А пока с высот, на которые привело нас любопытство физиков, опустимся на землю. Здесь каждый предмет испытывает действие подъемной силы, направленной вверх, величина которой зависит от объема тела. С этим вы, наверное, все согласны, так как совершенно очевидно, что чем больше объем какого-нибудь тела, тем больше оно вытеснит воздуха. Значит, если мы взвешиваем какой-либо предмет на весах (причем любых): пружинных, вагонных или чашечных, то определяем силу, с какой предмет притягивается землей. Это и есть вес тела. Но здесь мы должны сделать небольшую поправку: весы показывают силу притяжения земли, уменьшенную на величину подъемной силы, направленной в обратную сторону. Воздух как бы обманывает продавца в пользу покупателя. Он легонько приподнимает вверх взвешиваемый предмет, а весы регистрируют его меньший вес. Воздух, к счастью продавца, очень легкий: один литр его весит всего лишь один грамм. Легко подсчитать, что, покупая товар, имеющий объем в 1 литр (1000 см3), получаем на один грамм этого товара больше. Никто, конечно, на эту разницу не обратит внимания. А с научной точки зрения, чтобы точно знать вес взвешиваемого предмета, необходимо удалить «обманщика», то есть воздух, и взвешивать наш предмет в пустоте. Тогда только мы бы убедились, что в действительности предмет весит больше, чем на воздухе.
Чтобы все это еще лучше представить, взвешивать будем большое количество грузов и разницы будут более заметными. Взвесим, например, тонну древесины и тонну железа. Если тонну железа положить на одной чашке громадных равноплечих весов, а тонну древесины — на другой, то весы будут точно уравновешены. Это значит, что грузы весят одинаково (тут-то вы подумаете, что Валя что-то перепутал, и пожалеете, что не поспорили с ним).
В обычных условиях это действительно будет так. А если бы наши весы поставили под большой стеклянный колпак и откачали бы из него воздух, то в таких необычных условиях весы показали бы, что древесина тяжелее. Итак, более тяжелым является тот материал, который в обычных условиях. легче. Перья, конечно, тоже под колпаком и в пустоте оказались бы более тяжелыми. Все в порядке, Валя прав!
Многие из вас уже хорошо поняли в чем дело. Воздух делает неправильными показания весов, так как тянет вверх находящиеся в нем тела. Тянет тем сильнее, чем больше объем вытесняющего его тела. На каждые 1000 см3 объема действует тянущая его вверх сила, равная 1 грамму. Тонна древесины занимает много места, вытесняет много воздуха, и, конечно, теряет довольно много своей тяжести, приблизительно 2,5 кг в зависимости от качества древесины и её влажности. Тонна железа занимает немного места, значит вытесняет мало воздуха и поэтому теряет в весе всего лишь 150 г. Перевесит чашка с древесиной. Совершенно очевидно, что «килограмм» перьев тяжелее «килограмма» железа. Я умышленно взял в кавычки слово килограмм, ибо равные в воздухе килограмм с килограммом перестают быть равными в пустоте. А так как только взвешиванием в пустоте можно узнать настоящий вес тел, не измененный влиянием воздуха, то окажется, что понятие килограмм в определенных условиях может быть неправильным.
Еще раз подчеркиваем, ребята, что эти разницы незначительные и не учитываются ни в продовольственных магазинах, ни в булочных, ни в кондитерских даже самыми придирчивыми продавцами. В точных научных исследованиях такие разницы необходимо всегда учитывать, поэтому для получения точных данных взвешивают в вакууме.
Совершенно обратное явление мы наблюдали бы в глубокой шахте. Всеми вами любимый писатель Жюль Верн в одном из своих произведений описал гигантскую шахту, проложенную на глубине 50 км. Конечно, такую шахту построить невозможно. Но кто нам запретит пофантазировать? Так вот, на дне шахты (вымышленной нами) давление воздуха в 400 раз больше, чем на поверхности земли. Во столько же раз возрос бы и вес воздуха, сжатого под этим давлением (имеется в виду, конечно, вес единицы объема воздуха, то есть удельный вес). На дне шахты воздух был бы только в два раза легче воды! Высушенный кусок дерева выталкивался бы воздухом вверх, совершенно так же, как пробка выталкивается на поверхность воды. Такой кусочек дерева поднимался бы вверх до тех пор, пока его вес не стал бы равным весу вытесненного им воздуха.
Это была всего-навсего фантазия. А вот как вы думаете, могли бы люди жить на дне высохшего океана? Организм человека выдерживает давление в 3 атмосферы, что соответствует глубине 9 км ниже уровня моря. Самая большая глубина моря равна 11.000 метрам. На такой глубине жизнь человека уже невозможна.
Воздух невидим, неощутим, легок и прозрачен. Но все же он имеет большое влияние на нашу жизнь и на наши научные наблюдения. Загадка с перьями и железом показывает лишь одну из ролей, которую играет воздух в природе.
Наш физический кабинет
Ребята! Давайте с вами построим простейший прибор, который нам позволит лучше понять сущность важного физического явления, называемого вращающим моментом. Единственным нужным вспомогательным приспособлением будет катушка ниток. Разматываем немного катушку так, чтобы намотка нити начиналась приблизительно посередине катушки и кладем на гладкий стол катушку так, чтобы нитка проходила снизу.
Возьмем конец нитки и поднимем вверх. Нитка должна принять вертикальное положение. Слегка потянем её, как вы видите на рис. «а».
Катушка покатится в направлении «от нас». Задерживаем катушку и еще раз потягиваем веревку, но на этот раз нитку мы должны тянуть в почти горизонтальном направлении (рис. «в»).
Катушка покатится в направлении «к нам». Непонятное на первый взгляд поведение катушки легко объясняется. Катушка касается стола в точке «о» (правильнее сказать не в точке «о», а на отрезке прямой, но для нас достаточно рассмотреть лишь одну точку). Если нитка натянута, как на рис. «а», то сила, с которой мы тянем конец веревки, стремится сообщить катушке вращение против часовой стрелки. В таком случав катушка вращается влево, то есть удаляется от нас. Если же нить натянута, как на рис. «в», то сила, с которой мы ее тянем, стремится повернуть катушку по часовой стрелке. Катушка вращается тогда вправо и приближается к нам.
Для читателей, которые любят поразмышлять на тему физики, предлагаем еще один вопрос.
В одном из положений нитки катушка не будет вращаться, а только скользит по столу.
Подумайте и ответьте нам, при каком положении нитки это произойдет?
Маг. — инженер АРС
По белу свету
В Федеративной Республике Германии в квартирах новых жилых домов и в административных учреждениях устанавливают цветные телефонные аппараты любопытной конструкции.