Книга 99 секретов физики - Валерия Черепенчук

Осталось только придумать, как доступно объяснить это ребенку…

Джон Уильям Стретт является обладателем Нобелевской премии по физике за открытие газа аргон

№ 53

Туманно… Что такое туман и почему он возникает

Туман, который выглядит так загадочно и романтично, с точки зрения физика или метеоролога представляет собой просто частички водяного пара, мельчайшие капельки, «взвешенные» в воздухе. Но при каких условиях он возникает?

Туманы бывают разных видов. Из числа наиболее часто встречающихся принято выделять туманы испарения и туманы охлаждения: в зависимости от того, каким путем они возникли. Первые появляются, когда водоем или сырой участок суши за некоторый период времени накопили тепло. И если воздух в этой местности в данное время по какой-то причине более холодный, чем водная поверхность или пропитанная водой земля, начинается испарение в виде тумана.

Туманы охлаждения представляют собой конденсат. Для их появления необходимо, чтобы воздух охладился ниже так называемой точки росы. «Точка росы» – это температура, при которой относительная влажность становится стопроцентной и начинается образование конденсата в воздухе.

Туманы наблюдаются чаще вечером, ночью и утром, но могут наблюдаться и днем

По «внешнему виду» туманы можно подразделить на поземные, сплошные, просвечивающие – по их названиям легко догадаться, каковы их особенности. Особо хотелось бы выделить необычное и очень красивое явление – ледяной туман. Он возникает в холодное время года и представляет собой не водяную взвесь, а мельчайшие кристаллики льда, парящие в атмосфере.

Специалисты также используют понятие «водность тумана» – оно служит для обозначения массы капелек воды, содержащихся в единице объема. Средняя «водность» туманов – 0,05–0,2 г/м3.

Рекордсменом по количеству туманных дней считается остров Ньюфаундленд. Их там около 120 в году

№ 54

Что-то падает с неба. Физическая основа дождя и снега

Задумывались ли вы, гуляя под теплым летним дождем, что вода, льющаяся с небес, возможно, совершает это «путешествие» не в первый раз? Давайте проследим, как возникают дождевые капли.

Благодаря теплой погоде с поверхности рек, озер, прудов, да и просто с поверхности земли испаряется влага. Водяной пар с помощью воздушных потоков поднимается выше и выше, пока не достигает области низких температур. Там мелкие капельки воды обращаются в крошечные льдинки. Эта процедура, в ходе которой льдинки могут соединяться между собой и в результате становятся более тяжелыми, приводит к тому, что «бывшие капли» снова устремляются к земле. Пролетев часть пути, они встречаются с теплыми воздушными потоками, которые уже несут вверх «свежие» водяные капли. Благодаря теплу льдинки тают и проливаются на землю уже в виде дождя. Может случиться так, что из-за недостаточно низкой температуры мелкие капли, поднявшись вверх, не замерзают, а переносятся тучами на огромные расстояния. Они соединяются и, образовав более крупные капли, проливаются дождем.

Процесс образования снега почти не отличается от описанного выше – с той только разницей, что образовавшиеся кристаллики, направившись к земле, не тают благодаря низкой температуре. И до земной поверхности они долетают, сохранив форму, приобретенную в облаках. Что же касается формы снежинок, то считается, что двух полностью одинаковых в природе не существует! В 1889 году в Петербурге было зафиксировано выпадение странных снежинок, по форме напоминавших гантельки.

Самые крупные в истории снежинки выпали в 1887 году в штате Монтана. Отдельные «экземпляры» достигали размеров 25х36 сантиметров!

№ 55

Все пройдет гладко. Утюг как физический прибор

Физические явления окружают нас повсюду. Даже в быту, даже в таких, казалось бы, далеких от науки вещах, как стирка и глажка белья! Например, в процессе стирки «включаются» такие физические понятия, как смачивание и трение – без последнего добиться чистоты белья вообще невозможно. А что можно сказать про утюг?

Его работа основана на таких явлениях, как испарение и отчасти деформация. Почему рекомендуется гладить белье, пока оно еще чуть влажное? При контакте влажной ткани с раскаленной подошвой утюга мелкие капли воды превращаются в пар и проникают глубже в волокна ткани. И сами эти волокна в результате видоизменяются: скрученные и перепутанные после стирки, они расправляются и растягиваются, делая ткань более приятной на ощупь и на вид. Да и потом, при работе с влажной тканью меньше опасность «переборщить» с температурой и оставить на ткани отпечаток утюга.

№ 56

Черное и белое. Поговорим о поглощении тепла

Обычно рекомендуют летом не увлекаться темной одеждой – она активно поглощает тепло солнечных лучей и возникает риск перегрева. Светлая же, наоборот, отражает тепло. Но в этих утверждениях слишком многое нужно уточнять.

Во-первых, в жару имеет значение не только цвет одежды, но и состав ткани, из которой она сделана, и собственно покрой. В тесной белой одежде, сшитой из плотной синтетики, вы однозначно будете чувствовать себя хуже, чем ваш приятель, одетый в просторные вещи из черного льна или хлопка. Рубашки, брюки и юбки, которые не прилегают плотно к телу, способствуют дополнительному движению воздуха вокруг вас, что в жаркое время года очень кстати. Вы когда-нибудь видели жителя пустыни, одетого в обтягивающие брюки или тесную куртку?

Во-вторых, нужно учитывать вот что. Да, белое одеяние отражает солнечное тепло. Но от нашего тела тоже исходят «потоки» тепла. Получается, что, дойдя до белой футболки или рубашки, это тепло отражается от них и возвращается к нам снова? В таком случае черная одежда окажется предпочтительнее, так как поглотит не только тепло, исходящее от Солнца, но и наше собственное, которое в условиях жаркого лета нам не столь уж важно.

Жители пустыни носят одежду свободного покроя

Пишут и о том, что при нахождении на солнце с непокрытой головой брюнеты подвергаются большей опасности, чем блондины. Да, в какой-то мере это правильно. Темные волосы сильнее поглощают тепло и риск солнечного или теплового удара возрастает. Но находиться на солнце без головного убора не рекомендуется никому – вне зависимости от цвета волос.

Для оценки ощущений в жару имеет значение также влажность воздуха. Но главную роль все-таки играет состояние здоровья

Идеальные модели есть и в научном юморе: сферический конь в вакууме, кошка с маслом, бесконечные обезьяны, эффект Паули.

№ 57

Какой он, идеальный газ? И зачем он нужен?

Сначала давайте выясним, что означает «идеальный». В науке часто используется понятие «физическая модель». Так говорят, когда имеют в виду не какой-то реальный объект, лежащий на лабораторном столе или в пробирке, а скорее созданный учеными образ, пример, обладающий всеми характерными признаками и свойствами того или иного объекта. И идеальным газом принято называть физическую модель реального газа, созданную для понимания и исследования свойств и возможностей вещества. Идеальный газ – это такой газ, в котором взаимодействие между молекулами очень мало: так же, как мал их суммарный объем. А значит, их физическими «взаимоотношениями» при исследовании можно пренебречь.