Страница 9 из 33
Сейчас существуют аппараты, передвигающиеся на «воздушной подушке» — немного отрываясь от земли или воды. Мощные вентиляторы дуют вниз и создают такую плотную «воздушную подушку», что она выдерживает вес всего аппарата вместе с находящимся на нем экипажем. В нашем опыте происходило нечто похожее на этот способ передвижения. Только у нас с вами была не воздушная, а «паровая подушка» и создавала ее раскаленная поверхность металла.
Проделайте еще такой опыт.
Возьмите несколько маленьких кусочков сухого льда, положите их на гладкую поверхность алюминиевой тарелки. Наклоняйте тарелку в разные стороны. Кусочки сухого льда будут легко скользить по гладкой поверхности. Теплая поверхность алюминиевой тарелки (ее температура отличается от температуры сухого льда по крайней мере на 100 градусов) помогает углекислому газу более бурно выделяться. Под кусочками сухого льда получаются «углекислые подушки», на них и происходит скольжение.
Расширение при нагревании
Всем хорошо известно, что при нагревании тела расширяются. В термометрах ртуть или подкрашенный спирт находятся в маленьком баллончике. При нагревании ртуть или спирт расширяются и в виде столбика движутся по тончайшему каналу. Когда наступает тепловое равновесие, столбик останавливается, и на шкале можно увидеть, какая сейчас температура среды, которая окружает термометр.
А вот другой случай, когда можно убедиться, что тела при нагревании расширяются. Иногда в стеклянном флаконе притертая пробка так туго сидит, что ее не вытащишь. Очень большое усилие применить опасно — можно отломить горлышко и порезать руки. Поэтому прибегают к испытанному способу: к горлышку подносят горящую спичку, а флакон поворачивают, чтобы горлышко равномерно прогрелось. Пламени одной спички достаточно, чтобы стекло горлышка от нагревания расширилось, а пробка, не успевшая нагреться, легко вынулась.
Это случаи бытового применения физического закона. Можно проделать опыты, которые наглядно покажут, как изменяют свою длину металлы при нагревании и при охлаждении.
Вырежьте в деревянном кружке или бруске выемку, воткните в один ее край иголку, а ушко иголки положите на другую сторону выемки. В ушко вставьте вторую иголку и слегка воткните ее в дерево. Поднесите к первой иголке горящую свечку. Иголка нагреется, немного удлинится и наклонит вторую иголку, вставленную в ушко.
Сделайте тепловые весы. Для этого возьмите прямой кусок медной проволоки толщиной 1–2 миллиметра, длиной около 40 сантиметров. Воткните конец этой проволоки в отверстие, просверленное в деревянной палке примерно такой же длины, и подвесьте получившееся коромысло тепловых весов за середину на нитке. Уравновесьте его. Может быть, для этого нужно будет подрезать деревянную палочку или, наоборот, подвесить к ней небольшой груз, например кусочки бумаги. Можно добиться равновесия и передвигая точку подвеса коромысла. Осветите коромысло настольной лампой, чтобы на стене один его конец, например медный, давал тень. На этом месте укрепите на стене белую бумагу и отметьте карандашом положение тени, когда коромысло висит строго горизонтально. Затем возьмите две зажженные свечи и подставьте их под медную проволоку. Когда она хорошо нагреется, она удлинится, и равновесие нарушится. Потому что нарушилось соотношение плеч. Конец проволоки опустится на несколько миллиметров. Это будет хорошо видно по тени на стене. Если свечи убрать, медная проволока остынет, станет короче, то есть такой, какой была до нагревания, и коромысло наших тепловых весов, вернее, его тень встанет на свою метку.
Отражение и поглощение теплоты
Тепловые и световые лучи лучше всего отражает зеркальная поверхность. Несколько хуже, но тоже довольно хорошо отражают лучи белые и вообще светлые поверхности. Поэтому летом, особенно на юге, где много солнца, люди предпочитают ходить в светлой одежде. Темная одежда, даже если она сшита из легкой ткани, сильнее поглощает тепловые лучи и в ней значительно жарче.
Заметьте, что весной снег, покрытый пылью и копотью, тает гораздо быстрее, чем чистый снег на полях.
Проделайте такой опыт. Склейте из листа плотной бумаги цилиндр диаметром 5–6 сантиметров и закрасьте черной тушью изнутри площадку величиной примерно со спичечную коробку. Это может быть пятно неправильной формы. Прикрепите расплавленным стеарином к цилиндру с наружной стороны на одном уровне две десятикопеечных монеты. Одну монету прикрепите в середине того места, которое изнутри закрашено тушью, а вторую с противоположной стороны цилиндра. Наденьте цилиндр на горящую свечу. Ее пламя должно быть в центре цилиндра и против прилепленных снаружи цилиндра монет.
Чтобы удобно было поставить бумажный цилиндр на свечу, укрепите на свече картонный кружок с несколькими отверстиями для вентиляции. Кружок должен надеваться на свечу плотно, чтобы он не сдвигался вниз под тяжестью цилиндра.
Сколько бы вы ни повторяли этот опыт, всегда первой будет отваливаться монета, прилепленная к тому участку цилиндра, который изнутри закрашен черной тушью. Черная поверхность бумаги сильнее поглощает тепловые лучи, а поэтому и быстрее нагревается.
Несколько опытов с превращениями энергии
Вам известно, что энергия выражается той работой, которую кто-то или что-то (например, машина) может выполнить.
Про пружину, которая не заведена, можно сказать, что она никакой энергией не обладает, и поэтому часы, в которых она находится, стоят. Но стоит только завести пружину, и колесики у часов начинают вращаться, стрелки пошли в свой путь по циферблату. Работать пружина будет до тех пор, пока не истощится запас ее энергии, пока не потребуется снова пополнить этот запас — завести ее.
Энергия существует вечно, никуда не пропадает и только переходит из одного вида в другой. Когда остановились часы — это не значит, что энергия пружины исчезла бесследно. Она не пропала, а постепенно перешла в механическую энергию колес часового механизма. Механическая же энергия перешла в тепловую. Конечно, тепловая энергия здесь очень небольшая, она пошла на нагревание воздуха. И если мы ее не уловили, то совсем не значит, что ее нет.
Проделаем несколько опытов с превращениями некоторых видов энергии.
На длинную и узкую полоску картона наклейте две полоски толстой бумаги с маленьким зазором между ними. Согните картонную полоску и поместите ее между двумя толстыми книгами. Пустите по желобку на полоске маленький металлический шарик. Он разовьет, катясь, большую скорость и, совершив несколько колебаний вверх и вниз, наконец остановится. В начале опыта шарик обладал потенциальной энергией. Когда же вы его отпустили, потенциальная энергия перешла в энергию движения по дугообразному желобу.
Во время движения энергия шарика пошла на преодоление силы трения о поверхность желоба и о воздух, а от трения возникла теплота.
Стальная линейка, если ее согнуть, приобретает запас механической энергии — способность совершить механическую работу. При быстром выпрямлении она может перебросить, например, резинку в другой конец комнаты.
Когда вы накачиваете велосипедную камеру, насос сильно нагревается. Механическая энергия при сжатии воздуха в насосе перешла в очень заметную на этот раз тепловую энергию.
Вы каждый день можете наблюдать превращение энергии. Химическая энергия топлива превращается в тепловую, тепловая в механическую. Это происходит и в автомобиле, и в тепловозе, и в самолете. Такое же превращение энергии происходит и при взлете космического корабля, в первые минуты его старта, когда работают его двигатели.