еще некоторое время
после того, как источник
энергии отключен. Ученые
называют этот химический
способ удержания света
фосфоресценцией. Вы видите
это свечение после
освещения экрана фонариком, а
также после включения и
выключения телевизора.
Черная бумага поглощает
свет, идущий от экрана
телевизора, а белая бумага
отражает его обратно к слою
фосфора. Поэтому белая
бумага стимулирует
фосфоресценцию, делая свечение
более ярким в той области,
которую она закрывает.
128 Глаз и мозг
Суммарные и дополнительные
цвета
Вам понадобятся
• Монитор компьютера
• Цветная картинка из
журнала
• Лупа
• Темпера красного,
голубого, зеленого и
желтого цветов
• Кисти для рисования
• Цветные карандаши
• Белая бумага
Вы, быть может, считаете,
что смешивать цвета очень
легко, если имеются мелки
или карандаши? Но этот
опыт показывает, что наука
создания цвета имеет строго
определенные правила,
зависящие от способов и
средств.
Порядок действий
1. Выведите на экран
вашего компьютера изображение,
в котором много пурпурного
или оранжевого цвета.
2, Поднесите к экрану
лупу так близко» чтобы
пурпурный цвет разделился на
маленькие квадратики —
пиксели. (Подсказка: вы увидите
цвета, отличные от
пурпурного.)
3. Цветными карандашами
нарисуйте на белой бумаге
пятнышки тех же цветов, что
и пиксели на экране.
Отметьте эту группу пятнышек
надписью «пурпур».
4. Повторите шаги 2 и 3 для
оранжевого цвета.
5. Посмотрите на вашу
первую группу пятнышек,
помеченных словом
«пурпур». Смешайте темперу тех
же цветов, что у пятнышек.
Получился ли у смеси
пурпурный цвет? Повторите те
же действия для оранжевого
цвета.
6. Найдите в журнале
картинку с обилием пурпурного
и оранжевого цветов. Под-
Глаз и мозг
129
несите лупу к каждому
цвету и, как и раньше,
зарисуйте цветные пятнышки.
Затем смешайте темперу тех
же цветов, что у пятнышек.
Получился ли у вашей смеси
тот цвет, который вы
ожидали?
7. Поднесите лупу к белой
детали на экране
компьютера. Сделайте то же самое, что
и для журнальной картинки.
Запишите свои наблюдения.
Результат
На экране компьютера
пурпурный цвет создается
комбинацией голубых,
зеленых и красных пикселей,
оранжевый — комбинацией
красных и зеленых
пикселей. (Комбинации цвета
немного зависят от оттенка
выбранного вами цвета и от
того, как ваш монитор
обрабатывает цветовую
информацию.) Но когда вы
смешиваете эти цвета темперы, вы
получаете два оттенка
коричневого. На картинке из
журнала цвет получается
смешиванием сине-зеленой
(бирюзовой), фуксина (пурпурно-
красной), желтой и черной
красок. Это называют
«четырехцветной печатью».
Когда вы рассматриваете
журнальный пурпур и
оранжевый цвет, вы видите, что
пурпур создается
смешиванием фуксина и бирюзовых
пятнышек, а оранжевый —
смешиванием фуксина с
желтыми пятнышками.
Смешивание этих цветов
темперы дает похожие оттенки
пурпура и оранжевого.
При увеличении белой,
области на экране и сравнении
ее с белым цветом в журнале
видно, что на экране белый
цвет является результатом
смешивания красных,
зеленых и голубых пикселей! Для
журнального белого цвета
используют очень мало краски
или не используют вообще.
Объяснение
Экран компьютера и журнал
воспроизводят цвет разными
способами. Компьютерный
экран показывает цвета в
форме излученного света, в
то время как журнальная
картинка показывает цвет в
поглощенном и отраженном
свете. Использование света
для создания различных
цветов называется цветовым
сложением, или
смешиванием. А использование гюгло-
5- Занимательные опыты
130
Глаз и мозг
щения и отражения для
производства цвета называется
цветовым вычитанием, или
созданием дополнительного
цвета, поскольку
поглощенный и оставшийся цвета
дополняют друг друга до белого
цвета. При смешивании,
например, зеленого и красного
получается желтый. А чтобы
получить желтый путем
вычитания, нужно из белого
Вам понадобятся
• Монитор компьютера
или экран телевизора
• Что-то хрустящее для
жевания
• Приглушенный свет в
комнате
Фосфоресцирующий
экран компьютера или
телевизора сделан так, чтобы
обманывать ваши глаза иллюзией
непрерывного изображения.
Она основана на том, что
большинство людей смотрит
цвета убрать (поглотить) все
другие цвета, кроме желтого.
Воспроизведение
цветовых комбинаций, виденных
вами на экране, с помощью
красок не приведет к
положительному результату, так
как краски являются
поглощающей (т. е. вычитающей)
цветовой средой, и поэтому
лучше красками
воспроизводятся цвета журнала.
на экран, сидя неподвижно.
Но небольшое движение
может разрушить эту иллюзию.
Хотя вы можете провести это
опыт как с экраном
компьютера, так и телевизора,
эффект будет сильнее при
наблюдении не движущегося, а
неподвижного изображения.
Порядок действий
1. Включите монитор
компьютера и притушите свет.
Встаньте перед экраном на
расстоянии примерно 3,5
метра.
2. Стойте спокойно и
смотрите на экран некоторое вре-
Стробоскопический эффект
монитора компьютера
Глаз и мозг
131
мя. Положите в рот
что-нибудь хрустящее и, пока
жуете, смотрите на экран,
уставившись в одну точку.
Закончив жевать, проглотите до
того, как перейдете к
следующему пункту.
3. Не прыгая слишком
сильно, слегка
приподнимайтесь и опускайтесь на
месте, не отрывая взгляда от
экрана.
4. Покачайте головой из
стороны в сторону, глядя на
экран.
Результат
Каждое ваше движение
вызывает разрушение
изображения на темные и яркие
части или даже его
мерцание.
Объяснение
Жевание, приседания,
покачивания заставляют вашу
голову вибрировать. Это
означает, что изображение на
сетчатке вашего глаза тоже
вибрирует. При
разглядывании обычного изображения
это не имеет никакого
значения, но компьютерное
изображение является
стробоскопическим источником
света, мерцающим с
частотой около 50 Гц. Ваш мозг не
может разобраться в этих
рядах данных —
вибрирующем изображении на
сетчатке и мерцающем
изображении на экране — и не может
обработать визуальную
информацию так эффективно,
как он должен это делать.
132
Глаз и мозг
Карандашный тест частоты
смены кадров на экране
компьютера
Вам понадобятся
• Монитор компьютера
или экран телевизора
• Карандаш
Экспериментируя с
разными видами движения
перед экраном компьютера, вы
можете кое-что узнать о том,
как на экране создается
изображение. Результат будет
зависеть от вида и размера
вашего монитора; вы можете
попробовать несколько
вариантов опыта и даже
затемнить комнату для усиления
эффекта.
Порядок действий
1. Включите монитор
вашего компьютера. Выведите
на экран простое
одноцветное изображение.
2. Сядьте перед
монитором. Держите карандаш
вблизи экрана, почти
касаясь его. Направьте острие
карандаша на центр экрана.
3. Сфокусируйте глаза на
какую-то деталь экрана за
карандашом. Затем
проведите карандашом из стороны в
сторону поперек экрана, не
глядя на острие карандаша.
Медленно ускоряйте
движение карандаша до
максимальной скорости, а затем
остановите движение.
4. Остановите карандаш в
тот момент, когда он
указывает на одну из сторон
экрана. Повторите пункт 3, но
теперь двигайте карандаш
вверх-вниз. Запишите ваши
наблюдения.
Результат
При действиях,
описанных в пунктах 3 и 4, движе-
Глаз и мозг
133
ние разбивается на
маленькие «моментальные снимки»
движения карандаша
поперек экрана. Хотя движение
вверх-вниз не оказывает
значительного влияния на
форму карандаша, движение
вправо-влево создает
иллюзию, что острие карандаша
отклоняется в
противоположную сторону движения,
и эта иллюзия усиливается с
увеличением скорости
движения.
Объяснение
Когда вы смотрите на экран
телевизора или компьютера,
вы видите не статическое
изображение, а частую смену
кадров, разворачивающихся и
обновляющихся от верхней
части экрана к нижней.
Частота этого обновления
измеряется в циклах и выражается
в герцах (Гц); она происходит
так быстро, что человеческий
глаз воспринимает это как
одно непрерывное
изображение. Скорость обновления
обычного компьютерного
экрана составляет около 70 Гц, и
это означает, что за секунду
происходит около 70
мерцаний. Так как обновление
происходит от верхней части
экрана к нижней, то движение
карандашом вправо-влево
искажается из-за того, что
острие карандаша и его нижний
конец освещаются в разное
время.
134
Глаз и мозг
Стереоскоп Уитстона
Вам понадобятся
• Стереоскопическая
пара фотографий
размером 20 х 25 см
• Два акриловых зеркала
(20 х 25 см)
• Два картонных
прямоугольника (20 х 25 см)
• Четыре скрепки
• Скотч
• Нож для резки бумаги
• Стол и стул
Для этого опыта нужно,
чтобы вы увеличили пару
любительских стереоскопических
фотографий. Вы можете
сделать стереоскопические
рисунки, но фотографии дают
более выраженный результат.
Вы можете использовать
черно-белые фотографии или
цветные, но для получения
лучшего результата при
использовании черно-белых
фотографий нужно выбрать
такие, где изображение
высококонтрастное.
Стереоскопические фотографии одно время
были очень популярны. Хотя
принципы
стереоскопического зрения человека
обсуждались еще в начале 19-го века,
методов проверки
теоретических предположений не
существовало, пока сэр Чарлз Уит-
стон не изобрел свой
стереоскоп: и не представил его
Британскому Королевскому
обществу в 1838 году. Прибор
был очень прост. Два больших
зеркала, образующие
створку, позволяют наблюдателю
поместить свое лицо перед
стыком и наблюдать
стереографический эффект
слившихся изображений. Каждое
из зеркал отражает одно
изображение из
стереографической пары фотографий;
каждое из них попадает в свой
глаз, а затем они
совмещаются в мозге и создают одно
объемное изображение.
Порядок действий
1. Положите на стол рядом
оба зеркала отражающей
поверхностью вниз. Плотно
сдвиньте их длинными
сторонами и скрепите скотчем.
Срежьте лишний скотч
ножом для резки бумаги.
Глаз и мозг
135
90°
фото I
стереоскопической
па
фото 2
•стереоско-
лической
пары
зкала
Сборка стереоскопа Уитстона
2. К внешним сторонам
обоих зеркал так же точно
прикрепите по картонке.
Удалите лишний скотч.
3. Скрепленные зеркала и
картонки поставьте
отражающей стороной к себе.
Конструкция должна иметь
форму аккордеона с
соединенными зеркалами в середине.
Убедитесь, что зеркала
между собой и с картонками
соединены не слишком
жестко, и вы можете изменять
форму вашего прибора.
4. Скрепками закрепите
фотографии на картонках.
Каждая фотография должна
полностью закрыть собой
картонку.
5. Передвиньте
конструкцию вглубь стола, чтобы вы
смогли поместить лицо в
середину, в месте соединения
зеркал. Зеркала должны
стоять под углом 90° друг к другу.
6. Фотографии выставьте
так, чтобы угол между ними
и зеркалами составлял 45°.
Фотографии должны быть
параллельны друг к другу.
7. Поместите лицо прямо
напротив центра
конструкции, и если в зеркале вы не
136
Глаз и мозг
увидите пространственного
изображения, попробуйте
немного поменять угол
между фотографиями и
зеркалами. Изображения должны
слиться в одно объемное. Не
пытайтесь сфокусировать
взгляд, а наоборот —
расслабьтесь, пока
изображения не сольются.
Результат
Некоторое время одно
отраженное изображение будет
казаться плавающим над
другим, но постепенно они
сольются. Помните, что
стереоскопическая пара
состоит из двух слегка
различающихся изображений одного
объекта. Этот почти
неуловимый сдвиг в перспективе
между двумя фотографиями
моделирует степень
смещения между изображениями
каждого глаза. Когда зеркала
совмещают фотографии и
заставляют вас видеть их как
одну, это вводит мозг в
заблуждение.
Глаз и мозг
137
Настольный стереоскоп
Вам понадобятся
• Два одинаковых
маленьких карманных зеркала
• Два куска толстой
фанеры, каждый немного
меньше зеркала
(основания)
• Два куска фанеры,
немного меньших, чем
зеркала (спинки)
• Два деревянных бруска
(Зх8х 13 см)
• Два куска тонкой
фанеры (13 х 23 см)
• Четыре металлических
L-образных скобы и
шурупы к ним
• Четыре шурупа
• Четыре резиновых
колечка
• Пара
стереоскопических рисунков или
фотографий
С середины XIX века и до
30-х годов XX века
стереоскопические фотографии
были очень популярны. Хотя
принципы
стереоскопического зрения человека
обсуждались еще в начале XIX
века, не существовало методов
проверки теорий, пока сэр
Чарлз Уитстон не изобрел
свой стереоскоп. Два
больших зеркала, образующие
створку, с регулируемым
углом между зеркалами
использовались с двумя
немного смещенными по
отношению друг к другу
фотографиями, давая возможность
увидеть объемное изображение.
Этот опыт позволяет сделать
стереоскоп Уитстона в
настольном варианте.
Порядок действий
1. К зеркалам приклейте
фанерные спинки, так чтобы
Настольный стереоскоп
138
Глаз и мозг
с каждой стороны выступало
не более 0,5 см зеркала.
2. Измерьте длинную
сторону каждой фанерной
спинки, найдите середину
торца и карандашом
сделайте отметку.
3. Привинтите длинные
концы L-образных скоб к
карандашным отметинам,
ориентировав короткие концы
скоб попарно друг к другу.
Эти короткие концы скоб
прикрутите к основаниям.
Убедитесь, что зеркала
закреплены не слишком
жестко, так что можно менять их
наклон.
4. Чтобы сделать
подставки для стереоскопических
фотографий, прикрепите
13-сантиметровые стороны
тонкой фанеры к
13-сантиметровой стороне
деревянных брусков.
Основания из толстой фанеры
5. Поставьте эти подставки
вертикально на деревянные
бруски и наденьте на них
резиновые колечки.
6. Расположите подставки
по обе стороны от зеркал на
расстоянии около 20 см.
7. Чтобы работать с
прибором, закрепите
стереоскопические снимки
резинками на подставках, при
этом нижняя часть каждого
снимка должна быть
обращена к вам, а верхняя — от
вас.
8. Встаньте прямо над
прибором и посмотрите
вниз на зеркала. Поправьте
положение зеркал, чтобы
видеть оба снимка, один из
них будет казаться
плывущим над другим.
Подвигайте фотографии, если это
необходимо, чтобы они
полностью заполнили зеркала.
9. Расслабьте глаза и
дайте обоим изображениям
слиться.
Результат
Оба снимка сольются в
одно объемное изображение.
Это изображение исчезнет,
если вы измените наклон
одного из зеркал или сдвинете
один из снимков.
Глаз и мозг
139
Объяснение
Мозг с помощью зеркал
получает два слегка
различных изображения одного и
того же объекта. Степень
смещения между двумя изоб-
Вам понадобятся
• 35-мм фотоаппарат
(годится любой)
• Калька
• Карандаш
• Ручка
• Линейка
Стереоскопическая пара
состоит из двух
фотографий или рисунков одного и
того же предмета, но
изображение на одной из
фотографий слегка смещено по
отношению к изображению
на другой. Каждая
фотография создает в каждом глазу
свое изображение, и мозг,
накладывая их друг на
друга, создает объемное
изображениями на фото
соответствует степени смещения
между изображениями в
глазах. Мозг восстанавливает из
этих бинокулярных
изображений объемную картину.
ражение. Хотя принципы
стереоскопического
изображения были известны, и
стереоскопические пары
создавались еще в начале
XIX века, до 1838 года не
существовало прибора для их
просмотра, пока сэр Чарлз
Уитстон не изобрел
стереоскоп. До того желающие
рассмотреть стереопару
должны были научиться
разглядывать ее
невооруженным глазом. В этом
опыте вы научитесь создавать
стереоскопические пары
фотографий и рисунков и
научитесь рассматривать их
невооруженным глазом.
Вы можете рассматривать
свои пары фотографий или
рисунков также и при
помощи стереоскопа.
Объемное изображение
без стереоскопа
140
Глаз и мозг
Стереоскопические
рисунки
Порядок действий
1. Посмотрите на рисунки
А и Б. Обратите внимание
на четыре плана
перспективы у каждого рисунка —
забор, овца, холм, амбар и
облака — и насколько эти
объекты смещены вправо на
рисунке Б.
2. Вы можете поместить
любой объект на каждый из
этих планов, но чем дальше
объект на рисунке А, тем
больше он смещается вправо
на рисунке Б.
3. Для создания новой
стереоскопической пары
положите на рисунок А кальку и
нарисуйте пять объектов —
от первого, самого ближнего
к вам объекта до пятого,
самого дальнего. Используйте
этот рисунок как новый
рисунок А.
4. Положите кальку на
новый рисунок А, перерисуйте
самый близкий к вам объ*
ект. Затем сместите кальку
влево на 3 мм и перерисуйте
второй объект, сместите
кальку еще на 3 мм и
перерисуйте следующий объект,
и так перерисуйте все пять
объектов рисунка А на
рисунок Б.
5. Вырежьте оба рисунка и
наклейте их впритык
боковыми сторонами на картон.
Стереоскопические
фотографии
Порядок действий
1. Используйте указатель
положения фотоаппарата
Аая создания стереоскопиче-
*1fc^
Стереоскопические рисунки
Глаз и мозг
141
ской пары. Для этого вы
можете скопировать указатель,
нарисованный на этой
странице. Положите указатель на
плоскую поверхность так,
чтобы стрелка была
направлена к вам. С помощью этого
указателя вы можете сделать
как горизонтальные, так и
вертикальные фотографии.
Для получения
вертикальных фотографий положите
фотоаппарат набок.
2. Поставьте фотоаппарат
вдоль линии Б, так чтобы его
левый край располагался
вдоль линии А.
3. Поставьте человека или
предмет, который вы
фотографируете, на расстоянии
1,5 метра. Сделайте первый
снимок.
4. Передвиньте
фотоаппарат вдоль линии Б, так
чтобы его левый край
оказался на линии В.
Фотографируемый объект при этом
должен оставаться
неподвижным. Сделайте второе
фото.
5. Приклейте
отпечатанные фотографии к
картонке встык боковыми
сторонами.
1 -е фото
Левый край камеры
расположен вдоль
линии А
Камера обращена
наружу
2-е фото
Левый край камеры
расположен вдоль
линии В
Задняя часть камеры расположена вдоль линии Б (для обеих фото)
Для получения вертикальных фотографий положите камеру набок
Указатель положения фотоаппарата
142
Глаз и мозг
Рассматривание
стереоскопических
пар невооруженным
глазом
Порядок действий
1. Сфокусируйтесь на
каком-нибудь объекте,
находящемся на расстоянии
примерно 6 метров от вас. Глядя
на этот объект, медленно
приблизьте к себе картонку
со стереоскопической парой
на расстояние 30 см*
2. Попробуйте
посмотреть на оба изображения и
не заставляйте глаза слить
оба изображения в одно.
Наоборот, расслабьте глаза
и сконцентрируйтесь на
размытой области, где
изображения перекрываются.
Если ваши глаза вдруг
сфокусируются и вы увидите
два отдельных
изображения, повторите шаг 1.
Результат
После нескольких попыток
размытая область
перекрывающихся картинок вдруг
превращается в одно
стереоизображение.
Объяснение
Расслабившись, ваши глаза
прекращают попытки
увидеть каждую картинку в
отдельности и объединяют их,
создавая одно
стереоизображение. Это происходит в тот
момент, когда каждый ваш
глаз увидит свою картинку и
сфокусируется на ней.
Сделать оптические оси глаз
параллельными помогает
объект за картонкой.
Свет и звук
Исследование виртуальной гармонии
при помощи гармонографа
Пенопластовый фонограф
Сложение звуков камертона в разных фазах
Двойное лучепреломление в куске целлофана
Наблюдение поляризованного света
в кристаллической жидкости
Трехзеркальный уголковый отражатель
Полное внутреннее отражение
лазерного света в воде
Изменение коэффициента преломления шерсти
Сравнение коэффициентов преломления
трех сред
144 Свет и звук
Исследование виртуальной
гармонии с помощью
гармонографа
Вам понадобятся
• Деревянная рейка
длиной 96 см и сечением
2 х 2 см
• Деревянная рейка
длиной 112 см и сечением
2 х 2 см
• Деревянная рейка
длиной 23 см и сечением
2x2 см, разрезанная
пополам
• Кусок оргстекла
(плексигласа) размером
35 х 55 см
• Две доски размером
53 х 8 х 2 см
• Две доски размером
33 х 8 х 2 см
• Четыре деревянных
бруса размером 90 х 5 х
5 см (ножки стола)
• Деревянная линейка
(ненужная)
• Кусок тонкой фанеры
размером 25 х 25 см
• Две полоски меди
размером 2,5 х 8 см
• Восемь шурупов
11 /2 дюйма с потайной
(плоской)головкой
• Восемь шурупов
3/4 дюйма с потайной
головкой
• Десять мелких
крепежных шурупов и шайб
• Восемь гвоздей
• Гайка-барашек с тремя
металлическими
шайбами
• Два регулируемых
круглых хомутика с винтами
• Фломастер
• Липкая лента
• Два бумажных стакана
объемом по 120 мл
• Гипс
• Вазелин
• Дрель
• Ручная пила
• Лобзик
• Нож для резки бумаги
• Большой зажим.для
бумаг
• Карандаш
• Плотная писчая бумага
С&ет и звук
145
Для этого опыта вы
сможете создать прибор,
завоевавший в свое время большую
популярность, — гармоно-
граф. Ученые-энтузиасты
викторианской эпохи были
бы изумлены совместным
движением двух маятников
гармонографа,
вырисовывающих замысловатые фигуры
на бумаге. Гармонограф
демонстрирует важнейшие
принципы периодического
гармонического движения.
Упрощая, можно сказать, что
маятник, который отклонили
на 45° от его равновесного
положения и отпустили,
качнется в другую сторону на те
же 45°. Движение будет
повторяться периодически,
пока маятник не потеряет
энергию и не остановится.
Число колебавши за
единицу времени называют
частотой маятника. Короткий
маятник качается быстрее
и поэтому имеет более
высокую частоту, чем
длинный, медленно
качающийся маятник. При сравнении
частот двух качающихся
маятников вы заметите
удивительное свойство
гармонографа. Так как частота
описывает любую
вибрацию, качающийся маятник
в некотором смысле тоже
«вибрирует» как звонок
телефона, хотя и значительно
медленнее. Фактически
гармонограф с двумя
маятниками демонстрирует
комбинацию, двух
затихающих музыкальных тонов,
или гармоник.
i, сделанные с его помощью
146 Свет и звук
Секреты гармоник
Когда два тона звучат
одновременно, то результат
получается или благозвучным
(приятным), или негармоничным
(неприятным). Более 2000 лет
назад греческий философ
Пифагор обнаружил, что приятный
звук получается, когда
отношение частот двух звенящих
струн невелико, например 1:1,
2:1 или 3:2. Когда же
отношение увеличивается, звук
становится неприятным.
Музыкальная шкала,
используемая на Западе,
основана на открытии
Пифагора. Шкала состоит из серий
октав, в которой самый
высокий тон {октава) имеет
частоту, вдвое превышающую
частоту самого низкого тона
(унисон). Хотя каждая
октава содержит 12 тонов, нас
интересуют семь тонов
диатонической шкалы. На
графике показан каждый из
этих тонов и их отношение
к своему унисону.
ДО
си
ЛЯ
СОЛЬ
фа
ми
ре
до
С
В
А#
А
G#
G
F#
F
Е
А# ....
D ....
С#
С -.1:1
. 2' 1 Октава
.4:3
5:4
.6:5
9:8
5:3
.8:5
,3:2
Большая секста
Малая секста
Квинта
Кварта
Большая терция
Малая терция
Секунда
Унисон
Диатоническая шкала из семи тонов
Свет и звук
147
Гармонограф ■ переводит
зависимость гармоник,
показанную на схеме, в
визуальную форму. Он делает это с
помощью двух маятников. У
одного маятника груз
сохраняет свое нижнее
положение, а перемещение груза
другого маятника дает
нужное соотношение частот.
Таким образом, два колебания
складываются в единую
картину, точно так же, как два
музыкальных тона,
наложенных друг на друга, создают
гармонию.
Маятник
с карандашом
и маятник
с планшетом
Порядок действий
1. Разрежьте 23-см
деревянную рейку пополам.
Переверните бумажный стакан
и прижмите к донышку
стакана конец рейки. Получите
отпечаток квадрата со
стороной 2 см. Разрежьте квадрат
по диагоналям и отогните
уголки внутрь, как показано
на рисунке. Повторите эту
процедуру и со вторым
стаканом.
2. Положите на стол кусок
вощеной бумаги. Смажьте
вазелином каждую
половинку рейки почти до вершины.
3. Поставьте стаканы
вертикально и вставьте эти
половинки реек в каждый
стакан смазанным концом вниз.
Концы палочек должны
войти внутрь уголков дырочки.
4. Смешайте полстакана
(120 мл) песка с 225 граммами
гипса. Перемешивайте эту
смесь до тех пор, пока она не
станет похожа на мастику;
переложите смесь в стакан,
удерживая палочку
вертикально. Дайте гипсу
уплотниться вокруг рейки.
5. После высыхания гипса
аккуратно снимите стакан и
удалите рейку. Вы получите
два гипсовых груза с
отверстием 22 см в центре
каждой.
6. Возьмите 112- и 96-см
рейки. У каждой отмерьте
80 см от конца и у этой точки
сделайте отметку «0»: в этом
месте будет точка опоры
каждого маятника. У основания
маятника сделайте отметку
«80».
7. Сделайте отметки по
всей длине маятников в
соответствии с рисунком.
148
Свет и звук
Прорезать
отверстие
« и отогнуть
а края
г^&1
Иг-
• * Вазелин
Рейка убрана
и= с гипса
снимается стакан
\ N
Маятник
с грузом
в сборе
Изготовление груза и его крепление к маятнику
8. Начните с 96-см
маятника. Непосредственно над
отметкой «О» вырежьте
лобзиком трапециевидный кусок
(размеры приведены на
рисунке). Вставьте медную
полоску симметрично внутрь
выреза, плоскостью вдоль
рейки. Верните вырезанный
кусок дерева на место, крепко
скотчем примотайте его и
просверлите дырочку в нем, в
медной пластине и частично в
рейке, так чтобы шурупом
можно было скрепить все эти
части вместе. Повторите ту
же процедуру для 112-см
маятника.
9. Возьмите 112-см
маятник и отмерьте от его
вершины 4 см (вершина — это
ближайший к точке опоры
конец маятника). Просверлите в
этом месте сквозную дыру для
винта с гайкой-барашком.
10. Отрежьте от ненужной
деревянной линейки кусок
длиной 30 см и на расстоянии
2,5 см от его конца
просверлите такую же дыру, как и в
маятнике.
11. Прикрепите линейку к
маятнику винтом с
гайкой-барашком и шайбами, как
показано на рисунке. Убедитесь,
что линейка свободно
вращается.
12. Нарисуйте на плоской
фанере (25 х 25 см) диагог
нальные линии,
соединяющие углы. Точка пересечения
диагоналей и есть центр
планшета. Прикрепите конец
96-см маятника к этому
центру с помощью шурупа с
потайной головкой.
Свет и звук
149
Опора
Груз
-о-
Интервалы на маятнике
Интервал Расстояние от опоры
2:1 Октава 20,1 см
3:3 Большая секста 23,9 см
3:5 Малая секста 31,6 см
3:2 Квинта 35,9 см
4:3 Кварта 45,0 см
5:4 Большая терция 52,5 см
6:5 Малая терция 55,7 см
9:8 Секунда 64,0 см
1:1 Унисон 80 см
•о •
<N I
L,
1 СМ
Медная
полоска
\
Разрез сбоку
<— Отметка «0:
I
Сборка опоры
150
Свет и звук
Крыльчатая
гайка
Зажим и
карандаш
/
Г5?
Линейка »
Отверстие (2,5 х 8 см)
в столешнице
Медная полоска
Карандаш на маятнике
13. Поместите
гипсовые грузы в
основание каждого
маятника и
зафиксируйте их снизу
хомутиками.
нок). Убедитесь, что
стол стоит ровно, если
нужно, подложите что-
нибудь под ножки.
2. Используйте дрель
и пилу для вырезания
двух прямоугольных
(2,5 х 8 см) отверстий
в прозрачном куске
(35 х 55 см) оргстекла.
Отверстия должны
быть ориентированы
перпендикулярно друг
АРУГУ (см. рисунок).
Положите оргстекло
на стол и просверлите
11 см
Стол
Порядок действий
1. Скрепите
гвоздями доски, так
чтобы получить
прямоугольную раму для
стола. К каждому
углу двумя полугора-
дюймовыми
шурупами прикрепите
ножки (см. рису-
Ножка
Стол
Свет и звук
151
10 маленьких дырок по
периметру. Прикрепите этот аист
к столу мелкими шурупами с
шайбами.
Сборка и работа
Порядок действий
1. Снимите с маятников
грузы. Просуньте рейку
маятника с карандашом в
отверстие столешницы,
вытянутое вдоль длинной
стороны стола, и расположите
опору (медную
пластинку) в
центре отверстия.
2. Просуньте
маятник с
планшетом во второе
отверстие
столешницы и установите
на медную опору.
У вас должно
получиться два
уравновешенных
маятника: маятник с
карандашом,
качающийся в одной
плоскости, и
маятник с планшетом,
качающийся в
другой плоскости.
3. Обмотайте
карандаш
посередине липкой лентой
и прижмите его к концу
линейки большим зажимом для
бумаг.
4. Для создания гладкой
поверхности прикрепите кусок
картона (25 х 25 см) к
фанерному планшету на маятнике, а
сверху на картон приклейте
плотную бумагу.
5. Прикрепите к концам
маятников грузы и
убедитесь, что карандаш
расположен в центре планшета.
Немного перемещая опоры ма-
30 см
15 см
Отметка 80 см
Гармонограф
152
Свет и звук
ятников, вы можете
устранить все смещения.
6. Для того чтобы гармоио-
граф заработал, оттяните оба
маятника в их крайние
положения. Отпустите один
маятник и, когда он дойдет до
середины, отпустите второй.
Дайте маятникам покачаться
вместе и зарисовать
результат их действия.
7. На маятнике с
карандашом ничего не меняйте, а на
маятнике с планшетом
сместите груз к следующей
отметке. Повторите шаг 6.
8. Передвигайте груз у
маятника с планшетом вдоль
оси. Соберите все рисунки и
сравните их.
Результат
Каждая комбинация
тонов, или интервалов, дает
свой результат. Наиболее
сложная картина возникает
при наложении тонов с
большим отношением.
Свет и звук
153
Пенопластовый фонограф
Вам понадобятся
• Патефонная пластинка
диаметром 25 см (не
используйте пластинку,
которой вы дорожите)
• Кусок пенопласта
(30 х 60 см)
• Металлическая шляпная
булавка или стальная
патефонная игла
• Два карандаша
• Деревянная линейка
• Нож для резки бумаги
• Пила
• Скотч
• Большой гвоздь
• Прищепки
Звуковые волны лучше
проходят по некоторым
твердым телам, чем по
воздуху. Но в конечном счете
звуковые волны должны пройти
по воздуху, чтобы достичь
наших ушей. Это означает,
что колебания в твердой
среде должны
преобразовываться в волны сжатия
воздуха, и таким образом звук
сможет достичь наших бара-
Пенопластовый фонограф
банных перепонок. В данном
опыте этот процесс
демонстрируется путем создания
пенопластового фонографа.
Порядок действий
1. С помощью карандаша и
линейки разделите кусок
пенопласта на три секции
размером 20 х 30 см. Ножом для
резки бумаги надрежьте
края куска в местах деления.
2. Переверните кусок
пенопласта и положите
линейку между двумя надрезами.
Ножом для резки бумаги
надрежьте пенопласт по
всей линии деления.
3. Переверните пенопласт
и согните внутрь
надрезанные куски, пока не получите
конструкцию в форме
навеса.
154
Свет и звук
4. Отрежьте от карандаша
кончик с ластиком в
металлической оправе.
5. Большим гвоздем
проткните дырочку в
пенопласте в месте, указанном на
рисунке. Расширьте гвоздем
дырку, пока не сможете
плотно воткнуть в нее
отрезанный кончик карандаша
ластиком вверх. Это и будет
осью.
6. Отмерьте 5 см от
правого нижнего края верхней
панели пенопласта и отметьте
это место.
7. Возьмите патефонную
иглу или шляпную булавку,
обрезанную до длины 2,5 см.
Оберните вблизи тупого
конца липкой лентой и
тупым концом воткните ее
прямо в край пенопласта.
Изготовление фонографа
8v Насыпьте на ярлык
пластинки немного резиновой
крошки, она усилит трение и
облегчит вращение
пластинки, и ее можно легко убрать
после проведения опыта.
9. Для работы с прибором
наденьте пластинку на ось,
отрегулируйте все
устройство так, чтобы игла села на
край пластинки.
Придерживая пенопласт одной
рукой, вращайте пластинку
другой рукой при помощи
карандаша, тупой конец
которого прижат к ярлыку
пластинки.
Результат
Когда вы вращаете
пластинку, вы слышите музыку,
исходящую из треугольной
полости, образованной
сложенным пенопластом.
Объяснение
Этот простой прибор
создает звуки посредст-
ьная вом пластинки, иглы-
звукоснимателя,
резонатора и проводящей
среды.
Пластинка и игла.
Когда игла движется по
желобкам на поверхности
Свет и звук
155
пластинки, она вибрирует с
частотой, зависящей от
ширины и глубины желобка.
Эта техника аналогового
воспроизведения звука дре-
образует информацию
одного физического свойства
(форма желобка пластинки)
в информацию другого
физического свойства
(вибрация иглы).
Звукосниматель и
резонатор. Вибрация маленькой
иглы почти не передается
воздуху, поэтому вы ее плохо
слышите. Нужен способ
передачи вибрации от иглы к
чему-то такому крупному,
что будет приводить в
движение большую массу
воздуха. Для этого и служит кусок
пенопласта, в который
воткнута игла. Действуя как
репродуктор пенопласт
передает вибрацию иглы
большой массе воздуха.
Но чтобы услышать
неискаженный звук, вибрациям
нужен резонатор или какая-то
емкость, позволяющая
колебаниям перейти от пенопласта
к проводящей среде —
воздуху. Резонатор должен иметь
форму, усиливающую
амплитуду вибраций. Резонатором
здесь служит треугольное
пространство между согнутыми
частями пенопласта и его
основанием. Отсюда звуки
выходят наружу в виде волн
сжатия и достигают вашего уха.
Знаете ли вы?
Первые акустические
фонографы не использовали
электричество. Эти приборы
работали, используя способ
преобразования вибраций,
описанный выше. Взгляните
на старинный патефон. Хотя
прибор выглядит довольно
сложно, вы легко узнаете
иглу, репродуктор и резонатор.
156
Свет и звук
Сложение звуков камертона
в разных фазах
Вам понадобятся
• Два одинаковых
камертона
• Две одинаковых
металлические банки
• Две фанерные доски
• Четыре деревянных
бруска (2 х 2 х 15 см)
• Деревянное полено того
же диаметра, что и
металлические банки
• Клей
• Скотч
• Консервный нож
• Дрель
Звуковые волны, как
и любые другие волны,
могут складываться
друг с другом —
интерферировать. В случае
световых волн эта
интерференция может
привести к изменению
цветов на поверхности
мыльного пузыря. В
случае звуков
интерференция приводит к
фазовому эффекту,
описанному в этом опыте.
Камертоны
и резонаторы
Порядок действий
1. Консервным ножом
вырежьте донышки у банок.
2. Приклейте к доске с
двух сторон деревянные
бруски, так чтобы они держали
банку с двух сторон и не
позволяли ей двигаться. Дайте
клею засохнуть.
3. Вложите в банку
деревянное полено; оно должно
Камертон
Свет и звук
157
прижиматься к боковым
стенкам банки.
4. Положите банку набок,
зажав ее между брусками, и
просверлите в боку у банки
дырку. Она должна быть
достаточно большой, чтобы в ней
туго входил конец камертона,
но при этом не болтался.
Повторите эту процедуру и со
второй банкой.
5. Положите банки между
брусками дырочкой вверх.
Сравнение фаз
Порядок действий
1. Намотайте кусок скотча
на один конец вилочки
одного из камертонов.
2. Возьмите в руки оба
камертона и одновременно
ударьте ими по краю
деревяшки.
3. Быстро поместите
каждый камертон в свою дырку
банки. Послушайте и
опишите, что вы слышите.
Результат
Отчетливо слышна
пульсация громкости звука при
сложении звонов двух
камертонов: звук становится
то громче, то тише, до тех
пор, пока не прекратится
вибрация камертонов.
Объяснение
Камертоны дают две частоты
звука, которые
накладываются друг на друга и создают
эффект пульсации. Это
происходит потому, что вибрации
камертона на какое то время
совпадают по фазе, потом в
течение некоторого времени
они не совпадают, затем опять
hPdi
Две наложенные друг на друга поперечные волны
дают увеличение амплитуды
Наложение двух поперечных волн в противофазе гасит обе волны
158
Свет и звук
совпадают, и так далее. Когда
наложенные волны достигают
нашего уха в одинаковой
фазе, звук наиболее громкий.
Так как звуку
определенной частоты, или высоты,
соответствует определенная
длина волны, второй звук со
своей собственной длиной
волной может
интерферировать с первым звуком. На
приведенном выше рисунке
видно, что когда гребень одной
волны совпадает и
складывается с гребнем другой волны,
получается громкий звук.
Когда гребень одной волны
попадает на впадину другой волны,
звук получается тише.
Знаете ли вы?
Использование звука для
создания тишины. Концепция
интерференции приводит к
некоторым интересным
технологиям. Так как возможно
такое наложение волн, при
котором звук станет глуше,
теоретически возможно
создание волн, которые
совершенно нейтрализуют друг
друга и не получается
никакого звука. Идея
использования деструктивной
интерференции для создания тишины
очень привлекательна и уже
была опробована и получены
ободряющие результаты.
Ученые, изучающие звуки
шумных машинных цехов,
использовали компьютер для
создания «негативного
изображения» звука. Когда звук,
сгенерированный
компьютером, был направлен в
сторону шума цеха, наступила
почти полная тишина.
Свет и звук
159
Двойное лучепреломление
в куске целлофана
Вам понадобятся
• Два небольших
прямоугольных стекла
• Два поляризационных
фильтра (из магазина
учебных пособий)
• Целлофан
• Источник белого света
или солнечный свет
• Скотч
Этот опыт показывает
необычные оптические
свойства некоторых целлофанов.
Эти пластмассы имитируют
преломляющие свойства
различных природных
кристаллов.
Некоторые вещества
способны изменять волны света
необычным образом.
Физики называют их веществами
с двойным
лучепреломлением; это означает, что при
проникновении в них света
он преломляется дважды в
различных направлениях.
Когда вы смотрите через
вещество с сильным двойным
лучепреломлением,
например через кристалл
исландского шпата, вы видите
раздвоенное изображение. Если
положить такой кристалл на
лист газеты, то вы увидите
два изображения
напечатанного текста, немного
смещенные относительно друг
друга. Поворачивая
кристалл, вы заставите
перемещаться и текст.
Двойное
лучепреломление — свойство
некубических, или анизотропных,
кристаллов. В отличие от
кубических (изотропных)
кристаллов кристаллы с двойным
лучепреломлением (включая
и жидкие кристаллы) имеют
молекулярную структуру,
позволяющую им
расщеплять свет не только в двух на-
160
Свет и звук
правлениях и в двух
плоскостях, но и на быстро и
медленно движущиеся волны
(их называют
«обыкновенные» и «необыкновенные»).
Когда эти волны проходят
через вещество с двойным
лучепреломлением, они
могут интерферировать друг с
другом и создавать области
смещенных цветов —
видимых только через пару
поляризационных фильтров.
Многие синтетические
материалы, такие как стекло и
пластик, также обладают
двойным лучепреломлением,
так как их молекулярная
структура имитирует
анизотропный кристалл. Чтобы
увидеть эффект двойного
лучепреломления, нужно
заставить свет пройти сквозь
материал и затем через первый
поляризационный фильтр, или
поляризатор. После
поляризатора свет рассматривают
через второй фильтр,
называемый анализатором.
Порядок действий
1. Расправьте кусок
целлофана и поместите его между
двумя стеклами.
2. Края стекол скрепите
скотчем.
3. Прикрепите первый
поляризационный фильтр
(поляризатор) к стеклу
прозрачным скотчем.
4. Поставьте стекло перед
собой поляризационным
фильтром к себе,
поддерживая его двумя стопками книг.
5. Поставьте лампу за
стеклами на расстоянии около 1 м.
6. Посмотрите на стекла
через второй
поляризационный фильтр (анализатор).
Медленно вращайте фильтр.
Запишите свои наблюдения.
Результат
На целлофане, который вы
разглядываете через
поляризатор, видны цветные пятна.
Цвета видны и на том месте,
где поляризатор закрыт
куском скотча. При вращении
анализатора цвета меняются
и смещаются.
Объяснение
Целлофан состоит из цепи
молекул, ведущих себя как
молекулы анизотропного
кристалла. Другими словами,
целлофан — материал с
двойным лучепреломлением.
Когда белый свет проходит
через целлофан и
преломляется между двумя плоскостя-
Свет и звук
161
ми, обыкновенные волны
двигаются быстрее
необыкновенных. Волны,
распространяющиеся с разными
скоростями через части
целлофана разной толщины, дают
множество цветов.
Интерференция волн создает
смещение границ этих цветов.
Разглядывание целлофана
через пару
поляризационных фильтров позволяет вам
видеть эти детали более
подробно.
Наблюдение поляризованного
света в кристаллической
жидкости
Вам понадобятся
• Двухлитровый высокий
стеклянный
лабораторный стакан
• Столик от горелки Бун-
зена
• Слайд-проектор (или
другой мощный источник
направленного света)
• Поляризационный
светофильтр (магазин
учебных пособий)
• Маленькое зеркало на
шарнире
• Сахар
• Вода
• Кастрюля
Этот опыт показывает, как
простой сахарный сироп
может расщепить белый свет
на множество плоскостей
преломления и создать
очаровательную цветную
картинку.
Движение света
Идея движения световых
волн в плоскости может
вначале показаться странной, но
вспомните волнообразное
движение натянутого
каната. Если вы держите один
конец каната и встряхнете его
вверх-вниз, то волна
побежит по канату и,
отразившись назад, встряхнет вашу
руку вверх-вниз. Если же вы
б- Занимательные опыты
162
Свет и звук
Слайд-
проектор
встряхнете канат из
стороны в сторону, то
и волны побегут из
стороны в сторону.
Хотя обе волны
распространяются по
прямой ЛИНИИ,
ПЛОСКОСТИ их
распространения разные, и они
отражают движение
вашей руки.
Световые волны
ведут себя точно так же.
Хотя они
распространяются вдоль прямой
линии, каждая волна
движется в
определенной плоскости,
определяемой направлением колебания
исходного электрона.
Естественная
поляризация
Термин «поляризованный»
относится к свету,
отфильтрованному таким образом, что
через фильтр проходят
только световые волны,
движущиеся в определенной
плоскости. Поляризационные
фильтры делают из тех же
материалов, что и стекла
безбликовых солнечных очков фирмы
Polaroid. Хотя сильную
поляризацию создают искусст-
Столик от
горелки
Буизена
Зеркало
с
регулировкой
Поляризованный свет
в сахарном сиропе
венные фильтры, природные
материалы тоже могут давать
похожий эффект. Некоторые
некубические кристаллы,
называемые кристаллами с
двойным лучепреломлением,
могут фильтровать свет,
проходящий через них в
нескольких плоскостях. А поскольку
в каждой плоскости своя
скорость световых волн, то свет,
выходящий после фильтра,
оказывается цветным. И как
показывает этот опыт,
некоторые растворы могут давать
такой же эффект.
Поляризационные
фильтры используются парами:
свет проходит через первый
Свет и звук
163
фильтр, а наблюдаются
через второй. Первый фильтр
называют поляризатором, а
второй — анализатором.
Исследуемый объект
помещают между поляризатором и
анализатором.
Перемещением анализатора по
отношению к поляризатору можно
исследовать многие
плоскости световых волн,
проходящих через объект.
Порядок действий
1. Нагрейте в кастрюле
примерно 1 литр воды до кипения.
Выключите плиту и
растворите в воде сахар; добавляйте
сахар до тех цор, пока он не
перестанет растворяться. Дайте
раствору остыть до
комнатной температуры.
2. Наполните лабораторный
стакан сладким раствором.
3. Поставьте стакан на
подставку, а зеркало — прямо
под стакандм. Наклоните
зеркало под углом 45°.
4. Поместите
слайд-проектор на расстоянии 0,5 м от
зеркала, так чтобы свет от
него падал на зеркало и,
отражаясь вверх, проходил через дно
стакана в сахарный раствор.
При необходимости
отрегулируйте зеркало: вы должны
получить столб света,
проходящий через раствор.
5. Поместите поляризатор
между слайд-проектором и
зеркалом. Наблюдая за
столбом света в растворе,
медленно вращайте поляризатор.
Запишите свои наблюдения.
Внимание: Если есть
возможность, поместите поляризатор на
вертушку, чтобы он мог свободно
поворачиваться в вертикальной
плоскости.
Результат
В световом столбе
наблюдаются вращающиеся цвета.
Когда вы вращаете
поляризатор, цвета вращаются
вокруг центрального луча.
Объяснение
Сахарный раствор
воспроизводит поляризационный
эффект кристалла с двойным
лучепреломлением. Он
действует как анализатор в
поляризационной паре. Находясь
в постоянном движении,
молекулы сахара поляризуют
белый свет в меняющихся
плоскостях, или векторах.
При смещении каждого
вектора он влияет на скорость
света и меняет его цвет.
164
Свет и звук
Знаете ли вы?
Поляризационные фильтры
могут многое рассказать
ученым о веществе, так как
поляризованный свет выявляет
подробности строения
вещества, в то время как
обычному свету это недоступно.
Вам понадобятся
• Три одинаковых
маленьких квадратных
зеркала
• Лазерная указка
• Скотч
• Ладан или благовония
• Белый картон
В физике закон
отражения гласит, что угол
отражения света всегда равен углу
падения. Угол измеряется по
отношению к
перпендикуляру, проведенному к
отражающей поверхности. Как
показывает следующий опыт,
закон отражения позволяет
ученым легко предсказать и,
При исследовании в
поляризованном свете некоторые
сорта стекла показывают
деформации. Это означает, что
стекло закалялось
нагреванием с последующим
быстрым охлаждением.
если нужно, изменить
траекторию света.
ОСТОРОЖНО: Никогда не
направляйте лазерный луч в глаза и
не стойте на пути отраженного
лазерного луча.
Порядок действий
1. Скрепите зеркала
вместе, чтобы они составили
половину куба.
2. Посмотрите на свое
изображение в зеркалах под
разными углами.
3. Одной рукой направьте
лазер на одно из зеркал.
Держа в другой руке картонку,
поместите ее за указкой и
проверьте, куда попадет
отраженный от зеркал свет.
Трехзеркальный уголковый
отражатель
Свет и звук
165
Зеркало
Наблюдение траектории света
4. Поместите курящийся
ладан или благовония рядом
с зеркалами и потушите свет
в комнате.
5. Повторите шаг 3,
наблюдая за траекторией
лазерного луча.
Результат
Когда вы смотрите на свое
изображение в зеркале,
ваше лицо появляется в месте
соединения всех трех
зеркал. Когда вы направляете на
зеркало лазер, луч
отражается по параллельной линии. И
это не зависит от того, на
какое из зеркал и в каком
направлении падает луч.
Объяснение
Так как зеркала
ориентированы во взаимно
перпендикулярных плоскостях, свет
испытывает не одно
отражение, а два или три. Сделав
чертеж в любой из
плоскостей, в которых
расположены зеркала, вы увидите, что
отражение от двух
перпендикулярных зеркал меняет
направление проекции луча
на 180°, а третье отражение
не меняет его вообще, так
что свет всегда будет
возвращаться по траектории,
параллельной траектории
падения луча от источника.
Поэтому изображение
вашего лица в трех зеркалах
отражается обратно к вам,
как бы вы ни повернули
уголковый отражатель (но
при этом правая и левая
стороны лица меняются
местами по сравнению с
отражением в обычном зеркале!).
Так же по параллельной
линии возвращается и
лазерный луч.
166
Свет и звук
Полное внутреннее отражение
лазерного света в воле
Вам понадобятся
• Прямоугольная
пластиковая 4 — 5-литровая
бутыль
• Пробка
• Аквариум
• Небольшой стеклянный
экран, помещающийся
в аквариум
• Баллончик белой
краски
• Лазерная указка
• Нож для резки бумаги
• Дрель
• Два стола, один немного
ниже другого
Этот опыт демонстрирует
основной закон оптики о
полном внутреннем отражении,
который гласит, что угол
отражения луча света должен
быть меньше критического
угла, чтобы луч мог выйти из
среды. Кроме того, лазер в
воде создает довольно
зрелищный световой эффект.
Порядок действий
1. Баллончиком покрасьте
одну сторону экрана в белый
цвет и дайте краске
высохнуть.
2. Снимите с бутыли
наклейку, при надобности
отмочите ее в теплой мыльной
воде. Убедитесь, что под
наклейкой нет остатков клея.
3. В стенке бутыли, у
донышка, просверлите 1,5 мм
дырочку.
4. Заткните дырочку
пробкой, а если пробка велика,
срежьте ножом для резки
бумаги лишнее.
5. Наполните бутыль водой
и поставьте ее на край
высокого стола пробкой вперед.
6. Поставьте аквариум на
низкий стол короткой
стороной к бутыли и
установите этот стол на расстоянии
15 см от высокого стола.
7. Поместите экран в
аквариум белой стороной вверх и
под углом 45° к дну. Не
переживайте, если верхний край
экрана выйдет за пределы
аквариума.
Свет и звук
167
Пластиковая бутыль
7
Аквариум Экран
Лазер
Прибор для светового шоу
8. Положите лазерную
указку прямо за бутылкой и
направьте луч через воду на
пробку. Для этого вы можете
подложить под лазер книжку.
9. Не нарушая взаимного
расположения лазерного луча
и дырочки, удалите пробку и
понаблюдайте за струей во-
Критический
угол
Критический угол отражения
(фонарик под водой)
ды, бьющей на белый экран в
аквариуме. Эффект будет
сильнее, если вы ослабите
свет в комнате.
Результат
Поток воды слегка люминес-
цирует, и на месте
столкновения струи с экраном
возникает яркое
пятно
лазерного света.
Объяснение
Лазерный свет
оказывается по-
мещенным
внутрь водного
потока, так как
168
Свет и звук
Угол больше 48°,
критического угла для воды
( I Свет
Поток воды
Проверка угла отражения в воде
угол его отражения больше
критического угла, при
котором свет может выйти из
воды. Критический угол —
важное понятие физики. Он
означает, что когда свет
проходит по какой-то среде —
твердому телу, жидкости или газу
— под утлом больше
критического угла для этой среды,
свет не может выйти из
среды и начинает существовать в
положении полного
внутреннего отражения. На рисунке
показано, под каким углом
должен распространяться
луч под водой, чтобы он смог
выйти наружу. Критический
угол измеряется по
отношению к воображаемой линии,
называемой нормалью.
Каждая среда обладает
собственным критическим углом.
Для воды критический
угол равен 48°, для алмаза он
равен 24°, что
гораздо меньше,
чем для других
сред.
Что касается
потока воды, то
вы видите, что
лазерный луч
проходит по
потоку,
претерпевая несколько
полных внутренних
отражений. Каждый из этих углов
больше 48°, и поэтому луч не
выходит наружу.
Знаете ли вы?
Ученые, работающие в
оптической индустрии,
разработали специальные
материалы, похожие на стекло.
Провода и нити, сделанные
из этого материала, могут
удерживать свет, как шланг
удерживает воду. Со стенок
этого материала стекает
очень мало света, и поэтому
свет можно «перекачивать»
на сотни километров.
Когда-нибудь наши дома будут
освещаться не лампочками,
а этим оптическим
волокном. Один источник света в
вашем подвале будет давать
свет во всех комнатах
вашего дома.
Свет и звук
169
Изменение коэффициента
преломления шерсти
Вам понадобятся
• Шерстяные нитки
• Коробка для теннисных
мячей (цилиндрическая,
прозрачная, с крышкой)
• Метилсалицилат (в
магазине учебных пособий)
• Маленький винт
• Пластиковая крышка от
400-граммовой
кофейной банки
• Острый гвоздь
• Скотч
• Линейка
• Ножницы
Если вы провели опыт банки круг, диаметр которого
«Двойное лучепреломление на 3,8 см больше диаметра
в целлофане», то видели, как банки,
материалы с
одинаковыми свойствами
преломления лучей
при совместном
действии дают
противоположные
эффекты. А этот опыт
показывает, как два
различных
материала могут стать
оптически одинаковыми.
Порядок действий
1. Линейкой
измерьте диаметр
банки из-под теннисных
мячей. Вырежьте из
крышки кофейной
Скотч
Коробка от
теннисных
мячей
Винтик,
спрятанный
в нитках
Крышка от
кофейной
банки
с дырками
Раствор
метил-
салицилата
Изменение коэффициента преломления
шерсти
170
Свет и звук
Края
разреза
V"
Крышка от кофейной банки
2. В получившемся
пластиковом круге сделайте
гвоздем шесть дырочек и
ножницами вырежьте на его краю
лепестки по форме,
показанной на рисунке.
3. На маленький винтик
намотайте шерстяные
нитки, так чтобы винтика не
стало видно.
4. Наполните банку из-под
теннисных мячей на одну
четверть метилсалицилатом.
5. Засуньте круг с
лепестками в банку из-под
теннисных мячей, так чтобы
лепестки согнулись вверх и
прижались к стенкам банки. Круг
нужно углубить в банку
примерно на 7,5 см.
6. Положите на круг
винтик, обмотанный
шерстяными нитками, и плотно
закройте банку крышкой.
Прикрепите крышку к
банке, обмотав ее скотчем.
7. Осторожно
переверните банку, так чтобы ме-
тилсалицилат просочился
через дырочки в круге и
пропитал нитки. Запишите
свои наблюдения.
&. Опять переверните
банку из-под теннисных
мячей и поставьте на стол,
чтобы метилсалицилат вытек
из ниток. Запишите свои
наблюдения.
Результат
Когда шерсть
пропитывается метилсалицилатом, она
становится похожей на
прозрачное стекло, и
замотанный нитками винтик
становится виден (эффект будет
менее выражен, если вы
используете ярко окрашенные
нитки). Когда
метилсалицилат вытекает из ниток, они
вновь становятся
непрозрачными.
Объяснение
Пропитываясь, волокна
шерсти приобретают такую же
способность преломлять
света, как и метилсалицилат. И
это означает, что пока
шерсть пропитана, ее коэф-
Свет и звук
171
фициент преломления равен
коэффициенту преломления
м етилсалицилата.
Термин «коэффициент
преломления» означает
степень искривления светового
луча при его переходе из
воздуха в твердую, жидкую или
газообразную среду. Так как
этот коэффициент зависит
от плотности (и температу-
Хотя, как правило, удается
разглядеть кусок льда в воде,
этот опыт демонстрирует,
что некоторые прозрачные
материалы при смешивании
ры) среды, твердая среда
может иметь такой же
коэффициент преломления, как
жидкая, а жидкая — такой
же, как газовая. В нашем
случае коэффициенты
преломления метилсалицилата и
шерсти так похожи, что
трудно увидеть очертания
волокон шерсти, когда она
погружена в жидкость.
становятся практически
невидимыми.
Порядок действий
1. Мягким карандашом на
одном из предметных
стеклышек напишите «масло».
На другом стеклышке
напишите «вода».
2. Наполните один из
лабораторных стаканов до
середины минеральным маслом.
Второй стакан до середины
наполните водой.
3. Положите стеклышко
«масло» в стакан с маслом.
Положите стеклышко «вода»
в стакан с водой. Запишите
свои наблюдения.
Сравнение коэффициентов
преломления трех сред
Вам понадобятся
• Два маленьких
лабораторных стакана с
прямыми стенками
• Два предметных
стеклышка от микроскопа
• Мягкий карандаш
• Минеральное масло
(легкий жидкий парафин)
• Вода
172
Свет и звук
4. Подвигайте настольную
лампу вокруг стаканов и
отрегулируйте угол лампы.
Запишите свои наблюдения.
Результат
В стакане с маслом
стеклышко становится
невидимым, и слово «масло»
кажется плавающим без
опоры. В стакане с водой
стеклышко видно.
Объяснение
Свет проходит через стекло
и воду под разными углами, а
через стекло и масло — под
одинаковыми углами.
Стекло и вода имеют разные
коэффициенты преломления, а
стекло и масло —
одинаковые. Термин «коэффициент
преломления» отражает
степень искривления света при
переходе из воздуха в
твердую, жидкую или газовую
среду. На этот коэффициент
влияет и плотность среды, и
ее температура. Нагрев
масла приближает его
коэффициент преломления к
коэффициенту воды.
Как видим, твердое тело
может иметь такой же
коэффициент, как и жидкое. Так
как при комнатной
температуре коэффициенты
преломления стекла и минерального
масла очень похожи,
различить очертания стеклышка,
погруженного в масло, очень
трудно. Для движущихся
фотонов света стекло и масло —
одна и та же среда.
Механика и
движение
Компоненты силы
Поездка с шариком, наполненным гелием
Физика гейзера
Фрондибола
Фигуры с минимальной площадью поверхности
Изменение поверхностного натяжения
кусочком мыла
Сравнение трения покоя и трения скольжения
Сохранение момента импульса
Тепловой двигатель с резиновым приводом
«Прыгучесть»
174 Механика и движение
Компоненты силы
Вам понадобятся
• Детский скейтборд
• Мотор постоянного тока
(напряжение 6 — 9 вольт)
• Пластиковый пропеллер
• Пять 1г5-метровых
изолированных проводов
разного цвета
• Деревянный брусок
(4 х 4 х 10 см) —
большой брусок
• Два деревянных бруска
(1,25 х 1,25 х 4 см) —
малые бруски
• Фанера размером 4 х 10 см
• Болт
• 9-вольтовая батарейка
• Две металлических
шайбы
• Картон
• Транспортир из пластика
• Клей
• Дрель
• Отвертка
• Стэплер для дерева
• Скотч
• Лобзик
• Секундомер
• Деревянный метр
Этот скейтборд,
движущийся при помощи
пропеллера, показывает суммарный
эффект воздействия на
объект двух сил, направленных
вперед и вбок.
Порядок действий
1. Отпилите лобзиком
нижнюю часть транспортира,
оставив только дугу. С
помощью пилы сделайте V-образ-
ное углубление на торце
большого бруска.
Скейтборд с пропеллером
Механика и движение
175
2. Переверните брусок и
дрелью просверлите
дырочку в центре плоского торца.
Дырочка должна быть
достаточно большой, чтобы в нее
мог войти болт.
3. Просверлите дырочку в
центре куска фанеры и
клеем приклейте маленькие
бруски к ее концам,
соорудив похожую на скамеечку
подставку.
4. Прикрепите подставку к
большому бруску болтом,
поместив одну металлическую
шайбу между
бруском и
подставкой, а
вторую —
между
подставкой и
головкой болта
(см. рисунок).
Вы должны
иметь
возможность поворачивать
брусок относительно подноса.
5. Поверните брусок так,
чтобы он встал на свою
подставку. Поместите
электромотор в выемку на верхнем
торце. Перебросьте кусок
скотча через верхнюю часть
мотора и закрепите его
концы на боках бруска. Если
скотч будет отклеиваться,
Крепление
подставки
к бруску
прикрепите его к бруску
стэплером для дерева (или
кнопками). Насадите
пропеллер на ось мотора.
Внимание: В зависимости от
размера отверстия в центре
пропеллера может понадобиться
клей для закрепления
пропеллера на оси мотора.
6. Вырежьте стрелку (4x9
см) из картона. Согните
тупой конец стрелки и
приклейте согнутую часть к
бруску на стороне
противоположной пропеллеру.
7. Поместите собранный
вами вентилятор на заднюю
часть скейтборда.
8. Поместите транспортир
со стороны стрелки
вентилятора, так чтобы дуга огибала
брусок. Отрегулируйте
положение транспортира, чтобы
стрелка четко указывала на
разметку транспортира.
9. Скрутите провода
разного цвета вместе, оставив
концы свободными.
Прикрепите один конец каждого
цветного провода к
контактам мотора. Прикрепите
скотчем один цветной
провод к отрицательному
полюсу батарейки, а второй про-
176 Механика и движение
вод — рядом с
положительным полюсом.
10. Поставьте скейтборд
на ровную гладкую
поверхность и положите рядом с
ним деревянный метр.
Поверните вентилятор так,
чтобы стрелка указывала на 0°
на транспортире.
11. Держа батарейку,
станьте подальше от скейтборда и,
прикоснувшись концом
провода к положительному
контакту батарейки, включите
мотор. Дайте скейтборду
катиться вперед в течение 5
секунд (время засеките по
секундомеру) и затем
разъедините провод с батарейкой.
12. Измерьте расстояние,
пройденное скейтбордом за
5 секунд при отметке 0° на
транспортире.
13. Измените положение
устройства на 45°, затем на
90° и повторите шаг 2.
Результат
Ускорение и скорость
скейтборда уменьшаются
пропорционально углу на
транспортире. На отметке 0°
вентилятор обеспечивает максимум
силы, двигающей скейтборд
вперед, что приводит к
сильному ускорению и большой
скорости. На отметке 45°
вентилятор создает силу,
толкающую вперед, и
боковую силу, поэтому
ускорение и скорость скейтборда
уменьшаются вдвое по
сравнению с первым случаем.
При отметке 90° вентилятор
не создает силу,
направленную вперед,* а толкает лишь
вбок, поэтому скейтборд
вообще не движется.
Объяснение
Каждая сила имеет
направление, такие величины
называют векторами. Можно
представить, что действующий на
скейтборд вектор силы
состоит из двух частей: одно часть
силы направлена вдоль доски,
другая — поперек. Их
комбинация и определяет
ускорение и скорость скейтборда.
Однако колеса скейтборда
позволяют ему ' двигаться
только вперед (или назад) по
прямой линии. Значит, на
движение скейтборда может
повлиять только та часть силы,
которая направлена вдоль
доски, но не вбок. Поворачивая
вентилятор, мы делаем эту
часть силы больше или
меньше; от этого меняется
ускорение и скорость скейтборда.
Механика и движение
177
Поездка с шаром,
наполненным гелием
Вам понадобятся
• Шар, наполненный
гелием
• Шар надутый вами (того
же размера, что и шар,
надутый гелием)
• Деревянная палка
• Скотч
• Медленно движущаяся
машина
Для этого опыта
потребуется движение вперед в
замкнутом пространстве.
Пассажир, сидящий в медленно
движущемся автомобиле,
может провести этот опыт. Хотя
поведение надутых шариков
на первый взгляд может
показаться необычным, оно
наглядно демонстрируют
влияние ускорения на газы
различной плотности.
Порядок действий
1. Возьмите два
воздушных шарика, Один
наполните гелием, а другой —
выдыхаемым изо рта воздухом.
Оба шара должны быть
примерно одного размера.
2. Прикрепите завязанные
концы каждого шара к
концам палки. Не привязывайте
шары туго: они должны
свободно качаться.
3. Возьмите палку с шарами
в автомобиль. Положите
палку себе на колени, так чтобы
шары торчали с обоих концов.
4. На счет «три» попросите
водителя начать движение
вперед. Понаблюдайте за
шарами в течение 5 секунд, а
затем машина должна
затормозить.
5. Попросите водителя
поехать назад. Запишите свои
наблюдения.
Результат
Когда машина разгоняется
вперед, наполненный возду-
178
Механика и движение
хом изо рта шар резко
отклоняется назад, в то время как
шар, наполненный гелием,
так же резко наклоняется
вперед. При движении
машины назад направление
отклонений шаров меняется на
противоположное.
Объяснение
Любой покоящийся объект
стремится остаться в покое,
это называется силой
инерции. Может показаться
странным, что мы говорим об
инерции как о силе, но подумайте:
когда автомобиль начинает
двигаться вперед, инерция
пытается предотвратить
движение вперед каждой вещи,
находящейся в машине. Ваше
тело начинает двигаться
только потому, что сиденье
машины толкает его вперед.
То же самое происходит с
воздухом в машине. Воздух
движется вперед потому, что
его толкает задняя стенка
машины. Но так как воздуху
в передней части машины не
во что упереться, кроме
воздуха задней части машины,
то возникает мгновенное
столкновение воздуха
передней и задней частей
машины. Когда воздух задней
части движется вперед, он
упирается в воздух передней
части и толкает его. Это
столкновение и взаимное
давление продолжаются до тех
пор, пока воздух в передней
и задней частях не станет
двигаться с одинаковой
скоростью — скоростью
движения машины.
Поведение шаров во
время этого столкновения
воздушных масс совершенно
разное из-за того, что шар,
наполненный гелием,
намного легче, чем шар,
наполненный вами изо рта двуокисью
углерода. Гелий легче
окружающего воздуха в машине,
а двуокись углерода тяжелее.
Когда автомобиль
ускоряется вперед, воздух в его
задней части становится
плотнее, чем в передней.
Поэтому легкий гелиевый шар
начинает «всплывать» вперед,
а тяжелый шар с двуокисью
углерода «тонет» назад.
Механика и движение
179
Физика гейзеоа
Вам понадобятся
• Газированная вода в
бутылке с пластиковой
закручивающейся
крышкой
• Воронка из пластика
диаметром примерно 11 см
• Резиновая трубка
диаметром 5 мм и длиной
около 1 м
• Круглый кусок фанеры
диаметра 30 см (основа)
• Деревянный штырь
(2,5 х 15 см)
• Формовочная глина
• Крупные шурупы
• Мелкие шурупы
• Большая скрепка для
бумаги
• Резиновый клей
• Пила
• Дрель со сверлом 8 мм
Этот опыт показывает
физические силы, приводящие
к извержению гейзера. В
начале XIX века действие
гейзеров подсказало
инженерам, как можно
использовать силу пара в
промышленности.
Порядок действий
1. Просверлите отверстие
в центре фанерной основы.
Убедитесь, что в него легко
проходит трубка.
2. Разрежьте деревянный
штырь на три 5-см куска.
3. На равных расстояниях
друг от друга прикрутите
крупными шурупами штыри
к фанерной основе,
превратив ее в маленький столик.
4. Установите воронку в
центре столика раструбом
вниз, так чтобы носик был
над дырочкой. Мелкими
шурупами прикрутите край
воронки к основе.
5. Налепите глину вокруг
воронки, сформировав
конус гейзера. Посмотрите
фотографии гейзеров, чтобы
познакомиться с их
внешним видом.
6. Снимите крышку с
бутылки газированной воды.
Удерживая крышку
пассатижами на твердой
поверхности, осторожно просверлите
отверстие в центре крышки.
180
Механика и движение
Большая
скрепка
для бумаги
«Гейзер»
(воронка
и глина)
Фанера
Трубка
Бутыль с газировкой
Устройство гейзера
7. Верните крышку на
бутылку и через дырочку
просуньте в бутылку трубку на 8
см. Намажьте резиновый
клей вокруг трубки в том
месте, где она входит в
отверстие, сделав этот стык
водонепроницаемым.
8. Пропустите второй
конец трубки снизу в
отверстие столика и просуньте
трубку в воронку так, чтобы
она немного выглядывала из
отверстия воронки.
9. Поставьте бутыль
примерно на 30 см ниже
столика. Используя большую
скрепку для бумаги,
пережмите трубку посередине.
10. Зажав одной
рукой трубку,
встряхните бутыль с
газировкой, чтобы жидкость
вспенилась газом.
11. Освободите
трубку (снимите скрепку) и
отойдите.
Результат
Жидкость и газ
вырвутся из вашего
гейзера, постепенно
истощаясь и замирая.
Объяснение
Хотя ваша модель
только имитирует деятельность
реального гейзера,
выбрасывающего пар и горячую воду,
она все же довольно точно
показывает силу давления в
узком столбе воды. В
природе извержение гейзера
возникает на вершине длинного
столба воды, уходящего
далеко в глубь Земли.
Благодаря геотермальному нагреву
температура на дне водяного
столба повышается до тех
пор, пока вода не станет
горячей настолько, чтобы
превратиться в пар. Но
образованию пара мешает давление
массы воды в верхней части
столба. Через какое-то время
Механика и движение
181
температура воды
становится выше критической, т. е.
повышается до такого
значения, при котором пар
образуется в любых условиях,
при любом давлении. Так как
при кипении вода
расширяется и превращается в менее
плотный пар, столб воды с
паром выталкивается на
поверхность, где и
выбрасывается наружу с большой
силой. Так как выброс воды с
паром снижает давление в
столбе, пар внизу опять
конденсируется в жидкую воду
и готовится к следующему
извержению.
Когда вы встряхнули
бутылку с газированной водой,
вы обеспечили молекулам
двуокиси углерода
достаточное количество энергии
«нагрева» и дали им
возможность покинуть жидкую
составляющую газировки и
перейти в свое естественное
газообразное состояние.
Этот «пар» двуокиси
углерода собрался в небольшом,
наполненном воздухом
пространстве над газировкой. Так
как в начале это
пространство было заполнено воздухом,
а молекулы двуокиси
углерода вылетают из газировки
даже после того, как вы
закончили встряхивание, то в
маленьком закрытом
пространстве создается очень
высокое давление. Зажатие
трубки скрепкой демонстрирует
преобладание давления
жидкой волы над давлением
пара. Когда вы снимаете с
трубки скрепку, вы
позволяете газу двуокиси углерода
вырваться наружу в
сопровождении струи из воды и
газа.
182
Механика и движение
Фрондибола
Вам понадобятся
• Фанера (25 х 60 см) -
платформа
• Две деревянные рейки
(2,5 х 10 х 45 см) —
распорки
• Четыре деревянные
рейки (2,5 х 5 х 38 см) —
подпорки
• Две деревянные рейки
(2,5 х 5 х 34 см) — стойки
• Деревянная рейка (0,6 х
х 3 х 67 см) — катапульта
• Деревянная ось
(0,8 х 34 см)
• Два деревянных шара
диаметром 2,5 см
• Полоска ткани
(7x11 см) — праща
• Веревка длиной 85 см
• Доска из пенопласта
(10x28 см)
• Двухлитровая
пластиковая бутыль — корзина
противовеса
• Катушка стальной
проволоки или что-то
похожее — для веса
• Ягоды — боеприпасы
• Медный штифт
• Маленькая бумажная
скрепка
• Четыре ролика с
шурупами
• 3-сантиметровые гвозди
для дерева
• 3-сантиметровые П-об-
разные скобы с
острыми концами
• 4-сантиметровый
шуруп
• 3-сантиметровый
шуруп
• Три шурупа с кольцом
диаметром 8 мм
•Два 1,8-сантиметровых
гвоздя для линолеума
• Две 8-миллиметровые
шайбы
• Дрель со сверлами 8, 4,
и 2 мм
• Пила
• Отвертка
• Кусачки
• Плоскогубцы
• Столярный клей
• Клей
• Эпоксидный клей
• Нож для рукоделия
Механика и движение
183
Фрондибола была
остроумным метательным орудием,
изменившим стиль
европейских войн в XIII веке. Эдуард I
Английский использовал ее
для взятия крепостей на
границе с Шотландией. На
протяжении 200 лет фрондибола
считалась страшным
оружием, разрушителем крепостей.
И только пороховая пушка
смогла вытеснить ее. Ключом
успеха фрондиболы была ее
сила, и это продемонстрирует
наша модель. Сила
фрондиболы исходит из эффективного
преобразования ею
потенциальной энергии в
кинетическую.
Платформа и стойка
Порядок действий
1. Отпилите от левых
концов 45-сантиметровых
распорок куски под углом 60°.
Переверните распорки и с
другого конца отрежьте куски
под таким же углом. Углы на
концах распорок должны
быть зеркальным
отражением друг друга.
2. Просверлите дырку 8-
мм сверлом и 3-см
шурупами прикрепите длинные
стороны распорок вдоль
длинных краев фанерной
платформы. Обратите
внимание (см. рисунок), что
подпорки крепятся не в
середине, а у одного из концов
платформы.
3. Переверните платформу
и прикрепите ролики к
каждому углу.
4. Переверните платформу
обратно. К центру каждой
распорки прикрепите
гвоздями стойки — рейки
длиной 34 см. Используйте 3-см
гвозди.
5. Срежьте концы каждой
из четырех подпорок на
угол 30°. Поставьте
подпорки у противоположных
сторон распорок так, чтобы
они были наклонены к
центру и упирались в стойки.
Прикрепите каждую стойку
к подпоркам. Чтобы
скрепить верхние части стоек и
подпорок, используйте П-
образные скобы. Для
большей надежности можете
смазать стыки столярным
клеем.
6. В верхних торцах
каждой стойки просверлите
дырочку диаметром 2 мм и
вверните в каждую шуруп с
кольцом.
184
Механика и движение
7. Перед окончанием
сборки устройства покрасьте
платформу. Когда она
высохнет, приклейте
пенопластовую пластину в центре
между стойкой и подпоркой,
которая ближе к длинному
концу платформы.
Катапульта и праща
Порядок действий
1. Отрежьте уголок на
конце катапульты (рейка длиной
67 см).
2. В место среза аккуратно
забейте паркетный гвоздь
(без шляпки), так чтобы
примерно 0,6 см торчало наружу.
3. От этого же конца
отмерьте 7 см вдоль основания
Плечо катапульты
Шуруп
с кольцом
Праща
Шарик
Катапульта в сборе
(без соблюдения масштаба)
катапульты и, просверлив
дырочку диаметром 2 мм,
вверните в нее шуруп с кольцом.
4. Отмерьте от другого
конца катапульты 22 см и в
середине доски по ширине
просверлите отверстие
сверлом 8 мм. От этого же конца
отмерьте 1 см и просверлите
второе отверстие.
5. Разрежьте деревянную
ось на два куска: 29 и 5 см. На
каждом конце
5-сантиметрового куска осторожно
просверлите дырочку и вбейте в
нее линолеумный гвоздь, так
чтобы 0,6 см торчали наружу.
Эти гвозди будут служить
штырями для противовеса.
6. Этот кусок оси вставьте
в ближнее к концу
катапульты отверстие, а
второй кусок —
во второе
отверстие. Для
надежности
закрепите эти
части клеем и
дайте всей
катапульте время
для высыхания.
7. Ножом для
резки бумаги
или ножницами
отрежьте
нижнюю часть бу-
Механика и движение
185
тыли и придайте ей форму
корзины. На кончиках
каждой ручки корзины
просверлите дырочку, чтобы надеть
их на линолеумные-гвозди.
На каждой из узких сторон
тканевой пращи сделайте
дырочки.
8. Сделайте дырочки на
концах полоски ткани.
Отрежьте два куска веревки
длиной 8 и 18 см и одним
концом привяжите их к
каждой дырочке.
9. К свободному концу
18-сантиметровой веревки
прикрепите шайбу (8 мм) и
наденьте эту шайбу на
гвоздь, торчащий на углу
катапульты. Свободный конец
8-сантиметровой веревки
прикрепите к шурупу с
кольцом на катапульте.
10. Сверлом 8 мм сделайте
ямки в деревянных
шариках. При этом крепко
зажмите шарики
пассатижами. Убедитесь, что шарики
надеваются на концы
длинной деревянной оси и при
необходимости их можно
снять.
11. Готовую катапульту
укрепите на стойках, вставив
ось в кольца. Для фиксации
наденьте на концы оси
деревянные шары. К короткому
куску оси прикрепите
корзину.
12. Наклоните катапульту
так, чтобы ее длинный конец
коснулся платформы. В
точке платформы, лежащей под
шурупом с кольцом,
просверлите дырочку и
вверните в нее, но не до конца, 3-см
шуруп.
13. Отрежьте
6-сантиметровый кусок веревки.
Прикрепите один ее конец ко
второй 8-мм шайбе, адругой
конец к шурупу на
платформе, и закрутите шуруп до
конца.
14. Прикрепите один
конец оставшейся веревки к
медному штифту. Это и
будет спусковой шнур.
Заряжай, наводи,
залп!
Порядок действий
1. Наклоните длинный
конец катапульты к
платформе. Положите ягоды в пращу,
сверните пращу и поместите
ее в натянутом положении
на пенопластовую полоску.
Убедитесь, что шайба на
конце веревки, привязанной к
186
Механика и движение
Фрондибола
праще, наброшена на кончик
гвоздика, торчащий из
катапульты.
2. Просуньте шайбу на
конце прикрепленной к
платформе веревки в кольцо
шурупа, ввернутого в
катапульту. Вставьте в эту шайбу
медный штифт,
привязанный к спусковому шнуру.
Штифт должен держать
шайбу и не давать ей
выскользнуть из кольца.
3. Положите в корзину
катушку проволоки или
другую тяжесть, чтобы длинный
рычаг катапульты натянул
свое крепление.
4. Поставьте фрондиболу
так, чтобы ничего не стояло
на пути ягод, когда они
полетят по воздуху. Возьмите
конец спускового шнура и
отойдите подальше.
5. Когда вы будете готовы к
стрельбе, дерните спусковой
шнур, освобождая замок
катапульты. Под весом корзины
катапульта размахнется и
швырнет ягоды. Траекторию
ягод можно изменить,
подбирая длину веревки пращи.
Более длинная веревка дает
более высокую, крутую
траекторию, а короткая веревка
дает более низкую и более
длинную траекторию.
Механическое движение
фрондиболы
Фрондибола действует,
используя закон рычага:
медленное перемещение короткого
плеча с большим грузом
приводит в быстрое движение
конец длинного плеча с малым
грузом. Падающий груз
обеспечивает энергию, тогда как
качающаяся корзина,
длинная праща и катящаяся
платформа совместно создают
оптимальные условия для
преобразования этой энергии в
движение «снаряда».
Механика и движение 187
Когда вы дергаете шнур и
позволяете грузу падать,
давление плеча катапульты
медленно катит платформу
вперед. Это движение позволяет
тяжелому концу рычага
упасть по наибольшей дуге,
увеличивая момент плеча.
На противоположном плече
рычага веревка,
удерживающая «снаряды»,
натягивается, удлиняя вращающееся
плечо и еще больше
увеличивая скорость «снаряда». Вы
можете подобрать каждый
из этих элементов так, чтобы
проверить их влияние на
суммарный эффект
(например, уменьшая длину
пращи). Кроме того, установка
платформы так, чтобы она не
могла катиться вперед,
приведет к рассеиванию
энергии на колебания частей
фрондиболы. Тугое
закручивание шурупов грузовой
корзины не позволит грузу
быстро упасть и уменьшит
энергию «снаряда». И
наконец, меньший груз в корзине
приведет к уменьшению
силы, приложенной к плечу.
188
Механика и движение
Фигуры с минимальной
площадью поверхности
Вам понадобятся
• Квадратный кусок
фанеры со стороной 10 см
• Кусок фанеры в форме
равностороннего
треугольника со стороной
10 см
• Катушка медного
провода средней толщины
• Катушка тонкого
медного провода
• Таз для стирки
• Четырехлитровая
бутыль
• Мерный стакан
• Жидкое моющее
средство
• Сироп
• Вода
Этот опыт демонстрирует
трудно доказуемый метод
нахождения минимальной
поверхности любой
геометрической фигуры — с
помощью мыльной пленки!
Натяжение эластичной
поверхности мыльной пленки создает
удивительные поверхности
на знакомых нам
геометрических фигурах.
Порядок действий
1. Намотайте медную
проволоку средней толщины по
периметру фанерного
квадрата. Там, где концы
проволоки соединятся, отрежьте
лишнее. Прижмите
проволоку к углам квадрата, чтобы
она плотно их облегала; затем
осторожно снимите ее, чтобы
получился проволочный
квадрат. Сделайте еще три
квадрата.
2. Еще одним куском
медной проволоки обмотайте
фанерный треугольник,
отрезав излишки. Прижмите
проволоку к углам
треугольника и затем снимите
проволоку с фанеры. Сделайте
Механика и движение
189
еще два треугольника из
проволоки.
3. Используя тонкую
проволоку, соедините ею 4
проволочных квадрата вместе,
сделав шестигранный куб.
Соединив 3 проволочных
треугольника, сделайте
четырехгранную фигуру,
называемую тетраэдром.
Прикрепите к одному из углов
куба и тетраэдра по
30-сантиметровому куску
проволоки средней толщины, и вы
получите две рамки для
окунания.
4. Наполните тазик для
стирки водой из бутыли.
Проследите, сколько
бутылей воды вам
понадобилось, и на каждую бутыль
добавьте 240 мл (1 стакан)
жидкого моющего средства
и 120 мл (полстакана)
сиропа. Размешайте эти
жидкости в воде.
5. Погрузите кубическую
рамку в воду и затем
достаньте ее. Рассмотрите
мыльную пленку по краям и
на поверхности
проволочного куба.
6. Опустите тетраэдр в
воду и, вынув его, внимательно
рассмотрите мыльную
пленку.
Результат
Вместо того чтобы заполнить
пустые стенки, или грани,
куба или тетраэдра, пленка
образует новые поверхности
между гранями, которые
соединяются в центре каждой
фигуры. Именно эти
поверхности и являются
минимальными поверхностями куба и
тетраэдра.
DDDD ЛЛЛ
Закрепите
каждую
вершину
тонкой ^
проволокой
Скрепите проволочные
квадраты и соберите
из них куб
Скрепите проволочные
треугольники и соберите
из них тетраэдр
190
Механика и движение
Объяснение
Поверхностное натяжение
воды. Взаимное притяжение
молекул сообщает воде
внутреннюю «жесткость», и эта
жесткость проявляется как
поверхностное натяжение в
местах соприкосновения
воды с воздухом. Добавление к
воде мыла уменьшает
поверхностное натяжение на
две трети. Это означает, что
мыло позволяет вам
«растянуть» воду по большой
поверхности, такой как
проволока вашей рамки.
Важнейшим свойством растянутой
воды является ее способ-
Форма Число
граней
Тетраэдр 4
Куб 6
Октаэдр 8
Додекаэдр 12
Икосаэдр 20
Сфера бесконечное
ность стягиваться в самую
малую из всех поверхнос^
тей.
По этой причине мыльные
пузыри очень важны для
физиков. Они обладают
«интеллектом» для создания форм
минимального объема и
площади поверхности, причем
самым эффективным
образом. Простейшим примером
этого служит сфера.
Мыльная пленка вокруг вашего
куба и тетраэдра преобразует
эти геометрические фигуры
в их наиболее эффективную
объемно-пространственную
форму.
Объем Площадь
поверхности
I куб. м 7,21 кв. м
1 куб. м 6,00 кв. м
1 куб. м 5,72 кв. м
1 куб. м- 5,32 кв. м
1 куб. м 5,15 кв. м
1 куб. м 4,84 кв. м
Механика и движение
191
Изменение поверхностного
натяжения кусочком мыла
Вам понадобятся
• Два маленьких куска
мыла (лучше всего —
гостиничное мыло)
• Белая керамическая
миска
• Нож для резки бумаги
• Острый карандаш
• Молотый перец
• Вода
Этот опыт показывает,
как можно изменить
поверхностное натяжение воды,
добавив к ней неорганическое
растворимое вещество, а
именно — мыло.
Порядок действий
1. Ножом разрежьте
пополам оба куска мыла. Смазав
кончик пальца водой,
сгладьте углы на мыле.
2. Наполните миску
холодной водой и посыпьте воду
молотым перцем, так чтобы
на поверхности оказался
тонкий слой перца.
3. Осторожно воткните
острый конец карандаша в
одну половинку куска мыла.
Острие нужно воткнуть
настолько, чтобы кусочек
слабо держался на нем и его
можно было легко
стряхнуть.
4. Держась за карандаш,
опустите мыло в воду, так
чтобы его плоская сторона
лишь чуть-чуть
соприкоснулась с поверхностью воды.
Понаблюдайте за перцем.
5. Немного встряхните
карандаш, чтобы мыло
освободилось, и проследите за
движением мыла в воде.
6. Освободите миску от
воды и мыла, тщательно про-
192
Механика и движение
мойте ее и высушите, чтобы
не осталось остатков мыла.
Опять налейте воду в миску
и насыпьте перец.
7. Вырежьте из одного
конца второй половинки
мыла стрелку. Наденьте этот
кусок на острый конец
карандаша и опустите мыло в воду,
наблюдая за перцем.
8. Освободите мыло,
проследите за его движением и
потом помойте миску.
9. Вырежьте из
оставшихся половинок круг и фигурку
с зазубринами. Намочив
пальцы водой, сгладьте края
круга. Повторите шаги 2 — 6 с
этими фигурками.
Результат
Когда воды касается
прямоугольный кусок мыла,
плавающий перец отплывает от
всех его сторон, но дальше
всего он отплывает от углов.
Когда кусок освобождается
от карандаша, он не
отплывает ни в какую сторону.
Когда мыло в форме
стрелы касается воды, перец
начинает быстро убегать вдаль
от острия стрелы. Когда
мыло освобождается, оно
уплывает в направлении,
противоположном стреле.
При круговой форме мыла
перец равномерно удаляется
от краев круга, оставляя
вокруг кусочка мыла ободок
чистой воды, который
медленно расширяется. После
освобождения мыло никуда
не плывет.
Если по контуру фигурки
имеются зазубрины, перец
резко отскакивает от острых
краев. После освобождения
от карандаша мыло сначала
плывет в одну сторону, а
затем в другую.
Объяснение
Каждая молекула воды
притягивает к себе соседние. Это
происходит потому, что два
атома водорода с одной
стороны молекулы Н20
притягивают к себе атомы
кислорода других молекул. Это
взаимное притяжение
молекул в воде называется
водородной связью. Она
возникает потому, что молекула воды
электрически поляризована:
в ней атомы водорода имеют
избыток положительного
заряда, а атомы кислорода —
отрицательного.
Когда вода находится в
жидком состоянии, ее
молекулы обладают слишком
Механика и движение
193
большой энергией, чтобы
оставаться в определенном
положении, и поэтому они
скользят вокруг друг друга.
Но связь молекул дает воде
определенную внутреннюю
«жесткость», и эта
жесткость проявляется в виде
поверхностного натяжения
там, где вода соприкасается с
воздухом. Добавляя мыло в
воду, вы сильно уменьшаете
поверхностное натяжение. В
этом опыте молекулы мыла,
отделяющиеся от разных
точек на краю куска,
разрывают поверхностное
натяжение, что и показывает
движение перца.
Поверхностное натяжение воды
ослабевает на большей площади
вблизи остроконечных точек
мыла. Это происходит
потому, что там больше воды
контактирует с мылом, которое
быстрее растворяется и
замещает молекулы воды на
большей площади.
Ослабление натяжения водной
поверхности можно уподобить
разрыву эластичной пленки:
сильное поверхностное
натяжение с противоположной
от разрыва стороны тянет
пленку и находящиеся на
ней предметы к себе.
Поэтому кусочек мыла
«отталкивается» от быстро
расширяющегося «разрыва» и
движется в сторону,
противоположную стрелке. Когда «разрыв»
симметричный, как это было
с прямоугольным и круглым
кусками, каждое действие
уравновешивается
противодействием, и поэтому ни
прямоугольник, ни круг не
двигаются.
7- Занимательные опыты
194
Механика и движение
Сравнение трения покоя
и трения скольжения
Вам понадобятся
• Две деревянные доски
(1 х 15 х 100 см)
• Две деревянные планки
(0,5 х 0,5 х 100 см)
• Маленький деревянный
брусок
• Одна дверная петля с
4 шурупами
• Клей
• Наждачная бумага
умеренной шершавости
• Прозрачный,
пластиковый транспортир
• Деревянная линейка
• Красный фломастер
• Чертежные кнопки
• Пробные материалы:
алюминиевая фольга,
целлофан, бумажное
полотенце, мягкая
оберточная бумага, глянцевая,
журнальная обложка,
пакет из пластика
Физики и инженеры
изучают два вида трения:
трение покоя и трение
скольжения. Когда колеса вашей
машины цепляются за
дорогу и везут вас вперед,
работает трение покоя. Когда вы
заворачиваете слишком
круто, начинает работать
трение скольжения, и вас
заносит. Трение покоя
сильнее; оно позволяет
шершавым поверхностям
держаться друг за друга.
Трение скольжения
возникает, когда действующая на
предмет сила превосходит
предел трения покоя, и
поэтому шершавые
поверхности начинают скользить друг
по другу. В этом опыте
трение покоя удерживает
разные материалы от
скольжения вниз по пандусу, пока он
не наклонится так сильно,
что трение скольжения уже
не сможет их удержать.
Каждый материал имеет свой
предел трения покоя,
который вы измерите в градусах.
Механика и движение
195
Сооружение
горки
Порядок действий
1. Тщательно отполируйте
одну доску (пандус), пока
она не станет гладкой и
скользкой. Положите ее
гладкой стороной вверх на
вторую доску, служащую
основанием горки.
2. Соедините две доски в
торцах дверной петлей так,
чтобы пандус накрывал
основание, как обложка книги.
3. Смажьте клеем с одной
стороны деревянные планки
и осторожно прижмите их
по краям пандуса. Планки
будут служить бортиками,
удерживающими пробные
материалы.
4. Используя деревянную
линейку и фломастер,
проведите прямую линию вдоль
одного из бортиков пандуса.
Эта линия будет служить
индикатором наклона.
5. Прикрепите
транспортир к основанию горки так,
чтобы середина
транспортира совпала с точкой
соединения двух досок. Транспортир
можно прикрепить как
шурупом, так и клеем.
6. Убедитесь, что пандус
легко двигается
относительно транспортира и что
красная линия хорошо видна.
Красная линия
.указатель
Пандус для измерения трения
Крепление
дверной
петлей
^f
*/ Тран<
слортир
Горка в сборе
196
Механика и движение
Измерение трения
покоя
Порядок действий
1. Положите пандус на
основу плашмя и на его
незакрепленный конец положите
деревянный брусок.
Медленно поднимайте пандус до тех
пор, пока брусок не начнет
скользить. Заметьте в этот
момент по транспортиру
наклон в градусах и запишите.
Повторите это действие еще
четыре раза и запишите все
значения наклона.
2. Заверните брусок в
алюминиевую фольгу.
Расправьте фольгу на бруске.
Повторите пункт 1 пять раз и
запишите углы наклона.
3. Продолжайте опыт,
заворачивая брусок в целлофан,
бумажное полотенце,
наждачную бумагу, оберточную
бумагу, махровую ткань, газету,
глянцевую обложку журнала
и пакет из пластика.
Используйте чертежные кнопки для
прикрепления материалов к
бруску. Проделайте опыт с
этими материалами по пять
раз и запишите результаты.
Результат
Если вы составите таблицу
своих данных, то получите
примерно такую картину:
Материал
Алюминиевая фольга
Глянцевая обложка
Пакет из пластика
Деревянный брусок
Обертка из пластика
Газета
Наждачная бумага (мелкая)
Бумажное полотенце
Наждачная бумага (средняя)
Наждачная бумага (грубая)
Махровая ткань
Оберточная бумага
Угол пандуса (градусы)
10
18
20
22
24
28
36
39
42
44
46
46
Механика и движение
197
Объяснение
Брусок обеспечивает
одинаковое давление на
проверяемые вами материалы. Форма
бруска обеспечивает
одинаковое взаимодействие с
воздухом. Это позволяет вам
сделать границу между
трением покоя и трением
скольжения весьма четкой. В
целом, материалы,
изготовленные из грубых волокон —
бумаги, ткани, начинают сколь-
Вам понадобятся
• Вращающийся стул или
кресло
• Две легкие гантели
• Секундомер
• Два верных друга
Для этого опыта нужны
два друга, один из которых
согласится немного
покрутиться на кресле. Вы
должны честно предупредить
его, что в результате у него
может начаться
головокружение.
зить при большем угле. Это
происходит потому, что
грубые концы бумаги и ткани,
хотя они и
микроскопические, цепляются за такие же
грубые концы волокон
дерева. Металлическая
поверхность фольги и поверхность
пластика скользят по дереву
легче, потому что их
поверхности однородные. То же
самое можно сказать о
глянцевой обложке журнала.
Порядок действий
1. Посадите друга во
вращающееся кресло и дайте
ему в каждую руку по ганте-
Сохранение момента импульса
198
Механика и движение
ли. Он должен сидеть прямо,
свесив руки по обеим
сторонам кресла.
2. Наклонитесь перед
другом и толкните его колени,
чтобы он совершил один
полный круг. Сразу же после
толчка отойдите подальше,
чтобы он не задел вас чем-
нибудь.
3. Дайте второму другу
секундомер и попросите его
каждые 2 секунды говорить
слово «круг». Во время
произнесения этого слова вы
должны толкать друга,
сидящего на кресле, и таким
образом обеспечить его вращение
с примерно постоянной
скоростью. Не забывайте
отступать после каждого толчка!
4. Попросите друга
постепенно поднимать руки в
стороны, а сами продолжайте
его толкать с интервалом в 2
секунды. Стало ли труднее
поддерживать скорость
вращения?
5. Попросите друга держать
руки вытянутыми в стороны
и продолжайте его вращать.
Обратите внимание, стало ли
вам легче его вращать?
6. Теперь ваш друг должен
постепенно опускать руки,
не прекращая Еращения.
Обратите внимание,
приходится ли вам прикладывать
больше или меньше усилий
для вращения. Остановите
вращение и дайте другу
немного спокойно посидеть,
чтобы у него прошло
головокружение.
Результат
Когда ваш друг поднимает
руки с тяжелыми
предметами, вам нужно больше
усилий для поддержания
постоянной скорости вращения'. И
наоборот, когда он опускает
руки, вам требуется меньше
усилий: вы можете заставить
его вращаться с более
высокой скоростью с гораздо
меньшими усилиями.
Объяснение
Вы с другом
продемонстрировали сохранение
момента импульса (его
называют также моментом
количества движения,
кинетическим моментом или угловым
моментом). Ваш друг,
поднимая и опуская руки с
тяжелыми предметами, вел себя
как механизм, называемый
регулятором. Такой прибор,
напоминающий маленькую
карусель, вы можете уви-
Механика и движение
199
деть, например, в верхней
части паровой турбины,
вращающей электрический
генератор. Регулятор
гарантирует, что турбина генератора
не будет ускоряться или
замедляться. Как он это
делает? Закон сохранения
момента импульса гласит, что
когда радиус вращающегося
тела уменьшается, скорость
вращения увеличивается:
Масса х Радиус х
х Скорость вращения =
= Постоянная величина.
На практике это означает,
что если турбины генератора
начинают слишком быстро
вращаться, то и регулятор
будет быстро вращаться.
Центробежная сила отведет в
стороны и приподнимет грузы
на регуляторе, их рычаги
сдвинут паровую заслонку и
уменьшат подачу пара в
турбину, заставляя ее замедлить
вращение. И наоборот, если
турбина замедляется,
медленное вращение регулятора
прижимает к нему рычаги с
грузами, заслонка
открывается, и скорость вращения
турбины увеличивается.
Простой регулятор
200
Механика и движение
Тепловой двигатель
с резиновым приводом
Вам понадобятся
• Пятнадцать 5-см
резиновых колец
• Деревянные пяльцы
диаметром 23 см
• Деревянная доска
(1,5 х 12x26 см) -
основа
• Деревянная доска
(1,5 х 14 х 30 см) -
ширма
• Деревянная брусок
(1,5 х 4 х 30 см) — стойка
• Деревянный штырь
(1,3 х 15 см)
• Два 8-мм шурупа с
кольцом
• Трехсантиметровый
металлический штифт
• 4,5-см шуруп
• 4,5-см пружинная шайба
(гровер)
• Две 1,3-см деревянные
пробки для шурупов
• Дрель со сверлом 8 мм
• Молоток
• Пила
• Пара плоскогубцев
• Нож для рукоделья
• Скотч
• Столярный клей
• Мощная настольная
лампа (по возможности — с
галогенной лампочкой)
Этот опыт объединяет
химию и теорию
механического движения для создания
уникального прибора:
теплового двигателя с резиновым
приводом. Хотя этот
двигатель не достаточно мощный
для практического
применения, он каждый раз будет
медленно вращаться,
почувствовав направленное на
него тепло от настольной
лампы.
Колесо и ось
Порядок действий
1. Возьмите шайбу-гровер
плоскогубцами. Вторыми
Механика и движение
201
плоскогубцами разожмите
губки шайбы, чтобы между
ними могло пройти
резиновое кольцо.
2. Наденьте 15 резиновых
колец на шайбу, а затем
плоскогубцами сведите губки
шайбы вмести, закрыв щель.
3. Выньте из пяльцев
внутреннее кольцо и осторожно
ножом разрежьте его в
одном месте.
4. Работая на плоской
поверхности, положите шайбу
с резиновыми кольцами в
центр кольца от пяльцев.
Раздвинув разрез на кольце,
проденьте в него резиновое
колечко. Затем сделайте то
же самое с другими
колечками, распределив их так,
чтобы они равномерно
разместились по всему кольцу.
Когда все резинки окажутся
наброшенными на деревянное
кольцо, замотайте его разрез
скотчем.
5. Возможно, ваше кольцо
будет выглядеть немного
кривобоким. Чтобы выровнять
его, распределите резиновые
колечки более равномерно.
Так как 23-см обруч имеет
окружность около 75 см,
каждое из 15 резиновых колечек
должно отстоять от другого
на 5 см.
6. Когда вы закончите эту
процедуру, снимите с кольца
скотч, разведите концы
кольца, смажьте их клеем и
вновь сожмите концы. Ваше
кольцо заклеится.
7. Пилой отрежьте от
штыря кусок длиной 7 см.
Просверлите дырочки и
аккуратно воткните металлические
штифты в каждый конец
штыря, так чтобы они
высовывались на 1,8 см. Если нужно,
плоскогубцами выпрямите
выступающие части штифтов.
8. Очень осторожно
вставьте эту ось в шайбу с
резиновыми колечками. Не надавли-
202
Механика и движение
вайте, чтобы не сорвать
резинки. Покачивая ось,
добейтесь, чтобы она села точно в
центр колеса.
9. Просверлите маленькие
дырки (не сквозные) в
торцах деревянных пробок.
Наденьте их на выступающие
части штифтов.
Установка колеса
Порядок действий
1. Отмерьте по 15 см от
концов стойки и ширмы и
вверните в их торцы на этом
месте шурупы с кольцом.
2. Прикрепите ширму к
основе 4,5-см шурупами.
Убедитесь, что шуруп с кольцом
расположен в центре основы.
3. Прикрепите стойку к
основе таким же способом.
Убедитесь, что центральные
линии колец у шурупов на
стойке и на ширме совпадают.
4. Оставшийся 8-см кусок
штыря используйте как
верхнюю распорку между
стойкой и ширмой. Перед тем как
вставить распорку, смажьте
ее концы клеем.
5. Соберите двигатель. Для
этого снимите пробки со
штифтов вала. Затем
просуньте штифты в кольца
шурупов на подпорке и ширме.
Верните пробки на место, и
ваш двигатель готов.
6. Поставьте настольную
лампу перед ширмой, так
чтобы освещалась только
половина колеса. Подождите 5 минут
и запишите свои наблюдения.
Результат
Колесо начнет медленно
вращаться. Скорость вращения
будет меняться в
зависимости от того, сколько тепла
поступает от лампы, и от того,
насколько аккуратно вы
сбалансировали колесо. Если
ваше колесо не закрутится
через 5 минут, проверьте,
хорошо ли сцентрирован вал и
распределены ли резиновые
колечки на равном
расстоянии друг от друга.
Объяснение
Нагреваясь, резина ведет
себя не так, как другие
вещества: большинство веществ при
нагревании расширяется, а
резина, наоборот, сжимается.
В вашем двигателе
обращенные к свету резиновые
колечки нагреваются и от этого
сжимаются. Они прижимают
колесо к валу, сдвигая его
Механика и движение
203
центр масс. От этого колесо с
одной стороны вала
становится тяжелее, чем с другой, и
начинает двигаться. Это
движение уводит нагретые резинки
за ширму, где они
охлаждаются, а под лампой оказываются
Физика прыгучести может
дать очень важную
информацию производителям
мячей, баскетболистам,
волейболистам, теннисистам и
другие резиновые колечки.
Такое постоянное нагревание
и охлаждение удерживает
центр масс колеса в стороне
от оси, не давая ему прийти в
равновесие и заставляя
непрерывно вращаться.
специалистам по
организации игровых площадок.
Чтобы провести этот опыт,
нужны два помощника, один из
которых бросает мяч, а
второй измеряет прыгучесть.
Порядок действий
1. Поставьте стремянку на
твердую ровную
поверхность. Положите швабру
поперек средней части нижних
Прыгучесть
Вам понадобятся
• Два маленьких
надувных мяча
• Стремянка
• Швабра
• Деревянная линейка
• Начинка для мяча: рис,
воздушная пшеница,
крем для бритья, песок,
вода
• Скотч
• Воронка
• Ножницы
• Фломастер
• Блокнот и карандаш
204
Механика и движение
ступеней стремянки и
закрепите швабру скотчем.
Установите линейку вертикально
и прикрепите к швабре.
2. Надуйте один из мячей и
нарисуйте на нем
фломастером метку «А».
3. Вырежьте ниппель из
второго мяча, проделав
дырочку диаметром не более
1,5 см. Обозначьте этот мяч
как «Б».
4. С помощью воронки
наполните мяч «Б» рисом.
Заклейте дырочку скотчем,
чтобы рис не высыпался.
5. Положите мяч «А» на
верхнюю ступень стремянки.
Поставьте друга с блокнотом
и карандашом на расстоянии
1 м от стремянки и
осторожно скатите мяч со ступеньки,
так чтобы он упал прямо
перед линейкой. Ваш друг
должен написать в блокноте «1 -е
падение: воздух» и отметить,
насколько подскочил мяч.
ОСТОРОЖНО: Никогда не
становитесь и не садитесь на
верхнюю ступень стремянки.
6. Положите мяч «Б» на
верхнюю ступень стремянки
и скатите его. Ваш друг
должен написать «2-е падение:
рис.» и отметить высоту
подскока.
7. Выпустив воздух из мяча
«А», заполните его водой.
Чтобы вода заполнила мяч,
подождите немного, пока
вода вытеснит весь воздух и
займет его место. Крепко
закройте ниппель.
8. Высыпьте из второго
мяча рис и замените его
воздушной пшеницей. Закройте
дырочку.
9. Положите оба мяча на
верхнюю ступень стремянки
и скатите их вниз. Ваш друг
должен записать «3-е
падение: вода» и «4-е падение:
воздушная пшеница» и
указать в каждой из этих
строчек высоту подскока.
10. Вылейте воду из мяча и
замените ее кремом для
бритья. Для этого носик
баллончика засуньте в дырочку
мяча и осторожно выдавите
крем. Сделайте небольшую
паузу и мягко надавите на
мяч, давая воздуху выйти и
крему занять его место.
Крепко закройте дырочку.
11. Высыпьте воздушную
пшеницу из второго мяча и
замените ее песком.
12. Положите оба мяча на
верхнюю ступень стремянки
Механика и движение
205
и сделайте еще два опыта по
проверке прыгучести.
Результат
Каждый мяч показывает
разную высоту подскока в
зависимости от того, чем он
наполнен. Выше всего
подскакивает мяч, наполненный
воздухом. За ним следуют
крем для бритья и воздушная
пшеница. Мячи,
наполненные водой, песком или
рисом, вообще не
подскакивают.
Объяснение
Две противоположные силы
действуют при ударе мяча об
пол: (1) мяч давит на
поверхность пола и (2) пол давит на
ударяющий по нему мяч.
Именно эта вторая сила и
определяет, как высоко
подскочит мяч. Так как поверхность
у нас не меняется, высота
отскока разных мячей зависит
от того, что у каждого из них
внутри.
Во время столкновения с
твердой поверхностью
поверхность мяча сжимается
внутрь. Это сжатие резко
уменьшает кинетическую
энергию (энергию
движения) мяча, так как часть
энергии уходит на сжатие,
которое затем переходит в
расширение, толкающее мяч
вверх. Но вся энергия
сжатия не может перейти в
расширение: часть ее
обязательно превращается в тепло и
нагревает внутренность
мяча. Чем меньше эта часть,
тем полнее энергия сжатия
возвращается в
кинетическую энергию движения мяча
и тем выше он
подпрыгивает.
Только упругий воздух
обеспечивает почти полное
превращение энергии
движения в энергию сжатия, а
затем почти целиком
возвращает ее энергии движения.
Поэтому и два других
наполнителя, содержащие воздух
— воздушная пшеница и
крем для бритья, дают такой
хороший результат. Но рис,
вода и песок практически
несжимаемы; их мелкие
частицы только трутся друг об
друга, превращая энергию
деформации в тепло и уже не
возвращая ее обратно. Эти
наполнители поглощают
почти всю кинетическую
энергию мяча при ударе и не
оставляют ему ничего для
отскока.
206
Механика и движение
Знаете ли вы?
Отчего зависит высота
прыжков резинового мяча?
Она зависит от того,
насколько хорошо резина
сохраняет кинетическую
энергию мяча. Поверхность
идеального мяча испытывает
только упругие деформации.
Это означает, что при
сжатии мяча молекулы резины
остаются на своем месте,
меняется только их
относительное распределение в
пространстве. Но в реальной
резине даже высшего качества
молекулы начинают
скользить и смещаться со своих
мест во время сжатия. И это
внутреннее молекулярное
трение превращает в тепло
кинетическую энергию. И
даже если большинство
молекул вернутся на свое
прежнее место, во время
следующего сжатия они все
равно немного сместятся. И
так постепенно даже очень
хороший резиновый мяч
теряет свою прыгучесть.
Растения
и животные
Измерение закручивания вьющегося растения
График роста семян
Набухание семенных коробочек
Семена-путешественники
Наблюдение семян
Задержка прорастания семян
Наблюдение бессемянного прорастания
Сравнение развития однодольных
и двудольных растений
Плесень, съедающая крахмал
Этилен: гормон созревания
Сильный картофельный гормон
Сравнение трех видов тропизма растений
Симбиоз: дождевые черви и филодендроны
Электрифицированный дождевой червь
Извлечение ДНК из ткани животного
Видят ли собаки цвет?
208
Растения и животные
Измерение закручивания
вьющегося растения
Вам понадобятся
• Семена вьюнка или
душистого горошка
• Маленький цветочный
горшок
• Кусок картона
• Дырокол
• Линейка
• Транспортир
• Карандаш
• Фломастер
Все растениям для
процесса фотосинтеза нужен свет.
Фотосинтез — сложный
процесс, позволяющий
растению производить из воды и
углекислого газа
питательные вещества в форме
углеводов. Светолюбивые
растения тянутся к источнику
света, чтобы выжить. Если
растение тянется к свету,
ученые называют это фототроп-
ным откликом.
Но растения могут иметь
совершенно разные виды
откликов. Некоторые из них
показывают быстрые и
необычные изменения роста в
ответ на внешние
воздействия. Например, подсолнух
каждый день
поворачивается, отслеживая движение
Солнца. Некоторые
вьющиеся растения ведут себя так
же, и вы убедитесь в этом,
проделав данный опыт.
Движение Солнца
Порядок действий
1. Посадите три или четыре
зернышка вьюнка в
маленький горшок и держите грунт
влажным. Когда увидите
первый побег, осторожно
достаньте его из этого горшка и
Растения и животные
209
Нарисуйте круг и сделайте
отметки через каждые 30°
пересадите в другой горшок.
Это растение вы будете
использовать для опыта.
2. Возьмите кусок картона
и вырежьте из него квадрат,
закрывающий цветочный
горшок. Между кончиком
каждого угла квадрата и
краем горшка должно быть
примерно 5 см.
3. Карандашом по линейке
нарисуйте на картоне линии,
соединяющие каждый угол с
противоположным.
4. В центре картона в точке
пересечения линий сделайте
отверстие.
5. Положите транспортир
центральной дырочкой на
проделанное вами
отверстие. Карандашом по
внешнему краю транспортира
нарисуйте круг и отметьте
штрихами каждые 30°.
Обведите круг и отметки.
Сотрите диагонали
и оцифруйте отметки
6. Обведите круг и штрихи
фломастером. Оцифруйте в
порядке возрастания эти 30-
градусные отметки. Сотрите
карандашные линии,
соединяющие углы.
7. Если росток вашего
вьюнка уже имеет рост хотя
бы 2 — 3 см, осторожно
просуньте его вершину через
дырочку в картоне и
оставьте картон на цветочном
горшке.
8. Выставьте горшок на
балкон или поставьте его у
большого окна.
9. Каждый день смотрите
и отмечайте перемещение
вьюнка.
210
Растения и животные
Результат
Если вы держите свой
вьюнок на балконе, то заметили,
что он делает полный оборот,
следуя за Солнцем. Если
вьюнок стоит у окна, он
тянется к окну и
поворачивается, следуя за Солнцем,
насколько позволяет окно.
Вьющиеся усики
Порядок действий
1. Когда вьюнок вырастет
до 12 см, уберите картон. Вы
можете расширить
центральное отверстие, чтобы не
повредить растение.
2. Так как графит
губителен для растения, отломите
кончик карандаша и
воткните карандаш в грунт рядом с
вьюнком, вниз тем концом,
на котором ластик.
3. В течение недели
понаблюдайте за поведением
вьюнка и запишите свои
наблюдения.
Результат
Как только вьюнок
соприкоснется с карандашом, он
начнет виться вокруг него.
Когда вьюнок дорастет до
кончика карандаша, он
продолжит рост в вертикальном
направлении, отслеживая
движение Солнца.
Объяснение
В этом опыте вьюнок
демонстрирует две различные
реакции роста. Первая реакция —
фототропизм — является
реакцией на свет. Освещенные
светом клетки растения
растут медленнее, а те, которые
оказались в тени, растут
быстрее. Это и приводит к
отклонению вьюнка в сторону
света. Вторая реакция —
тигмотропизм, это реакция
на прикосновение. Когда
вьюнок боком касается
поверхности карандаша,
клетки противоположного бока
растения начинают расти
быстрее. Поэтому вьюнок и
обвивается вокруг
карандаша. Ученые не могут до
конца понять этот процесс. Но
создается впечатление, что
гормоны растения посылают
инструкции клеткам и
заставляют их расти в ответ на
касание.
Растения и животные
211
График роста семян
Вам понадобятся
• Фасоль или чечевица
• Цветочный горшок
диаметром 10— 12 см с
землей
• Деревянная планка
(2,5 х 30 см)
• Соломинка длиной
20-25 см
• Булавка
• Чертежная кнопка
• Нитки
• Линейка
• Полоса картона
(8 х 35 см)
• Кусок пенопласта
(10 х 30 см) — основа
• Фломастер
• Миллиметровка
• Скрепка
• Резиновый клей
В этом опыте вы можете
измерить, насколько быстро
семена становятся
взрослыми растениями. Не
забывайте, что в этом опыте, как и в
других, нужно дождаться,
чтобы семена проросли, так
Прибор для измерения
роста растения
что вы должны начать свой
опыт заблаговременно.
Порядок действий
1. Посадите фасоль или
чечевицу в горшок. Для своего
опыта используйте первый
же росток.
2. С помощью линейки и
фломастера разделите
соломинку на 10 равных частей.
Булавкой проткните
ближайшую к концу соломинки
отметку. К другому концу
соломинки прикрепите
скрепку (в качестве стрелки
указателя).
3. Воткните булавку в
один конец деревянной
планки, прикрепив ею соло-
212
Растения и животные
минку к планке.
Убедитесь, что
соломинка вращается
относительно планки.
4. Второй конец
планки воткните в
горшок на 5 см.
Планка должна стоять
вертикально, рядом с
рассадой.
5. Сделайте петлю
из нитки и накиньте
ее на кончик ростка.
Другой конец нитки
привяжите к концу
соломинки. Капните
резиновый клей на
узелок нитки, чтобы
петля не скользила.
6. Отрегулируйте
соломинку так, чтобы она
располагалась под прямым
утлом к планке.
7. Возьмите полоску
картона и фломастером нанесите
на ней отметки с интервалом
в 1 см.
8. Кнопками прикрепите
картон к одному из концов
куска пенопласта.
9. На другой конец
пенопласта поставьте горшок с
планкой и соломинкой.
10. Приготовьте лист
миллиметровки, чтобы по
вертикали отмечать рост растения
ГУ
\А
1 1 II II 1 1 1
_1_ 9-я пппп пигткра Л
\
\
% ..А
У
А
А
л
к
\
- 1
,
1/
V
"17
**
-я пара листьев -J
Дни
Росток фасоли
10-дневный максимальный период роста
(серый фон)
в сантиметрах, а по
горизонтали — дни. Отмечайте на
этом графике рост своего
растения.
Результат
В процессе роста растения
соломинка будет
наклоняться вниз вдоль отметок
картонной полосы. А так как
соломинка была поделена на 10
частей, ее движение
увеличивает скорость ростка
примерно в 10 раз. При
нанесении точек роста на график
вы должны отмечать
моменты быстрого роста, медлен-
Растения и животные
213
ного роста или даже
остановки роста. Если рост
остановился, нужно проверить
другие характеристики
созревания растения.
Объяснение
Хотя график роста
рассчитан на длинный период,
наиболее интенсивный рост
стебля растения происходит
за первые 10 дней. Через
неделю после посадки стебель
перестает расти и начинают
появляться первые
крошечные листочки. Вся
активность роста в течение
нескольких дней проявляется
в росте листьев. Когда
листья полностью разовьются,
рост стебля возобновляется.
Как представить опыт
на выставке
Дополните свой опыт
фотографиями. Кроме самой
конструкции представьте и
график роста. Можно
представить разные варианты опыта,
например вы можете
дополнить данный опыт
сведениями о том, как разное
количество воды и света влияет на
рост растения.
214
Растения и животные
Набухание
Вам понадобятся
• По 10 зерен: чечевицы,
злака (пшеницы или
др.), бараньего горошка
(нута), фасоли
• 50 сушеных горошин
• Стакан
• Бумажное полотенце
• Одна чашка (240 мл)
гипса
• Бумажное ведерко для
смешивания
• Палочка для
смешивания краски
• Большой бумажный
стакан
• Пластиковая миска
Чтобы защитить свое
нежное содержимое, семена
некоторых растений имеют
твердую оболочку,
Например, так устроены орехи или
тыквенные семена. Но как
же нежные ростки растений
пробиваются сквозь твердую
оболочку?
семенных
ючек
Разрушение зерна
Порядок действий
1. Разделите каждую
группу семян пополам.
2. Наполните стакан
теплой водой и положите в него
по 5 зернышек каждого вида.
Остальные семена оставьте
сухими.
3. Оставьте семена
отмокать в течение ночи. Затем
слейте воду и положите
мокрые семена на бумажное
полотенце.
4. Сравните каждую
группу размокших семян со
своими сухими собратьями,
Запишите свои наблюдения.
Результат
Размокшие семена набухли
и стали мягче. Некоторые
могут потрескаться, раскрыв
свою оболочку и обнажить
внутренний зародыш.
Объяснения
Вода проникает внутрь
оболочки семян через
мембраны клеток и поглощается
зародышем семени. Это при-
Растения и животные
215
водит к набуханию
зародыша и постепенному
разрушению содержащей его
коробочки. Теперь росток
готов пробиться наружу.
Могучий горох
Порядок действий
1. В бумажном ведерке
смешайте 1 стакан (240 мл)
гипса с 2 стаканами (480 мл)
воды. Палочкой размешайте
смесь до состояния густой
сметаны.
2. Добавьте к гипсу 50
сушеных горошин и
перемешайте.
3. Налейте эту смесь в
бумажный стакан.
4. Подождите 1 час, дайте
гипсу засохнуть. Затем
осторожно срежьте стакан,
обнажив гипс.
5. Наполните миску водой
и опустите в нее гипс.
Проверьте его через несколько
часов, оставив мокнуть на
ночь. На следующий день
запишите свои наблюдения.
Результат
Спустя несколько часов на
гипсе появятся трещины. К
следующему утру гипс
расколется на несколько частей.
Прорастание ростка
из семенной коробочки
Объяснения
Горошины поглощают воду
через гипс и начинают
набухать. Суммарная сила
набухших горошин раскалывает
гипс. Точно так же многие
семена прорастают через
твердый грунт и даже
асфальт. Не следует
недооценивать силу растущего
растения!
Знаете ли вы?
Некоторые растения
обладают специальными способами
216
Растения и животные
раскалывания своих
семенных коробочек. Например,
семена тыквы набухают до
тех пор, пока крошечное
основание, называемое
корешком, не вырастет из
маленько)^) отверстия на конце
коробочки. Но этого отверстия
Вам понадобятся
• Толстые гольфы
• Два резиновых колечка
• Неглубокая миска
• Вода
• Увеличительное стекло
Растения имеют очень
мудрую систему
распространения своих семян на большие
расстояния. Семена
некоторых цветов, например
одуванчика, имеют парашютик,
с помощью которого
улетают по ветру на большое
расстояние. Стручки семян у
некоторых деревьев,
например у клена и вяза, похожи
на аэроплан и способны
далеко улетать от родного де-
едва хватает, чтобы дать
росток и начать выпускать
листья. Когда росток начинает
вырастать, он образует на
своей поверхности
выпуклую ножку. Она действует
как клин, открывая отверстие
и давая стеблю пробиться.
рева. Животные едят
сладкие семена, например
желуди и вишни; при этом мякоть
фрукта переваривается, а
семена выбрасываются с
пометом вдали от дерева. А
кокосы плавают в воде! Многие
растения имеют липкие
семена, которые просто
цепляются за то, что оказывается
поблизости: животное,
насекомое или носки туриста.
Порядок действий
1. Для этого опыта нужно
надеть толстые гольфы и
длинные брюки. Гольфы
нужно надеть поверх штанин и
затянуть их резинками, чтобы
они не сползли вниз.
2. Найдите лужайку с
высокой травой и погуляйте по
ней.
Семена-путешественники
Растения и животные
217
3. Когда вернетесь домой,
снимите гольфы и положите
их в неглубокую миску с
водой комнатной температуры.
Гольфы должны полностью
пропитаться водой. Затем
вынесите миску с гольфами
на солнышко.
ОСТОРОЖНО: Никогда не
гуляйте по полям и лужайкам с
голыми ногами. Вас могут укусить
насекомые!"
Результат
Примерно через неделю на
ваших гольфах станут
прорастать многие семена,
зацепившиеся за волокна
гольфов.
Объяснение
Многие виды трав, например
овсяница и костер ржаной,
имеют семена, похожие на
крючки или колючки. Эти
семена цепляются за волокна
или мех. Посмотрите на
семена в своих гольфах через
увеличительное стекло. Хотя они
могут отличаться друг от
друга, но у всех обнаружатся
цепляющиеся
приспособления.
Выставочный экспонат
Ваши гольфы с порослью на
них должны привлечь
внимание зрителей. Держите
рядом с экспонатом
увеличительное стекло. Найдите
карту окрестностей,
позволяющую отождествить
некоторые виды трав.
Сделайте набросок интересных
форм семян,
демонстрирующих их способность
цепляться.
Знаете ли вы?
Домой с лужайки вы (или
ваш четвероногий друг)
можете принести не только
семена.
ОСТОРОЖНО: Выделения
некоторых деревьев ядовиты и,
попав на одежду, не теряют свои
свойства в течение нескольких
часов. Если вы не знаете, ядовиты
ли растения, среди которых вы
гуляли, сразу же по возвращении
домой постирайте свою одежду и
в резиновых перчатках выкупайте
свою собаку.
218
Растения и животные
Наблюдение семян
Вам понадобятся
• Три зерна фасоли или
чечевицы
• Высокая банка
• Вата
• Вода
Что происходит, когда
семя начинает превращаться в
растение? Обычно этот
процесс скрыт от нас, так как
семена прорастают в земле.
Но вы можете устроить себе
маленькую обсерваторию
для семян и наблюдать, как
оживает семя.
Внимание: Вы можете
объединить этот опыт с опытом
«Задержка прорастания семян».
Порядок действий
1. Если вы используете
набухшие семена из опыта
«Задержка прорастания семян»,
то сразу переходите к
следующему шагу. Если же вы
используете свежие семена, то
замочите их на ночь.
2. Положите в банку как
можно больше ваты.
Сосуд для наблюдения
3. Поместите три семени
между ватой и стеклом в
середине банки.
4. Налейте в банку
немного воды. Прижав несколько
раз пальцем вату,
попытайтесь добиться, чтобы вата
впитала всю воду. Если вата
сухая, добавьте воду.
5. Поставьте банку в
теплом и светлом месте.
Держите вату влажной, добавляя
каждый день немного воды.
Результат
Через день или два вы
увидите маленький корешок,
Растения и животные
219
появившийся с одной
стороны семени. Затем семя
раскроется, и вы увидите
маленькую петельку,
вылезающую наружу. Это начало
стебля. Рассмотрите семена
подробно. Корешок и
стебель выходят из семени в
одном и том же месте? Вы
увидите, что корешок
появляется из отверстия в семени,
похожем на шрам, а стебель
появляется в месте
раскрытия семени.
Объяснение
Прорастающее семя должно
в первую очередь искать
воду, питающую
развивающийся росток. Корень будет
расти к воде. Росток растет
вверх. Само семя содержит
все нужные ростку
питательные вещества. Когда семя
уменьшается, росток должен
добывать питательные
вещества из окружающей среды.
Поэтому вы должны со
временем пересадить саженцы в
почву, чтобы развилось
здоровое растение.
220
Растения и животные
Задержка прорастания семян
Вам понадобятся
• Двенадцать зерен
фасоли или чечевицы
• Резиновый клей
® Неглубокая миска
• Вода
Семена могут находиться в
спящем состоянии в течение
долгого времени и даже
нескольких лет, до того как
создадутся условия —
влажность, свет и
температура, — позволяющие
им ожить. Но как это
происходит? Что позволяет
семенам, на первый
взгляд сухим и
безжизненным, прорасти и дать
здоровый зеленый побег?
Ученые смогли получить
ростки из семян, которым
тысячи лет. В этом опыте
вы увидите, как устроены
некоторые семена.
Порядок действий
1. Проверьте свои 12
семян, чтобы на их
оболочке не было царапин и
разрезов. У них должны
быть отметины только на
одной стороне. Там должно
быть что-то похожее на шрам
и крошечное пятнышко на
одном из концов шрама.
2. Возьмите б семян и
намажьте немного клея на
шрам и пятнышко.
Убедитесь, что шрамы и пятнышки
полностью покрыты клеем.
Дайте клею засохнуть.
3. Наполните неглубокую
миску водой и положите в
Микропиле
Запечатывание микропиле
резиновым клеем
Исследование микропиле
\
Микропиле
Растения и животные
221
нее семена с клеем.
Попытайтесь держать семена
вместе, на одной стороне миски.
4. Другие б семян
положите на другую сторону миски.
5. Оставьте семена в миске
на ночь.
Результат
Заклеенные семена выглядят
так же, как и в момент
помещения их в воду. Остальные
6 семян набухают и
сморщиваются, а на некоторых
растрескивается кожица.
Объяснение
Вода проникает в семена
через маленькое отверстие у
белого шрама. Это отверстие и
есть то пятнышко, которое вы
заметили. У шести семян с
заклеенным пятнышком вода не
может проникнуть внутрь.
Это отверстие называется
микропиле.
Выставочный экземпляр
Сфотографируйте свой
опыт. Сделайте большой
рисунок отверстия семени и
поместите рядом с миской.
Прорастающее семя очень
интересно наблюдать. Рядом
с вашей миской положите
увеличительное стекло,
чтобы было можно подробно
рассмотреть семена.
222
Растения и животные
Наблюдение бессемянного
прорастания
Вам понадобятся
• Картофелина
• Маленькая луковица
• Морковь
• Листья филодендрона
• Листья герани
• Листья коланхое
• Порошок корневого
гормона — тетраметил-
тиурамдисульфид
• Три маленьких стакана
• Неглубокая миска
• Блюдечко
• Шесть маленьких
цветочных горшков
• Земля для посадки
растений
• Зубочистки
• Острый нож
Опыт нужно спланировать
так, чтобы было время для
роста растений. Вы увидите,
что некоторые растения не
нуждаются в семенах для
размножения.
Вегетативное
размножение
Порядок действий
1. Попросите взрослого
разрезать картофелину
пополам, а с морковки срезать
верхушку. Держа
отрезанными частями вниз,
воткните в картофелину и морковку
.по нескольку зубочисток.
Воткните зубочистки и в
луковицу.
2. Наполните 3 маленьких
стакана водой и налейте 1
столовую ложку гормона в
блюдце. Аккуратно опустите отре-
Растения и животные
223
занную сторону морковки и
картофелин в корневой
гормон. Смочите острый конец
луковицы в корневом
гормоне.
3. Разложите
картофелины и морковь по стаканам с
водой, так чтобы вода едва
касалась срезов. Положите
луковицу в стакан,
подвесив ее на зубочистках.
Поместите все растения в
теплое светлое место. Каждый
день доливайте в стаканы
воду, восполняя
испарившуюся.
Результат
Примерно через неделю вы
увидите маленькие ростки,
появившиеся на отрезанных
сторонах картофелин и
морковки. На остром конце
луковицы тоже появятся
тонкие, похожие на волосы,
ростки. Обратите внимание
на поверхность картофелин.
В некоторых местах
появились пятна, меняющие цвет
и форму. Обратите
внимание на новую зеленую
поросль на верхушке
морковки. Обратите внимание на
прямые зеленые побеги,
появившиеся на верхушке
луковицы.
Объяснение
Картофель, лук и морковь
могут воспроизводиться путем
вегетативного размножения.
Вообще картофель является
подпочвенной плодоножкой,
называемой клубнем.
Маленькие углубления на
поверхности картофеля
называются глазками и являются
органами вегетативного
размножения. Каждый глазок может
вырасти в картофель,
генетически идентичный
родительскому растению. Лук является
другим видом клубня,
называемого луковицей. Но в
отличие от картофеля вся
луковица является органом
размножения. Морковь также
является клубнем, и в этом случае
клубень и есть орган
вегетативного размножения.
Специализация
клетки
Порядок действий
1. Наполните неглубокую
миску водой и аккуратно
опустите края листа колан-
хое в корневой гормон.
Положите лист в воду.
2. Отрежьте несколько
листов филодендрона и герани;
224
Растения и животные
с каждым листом отрежьте
стебель длиной 2,5 см.
Перегните стебель каждого листа
через стенку миски, чтобы
конец стебля оказался в воде.
3. Поставьте миску в
светлое теплое место.
Восполняйте испарившуюся воду.
Новые растения появляются
на краю листа каланхое
. Результат
И у филодендрона, и у
герани на концах стебля начнет
расти корень. Но самым
удивительным будет изменение
листа коланхое. По всему
краю листа начнут расти
крошечные коланхое — с
корнями и листиками.
Объяснение
Когда отрезанные куски
некоторых растений
оказываются в определенных
условиях, их клетки начинают
меняться. Клетки стебля
превращаются в корневые
клетки. Затем эти клетки
очень быстро
воспроизводятся, давая новый корень
для срезания. Специалисты
называют такое поведение
специализацией клетки.
Посадка в почву
Порядок действий
1. Наполните 5 маленьких
цветочных горшков землей
для посадки. Увлажните
почву водой.
2. Возьмите лист коланхое
и с помощью взрослого
отрежьте от него маленькие
ростки коланхое. Поместите
эти ростки на почву в первом
горшке. Придавите почву
вокруг каждого растения,
чтобы получилось маленькое
углубление.
3. Во второй горшочек
посадите стебли
филодендронов.
4. Листья герани посадите
в третий горшок.
5. В четвертый горшок
посадите картофелину, так
чтобы половина отрезанной
поверхности оказалась под
землей. То же самое
проделайте с морковью.
6. В последний горшок
посадите лук, так чтобы был ви-
Растения и животные
225
ден только прорастающий
конец.
7. Поставьте горшки в
теплое светлое место и
регулярно их поливайте.
Результат
При внимательном уходе все
ваши растения должны
процветать. Коланхое должны
так вырасти, что вам
придется пересаживать их во все
больший и больший горшок.
Морковку тоже, может быть,
придется пересадить.
Объяснения
Если бы ваши растения
остались в воде, они бы со
временем погибли. Это случилось
бы потому, что растущее
растение постепенно
израсходовало оы свои питательные
вещества и ему стали бы
нужны минеральные
вещества из почвы, в частности,
азот для корней.
Знаете ли вы?
Ученые проводили опыты с
беспочвенным ростом
растений. Вместо почвы они
создали жидкость, богатую
минеральными веществам, и этим
веществом опрыскивались
корни растения,
подвешенного на свету. Такая
гидропоника может дать фермерам
возможность выращивать
сельскохозяйственные культуры
вертикально, без.больших
земельных площадей. Это
поможет и фермерам, имеющим
неплодородные земли.
8- Занимательные опыты
226
Растения и животные
Сравнение развития
однодольных
и двудольных растений
Вам понадобятся
По пакетику фасоли,
зерна (можно
кукурузы) , семена редиса
(можно заменить
фасоль чечевицей, а
семена редиса — семенами
горчицы).
Высокая банка
Вата
Вода
В этом опыте вы увидите,
что не все прорастающие
семена выглядят одинаково.
Разница в развитии
отражает различие двух типов
растений, дающих семена. Ведь
в действительности
некоторые растения растут без
семян (например, см. опыт
«Наблюдение бессемянного
прорастания»).
Внимание: Вы можете
объединить этот опыт с опытом
«Наблюдение бессемянного
прорастания».
Порядок действий
L Возьмите по 3 семени
фасоли, зерновых и редиса и
замочите их на ночь.
2. Натолкайте как можно
больше ваты в банку.
3. Положите 9 замоченных
семян между ватой и стенкой
банки, посередине банки.
Семена каждой группы —
фасоли, зерновых и редиса —
должны располагаться вместе.
4. Добавьте в банку
немного воды и пальцем несколько
раз надавите на вату, чтобы
она пропиталась водой. Если
после этого вата останется
сухой, добавьте воды и
повторите эту процедуру.
Поставьте банку в теплое
светлое место. Вата должна быть
постоянно влажной.
Результат
Через несколько дней
проверьте, что произошло с
каждой из групп семян. Вы
заметите крошечные корни
и маленькие побеги на
каждом семени. Но не все прора-
Растения и животные
227
Листовая
почка
Корешок з
Семядоля о
Оболочка
семени
Бобовые
Зерновые
стающие семена похожи
друг на друга. Например,
семена фасоли и редиса
похожи, хотя семена редиса
гораздо меньше семян фасоли.
Но семена зерновых
совершенно другие. В то время как
фасоль и редис имеют
изогнутые побеги, побег
зерновых прямой со сложенной
верхушкой.
Объяснение
Семена фасоли и редиса
называются двудольными, так
как состоят их двух частей. И
растения, вырастающие из
таких семян, называются
двудольными. Вы можете
отождествить двудольное
растение, найдя
разветвленную структуру сосудов на ее
листе. Семена зерновых
называются однодольными, так
как состоят из одной части.
И растения, вырастающие из
этих семян, тоже
называются однодольными. Они более
примитивны, и вы можете
узнать их по параллельной
структуре сосудов на их
листах.
228
Растения и животные
Плесень, съедающая крахмал
Вам понадобятся
• Три сырых картофелины
• Шесть майонезных
баночек
с крышками
• Кастрюля с крышкой
• Земля
• Хлебный мякиш
• Прядь волос
• Карандаш
Самый маленький
обитатель мира растений — плесень
— живет совсем не так, как ее
родственники с зелеными
листьями. Плесень не имеет
корней и цветов, ей не нужны
семена для воспроизведения, и
она любит жить колониями.
Фактически, мы можем
увидеть плесень только потому,
что ее на одном месте много.
Плесень есть везде — в
земле, в еде и даже в воздухе,
которым мы дышим. Некоторые
виды плесени очень опасны.
Другие, такие как
пенициллин, были' созданы как
мощное лекарство. Плесень
любит тепло и влагу. Некоторые
виды плесени питаются
сахаром и крахмалом, а другим
нравятся жир и белки. Когда
плесень попадает на кусочек
еды, которая ей нравится, она
начинает быстро
размножаться, образуя колонию.
Ближайшие родственники
плесени — бактерии. Они
гораздо меньше по размеру,
чем плесень, но любят такую
же еду. В земле много
разных видов бактерий.
Некоторые из них имеют очень,
важное значение для роста
растений, так как селятся на
корнях растений и помогают
им усваивать азот.
Этот опыт показывает
наилучшие условия для
размножения плесени и
бактерий. Ученых, изучающих
плесень и бактерии,
называют микробиологами. Вы
тоже можете, как
микробиологи, вырастить
различные,виды плесени и бактерий,
используя разные источники.
Порядок действий
1. Наденьте на руки
перчатки для мытья посуды и в
очень горячей мыльной воде
Растения и животные
229
помойте майснезные банки
и их крышки. Сполосните их
горячей водой и закройте
банки крышками.
2. Вскипятите в кастрюле
воду и положите в нее
картофель. Поварите картошку
минут 10 и выключите плиту.
Остужайте картошку в
закрытой кастрюле. Достаньте
картофель из кастрюли,
когда она станет еле теплой.
3. Снимите крышки с
банок. Разрежьте
картофелины пополам и каждую
половинку положите в банку
срезанной стороной вверх.
Неплотно закройте банки
крышками. Наклейте на
первую банку ярлычок «чистый
картофель» и отставьте эту
банку в сторону. Это ваш
контрольный экземпляр.
4. Воткнув карандаш в
землю, запачкайте его кончик
землей. Затем отвинтите
крышку со второй банки и в
нескольких местах
запачкайте землей срезанную сторону
картофелины, прикасаясь к
ней вымазанным в земле
кончиком карандаша. Верните
крышку на место, но не
закручивайте ее плотно. Отметьте
эту банку этикеткой «земля».
5. Снимите крышку с
третьей банки. Прикоснитесь
пальцем к полу и затем
проведите этим пальцем по
срезанной стороне
картофелины. Закройте банку
крышкой и отметьте ярлыком
«грязный палец».
6. Помойте руки в
мыльной воде. Снимите крышку с
четвертой банки и потрите
пальцем срезанную сторону
картофелины. На этой банке
у вас будет этикетка «чистый
палец».
Картофель в банках
230
Растения и животные
7. В пятую банку положите
картофелину вместе с
прядью волос, а в шестую
положите картофелину,
посыпанную крошками хлебного
мякиша. Наклейте
соответствующие этикетки и на эти
банки.
8. Оберните баночки
черной бумагой и выставьте их
на солнце. Через несколько
дней откройте банки и
посмотрите, что с ними стало.
Результат
На всех половинках
картофелин видны рыхлые
образования и маленькие
обесцвеченные области. Рыхлые
образования — это плесень,
а обесцвеченные круглые
области — колонии
бактерий. Если сравнить эти
картофелины с контрольной
картофелиной, то на
запачканной землей картофелине
больше всего бактерий. Но
на контрольной
картофелине есть и плесень, и
бактерии, и они попали туда с
воздухом до того, как вы
закрыли банку крышкой.
Картофелины, которых вы коснулись
карандашом, запачканным
землей, и чистым пальцем,
покрыты одинаковым
количеством плесени. И как
после этого понимать
необходимость мытья рук мылом?
На картофелинах с прядью
волос и с хлебным мякишем
есть и плесень, и колонии
бактерий, но они другого
цвета. Эти виды плесени и
бактерий предпочитают
белки волос и клейкие белки
хлебного мякиша.
Объяснение
Плесени и бактерии,
любящие крахмал, заселяют
половинки картофелин. Плесени
на картофелине,
запачканной землей, гораздо больше,
чем в земле, пачкающей
картофелину. На чистой
картофелине тоже есть
загрязнения, но откуда? Вы же
открывали банки, чтобы положить
туда картофелины и плесень,
и бактерии попали в банки
вместе с воздухом, в котором
они плавали. И хотя вы мыли
банки в горячей мыльной
воде, только кипячение
способно стерилизовать банку.
Хотя все плесени и
бактерии, которые вы заметили,
любят крахмал, но в
зависимости от того, какой
загрязнитель вы используете,
могут появиться и другие виды
Растения и животные
231
плесени и бактерий. Вы
заметили другой цвет плесени
на пряди волос и хлебном
мякише: это как раз та плесень,
которая любит не только
крахмал, но и сахар (хлеб) и
белок (волосы).
Внимание: И плесень, и
бактерии могут быть опасны. Когда вы
закончите запись своих
результатов, осторожно избавьтесь от
плесени и помойте в горячей
мыльной воде банки перед их
последующим использованием.
Выставочный экспонат
Сделайте плакат с
иллюстрацией результатов ваших
опытов. Большинство выставок
не позволяют экспонировать
живую плесень, поэтому вам
придется демонстрировать
фотографии своих опытов.
Этилен: гормон созревания
Вам понадобятся
• Два очень спелых банана
• Три зеленых (неспелых)
банана
• Два неспелых авокадо
• Три плотных бумажных
пакета
• Стэплер
• Фломастер
Вы могли слышать
высказывание «одно плохое
яблоко портит всю корзину», но
вы можете сказать также:
«один зрелый банан
помогает созреть другим» или
«один спелый помидор
превращает остальные зеленые
помидоры в красные». В
этом опыте вы покажете, как
созревающий фрукт влияет
на созревание
других фруктов.
Порядок действий
1. Положите
первый зеленый банан
на открытое место,
второй банан поло-
232
Растения и животные
жите в бумажный пакет, а
третий зеленый банан
положите в бумажный пакет
вместе со спелым бананом. При
помощи стэплера закройте
пакеты и фломастером
подпишите их.
2. Положите первый
неспелый авокадо на открытое
место, второй авокадо
положите в бумажный пакет
вместе со спелым бананом.
Закройте пакет и подпишите
его.
3. Не трогайте пакеты 5
дней. Затем откройте их и
сравните зрелость фруктов.
Результат
Зеленый банан и неспелый
авокадо на открытом месте
немного созрели, что
проявляется в их мягкости и
появлении коричневых пятен на
кожуре. Зеленый банан,
упакованный в пакет, созрел
больше, но не так сильно, как
зеленый банан,
упакованный вместе со спелым
бананом. Этот банан, как и
зрелый банан рядом с ним, стал
почти черным.
Если сравнить незрелый
авокадо, упакованный вместе
со зрелым бананом, то и в
этом случае он созрел гораздо
сильнее, чем авокадо,
оставленный на открытом месте.
Объяснение
Созревающий фрукт
«дышит», вдыхая кислород и
выдыхая двуокись углерода.
Кислород стимулирует
процесс созревания. Но кроме
того, как это ни удивительно,
созревающий фрукт
выдыхает газ, ускоряющий
созревание фруктов. Ученые
называют этот газ этиленом, и
он известен как «гормон
созревания».
В вашем опыте фрукт,
помещенный вместе с очень
зрелым фруктом, быстро
зреет из-за большого
количества этилена в бумажном
пакете. Как свидетельствует
комбинация авокадо и
банана, этилен является общим
ускорителем созревания для
разных фруктов.
Хотя в пакете с одним
бананом было мало кислорода,
стимулирующего
созревание, но постепенно сам
дышащий банан выработал
этилен, способствующий
быстрому созреванию. Фрукты,
оставленные на открытом
месте, имеют достаточно
кислорода для созревания, но их
Растения и животные
233
гормон созревания
рассеивается в окружающем
воздухе и не оказывает своего
стимулирующего действия.
Знаете ли вы?
Пищевая промышленность
использует этилен для
дозревания зеленых плодов;
именно поэтому вы можете
купить зрелые помидоры
зимой. Но созревшие с помо-
Вам понадобятся
• Две маленькие
картофелины
• Садовая тележка из
пластика
• Нож
• Земля
Внутри растущего
растения протекают
удивительные химические реакции.
Например, откуда растение
знает, как расти в сторону
солнечного света и воды?
Откуда оно узнает, что кор-
щыо газа помидоры не
бывают такими сладкими, как
естественные, потому что, газ
не позволяет крахмалу
превратиться в сахар.
В вашем опыте вы
использовали фрукты, а не овощи, и
здесь нужно сказать о
различии фруктов и овощей. Если
семена внутри — это фрукт,
а если семена снаружи, то
это овощ.
ни должны расти вниз, а
стебель вверх?
Ученые считают, что
ответы на эти вопросы имеют
прямое отношение к
гормонам роста, вырабатываемым
развивающимися
растениями. Эти гормоны
инструктируют клетки стебля растения
о том, что им надо быстрее
расти в одну сторону,
заставляя растение тянуться к
свету. Те же гормоны должны
сообщать клеткам корней,
что они должны быстро
делиться, чтобы поглощать
больше воды. Как вы
убедитесь, проведя этот опыт, гор-
Сильный картофельный
гормон
234
Растения и животные
моны могут даже приказать
растению прекратить рост.
У картофеля тоже есть
гормоны. Картофелина,
которая на самом деле
является большой подпочвенной
плодоножкой, называемой
клубнем, не имеет семян и
воспроизводится при
помощи глазков на своей
кожуре. Глазки — это
репродуктивный орган картофеля.
Чтобы вырастить
картофель, фермеры разрезают
его на куски и закапывают
их в богатую минералами
почву.
Порядок действий
1. Наполните садовую
тележку землей и поставьте ее
на солнце.
2. Возьмите одну
картофелину и проверьте, есть ли на
ее кожуре глазки. Глазки —
это маленькие впадинки, с
которых начинает расти
новый картофель.
3. С помощью взрослого
разрежьте картофель на
кусочки. На каждом кусочке
должен быть хотя бы один
глазок.
4. Закопайте каждый
кусочек в тележку.
5. Туда же закопайте
целую картофелину.
6. Регулярно поливайте
рассаду.
7. Через три недели
выкопайте картофель и проверьте
его.
Результат
Через три недели все ваши
картофелины должны дать
здоровое растение. Но в то
время как на целой
картофелине всего одно растение,
растущее из глазка, каждый
кусочек картофелины имеет
по растению, растущему из
собственного глазка. Это
означает, что целая
картофелина использует только один из
глазков для
воспроизводства.
Объяснение
Ученые считают, что после
посадки целая картофелина
производит гормон,
циркулирующий по всей
картофелине. Этот гормон позволяет
только одному глазку
выпустить росток и отключает все
Растения и животные
235
остальные глазки, так что они
остаются ^спящими». Из-за
этого новый росток не
делится своими запасами воды и
минералов с
конкурирующим растением. Кусочки
нарезанного картофеля
должны дать по ростку, так как
Вам понадобятся
• Семена фасоли
• Семена редиса
• Росток картофеля
• Разбрызгиватель
• Решетка из проволоки
• Четырехлитровая
бутыль
• Коробка от обуви с
крышкой
• Кусок картона
Внимание: Используйте росток
картофеля из опыта
«Наблюдение бессемянного прорастания».
Для того чтобы найти воду,
свет и минеральные
вещества, необходимые для выжи-
каждьга кусок содержит по
одному глазку. Но если у вас
найдется кусочек с двумя
глазками, то росток появится
только на одном глазке. И
здесь сильный картофельный
гормон отключает.
конкурирующие глазки.
• Две одинаковых рамки для
фотографий со стеклом
• Войлок темного цвета
или промокашка
• Земля
• Резиновое колечко
• Пластилин
• Пипетка
• Неглубокая миска
• Кусачки
• Ножницы
• Скотч
,к вания, растения каким-то чу-
5_ десным образом узнают, в
». каком направлении им
расти. Этот тип роста называет-
ft ся тропизмом. Наш опыт де-
> монстрирует три основных
[- вида тропизма растений: ги-
Сравнение трех видов
тропизма растений
236
Растения и животные
дротропизм — рост в
сторону воды; геотропизм — рост
в направлении силы
тяжести; фототропизм — poet в
сторону источника света.
Гидротропизм
Порядок действий
1. С помощью взрослого
разрежьте 4-литровую
бутыль пополам и используйте
нижнюю часть бутыли. На
дне бутыли вырежьте
квадрат.
2. Кусачками вырежьте из
решетки кусок, подходящий
по размеру к квадрату на дне
бутылки. Положите решетку
на квадрат и закрепите ее
скотчем.
3. Увлажните немного
земли для посадки растенийг так
чтобы получился комок
земли. Аккуратно опустите этот
комок на дно бутыли и
распределите по решетке. Если
Гидротропизм
кусочки земли будут
просачиваться через ячейки
решетки, сильнее смочите
землю.
4. Положите семена
фасоли в середину земли, над
решеткой. Покройте семена
землей и поставьте дно
бутылки на блюдечко.
5. Используя
разбрызгиватель, держите землю
влажной, но не мокрой. Не
наливайте много воды, избегайте
просачивания воды через
решетку на блюдце, но если это
случались, замените мокрое
блюдце на сухое.
Результат
Примерно через 10 дней
снимите нижнюю часть бутыли
с блюдца и посмотрите снизу
на решетку. Вы должны
увидеть маленькие ростки,
выходящие вниз и затем
загибающиеся назад к решетке.
Объяснение
Рост вниз ростков
фасоли является реакцией
на притяжение Земли
щт (геотропизм). Но вско-
^j ре ростки обнаружива-
/ ют, что необходимая им
вода находится в почве
сверху. Клетки с одной
Растения и животные
237
стороны корней растут
быстрее, чем с другой стороны, и
поэтому корень
поворачивается и начинает расти вверх,
к почве. Как вы видите,
найти воду для фасоли важнее,
чем следовать закону
тяготения.
Геотропизм
Порядок действий
1. Снимите стекла с двух
рамок для фотографий.
Вырежьте кусок промокашки
или войлока и положите его
на одно из стекол. Насыпьте
немного семян редиса в
центр промокашки и
накройте промокашку вторым
стеклом, сделав «бутерброд»
из стекол.
Геотропизм
2. Резиновыми колечками
скрепите верх и низ
«бутерброда», а также его боковые
стороны.
3. Поставьте «бутерброд»
вертикально в неглубокую
миску. Что0ы он не упал,
закрепите утлы пластилином.
4. Пипеткой сверху
накапайте воду в щель: она
должна просочиться между
стеклами и смочить семена
редиса.
5. Если вы будете
смачивать семена в течение
недели, то вдоль стекла вырастут
тонкие нити корня, и расти
они будут вниз.
6. Когда волоски станут
достаточно длинными,
поверните «бутерброд» на
другой бок и опять
смачивайте растение в течение
семи дней.
7. Поворачивайте
«бутерброд» каждую неделю, пока
он не вернется в
первоначальное состояние.
Результат
В ответ на вращение корни
будут менять направление
роста, чтобы всегда
двигаться вниз. При наличии воды и
вашего терпения корпи
обрисуют спираль.
238
Растения и животные
Фототропизм
Порядок действий
1. Снимите с обувной
коробки крышку и отложите ее
в сторону. С помощью
взрослого вырежьте в торце
коробки дыру диаметром 5 см.
2. Разрежьте кусок картона
на три полоски. Одна сторона
каждой полоски должна быть
равна глубине коробки, а
вторая — двум третям ширины
коробки. Сделайте узкий сгиб
на одной стороне полосок и
прикрепите их этим сгибом к
боковым внутренним
сторонам коробки, попеременно к
каждой из противоположных
сторон. У вас должен
получиться лабиринт из трех
перегородок,
разделяющих коробку на четыре
отделения.
3. Поставьте росток
картофеля в самое
дальнее от дыры отделение
коробки и закройте
коробку крышкой.
Поставьте коробку на
подоконник, дырой к свету.
Открывайте коробку только
для полива и наблюдения за
ростом растения.
Результат
Побеги картофеля будут
извиваться между
перегородками и стремиться к свету в
конце коробки.
Выставочный экземпляр
Поставьте свои экземпляры
разных видов тропизма
рядом друг с другом и
напишите объяснения к каждому из
них. Помните, что вы
должны заранее спланировать
опыт и иметь запас времени
для того, чтобы всходы
проросли.
Фототропизм
Растения и животные
239
Симбиоз: дождевые черви
и филодендроны
Вам понадобятся
• Пять дождевых
(земляных) червей
• Две 2-литровые
пластиковые бутыли
• Земля, которой можно
наполнить обе бутылки
• Два маленьких цветка
филодендрона
• Крахмал
• Бумага черного цвета
• Острый гвоздь
• Маленькая тарелочка
или блюдце
Насколько полезны
дождевые черви для растений?
Что может сделать простой
червь, чтобы придать розе ее
великолепие или же помочь
семенам томата прорасти
среди фруктовых растений?
Дождевых червей нужно
искать и собирать ранним
утром. Лучше всего искать
дождевых червей после
сильного дождя или сырым
утром. Черви вылезают на
поверхность в поисках
влаги, и их можно найти на
обочинах. Если вы не нашли
дождевого червя на
поверхности, то копните влажный
грунт в саду, и на глубине не*
более 5 см вы найдете хотя
бы одного червя. Кроме того,
для получения
положительного результата вы должны
дать растению достаточно
времени для развития.
Порядок действий
1. Снимите с бутылок
этикетки и срежьте горлышки
бутылок. Получатся два
высоких прозрачных
цилиндра. Острым гвоздем сделайте
240
Растения и животные
3 дырочки на &ие каждой
бутылки и поставьте бутылки
на блюдца.
2. Насыпьте один слой
грунта в первый цилиндр и
сверху насыпьте слой
крахмала. Такими слоями грунта
и крахмала заполните
цилиндр на две трети его
высоты. Затем посадите в эту
смесь филодендрон и
засыпьте корни грунтом.
Плотно утрамбуйте грунт вокруг
растения. Обозначьте этот
цилиндр этикеткой «А».
3, Повторите шаг 2 для
второго цилиндра, но на
последнем этапе в грунт поместите
4 или 5 дождевых червей.
Обозначьте этот цилиндр
этикеткой «Б».
4, Заверните цилиндры
черную бумагу и поставьте
растения в теплое светлое
место, постоянно поливая
его.
5. Через несколько недель
сравните растения. Какое из
них выглядит более
здоровым? Снимите черную
бумагу с цилиндров и сравните
грунт.
Результат
Филодендрон в цилиндре
«Б» выглядит более высоким
и здоровым. Грунт и крахмал
в этом цилиндре перемешав
лись, и вы не сможете
различить слои. В цилиндре «А»
слои четко видны.
Объяснение
Добавление дождевых
червей в цилиндр «Б» помогает
филодендрону. Дождевой
червь полезен растению с
многих точек зрения и в
свою очередь здоровое
растение помогает червю. Этот
вид взаимовыгодных
отношений между двумя живыми
организмами называют
симбиозом.
Когда дождевые черви
ползают в грунте, они
глотают грунт, усваивая из него
минеральные вещества
(свидетельства ползанья
дождевого червя вы можете
получить, посмотрев на ходы,
проложенные ими в
крахмальном слое). Червь
отрыгивает вещество, в котором
содержатся азот, фосфор,
поташ и другие
микроэлементы, необходимые для
роста растения. В свою
очередь растения обеспечивают
червей множеством
гниющих органических веществ,
которые являются деликате-
Растения и животные
241
сом для червей. Вдобавок
черви служат источником
карбоната кальция, смягчаю*
щего показатель рН почвы.
Это помогает превращать
кислые или щелочные почвы
в нейтральные.
Хотя червей больше всего
в верхнем 15-сантиметровом
слое, дождевые черви живут
и в более глубоких слоях и
переносят оттуда вверх соли,
богатые минералами. Это
еще один источник
питательных веществ растений.
Ученые подсчитали, что на
каждый квадратный метр земли
черви ежегодно поднимают
из подпочвенных слоев от
200 до 300 граммов грунта.
Черви распределяют свою
отрыжку в слое толщиной 30
см, перемешивая ее с
почвой. Впрочем, их отрыжка
перемешивается и с более
глубокими слоями, достигая
глубины около 2 метров.
Богатая перегноем почва
может кормить примерно 800
дождевых червей в каждом
кубометре грунта, что дает
около 80 кг удобрений в год
на садик площадью 18
квадратных метров. Это
означает, что ваш сад или лужайка
могут получить от червей
гораздо больше удобрений
лучшего качества, чем 5 — 10 кг
покупных удобрений. Так
дождевые черви экономят
наши деньги!
И наконец, ползанье
червей по почве помогает
вентилировать и рыхлить грунт. В
почву попадает больше
кислорода и воды, что не только
способствует росту корней,
но и улучшает условия для
некоторых полезных
бактерий. С помощью ходов,
оставшихся в результате пол-
занья, многие маленькие
организмы, имеющие большое
значение для качества
почвы, могут проникнуть
глубже.
Знаете ли вы?
Дождевые черви
поразительно плодовиты и
размножаются быстрее кроликов.
За два года 4,5 кг дождевых
червей могут размножиться
до 2 тонн!
242
Растения и животные
Электрифицированный
дождевой червь
Вам понадобятся
• Дождевой червь
• Электрическая
.батарейка
• Два 30-см
изолированных
провода
• Ножницы
• Скотч
• Газета
• Вода
Этот опыт показывает, как
некоторые животные
используют электромагнитное поле
для поиска пути. Поищите
дождевого червя на краю
тротуара после дождя или
лопатой вскопайте верхний слой
влажной земли толщиной 5 —
8 см. Вы найдете хотя бы
одного червя. Ток от батарейки
не опасен для вашего червяка.
Порядок действий
1. Ножницами срежьте
изоляцию с каждого конца
проводов на расстоянии
примерно 1,5 см.
2. Положите батарейку
набок. Прикрепите конец
первого провода к
положительному полюсу батарейки,
а конец второго провода — к
ее отрицательному полюсу.
3. Сделайте из двух листов
газеты прямоугольник
размером примерно 10x15 см.
Точный размер зависит от
размера вашего червя.
4. Хорошо смочите
прямоугольник из газеты, чтобы он
полностью пропитался водой.
5. Положите червя в. центр
газетной подстилки. Он
может извиваться некоторое
время, но вскоре затихнет.
6. Прикоснитесь концом
положительного лровода к
газете на расстоянии 2,5 см
от конца червя. Концом
отрицательного провода
коснитесь газеты на таком же
расстоянии от
противоположного конца червя.
Запишите результат.
Результат
Червь или выпрямится, или
сожмется в гармошку. Если
положительный конец при-
Растения и животные
243
Установка с электрифицированным
червем
ложен вблизи головы червя,
а отрицательный у хвоста,
червь сожмется. Если же
концы? приложены к
противоположным сторонам,
червь выпрямится.
Поскольку довольно трудно
распознать, где у червя голова, а где
хвост, то это один из
способов решения этой загадки.
Объяснение
Слабый электрический ток
проходит по телу червя.
Этот ток дает червю
информацию об окружающей его
среде. Хотя точно никто не
знает причины такого
поведения, но одно из
направлений течения тока по червю,
видимо, воспринимается им
как опасность, в то время
как
противоположное направление
говорит ему о
безопасности и он
распрямляется и
продолжает
закапываться в землю.
Знаете ли вы?
«Следуй за своим
носом»: ученые
предполагают
наличие в некоторых
клетках животных
минеральных магнитов
(окись железа), и это
означает налмчие у животных
магнетизма. Эти «магнитные
клетки» могут помогать
некоторым животным в поиске
пищи и в миграции.
Пчелы, голуби, тунцы,
дельфины и киты — все они
в некоторых частях своего
мозга имеют клетки,
содержащие магнитный
железняк. Ученые считают; что,
например, дельфины
используют притяжение Северного
полюса для ориентации по
вертикали, что очень важно,
так как дельфинам нужно
время от времени
подниматься на поверхность,
чтобы глотнуть воздух. Киты
часто начинают кружить по об-
244
Растения и животные
ласти с нерегулярным
магнитным полем Земли.
Даже люди имеют в своем
теле небольшое количество
магнитного железняка. Хотя
это количество очень мало и
его трудно обнаружить,
клетки магнетита содержатся в,
слизистой оболочке нашего
носа. Некоторые ученые
считают, что когда-то наш нос
был похож на компас.
Все живые существа
содержат удивительный
копировальщик жизни в форме
дезоксирибонуклеиновой
кислоты, или ДНК.
Индивидуальные гены молекулы
ДНК определяют почти все в
животном или растении,
включая его
чувствительность к разным болезням. Вы
можете легко извлечь ДНК
из некоторых типов тканей
животных и растений. В
Извлечение ДНК
из ткани животного
Вам понадобятся
• Полстакана (120 мл)
сырой куриной печени
• Жидкое моющее
средство
• Размягчитель мяса
• Спирт для протирания
• Блендер
• Сито
• Мензурка
• Стакан
• Маленькая банка с
закручивающейся
крышкой
• Чайная ложка
• Скрепка
• Предметное стеклышко
от микроскопа и сам
микроскоп
Растения и животные
245
этом опыте используется
сырая куриная печень как
среда, особо богатая ДНК.
Порядок действий
1. Положите полчашкй
(120 мл) сырой печени в
блендер и добавьте к ней
четверть стакана (60 мл) воды.
Размельчите печень.
2. Перелейте раствор
печени из блендера через сито в
мензурку.
3. Посмотрите, сколько
раствора у вас получилось, и
добавьте в него жидкое
моющее средство в количестве
одной трети от
первоначального объема раствора.
Осторожно перемешайте смесь.
4. Добавьте в раствор 1
чайную ложку размягчителя
мяса и перемешивайте смесь
примерно 7 минут. Будьте
терпеливы и не мешайте
слишком быстро, чтобы не
разрушить хрупкие
молекулярные цепочки ДНК.
5. Осторожно перелейте
часть раствора в стакан.
6. Наклоните стакан и
медленно налейте на стенку
стакана протирочный спирт.
Спирта должно быть столько
же, сколько и раствора.
Подождите 30 секунд и
посмотрите на стакан. Примерно через
10 минут в растворе начнет
появляться какое-то
количество вещества в виде нитей.
Это и есть выделенное ДНК.
7. Наполните маленькую
баночку спиртом.
8. Выпрямите скрепку и
согните один из ее концов в
небольшой крюк, Опустите
крюк в раствор в место
встречи раствора и спирта и
осторожно перетащите со^
держащееся в растворе ДНК
в спирт. Подождите немного.
Затем с поверхности спирта
достаньте ДНК и положите
его на предметное
стеклышко микроскопа. Посмотрите
на ДНК в микроскоп.
ОСТОРОЖНО: Сырая курятина
и сырая куриная печень могут
быть заражены бактериями
сальмонеллы. Тщательно мойте руки
мылом, а всю посуду, которую вы
использовали, помойте в горячей
воде с мылом. Обычно
сальмонелла гибнет при кипячении.
9. Повторите шаг 8,
положив выделенное вами ДНК в
банку со спиртом для
сохранения.
10. Опустошите стакан и
помойте его. Затем повтори-
246
Растения и животные
те шаг 6f пока не используете
весь раствор.
Результат
В микроскопе видна
спиральная структура ДНК.
Объяснение
Размельчение в. блендере
разрушает стенки и органы
клетки, в результате чего
ДНК может плавать в супе из
молекул белка и жиров.
Моющее средство из-за своего
эмульгирующего воздейст-
Вам понадобятся
• Щенок в возрасте
меньше 1 года
• Фотоаппарат с
черно-белой пленкой
• Шесть листов почтовой
бумаги с
калиброванными оттенками серого
• Двадцать четыре листа
цветной почтовой
бумаги, разделенной на 4
части по б листов (желтый,
голубой, красный и зе-
вия притягивает жиры и
отделяет их от белков. Но
цепочки ДНК защищены
белковой оболочкой. Чтобы
разрушить эту оболочку и
выделить чистое ДНК, вы
добавляете размягчитель мяса. Для
окончательного
высвобождения ДНК нужен спирт. При
добавлении к раствору спирт
создает свой слой. И легкие
цепочки ДНК всплывают к
поверхности этого слоя, а
тяжелые остатки белков и
жиров остаются в растворе.
леный), каждый из
которых калиброван
оттенками желтого, голубого,
красного и зеленого
(6 разных желтых,- б
разных голубыхт и т.д.)
• Дубликаты цветных
листов, названных выше
• Фломастер
• Угощение для собаки *
•Друг
• Блокнот
• Большое терпение
Видят ли собаки цвет?
Растения и животные
247
Могут ли собаки различать
цвета? Над этим вопросом
ученые думают уже много
лет. Сегодня
усовершенствованные приборы позволяют
ученым изучать глаза и
зрение собак с точностью,
которую 25 лет назад было
невозможно представить. Споры
все еще продолжаются, но
этот опыт поможет вам
решить, какую из спорящих
сторон вы готовы
поддержать.
Чтобы сделать этот опыт
наиболее надежно, вы
должны свести к минимуму число
переменных и найти
испытательную площадку без
отвлекающих предметов. Не
смешивайте бумаги разного
типа или размера и держите их
в закрытой коробке между
испытаниями. Для
испытаний вы должны отвести по
крайней мере девять недель.
Порядок действий
1. Положите 6
пронумерованных калиброванных
желтых листов напротив шести
пронумерованных
калиброванных серых листов и
сфотографируйте их на черно-
белую пленку. Повторите
эту процедуру для 6
калиброванных листов голубой,
красной и зеленой бумаги.
2. Когда вы проявите
фотографии, составьте пары из
каждого оттенка любого цвета
с наиболее близким к нему по
яркости оттенком серого.
Используйте
непронумерованные калиброванные листы.
3. Для проведения опыта
найдите хорошо освещенное
тихое место. На землю
положите рядышком листы желтой
и зеленой бумаги. Оставьте
между ними достаточное
расстояние, чтобы видеть, какой
цвет выбирает ваша собака.
4. Станьте на некотором
расстоянии позади листов и
попросите друга держать собаку
на расстоянии примерно 2
метра от листов, напротив вас.
5. Позовите собаку. Когда
она дойдет до листов, то
начнет их обнюхивать. В этот
момент нужно дать ей команду
248
Растения и животные
«цвет» и мягко подержать
голову собаки над желтым
цветом. Дайте собаке лакомство.
6. Повторяйте эту
тренировку каждый день
примерно 3 недели. Затем в
зависимости от результата
замените желтую бумагу голубой и
продолжайте тренировку в
течение 2 недель; затем две
недели тренировок с красной
и две недели с зеленой
бумагой. Помните, что все листы
бумаги должны по оттенку
быть такими же, как и серая.
7. Аккуратно фиксируйте
поведение собаки во время
тренировок с каждым цветом.
Сосчитайте, сколько раз ваша
собака «выбрала» бумагу
каждого цвета, и сравните его
с общим числом испытаний.
Результат
Мы предполагаем, что
правильных попыток вашей
собаки будет больше, чем
неправильны^ и это число будет
зависеть от цвета бумаги,
используемой на данном этапе.
Новейшие данные о зрении
собак. В настоящее время
ученые пришли к согласию в том,
что собаки обладают
определенной формой цветового
зрения, но эта информация
для них не важна и они
игнорируют ее. Хотя травоядные
животные видят цвета для
распознавания созревших
плодов иоъедобных растений,
для хищных животных, таких
как собака, видимо, важнее
различать форму объекта и
отслеживать его
перемещение — особенно в темноте.
Это подтверждается и
наличием у собаки гораздо
большего числа палочек в
центральной части сетчатки, чем у
человека. Палочки и есть
клетки, чувствительные к
свету при низком освещении и не
чувствительные к цвету.
Но вопрос остается —
видят ли собаки цвет? В конце
концов, ваши опыты
показывают, что какое-то явление,
по-видимому, есть. И
новейшие исследования говорят о
том, что собаки
действительно имеют цветовое зрение,
но оно двухцветное.
Это означает, что собаки
видят только часть цветов
спектра, а не весь спектр, доступный
человеку с его трехцветным
зрением. Вероятно, собаки не
видят область цветов от
зеленого до красного. И это
означает, что они различают больше
оттенков желтого и голубого.
Звезды
и планеты
Ковш Большой Медведицы с точки зрения
инопланетян
Моделирование пылевой бури на Марсе
Образцы почвы для микроорганизмов
Вычисление относительных расстояний планет
Вычисление относительных размеров планет
Измерение атмосферного отражения,
или «пепельный свет»
Демонстрация вспышек пульсаров
Изготовление классических солнечных часов,
Использование солнечного излучения
для дистилляции воды
Иллюзорный вид поверхности планет
Вычисление времени по движению планет
Изготовление дневного лунного локатора
Моделирование полного и частного
солнечных затмений
Сравнение стандартного
и астрономического времени
250
Звезды и планеты
Ковш Большой Медведицы
с точки зрения инопланетян
Вам понадобятся
• Лист ватмана размером
40 х 56 см
• Кусок пенопласта
(40 х 56 см)
• Бумага синего цвета
• Семь деревянных
штырей (0,5 х 25 см)
• 6-вольтовая батарейка
для фонаря
• Семь лампочек и
патронов для лампочек от
фонарика
•1,5 метра желтого
провода
• 1,5 метра синего провода
• Желтый мелок
• Красный мелок
• Клей
• Клеевой пистолет
• Линейка
• Скотч
• Точилка для карандаша
Для наблюдателя в другой
планетной системе видимый
нами рисунок созвездий
будет совершенно иным.
Звезды существуют везде, по
всему пространству pi на
разных расстояниях от
Земли. Это означает, что
рисунок из звезд, который мы
воспринимаем как
созвездие, в действительности
является звездной
конфигурацией с протяженностью в
сотни световых лет, и из
другой точки пространства он
будет виден совершенно
иначе. В этом опыте вы
воспроизведете ковш Большой
Медведицы и затем
посмотрите на него с точки зрения
инопланетянина.
Сетка расстояний
Порядок действий
1. С помощью линейки и
мелка разделите лист
ватмана сетью, состоящей из 140
квадратов со стороной в 4 см.
Для этого, положив лист на
стол, по его левому и
правому краям нанесите 10
отметин с интервалом 4 см. Затем
нанесите 14 отметин по
верхнему и нижнему краям с ин-
Звезды и планеты
251
тервалом 4 см.
Соедините верхние и
нижние отметины
между собой, то же самое
сделайте и с
боковыми отметинами.
2. Пронумеруйте
квадраты, начиная с
левого нижнего угла,
где вы желтым
мелком поставите цифру
«1», и, идя вверх,
дойдете до числа 10.
3. Начав с квадрата
«1» и идя вправо, вы
красным карандашом
отмечаете квадраты до числа 14.
Красные числа
представляют собой Х-координату
(горизонтальную ось), а
желтые числа — Y-координату
(вертикальную ось). Будем
считать, что до
первого ряда — 75 световых
лет, а каждый
последующий ряд на 5
световых лет дальше.
4. Нанесите на
пенопласт клей и прижмите
к нему ватман. Дайте
клею засохнуть.
5. Отрежьте
деревянные штыри так, чтобы
получить штыри
длиной 25, 24, 23, 22 (2 шт.)
и 20 (2 шт.) см.
Вид лампочек сверху
0--О.
CL
Установка из картона
и лампочек
'••Q-
■6
6. Точилкой заточите один
конец каждого штыря.
7. Используя клеевой
пистолет, прикрепите патрон
для лампочки к плоскому
концу каждого штыря.
Вкрутите в патроны лампочки.
Звезда
Бенетнаш
Мицар
| Ал йот
Мегрец
Фекда
Мерак
Дубхе
Длина
штыря
24 см
25 см
23 см
22 см
20 см
20 см
22 см
Координаты
Х= 1,
Х = 4,
Х = 6,
Х = 8,
Х = 9,
Х= 12,
Х= 13,
Y = 5
Y = 3
Y = 2
Y = 3
Y = 3
Y = 3
Y = 9
252
Звезды й планеты
8. Разрежьте синий провод
на 7 кусков длиной 40, 34, 24,
17, 15, 12 и 8 см.
9. Разрежьте желтый провод
на 7 кусков такой же длины.
10. Оберните синей
бумагой батарейку и закрепите
бумагу.
Сборка Ковша
Порядок действий
1. Семь звезд составляют
ковш, и каждый штырь со
своей лампочкой
представляет собой звезду. Вы должны
собрать ковш, звезда за
звездой, втыкая острый конец
каждого штыря в пенопласт,
в точку с координатами X и Y,
приведенными в таблице. В
этой таблице кроме
координат даны и названия звезды.
Каждая координата
соответствует центру квадрата, если
нет других указаний.
2. Соедините 40-см куском
синего провода один полюс
батарейки с одним
контактом первой звезды (Бенет-
наш). Соедините 34-см
куском Бенетнаш с Мицаром и
продолжите соединение
звезд, пока не используйте
весь синий провод.
3. Повторите эту
процедуру с желтым проводом, так
чтобы все лампочки были
соединены в параллельную
цепь и зажигались (см.
рисунок).
4. Потушите свет и
посмотрите на звезды с расстояния
1,5 — 2 метров вдоль поверх'-
ности стола. Вы можете
немного подправить высоту
штырей, чтобы рисунок
ковша лучше соответствовал его
виду на небе.
Результат
Если вы займете правильную
позицию, то в конфигурации
ваших звезд увидите ковш.
Помните, что это лишь
видимая форма и видна она так
только с Земли. Если вы
начнете двигаться вокруг
созвездия, форма ковша
начнет меняться и вскоре станет
неузнаваемой. Двигаясь
влево, вы увидите
конфигурацию, которая может быть
видна от звезды Арктур
созвездия Волопаса. Двигаясь
направо, вы увидите
конфигурацию, видимую от звезды
Денебола — самой дальней
точки созвездия Большой
Медведицы.
Звезды и планеты
253
Моделирование пылевой бури
на Марсе
Вам понадобятся
• Неглубокая картонная
коробка
• Гипс
• Краска — темпера
коричневого цвета
• Картонное ведерко
• Старая столовая ложка
• Сахарный песок
• Мелко молотый кофе
• Пять почтовых
открыток
• Фломастер
• Фотоаппарат со
вспышкой
Многие годы наблюдатели
Марса удивлялись
изменению деталей поверхности
Красной планеты: синхронно
с расширением и
уменьшением полярных шапок большие
области на поверхности
Марса становятся ярче или
темнее, и многие ученые думали,
что это обусловлено
сезонными изменениями
растительного мира. Но после посадки
«Викинга» все прояснилось.
Сильные пылевые бури
обнажают новые детали рельефа и
скрывают старые. Это
означает, что целые регионы
планеты могут изменить цвет и
структуру при ветрах,
дующих со скоростью 480 км в час
и разрушающих сухую,
нестабильную поверхность.
Используя фотоаппарат, мы
продемонстрируем в этом
опыте, как сдуваемая почва
может изменить
наблюдаемый облик Марса.
Рельеф Марса
Порядок действий
1. Смешайте в ведерке
гипс с водой и сделайте
густую замазку. Добавьте
коричневую краску, чтобы
замазка стала коричневой.
2. Перенесите замазку в
картонную коробку и быст-
254
Заезды и планеты
ро распределите замазку по
всей коробке с помощью
ложки, сформировав
«рельеф» из плоских равнин и
горных хребтов. Дайте рельефу
засохнуть.
3. Насыпьте сахарный
песок на рельеф, почти
полностью закрыв его. В угол
коробки положите почтовую
открытку с написанной на
ней буквой «А».
4. Установите
фотоаппарат над коробкой, чтобы в
кадр не попали ни пол, и ни
столешница.
5. Сфотографируйте
рельеф Марса в его «основном
состоянии».
6. Встаньте у края коробки
и подуйте на сахар, чтобы он
переместился и собрался в
других местах. Поместите в
угол коробки почтовую
карточку с буквой «Б».
7. Установив фотоаппарат
в том же месте, что и раньше,
сфотографируйте новый
рельеф Марса.
8. Перейдите к
противоположному концу коробки и
дуньте еще раз. В угол
коробки положите карточку с
буквой «В» и сфотографируйте
коробку.
9. Аккуратно высыпьте
сахарный песок в мусорную
корзину и замените его
молотым кофе.
10- Подуйте на кофе с двух
сторон, как и раньше и,
пометив оба изменения
буквами «Г» и «Д»,
сфотографируйте новые рельефы.
Результат
Ваши фотографии покажут
заметные изменения в
марсианском рельефе после
устроенных вами четырех
пылевых бурь. Фотографию с
карточкой «А» поместите в
ряд под первым номером.
За ним поместите
остальные фотографии, и вы
заметите существенные
изменения.
Звезды и планеты
255
Образцы почвы
для микроорганизмов
Вам понадобятся
• 3 маленькие стеклянные
банки
• Миска
• Большая кастрюля
• Щипцы
• Полотенце
• Песок для аквариумов
• Соль
• Сахар
• Разрыхлитель для теста
• Два пакетика дрожжей
• Мерная ложка
• Мензурки
• Длинная ложка для
мороженого
• Широкий скотч
• Фломастер
Этот опыт моделирует
метод тестирования почвы,
использованный космическим
аппаратом «Викинг»,
посланным на Марс в 1976 году.
Образцы почвы были взяты на
борт, разбавлены
жидкостью, богатой питательными
веществами, стимулированы
светом и поставлены в тепло.
Все эти действия были
направлены на создание среды,
.оптимальной для роста и
воспроизводства
микроорганизмов. Поиск жизни
осуществлялся путем регистрации
исходящего из почвы газа,
температуры, веса и длительных
химических реакций.
Порядок действий
1. Поставьте банки в
большую кастрюлю и налейте в
кастрюлю воды, чтобы она
полностью покрыла банки.
Достаньте из кастрюли
банки и доведите воду до
кипения.
2. Щипцами аккуратно
опустите банки в кипяток на
30 секунд и щипцами же
достаньте их и положите на
полотенце сушиться.
3. Когда банки остынут,
наполните их на две трети
песком.
4. Добавьте к песку в
первой банке две чайные ложки
соли и длинной ложкой
перемешайте ее с песком.
Напишите слово «Соль» на кус-
256
Звезды и планеты
ке бумаги и скотчем
прикрепите его к этой банке.
5. Добавьте к песку во
второй банке 2 чайные ложки
разрыхлителя теста и
подпишите банку.
6. К песку в третьей банке
нужно добавить 2 пакетика
дрожжей и подписать банку.
7. Для моделирования
низкой температуры на Марсе
поставьте банки в
холодильник на ночь.
8. На следующий день
растворите в миске полстакана
(120 мл) сахара в литре
теплой воды (4 стакана).
9. Достаньте банки из
холодильника и в каждую
добавьте одинаковое
количество сахарного сиропа.
10. Поставьте банки в
светлое место и понаблюдайте за
ними примерно 10 минут.
Потом не трогайте банки в
течение одного часа.
Результат
Через час окажется, что
банки по-разному реагируют на
раствор сахара. Соль в
первой банке никак не
отреагировала на сироп и выглядит
так же, как и раньше. В
банке с разрыхлителем сначала
начали появляться пузыри и
пена, но затем реакция
затухла и пена спала. В банке
же с дрожжами реакция на
сироп все еще
продолжается, появляются пузыри, и
песок на дне банки бурлит.
Объяснение
При поиске жизни ученые
должны четко отличать
инертные химические
реакции от органических. В
почве много веществ (например,
кальций) или состояний
(например, кислотность),
способных реагировать на
составляющие питательных
Звезды и планеты
257
растворов. Но эти реакции
очень быстрые, мгновенные
и не предполагают сложных
органических реакций
микроорганизмов. В то же время
баночка с дрожжами пока-
Очень трудно представить
ошеломляющие масштабы
космического пространства.
Наша Солнечная система,
которая так красиво
представлена на рисунках и моделях,
является огромным
семейством планет и спутников.
Чтобы дать представление о
гигантских расстояниях до на-
9- Занимательные опыты
зывает, что дрожжи
размножаются, используя сахар. К
всеобщему разочарованию,
поиски «Викингом» жизни
на Марсе не принесли
положительного результата.
ших ближайших соседей,
ученые создали специальную
шкалу. При этом расстояния
между планетами
преобразуются в пропорциональные им
величины и вся Солнечная
система может быть
представлена легко и понятно.
В этом опыте вы,
используя карты и булавки, можете
представить относительные
расстояния между
планетами Солнечной системы. При
этом вы переведете
астрономические расстояния в
географические. Вначале
изучите таблицу, чтобы понять
относительные расстояния
планет от Солнца. Затем вы
переведете эти значения в
меньшие, но
пропорциональные им значения.
При знакомстве с таблицей
нужно понимать, что планеты
Вычисление относительных
расстояний планет
Вам понадобятся
• Большая карта вашего
места жительства
(например, карта Москвы)
• Калькулятор
• Булавка
• Линейка
• Пластилин
• Маленький блокнот
• Фломастер
258
Звезды и планеты
обращаются вокруг
Солнца не по
круговым орбитам, а по
эллипсам. Это означает,
что расстояние между
Солнцем и планетой
меняется в
зависимости от положения
планеты на орбите. Для
упрощения
вычислений значения,
приведенные в таблице,
являются средними
значениями расстояния
планеты от Солнца.
Вычисление относительных
расстояний планет
Чтобы вычислить
относительные расстояния планет
Солнечной системы, вы должны
какое-то из них принять за
единицу. Ясно, что удобнее
всего выбрать для этого
расстояние от Земли до Солнца.
Тогда разделим расстояния
всех других планет на
расстояние Сслнце-Земля и
получим их относительные
расстояния. Начнем с Плутона:
1 I ^ЛГ-МИ/Т? si
L.--rff
Расстояние Плутона
от Солнца -г- Расстояние
Солнце-Земля = 39
Плутон в 39 раз дальше
Земли от Солнца.
Далее проделаем такие же
вычисления для всех планет
(см. таблицу).
Перенос расстояний
планет на карту местности
Имея теперь относительные
расстояния, нужно так
пересчитать эти значения, чтобы
нанести их на карту вашей
Расстояние
от Солнца
Миллионы
километров
Меркурий
58
Венера
108
Земля Марс Юпитер Сатурн Уран Нептун Плутон
150 228 779 1434 2870 4491 5869
Звезды и планеты
259
местности. При уменьшении
шкалы нужно учитывать два
вида соотношений:
относительные расстояния планет
от Солнца и относительные
размеры самих планет по
отношению друг к другу и к
Солнцу. Вычислять
относительные размеры планет мы
будем в другом опыте. А пока
представим Землю в виде
апельсина, а всю Солнечную
систему — как область
размером с город Нью-Йорк.
Если вы живете не в
Нью-Йорке, то можете заменить его
любым другим городом или
районом.
В качестве основной
единицы возьмем расстояние
Солнце-Земля. Вспомним,
что Плутон в 39 раз дальше
Земли от Солнца, и
аккуратно нанесем первую точку.
Пусть наше Солнце
расположено в холле небоскреба
Empire State Building, что на
34-й улице, а Земля
расположена посередине
Центрального вокзала, на 42-й улице.
Линейкой измерьте
расстояние между этими объектами.
Это расстояние и будет
соответствовать расстоянию
Солнце-Земля (150 млн км),
оно и станет той единицей, в
которых мы будем
вычислять расстояния до всех
прочих планет. На вашей карте
поместите острие циркуля
на Empire State Building, а
карандаш циркуля — на
Центральный вокзал. Опишите
циркулем крут,
соответствующий орбите Земли вокруг
Солнца. Положение Солнца
и Земли пометьте булавками.
Используя значения
относительных расстояний, уже
вычисленные вами,
определите положение внутренних
планет — Меркурия и
Венеры — и циркулем нарисуйте
их орбиты. Вы можете в
любом месте их орбит булавкой
отметить положение
планеты. Но для удобства давайте
разместим наши планеты к
северу от Солнца, т. е. от 34-й
улицы; тогда Меркурий
окажется на 37-й улице, а
Венера — на 40-й.
Теперь также определим
положения внешних планет
и нарисуем их орбиты.
Продолжим движение к северу
от 34-й улицы: Марс будет
располагаться на 47-й улице,
Юпитер на 105-й, около
конца Центрального парка, а
Сатурн на 134-й улице, в
Гарлеме. Уран окажется на 244-й
260
Звезды и планеты
улице, в Ривердейле; Неп- обозначьте положение пла-
тун — в северной части горо- нет булавками. Надпишите
да Йонкерса, а Плутон — в на карте названия планет,
городе Тарритауне, в 35 км На головку булавки наклей-
от здания Empire State те маленький кусочек плас-
Building. тилина, по размеру соот-
Циркулем нарисуйте ор- ветствующий размеру пла-
биты внешних планет и неты.
Относительные расстояния планет от Солнца
Расстояние Плутона (от Солнца) -г- Расстояние Солнце-Земля = 39
Плутон в 39 раз дальше от Солнца, чем Земля
Расстояние Нептуна -г- Расстояние Солнце-Земля = 30
Нептун в 30 раз дальше от Солнца, чем Земля
Расстояние Урана -г Расстояние Солнце-Земля = 19
Уран в 19 раз дальше от Солнца, чем Земля
Расстояние Сатурна ч- Расстояние Солнце-Земля = 9,6
Сатурн в 9,6 раза дальше от Солнца, чем Земля
Расстояние Юпитера ч- Расстояние Солнце-Земля = 5,2
Юпитер в 5,2 раза дальше от Солнца, чем Земля
Расстояние Марса ч- Расстояние Солнце-Земля = 1,5
Марс в 1,5 раза дальше от Солнца, чем Земля
Расстояние Венеры ч- Расстояние Солнце-Земля = 0,72
Расстояние Венеры от Солнца составляет 72% расстояния Земли от Солнца
Расстояние Меркурия ч- Расстояние Солнце-Земля = 0,39
Расстояние Меркурия от Солнца составляет 39% расстояния Земли от Солнца
Звезды и планеты
261
Вычисление относительных
размеров планет
Вам понадобятся
• Большой лист ватмана
• Фломастер
• Циркуль
• Линейка
• Тесемка
• Карандаш
• Скотч
Планеты Солнечной
системы сильно различаются
по размеру. Чтобы понять,
насколько велика эта
разница, ученые создали
относительную шкалу. Это
означает, что они уменьшили
диаметры планет в несколько
раз, чтобы их было легче
сравнивать между собой и с
Солнцем. В этом опыте вы
сами создадите
масштабный рисунок,
представляющий все планеты нашей
системы.
Сначала ознакомьтесь с
приведенной здесь
таблицей. В таблице приведены
диаметры планет. При
помощи калькулятора эти
значения можно уменьшить в
несколько раз.
Вычисление размеров
планет
Начнем с определения
диаметра самой большой
планеты — Юпитера — по отноше-
\ /
V
Относительные размеры планет в сравнении с Солнцем
262
Звезды и планеты
нию к диаметру самой
маленькой планеты — Плутона.
Затем по отношению к
Плутону определим диаметры
всех прочих планет. У вас
должны получиться
следующие значения:
Диаметр Юпитера -г
Диаметр Плутона = 59,8
Юпитер примерно в 60 раз
больше Плутона
Диаметр Сатурна ч-
Диаметр Плутона =50,4
Сатурн примерно в 50 раз
больше Плутона
Диаметр Урана -г
Диаметр Плутона = 21,4
Уран примерно в 21 раз больше
Плутона
Диаметр Нептуна ч-
Диаметр Плутона = 20,7
Нептун примерно в 21 раз
больше Плутона
Диаметр Марса ч-
Диаметр Плутона = 2,84
Марс примерно в 3 раза
больше Плутона
Диаметр Земли ч-
Диаметр Плутона = 5,34
Земля примерно в 5,3 раза
больше Плутона
Диаметр Венеры ч-
Диаметр Плутона =5,06
Венера чуть более чем в 5 раз
больше Плутона
Диаметр Меркурия ч-
Диаметр Плутона = 2,04
Меркурий примерно в 2 раза
больше Плутона
Солнце
Меркурий
Венера
Земля
Марс
Юпитер
Сатурн
Уран
Нептун
Плутон
Диаметр (км)
1 392 000
4 879
12 104
12 756
6 794
142 984
120 536
51 118
49 528
2 390
Вычисление размера
Солнца
Диаметр Солнца так велик,
что мы вынуждены для
вычисления его размера
заменить диаметр Плутона
диаметром Юпитером.
Диаметр Солнца •*- Диаметр
Юпитера = 9,73
Солнце почти в 10 раз больше
Юпитера.
Звезды и планеты
263
Создание масштабного
рисунка
Проделав эти вычисления,
вы можете приступить к
созданию рисунка, на котором
все планеты и Солнце будут
изображены в одном и том
же масштабе. Такой рисунок
будет отражать реальное
соотношение их размеров.
Начать нужно с подбора
масштабного коэффициента.
Нужно помнить, что
размеры Солнца и Плутона
слишком различны: Солнце
примерно в 600 раз больше
Плутона. Поэтому в качестве
диаметра Плутона нужно взять
как можно более маленький
эквивалент. Попробуйте,
например, величину 0,3 см.
Предположите, что диаметр
Плутона равен этому
значению, и определите размеры
остальных тел. В этом случае
диаметр Юпитера будет
равен 17,9 см, а диаметр
Солнца — 1,75 м! Если эти
значения кажутся вам слишком
большими, возьмите
меньшее значение для размера
Плутона.
Центры всех планет
нужно расположить на одной
линии. Чтобы нарисовать
циркулем круги,
соответствующие размерам планет,
нужно ножки циркуля
раздвинуть на величину радиуса
планеты. Вы определите
радиус планеты, разделив ее
диаметр на 2. Для Плутона,
Меркурия, Марса, Венеры и
Земли отметьте на линии
центры планет, поместите в
каждую точку острие
циркуля и опишите круг
соответствующего радиуса: вы
получите изображение каждой
планеты (Плутон и
Меркурий настолько малы, что
нарисовать их можно даже без
циркуля). Если ваш циркуль
маленький, то большие
планеты с его помощью
нарисовать не удастся. В этом
случае можно использовать
тесемку. Найдите центр
каждой из этих планет, отмерьте
кусок тесемки, равный
радиусу данной планеты,
закрепите один конец тесьмы в
центре планеты, а ко
второму концу прикрепите
карандаш. Держа тесьму
натянутой, опишите круг вокруг
центра. Так вы можете
нарисовать большие планеты.
Раскрашивание рисунка
Вы можете раскрасить свои
планеты, так чтобы они ста-
264
Звезды и планеты
ли похожи на то, что мы
видим на небе. Для этого
используйте научные
иллюстрации и снимки, полученные
космическими зондами: на
них видны детали
поверхности и облачная структура
атмосферы планет.
Вам понадобятся
• Два больших куска
черного картона
• Черная матовая краска
• Маленькая кисть (для
черной матовой краски)
• Белая краска
• Большая кисть (для
белой краски)
• Шарик для пинг-понга
Когда мы наблюдаем
фазы Луны, то видим только ее
освещенную часть, в то
время как остальная часть
диска остается невидимой. Но
иногда бывает виден
«бледный призрак» неосвещен-
Выставочный экземпляр
Если вы на этом же рисунке
поместите изображение
2 Солнца, то рисунок может
а получиться очень большим.
Попробуйте использовать
Солнце как фон для
остальных планет.
• Деревянная спица
• Маленький брусок из
пенопласта
• Настольная лампа с
абажуром и слабой
лампочкой
• Темная занавеска
• Острый гвоздь
• Скотч
• Стол
ной части лунного диска. Вы
можете иногда наблюдать
этот очаровательный
эффект, когда Луна видна в
форме тонкого месяца. Что
это такое и откуда оно
берется? Наш опыт поможет
Измерение атмосферного
отражения, или
«пепельный свет»
Звезды и планеты
265
Установка «Пепельный свет»
вам разобраться в этом
явлении «пепельного света»
Луны, связанном с
атмосферным отражением.
Порядок действий
1. Маленькой кисточкой
покрасьте половину шарика
для пинг-понга в черный
цвет. Дайте краске
высохнуть.
2. Гвоздем проткните
маленькую дырочку на границе
черной и белой половинок
шарика. Просуньте конец
спицы в дырочку, пока он не
дойдет до поверхности.
Другой конец спицы воткните в
пенопластовый брусок. Это и
будет вашей моделью Луны.
3. Разрежьте, согните и
закрепите черный картон так,
чтобы он поддерживал
другой кусок картона в
вертикальном положении (см.
рисунок) . Гвоздем сделайте
дырочку в вертикальном куске
картона.
4. Поставьте картон на
край стола, а лампу
расположите перед ним так, чтобы
свет от абажура падал на
нижнюю часть картона, но не
попадал в отверстие.
Убедитесь, что лампа не мешает
смотреть вам через дырку.
5. Поставьте модель Луны
на противоположную
сторону стола и покрутите шарик
так, чтобы увидеть светлый
месяц, когда вы смотрите
через дырочку в картоне.
6. Повесьте темную
занавеску позади модели Луны.
7. Включите лампу и
выключите в комнате свет.
Посмотрите на «месяц» через
дырочку в картоне и
запишите свои наблюдения.
Затем включите в комнате свет
и выключите лампу.
8. Белой краской с
помощью большой кисти
нарисуйте на стороне картона,
обращенного к лунной модели,
крупные облака. Они должны
быть такими большими,
чтобы почти весь картон стал
белым.
266
Звезды и планеты
Согните
и закрепите
Сооружение картонной ширмы
9. Поставив лампу так же,
как и прежде, выключите
свет в комнате и посмотрите
на «месяц»в дырочку.
Запишите свои наблюдения.
Результат
Хотя в обоих случаях вы,
вероятно, увидите весь шарик,
в первой части опыта, глядя в
дырочку на черной стороне
картона, вы увидите яркий
белый «месяц», а остальная,
темная часть «Луны» будет
почти сливаться с темной
занавеской за ней. Во второй
части опыта вы, глядя через
дырочку в картоне с
белыми «облаками»,
увидите не только
яркий месяц, но и
остальную часть
лунного диска,
выделяющуюся на
простыне сзади. Это
и есть «пепельный
свет» Луны.
Объяснение
Кусок картона с
нарисованными на
нем облаками представляет
собой аналог земной
атмосферы с высокой
отражательной способностью.
Такая атмосфера бывает, когда
небо затянуто плотными
облаками. Ураганы, полярные
штормы и даже некоторые
виды загрязнения могут
усиливать отражательную
способность атмосферы.
Поэтому, когда в будущем вы
увидите полную Луну во время
ее неполных фаз, вы будете
знать, что причиной этого
является наш неспокойный
климат.
Звезды и планеты
267
Демонстрация вспышек
пульсаров
Вам понадобятся
• Две 1,5-вольтовые
батарейки
• Шарик для пинг-понга
• Пластилин
• Две спицы
• Плотная бумага
• Электрический
паяльник
• Лампочка от фонаря с
патроном
• Проволока
• Острый гвоздь
• Отвертка
• Вращающаяся
подставка (например,
гимнастическая или для торта)
Взрывающиеся звезды
(астрономы называют их
новыми) выбрасывают сотни
миллионов тонн газа и пыли в
космическое пространство и
создают захватывающее
зрелище для астрономов. Но не
все взрывающиеся звезды
полностью разрушаются.
Некоторые из них после
взрыва сжимаются до
состояния очень плотной звезды.
Вещество таких звезд столь
плотное, что его отдельные
атомы лишены электронов.
Ядра этих атомов,
называемые нейтронами, плотно
упакованы и образуют
нейтронную звезду. Этот опыт
показывает странное
поведение нейтронных звезд.
Сборка звезды
Порядок действий
1. Соедините батарейки
полюсами, так чтобы
положительный полюс одной
батарейки соприкасался с
отрицательным полюсом другой.
Оберните батарейки плотной
бумагой и закрепите ее.
2. Гвоздем проткните две
маленькие дырочки на
противоположных сторонах
шарика для пинг-понга.
Воткните в каждую дырочку спицу.
3. Между спицами
проткните в шарике большую
дырку. В эту дырку должна
поместиться лампочка.
268
Звезды и планеты
Пульсар
.Шарик для
пинг-понга
Лампочка
с патроном
Нанесите пластилин
слоями и разровняйте
Покрытие шарика
для пинг-понга
Сборка
4. Не вынимая спиц,
намажьте шарик пластилином.
Будьте осторожны, не
замажьте дырочку для
лампочки.
5. Разровняйте пластилин
по шарику и вытащите
спицы.
6. Прикрепите провода к
клеммам патрона для
лампочки и соедините концы
проводов с полюсами
батареи.
7. Приклейте патрон для
лампочки к верхней части
соединенных батареек,
вверните лампочку в патрон и
аккуратно наденьте на
лампочку шарик.
атареики
щающиися
круг
Действие
8. Поставьте свою
«звезду» в центр вращающейся
платформы. Постарайтесь
поставить звезду как можно
ближе к центру, так чтобы
она не качалась во время
вращения платформы.
9. Выключите свет,
поместите лицо на уровень
шарика и покрутите платформу.
Результат
Два луча света вырываются
из противоположных сторон
«звезды». Когда вы вращаете
пульсар на платформе, эти
лучи появляются и исчезают
с одинаковыми
интервалами.
Звезды и планеты 269
Объяснение
Нейтронные звезды
вращаются очень быстро.
Некоторые из них, видимо, имеют
«горячие пятна» излучения
(в форме радиосигналов) на
противоположных сторонах;
мы видим эти пятна как
вспышки, или пульсации,
при вращении звезды.
Нейтронные звезды, ведущие
Вам понадобятся
• Две большие рифленые
картонные коробки
• Ножницы
• Циркуль
• Транспортир
• Фломастер
• Линейка
• Клей
• Скотч
Вероятно, люди начали
измерять время, наблюдая за
перемещением тени в
течение дня. Археологи считают,
что многие древние соору-
себя таким образом,
называются пульсарами. Измеряя
частоту их пульсаций,
ученые определяют размер и
скорость вращения звезды.
Лучи света шарика
имитируют вспышки излучения
пульсара. Измерив интервал
между вспышками, ученые
вычисляют скорость
вращения пульсара.
Солнечные часы
жения, такие как Стонхендж
в Англии и пирамиды в
Египте, были созданы для
Определения времени, сезонов года
или движения светил. По-ви-
Изготовление классических
солнечных часов
270
Звезды и планеты
димому, древнегреческие
астрономы создали солнечные
часы, похожие на те, что у
многих стоят в саду и состоят
из циферблата и гномона
(треугольного указателя).
Порядок действий
1. Вырежьте из картонной
коробки два квадрата со
стороной 40 см.
2. С помощью линейки и
фломастера соедините
противоположные углы одного
квадрата. В точке пересечения
линий будет центр квадрата.
3. Поставьте острие
циркуля в центр и, установив
карандаш циркуля на
расстоянии 18 см от центра,
опишите вокруг центра круг.
Диаметр вашего круга должен
быть 36 см.
4. Разделите половину
окружности на 12 равных частей.
Начав с левой стороны,
обозначьте эти части номерами: 6,
7,8,9,10, 11,12, 1,2,3,4,5.
5. Чтобы изготовить
гномон, используйте второй
кусок картона. От угла вдоль
одной из сторон начертите
линию длиной 16 см. Это
будет основная линия.
6. Для точного
определения времени требуется
знание географической широты
вашего места проживания.
Найдите это значение в
атласе или сверьтесь с картой.
7. С помощью
транспортира отложите этот угол с одной
стороны от основной линии.
8. Проведите линию
длиной 40 см под этим углом.
Соедините конец этой линии со
вторым концом основной
линии, и вы получите острый
треугольник. Это и есть
гномон. Вырежьте его.
9. Вдоль нижней части
треугольника отогните полосу
шириной 1 см.
10. На циферблате
проведите линию от числа 12 к
центру круга и отмерьте 2 см
вдоль этой линии от центра в
сторону числа 12. Отметьте
эту точку.
11. Намажьте внешнюю
сторону складки
треугольника клеем и приклейте его к
циферблату, так чтобы его
уголок совпадал с
отмеченной точкой.
12. Теперь вы должны
сориентировать часы так,
чтобы верхняя сторона
треугольника указывала на
север. Для этого вы можете
использовать компас или
Полярную звезду.
Звезды и планеты
271
13. Для определения
времени по солнечным часам
нужно посмотреть на тень,
которую отбрасывает верхняя
граница треугольника на
циферблат: край тени, как
стрелка, указывает время дня.
Объяснение
Движение Солнца по
небосводу вызывает перемещение
тени, которую треугольник
отбрасывает на циферблат.
Край тени указывает время
дня. Положение тени на
циферблате определяется
видимым движением Солнца по
небу — с востока на запад — и
показывает солнечное время,
которое отличается от
привычного для нас
гражданского (поясного) времени.
Как известно, Земля
круглая. Когда вы перемещаетесь
Сборка солнечных часов
2 <я 3
s&s !
$? !
16 см # Полярная _^^
/ звезда С)<
° ' \Х
Готовые
солнечные часы
272
Звезды и планеты
по поверхности Земли, вы
видите над головой разные
части неба. Если ваш друг,
живущий в 300 км к западу
от вас, имеет такие же, как у
вас, солнечные часы, то в
полдень по вашим часам он
увидит на своих часах
приблизительно без четверти
двенадцать.
Вам понадобятся
• Большой круглый
пластиковый таз
• Стакан
• Два маленьких чистых
камушка
• Целлофан
• Скотч
• Грязная вода
Что делать, если вы
оказались в диком месте, где очень
жарко, а вы захотели пить,
Выставочный экземпляр
Составьте таблицу
сравнения гражданского и
солнечного времени в течение дня.
Показывают ли ваши
солнечные часы 12 часов дня в
то же время, что и ваши
наручные часы? И как это
связано с широтой вашего
места? Как скажется, введение
летнего времени на значения
чисел в вашей таблице?
но вокруг нет ничего, кроме
текущего поблизости
грязного ручья? Наверное, вы
выпьете грязную воду. Но
кроме того что она будет
противной на вкус, в нем
могут оказаться
болезнетворные микробы! Однако если у
вас будут перечисленные
выше предметы, то вы
сможете очистить воду.
Порядок действий
1. Смешайте в ведре воду с
грязью. Но вода не должна
быть слишком густой от грязи.
Использование солнечного
излучения для дистилляции
воды
Звезды и планеты
273
2. Налейте грязную воду в
таз. Глубина воды в тазике не
должна превышать 5 см.
3. Выставьте таз на целый
день на солнце.
4. Положите один из чистых
камней в стакан и поставьте
стакан в центр таза. Если
стакан начнет всплывать,
добавьте в него другой камень.
5. Накройте таз
целлофаном. Хорошо натяните
целлофан и закрепите его на
краях тазика.
6. Положите второй
камень на целлофан, прямо над
стаканом. Камень должен
быть достаточно тяжелым и
вытянуть целлофан вниз,
внутрь стакана.
7. Проверяйте ваш
дистиллятор в течение дня.
Результат
Капли воды образуются на
внутренней стороне целло-
Дистиллятор
Вид в разрезе тазика,
фана. Они стекают к центру
и там сливаются друг с
другом. Когда они становятся
достаточно тяжелыми, то
падают вниз, в стакан. В конце
дня ваш стакан должен
заполниться чистой водой. Эта
вода будет не очень вкусной,
но она будет чистой и
безопасной.
Объяснение
Под целлофаном становится
жарко и начинается
испарение воды. Водяной пар
собирается в маленькие капли на
внутренней стороне
целлофана. Эти капли состоят из
чистой, дистиллированной
воды. Это нагретая вода,
которая испарилась, оставив
грязь в тазу. Из-за того что
целлофан в центре
провисает, капли скользят вниз и,
объединяясь в большие
капли, падают в стакан.
Сконденсированная
на целлофане вода
капает в стакан
целлофана и стакана
274
Звезды и планеты
Выставочный экземпляр
Определите время
заполнения вашего стакана чистой
водой. Попробуйте провести
этот опыт с разным
количеством грязи. Меняется ли
В 1877 году итальянскому
астроному Джованни Скиа-
парелли показалось, что он
видит на Марсе нечто
необычное. Его телескоп был
достаточно мощным, чтобы
заметить детали на
поверхности Красной планеты, но
степень очистки?
Попробуйте очистить другие
жидкости, например раствор соли, и
запишите результат. Как вы
бы использовали
дистиллятор, если вода недоступна?
недостаточно мощным,
чтобы четко их показать. В
конце концов Скиапарелли
объявил всему миру, что
поверхность Марса покрыта сетью
искусственных каналов.
Вскоре многие люди
поверили, что марсианские
инженеры построили эти каналы
для спасения своей
высыхающей и умирающей
планеты. Окончательно люди
поверили в этот миф после
радио-драмы Орсона Уэллса в
1938 году.
После
усовершенствования конструкций телескопов
в 1920-х годах первую
детальную карту Марса
составил французский астроном
Эжен Антониади. Она
показала отсутствие
искусственных каналов, но миф о них
сохранился чуть ли не до на-
Иллюзорный вид
поверхности планет
Вам понадобятся
• Большой квадратный
лист красного картона
• Карандаш
• Тесьма
• Черная краска
• Кисть
• Черная бумага
• Скотч
• Ножницы
• Бинокль
• Большая комната
Звезды и планеты
275
ших дней. Окончательно
этот миф был развеян только
после запуска
американского зонда «Викинг».
Однако до сих пор
некоторые люди заявляют, что
видят странные объекты на
Марсе и даже что на очень
детальных фотографиях
видны необычные образования,
которые, по мнению многих,
являются признаками
существовавшего когда-то разума
на Марсе. Вероятно,
наиболее известной особенностью
является «гигантское лицо»,
найденное в Долинах Мари-
нера — гигантском ущелье в
районе экватора. Но
большинство серьезных ученых
разоблачают реальность
этих картин, в чем вы и
убедитесь, проделав этот опыт.
Иллюзорные
каналы на Марсе
Порядок действий
1. Разбавьте черную
краску, чтобы она стала очень
жидкой, но все еще
непрозрачной. Окуните кисть в
краску и, встав в 1 м от
красного картона, обрызгайте
картон мелкими каплями.
Капли должны
распределиться случайным образом и
лишь в некоторых областях
картона.
2. После высыхания
краски привяжите один конец
длиной тесемки к
карандашу. Прикрепите свободный
конец тесемки к центру
красного картона и
закрутите карандаш, пока
тесемка не станет короче
половины ширины картона. Держа
тесемку натянутой,
обведите карандашом круг и
вырежьте его.
3. Булавками прикрепите
этот круг в центре листа
черной бумаги.
4. Прикрепите эту бумагу
к стене и встаньте примерно
в 9 метрах от нее.
Посмотрите на изображение «Марса» и
зарисуйте то, что вы на нем
видите.
5. Расфокусируйте
бинокль и посмотрите в него на
«Марс», на смазанное
изображение на нем. Могут ли
эти формы быть результатом
разумной деятельности?
Если это необходимо, сделайте
свои рисунки более
подробными. Посмотрите для
примера, как выглядят
зарисовки лунного диска.
276
Звезды и планеты
6. Постепенно
фокусируйте изображение.
Сохранились ли у четкого
изображения замеченные вами ранее
формы?
Объяснение
Случайное распределение
пятен на Марсе создает
знакомые очертания и формы,
когда изображение размыто.
Для нетренированного глаза
эти объекты могут
показаться
результатом разумного
строительства и
разумной жизни.
Это происходит
из-за
приверженности
человеческого мозга к
составлению связей
— как
пространственных, так и
логических. Когда это
касается
астрономии, эта
способность помогает
разобраться во
взаимосвязях
космических данных. Например,
древние вавилонские
астрономы смотрели вверх и
видели животных, людей и
чудесные объекты в расположении
звезд. Те имена, которые они
дали небесным объектам,
перешли к грекам, а затем к
римлянам, которые и
перевели их на латинский язык. Эти
латинские названия мы
используем до сих пор.
Звезды и планеты
277
Вычисление времени
по движению звезд
Вам понадобятся
• Толстый картон
(60 х 60 см)
• Линейка
• Циркуль
• Транспортир
• Фломастер
• Нитки
• Скотч
• Клей
• Ножницы
• Фонарь (при
необходимости)
• Красный целлофан
(если используется
фонарь)
Солнце — не
единственный объект,, по которому
можно определять время. По
мере унификации и
повышения точности календаря
стало возникать много
приборов, дающих возможность
вычислять время не только
по Солнцу. Средневековые
мореплаватели особенно
увлекались ночными
звездными часами,
использовавшими для определения времени
фиксированное положение
Полярной звезды и
концентрические календарные
круги. Звездные часы отмеряют
видимое движение
созвездий вокруг фиксированной
точки. Они довольно точны,
и их легко сделать.
Изготовление
звездных часов
Порядок действий
I» Скопируйте 6 деталей
звездных часов на картон по
указанным на рисунке
размерам.
2. Вырежьте самый
большой круглый кусок. Это
будет основной циферблат.
3. При помощи линейки и
фломастера разделите
циферблат на 12 секторов и
напишите в каждом секторе
название месяца.
4. Вырежьте маленький
круг. Это будет часовой
циферблат.
5о Разделите часовой
циферблат на 24 сектора, по одному
на каждый час суток. Или же
278
Звезды и планеты
Основной
циферблат
каждую половинку разделите
на 12 частей, указав «до
полудня» и «после полудня».
Внимание: Транспортир
облегчит вам деление круга на 24
части. Разделив 360° на 24,
получим, что одному часу
соответствуют 15°. Поместив транспортир
в центр круга, сделаем отметки
через каждые 1 5°." Проведите
линии, соединяющие каждую
отметку с центром круга.
6. Вырежьте и остальные
крути и соберите часы, как
показано на рисунке.
7. Отрежьте два куска
ниток и приклейте их к
лицевому диску так,
чтобы они проходили
через центр и были
перпендикулярны друг к
другу. Это и будет
вашим перекрестием для
. наведения на Полярную
звезду.
Использование
звездных часов
Порядок действий
1. В ясную звездную
(желательно —
безлунную) ночь выйдите с
этими часами на улицу.
2. Поверните часовой
циферблат так, чтобы его
стрелка указывала на
основном циферблате текущий
месяц.
Внимание: Если в темноте вы не
видите часы, используйте
фонарик, завернутый в красный
целлофан. Этого света хватит, чтобы
увидеть часы. Но не используйте
яркий свет, чтобы глаза
оставались адаптированными к темноте.
3. Чтобы найти Полярную
звезду, сначала найдите
Звезды и планеты
279
Стрелка
Задний
диск
Опорный
диск
С
5 см
zr
Стрелка 20 см
Приклейте указатель к краю
Обзорный диск
|того же размера)
Вырезать секторы
и отогнуть
Сборка звездных часов
Часовой
циферблат
Задний
диск
Основной
циферблат
Стрелка
Приклейте концы секторов
к заднему диску
-®ие
Опорный Обзорный
диск диск
Использование
часов
Полярная
звезда
~~<г
Глаз видит
Полярную
звезду
Стрелка параллельна \
звездам-указателям
о"' **о
Ъ 9
6 * Дубхи
i
1 Мерак
280
Звезды и планеты
Использование
звездных часов
1. Держите часы ручкой вниз
и плоскостью
перпендикулярно линии, соединяющей ваш
глаз с Полярной звездой.
2. Указатель часового
циферблата поставьте на текущий
месяц.
3. Совместите перекрестие
нитей с Полярной звездой.
4. Поверните стрелку так,
чтобы ее внешняя часть была
параллельна линии Дубхе-
Мерак. Внутренняя часть
стрелки покажет время.
ковш Большой Медведицы.
Две звезды на дальнем от
ручки конце ковша — Мерак
и Дубхе — указывают как
раз на Полярную звезду. Эти
две звезды-указатели
помогут вам найти Полярную
звезду и правильно
сориентировать стрелку часов.
4. Удерживая часы
рукояткой вниз, поднесите их к
лицу и посмотрите в
центральную дырочку, чтобы
выставить Полярную звезду на
перекрестие.
5. Глядя на Полярную
звезду, осторожно сдвиньте
стрелку так, чтобы она стала
параллельной двум
упомянутым выше звездам ковша
(см. рисунок). Прямой край
стрелки укажет вам время на
часовом круге.
Объяснение
В Северном полушарии
Полярная звезда остается
неподвижной на небе; вокруг нее
движутся все остальные
звезды против часовой стрелки.
Это означает, что вы можете
рассматривать Полярную
звезду как центр огромного
циферблата часов, а по
движению звезд вокруг нее
определять время. Так как
Большая Медведица — одно
из самых легко узнаваемых
созвездий и к тому же самое
удобное для поиска
Полярной звезды, мы отводим ему
роль « часовой стрелки» в
наших звездных часах.
Если бы не было
орбитального движения Земли вокруг
Солнца, мы бы видели
звезды в одном и том же
положении на небе каждую ночь. Но
из-за орбитального
движения мы каждую ночь чуть-
чуть сдвигаемся и видим
другую часть неба. Это
означает, что звезда каждую ночь
попадает в одно и то же мес-
Звезды и планеты
281
то на небе на 4 минуты
раньше, чем в предыдущую ночь.
Для учета суммарного
эффекта этого видимого
движения и нужен календарь
звездного времени.
Ночью звездные часы
показывают вам то же самое
местное время (связанное с
полуднем на вашей
долготе), что и солнечные часы
днем. Имейте в виду, что
ваши часы при сравнении с
гражданским временем
могут спешить или отставать
на несколько минут (а то и
на час). Это зависит от
нескольких причин: (1) вашей
долготы, (2) введения или
отмены летнего времени, (3)
изменения
продолжительности суток из-за
эллиптичности земной орбиты и
наклона земной оси. Учтя это,
вы сможете сделать
звездные часы весьма точными.
Изготовление дневного
лунного локатора
Вам понадобятся
• Квадратный кусок
ватмана (20 см)
• Кусок картона
(22 х 48 см)
• Линейка
• Транспортир
• Фломастер
• Карандаш с ластиком
• Ножницы
• Скотч
• Нож для резки бумаги
• Циркуль
• Кнопка
Положение Луны на небе
удивляет даже самых
опытных наблюдателей. В течение
месяца Луна появляется в
разное время суток — то
днем, то ночью. Во время
новолуния она располагается на
небе вблизи Солнца и
поэтому вообще не видна. Наш
«дневной лунный локатор» —
это простое устройство,
которое при помощи лунного
календаря и компаса
позволит вам найти Луну на небе
даже в то время, когда она
почти не видна.
282
Звезды и планеты
Сборка локатора
Порядок действий
1. При помощи карандаша
и линейки соедините углы
ватмана. Поставьте острие
циркуля в место
пересечения прямых в центре
квадрата и нарисуйте круг
диаметром 20 см.
2. Положите транспортир
на центр и разделите
карандашом круг на куски по 12°.
Так вы разделите весь круг
на 30 секторов. Вырежьте
этот «циферблат».
3. Нарисуйте внутри
циферблата крут меньшего
диаметра, так чтобы по краю
циферблата образовался
ободок, состоящий из ячеек.
4. Сотрите все линии,
кроме центральной
точки и ячеек. Обведите
ячейки фломастером.
5. Двигаясь против
часовой стрелки,
проставьте в ячейках номера — от
«0» до «29». Эти ячейки
представляют дни
лунного месяца.
6. Под ячейками
изобразите фазы Луны: под
ячейкой «0» нарисуйте
закрашенный круг — это
новолуние; под ячейкой
«7» нарисуйте первую
четверть, изобразив круг с
закрашенной левой
половиной; под ячейкой «15»
нарисуйте пустой круг — это
полная Луна; под ячейкой «23»
изобразите последнюю
четверть Луны в виде круга с
закрашенной правой
половиной.
7. Следуя рисунку на с. 201,
прочертите ножом картон и
согните его в фигуру,
похожую на домик. Угол Б
должен быть прямым (90°).
8. Угол В вашего домика
должен быть равен вашей
широте. Для определения
вашей широты посмотрите на
глобус. Линии широты
(показывающие расстояние от эк-
Циферблат лунного локатора
Звезды и планеты
283
ватора) идут с востока на
запад. Сам экватор находится
на нулевой широте, а точки
полюсов лежат на широте
90°. Определите линию
широты, ближайшую к месту
вашему проживанию.
9. При помощи
транспортира установите угол В
домика, чтобы он был равен
значению вашей широты, и закре-
22 см!
22 см
Сложите картон так,
чтобы угол В был
равен широте
вашего места
пите края домика (если
нужно, отрежьте лишние куски).
10. Кнопкой прикрепите
циферблат к домику.
Циферблат должен свободно
вращаться.
Использование
лунного локатора
Порядок действий
1. Узнайте из
газеты или
календаря, какой сегодня
день лунного
месяца. Карандашом
пометьте этот
день на
циферблате.
2. Вынесите ваш
локатор на улицу
и поставьте его
низкой стороной
к северу.
3. Поверните
циферблат
ячейкой «0» к Солнцу.
4. Линия,
проходящая от
центра через
отмеченную вами ячейку,
и даст вам
направление на Луну.
Сборка лунного локатора
284
Звезды и планеты
Моделирование полного
и частного солнечных
затмений
Вам понадобятся
• Два больших куска
картона
• Пластилин
• Деревянная спица
• Небольшая настольная
лампа без абажура
• Фломастер
• Острый гвоздь
• Скотч
Хотя Солнце гораздо
больше Луны, оно и гораздо
дальше. Поэтому с Земли и
Солнце, и Луна кажутся
одинаковыми. Когда диск Луны
проходит перед солнечным
диском, наблюдается
частное или полное
затмение Солнца. Когда же
Земля оказывается
между Луной и
Солнцем, на Луну падает
тень Земли и мы видим
лунное затмение.
Изучение затмений
очень важно, так как
они позволяют ученым
наблюдать все детали
атмосферы светила, которые в обычное
время остаются невидимыми.
Например, полное солнечное
затмение позволяет ученым
увидеть изумительную
солнечную корону — внешнюю
газовую оболочку Солнца. Ученые
с удовольствием изучают и
тень Земли, когда она падает на
Луну, поскольку в этот момент
они узнают много нового об
атмосфере Земли.
В этом опыте вы создадите
простой прибор,
моделирующий полное или частное
солнечное затмение. Вы
увидите «корону» вашего Солнца,
сделанного из лампочки.
Прибор для моделирования
солнечного затмения
Звезды и планеты
285
Порядок действий
1. Сделайте из пластилина
луну и подставку для луны.
2. Один конец спицы
воткните в луну, а другой — в
подставку. Поставьте эту
конструкцию вертикально.
3. Снимите абажур с
небольшой настольной лампы
и поставьте лампу за луной
на расстоянии около
полуметра. Лампочка должна быть
на уровне луны. При
необходимости подложите под луну
книжки.
4. Отрежьте, сложите и
закрепите кусок картона так,
чтобы он держал другой кусок
картона в вертикальном
положении.
5. Включите лампу, чтобы
на картоне появилась
круглая тень. Если тень большая
и размытая, подвигайте
лампу, но не подносите ее
слишком близко к луне.
6. Нарисуйте три точки на
круглой тени — одну прямо в
центре, а остальные на краях.
Острым гвоздем
проковыряйте дырочки в этих местах.
7. На обратной стороне
картона отметьте место
центральной дырочки тени.
8. Выключите свет, станьте
за картоном и сначала
посмотрите через дырочки на
краях, а затем посмотрите
через центральную дырочку.
Результат
Когда вы смотрите через
дырочки на краях, то видите
модель частного солнечного
затмения. Обратите внимание,
как свет рассеивается с
одной стороны лунного диска, а
остальная часть солнечного
света закрыта, затемнена.
Когда вы смотрите через
центральную дырочку, то
видите модель полного
солнечного затмения. Обратите
внимание на слабый свет,
исходящий от края Луны —
этот эффект моделирует
солнечную корону.
Объяснение
В момент солнечного
затмения тень Луны падает на
поверхность Земли. В
зависимости от места вашего
нахождения в этой тени (шириной
примерно 250 км), вы увидите
или частное, или полное
затмение. Из-за движения Луны
по орбите тень передвигается
по поверхности Земли вдоль
«полосы затмения».
286
Звезды и планеты
Сравнение стандартного
и астрономического времени
Вам понадобятся
• Карта мира или глобус
• Блокнот
• Карандаш или ручка
Время, определяемое по
нашим часам, обычное
декретное время, неточно
отражает астрономические
события. Фактически
солнечные часы дают более точные
значения, потому что они
показывают астрономическое
время, то есть время,
определяемое движением Солнца,
Луны и планет по небу. Этот
опыт показывает, что
астрономическое время может
отличаться от декретного
времени. И эта разность, порою
исчисляемая многими
минутами, зависит от места
нахождения человека.
Откуда берется различие?
Как известно, Земля круглая.-
Поэтому, путешествуя по ее
поверхности, вы попадаете
на ее участки, наклоненные
по-разному, и видите у себя
над головой разные области
неба. Когда для наблюдателя
в некоторой точке земной
поверхности Солнце
находится в наивысшем
положении на небе, у него наступил
местный полдень. Но в двух
десятках километров к
западу от него полдень наступит
через минуту, а на таком же
расстоянии к востоку он уже
наступил минуту назад.
Разные времена
Немногим более столетия
назад-каждый город
выставлял свои часы на разное
время, отражающее местное
солнечное время. С
развитием железных дорог стало
очень неудобно
пользоваться разными временами. Пер-
Звёзды и планеты
28?
вым шагом на пути к
стандартному ^времени стало
введение так называемого
железнодорожного времени —
местного времени главной
станции железнодорожной
линии. Развитие телеграфа и
телефона укрепило
междугородную и международную
связь, и люди по всему миру
ощутили необходимость
стандартного времени.
Стандартизация времени
В 1884 году Международная
меридианная конференция
приняла систему
стандартного времени, разделив Землю
на 24 часовых пояса.
Стандартное время каждого пояса
равно среднему солнечному
времени одного из 24
меридианов (линий долготы),
расположенных на расстояниях
15° друг от друга и
начинающихся в Гринвиче (Англия).
Эти меридианы
простираются на восток и на запад вокруг
земного шара до
международной линии перемены
даты. Реальные границы
часовых поясов не всегда
совпадают с меридианами: обычно их
проводят по
административным границам областей,
штатов, государств.
Стандартное (поясное)
время — это среднее
солнечное время на определенной
долготе. Например, в
континентальной части
Соединенных Штатов Америки такими
долготами являются 75°
западной долготы (Восточное
время), 90° з.д. (Центральное
время) 105° з. д. (Горное
время) и 120° з. д.
(Тихоокеанское время).
Если двигаться к востоку
от Гринвича, то Рим
находится на 15° восточнее, Каир —
на 45°, а Токио — на 135° к
востоку.
Вычисление среднего
солнечного времени
Если вы живете прямо на
центральном меридиане, то
поясное время и ваше
местное среднее солнечное
время совпадают (или
отличаются на 1 час зимой или 2 часа
летом, если у вас — как
сейчас в России — действует
зимнее декретное или летнее
декретное время). Но если
вы живете между
центральными меридианами часовых
поясов, то легко сможете
вычислить среднее солнечное
время, используя только
карту, блокнот и карандаш.
288
Звезды и планеты
Порядок действий
1. По карте посмотрите,
сколько градусов долготы от
вас до центрального
меридиана вашего пояса.
2. Умножьте это число на 4,
и вы найдете поправку в
минутах. Если вы живете к
востоку от центрального
меридиана, то поправка будет
положительной, а к западу —
отрицательной.
3. Учитывая эту поправку,
вы можете вычислить
среднее солнечное время. Не
забудьте, что из времени,
которое показывают ваши часы,
предварительно нужно
вычесть один час, если у вас
действует постоянное
декретное время, и еще один
час, если в данный сезон года
действует летнее время.
4. Например, Москва
расположена вблизи 38°
восточной долготы и официально
относится ко второму
часовому поясу (хотя -и отстоит
на 12° к востоку от
формальной западной границы
третьего часового пояса).
Центральный меридиан второго
часового пояса проходит по
30° в. д. Следовательно,
Москва на 8° восточнее него, что
дает поправку на 8 х 4 = 32
минуты по времени. В Москве
небесные тела восходятг
кульминируют и заходят на
32 минуты раньше, чем на
центральном меридиане
второго часового пояса. Итак, по
времени второго часового
пояса средний солнечный
полдень наступает в Москве
не в 12:00, а в 11:28. Однако
официальное московское
время опережает поясное на
1 час зимой и на 2 часа
летом. Поэтому, если мы хотим
узнать момент
астрономического события по
московскому времени, эти
«декретные» часы надо прибавить в
соответствии с сезоном года.
Получим, что зимой Солнце
кульминирует в Москве
приблизительно в 12:28, а
летом — в 13:28.
«Приблизительно» потому, что видимое
движение Солнца на небе не
совсем равномерное — оно
может «спешить» или
«отставать» на четверть часа, но
этого мы здесь учитывать не
будем.
5. Сравните свое среднее
солнечное время со средним
солнечным временем разных
мест. Каково самое большое
найденное вами различие?
Составьте таблицу.