120 детских вопросов о физике и окружающем мире. Антон Олегович Малютин
Читать онлайн книгу.
закрутить двумя пальцами.
Что это даст? А то, что знание простых законов механики позволит определить, какое яйцо мы взяли в руки – варёное или сырое. Вы сразу это поймёте по поведению продукта: если яйцо легко раскрутилось и долго вращается – оно варёное; если яйцо сделало один-два оборота и остановилось – оно сырое.
Но в чём же секрет? Всё довольно просто.
Что такое сырое яйцо? Это жидкость, заключённая в твёрдую скорлупу, и между этими частями действуют довольно слабые силы вязкого трения. При раскручивании яйца его скорлупа буквально «скользит» по белку, а нижние слои белка и желток остаются практически неподвижными. Также здесь вмешиваются и силы инерции, из-за которых желток и остаётся неподвижным при раскручивании яйца. К чему это приводит? К тому, что сырое яйцо никак не хочет вращаться – оно оказывает заметное сопротивление раскручиванию и через один-два оборота останавливается. Разумеется, здесь речь идёт о раскручивании яйца путём придания ему единичного импульса пальцами. Если же постоянно придавать импульс сырому яйцу, подталкивать его, то оно всё же будет вращаться.
А что такое варёное яйцо? Это практически цельное твёрдое тело, поэтому вращение от скорлупы без задержек передаётся внутренним частям. В результате варёное яйцо легко раскручивается и может долго вращаться на вашем столе (пока его не остановят силы трения о стол и о воздух).
Кстати, отличия между яйцами можно найти и по тому, как они останавливаются. Если вы всё-таки раскрутите сырое яйцо, то при попытке затормозить его пальцами оно окажет заметное сопротивление. А варёное яйцо остановится быстро и без особых усилий. Причина опять же заключается в инерции и силах вязкого трения: при остановке сырого яйца его внутренние жидкие части по инерции продолжат вращение – это и проявится в заметном толчке. При остановке варёного яйца усилие от скорлупы почти мгновенно передастся к внутренним частям, поэтому наш испытуемый эллипсоид остановится быстро.
Вот так законы механики помогают нам определить, с каким яйцом мы имеем дело, не разбивая его.
Насколько тонка мыльная плёнка?
Принято считать, что мыльная плёнка очень тонка, а поэтому очень непрочна и практически невесома – это доказывают нам переливающиеся всеми цветами радуги, но такие недолговечные мыльные пузыри. Однако мало кто знает, насколько в действительности тонка мыльная плёнка! Не удивляйтесь, но это – одна из самых тонких вещей, существующих в природе, и которые легко может создать человек.
Надуйте мыльный пузырь и посмотрите на него – он переливается всеми цветами радуги, яркие пятна и полосы находятся в постоянном движении, они изменяются и постепенно сползают в нижнюю часть пузыря. В какой-то момент на пузыре появляются «дыры» – бесцветные пятна, которые кажутся дырами на цветном фоне. И спустя некоторое время пузырь лопается.
Оказывается, что цвет мыльного пузыря (то есть, мыльной плёнки) прямо зависит от толщины его стенок. Наиболее толсты сине-зелёные участки, среднюю толщину имеют синие и пурпурные, очень тонки золотисто-жёлтые, а самые тонкие – те самые бесцветные «дыры». Так вот, максимальная толщина мыльной плёнки составляет 120 – 200 нанометров, минимальная – 20 – 25 нанометров. А нанометр – это миллионная доля миллиметра!
Для сравнения: самая тонкая мыльная плёнка примерно в 4000 раз тоньше бумаги, в 3000 раз тоньше человеческого волоса, в 200 раз тоньше паутины, и примерна сравнима по размерам с бактериями и крупнейшими вирусами!
Кстати, а какие инструменты или приборы используются для измерения толщины плёнки? Самое интересное, что это можно сделать вовсе без инструментов. Ещё Роберт Гук и Исаак Ньютон в XVII и XVIII веках предположили, что окраска мыльной плёнки связана с её толщиной. Связь эта простая – в плёнке из-за её особого строения происходит интерференция света, в результате которой из белого света «вычитаются» различные цвета, что приводит к изменению окраски. А зная законы интерференции и цвет плёнки, можно рассчитать её толщину, для этого применяются несложные формулы – именно с их помощью мы и узнали, что мыльная плёнка является одной из тончайших вещей нашего мира.
Какой стакан терпимее к кипятку – толстостенный или тонкостенный?
У вас есть два стеклянных стакана – один с толстыми стенками, а второй тонкостенный. В какой из них наливать кипяток безопаснее? Бытует мнение, что чем толще стенки, тем они прочнее, а значит и к кипятку такой стакан более устойчив. Но это глубочайшее заблуждение – лучше наливать кипяток в тонкостенный стакан!
Парадокс? Ничуть. И это станет понятно, если подробнее посмотреть на те процессы, которые происходят в стенках посуды при её заполнении кипятком. Известно, что при нагревании все тела расширяются – это же происходит и со стенками стакана. Однако сначала от кипятка нагреваются внутренние слои стенок, и постепенно тепло передаётся к наружным слоям. То есть, стенка посуды прогревается неравномерно, а значит, и её расширение тоже происходит неравномерно.
Вот и выходит, что толстые стенки не успевают быстро прогреться во всём объёме, поэтому расширение начинается с внутренних слоёв. В результате возникают