Шар на шнурке. Если повесить (рис. 2) шар или гирю на очень тонком шнурке А, а снизу укрепить другой такой же шнурок Б и медленно потянуть его вниз, то оборвется верхний шнурок, на котором висит шар. Это понятно: к верхнему шнурку приложены и тяга руки, и вес шара. Но можно при желании разорвать не верхний шнурок, а нижний. Если, немного приподняв конец нижнего шнурка, затем быстро и сильно дернуть его вниз, то оборвется именно он, а не верхний. Почему это произойдет? Чтобы сообщить шару большую скорость в короткое время, нужна сила больше той, какую способен выдержать нижний шнурок. Шар вследствие инерции не успевает сдвинуться с места или сдвигается на такое маленькое расстояние, что верхний шнурок только чуть вытягивается и не успевает порваться. Итак, быстро дергая или медленно натягивая, мы можем по желанию обрывать верхний или нижний шнурки.

Рис. 2

Как сломать палку, висящую на петлях из папиросной бумаги. Еще интереснее следующий опыт.

Достаньте тонкую сухую палочку длиной примерно 1 метр. Склейте две петли из полосок папиросной бумаги и попросите двух товарищей подержать по столовому ножу лезвиями вверх, так чтобы на них можно было повесить бумажные петли. В эти петли вложите концы палки (рис. 3).

Рис. 3

Теперь возьмите тяжелую палку и как можно сильнее ударьте по середине висящей палки. Действие получится удивительное: папиросная бумага останется цела, несмотря на то что она непрочна и висит на лезвиях ножей, а крепкая палка будет сломана. Можно так напрактиковаться, что этот опыт будет удаваться даже с петлями из волоса.

Перелом палки — тоже проявление инерции покоящегося тела. На свойстве инерции основан и следующий старинный цирковой номер. Между двумя стульями, опираясь на их спинки только ногами и затылком, лежит человек. На груди его помещается большой кусок железа, который служит наковальней. На наковальне сильными ударами молота разбивают камни. Людям, незнакомым с инерцией, этот номер кажется удивительным.

Каким образом человек без всякого вреда для себя может переносить такие удары? На самом же деле все объясняется очень просто. Наковальня при сильных (но обязательно коротких) ударах молота не успевает прийти в движение и остается в покое. Кроме того, корпус висящего человека пружинит, подстилка под наковальней мягкая, да и камень, положенный на наковальню, тоже ослабляет силу удара. Оказывается, в этом поразительном явлении нет ничего таинственного.

Об инерции движущегося тела. Привяжите к шнурку камень и начните вращать его. Чем быстрее вы будете вращать камень, тем сильнее натянется шнурок. Выпустите шнурок из рук, и камень улетит далеко в сторону.

В этом явлении обнаруживается инерция движущегося тела. Если ударом ноги мы покатим по земле футбольный мяч, то, пробежав десяток-другой метров, он остановится. Более сильный удар заставит его пробежать большее расстояние. Но шар все же остановится. Если поле будет ровнее, шар пробежит еще дальше. По асфальту шар покатится совсем далеко. Но рано или поздно все же остановится. Почему? Потому что катиться шару мешают разные препятствия — шероховатости почвы или асфальта, сопротивление воздуха.

В идеальном случае — при полном отсутствии всяких сопротивлений — шар двигался бы без конца по прямой линии с одной и той же скоростью.

Так двигалось бы и всякое иное тело, не встречая сопротивления и не подвергаясь влиянию других тел. Изменению скорости или направления движения движущееся тело всегда оказывает сопротивление, и тем большее, чем больше эти изменения. В этом проявляется инерция движущихся тел.

Когда мы вращаем камень, привязанный к шнурку, то в каждой точке своего кругового пути он по инерции стремится двигаться по прямой линии, касательной к кругу (рис. 4). Но этому мешает шнурок, постоянно изменяющий направление движения камня. В результате камень через шнурок начинает тянуть нашу руку в сторону. Это действие вращающегося тела называется центробежной силой.

Рис. 4

Основываясь на инерции вращающихся тел, мы можем проделать ряд интересных опытов.

Вода не выливается из опрокинутой банки. Сделайте себе маленькое ведро из пустой консервной банки, пробив у ее верхнего края гвоздем две дырки и продев в них ручку из проволоки. К середине ручки привяжите бечевку Налейте в банку воды на ²/₃ высоты. Взявшись за бечевку и раскачав банку, заставьте ее быстро описывать одну окружность за другой. При каждом обороте банка на одно мгновение, находясь в самой высокой точке своего пути, будет оказываться вверх дном, но ни капли воды из нее в это время не выльется.

Вода в банке, по инерции стремясь уйти от центра вращения, прижимается ко дну и потому не выливается. В том, что вода давит на дно даже тогда, когда банка бывает опрокинутой, нетрудно убедиться, пробив в дне маленькую дырочку. При вращении из нее будет непрерывно бить струя воды, даже тогда, когда банка будет вверх дном.

«Чертова петля». Иногда в цирке показывают такой интересный номер. На арене устраивают из досок дорожку в виде вертикальной петли. По ней сверху вниз спускается велосипедист. Разогнавшись, он проезжает по петле и на мгновение оказывается перевернутым вниз головой (рис. 5).

Рис. 5

Это кажется очень страшным. На самом деле за велосипедиста можно не опасаться. Его, как и воду во вращающемся ведерке, надежно прижимает к дорожке действие инерции. Такую петлю ее изобретатель, цирковой артист Нуазет, назвал «чертовой».

Вы можете легко сделать себе игрушечную «чертову петлю». Готовая петля показана на рис. 6, а размеры ее на рис. 7.

Рис. 6

Рис. 7

Вырежьте из плотной бумаги полосу шириной 3,5 сантиметра и длиной 50 сантиметров и два кружка диаметром 13 сантиметров. На полосе проведите карандашом две прямые линии на расстоянии 1 сантиметра от краев. По этим прямым полосу нужно аккуратно загнуть. Сделать это легче всего так. Наложите на полосу линейку точно по одной из прямых и подложенным под выступающий край бумаги ножом проведите вдоль линейки, пригибая край бумаги к ребру линейки. Этот прием показан на рис. 8, А. Так же сделайте и второй сгиб. Загнутые сантиметровые края полосы надрежьте ножницами приблизительно через каждые полсантиметра. Теперь смажьте края одного кружка клеем и, накладывая один за другим зубцы бумажной полосы, хорошенько приклейте ее к кружку. Клеить надо так, чтобы кружок оказался внутри петли.

Рис. 8

Когда клей подсохнет, вырежьте середину кружка, как раз по концам зубцов (рис. 8, Б). Таким же способом приклейте ко второму кружку другую сторону полоски и также вырежьте его середину. В том месте, где приклеено начало полоски, петлю нужно разрезать. Теперь ее можно так раздвинуть, чтобы она пошла по винтовой линии. Изготовленная полоска бумаги оказалась длиннее окружности кружка примерно на 10 сантиметров. Эту часть полоски нужно тоже закруглить. Вырежьте из бумаги еще один круг, такого же диаметра, как и первые два, разрежьте его на четыре части и вклейте четвертушки в готовую часть петли изнутри. К этой вклеенной части приклейте остаток полоски (рис. 8, В) и срежьте все лишнее.

Остается только к концу петли подклеить желобы. С одной стороны нужно подклеить желоб длиной 42 сантиметра, а с другой — 25 сантиметров. В том месте петли, где получились два желоба рядом, хорошо склейте их.

Теперь нужно испытать петлю до установки на подставку. Лучше всего катить в этой петле шарик. Шарик можно подобрать от старого шарикоподшипника. Можно скатать его из черного хлеба или из глины, только поточнее. Поставьте петлю на стол в том положении, в котором она будет закреплена, и попробуйте пустить шарик с конца более высокого желоба. Он должен быстро пробежать по всей петле и выскочить с короткого конца. Бывает, что шар доходит только до верха петли и оттуда срывается вниз.

Тут может быть несколько причин. Может быть, нужно повернуть петлю, чтобы конец желоба стал выше; хлебный шарик не пробегает петлю, если он высох и стал очень легким. Конечно, если шарик похож скорее на сливу или на грушу, не ждите хороших результатов. Но если вы сделали все правильно, петля должна заработать сразу. Испытав петлю, приклейте ее к фанерке и укрепите на бумажных стойках. Стойки не нужно делать деревянными; бумага, согнутая в виде буквы «П», отлично держит. Сделайте еще один кусочек желоба для подкоса, который дополнительно поддерживает длинный желоб петли.

Опыты с волчком. Кого в детстве не занимал волчок? Это забавная игрушка и в то же время очень интересный физический прибор.

В игрушечных магазинах можно купить тяжелый металлический волчок, укрепленный в металлическом кольце. Он запускается тонким и прочным шнурком. При быстром вращении волчок сохраняет вертикальное положение, если его поставить на один из шариков кольца, и даже оказывает сопротивление, когда его хотят повалить. При замедлении вращения волчок постепенно ложится на бок и наконец падает.

Быстро вращающийся тяжелый диск волчка заставляет его ось всегда оставаться параллельной первоначальному ее направлению. Поэтому волчок, не падая, передвигается по гладкой поверхности, например по стеклу, если нажимают палочкой на нижний шарик. Можно придать волчку такое положение, которое как будто противоречит всем законам тяжести. Волчок может вращаться в наклонном положении, он вертится на конце швейной иглы или, как канатный плясун, удерживается на тонкой нитке. Воткните швейную иголку в пробку бутылки острием вверх и поставьте приведенный во вращение волчок осторожно и точно на острие. Хорошо, если на шарике волчка имеется маленькое углубление, — оно мешает волчку соскочить с иглы. Если наклонить немного волчок, он опишет круг свободным концом.

Для второго опыта нужно, чтобы в одном из шариков волчка был прорез. Если его нет, сделайте сами тонким напильником. Привяжите нитку к ручке двери или к другому неподвижному предмету, возьмите другой конец в руки и поставьте вращающийся волчок прорезом на нитку. Он будет стоять неподвижно или скользить от одного конца к другому, если вы будете поднимать или опускать нитку (рис. 9, А). Если волчок очень быстро вращается, то нитку можно протянуть на довольно большом расстоянии, — волчок будет ходить через всю комнату.

Запущенный волчок можно спрятать в склеенный из бумаги кубик, тогда зрители не поймут, отчего жужжащий кубик стоит острием на конце пальца (рис. 9, Б).

Рис. 9

Замечательный опыт с волчком можно проделать и иначе.

К одному из шариков кольца привяжите прочную нитку. Незапущенный волчок будет, конечно, висеть вертикально, но, как только вы его запустите, он сможет вертеться в том положении, какое вы ему дадите, например как показано на рис. 9, В. Такая устойчивость направления оси вращения применяется во многих случаях. Например, в стволе ружей делают винтовые нарезки, чтобы заставить пулю быстро вращаться вокруг своей оси. Пуля во время полета сохраняет свою ось параллельной тому направлению, которое было у оси при вращении пули в стволе. Поэтому пуля летит всегда острым концом вперед.

В настоящее время волчками в особой подвеске пользуются как компасами. Запущенный волчок сам собою устанавливается так, что один конец его оси направляется на север, а другой — на юг. Конечно, такой волчок-компас нельзя запускать шнурком, а приходится непрерывно вращать электромотором.

О центре тяжести тела. Есть замечательная точка во всех телах: центр тяжести.

Центр тяжести находится у разных предметов в разных местах. Например, в шаре центр тяжести совпадает с геометрическим центром шара. Если шар лежит на горизонтальной плоскости (рис. 10, слева), то центр тяжести его находится как раз над точкой опоры шара на одной вертикали с нею. Шар при этом сам по себе никогда не может покатиться. Иначе обстоит дело, когда плоскость, на которой лежит шар, наклонна (рис. 10, справа). Центр тяжести не находится уже на одной вертикали с точкой опоры, и шар скатывается.

Рис. 10

Ванька-встанька. Ванька-встанька — старая и очень интересная игрушка. Сделать ее просто. Она может быть различной формы. Мы привыкли угадывать центр тяжести всякого тела и знаем, как поставить тело, чтобы оно не падало. Мы знаем, например, что нельзя поставить бутылку наклонно. «Секрет» ваньки-встаньки в том, что центр тяжести его всегда находится не там, где мы предполагаем. Поэтому ванька-встанька может принимать самые, казалось бы, неестественные положения, всегда возвращаясь к своему положению равновесия.

Маленького ваньку-встаньку можно сделать из кусочка бузины. Вырежьте бузину в форме маленькой бутылочки высотой сантиметра четыре (рис. 11, слева). Под дно бутылочки приклейте кусочек свинца, опиленный в виде полушария.

Рис. 11

Свинец можно сначала отрезать ножом, а затем обровнять напильником. Вместо свинца можно взять короткий гвоздь с большой полукруглой шляпкой (такими гвоздями часто прибивают обивку к мебели). Если бузинную бутылочку с тяжелым свинцовым дном окрасить, чтобы свинец, приклеенный снизу, был незаметен, — никому и в голову не придет, что центр тяжести ее расположен очень низко. Наша бутылочка, как бы мы ее ни положили, сейчас же примет вертикальное положение. Такое равновесие называется устойчивым.

Очень забавно, если вместо бутылочки сделать маленького человечка и раскрасить его яркими красками. Как бы вы ни наклоняли этого человечка, он, покачавшись из стороны в сторону, в конце концов станет вертикально.

Можно сделать легкий шар и с одной стороны его незаметно вставить грузик, не испортив наружного вида. Тогда центр тяжести окажется уже не в центре шара, и шар будет всегда стремиться лечь на тот бок, в котором заложен груз. Прикрепите к шару легкую куклу (рис. 11, справа), наполовину закрыв шар ее платьем. Получится надежный ванька-встанька.

Опыт с двойным конусом. Аккуратно сделайте из плотной бумаги два конуса с диаметром основания 6 сантиметров и высотой 7 сантиметров (рис. 12, Б). Потом склейте их основаниями и дайте хорошенько высохнуть. Еще лучше выточить такой двойной конус из дерева. Затем выпилите из фанеры две дощечки длиной по 30 сантиметров и высотой с одной стороны 2 сантиметра, а с другой — 4,5 сантиметра (рис. 12, В). Наклонные ребра дощечек должны быть совершенно ровными и гладкими (их нужно хорошо протереть стеклянной бумагой).

Рис. 12

Можно сделать дощечки любых других размеров, например длиннее, но разность высот коротких сторон должна быть обязательно меньше радиуса оснований конусов. У нас радиус основания конусов 3 сантиметра, а разность высот дощечек 4,5–2 = 2,5 сантиметра (меньше радиуса).

Сложите теперь дощечки узкими концами, раздвиньте их другие концы на длину конуса. Положите конус серединой на соединение дощечек, и вы увидите, что он, вращаясь и поднимаясь как бы в гору, докатится до раздвинутых широких концов дощечек. На первый взгляд это кажется чем-то особенным, но эта кажущаяся несообразность объясняется тем, что конус-то, собственно, не поднимается вверх, а падает, так как центр тяжести его, совпадающий с центром фигуры, при движении к раздвинутым концам дощечек опускается ниже, чем был при начале движения. Это можно рассмотреть на рис. 12, В. Если сдвинуть обе дощечки ближе, чтобы конус не опускался так глубоко, то он и не покатится кверху. Чтобы дощечки не раздвигались, прибейте к ним поперечную деревянную планку

Поставить кого-нибудь так, чтобы он не мог поднять ногу.

Этот опыт не требует никаких приспособлений. Поставьте кого-нибудь к ровной стене или к двери так, чтобы пятки касались стены. Центр тяжести прямостоящего человека окажется так далеко впереди, что равновесие сохраняется только благодаря носкам ног. В этом положении никто не может поднять ноги, если не согнет колено.

Посадить кого-нибудь так, чтобы он не мог встать. Вам, наверное, приходилось замечать, что при известном положении нашего тела бывает очень трудно или даже совсем невозможно встать со стула. Так, например, если вы положите сидящему на стуле человеку его руки на колени и попросите его вытянуть ноги вперед, то вы увидите, что человек, принявший такое положение, не может встать потому, что центр тяжести в данном случае лежит далеко позади и равновесие сохраняется только стулом. Когда же сидящий подтянет ноги и наклонит туловище вперед, то есть приблизит центр тяжести к ступням ног, то он легко встанет.

О центробежной силе. Привяжите к шнурку камень и начните его вращать. Вы сейчас же заметите, что чем быстрее вы будете вращать камень, тем сильнее будет натягиваться шнурок — это происходит оттого, что при вращении камня развивается сила, которая стремится отбросить его от центра вращения, то есть от руки. Физики называют эту силу центробежной. Уже молодой Давид имел понятие об этой силе, выпуская смертоносный камень из пращи в голову Голиафа. Вообще все тела, вращающиеся вокруг одной точки, имеют стремление удалиться от этой точки. Действительно ли это так? — спросит любознательный читатель. Ведь мы знаем, что планеты вращаются вокруг Солнца, а Луна вокруг Земли, почему же они не улетают в пространство? Действительно, это бы и случилось, если бы в природе не существовало силы противоположной центробежной, а именно силы центростремительной, которая притягивает тела друг к другу. И как мудро это устроено; если бы действовала только центростремительная сила, то Луна упала бы на Землю, но от этого ее удерживает равная ей центробежная сила!.. Эти две силы действовали всегда и будут действовать вечно как на нашей Земле, так и во всем необъятном мировом пространстве.

О давлении воздуха. Окружающий нас воздух, по-видимому столь легкий, прозрачный и невещественный, в действительности обладает тяжестью, или весом, и, как мы увидим ниже, весьма значительным, благодаря чему он и облегает плотно земной шар. Воздух можно взвесить так же, как куль муки или литр молока. Для этого прикрепляют к чувствительным весам стеклянный сосуд, вместимостью, например, 1 литр, и взвешивают его, а затем выкачивают воздух воздушным насосом, насколько это возможно, и снова взвешивают. Весы покажут, что сосуд стал легче на 1 грамм[1]. Значит, 1 литр воздуха весит приблизительно 1 грамм. Сколько же весит весь воздух или как велико давление воздуха на один квадратный сантиметр поверхности земли? Опыты показали, что давление это равняется 1 килограмму[2], отсюда нетрудно вывести чрезвычайно любопытное заключение, что поверхность человеческого тела, представляющая при среднем росте 15 ООО квадратных сантиметров, выносит давление в 15 495 килограммов. Вот какой страшный груз несет на себе каждый из нас! Его было бы слишком достаточно, чтобы совершенно раздавить нас, и если этого не происходит, то только благодаря тому, что давит он нас не только сверху. Воздух окружает нас со всех сторон, и давление его передается нашему телу во всех направлениях, вследствие чего уничтожается и его гибельное действие. Воздух, со всей силой своего давления, свободно проникает в самые глубокие внутренние полости нашего организма, вследствие чего мы испытываем изнутри то же самое давление, как и снаружи, и таким образом давления эти взаимно уравновешиваются.

Теперь поговорим о воздушном океане, на дне которого человек живет как рыба в воде. С незапамятных времен люди старались подняться и плавать в этом воздушном океане. Из древней истории мы знаем о полете на крыльях Дедала с сыном Икаром. Эта и другие подобные легенды доказывают, что мысль о не достигнутом пока еще свободном полете явилась у человека в глубокой древности. Идея об устройстве воздушного шара принадлежит иезуиту Франциску Лану (1670). Затем в Португалии в 1709 году был действительно сооружен воздушный шар; в 1783 году братья Монгольфье, владельцы бумажной фабрики во Франции, выпустили шар, наполненный нагретым воздухом. Их шар представлял собой продолговатый мешок, открытый снизу для наполнения нагретым воздухом. Впоследствии была прикреплена к этому шару плетеная корзина, а первыми воздухоплавателями в ней были баран, петух да утка. В октябре того же года впервые поднялся и завоевал царство эфира человек; это был Пилатр де Розье. Корзина была придумана физиком Шарлем, который затем применил в качестве подъемной силы, вместо нагретого воздуха, водород, а потом придумал разные приспособления, употребляемые и теперь, как, например, сетка, клапан для выпускания газа, балласт, якорь и т. п. В декабре 1783 года Шарль полетел в первый раз сам на шаре, наполненном водородом (который в 14 раз легче воздуха), и поднялся гораздо выше Розье. Эти два типа шаров и до настоящего времени носят названия их изобретателей — шары, наполняемые нагретым воздухом, называются монгольфьерами, наполняемые же газом — шарлиерами. Идя далее по пути усовершенствований, люди пришли к заключению, что самый главный недостаток шаров как летательных аппаратов — это то, что воздушные течения несут их произвольно и что спуститься в любой момент на землю можно, только выпустив газ, то есть шаром управлять невозможно. Современные шары содержат по несколько тысяч кубических метров газа; их делают из непроницаемой шелковой или бумажной ткани, снизу они снабжены особым рукавом для наполнения газом. Наполняются водородом или обыкновенным светильным газом — в зависимости от того, для какой цели и где снаряжается шар: газ дешевле и менее подвержен атмосферным влияниям, зато его подъемная сила почти в 7 раз менее водорода. При полетах для военных целей шары обыкновенно наполняются водородом, ибо подъемная сила шара должна быть настолько велика, чтобы могла поднять не только пассажиров в корзине, привязанной к веревочной сетке, в которой помещается шар, но и все необходимое для воздухоплавателей: продукты, оптические и метеорологические инструменты, балласт и др. Балласт — это мешки с песком; он необходим для того, чтобы регулировать подъем шара, так же как и воздушный клапан. Высыпая песок из мешка, аэронавт облегчает шар и поднимается выше, а выпуская газ через клапан, уменьшает подъемную силу шара и начинает спускаться.

Шарлиеры из резины, наполненные водородом, продаются на улицах в больших городах за несколько копеек, но интересно его сделать и самому. Способ приготовления водорода изложен в последней главе этой книги. Лучше всего приготовить шар из коллодия, который, как известно, быстро испаряется и образовывает пленку. Для этого нужен не очень густой коллодий, бутылка емкостью 1–2 литра с широким горлом и совершенно чистая и гладкая внутри. Нужны еще две стеклянные трубки длиной по 30 сантиметров. Конец одной из трубок надо запаять. Колбу и трубки можно приобрести в магазине наглядных школьных пособий.

Налейте полрюмки коллодия в чистую сухую колбу и поворачивайте ее так, чтобы стенки и горлышко колбы покрылись тонким слоем коллодия, а излишек вылейте. Затем через открытую стеклянную трубку дуйте в колбу. Так вы просушите коллодий на стенках. Пленка образуется очень быстро, и ее надо снять, прежде чем она совершенно высохнет. Отделите коллодий у конца горлышка бутылки. Затем осторожно отделите пленку коллодия по всей длине горлышка колбы. Далее наденьте ее на стеклянную трубку и привяжите к ней мягким шнурком. Высасывая теперь воздух из этой трубки, можно мало-помалу отделить всю пленку от стенок колбы. При этом трубка с запаянным концом может помогать отделению пленки от стенок.

Сморщенный шар, вытащенный из колбы, надуйте и окончательно просушите. Края отверстия шара обыкновенно получаются покрытыми толстым слоем коллодия. Чтобы шар был легче, подрежьте их ножницами. Наполнить шар газом очень легко. Положите его на стол, выдавите руками весь воздух и наденьте шар на отверстие газовой горелки. Затем привяжите шар мягкими нитками и откройте газ. Когда шар наполнится газом, снимите его, потуже затяните нитку, которой он был привязан к горелке. Вот и все. Большой легкий шар очень легко поднимается.

Монгольфьер. Нетрудно построить самому и монгольфьер из папиросной бумаги. Шар-монгольфьер склеивается из полосок папиросной бумаги, заостренных с обеих сторон. На рис. 13 показана выкройка одной части шара-монгольфьера, диаметром 1,5 метра.

Прежде всего пропорционально увеличьте все размеры нашего рисунка до желательной величины и вырежьте из тонкого картона или плотной бумаги шаблон. Чтобы шаблон был правильным, лучше всего сложить его вдвое вдоль по длине и проверить, получились ли одинаковыми обе стороны его. Теперь заготовьте полоски папиросной бумаги. Полоски должны быть длиной 2 метра 40 сантиметров, но бумаги такой длины достать нельзя; поэтому придется склеивать полоски из нескольких листов. Чтобы шар получился красивым, можно взять бумагу разных цветов.

Для нашего шара нужно 12 полосок бумаги. Вырежьте все полоски точно по шаблону и тогда беритесь за их склейку. Склеивать шар одному неудобно, придется обратиться к товарищам за помощью. Когда будете вырезать полоски из папиросной бумаги, не забудьте оставить со всех сторон добавочные кромки шириной по полсантиметра. Эти кромки уйдут на швы при склеивании полосок. Швы надо склеивать постепенно, пользуясь крахмальным клейстером.

Рис. 13

Сначала склейте полоски по две: получится нечто вроде шести лодочек. Затем лодочки склеиваются по две, и наконец остается сделать только один последний шов. Это самое трудное дело. Когда справитесь и с этой работой, оклейте шар снизу кольцом из бумаги шириной 4–5 сантиметров. Папиросная бумага для кольца должна быть сложена вдвое по длине так, чтобы конец шара из папиросной бумаги оказался оклеенным кольцом с обеих сторон. Это кольцо нужно для устойчивости монгольфьера в полете, и, кроме того, оно делает монгольфьер более прочным.

Сверху монгольфьера наклейте шляпку из папиросной бумаги — кружок — диаметром 10–13 сантиметров. При склейке шара, как бы аккуратно вы ни старались это сделать, на макушке его все же останутся несколько щелей, которые нужно покрыть шляпкой.

Готовый шар просушите на примусе и во время просушки заклейте маленькими заплатками мелкие дырочки, которые могли получиться при склейке. Просушку надо обязательно проводить в помещении, так как порыв ветра может испортить всю работу.

Пускать шар нужно в тихую погоду, иначе его трудно наполнить горячим воздухом, а небольшой порыв ветра может раздуть пламя и поджечь монгольфьер.

Разведите во дворе небольшой костер из бумаги и стружек, облитых керосином. Костер лучше всего разводить в старом ведре, а над ведром поместить большую опрокинутую воронку. Воронка направит горячий воздух в отверстие. Два-три человека пусть держат шар за нижнее кольцо над костром, а двое во время наполнения должны поддерживать его с боков.

Рис. 14

Когда шар наполнится горячим воздухом, его нужно держать только за кольцо (рис. 14). В тот момент, когда почувствуется легкая тяга шара вверх, его можно отпустить всем сразу по команде; если кто-нибудь замешкается, шар может пойти боком и потерять при этом горячий воздух.

Если сделать шар из цветной папиросной бумаги и расписать его яркими красками, — это будет очень красивое зрелище. Такие шары можно пускать на различных авиационных праздниках.

Опыты с барометром. Как бы сильно облака ни закрывали от воздухоплавателя землю, он может в любой момент довольно точно определить, на какой высоте он находится над поверхностью земли. Вы спросите, каким образом это возможно?

Определение высоты производится при помощи прибора, называемого барометром. Простейший барометр — это запаянная с одного конца и открытая с другого стеклянная трубка, длиною около метра, наполненная ртутью и опрокинутая в чашечку с ртутью. В трубке ртуть опускается, и над ней образуется пустота. Ртуть, конечно, не выливается из трубки, потому что ее удерживает давление воздуха на ртуть в чашечке, и от величины этого давления зависит высота ртутного столба.

Давление в каком-либо месте зависит от высоты находящегося над ним столба воздуха. Когда воздухоплаватель поднимается в верхние слои атмосферы, то давление там становится меньше, чем было внизу, и поэтому ртуть в барометре будет опускаться, и тем ниже, чем выше поднимется воздухоплаватель. Если нанести на трубку ртутного барометра деления, соответствующие высоте, то по положению уровня ртути можно измерять высоту подъема. Однако ртутные барометры неудобны для полетов. Вместо них применяются обычно металлические, так называемые барометры-анероиды. Если вам удастся достать барометр-анероид, то с ним можно будет проделать интересный опыт.

Прибор этот так чувствителен, что не нужно непременно высоко подниматься, чтобы заметить изменения его показаний. Выйдите во двор, держа его прямо перед собой, слегка ударьте по нему пальцем, чтобы облегчить перемещение стрелки, и, заметив показание стрелки, взойдите на второй этаж дома. Здесь опять слегка стукните пальцем по анероиду, и вы сразу заметите, что стрелка отойдет назад. Когда вы подниметесь на четвертый или пятый этаж, положение стрелки переменится уже довольно значительно. Но сколько бы вы ни ходили по комнатам одного какого-нибудь этажа, не изменяя высоту, — стрелка будет оставаться неподвижной.

Воздушный змей. Все вы знакомы с обыкновенным воздушным змеем и, может быть, даже сами запускали его.

Змей всегда запускается против ветра. Вы быстро бежите, и змей поднимается в воздух. Чем сильнее ветер, тем медленнее можно бежать. При сильном ветре змея можно запустить стоя на одном месте. Время от времени слегка отпуская нитку, можно добиться того, что змей будет подниматься еще выше. Змей летает потому, что его плоскость имеет наклон, и ветер, напирая снизу, поднимает его вверх. Чем сильнее дует ветер, тем сильнее он нажимает на змея и тем лучше поднимает его. При слабом ветре давление недостаточно, и запускающему приходится бежать, чтобы увеличить давление.

Самый простой змей — это квадратный кусок тонкой бумаги, натянутый на легкий каркас из дранок. С одной стороны к квадрату привязан длинный хвост, чтобы удерживать змея всегда в наклонном положении. Хвост змея, кроме того, поддерживает устойчивость его в полете, не дает ему кувыркаться. Снизу к раме привязываются нитки, на которых запускается змей.

Рис. 15

Существуют конструкции змеев и совсем иного типа.

Хорошо поднимается, например, коробчатый змей системы Поттера (рис. 15).

Две коробки, имеющие в сечении вид ромба, соединены продольными рейками. К тупым углам ромба привязаны нитки; на них запускается змей. Этот змей очень хорошо летает даже при тихой погоде и очень устойчив в воздухе.

Для изготовления его приготовьте 4 сосновые рейки длиной 1 метр, сечением 8 x 4 миллиметра, две рейки длиной по 87,5 сантиметра такого же сечения и две рейки длиной по 50 сантиметров такого же сечения. Рейки длиной по 87,5 и 50 сантиметров свяжите в два креста и к концам их привяжите концы длинных реек. Рейки должны быть из очень сухой и прямослойной сосны, без сучков.

Теперь обтяните каркас полосками материи шириной 25 сантиметров, как показано на рис. 15. Материя нужна легкая, но плотная; очень хорошо тонкое полотно. Материю приколотите мелкими гвоздиками и слегка натяните.

Только не натягивайте очень сильно, иначе остов перекосится. Концы полосок материи сшейте. Если не найдете материи такой длины, чтобы ее хватило на весь каркас, можно сшить ее из отдельных кусочков. Но сделайте это так, чтобы швы пришлись как раз на рейки. Если сумеете достать авиационный лак — эмалит, — очень хорошо покрыть им материю.

Затем нужно сделать так называемую путлю — шнурки, к которым привязывается леер — бечевка, служащая для запускания змея. Концы тонкой бечевки длиной 1 метр прикрепите к самому концу рейки, привязанной к тупому углу ромба. Это будет у нас передняя сторона змея. Второй конец этой бечевки привяжите на расстоянии 25 сантиметров от заднего конца змея, как раз там, где кончается обтяжка материи. Еще один конец второй бечевки прикрепите у конца обтяжки передней стороны каркаса. Второй конец этой бечевки привяжите к середине петли, получившейся из первой бечевки. Теперь можно привязать леер. Место крепления леера зависит от того, при какой силе ветра запускается змей. При сильном ветре леер привязывается ближе к месту соединения двух бечевок, а чем ветер слабее, тем дальше. Буквой а показано у нас место крепления леера при сильном ветре, буквой в — при среднем и буквой с — при слабом.

Для того чтобы сделать змей прочным, можно изготовить еще две рейки длиной по 87,5 и 50 сантиметров, связать их крестом и укрепить внутри каркаса в том месте, где привязан конец первой бечевки.

Летающий винт. Когда мы запускаем змея, он стоит на месте, а движется ветер, нажимает на наклонную плоскость змея и поддерживает его.

Но можно заставить аппарат двигаться и летать в неподвижном воздухе. Мы уже видели, что если, например, бежать со змеем в неподвижном воздухе, то, двигаясь, он набирает высоту. Этого же можно достигнуть иным способом.

Пропеллер самолета представляет собой, в сущности, очень короткий винт с весьма глубокой нарезкой. Быстро вращающийся пропеллер ввинчивается в воздух и тянет за собой самолет.

Но можно сделать винт отдельно и заставить его быстро вращаться и летать. Возьмите катушку от ниток и прибейте ее гвоздиком к какой-нибудь рукоятке так, чтобы она легко вертелась на этом гвоздике. Если шляпка гвоздика небольшая и катушка соскакивает с него, подложите под шляпку кусочек жести. Сверху в катушку вбейте два тонких гвоздика, уже без шляпок, как показано на рис. 16, А.

Из полоски жести или латуни длиной сантиметров десять вырежьте фигуру пропеллера, пробейте аккуратно в середине две дырочки (рис. 16, Б) так, чтобы они свободно надевались на штифты, забитые в катушку. Возьмитесь пальцами за концы пропеллера и изогните их винтообразно; концы пропеллера должны получиться почти под прямым углом один к другому.

На катушку плотно намотайте прочную нить длиной примерно в полметра, наденьте пропеллер на штифты катушки и сильно дерните за нитку. Катушка, а с ней и пропеллер быстро завертятся, и вдруг пропеллер соскочит с катушки и взлетит высоко вверх.

Рис. 16

Попробуйте по-разному изгибать пропеллер и добейтесь того, чтобы он поднимался на 10–12 метров. Только будьте осторожны: быстро вращающийся металлический пропеллер может наделать бед, если налетит на человека или какие-либо хрупкие предметы.

Бабочка. Есть очень забавная летающая игрушка, похожая на бабочку. В то время, когда самолеты еще еле отрывались от земли, она приводила всех в восторг полетами к потолку комнаты. И теперь она бывает в продаже, но мы ее можем сделать и сами.

Возьмите две тонкие щепочки а и б длиной по 14 сантиметров и шириной полсантиметра и вклейте их концы параллельно друг другу в две половинки крепкой и плотной пробки А и Б (рис. 17). Толщина пробки должна быть 4–5 миллиметров. Выстрогайте еще две тонкие лучинки л и воткните их в пробку А так, как показано на рисунке. Эти лучинки должны быть немного согнуты. Согнуть их легко. Смочите лучинки водой, загните, завяжите в этом положении нитками и подержите над огнем. Когда лучинки высохнут, можно спокойно развязать нитки: изгиб почти не изменится.

Рис. 17

Прямые лучинки каркаса бабочки и изогнутые — для крыльев — хорошенько вклейте в пробки столярным клеем. Вырежьте из папиросной бумаги крылья бабочки и приклейте их к лучинкам. Крылья можно разрисовать яркими красками. В половинку такой же пробки, как для каркаса, вклейте усики п бабочки, также согнутые из тонких лучинок и оклеенные папиросной бумагой. Усики должны быть повернуты один к другому так, как повернуты лопасти пропеллера, потому что они будут вращаться и тянуть бабочку.

Из тонкой крепкой проволоки, например из английской булавки или скрепки для бумаги, сделайте крючок, проткните его сквозь пробку А, затем наденьте стеклянную бусинку, пропустите ось крючка сквозь пробку В усиков и закрепите в ней, загнув проволоку. Эта ось с крючком должна очень легко вращаться в пробке А. Лучше всего, кроме бусинки, проложить еще по обе стороны ее маленькие жестяные кружки.

Между крючками натяните 8—10 тонких резиновых нитей сечением 1x1 миллиметр. Такие резиновые нити употребляют авиамоделисты для летающих моделей самолетов. Резинки не следует сильно натягивать.

Возьмите бабочку двумя пальцами левой руки за пробку Д а правой закрутите резинки, поворачивая голову бабочки. Когда вы отпустите голову, резинки станут раскручиваться и завертят усики. Тогда выпустите бабочку из левой руки, и она быстро взлетит под потолок. Она очень смешно трепещет крыльями, летает вправо и влево, кувыркается и наконец, медленно, все так же трепыхаясь, опускается вниз.

Главное при изготовлении бабочки — то, что она должна быть легкой, но прочной. При закручивании резины она не должна ломаться. Чем сильнее накрутите резину, тем лучше полетит бабочка. Только при закручивании усиков нужно обращать внимание на то, как они изогнуты.

Может получиться так, что бабочка не поднимется вверх, а с силой ударится о пол и сломается.

Бумеранг. Бумерангом называется оригинальное метательное оружие австралийцев. Он представляет собой узкую серповидную дощечку; один ее конец немного длиннее другого.

В руках австралийских дикарей бумеранг крайне опасное оружие. Они сбивают им птиц с деревьев на расстоянии 50 и более метров. Когда же смертоносное оружие не достигает цели, оно, описав дугу, возвращается к ногам стрелка.

Можно самому сделать маленький бумеранг и пускать его в комнате.

Возьмите почтовую открытку и вырежьте из нее угольник с тупым углом изгиба. Одна сторона этого угольника, как и в настоящем бумеранге, должна быть немного длиннее, а значит, и тяжелее другой. На рис. 18 видна фигура маленького бумеранга. Размер ее большого значения не имеет. Если такой бумеранг поместить на край наклонно положенной книги и ударить палочкой по выступающему более длинному концу, то он, быстро вращаясь, полетит вперед и, описав дугу, возвратится к вам.

Рис. 18

Этот опыт не всегда удается сразу, но, вырезав несколько бумерангов, можно найти такую форму, при которой бумеранг обязательно будет возвращаться обратно.

Опыт с катушкой. Для этого интересного опыта нужно иметь только старую катушку от ниток, кусок гладкого плотного картона, булавку и трубку. Вставьте трубку в катушку. Из картона вырежьте кружок диаметром 3 сантиметра и в центре его воткните булавку (рис. 19). Трубку с катушкой на конце возьмите в рот, снизу в катушку вставьте кружок с булавкой так, чтобы булавка вошла внутрь катушки, и сильно подуйте.

Вы думаете, что кружок моментально отлетит от катушки? Получается как раз наоборот: пока вы дуете, кружок держится у катушки и не падает, но, как только вы перестанете дуть, он сейчас же упадет.

Это происходит потому, что воздух, выходящий из катушки, быстро растекается в стороны параллельно кружку, причем понижается давление на картон с той стороны, которая обращена к катушке. В это же время давление окружающего воздуха поддерживает кружок с другой его стороны.

Рис. 19

Шарик, танцующий в воздухе. Еще примерно за сто лет до нашей эры александрийский ученый Герон произвел интересный опыт. На открытый конец изогнутой трубки он положил легкий шарик и затем в трубку нагнетал воздух. Шарик, поднявшись над концом трубки, как бы плясал в воздушной струе, не отлетая в сторону.

Этот опыт легко повторить. Наденьте на короткий конец изогнутой под прямым углом стеклянной трубки длиною около 25 сантиметров проволоку, согнутую спиралью (рис. 20, справа). Сделайте из бузинной мякоти шарик диаметром примерно 1 сантиметр и положите его в эту спираль. Попробуйте подуть в другой конец трубки сначала слабо, а потом все сильнее и сильнее, — и шарик будет плясать в воздушной струе.

Рис. 20

Объясняется этот опыт довольно просто. Если струя обтекает шарик равномерно, он будет держаться в ней на какой-то высоте. Если же струя чуть отклонится ветром или шарик собьется с середины струи, сейчас же произойдет вот что: скажем, правая половина шарика вышла из струи, она, значит, потеряла точку опоры, а на левую струя продолжает нажимать, вследствие чего шарику сообщается вращательное движение. Это хорошо видно на опыте с шариком в струе воды (рис. 20, слева). Он вновь как бы вкатывается в середину струи, не успев окончательно выскочить из нее.

Как перевернуть стакан, наполненный водой, не пролив ни капли. Налейте в какой-нибудь небольшой стаканчик со шлифованными краями воды до краев (можно и до половины) и наложите на него листок бумаги. Осторожно, придерживая бумагу ладонью, переверните стакан, а затем спокойно отнимите руку, — вода не выльется: воздух, давящий снизу на бумагу, удерживает воду. Без бумаги вода легко могла бы вылиться с какой-нибудь одной стороны, в свободное место проник бы воздух и вытеснил всю остальную воду.

Струя, бьющая по приказанию. Поставьте на деревянную подставку бутыль (рис. 21) с боковым горлышком. Такие бутыли продаются в магазинах школьных наглядных пособий. Вместимость ее должна быть примерно 1 литр. В оба горлышка бутыли с помощью резиновых пробок вставьте две согнутые стеклянные трубки Аж Б. Рядом с бутылью на стол поставьте жестяной таз так, чтобы трубка А не доходила до дна таза. Этот таз должен иметь кран или трубку с резиновым рукавом для выпуска воды.

Рис. 21

Закройте отверстие трубки Б, выньте пробку из верхнего горлышка бутыли и налейте в нее воду. Затем заткните верхнюю пробку. Из трубки Б вода может вытекать только тогда, когда через трубку А в бутыль будет попадать воздух. В этом легко убедиться, если заткнуть пальцем отверстие трубки А и открыть боковую трубку Б. Вода из нее не будет выливаться. Зажав трубку В, налейте воду в таз. Если в таз налить столько воды, чтобы она покрыла отверстие трубки А, можно смело открыть трубку Б — вода из нее не будет выливаться. Когда мы немного разожмем трубку, выводящую воду из таза, уровень воды в тазе станет понижаться и наконец откроет отверстие трубки А. В этот момент из трубки Б начнет бить вода. Если приток воды из трубки Б идет быстрее, чем вода вытекает из таза, уровень воды в тазе снова повысится и закроет отверстие трубки А. Вода из бутыли опять перестанет вытекать, но вскоре уровень воды в тазе понизится, и все начнется сначала.

Про такую струю можно сказать, что она бьет «по приказанию». Если вы показываете этот прибор людям, незнакомым с его действием, то можете «командовать» струей.

Пустите воду из трубки Б и подождите, пока поверхность воды в тазе настолько повысится, что вот-вот закроет отверстие трубки А; тогда медленно скажите: «Остановись», и струя, к удивлению зрителей, остановится. Когда же поверхность воды в тазе опустится настолько, что отверстие трубки А скоро откроется, повелительно скажите: «Струя, бей», и она через секунду начнет бить. В действительности, конечно, не вы даете «приказания» струе, а она вам.

Сифон. Кто мало знаком с законами физики, тот с трудом поверит, что вода в трубке может перелиться через горку без помощи насоса. Это, однако, возможно, но при двух условиях: 1) ведро для стока должно стоять ниже того сосуда, из которого вытекает вода, и 2) горка должна быть не выше 10 метров.

Чтобы понять действие такого приспособления, рассмотрим очень простой аппарат, носящий название сифон.

Короткий конец согнутой трубки вставляется в сосуд, откуда вытекает вода, а длинный — в пустую банку (рис. 22, А). Если предварительно набрать воду в трубку и опустить ее короткий конец в верхний сосуд с водой, то достаточно будет открыть нижнее отверстие для того, чтобы пошла непрерывная струя воды.

Вода будет литься до тех пор, пока полностью не опорожнится верхний сосуд.

Можно в верхний сосуд опустить конец пустой трубки, а затем втянуть воду ртом через длинный конец, после этого вода станет сама выливаться.

Чем объясняется действие сифона? На оба конца трубки воздух давит с одинаковой силой, и вода в них была бы в равновесии, если бы оба отверстия были на одном уровне. Но так как один конец сифона ниже другого, столб жидкости в нем тяжелее, чем в коротком колене. Поэтому вода выливается из этого более длинного конца, а атмосферное давление вгоняет воду в отверстие короткого конца. Таким образом, вода как бы непрерывно втягивается в короткий конец. На самом деле это давление наружного воздуха вгоняет воду в короткую трубку.

Опыт с сифоном очень хорошо произвести, воспользовавшись резиновой трубкой. Тогда можно наблюдать, что чем ниже опускать свободный конец трубки, тем быстрее будет выливаться вода, а если поднять конец трубки до уровня более короткой части сифона, вода совсем перестанет выливаться. Если же этот подвижной конец поднять вместе со вторым сосудом выше поверхности жидкости в верхнем сосуде, то вся вода из сифона выльется в верхний сосуд обратно. На рис. 22, Б показано, как можно провести воду из озера через горку и вывести ее в долину фонтаном.

При вытягивании из сифона воздуха ртом жидкость может попасть в рот, а так как сифоном часто переливаются вредные жидкости, например кислоты, то, чтобы обезопасить себя, придумали очень простое приспособление.

Рис. 22

Сбоку длинной трубки сифона приделали еще одну трубку так, чтобы она вошла в сифон нижним концом. Верхний конец этой добавочной трубки изгибается, и, кроме того, на ней делается небольшой шар (рис. 22, В).

Пользуются этим сифоном так. Сначала затыкают длинный конец сифона, то есть выходное отверстие, затем всасывают жидкость в боковую трубку Шар не дает жидкости попасть в рот, потому что, дойдя до шара, жидкость поднимается очень медленно, и втягивание ее можно прекратить. Теперь стоит только открыть нижнее отверстие сифона, и жидкость потечет из него.

Шар Герона. Атмосферный воздух обладает способностью сжиматься. В цилиндре с плотно вставленным в него поршнем можно, например, легко сжать 2 литра воздуха до объема 1 литра или еще меньше. Когда воздух сжимается, увеличивается, конечно, давление, которое он оказывает на стенки сосуда. Соразмерно с этим должна быть увеличена и прочность сосуда.

Физики Бойль и Мариотт открыли такой закон: если на данное количество всякого газа будет оказано вдвое, втрое и т. д. большее давление, то объем его уменьшится вдвое, втрое и т. д. раз. С другой стороны, если в один и тот же сосуд определенного объема нагнетать вдвое, втрое и т. д. большее количество воздуха, то во столько же раз возрастет и его давление. Это последнее свойство газа можно обнаружить при помощи простого прибора, называемого героновым шаром. Изобретение его приписывают знаменитому древнему математику и физику Герону Александрийскому.

Для этого опыта нужны только аптекарская склянка, пробка и заостренная стеклянная трубка.

Заполните водой примерно ¹/₅ часть склянки и пропустите трубку сквозь пробку почти до самого дна (рис. 23). Воздух в бутылке давит на воду с такой же силой, как и наружный воздух через трубку. Оба этих давления уравновешиваются, и вода остается в покое.

Рис. 23

Теперь возьмите в рот конец трубки и дуйте в бутылку насколько хватит сил. Воздух будет входить в бутылку сквозь воду в виде пузырьков. Как только вы вынете трубку изо рта, внутренний воздух, обладающий сейчас уже большим давлением, чем внешний, немедленно вытеснит воду через трубку, и из нее вылетит высокая струя. Фонтан будет бить до тех пор, пока есть вода в бутылке или пока давление воздуха в бутылке не сравняется с наружным.

Геронов фонтан. Геронов фонтан примерно то же самое, что и шар Герона. Разница только в способах сжатия воздуха.

Возьмите две бутылки с широким горлышком, чтобы можно было вставить в них пробки с двумя стеклянными трубками (рис. 24, А). Одну из бутылок поставьте на стол и налейте в нее почти дополна воды. В пробку этой бутылки вставьте суженную наверху стеклянную трубку, нижний конец которой должен доходить почти до дна сосуда. Вторую трубку изогните в двух местах. Эта трубка должна быть такой длины, чтобы она доставала до второй бутылки.

Вторую бутылку поставьте на пол или на стул. Конец второй трубки вставьте в пробку нижней бутылки, а рядом с ней вставьте в нижнюю бутылку еще одну длинную прямую трубку с воронкой на верхнем конце. Нижний конец этой трубки должен доходить почти до дна нижней бутылки. Изготовление фонтана закончено.

Если подуть в воронку, в нижней бутылке сожмется воздух, давление его передастся через изогнутую трубку в верхнюю бутылку, и из заостренной трубки станет бить фонтан.

То же самое получится, если лить в воронку воду. Наливая воду, заткните пальцем трубку фонтана. Вы увидите, что вода скоро перестанет выливаться из трубки с воронкой и наконец наполнит ее всю. В этот момент воздух в бутылке испытывает давление, равное атмосферному давлению, сложенному с весом водяного столба от уровня воды в воронке до нижнего конца трубки. Как только вы откроете трубку фонтана, из нее сейчас же брызнет вода, так как хотя и с этой стороны имеется атмосферное давление, но давление изнутри будет больше. Наш фонтан будет бить до тех пор, пока не наполнится нижняя бутылка или из верхней бутылки не вытечет вся вода.

Но можно устроить фонтан, действующий гораздо дольше. Такой фонтан можно сделать для аквариума с рыбками. Возьмите две большие жестяные банки Д и Г (рис. 24, Б), поставьте их одну на другую и соедините металлическими трубками. Банки должны быть не очень маленькими, емкостью литра по два или больше. Трубка а начинается почти от самого дна банки Г, проходит сквозь ее крышку, потом сквозь дно банки Д и выходит через ее крышку в бассейн В. Трубка б выходит из крышки банки Г и оканчивается под крышкой банки Д. Трубка а водонапорная, а б — сжимающая воздух. В центре бассейна В пропустите трубку в, доходящую почти до самого дна верхней банки. Все соединения ясно показаны на рис. 24, Б.

Рис. 24

Остается только привести фонтан в действие.

Выньте трубку в и налейте в верхнюю банку воду приблизительно до уровня трубки б. Затем вставьте трубку в на место и налейте воду в бассейн. Фонтан немедленно заработает. Действие воды и воздуха в этом фонтане такое же, как и в предыдущем опыте.

Так как вода, прибывающая в бассейн, стекает в нижнюю банку, понятно, что фонтан перестанет бить тогда, когда вся вода из бассейна выльется в нижнюю банку. Если емкость банок по 2 литра и отверстие трубки фонтана не более полумиллиметра, — фонтан бьет около получаса. Чем выше помещены банки одна над другой, тем сильнее бьет струя.

Картезианский водолаз. Это очень забавная игрушка. Ее легко сделать самому. Материалы нужны простые.

Купите в магазине наглядных пособий широкую цилиндрическую мензурку и достаньте кусок тонкой резины такого размера, чтобы она покрыла отверстие мензурки. Налейте в мензурку воды почти доверху. К маленькой легкой бутылочке привяжите на трех-четырех нитках или проволочках маленькую чашечку или наперсток, как показано на рис. 25. В чашечку положите несколько дробинок. Это приспособление и есть водолаз. Опустите его осторожно в воду, чашечкой вниз. Бутылочка-водолаз будет плавать, так как вода не может войти внутрь его — не пускает воздух. Наклоняя бутылочку под водой, выпустите из нее немного воздуха или прибавьте в чашечку столько дробинок, чтобы водолаз еле плавал и от малейшего толчка опускался под воду.

Рис. 25

Когда отрегулируете плавучесть водолаза, накройте мензурку резиной, натяните ее и крепко привяжите. Теперь, как только вы нажмете пальцем на резину, водолаз пойдет ко дну Отпустите палец — и он сейчас же всплывет.

Водолаз ныряет вот почему. Когда вы нажимаете на резину, воздух под ней сжимается и передает свое давление на воду. Через воду давление передается на воздух, оставшийся в маленькой бутылочке водолаза. Воздух в бутылочке сжимается, в нее входит вода, пузырек становится тяжелее и идет ко дну. Как только давление прекращается, воздух в бутылочке выгоняет воду, и водолаз всплывает.

Эту игрушку придумал лет триста назад великий французский ученый и философ Декарт, по-латыни — Картезиус. Поэтому игрушка Декарта была названа картезианским водолазом.

Насосы и их устройство. Кто внимательно прочтет это описание и проделает все опыты, тот сможет сам конструировать различные модели водоподъемных сооружений.

С давних пор было известно, что жидкость можно поднять в трубе при помощи поршня, плотно прилегающего к стенкам трубы. Для этого необходимо сначала передвинуть поршень до нижнего конца, затем опустить этот конец в жидкость и наконец поднимать поршень в трубе. При этом жидкость будет следовать за поршнем. В прежнее время это явление объясняли тем, что природа будто бы «не терпит пустоты» и поэтому якобы жидкость заполняет трубу, как только в ней образуется пустота при поднятии поршня. На самом деле воду поднимает только давление атмосферы.

Если поршень в трубе опустить до поверхности воды, воздух будет давить на поверхность поршня, как и на воду. Но как только мы потянем поршень кверху, под ним атмосфера уже не будет давить на воду и наружное давление погонит воду в трубу вслед за поднимающимся поршнем.

Чем выше столб воды, поднятой с помощью поршня в трубе, тем он тяжелее и его труднее поднимать кверху. Но как бы ни была длинна труба насоса, поршнем можно поднять воду не выше чем на 10,33 метра. Выше этого вода не пойдет, как бы мы ни поднимали поршень. Почему? Потому, что столб воды такой высоты весит столько же, сколько и столб воздуха, давящего на поверхность воды, равную площади поршня. Эти два веса уравновешивают друг друга и ограничивают возможность дальнейшего подъема воды.

Теперь вы понимаете, почему в описании сифона было сказано, что колено сифона не должно быть выше чем на 10 метров от поверхности воды. При большей высоте столб воды в сифоне должен разорваться в колене и образовать пустоту — безвоздушное пространство.

Конечно, подъем воды поршнем на высоту 10 метров практически невозможен потому, что под поршнем всегда имеется некоторое количество воздуха. Очень хорошо, если таким насосом удастся поднять воду на высоту 8 метров.

Маленький насос нетрудно сделать самому. Для этого нужны только небольшие обрезки стеклянных трубок диаметром сантиметра два и круглые деревяшки, просверленные посредине. Посмотрите на рис. 26, А. На нем показан продольный разрез простого насоса из стеклянных трубок и деревяшек.

В нижнюю деревяшку вставляется снизу всасывающая трубка, а верхняя деревяшка нужна для того, чтобы правильно двигалась штанга поршня. Точно по внутреннему диаметру стеклянной трубки подыщите круглую деревянную палку. От этой палки отрежьте деревянные части для насоса. Стеклянные трубки нужны одна длиной 4 сантиметра, другая — 10 сантиметров. Кусок палки сантиметра три длиной просверлите посредине и сбоку. В боковое отверстие вставьте водоотливную трубку, а на оба конца наденьте заготовленные стеклянные трубки: короткую сверху и длинную снизу. Стекло с деревом соединяется сургучом.

Сначала обмажьте сургучом деревяшку, потом разогрейте над огнем трубку и сургуч на деревяшке, вставьте ее в трубку, слегка поворачивая из стороны в сторону. В нижний конец длинной трубки вставьте тоже просверленный в середине кусок палки длиной примерно 2 сантиметра. Сквозь это отверстие проходит всасывающая трубка. Третий кусок палки, длиной примерно 1 сантиметр, будет поршнем. Чтобы поршень легко двигался в трубке и не пропускал воздух, сделайте на нем кольцеобразный вырез и обмотайте шерстяной ниткой. Нитки надо намотать столько, чтобы она плотно прилегала к стеклу. Для облегчения движения смажьте ее маслом. В поршень вделайте проволочную ручку с кольцом на конце. Если бы поршень был сплошным, он при движении кверху поднимал бы воду за собой, а при движении книзу опять выталкивал ее обратно. Но нам нужно поднять воду в отливную трубку. Поэтому поршень устраивают так, чтобы вода могла сквозь него пройти кверху, а обратно уйти не могла. Для этого служат клапаны. Клапаны можно сделать разными способами. Простейший применен в нашем насосе. Он сделан вроде западни, которая собственной тяжестью закрывает отверстие. При напоре воды снизу он поднимается и пропускает воду. На этом основано устройство всех клапанов.

Маленький кусочек жести, изогнутый на одном конце в трубочку, прикрепляется проволочной скобкой над отверстием поршня. Чтобы он плотно прикрывал отверстие, к нему снизу приклеивается сургучом кусочек кожи. Чтобы открытый клапан не мог откинуться в обратную сторону, напротив шарнира вбейте в поршень маленький кусочек проволоки: она будет удерживать край клапана. У нас на рис. 26, Б показана еще одна конструкция клапана; устройство и действие его понятны без описания.

В нашем насосе нужно поставить два клапана: один в поршне, другой у входного отверстия.

Насос действует так: когда поршень идет кверху, давление воздуха закрывает клапан поршня, а нижний клапан, уступая напору воды, стремящейся за поршнем, открывается. Как только вы перестанете тянуть поршень, нижний клапан своей тяжестью закроется, и вода из насоса не сможет вылиться обратно. Когда поршень пойдет вниз, она откроет клапан поршня и пройдет сквозь него вверх. Когда вы перестанете опускать поршень, клапан его закроется, и вода останется над ним. Следующим движением поршня кверху вы поднимете воду к отливному отверстию, а клапаны насоса будут действовать точно так же, как и в первом случае. Клапан поршня останется закрытым, а нижний, впускной, клапан откроется и впустит воду.

У нас получится обыкновенный всасывающий насос, который употребляется для поднятия воды с небольшой глубины.

Рис. 26

Для того чтобы поднять воду повыше, лучше всего пользоваться нагнетательным насосом. Устройство этого насоса показано на рис. 26, В. Разница в устройстве поршней только в том, что верхний клапан нагнетательного насоса сделан не в поршне, а в отливной трубке.

Действие нагнетательного насоса также просто. Когда поршень поднимается кверху, воздух захлопывает клапан отливной трубы, а вода открывает нижний клапан, закрывающий всасывающую трубу. При обратном движении поршня закрывается нижний клапан и напором воды открывается клапан отливной трубы. Когда эта труба повернута концом кверху, нажимая поршнем на воду, можно поднимать ее на значительную высоту.

Если бы нам надо было поднять воду на высоту, скажем, 100 метров, то было бы очень неудобно применить всасывающий насос. Один насос не справился бы, их надо было бы поставить штук десять один над другим и последовательно перекачивать воду. Применение всасывающих насосов заставило бы нас воздвигнуть огромную постройку и тратить большую мощность для выкачивания воды.

Нагнетательный же насос можно поместить у самой воды. Так помещают всегда пожарные насосы.

Установка нагнетательного насоса не требует больших сооружений. Все дело в том, чтобы провести трубу от выходного отверстия насоса на нужную высоту. Сам же насос и машина, приводящая его в движение, могут быть значительно выше. Когда поршень нагнетательного насоса поднимается кверху, выводящая трубка насоса закрыта. Значит, этот насос работает с перерывом при каждом подъеме поршня вверх.

Чтобы получить равномерную струю воды, к насосу пристраивается воздушный резервуар. На нашем рисунке это бутыль Г. Отливная трубка продолжена почти до дна ее. Другая такая же трубка проходит сквозь горлышко этой бутыли наружу. Через отливную трубку насоса вода поступает в бутыль, а через вторую трубку вытекает из нее.

Конечно, как только вода закроет конец прямой трубки, воздух в бутыли начнет сжиматься, а через трубку насоса вода будет все время прибывать. Сжатый воздух заставит воду из бутыли подниматься по прямой трубке и выливаться наверху. Получается то же самое, что и в героновом шаре. В начале работы насоса вода не сразу пойдет из прямой трубки — внутри бутыли создается давление воздуха. Это давление будет регулировать выход воды из бутыли. Когда насос будет подавать воду, воздух будет сжиматься, а во время перерывов в подаче расширяться и продолжать выгонять воду.

На этом принципе устроены пожарные насосы, в которых обычно два цилиндра и два поршня работают попеременно, а воздушный клапан дает равномерную струю.

Самый простой комнатный фонтан. Простой комнатный фонтан без всякого насоса или геронова шара можно устроить таким образом. Возьмите довольно большой сосуд, вместимостью несколько литров, налейте в него воды и поставьте повыше, например на шкаф. Через край сосуда перекиньте стеклянную трубку, согнутую дугой. Один конец ее должен доходить почти до дна сосуда, а на другой наденьте резиновую трубку. У нас получится сифон. Трубку протяните к тому месту, где должен быть фонтан. В конец резиновой трубки вставьте обрезок заостренной стеклянной трубки, направленной маленьким отверстием вверх.

Потяните ртом воздух из трубки, и вода брызнет вверх. Конечно, надо заранее установить бассейн для стока воды, а также устроить зажим из согнутой проволоки. Этим зажимом закроете трубку, когда почти вся вода вытечет из верхнего сосуда, иначе вам придется каждый раз снова высасывать из нее воздух.

Сифонный фонтан не может быть выше уровня сосуда, подающего воду. Струя даже не достигнет этой высоты. Но подогнать струю выше уровня сосуда можно другим способом. Если вы соберете трубки так, как показано на рис. 27, то эта конструкция, оказывается, сможет на короткое время выкидывать воду даже значительно выше верхнего сосуда.

Рис. 27

Попробуйте во время работы фонтана на секунду открыть кран А, а потом очень быстро закрыть его. Струя фонтана мгновенно брызнет выше верхнего сосуда, потом она опять опустится до своей обычной высоты, и, сколько бы раз вы ни открывали и закрывали кран, каждый раз при закрытии крана струя будет резко усиливаться.

Обратное давление. Вода, налитая в сосуд, оказывает давление не только на дно сосуда, но и на все его стенки.

Повесьте на двух нитках высокую жестянку от консервов. Если концы нити привязаны точно по диаметру банки, то банка повиснет точно по отвесу (рис. 28, А). Вода не выводит ее из этого положения, потому что она равномерно давит на все стенки изнутри. Но если вы пробьете сбоку около дна маленькое отверстие и вода начнет выливаться, банка отклонится от вертикальной линии в сторону обратную струе воды (рис. 28, Б). Это происходит потому, что со стороны отверстия давление воды на стенку банки будет меньше, а на противоположной стороне оно останется прежним.

Рис. 28

На этом принципе построено так называемое сегнерово колесо, представляющее собою вертушку, показанную на рис. 28, В. Вода выливается из четырех трубок, в которых с одной и той же боковой стороны пробиты отверстия, и обратное давление вращает всю вертушку.

Простейшая паровая турбина. Герон Александрийский, о котором мы уже не раз говорили, предложил проект довольно интересной машины, действующей обратным давлением. Она представляла собой шар с выходящими из него двумя изогнутыми трубками, наподобие трубок сегнерова колеса. Этот шар мог вращаться на оси, и, когда под ним разводили костер, вода закипала, пар вырывался из отверстия трубок и вращал эолипил — как его называли тогда.

Маленький эолипил Герона можно сделать самому из обрезка латунной проволоки длиной 5 сантиметров и диаметром 2–3 сантиметра и двух тоненьких стеклянных трубочек.

Из пятисантиметровой трубки, двух пробок, двух тоненьких трубочек и железной проволоки соберите конструкцию, показанную на рис. 29.

Рис. 29

Когда будете вставлять тоненькие трубочки, обратите внимание на то, чтобы их отверстия были направлены в противоположные стороны. Концы этих трубочек должны быть сужены.

В толстую трубку налейте немного воды. На конец проволоки, выступающей в месте соединения П-образной рамки, поддерживающей эолипил, насадите кусочек ваты, смоченной спиртом. Зажгите спирт. Как только вода закипит, пар вырвется из отверстий трубок, и эолипил быстро завертится.

Лет пятьдесят назад по принципу действия эолипила Герона инженер Лаваль строил настоящие паровые турбины. Но они расходовали очень много пара. Более совершенный тип турбины создал английский инженер Парсонс. Турбины Парсонса получили широкое распространение.

Простой пароходик. Если вы умеете немного паять, можете сделать очень простой пароходик, который будет хорошо плавать на пруду. Этот пароходик тоже будет действовать отдачей струи пара.

Достаньте жестяную коробочку от зубного порошка — она будет котлом вашего парохода. Припаяйте к ней ее крышку, сверху проделайте отверстие и припаяйте к нему гайку от штепсельного гнезда. Это будет отверстие для наливания воды. Его нужно закрывать пробкой. Пробку сделайте из штепсельного гнезда с запаянным отверстием.

Чтобы удобнее было завинчивать гнездо, припаяйте небольшое колечко из проволоки и на гнездо наденьте кружок, вырезанный из резины от велосипедной камеры. Теперь можно быть спокойным, что отверстие будет завинчиваться очень плотно. На одной из боковых стенок коробки, у самой крышки проделайте отверстие, вставьте в него капсюль от примуса и припаяйте. Отверстие капсюля немного расширьте снаружи, поворачивая в нем иголку (рис. 30).

Рис. 30

Котел готов. Ко дну его припаяйте две проволочки, изогнутые в виде буквы «П». Длина проволочных ножек — 4–5 сантиметров.

Спиртовки к этому котлу можно сделать из двух склянок от туши. Вырежьте два жестяных кружка немного большего диаметра, чем горлышки склянок. В этих кружках сделайте отверстия и вставьте жестяные трубочки диаметром примерно 5–6 миллиметров. Пропустите в трубки фитили, свернутые из ваты, — и все готово. Можете ставить котел на пароход.

Если у вас нет подходящего корпуса парохода, можно для первого опыта сделать его просто из куска доски. Достаньте обрезок доски длиной 40 сантиметров и шириной 10–12 сантиметров; заострите один конец — это будет нос, а на другом конце укрепите жестяной руль. Посредине доски проткните шилом отверстия для проволочек и поставьте котел. Его нужно установить на такой высоте, чтобы от концов трубок спиртовок до дна котла было расстояние 2 сантиметра.

Налейте в котел на ²/₃ воды, в склянки спирту и, когда фитили хорошо пропитаются спиртом, зажгите их. Как только вода в котле закипит, пар шипя станет вырываться из капсюля, и пароходик, важно пыхтя, поплывет вперед.

Как убедиться, какая из двух жидкостей тяжелее, не взвешивая их и даже не прикасаясь к ним? Вы скажете, что это невозможно. Сейчас увидите, что это вполне осуществимо.

Согласно закону Архимеда, всякое тело, погруженное в жидкость, теряет в весе столько, сколько весит вытесненная им вода. Если тело тяжелее вытесненной воды, как, например, железо, — оно тонет. Если оно легче, как, например, дерево, — оно всплывает. Наконец, если вес погруженного тела равен весу вытесненного им объема воды, то оно не всплывает и не тонет.

Возьмите две банки из-под варенья и уравновесьте их на весах, подсыпав к более легкой банке песку или дроби. Затем растворите примерно в литре воды горсть соли и налейте точно 1 литр этого раствора в одну из банок, а в другую налейте литр несоленой воды. Если вы будете рассматривать эти две прозрачные жидкости, вряд ли кто-либо из вас сумеет по наружному виду отличить, в какой банке вода соленая, а в какой — пресная, то есть в какой банке жидкость тяжелее и в какой легче.

Возьмите свежее яйцо, прилепите к нему сургучом нитку и опустите его осторожно сначала в одну банку, а потом в другую. Вы увидите, что в одной банке яйцо будет плавать, а в другой тонуть. Зная закон Архимеда, мы можем уверенно сказать, что в первой жидкости оно теряет в своем весе больше, чем во второй, или, иначе говоря, литр воды в первой банке тяжелее воды во второй банке. Значит, вода в первой банке наверняка соленая, а во второй — пресная. Поставьте обе банки на весы, и вы убедитесь в этом: банка с соленой водой перетянет. Теперь вам должно быть ясно, почему морские суда имеют в открытом море меньшую осадку, чем в устьях рек, куда они заходят иногда грузиться.

Яйцо, плавающее внутри жидкости. Для того чтобы заставить яйцо плавать внутри жидкости, на какой-то высоте, нам придется составить эту жидкость, так сказать, из двух этажей. Возьмите высокую банку и налейте в нее до половины насыщенный раствор соли.

Потом, осторожно сливая по стенкам, долейте банку чистой водой. Теперь, если очень осторожно опустить в банку яйцо, оно потонет в верхней части и задержится во второй. Правда, сначала падающее яйцо по инерции опустится несколько ниже уровня соленой воды, но потом, немного поколебавшись вверх и вниз, оно остановится неподвижно на границе между двумя жидкостями (рис. 31).

Рис. 31

Этот же опыт можно проделать по-другому. Если вы будете его показывать товарищам, то на не знающих вашего секрета он произведет большое впечатление.

Приготовьте сначала банку и налейте ее до половины насыщенным раствором соли. Затем на глазах у товарищей опустите в эту банку яйцо. Оно будет плавать на поверхности. Теперь спросите их, что получится, если вы добавите воды в банку. Они наверняка скажут, что яйцо поднимется вверх, и будут очень удивлены, когда окажется, что яйцо почти не сдвинулось с места, хотя банка налита до самого верха. Потом вы сможете разъяснить им ваш секрет.

Шар из масла внутри жидкости. Очень красив и другой опыт, отчасти основанный на том же явлении, что и опыт с яйцом, но значительно труднее его. Если налить на поверхность воды прованского масла, оно растекается по поверхности. В чистом спирте масло тонет, образуя слой на дне. Очевидно, масло легче воды, но тяжелее спирта. Если налить половину стакана водой и осторожно добавить спирта, масло, налитое туда, очевидно, должно плавать на границе воды и спирта, как яйцо в предыдущем опыте.

Но вы ошибаетесь, ожидая, что масло, как и раньше, растечется слоем. Нет, оно обращается в шар, совершенно ровный и гладкий, разве только немного приплюснутый, если вода и спирт на границе их соединения оказались смешанными (рис. 32).

Рис. 32

В таком положении полного равновесия на масло как бы не действует сила тяжести, и частицы его под влиянием внутренних сил сцепления собираются в шар.

Мыльный пузырь. Кто из вас не пускал в детстве мыльные пузыри? Кто не следил за их полетом, не любовался их чудными красками? Действительно, мыльный пузырь — замечательное явление. На нем можно изучать многие законы физики, о которых мы уже говорили раньше.

Получить прочный и большой мыльный пузырь не так просто. Не всякое мыло годится для мыльных пузырей. Не из всякой трубочки их можно выдуть. Самая плохая мыльная вода получается от самого хорошего туалетного мыла; хорошо подходит для пузырей так называемое зеленое мыло. Но еще лучше — марсельское. Мыло нужно растереть и развести мягкой дождевой или дистиллированной водой, но не нужно разводить очень жидко, от этого пузыри скоро лопаются. Чтобы пузырь был прочнее, прибавьте в мыльный раствор немного глицерина. Такую мыльную воду можно даже сохранять несколько дней в хорошо закупоренной бутылке.

Хорошо выдувать пузыри, пользуясь стеклянной трубочкой с немного расширенным концом и хорошо отполированными краями. Края трубочки нужно предварительно натереть мылом, иначе пузыри лопаются при спускании. Они могут также легко лопнуть, если в трубочку попадет слюна.

Мыльный пузырь как воздушный шар. Налейте на блюдечко немного мыльной воды, наберите ее на трубочку и выдуйте шар; на первых пузырях всегда появляется снизу капелька мыльной воды, поэтому они не годятся для опытов. Над первыми пузырями не стоит и стараться. Стряхивайте их поскорее и набирайте снова мыльную воду на трубочку, сначала понемногу, затем все больше и больше, и наконец выдуйте пузырь сантиметров двадцать в диаметре. Легким толчком отделите его от трубочки. Вы увидите, что он сначала поднимется немного кверху, а потом, переливаясь всеми цветами радуги, медленно опустится и, прикоснувшись к полу, лопнет. Он был наполнен вашим горячим дыханием и поэтому, как наполненный горячим воздухом шар-монгольфьер, поднялся кверху, а затем остыл и опустился.

Но этот опыт требует много терпения и удается только в очень спокойном воздухе.

Гораздо проще наполнить мыльный пузырь светильным газом.

Соедините вашу трубочку резиновым рукавом с газовой горелкой. Обмакните конец трубочки в мыльную воду и, подняв кверху, откройте слегка кран газопровода. Когда надуется порядочный пузырь, закройте кран и стряхните пузырь. Он поднимется прямо кверху, до потолка.

Если под рукой будет зажженная свеча, пузырь можно поджечь в воздухе.

Подъемная сила такого наполненного светильным газом пузыря так велика, что к нему можно прицепить даже небольшую тяжесть, но прикреплять ее надо очень осторожно.

Из тонкой медной проволоки сверните кольцо диаметром 1–1,5 сантиметра. На этом кольце из такой же тонкой проволоки сделайте скобочку. Проволоку можно взять из шнура, который применяется в электропроводке. Шнур этот сплетен из многих тонких медных жилок. Хорошенько смочите кольцо мыльной водой и подверните его под пузырь, повернув трубочку концом книзу. Кольцо прилипнет к пузырю и не разорвет его (рис. 33). Через проволочную скобочку можно перекинуть еще маленькую полоску бумаги или посадить на нее маленького бумажного человечка. Он, как пассажир в корзине воздушного шара, будет носиться по воздуху, пока не лопнет пузырь.

Рис. 33

С мыльным пузырем можно проделать еще один замечательный эффектный опыт. На дно большой банки (рис. 33, справа) поставьте маленькую чашечку с осколками мрамора или мела. Полейте мраморные осколки раствором соляной кислоты (1 часть кислоты на 10 частей воды). В чашечке начнутся довольно сильное кипение и шипение. Надо подождать, пока кипение в чашке окончится. Тогда воздух в банке станет спокойным, и опыт можно начать.

Выдуйте небольшой пузырь и стряхните его осторожно в банку. Этот пузырь будет вести себя в банке совершенно неожиданно. Сначала он упадет почти на дно, потом поднимется кверху, опять упадет вниз и наконец остановится в банке, держась на небольшой высоте. Здесь он будет принимать различные окраски. Следите за ним. Вот он стал светло-голубым, потом зеленым, желтым, вот он делается красным, пурпурным, вот опять появляется голубоватый оттенок, только гораздо красивее и гуще, чем сначала, но при этом шар опускается книзу и наконец лопается, обычно не достигнув дна.

Чем объясняется это явление?

От обливания мрамора соляной кислотой образуется углекислый газ (двуокись углерода), такой же бесцветный, как и воздух (об этом газе будет подробно сказано в последней главе книги). Углекислый газ тяжелее воздуха, и поэтому он остается в банке. Получается как бы озерко углекислого газа, на поверхности которого плавает мыльный пузырь. Ваш мыльный пузырь наполнен воздухом, и поэтому он легче газа. Оболочка пузыря настолько тонка, настолько мало весит, что пузырь не тонет, но постепенно углекислый газ проходит внутрь пузыря и заставляет его потонуть.

Два мыльных пузыря один в другом. Мыльный пузырь не лопнет, если к нему прикоснуться стеклянной трубочкой, смоченной мыльной водой. Но прикосновение сухим предметом сейчас же разрывает пузырь. Смоченную в мыльной воде трубочку можно ввести внутрь пузыря и выдуть в нем другой пузырь. Когда вы вытащите трубочку, второй пузырь упадет на дно большого пузыря и будет лежать в нем, как яблоко в корзине. Маленьким толчком о трубку первого пузыря можно вытолкнуть второй пузырь наружу, и он повиснет вроде корзины воздушного шара (рис. 33).

Другие опыты с мыльными пленками. Если вы сделаете из проволоки кольцо, смочите мыльной водой и затянете его мыльной пленкой, то с этим диском из мыльной пленки можно произвести довольно интересный опыт.

Положите на пленку смоченное мыльной водой тонкое проволочное колечко, а затем проткните какой-нибудь сухой палочкой середину кольца. Мыльная пленка лопнет, но останется ободком между внутренним и наружным кольцами.

Согнутые из проволоки различные геометрические фигуры можно затянуть мыльной пленкой, опустив в мыльный раствор и затем вынув из него, и они будут очень красиво переливаться всеми цветами радуги.

Если опустить пузырь на стеклянную пластинку, смоченную мыльным раствором, пузырь растягивается на ней, как небесный свод. Под этим искусственным небом можно поместить различные бумажные фигурки, домики.

Очень красивыми получаются пузыри, наполненные табачным дымом. В большой обычный пузырь можно поместить второй, молочного цвета, пузырь, выдутый табачным дымом.

Опыты с мыльными пузырями очень увлекательны. Кто попробует повозиться с ними, проведет за этим, казалось бы пустяковым, занятием немало времени.

Как произвести звук, чтобы услышать его дважды? Звук распространяется не только через воздух, но и через все газообразные, жидкие и твердые тела. Только скорость распространения и сила звука при этом не одни и те же. Через некоторые газы и через все жидкие и твердые тела звук распространяется скорее, чем через воздух. В самом легком известном нам газе — водороде — звук проходит в секунду 1286 метров, то есть почти вчетверо больше, чем в воздухе. В воде скорость звука равна 1400 метрам, в дереве — 3300 метрам и в железе — 5000 метрам в секунду.

Пользуясь хорошей звукопроводностью воды, определяют наличие подводных лодок в море или, подслушивая через воду шум винтов, обнаруживают ход судна, еще находящегося за горизонтом. На берегах прудов, в которых разводят карпов, часто устанавливают колокол, и карпы приплывают на звон колокола, зная, что в это время их кормят. Значит, звук проходит из воздуха в воду. Если бы колокол был помещен в воде, вода затрудняла бы раскачивание языка колокола, и звук получился бы очень слабым.

Однако мы отклонились от темы. Как же издать звук так, чтобы услышать его дважды? Гуляя, вы заметите где-нибудь длинный железный решетчатый забор. Чем длиннее забор, тем лучше. Оставьте вашего спутника у начала забора, а сами пройдите вдоль него шагов сто двадцать, приложите ухо плотно к железному пруту забора и попросите вашего спутника сделать по решетке сильный и короткий удар. Прежде всего вы увидите, как он ударит, а затем услышите звук двух ударов, быстро следующих один задругам. Может быть, вы решите, что это вам показалось, но при повторном опыте всякое сомнение исчезнет. Вы действительно слышите два звуковых удара.

Так же просто, как и опыт, его объяснение.

От тела, вызвавшего звук, толчки дошли до уха двумя путями: через воздух и железо. Через железо звук распространяется очень быстро (5000 метров в секунду), а через воздух значительно медленнее (333 метра в секунду). Это и вызывает два коротких звуковых раздражения. Если вы отошли от места на 100 метров, первый звук, распространившийся по железу, дойдет до вашего уха через 0,02 секунды, а второй — через 0,3 секунды. Разница в 0,28 секунды явственно ощущается ухом.

Звук передается твердыми телами не только быстро, но и хорошо. Этим свойством пользуются заключенные, ведя стуком переговоры между камерами.

Один англичанин так воспользовался свойством елового дерева очень хорошо передавать звук. Он поставил в подвале рояль и еловым шестом соединил деку рояля с комнатой верхнего этажа. В верхнем этаже шест проходил через пол и передавал звуки рояля, когда к нему прикладывали деку скрипки. Музыка, совершенно не доходившая прежде из подвала, была так хорошо слышна, будто рояль находился в комнате.

Позднее физик Тиндаль заменил скрипку арфой, тоны которой больше подходят к роялю, и все присутствующие были поражены результатами: струны арфы издавали звуки, как будто под ударами невидимой руки, и многие суеверные люди думали, что это действуют духи.

В маленьком масштабе подобный опыт можете повторить и вы.

Возьмите деревянный шест длиной 2–3 метра и пропустите его через деревянную стену или дверь какого-нибудь сарая. Отверстие должно быть больше толщины шеста. Шест не должен прикасаться к деревянной двери или стене, оберните его ватой или войлоком и тогда вставьте в отверстие. Вдвиньте шест так, чтобы концы его были одинаковой длины с обеих сторон. Если к одному концу шеста вы приложите часы, а к другому концу деку скрипки, гитары или просто тонкую доску, — тиканье часов будет слышно громко и ясно.

Дешевый телефон. Зная свойство звука хорошо распространяться по твердым телам, можно устроить очень простой и дешевый телефон. Конечно, сравнить его с электрическим нельзя, но на небольшом расстоянии он будет все же отлично передавать звуки.

Склейте из картона два небольших стакана, донышки их проткните в центре, проденьте сквозь них тонкий крепкий шнур и закрепите его на дне стаканов деревянной палочкой. Длина шнура может быть более 20 метров. Участники разговора получают по стакану и расходятся, насколько позволяет шнур. Теперь, если один из участников будет говорить в стакан, а другой приставит свой стакан к уху, то даже тихо произносимые слова будут отлично слышны (рис. 34). Звук проводится шнуром хорошо только тогда, когда шнур натянут.

Рис. 34

Рупор. Мы уже знаем, что воздух состоит из многочисленных отдельных частиц. При возникновении звука частицы воздуха, находящиеся около звучащего тела, передают толчки соседним частицам, которые толкают следующие, и т. д., и таким образом звук доходит до нашего уха.

При разрежении воздуха расстояния между частицами увеличиваются, и передача толчков, а значит, и звука ослабляется. В безвоздушном пространстве звук передаваться вообще не может. У кого есть воздушный насос, тот легко может в этом убедиться.

Возьмите, например, электрический звонок и положите его под колпак воздушного насоса. Звонок нужно положить на небольшую подушечку, чтобы звук его не передавался наружу через стол. Включите ток и, пока звонок работает, начните выкачивать воздух. Сначала звон будет сильным, потом станет тише и наконец будет едва слышен, как будто звонок звонит далеко и еле-еле работает, хотя на самом деле вы видите частые удары молоточка, которые показывают, что звонок действует.

Частицы воздуха напоминают по своим свойствам упругие мячики. Поэтому, пользуясь обычным резиновым мячом, можно получать некоторые явления, похожие на те, которые происходят в воздухе при передаче звука его частицами.

Сделайте, например, пометку мелом на стенке, на высоте вашего роста, прямо против себя, и с силой бросьте мячик в стену. Он вернется по тому же направлению, по которому был брошен. Если вы отойдете в сторону от пометки на стене и бросите в нее мячик, он отскочит в противоположную от вас сторону. Можно заранее сказать, в каком направлении он отскочит от стены. Если восставить перпендикуляр из точки удара мячика о стену и измерить угол, под которым мячик ударился, можно заметить, что он отскочил от стены под тем же углом к перпендикуляру. Первый угол называется углом падения, а второй — углом отражения. Поэтому физики говорят, что угол падения равен углу отражения (рис. 35, внизу). Этому же закону подчиняется и звук.

Рис. 35

Явление отражения звука навело на мысль построить такие инструменты, при помощи которых звук можно передавать на большие расстояния. Мы знаем, что звук распространяется во всех направлениях и поэтому очень быстро ослабевает. С помощью рупора мы можем направить звук большой силы в одном определенном направлении. Сотни лет искали наилучшую форму рупора, но оказалось, что, какую бы фигуру ему ни придавали, он не получается много лучше простого рупора, который легко сделать самому.

Склейте из картона коническую трубу длиной примерно 1 метр так, чтобы диаметр раструба получился 15–20 сантиметров и узкий конец конуса имел отверстие диаметром сантиметра три. К этому концу рупора приклейте небольшую воронку так, чтобы ею удобно было закрывать рот. Когда рупор высохнет, приложите рот к воронке, а раструб направьте в ту сторону, куда хотите направить звук. Стенки рупора не дадут рассеяться звуку во все стороны, и сила звука будет ослабевать с расстоянием значительно меньше, чем без рупора.

Рис. 35 показывает, как благодаря рупору звуковые колебания, отражаясь от его стенок, распространяются по направлению параллельному оси рупора. С помощью хорошего рупора длиной 2 метра можно разговаривать на расстоянии в километр, а при тихой погоде, да еще ночью, даже дальше.

Звук так хорошо распространяется в трубах, что часто в учреждениях устраивают очень простую связь: из одного помещения в другое проводят трубу и разговаривают по этому примитивному телефону.

Часто на небольших морских и речных судах капитанский мостик и помещение рулевого связаны трубами с машинным отделением. Да и между каютами иногда прокладывают такой примитивный, но очень надежный телефон.

Искусственный гром. Для этого опыта вам не нужно никаких электрических приборов. Все заменит кусок бечевки. Приложите один кусок бечевки к уху и попросите товарища отойти с другим концом ее и довольно сильно натянуть. Теперь, если ваш товарищ будет очень тихо ударять по бечевке пальцами, вы услышите как бы стук дождевых капель о раму окна. Если он будет водить по бечевке гвоздем, вам послышится завывание бури. Если же ваш помощник будет катать шнур между пальцами, вы ясно услышите раскаты грома. При легком подергивании бечевки получается впечатление боя часов.

Попробуйте привязать бечевку к железным щипцам, которыми берут уголь из печи, приложите концы бечевки к ушам и стукните щипцами о ножку стола или какой-нибудь металлический предмет (рис. 36). Что вы услышите?

Рис. 36

Акустические обманы. Слух, как и другие наши чувства, иногда обманывает нас. Можно ошибиться и в силе звука, и в исходной точке его. Раскаты грома так могущественны, что мы затрудняемся сравнивать их с каким-нибудь другим шумом, и все-таки гром можно совершенно заглушить, комкая бумагу у самого уха. Это не значит, конечно, что комканье бумаги громче грома. Просто настолько велика разница в расстояниях, что звук комканья бумаги воспринимается нами сильнее страшных раскатов грома.

Очень часто бывают ошибки в определении направления звука. Часто, услышав эхо, можно подумать, что именно в той стороне, откуда послышалось эхо, находится человек. Торопясь к трамваю, мы часто зря бежим, чтобы успеть сесть в него. Представьте себе, что вы идете по улице, упирающейся в другую, по которой проложена трамвайная линия, как показано на рис. 37.

Рис. 37

Вы слышите приближение трамвая, решаете, что он идет слева, торопитесь добежать до угла. В большинстве случаев вы ошибаетесь: оказывается, что он идет справа. Бывает и наоборот: если вам нужно сесть в трамвай, идущий справа, левый трамвай вводит вас в заблуждение. Объясняется это очень просто. Вы идете по правой стороне улицы, и трамвай приближается справа. Он скрыт от вас углом дома, и вы его не видите, но слышите. Звук в этом случае попадает в ухо не прямым путем. Мы знаем, что звук распространяется во все стороны. Каждое из этих направлений мы можем назвать звуковым лучом.

Рассмотрим один из звуковых лучей, исходящих от движущегося трамвая (на рисунке он обозначен жирной чертой). Сначала луч звука падает на сторону А улицы, по которой идет трамвай. От этой стороны, по известному уже нам закону, он отражается и попадает на сторону Б. Отразившись и от нее, он достигает нашего левого уха. Поэтому вы думаете, что трамвай идет с левой стороны, так как мы привыкли считать, что звук исходит от тела, находящегося на линии звукового луча.

Говорящие фигуры. Для этого опыта нам нужны два вогнутых зеркала. Их нетрудно сделать самому. Так как зеркала эти будут служить только для опытов со звуком, их можно сделать из папки. Блеск этим зеркалам не нужен, и особенной точности тоже не требуется.

Если вы представите себе вогнутое зеркало, рассеченное через центр пополам, то, очевидно, линия разреза будет дугой, радиус которой будет равен радиусу того шара, часть которого составляет вогнутое зеркало. Если вы захотите сделать вогнутое зеркало с радиусом 1 метр (этот размер как раз хорош для нашего опыта), возьмите кусок картона длиной сантиметров семьдесят и метровый шнурок. Начертите на картоне дугу так, чтобы захватить ею всю длину картона (рис. 38, А). Вырежьте аккуратно эту часть круга, и у вас получится так называемый шаблон.

Достаньте непроклеенный картон и нарежьте из него 12–15 узких равнобедренных треугольников, длинная сторона которых должна равняться примерно 35 сантиметрам. Сшейте эти треугольники (рис. 38, Б), время от времени прикладывая к ним шаблон. Добейтесь того, чтобы они образовали вогнутое зеркало, примерно соответствующее шаблону. Для этого сначала из этих сшитых треугольников получаем очень плоское коническое зеркало. Чтобы придать ему необходимую нам округлую форму, намочите картон и, когда он размокнет, растягивайте его, нажимая большим плоским блюдом и руками до тех пор, пока поверхность не станет такой вогнутой формы, какая нам нужна. Все время прикладывая шаблон по разным направлениям, добейтесь того, чтобы зеркало получилось правильной формы.

Готовое мокрое зеркало положите сушить в тени, подложив под него тряпки, чтобы картон не провис. Если хотите сделать зеркало не такое большое, например диаметром 30–40 сантиметров, его можно сделать из одного куска картона, вырезав круг диаметром 45 сантиметров, и, намочив, вытянуть его по шаблону.

Очень хорошее зеркало можно сделать из гипса. Шаблон этого зеркала нужно сделать из доски, но взять не вогнутую сторону, а выпуклую. В середине этой выпуклой части шаблона вбейте гвоздь. Откусите головку этого гвоздя и заострите его (рис. 38, В). Затем вырежьте из толстого картона круг такого диаметра, каким должен быть диаметр зеркала, например 50–60 сантиметров. По краям круга пришейте борта из папки 10–15 сантиметров вышиной. Все щели замажьте глиной или замазкой. В эту форму налейте гипс, смешанный с небольшим количеством клея, замешайте немного и, когда масса сделается тестообразной, вставьте шаблон в центр дна и вертите его. Шаблон соскребет излишек гипса, а оставшийся гипс остынет и образует выемку по форме шаблона.

Когда гипс окончательно засохнет, вы получите замечательное вогнутое зеркало. Только не сушите его около печки или на солнце, потому что при быстрой сушке на гипсе получаются трещины.

Для нашего опыта нужны два одинаковых вогнутых зеркала. Повесьте их в двух комнатах, точно друг против друга, так чтобы между ними приходилась дверь. Если зеркала большие, расстояние между ними можно взять до 10 метров. В фокусе одного зеркала поставьте какую-нибудь куклу и объявите присутствующим, что эта маленькая особа может говорить и отвечать на вопросы.

Фокус вогнутого зеркала находится как раз против центра его, то есть против самого глубокого места, на расстоянии половины радиуса изгиба (рис. 38, /), то есть на расстоянии половины того радиуса, которым чертился шаблон. Если вы чертили шаблон радиусом 1 метр, значит, фокус зеркала находится на расстоянии 50 сантиметров от центра его.

Рис. 38

Звуковые лучи, исходя из центра той шаровой поверхности, часть которой составляет наше зеркало, падают на зеркальную поверхность, каждый перпендикулярно к ней, и отражаются обратно в тот же центр. Если же звучащее тело находится в точке, расположенной несколько ближе к зеркалу, то идущие от него звуковые лучи, отражаясь, соберутся в точках более удаленных от зеркала, чем его центр. А если исходная точка звуков будет совпадать с фокусом зеркала, то, отразившись, они пойдут параллельно главной оси зеркала и, попав на противоположное вогнутое зеркало, отразятся уже от этого второго зеркала и соберутся в его фокусе, который находится тоже на расстоянии полурадиуса от середины зеркала.

Чтобы скрыть другое зеркало от зрителей, завесьте открытую дверь кисеей или тонкой простыней — они отлично пропускают звуковые волны. Лучше всего производить опыты вечером, тогда вы можете осветить ту комнату, в которой находится кукла, а смежную не освещать. Зеркала должны обязательно висеть точно одно напротив другого. Установить их нелегко, так что перед тем, как показывать этот опыт собравшимся, проверьте, правильно ли висят зеркала, иначе может получиться конфуз.

Если вам никто не помогает при установке, можно повесить в фокусе одного зеркала часы, а тиканье их слушать у второго зеркала в другой комнате.

Фигурку установите так, чтобы голова ее была в том месте, где лучше всего слышно тиканье часов. Это будет как раз в фокусе зеркала. Но при опыте вам все-таки необходим помощник. Пусть он станет у фокуса зеркала, висящего в темной комнате, и слушает все, что будут говорить фигурке на ухо. Он же должен и отвечать на все вопросы, тихо говоря в фокус зеркала, и тогда задавший вопрос услышит ответ, держа ухо у головы фигурки. Получается такое впечатление, что действительно говорит кукла, и никто из присутствующих наверняка не сможет объяснить, в чем тут секрет.

Чтобы ваш помощник, сидящий в темной комнате, не ошибся и не дал ответ не в фокус зеркала, установите небольшой рупор, через который можно будет и разговаривать и слушать. Рупор, голова и плечи человека, подходящего к зеркалу, мало помешают распространению звуковых лучей.

Волчок как акустический инструмент. В начале этой книги мы рассказывали, как проделать опыты с волчком. Тогда мы заставляли его вращаться в самых удивительных положениях, а сейчас воспользуемся им как музыкальным инструментом. Только для этого опыта нужен волчок особенно тяжелый. Может быть, какой-нибудь знакомый токарь выточит вам такой волчок по нашим рисункам (рис. 39).

Рис. 39

Ось можно сделать медную, заострить и немного закруглить конус внизу Самый диск волчка лучше всего сделать из какого-нибудь тяжелого металла, например олова или свинца. Диск надо обязательно выточить на токарном станке. Сверху оси волчка надо просверлить в центре углубление точно по оси. К этому углублению подберите подходящий отрезок стальной проволоки и вставьте его в деревянную ручку. Подставку можно сделать из дерева, только сверху, там, где будет вращаться конец оси волчка, вставьте медный подшипник, а низ подставки, чтобы она не скользила, оклейте сукном. Чем точнее сделаны все части волчка, тем дольше он вращается и, значит, тем лучше получаются опыты с ним. Волчок этот запускается шнурком, как показано на рис. 40.

Обратите внимание на то, что над диском волчка, по обе стороны оси, должны быть вставлены два маленьких штифтика. Они нужны для того, чтобы устанавливать на волчке различные круги, которые составляют акустический аппарат волчка.

Рис. 40

Вырежьте ножницами из жести или тонкого листа меди два правильных круга с тремя отверстиями посредине: одно в центре — для оси волчка, и два маленьких по бокам — для штифтов. На окружности одного из этих кружков выпилите напильником зубцы самой разнообразной величины без всякого определенного порядка, как показано на рис. 41, А. Но острия всех зубцов должны доходить до наружного края.

На другом кружке сделайте зубцы как можно точнее (рис. 41, 5), глубиной 2–3 миллиметра. Если последний зубец выйдет немного больше или меньше остальных, это не беда — один зубец дела не испортит.

Вы уже знаете, что всякое звучащее тело сообщает толчки частицам воздуха, и эти толчки передаются затем нашему уху. Ряд таких отдельных одинаковых толчков воспринимается нашим ухом в виде сплошного звука лишь в том случае, если они следуют один за другим достаточно часто. Как бы вы ни торопились бить палкой по барабану или карандашом по кусочку картона, все же отдельные удары будут слышны.

При помощи наших зубчатых кружков можно ударять по картону с такой частотой, что отдельные удары нельзя будет различить.

Положите на волчок кружок с беспорядочно выпиленными зубцами и приложите к нему кусочек очень плотного и тонкого картона (рис. 41, А). Вы услышите отвратительный, визгливый скрип.

Рис. 41

Не то получается с другим кружком. Равномерные удары его правильных зубцов о картонку, сливаясь, вызывают одну музыкальную ноту (так называемый тон), сначала высокую, а затем, по мере замедления хода волчка, все более и более низкую.

Может быть, вам интересно знать, сколько последовательных равномерно следующих толчков сливается в нашем ухе в одну музыкальную ноту и в какую именно? 16 толчков в одну секунду уже сливаются в низкую, густую ноту, а 435 колебаний в секунду дают тон ля.

Это та самая нота, на которую настраивается вторая скрипичная струна.

Еще интереснее знать наибольшую частоту колебаний, которую может воспринимать наш слух. Надо заметить, что с увеличением числа колебаний в секунду после известного предела одновременно с повышением тона идет ослабление восприятия нами звука.

При самом высоком тоне рояльной струны она совершает 5000 колебаний в секунду, 20 ООО колебаний в секунду производят едва слышимый нами звук, а 35 ООО колебаний может уловить только редкий слух. Большее число колебаний наше ухо уже не воспринимает.

Однако мы забыли про наш волчок, а он между тем может еще потешить нас музыкальными звуками гаммы и аккордами. Только для этого надо сделать еще один кружок, так же как и первые два из жести или меди или даже из хорошего картона (рис. 42, А). Сделать его нетрудно, только надо знать размеры. Такой же кружок, как и первый, разделите радиусами на 6 равных частей и прочертите на нем 4 круга, каждый раз уменьшая радиус на одну и ту же величину, чтобы все промежутки между окружностями были равны. На внутреннем круге сделайте 12 дырочек, на втором — 15, на третьем — 18, а на наружном — 24. Диаметр отверстий должен быть 2–3 миллиметра. Только не протыкайте их шилом, а выбейте просечкой и вообще постарайтесь изготовить круг очень тщательно.

С помощью этого кружка можно сообщить воздуху правильные, следующие друг за другом толчки — значит, вызвать музыкальный тон. Для этого во время вращения круга нужно дуть в один из рядов отверстий. Струя воздуха то пропускается через отверстия, то задерживается промежутками. Это дает часто следующие друг за другом толчки, то есть тон. Струю воздуха направьте на круг через оттянутую с одного конца и загнутую под углом стеклянную трубочку, как показано на рис. 42, Б.

Если волчок вращается со скоростью 6 оборотов в секунду, первый ряд дырочек даст нам 6 х 12 = 72 колебания; второй — 6 х 15 = 90 колебаний; третий — 6 x 18 = 108 колебаний и четвертый — 6 х 24 = 144 колебания в секунду. Такой волчок с продырявленными дисками называется сиреной Савара. Наша сирена может издавать правильные аккорды из трех нот. Для этого надо только еще одно приспособление.

Возьмите тонкую медную трубку и один конец ее запаяйте. Сбоку трубки просверлите четыре отверстия на таком же расстоянии одно от другого, на каком находятся круги с дырочками на сирене. К этим четырем отверстиям припаяйте по маленькому отростку трубки. Когда на открытый конец этой металлической трубки вы наденете резиновую трубку и будете дуть сквозь четыре тоненьких отростка на вращающийся круг сирены, держа трубку так, чтобы воздух из тоненьких трубочек попадал сразу на все круги с дырочками, вы услышите правильные аккорды, высокие или низкие, в зависимости от скорости вращения волчка.

Рис. 42

Тот, кто знаком с музыкой, может с помощью волчка наблюдать очень интересные явления. Можно сделать, например, не четыре ряда дырочек, а восемь — получится чудесная гамма. Для этого на восьми окружностях надо расположить дырочки в таком порядке: первый ряд — 24, второй — 27, третий — 30, четвертый — 32, пятый — 36, шестой — 40, седьмой — 45 и восьмой — 48 дырочек. Гамма состоит из семи тонов, числа колебаний которых в одну секунду относятся как ряд этих чисел. Это показано в следующей табличке, в которой имеются и общеизвестные названия тонов в гамме:

Изготовленный волчок позже пригодится нам еще для оптических опытов.

Звучание струн. Всякое быстро колеблющееся тело издает звук. Вы знаете, что колеблющиеся натянутые струны издают музыкальный тон.

Возьмите натянутую струну посредине пальцами, оттяните ее чуть-чуть в сторону и отпустите. Упругая струна быстро вернется в свое прежнее положение, но по инерции перейдет через него дальше, затем снова отклонится в ту сторону, куда вы ее раньше оттянули, и будет колебаться так некоторое время, все с меньшим и меньшим размахом, пока, наконец, не успокоится.

Колебания струны вызвали толчки воздуха, следующие очень быстро один задругам. Эти толчки сливаются в нашем ухе в один звук, но такой звук струны очень слаб, и, чтобы усилить его, струны натягивают на тонкостенные деревянные ящики. Дерево хорошо воспринимает все колебания и передает их воздуху уже большей поверхностью. Поэтому все струнные инструменты — скрипка, рояль, балалайка, арфа — делаются из дерева. Оно обладает замечательной способностью одинаково хорошо воспринимать колебания почти всех звуков, в то время как металл приводится в колебание главным образом только тем тоном, который сам издает при ударе.

У кого дома есть рояль или пианино, тот легко может убедиться в этом. Деревянный корпус рояля удивительно усиливает все тона; каждый тон передается наружному воздуху одинаково громко и ясно. Откройте крышку рояля, нажмите правую педаль и возьмите голосом какую-нибудь ноту. Вы услышите, что рояль повторит взятый вами тон. При нажиме правой педали все струны освобождаются от суконных клапанов и могут свободно колебаться, но в ответ на ваш голос заколебалась только струна того тона, который вы взяли. Все остальные не отозвались.

Посмотрим теперь, как колеблется струна и какие звуки она издает в разных случаях. Не надо быть скрипачом, чтобы знать, что чем сильнее натянешь струну скрипки на колок, тем выше будет издаваемый ею звук. Но высокий или низкий тон струны зависит не только от того, насколько сильно она натянута. На тон влияют вес струны и ее длина.

Тяжелые басовые струны, обмотанные проволокой, не могут дать такого большого числа колебаний в секунду, как так же натянутые и той же длины легкие. Значит, число колебаний струны зависит и от ее веса на единицу длины. Чем больше вес струны, тем меньшее число колебаний в секунду она дает. Математики говорят, что число колебаний струны обратно пропорционально ее весу.

Если вдвое укоротить струну, колебания ее будут вдвое чаще, а потому и звук будет выше, и притом, как говорят, на октаву выше. Вообще при данном натяжении число колебаний данной струны в одну секунду обратно пропорционально ее длине.

Гармоника из деревянных палочек. Для того чтобы струна издала звук, ее не только можно бить, дергать или пилить поперек смычком. Ее можно тереть вдоль тряпкой, посыпанной канифолью. Но в этом случае колебания будут не поперечными, а продольными, они будут идти не в стороны, а струна будет попеременно то сокращаться, то удлиняться.

Мы можем устроить основанный на этом музыкальный инструмент, показанный на рис. 43. В деревянный ящик длиной 50 сантиметров и высотой 15 сантиметров вделайте на равном расстоянии одну от другой 8 деревянных очень гладких палочек толщиной 1 сантиметр. Палочки должны быть вделаны точно перпендикулярно к крышке ящика. Лучше всего сделать ящик и палочки из пихты, но очень хорошие результаты получатся, если сделать гармонику из еловых досок.

Для того чтобы ящик был устойчивым, основание его сделайте пошире. Длина палочек зависит от того, какой будет первая из них. Для изготовления этого инструмента вы можете взять такие размеры: первая палочка длиной 70 сантиметров, третья ^терция) должна быть  = 56 сантиметров, пятая  = 46,7 сантиметра, восьмая вдвое меньше первой — 35 сантиметров. Остальные палочки можно подогнать по слуху к промежуточным нотам октавы по тонам гаммы.

Рис. 43

Конечно, их можно обрезать и по цифровым соотношениям звуков, но по тону пригонять лучше, потому что можно легко ошибиться при разрезывании из-за неуловимой на глаз разницы в толщине палочек. Лучше сделать их сначала немного длиннее, чем надо, а потом постепенно подпиливать, прислушиваясь.

Длина второй и четвертой палочек должна быть средней между стоящими рядом с ними: вторая палочка  = 63 сантиметра; четвертая  51,4 сантиметра; шестая и седьмая палочки должны быть средними по длине и по звуку между пятой и восьмой.

Теперь инструмент готов, и для игры на нем больше никаких приспособлений не нужно. Двумя слегка влажными пальцами скользите по палочкам вниз, и эта оригинальная гармоника будет звучать.

Музыкальный инструмент из бокалов. Нетолстый стеклянный бокал можно заставить издавать громкий звук. Оботрите указательный палец правой руки мокрым полотенцем, чтобы удалить грязь, обмакните затем палец в воду и мокрым пальцем водите, осторожно нажимая, по краю бокала (рис. 44). Сначала вы услышите неприятный звук. Но когда края бокала хорошо оботрутся, он будет издавать поющий звук тем нежнее, чем легче вы будете нажимать пальцем.

Высота звука зависит от величины бокала и толщины стенок. Вам нетрудно будет подобрать несколько бокалов или стаканов от самого низкого до самого высокого тона. Изменять тон можно еще, подливая воду в бокал. Чем больше воды нальете, тем ниже будет тон.

Рис. 44

На такой гармонике из бокалов очень легко можно исполнять разные мелодии.

Когда вы будете вести пальцем по краям бокала с водой, вы увидите сверху, как поверхность воды колышется. Она непрерывно волнообразно движется. Волны эти очень малы, но можно заметить, что они сильнее в том месте, в котором находится палец. Волны идут поперек бокала к противоположной стороне, а под прямым углом к ним двигаются другие волны, тоже проходящие через центр.

Очень интересно наблюдать эту зыбь на зеркальной поверхности воды, и вы, конечно, понимаете, что она происходит от сотрясения стенок стакана, которое передается воде. Как только вы отнимете палец, пропадут и звук и зыбь.

Знаменитый американский ученый Бенджамин Франклин, открывший атмосферное электричество, изготовил когда-то довольно сложный музыкальный инструмент наподобие гармоники из бокалов. Он подобрал шестнадцать хорошо отшлифованных стеклянных чашек, просверлил в центре их отверстия и насадил на общую деревянную ось. Под ящиком, в котором были установлены эти стеклянные колокола, была вделана педаль, как у швейных машин. С помощью этой педали, двух шкивов и ремня можно было легко вращать ось с чашками.

От прикосновения мокрых пальцев к краям чашек звуки усиливались от нежного шепота до фортиссимо. Люди, слышавшие этот инструмент, уверяли, будто гармония его звуков была удивительно приятной. В 1763 году Франклин подарил свой инструмент англичанке мисс Девис в Филадельфии, которая показывала его в 1765 году сначала в Англии, затем во Франции и Германии, но с тех пор инструмент этот пропал бесследно.

Звуковые фигуры Хладни. В театрах, чтобы представить на сцене звон церковных колоколов, употребляют обыкновенно длинные стальные пруты или свободно висящие листы железа. Мы знаем уже о колебаниях струн и деревянных палочек, поэтому нам легко представить себе и колебания железных прутов. Что же касается железных плит, то здесь явление гораздо более сложное. Только благодаря интересным исследованиям физика Хладни мы имеем точные данные по этому вопросу. Вот как рассказывает сам Хладни о своих опытах:

«Я нигде не мог найти научного объяснения разного рода колебаниям и звучности тел. Между прочим, я заметил, что маленькая стеклянная или металлическая пластинка, подвешиваемая в разных точках, издавала различные звуки, когда я ударял по ней. Я захотел узнать причину этого различия звуков. Должен добавить, что тогда никто еще не производил исследований в этой области.

Я зажал в тиски латунный кружок от шлифовальной машины за находившийся посредине его шип и заметил, что скрипичный смычок заставляет его издавать различные звуки в зависимости от места, где прикасается смычок. Наблюдения Лихтенберга над узорами смоляной пыли, получающимися на стеклянных или смоляных пластинках под влиянием электричества, навели меня на мысль, что различные колебания моего кружка тоже обнаружатся, если посыпать его песком или чем-нибудь вроде этого. Когда я привел свою мысль в исполнение, то действительно получил при таких опытах звездообразные фигуры».

Если вы захотите повторить опыт Хладни, возьмите какую-нибудь стеклянную или, еще лучше, латунную квадратную пластинку со стороной сантиметров тридцать и толщиной 1–2 миллиметра. Неровная или надтреснутая пластинка для опыта не годится.

В центре пластинки просверлите отверстие диаметром 6 миллиметров. Чтобы пластинка могла звучать, ее надо прикрепить к чему-нибудь твердому только серединой. Привинтите ее к небольшой деревяшке, а деревяшку зажмите в тиски, привинченные к столу (рис. 45). Чтобы дать возможность пластинке свободно колебаться, под головку винта подложите предварительно плоский кусочек пробки. Покройте теперь пластинку черным лаком, хорошенько натрите смычок канифолью и медленно водите им, как показано на рисунке, вверх и вниз, осторожно нажимая. Может быть, не сразу, но вскоре вы вызовете чистый звук, правда не особенно приятный.

Сквозь сито насыпьте на пластинку мелкий песок. Насыпать постарайтесь поровнее, но не очень густо. Водите смычком по одному из краев пластинки, а пальцем другой руки дотроньтесь до противоположной стороны. На колеблющейся поверхности пластинки песчинки будут подпрыгивать, и наконец, когда звук пластинки установится, песок будет симметрично лежать на ней в виде какой-нибудь фигуры. Если вы держали палец посредине края пластинки, противоположного смычку, песок на ней ляжет двумя линиями так, что разделит пластинку на 4 квадрата. Если вы будете держать за угол пластинки, песок покроет ее по двум диагоналям.

Правильность фигуры зависит от чистоты тона, который дает пластинка. Если тон скрипучий, неприятный и неясный, фигура ясно не обозначается. Но зато, имея пластинку, дающую ясный и чистый тон, вы можете «рисовать» на ней фигуры удивительно точные и разнообразные.

Рис. 45

Фигуры образуются оттого, что не все точки пластинки колеблются от прикосновения смычка. Те участки, которые придерживаются пальцами, не двигаются, а другие быстро и сильно колеблются. Песок соскальзывает с колеблющихся точек и остается на неподвижных местах, образуя линии фигур.

Если вы будете нажимать на пластинку двумя пальцами на равных расстояниях от середины одной стороны (рис. 45), а смычком водить посредине противоположной стороны, вы получите фигуру, изображенную на том же рисунке. Наблюдая за фигурами при различных положениях пальцев на пластинке, вы заметите, что, как только меняется положение пальцев, изменяется звук и сейчас же изменяется расположение песка на пластинке.

Простые фигуры вызываются низкими басовыми нотами; более сложные образуются при высоких нотах.

Мы уже много говорили о звуковых колебаниях, и теперь нам нетрудно объяснить появление фигур Хладни.

Высокие звуки вызываются быстрыми колебаниями. Эти колебания могут совершать только малые колеблющиеся плоскости. Поэтому в них образуется большое количество неподвижных точек. Само собой понятно, что разные пластинки дают разные фигуры. Опыт можно производить не только с квадратной, но и с круглой и многогранной пластинками.

В нижней части рис. 45 показаны звуковые фигуры Хладни, полученные при опытах с квадратной пластинкой. Там показаны только самые простые фигуры из бесчисленного множества фигур, полученных Хладни. Чем выше тон пластинки, тем более сложной получается фигура и тем поразительнее скорость появления ее.

Поющая водяная струя. Два предшествовавших опыта требовали довольно много приспособлений. Зато опыт с водяной струей много проще. Найдите медную трубку диаметром 2 сантиметра и длиной 20 сантиметров, кусочек резины от игрушечного воздушного шара и еще один обрезок медной трубки длиной 3 сантиметра и диаметром 1,5 сантиметра. В длинную медную трубку впаяйте сбоку, отступя на 3 сантиметра от верхнего конца (рис. 46), заготовленную короткую трубку. Эта трубка нужна нам для надевания на нее воронки из картона.

Воронку с диаметром раструба 10 сантиметров склейте из картона. С узкой стороны ее приклейте ободок шириной 1,5 сантиметра и наденьте этим ободком воронку на выступающий конец тонкой трубки. Верхний конец толстой трубки немного расширьте, затяните его резиной и привяжите ее толстой шерстяной ниткой. Бортик на этой трубке нужен для того, чтобы резиновая перепонка не соскакивала с трубки.

Это приспособление установите на подставку так, чтобы конец трубки с резиновой пленкой — мембраной — был наверху. Трубку можно укрепить на подставке или с помощью шпенька, как показано на рис. 46, справа или просто врезать ее в подставку.

Рис. 46

Вот и все приспособление.

Чтобы понять действие прибора, вспомним самое обыкновенное явление, всякому известное: если чуть-чуть открыть кран какого-нибудь сосуда с водой, вода будет вытекать по капле. Попадая на бумагу, капля издает ясно слышный короткий звук. Капли обычно падают равномерно, через известный промежуток времени, и если бы они падали часто, то падение их вызывало бы приятный тон, так как звук образуется из частых ритмичных толчков воздуха.

Однако достигнуть такого быстрого падения капель, чтобы услышать тон, невозможно. Если вы чуть больше откроете кран, капли сольются в струю.

Но все же, пользуясь каплями, падающими из крана, можно проделать несколько интересных наблюдений.

Если вы будете поднимать бумагу или тонкий картон постепенно все ближе к крану, удары капель будут слышны все слабее и слабее, и на известной высоте их не будет слышно совсем. Наш прибор с резиновой мембраной действует так же, как бумага или кусочек картона, только это более тонкое приспособление. Каждый тихий удар по резине очень хорошо слышен потому, что он усиливается воронкой. Капли, падающие на резину, слышны во всей комнате, будто слабые удары молота по наковальне.

Но для нашего опыта нужны не капли, а тонкая струя.

Для получения струи воспользуемся стеклянной трубкой с узким отверстием на конце. Сделайте его так: трубочку (она должна быть диаметром 3 миллиметра) ровно обрежьте и подержите конец ее на огне спиртовой лампочки, слегка поворачивая до тех пор, пока стенки начнут плавиться и отверстие станет закрываться. Тогда выньте трубку из огня и быстро и сильно подуйте в нее. Таким способом вы получите круглое отверстие диаметром примерно 1 миллиметр (рис. 46, вверху).

Воду в трубочку пускайте из сосуда, установленного, например, на шкафу. Сквозь тонкое отверстие трубки пойдет довольно сильная струя. Трубку держите отвесно. Направьте струю на резину. Сначала шум падения струи будет довольно сильным, но, по мере того как вы станете приближать трубку к резине, громкий звук перейдет в глухой, и наконец струя станет падать беззвучно.

Теперь мы добрались до самого интересного в нашем опыте. Мы можем показать, насколько чувствительна струя ко всяким звукам, как под влиянием звука она даже рассыпается на капли. Особенно замечательно то, что струя распадается на капли в такт колебаниям звуков. Приложите, например, к стеклянной трубке ножку камертона ля, дающего 435 колебаний в секунду. Тогда капли на мембране будут петь в тон камертону и воронка настолько усилит их пение, что придется заткнуть уши.

Изобретатель этого прибора Александер Грейам Белл называл его водяным микрофоном. Это действительно микрофон, удивительно усиливающий слабые звуки.

Автор этой книги пытался заставить струю передать разговор. Для этого он приспособил к трубке, из которой вытекала вода, другую воронку и стал в нее говорить. Струя действительно «заговорила», но так неясно, грубо и таким ужасным голосом, что присутствующие поскорее заткнули уши.

Хорошо отрегулировав струю, можно дать возможность большой аудитории услышать тиканье карманных часов. Этот опыт показан на рисунке.

Пламя, отзывающееся на звуки. Это открытие сделано в 1857 году Леконтом. Послушайте, что он говорит об этом:

«Я был в одном обществе, которое собиралось послушать музыку. Исполнены были некоторые трио Бетховена на фортепиано, скрипке и виолончели. На стене комнаты, близ рояля, были зажжены два газовых рожка. Оба огня горели ярко. Окна были закрыты, и воздух совершенно спокоен.

Вскоре я заметил, что, как только начиналась игра, огонь рожков начинал колебаться. Колебания его согласовались со звуковыми колебаниями. Особенно заметны были колебания огня, когда усиливались звуки виолончели. Удивительно интересно было наблюдать, с какой поразительной точностью передавали огненные языки даже трели виолончели».

Мне тоже удалось однажды сделать очень интересное наблюдение в своем рабочем кабинете, который освещается газовой горелкой из пяти рожков. Когда я, сидя за письменным столом, разорвал довольно прочную бумагу, вдруг на одно мгновение в кабинете сделалось светлее. Сначала я думал, что это мне показалось, но каждая новая проба давала такие же результаты. Тогда я понял, что это явление происходит от восприимчивости огня к звуку. Я попробовал бренчать связкой ключей и убедился, что на этот звук отзывается только один из пяти рожков горелки. Когда эти четыре рожка были завинчены, огонь пятого стал еще восприимчивее. Это показывает, что давление газа имеет большое значение. Но не каждый вечер огонь одинаково отзывался на звуки.

Сейчас в квартирах уже нет газового освещения; оно давно заменено электрическим, и опыты, которые наблюдали Леконт и автор этой книги, можно проделать иначе. Конечно, это могут сделать не все, а только те, у которых в квартире проведен газ.

В продаже иногда бывают газовые горелки, которые устанавливаются отдельно, и к ним газ подводится резиновыми трубками. Такие горелки очень хороши для наших опытов. Только помните, что с газом нужно обращаться с очень большой осторожностью.

Если не достанете готовой горелки, можете сделать ее сами. В магазине химической посуды нужно достать склянку, имеющую отверстие сбоку. В это отверстие вставьте пробку с короткой стеклянной трубкой. На стеклянную трубку наденьте резиновую и присоедините ее к газовой плите. В верхнее отверстие склянки можете вставлять трубки с различными отверстиями.

Такая простая самодельная газовая горелка показана на рис. 47.

Рис. 47

Когда пустите газ в эту горелку, не торопитесь зажигать ее. Дайте газу вытеснить весь воздух из склянки, а то там образуется смесь газа с воздухом, которая при зажигании может взорваться.

Но чтобы газ в такой горелке лучше горел, к нему нужно все время подмешивать немного воздуха. На 2–3 сантиметра ниже верхнего отверстия трубки сделайте сбоку одно-два отверстия и наденьте на трубку широкое кольцо. Передвигая его, можно будет открывать отверстия больше и меньше, изменяя этим подачу воздуха. Если вы осмотрите трубку газовой плиты, подводящую газ к горелке, вы увидите, что в ней снизу тоже есть отверстие, которое закрывается заслонкой. Обычно к этой заслонке прикреплен стержень и выведен к крану горелки, чтобы удобно было регулировать пламя, приспособляясь к давлению газа, подаваемого с завода.

Когда зажжете горелку, попробуйте хлопнуть в ладоши, свистнуть, потрясти связкой ключей, бить молотком по жести, разрывать бумагу — и вы увидите, что какой-либо из этих звуков, а может быть и не один даже, заставит отзываться пламя горелки. Только горелка обязательно должна давать длинное остроконечное пламя; с широким шипящим пламенем эти опыты не будут удаваться.

Огонь некоторых горелок улавливает малейшие звуки и сейчас же принимает вид взъерошенной метлы. Огонь иногда до того чувствителен, что трудно удержаться от смеха, а он и смех сейчас же передразнивает.

Известный английский физик Тиндаль говорил, что некоторые отдельные слоги речи огонь улавливает едва заметным кивком вперед, при других он склоняется более решительно и, наконец, при третьих делает глубокий поклон, оставаясь глухим к остальным звукам. Если вы будете произносить перед ним гласные, то на «у» он не обратит внимания, на «о» едва-едва ответит, на «а» очень мало; зато «е» и особенно «и» приведут пламя в нервное состояние и заставят его съежиться.

Чуткость огня дает возможность науке исследовать разницу в звуках.

Маленькое тело нагревается быстрее, чем большое, или, иначе говоря, на большое тело должно быть потрачено большее количество теплоты для достижения определенной температуры, чем на маленькое.

Если вы хотите, чтобы пластинка из двух металлов была очень чувствительной, возьмите для нее металл потоньше и обрежьте ее поуже. Если полоска достаточной длины и к концу ее приделана стрелка-указатель, которая двигается по делениям шкалы, вы можете следить за температурой в комнате. Это будет инструмент, который можно назвать «металлическим термометром». Этот самодельный термометр сравните с хорошим ртутным и нанесите градусы на шкалу.

Металлический термометр может служить и как термометр сигнальный. Подведите один провод от батареи к пластинке, другой провод батареи соедините с одним из зажимов электрического звонка, а второй провод от второго зажима звонка укрепите над пластинкой или под ней, смотря по тому, при какой температуре, низкой или высокой, должен зазвонить звонок. Когда температура повысится, пластинка прикоснется к проводу, ток замкнется и звонок зазвонит. Передвигая провод, расположенный над пластинкой, вверх или вниз, вы можете заставить термометр давать сигналы при любой температуре.

Воздушный термометр. До определенной температуры можно пользоваться и расширением воздуха от нагревания. Только построить воздушный термометр гораздо труднее, чем металлический.

В горлышко колбы (тонкостенной бутылки) вставьте с помощью пробки тонкую стеклянную трубку и хорошенько залейте соединение сургучом. Поставьте этот прибор, как показано на рис. 49, так, чтобы нижний конец трубки опускался в сосуд с подкрашенной водой.

Рис. 49

Если вы теперь возьметесь за колбу теплыми руками, воздух, находящийся в ней, расширится от нагревания и пузырьками будет выходить через жидкость.

Если руки убрать, колба остынет, воздух в ней сожмется и окрашенная вода поднимется по трубке. Едва вы дотронетесь до колбы руками, водяной столб сейчас же опустится.

Этот прибор настолько чувствителен, что даже приближение руки к колбе и небольшие колебания комнатной температуры оказывают влияние на высоту столбика воды.

Казалось бы, что очень просто поставить за трубкой шкалу и разметить ее, сравнив с показаниями ртутного термометра. Но если сделать так, окажется, что воздушный термометр ежедневно дает разные показания, даже и при одной и той же температуре, так как высота водяного столба в трубке так же находится под влиянием изменяющегося атмосферного давления, как и столб ртути в барометре. Если же вы, кроме показаний шкалы, сумеете принять в расчет и воздушное давление, тогда показания воздушного термометра будут довольно точными.

Вертящаяся змея. Об этом маленьком опыте можно было бы рассказать в главе о механике, но с таким же правом его можно рассматривать и как пример действия теплоты; он мог быть помещен также и в главе о летательных аппаратах.

Нагретый воздух расширяется; литр теплого воздуха весит меньше, чем литр холодного. Более легкое тело всегда стремится подняться в более тяжелой среде, если оно, как воздух в воздухе, может свободно двигаться во второй среде. Неудивительно поэтому, что в комнате и на дворе воздух находится в постоянном движении. Около печки воздух поднимается к потолку, растекается под потолком, затем опускается вдоль отдаленных стен и опять идет над полом к печке.

Во дворе воздух, нагретый солнцем, поднимается, а на его место притекает холодный воздух из затененных мест.

Движение нагретого воздуха вверх можно легко обнаружить на опыте. Нарисуйте на бумаге кружок диаметром 10 сантиметров. В этом кружке начертите спиральную линию; от одного витка спирали до другого должно быть расстояние примерно 1 сантиметр. Вырежьте эту спираль, и, если вы возьмете ее за центр, она растянется, будто проволочная скалка для сбивания яичных белков.

Рис. 50

Центральный кружок спирали сложите два раза пополам под прямым углом. Тогда образуется маленькое углубление, которым спираль можно надеть на вязальную спицу. Другой конец спицы воткните в маленькую деревянную дощечку (рис. 50) и поставьте этот прибор на карниз печи или на край стула, придвинутого к печке. Спираль тотчас начнет вертеться, так как поднимающийся кверху воздух, скользя по наклонным кольцам спирали, толкает ее.

Получение теплоты без огня. Солнце — источник тепла и света для Земли. Все другие источники теплоты на Земле очень незначительны по сравнению с могучим действием солнечных лучей. Если бы солнце померкло, это было бы смертным приговором всем растениям и животным Земли. В короткое время невообразимые ледяные массы погребли бы под собой все живущее, от полюсов до экватора.

Но и искусственные источники тепла появились на земле под действием солнечных лучей.

Много миллионов лет назад, когда на расплавленном земном шаре стала образовываться твердая кора, сквозь щели этой коры вырывался огонь и громадные вулканические извержения выбрасывали пылающую лаву. Эти извержения сделали возможным существование растительной жизни на Земле. Каждый вулкан, кроме других газов, выделяет громадное количество углекислого газа, а он служит главной пищей для растений. Поэтому в следующий геологический период развития Земли рост растений был таким бурным, как никогда с тех пор. Земля походила тогда на чудовищную оранжерею. Грозовые облака окутывали Землю со всех сторон и орошали ее страшными ливнями. Солнечные лучи с трудом пробивались сквозь облака и с трудом освещали землю. Но температура Земли была все же очень высокой и воздух насыщен парами. Под влиянием теплоты и влажности травы разрастались в огромные деревья, которые, тесня друг друга, образовывали сплошные, непроходимые леса. Великаны-растения гибли, падали на землю и обращались в прекрасную почву для новых, еще больших гигантов.

В ту эпоху на Земле происходили страшные землетрясения. Большие площади земли заливались наводнениями, и часто случалось, что эти роскошные леса погребались под землей или затоплялись водой. Их постепенно заносило песком или илом, и они оказались погребенными на многие миллионы лет.

Химические процессы, происходившие под давлением образовавшихся над похороненными растениями пластов земли, превратили древесину в то блестящее черное вещество, которое извлекают теперь из недр земли, — каменный уголь. Когда мы топим печи углем, когда уголь нагревает котлы паровых машин, мы извлекаем из него ту теплоту, которую солнце затратило когда-то на первобытные леса.

С течением времени кора Земли становилась постепенно все толще и толще, но и сейчас еще на большой глубине земля сильно нагрета. Это доказывают извержения вулканов, горячие источники и высокие температуры глубоких шахт. Чем глубже забирается человек в Землю, тем теплее становится в шахте.

Все искусственные источники теплоты, конечно, ничтожны по сравнению с запасами тепла внутри Земли. Но без наших искусственных источников мы обойтись не можем.

Добыть теплоту можно различными способами. Одним из древнейших способов было трение. Быстро двигая один кусок дерева по другому, доисторические люди добывали огонь еще двадцать — тридцать тысяч лет назад. Можно получить огонь, ударяя куском стали о кремень. Это огниво. Когда мы зажигаем спичку, она вспыхивает тоже от тепла, возникающего вследствие трения головки спички о коробку. Мы можем поэтому сказать, что механическая работа обращается в теплоту.

Познакомимся поближе с появлением искры при высекании ее огнивом. Оказывается, что искра огнива — это маленький кусочек стали, раскаленный до плавления. В этом легко убедиться.

Положите под искры огнива листок бумаги. Простым глазом трудно разобрать, что за серая пыль оказалась на бумаге. Но, взяв лупу, вы увидите, что бумага усеяна маленькими серо-черными шариками, на поверхности которых ясно видны следы плавления. Вы поразитесь, узнав, что для плавления стали требуется температура 1400° по Цельсию. Но ведь вы сами видели, что при одном ударе стали о кремень в это короткое время была достигнута такая высокая температура.

Каждому понятно, что нагревание от 15° (температура воздуха в комнате) до 1400° не было подготовлено заранее. Только в момент удара, который продолжается приблизительно у долю секунды, температура должна была повыситься от 15° до 1400°. Это значит, что повышение температуры на каждый градус происходило в течение 0,00009 секунды.

Так мы проходим часто мимо поразительных явлений только потому, что привычка видеть их часто мешает нам замечать их.

А что, например, происходит в момент ружейного выстрела? Легкий нажим на спуск заставляет курок, или ударник, воспламенить пороховую массу. Собственно, ударом курка мы не могли бы зажечь порох, но от удара воспламеняется ударная смесь, а через нее и порох (смесь селитры, серы и угля). Одна из мельчайших частиц угля, раскаленная добела, передает свой жар ближайшей частице серы и селитры, и от этого в огромном количестве выделяются кислород и азот. Частицы кислорода соединяются с углеродом и образуют углекислый газ. Другая часть соединяется с серой и образует сернистый газ, который осаждается в ружейном стволе и сильно разъедает его.

Такой же процесс совершается со всеми другими зернами пороха. Развивается масса горячих газов, образование которых было вызвано теплотой, и эта масса газов с огромной силой выталкивает пулю из ствола.

Все это происходит в одно мгновение, в какую-нибудь сотую долю секунды, так что при помощи наших грубых чувств мы не в состоянии даже уловить промежуток между ударом курка и блеском ружейного выстрела.

Нагревание химическими способами. Вы знаете, что некоторые вещества соединяются с другими химически, а некоторые не обладают этим свойством. При одних химических соединениях вещества нагреваются, при других они, напротив, охлаждаются; химики называют эту теплоту теплотой соединения.

Вам известно, какой жар вызывается гашением извести. Если вы положите яйцо в нетолченую сухую негашеную известь и нальете на нее воды, яйцо очень быстро сварится вкрутую. Сухая известь вытягивает из воздуха так много сырости, что на ее поверхности может воспламениться кусочек фосфора или серы, можно растопить воск или соль. Если вы смешаете одну часть холодной воды с четырьмя частями серной кислоты, вода дойдет до температуры кипения.

Этот опыт (рис. 51) требует большой осторожности. Запомните непременно, что никогда нельзя лить воду в кислоту. Обязательно надо вливать кислоту в воду и делать это очень осторожно, непрерывно размешивая воду стеклянной палочкой.

Рис. 51

Если несколько капель воды попадают в кислоту, вода так быстро нагревается и испаряется, что происходит взрыв, разбрызгивающий кислоту. Если капли кислоты попадут на руки или на лицо, получатся очень болезненные раны. Кислота проедает также платье, если только не вывести сейчас же пятно крепким нашатырным спиртом. Свежие пятна от кислоты на платье сейчас же видны. Они красноватого цвета. Если вы неосторожно капнете кислоту на материю, сейчас же облейте ее нашатырным спиртом. При работе с кислотой нашатырный спирт всегда надо иметь под рукой.

Для нашего опыта с нагреванием воды толстые стаканы не годятся — они быстро лопаются. Возьмите специальные, так называемые химические стаканы. Лучше поставьте стаканы не просто на стол, а подложите под них сложенную в несколько раз тряпочку.

Чтобы вскипятить воду, налейте ее в пробирку и пользуйтесь пробиркой вместо палочки, когда будете размешивать кислоту. Вода в пробирке должна закипеть примерно через полминуты, а если хотите получить эффект очень быстро, налейте в пробирку не воду, а спирт; он закипает гораздо скорее, потому что точка кипения спирта намного ниже, чем воды.

Мы приводим несколько рецептов для получения теплоты без огня. Когда будете пользоваться рецептами, помните общие правила. При растворении твердых веществ воды надо подливать столько, чтобы только вполне растворить их без осадка. А кислоту вливать в раствор надо непрерывно, осторожно мешая все время палочкой. Вливать кислоту сразу нельзя, она должна литься по каплям.

Первый рецепт: 5 частей серной кислоты с раствором 6 частей сухого едкого калия.

Второй рецепт: 5 частей серной кислоты с раствором 4 частей едкого натра.

Третий рецепт: 5 частей серной кислоты с 3 частями сухой (жженой) извести. Известь нужно предварительно приготовить, залив ее таким количеством воды, какое только она сможет впитать. Затем известь нужно охладить.

Четвертый рецепт: 5 частей серной кислоты с 7 частями крепкого нашатырного спирта.

Теплота, которая развивается при химических соединениях, иногда приносит пользу, а иногда причиняет большой вред. Свежий навоз, положенный в так называемую «паровую грядку», развивает значительную теплоту, и садовники пользуются этим для ускорения роста растений. Теплота развивается и в сыром сене, сложенном в копну. Попробуйте в деревне осторожно сунуть руку в сложенную за день или два до этого копну свежего сена. Вы сразу почувствуете тепло. Самонагревание сена портит его качество. Еще больше теплоты образуется в обмолоченной соломе. И сырое сено, и обмолоченная солома могут даже самовозгораться. Бывало, что большие суда на море загорались без видимых причин, от самовоспламенения грузов. Это случалось и с железнодорожными поездами, груженными свежепрессованным брикетным углем.

Знаете ли вы, что теплота нашего тела тоже объясняется химическими процессами? Воздух, который мы вдыхаем, отличается от того, который мы выдыхаем. Выдыхаемый воздух содержит гораздо меньше кислорода и гораздо больше углекислого газа. Только пропорция азота остается неизменной. Наша кровь циркулирует по всему телу, протекает по бесчисленным разветвлениям кровеносных сосудов. Она отбирает в легких кислород от вдыхаемого воздуха и отдает углекислый газ. Кислород в нашем теле соединяется с углеродом. При этом выделяется значительное количество согревающей нас теплоты.

Можно подумать, что в конце концов в атмосфере всего земного шара кислорода окажется недостаточно. Но в природе происходит непрерывное «исправление» воздуха. Человек и прочие животные поглощают кислород и выдыхают углекислоту, а растения поглощают углерод и выдыхают кислород. Таким образом, мир растительный и мир животный зависят один от другого и поддерживают друг друга.

Нагревание жидкостей сотрясением. Сделаем маленькое вступление к этому опыту. Вы знаете, конечно, что, для того чтобы превратить твердое тело в жидкое, его надо нагреть. Лед тает под лучами солнца, воск — от пламени свечи, железо — в плавильной печи. При этом можно наблюдать замечательное и на первый взгляд непонятное явление. Пока весь кусочек взятого нами вещества не расплавится совсем, температура расплавленной части не поднимается ни на одну сотую градуса. Если у вас есть под руками кусочек льда, химический стакан, спиртовая лампочка и термометр, вы легко в этом можете убедиться.

Поставьте стакан со льдом над огнем лампочки и размешивайте термометром образующуюся в стакане воду. Все время, пока лед тает, ртуть термометра будет стоять на нуле и поднимется только тогда, когда последний кусочек льда перейдет в жидкое состояние. Можно подумать, что это неразрешимая загадка.

Куда же девалась та теплота, которая в огромном количестве была израсходована для того, чтобы расплавить твердое тело? Очевидно, она была затрачена на какую-то другую работу, и поэтому ее не обнаруживал термометр. Действительно, она вся ушла на превращение льда при температуре в 0° в воду с той же температурой 0°. Она обратилась в «скрытую» теплоту, как говорят физики. И она опять может проявиться тогда, когда произойдет обратное: когда вода обратится в лед. При замерзании воды, с наступлением зимы, выделяются громадные количества теплоты. Без этого могли бы сразу наступить свирепые морозы.

Конечно, существование скрытой теплоты обнаруживается не только в случае с водой и льдом. Мы можем наблюдать ее при превращении вещества из твердого состояния в жидкое или из жидкого в твердое.

Нагрейте на спиртовой лампочке кристаллы серноватисто-кислого натра (гипосульфита) в стеклянной колбочке. Серноватисто-кислый натр употребляется как фиксаж при фотографировании. Когда его кристаллики расплавятся в бесцветную жидкость, заткните колбочку ватой и поставьте куда-нибудь, где ее не толкнут. Через несколько часов эта жидкость остынет, но — что замечательно — она не превратится опять в твердое тело. Еще более удивительно то, что достаточно самой ничтожной причины, чтобы расплавленный серноватисто-кислый натр сразу затвердел. При этом выделяется скрытая теплота — та теплота, которая была затрачена на плавление кристаллов.

Если в остывший, но еще жидкий натр вы бросите маленький кристаллик натра, тотчас же из жидкости выпадет второй такой же кристаллик, затем третий, четвертый и т. д. Превращение жидкости в кристаллы произойдет быстрее, чем вы успеете прочесть об этом, и вы не уследите за ростом их числа. Колбочка в это время так сильно нагревается, что до нее трудно дотронуться; некоторые кристаллы даже снова плавятся, и это задерживает полное отвердение жидкости.

Искусственный холод. В предыдущем опыте твердый серноватисто-кислый натр расплавился и обратился в жидкость. Мы знаем, что для превращения твердого тела в жидкое, а жидкого в газообразное необходима теплота. Источником теплоты у нас была спиртовая лампочка.

Но можно обратить твердое тело в жидкое, а жидкое в газообразное без внешнего источника тепла, использовав теплоту самого тела. Тогда это тепло, истратив свою теплоту на обращение в другое состояние, должно охладиться. Мы ощущаем холод даже под лучами солнца, когда выходим из воды после купания. Среди лета на самом солнцепеке нам становится холодно при свежем ветре. Почему это? Потому что воде, чтобы испариться, необходима теплота, и она берет эту теплоту из нашего тела, и чем быстрее происходит испарение, тем сильнее вода вытягивает из нас теплоту. Поэтому пары легко испаряющегося винного спирта оставляют на теле более сильное ощущение холода, чем вода. Если голого человека облить эфиром на солнцепеке, в самую сильную летнюю жару, он замерзнет. Сильное испарение дает также одеколон, поэтому он так освежающе действует на кожу.

Если из-под колпака воздушного насоса производить очень быстрое откачивание воздуха, то испарение эфира происходит настолько быстро, что вода, вставленная в пробирке в стакан с эфиром, замерзает.

Нетрудно превратить химическим путем твердое тело в жидкое. При этом иногда значительно понижается температура. Вы часто видели, как обмерзшие и покрытые снегом трамвайные пути посыпают солью, и тогда на них тает ледяная корка. При этом обычно никто не интересуется тем, какова температура жидкой смеси соли и растаявшего снега. Оказывается, что эта смесь холоднее снега, из которого она образовалась. Если быстро и хорошо смешать 1 часть снега с 1¹/₂ части соли, температура смеси станет —12° по Цельсию.

Обратить снег в жидкость и достигнуть при этом сильного понижения температуры можно и другим способом. Возьмите на 1 часть воды 4 части серной кислоты. (Не забудьте, что при этом надо кислоту подливать понемногу в воду, а не наоборот.) С этим раствором серной кислоты смешайте в три раза большее количество снега. Снег обратится в жидкость, причем температура его с 0° упадет до —32°. При быстром смешивании 2 частей снега и 1 части хлористого кальция температура падает до —42,5° по Цельсию, до температуры ниже точки замерзания ртути.

Пользуясь поглощением теплоты при растворении тел в воде, тоже можно достигнуть понижения температуры. Наибольшее охлаждение получается, например, при быстром размешивании 1 части порошка нашатыря в 2 частях холодной воды. Стакан при этом немного запотевает, и рукой можно ощутить охлаждение его.

Очень хорошая охлаждающая смесь получается из 14 частей истолченной глауберовой соли, размешанной в 9 частях азотной кислоты.

Мы укажем сейчас несколько смесей, с помощью которых легко заморозить воду в пробирке. Но при этом соли должны быть хорошо истолчены и размешивать их в растворе надо очень быстро.

Налейте в пробирку воды с температурой +10° по Цельсию и этой пробиркой размешивайте смеси:

1) смесь 1 части азотно-кислого аммония с 1 частью воды понижает температуру до —15° по Цельсию;

2) 1 часть кристаллической соды с 2 частями предыдущего раствора понижает температуру до —13,8° по Цельсию;

3) раствор 5 частей нашатыря и 5 частей селитры в 16 частях воды дает температуру —12° по Цельсию;

4) 8 частей толченой глауберовой соли и 5 частей соляной кислоты охлаждают воду до температуры —17,8° по Цельсию.

Постепенным охлаждением в разных смесях можно добиться еще большего понижения температуры жидких тел. Смеси, которые мы приводили раньше, также пригодны для этого. Но можно взять и другие: например, 2 части снега, смешанные с 3 частями хлористого кальция, понижают температуру до —30° по Цельсию. А если эту смесь в тонкостенном стакане опустить в смесь из 3 частей снега с 2 частями хлористого кальция, тогда оба раствора дадут температуру —42°.

Если таким же образом охлаждать азотную кислоту и снег, температура уже после первого замерзания упадет до —30° по Цельсию. 8 частей снега и 10 частей разбавленной серной кислоты, предварительно охлажденные в такой же смеси, дают при смешении понижение температуры до —55°.

Дальнейшее понижение температуры жидких тел такими путями невозможно, потому что жидкости замерзают. Но для большего понижения температуры есть другие средства.

Искусственный туман. Слово «искусственный», может быть, здесь не вполне удачно, так как наш туман — настоящий, ничем не отличающийся от того тумана, который появляется над сырыми лугами и озерами. Но никто, вероятно, не видел тумана в бутылке, и получить его там — своего рода фокус, но при знании физики фокус нетрудный.

Если вы, производя опыты с охлаждением жидкостей, внимательно следили за ними, вы, должно быть, заметили, как сильно запотевают наружные стенки стаканов и банок, как они покрываются бесчисленным множеством очень мелких водяных капелек. Такое же явление мы часто наблюдаем на стеклах окон, особенно зимой. Откуда берется эта вода? И почему она осаждается на стекле?

Можно сделать только одно предположение: вода эта находилась в воздухе. При этом, конечно, вода была там не в жидком, а в газообразном состоянии. Вода испаряется с поверхностей морей и рек, с земли, с деревьев и трав, но при небольшом понижении температуры пар этот снова превращается в воду. После жаркого дня миллиарды водяных капель оседают в прохладную ночь на траве, кустах и деревьях, на всех предметах. Эти осевшие водяные капли мы называем росой.

Если в теплую комнату внести графин с холодной водой, графин так же покроется росой, как трава на лугу. Если в воздухе много водяных паров, тогда достаточно самого незначительного понижения температуры для образования водяных пузырьков и росы.

Наблюдатели заметили определенную точку (для каждого данного количества паров воды в 1 кубическом метре воздуха), до которой должна понизиться температура для образования тумана и росы. Она называется точкой росы. Эта точка в каждом месте земли изменяется в различные времена года и в различные часы дня.

Как определить точку росы?

Налейте в тонкий стеклянный стакан чуть теплой воды и поставьте его в тень на открытом воздухе. Затем бросьте в воду кусочек льда. Мешайте ее термометром и следите за понижением температуры; при этом следите внимательно за наружными стенками стакана. Вы увидите, что в некоторый момент он начнет покрываться тонким слоем росы. Не прозевайте и заметьте показания термометра. Это и есть точка образования тумана.

Разница между температурой, при которой образовалась роса, и температурой наружного воздуха бывает то больше, то меньше. Но вы увидите, что, если она очень незначительна, самое небольшое дальнейшее понижение температуры вызывает уже образование дождя.

Если барометр стоит низко, а разница температуры наружного воздуха и температуры, при которой запотевает стакан, невелика, можно с уверенностью предсказать дождь. Воздух может стать холодным не только потому, что солнце заволокло тучами. Есть и другие причины.

При нагревании газ разрежается, а когда сжимается, отдает теплоту. Если разрежение происходит без притока теплоты извне, тогда газ расходует на разрежение свою собственную теплоту и охлаждается так же, как рассмотренные нами растворы солей. Если вы сожмете в бутылке газ, температура его повысится. Теперь остудите его, а затем, открыв зажим, сразу дайте ему возможность выйти. Он будет расширяться и вместе с тем охлаждаться. Если сжать в бутылке обыкновенный водяной пар и также дать ему возможность быстро выйти и расшириться, он при этом охладится и тотчас же обратится в дождь или росу.

Интересно, что капельки росы всегда осаждаются на очень мелких предметах (например, весьма малых пылинках).

В чистом воздухе, абсолютно очищенном от пылинок, роса не образуется. Но в обычном воздухе постоянно имеются разные механические примеси, на которых могут оседать водяные капли. Бесчисленное множество капелек, летающих над землей в виде тумана, заслоняет даже свет солнца и делает воздух непроницаемым для зрения.

Но мы уже достаточно много рассуждали; теперь пора перейти к нашему опыту — образованию тумана в бутылке.

Достаньте большую бутылку с пробкой и изогнутой стеклянной трубкой (рис. 52). На эту стеклянную трубку наденьте резиновую так, чтобы можно было через нее вдувать в бутылку воздух.

Рис. 52

Перед тем как закупорить бутылку, зажгите небольшой кусочек серы, подержите над ним бутылку горлышком вниз и дайте серному дыму войти в нее. Этим вы создадите, так сказать, «почву» в воздухе для осаждения водяных пузырьков.

Чтобы сделать воздух в бутылке влажным, достаточно бросить в нее кусочек смоченной промокательной бумаги или, лучше, пропустить через горлышко и прижать пробкой мокрую бумажную полоску так, чтобы она висела в бутылке. Затем вдуньте изо всех сил ртом воздух в бутылку и зажмите резиновую трубку. Держите ее зажатой до тех пор, пока температура воздуха в бутылке не сравняется с комнатной температурой. Теперь сразу откройте зажим резиновой трубки.

Сжатый в бутылке воздух начнет выходить наружу и при этом разрежаться, и вы увидите, как бутылка наполнится таким густым туманом, что даже на улицах Лондона, славящегося своими туманами, наверное, никогда не видели такого. Даже свою руку вы не увидите сквозь бутылку. Если за ней поставить свечу, то, пока тумана нет, она будет ярко светить сквозь бутылку, но, как только появится туман, вокруг огня образуется лучистый круг, точь-в-точь как круг вокруг луны в туманную погоду.

Если опять подуть в бутылку, получится неожиданно интересное явление. Сжатый воздух так нагреется, что пузырьки тумана снова обратятся в пар. Сначала в бутылке образуется туча. Она будет подниматься и опускаться: туман волнуется. Наконец воздух делается чистым и прозрачным. «Погода» в бутылке «прояснилась».

Такой же эффект получается, если поставить бутылку, наполненную туманом, на солнце в комнате. Вы увидите в миниатюре борьбу солнца с утренними туманами и испарениями, накопившимися за холодную ночь.

Вы видели, что при разрежении воздуха происходит охлаждение. Этим именно и пользуются для достижения наиболее низких температур. Достигнуть большого охлаждения домашними средствами почти невозможно, но вам, вероятно, интересно знать, какую низкую температуру можно получить, постепенно разрежая газы.

Представьте себе 5 или 6 стальных шаров с очень крепкими стенками. У каждого шара должен быть кран, устроенный так, что он впускает воздух внутрь, но не выпускает наружу. В эти шары мощными нагнетательными насосами накачивается воздух до давления в несколько сот атмосфер. Шары со сжатым воздухом охлаждаются смесями вроде тех, которыми мы пользовались. Затем открывается кран одного шара, и вырывающийся из него воздух направляется на другой шар. Вырвавшийся из первого шара воздух очень быстро разрежается, температура его понижается, и это сильно охлаждает воздух во втором шаре.

Как только из первого шара выйдет весь сжатый воздух, открывается кран второго шара, и струя сжатого воздуха из него направляется на третий, из третьего — на четвертый и т. д. Таким образом, в последнем шаре получается такая низкая температура, при которой замерзает алкоголь, а некоторые газы, которые с величайшим трудом обращаются в жидкости, превращаются в твердые тела. Так, например, твердым становится углекислый газ. Правда, для обращения в твердое тело углекислого газа достаточно только двух шаров.

В настоящее время пользуются для получения низких температур гораздо более сложными аппаратами, основанными, однако, приблизительно на таком же принципе.

Самая низкая температура, достигнутая до сих пор (голландским физиком Хаазом в 1935 году), — это —272,985° по Цельсию.

Механизмы, указывающие время суток, называются часами. Простейшие и самые верные часы, конечно, такие, показания которых зависят от положения на небесном своде освещающего их солнца. Недостаток таких часов в том, что ими можно пользоваться только днем, и то при ясном небе. Солнечные часы можно построить очень просто.

Возьмите большой химический стакан, немного картона и бумаги, вязальную спицу и толстую деревяшку. Это все, что нам нужно. Стакан должен быть 15 сантиметров высоты и 8 сантиметров в диаметре.

На рис. 53 вверху показан схематический чертеж солнечных часов, а внизу — общий вид их. Вы видите, что стакан установлен на деревянной подставке под определенным углом к горизонту. Размер подставки зависит от величины стакана, а углы ее треугольного сечения от того, в каком месте земного шара установлены часы. Верхний угол всегда равен 90°, а углы, прилежащие к основанию, изменяются в зависимости от широты места наблюдений.

Угол В должен быть равен широте места наблюдения; угол А равен 90° минус угол, равный этой широте. В астрономических календарях всегда имеются данные

о широте крупных городов. Если вы не находитесь в одном из таких центров, то воспользуйтесь географической картой, на которой имеется место вашего наблюдения, и по ней приблизительно установите его широту.

Для Москвы, например, угол В (широта) равен 55°45′, а второй угол А равен 90° — 55°45′ = 34°15′. Выверить углы А, Б и В можно по транспортиру. Если вы повернете подставку более крутой стороной точно к югу, тогда верхняя плоскость ее будет параллельна полуденным лучам во время равноденствия.

Для того чтобы стакан держался на подставке, выпилите деревянный кружок по внутреннему диаметру стакана и проделайте в самом центре этого кружка маленькое отверстие для спицы. Края кружка оклейте материей и установите его в середине подставки. В центр кружка вклейте на сургуче или шеллаке спицу и на нее наденьте картонный или жестяной кружок. Жестяной кружок надо припаять, иначе он будет спадать. Когда будете укреплять кружок, следите за тем, чтобы он был расположен точно перпендикулярно к спице. На другой конец спицы наденьте обрезок пробки. Приклейте его ко дну стакана, когда окончательно будете собирать весь прибор. Так будет укреплен второй конец спицы. Тень от спицы будет ложиться на стенки стакана, и, чтобы узнавать время, нужно сделать циферблат.

Возьмите две полоски бумаги шириной 1,5 сантиметра каждая. Две полоски нужны потому, что зимой лучи солнца будут светить под кружок на спице, а летом сверху его; значит, тени будут падать то под ним, то над ним. Чтобы часы верно показывали время, надо очень аккуратно разграфить полоски и наклеить их на стакан в точно определенном месте.

Сначала вычертите на бумаге в натуральную величину схематический чертеж стакана со спицей и кружком, как сделано на рис. 53 вверху. Потом от края кружка отложите вверх и вниз углы 23,5°. На точки пересечения этих линий с противоположной стенкой стакана должны прийтись края бумажных полосок циферблата. Они должны быть наклеены на стенки стакана изнутри. Перенеся размеры с чертежа на стакан, можно точно наклеить на него бумажные полоски. Если всю эту работу вы сделаете аккуратно, ваши часы будут точно работать и в самый длинный и в самый короткий день.

Полоски для циферблата вырежьте лучше всего из прозрачной бумаги — кальки. Длина их должна быть точно равна половине внутренней окружности стакана. Эти полоски разделите на 12 равных частей и проставьте на них цифры: в середине 12, вправо 11, 10, 9, 8, 7, 6; влево 1, 2, 3, 4, 5, 6. Для упрощения работы можно вырезать сначала одну полоску бумаги шириной 3 сантиметра, а потом, уже после того как нанесены деления, разрезать ее вдоль пополам.

Чтобы верно наклеить полоски, надо сначала, еще до привинчивания кружка, на который надевается стакан, сделать на подставке маленькое углубление для конца спицы и через центр этого углубления провести линию аб, перпендикулярную к краям подставки. Потом, когда установите спицу на место, поставьте на расстоянии 2 метров от подставки зажженную свечу с той стороны, с которой показан юг. Свечу поставьте на что-нибудь так, чтобы свет от нее падал на верхнюю плоскость подставки. Поверните подставку, чтобы тень от спицы падала точно на среднюю линию. Теперь можно наклеивать полоски на стакан. Цифра 12 должна прийтись как раз на линии тени от спицы. Только не смачивайте слишком сильно бумагу клеем — она от этого вытягивается.

Готовые часы можно установить. Для них надо выбрать такое место, где подольше светит солнце. Можно поместить их и в комнате у окна, обращенного на юг, но только поставьте их на горизонтальную поверхность и не сдвигайте уже после установки.

В солнечный день по каким-нибудь верным часам, за несколько минут до полудня, поверните солнечные часы так, чтобы тень спицы подошла к делению 12 на полосках. Как только ваши верные часы покажут 12 часов дня, поверните солнечные часы так, чтобы тень от спицы легла точно на деление 12, и укрепите подставку часов окончательно. Теперь солнечные часы будут верно показывать время.

Вы уже знаете, что летом солнце будет освещать кружок на спице сверху, а зимой снизу, и два раза в год солнечные лучи будут падать параллельно плоскости кружка, так что от него на стенку стакана будут ложиться только узенькая полоска тени и вертикальная полоска от самой спицы. Это и будут дни равноденствия. В эти дни спица при восходе и заходе солнца будет бросать тень наделение 6. В другое время года тень от кружка будет все больше и больше приближаться к полоскам с делениями, и, когда она зайдет за края их, это будет самый длинный день летом и самый короткий зимой.

Тени, вертящиеся навстречу друг другу. Поставьте на стол две свечи и между ними и стеной протяните руку. Вы увидите две тени своей руки. Обе тени не будут так темны, как от одной свечи. Это потому, что на то место, куда падает тень от руки, падают лучи света от другой свечи. Две тени от руки будут одинаково темны только в том случае, если свечи стоят на равном расстоянии от стены и от руки и сила света у них одинакова. Это легко можно проверить, если отодвинуть какую-нибудь свечу подальше. Чем дальше источник света от стены, тем он должен быть сильнее, чтобы дать тень такой же густоты, как от более близкого источника света. Если вы наденете на спицу вырезанную из картона звезду и будете вращать ее между свечами и стеной, на стене будут вращаться две тени зубчатого колеса.

Рис. 54

Но пожалуй, немногие догадаются, как сделать, чтобы две тени одной и той же звезды вертелись в разные стороны.

Сделать это нетрудно: вращающуюся звезду нужно держать перпендикулярно к стене, а свечи должны быть одна с правой стороны звезды, а другая с левой, не очень далеко друг от друга (рис. 54).

Танцующие тени. Вы заметили уже, что тень от предмета делается меньше, если свечу отодвинуть дальше, и что, если свечу отодвинуть вправо, тень передвинется влево, всегда в сторону обратную движению света.

Зная это, можно устроить такую забаву.

Вырежьте из картона какие-нибудь фигуры и повесьте их на нитках перед экраном или просто перед белой стеной. Чтобы фигуры не вертелись, повесьте каждую на двух нитках. За фигурками поставьте несколько свечей. Получится много теней фигуры, столько, сколько вы зажжете свечей. Когда вы станете двигать свечи взад и вперед, вправо и влево, вверх и вниз, вы увидите забавную пляску фигур. Очень красиво получается, когда светлые фигуры танцуют на темном фоне.

Рис. 55

Откройте дверь в ту комнату, где будут сидеть зрители, и затяните дверь простыней. Сами останьтесь в другой комнате; за этим экраном поставьте стол и прибейте к одному концу его лист картона, на котором вырежьте две танцующие фигуры. За экраном, на столе, укрепите какой-нибудь деревянный брусок. Лучше всего вбить внизу в брусок гвоздь и заострить его конец, чтобы можно было его вколачивать в стол. К бруску привяжите на разной высоте несколько проволок — штук шесть или больше — и укрепите на них несколько свечей. Когда вы зажжете свечи, на экране появится много светлых фигур, а когда вы начнете вертеть свой подсвечник, фигуры станут двигаться то вправо, то влево, то приближаясь, то удаляясь (рис. 55). Получится полное впечатление танцев.

Эту картину можно разнообразить, зажигая свечи по очереди. На экране появятся, скажем, две фигурки. Дайте им потанцевать, затем зажгите другую свечу, третью и т. д.

Если кроме свечей на палке вы поставите по обе стороны несколько неподвижных свечей, по краям экрана появятся неподвижные группы фигурок, как бы зрителей наших фантастических танцев. Можно придвигать стол к экрану или удалять от него; от этого фигурки будут уменьшаться или увеличиваться. Если вместо свечей вы пристроите маленькие лампочки от карманного фонаря и провода от них подведете к нескольким выключателям, вам легко будет управлять ими и, при некоторой фантазии, устроить очень интересное представление.

Изображения, производимые маленьким отверстием. Вы, вероятно, наблюдали, как свет пробивается в щели занавесок или ставен или как по потолку или стенам ползут странные тени. Эти скользящие тени — изображения предметов, движущихся мимо дома.

Посмотрите на рис. 56. На нем показано, как получаются при помощи отверстий изображения на стенах или потолке. На этом рисунке видна перегородка с небольшим отверстием. Представьте себе, что вправо от нее находится темное пространство и стоит белый экран. От свечи, поставленной по левую сторону перегородки, на экране получится точное ее изображение, только перевернутое книзу.

Это явление объясняется очень просто. Лучи света распространяются всегда по прямым линиям, и свет исходит не только от самосветящихся предметов, как, например, от пламени свечи, но и от всех предметов, отражающих свет. Понятно, что свет от конца пламени, пройдя через отверстие, не может осветить весь экран. Он дает только пятнышко на экране. Также и от всех других частей пламени свечи на экране получаются различной яркости пятнышки. И из этих пятнышек получается изображение пламени, точно соответствующее настоящему. Так как от самой свечи отражаются лучи света пламени и тоже проходят сквозь отверстие перегородки, изображение самой свечи также получится на экране. По рисунку понятно, что изображение должно обязательно получиться перевернутым. Так появляется на экране изображение любого предмета — самосветящегося или освещенного. Изображение предмета будет тем яснее, чем лучше освещен предмет, и тем резче, чем меньше отверстие.

Рис. 56

Простейший фотографический аппарат. Изображение, получаемое с помощью маленького отверстия, невелико. При этом оно очень бледно. Чем отверстие больше, тем ярче изображение, но зато оно менее ясно. Значит, чтобы получить яркое изображение, выгоднее делать отверстие большим, но это сильно ухудшает качество изображения.

Для того чтобы получить яркое, четкое изображение, можно воспользоваться двояковыпуклым стеклом (линзой). С помощью этого стекла, вставляемого в большое отверстие, можно получить такое четкое и ясное изображение, что его можно обрисовать карандашом на белой бумаге.

Возьмите какое-нибудь двояковыпуклое, так называемое увеличительное, стекло и поставьте его на расстоянии 50 сантиметров от стены против окна. На стене, вероятно, получится круглое светлое пятно. Но когда вы станете приближать линзу, пятно это сделается ярче и меньше, потом очертание его станет резким, и почти тотчас же в нем появятся изображения предметов, конечно перевернутые. Изображения опять исчезнут, если вы приблизите линзу еще ближе к стене. В этом разница между щитком с отверстием и увеличительным стеклом.

Через маленькое отверстие изображение получается независимо от расстояния его от стены, а через увеличительное стекло — только на определенном расстоянии.

Вы можете заметить, что расстояние от линзы до стены должно быть разным для различных предметов. Для получения резкого изображения близкого предмета линза должна быть отодвинута дальше от стены, а для более далекого придвинута ближе к ней. Если вы будете постепенно приближать стекло к стене, на ней сначала появятся отчетливые изображения столов, стульев, потом эти изображения станут размытыми, зато станет более резким изображение окна и, наконец, отдаленного пейзажа.

Расстояние, на котором линза дает отчетливое изображение очень отдаленных предметов, называется «фокусным расстоянием» стекла. Оно зависит от выпуклости стекла, и поэтому для разных стекол фокусные расстояния различны. Сильно выпуклые линзы имеют короткие фокусные расстояния, а более плоские — длинные.

Изображение предметов с помощью линзы можно получать и без всяких приспособлений, но лучше сделать так называемую камеру-обскуру, для того чтобы на изображение, полученное с помощью стекла, не падал посторонний свет.

Устройство камеры-обскуры очень простое. Прежде всего измерьте фокусное расстояние линзы. Если оно равняется, скажем, 20 сантиметрам, возьмите картонную коробку такой же длины и в середине передней стенки вырежьте круглое отверстие диаметром немного большим, чем диаметр стекла. Стекло оберните картонной трубкой т длиной 3–4 сантиметра (рис. 57, А), а другую трубку в склейте так, чтобы в нее туго входила трубка со стеклом. Трубку в сделайте длиной 5 сантиметров. Эту трубку вклейте в отверстие коробки; чтобы она прочно держалась, можно обернуть ее у стенки коробки полоской картона и надеть на нее снаружи и изнутри коробки картонные кольца.

Рис. 57

У нас получился аппарат, которым можно даже фотографировать. Но нужно точно знать, в каком месте устанавливать фотографическую пластинку. Сделайте на заднюю открытую стенку аппарата крышку с четырехугольным вырезом по величине пластинки. Это отверстие затяните белой прозрачной бумагой. Когда вы будете передвигать трубку с линзой взад и вперед, на бумаге будут получаться изображения. Чтобы вам не мешал при наводке посторонний свет, накиньте на голову темный платок (рис. 57, Б).

Вы, конечно, не удивитесь, увидев, что изображение на бумаге получается перевернутым. Если вы внимательно рассмотрите его, увидите, что края изображения получились не резкими. Этот недостаток можно легко устранить. Вы знаете, что изображение становится тем резче, чем меньше отверстие для света. Если прикрыть края линзы и воспользоваться только ее серединой, изображение получается гораздо резче. Так же прикрывают края линз и в настоящих фотографических аппаратах. Кольцо, закрывающее более или менее широкие края линзы, называется диафрагмой.

Вырежьте из картона кружок такого же диаметра, как и увеличительное стекло, и посредине его прорежьте круглое отверстие диаметром примерно 1 сантиметр. Этот кружок (он обозначен буквой д на рис. 57, А) вставьте в трубку перед стеклом и приклейте. Теперь, передвигая трубку со стеклом, хорошенько наведите ее, чтобы получить резкое изображение снимаемого предмета. Заметьте мелом положение аппарата на подставке и унесите его в темную комнату. Там при свете красной лампы замените крышку из бумаги другой, в которой на том месте, где была бумага, вставлена фотографическая пластинка. Конечно, задняя стенка фотографической пластинки должна быть хорошо закрыта от света, иначе пластинка испортится. Проследите также за тем, чтобы свет не попал в коробку аппарата сквозь щели между стенками и крышкой.

Вам нужно еще иметь круглую крышку, чтобы закрывать трубку с линзой перед тем, как зарядить камеру фотопластинкой.

Чтобы хорошо сфотографировать предмет на воздухе, достаточно только на одно мгновение снять крышку с трубки (не качнув камеры), а потом снова надеть ее. В комнате крышку придется держать снятой 20–30 секунд. Продолжительность съемки зависит и от линзы, и от диафрагмы, и от пластинки, и от яркости освещения. Если вы напрактикуетесь, даже таким простым аппаратом можно делать неплохие снимки.

Зеркальная камера-обскура. Изображения, которые мы получали с помощью увеличительного стекла, были очень маленькими. Можно сделать так, что они будут больших размеров и их можно будет обводить карандашом для того, чтобы вместо фотографирования получать рисованные картины.

Из нескольких палочек сколотите пирамидку высотой 1 метр (рис. 58). Снизу она должна быть такой широкой, чтобы в нее можно было просунуть голову и руки, а сверху сделайте площадку для укрепления трубки со стеклом. В этой площадке, так же как и в нашем фотографическом аппарате, должна быть вклеена картонная трубка, внутри которой передвигается трубка с линзой. Но линза должна быть не такая, как для фотоаппарата. Она должна быть большего диаметра, чтобы изображения получались яркими. Фокусное расстояние ее должно быть приблизительно 1 метр.

Но если воспользоваться сейчас нашей камерой-обскурой, на бумаге появится только изображение неба. Нужно еще пристроить зеркало, чтобы лучи света от предметов отражались на линзу. На рисунке видно, как это сделать.

Рис. 58

Подберите небольшое, но хорошее зеркало, укрепите его в рамке, а рамку скрепите с деревянным брусочком обыкновенной небольшой шкатулочной петлей.

Петлю привинтите немного ниже конца бруска. К рамке напротив петли прибейте конец тонкой проволочки. Проденьте проволочку сквозь кольцо, забитое в верхний конец бруска, и пропустите свободный конец ее через верхнюю стенку пирамидки.

Теперь тот, кто сидит в камере, сможет этой проволочкой наклонять зеркало больше или меньше и получить на бумаге изображение горизонта или близкого пейзажа. Поворачивая стол или пирамидку, вы сможете получить изображение, которое хотите зарисовать.

Чтобы легче было найти нужное изображение, имейте в виду, что надо сесть спиной к действительному пейзажу. Для того чтобы изображение на бумаге получилось очень четким и ясным, нужно покрыть всю пирамидку плотной черной материей и самому влезть под этот чехол. Вы увидите на бумаге такое замечательно живое изображение, которое никакими другими способами получить нельзя. Не только одноцветное кино, но и цветное не может передать действительности так, как она получается на экране камеры-обскуры. Если вы немного умеете рисовать, с помощью камеры-обскуры вы сможете делать замечательные картины, особенно если будете раскрашивать их разноцветными красками.

Глаз — та же камера-обскура. Как бы ни был совершенен фотографический аппарат, как бы ни были тщательно сделаны его объектив и другие части, все это нельзя сравнить с замечательным по совершенству аппаратом — нашим глазом, напоминающим камеру-обскуру; камерой глаза управляет совершеннейшая система мускулов и нервов.

Глазное яблоко — почти круглое, величиной со средний грецкий орех (рис. 59). Эта прекрасная камера-обскура состоит из нескольких оболочек. Наружная, самая плотная волокнистая оболочка б называется белком. Белок — видимая часть глаза. Передняя часть этой оболочки закрывает более выпуклую часть яблока. Она совершенно прозрачна и тверже всей остальной части оболочки. Это — роговая оболочка бр.

Вплотную к белку прилегает изнутри сосудистая оболочка с. Та часть ее, которая находится под роговой, — ср, называется радужной. В середине ее есть отверстие д — зрачок. Это диафрагма нашего зрительного аппарата; она обладает замечательным свойством автоматически сжиматься, когда сквозь нее проходит яркий свет, и расширяться при слабом свете. Вы это легко можете заметить, придвигая и отодвигая от глаза товарища зажженную свечу. В сумерки зрачки так широко раскрыты, как будто хотят поглотить все слабые лучи догорающего дня.

Цвет радужной оболочки бывает различным. Она бывает очень темной, почти черной, голубоватой, серой и всяких других оттенков.

Рис. 59

За диафрагмой помещается объектив глаза. Это чечевицеобразное, совершенно прозрачное тело — хрусталик х. Сквозь него проходят, преломляясь как в увеличительном стекле, лучи света и собираются на третьей и последней — сетчатой оболочке глаза со. К этой оболочке прикреплены отростки зрительного нерва я, проходящего через все три оболочки глаза прямо в мозг человека. На этой сетчатой оболочке, как на пластинке фотоаппарата, и получаются изображения внешних предметов.

Кроме хрусталика, помещающегося в особой сумке и плавающего в прозрачной жидкости, весь глаз заполнен студенистым стекловидным веществом. Все части глаза, пропускающие световые лучи, — роговая и сетчатая оболочки, хрусталик с сумкой и жидкостью и стекловидное тело, — поразительно прозрачны.

Глаз обладает всеми свойствами очень хорошего оптического инструмента. Фокусное расстояние хрусталика может изменяться само собой. Когда вы переводите глаза с близкого предмета на отдаленный, вы непроизвольно изменяете фокусное расстояние хрусталиков своих глазных аппаратов. Достигается это при помощи особых мускулов, которые могут изменять форму хрусталика, делая его более выпуклым или плоским.

Последняя часть нашего фотографического аппарата — веки. Они заменяют крышку объектива и предохраняют глаз от повреждений. Впрочем, кроме век, наружная сторона глазного яблока защищена еще кожицей, составляющей как бы продолжение кожи, которой покрыто все наше тело. Только на глазах она так тонка и прозрачна, что ее совсем не видно.

Видим мы таким образом. Снопы лучей света, исходя из различных частей предмета, проникают сквозь зрачок в глаза. Там лучи света преломляются, собираются в отдельные точки на сетчатой оболочке и составляют на ней изображение того предмета, на который направлен взор. Сетчатая оболочка глаза не запечатлевает изображения окончательно, как пластинка в фотоаппарате, а немедленно передает все свои световые раздражения мозгу и ежесекундно готова принимать все новые и новые.

В зависимости от того, как пользуются зрением различные животные, населяющие землю, глаза их устроены по-разному. Птицы, например, должны видеть с высоты очень далеко, поэтому глаза их велики и светосильны.

Хрусталик глаза птицы не такой выпуклый, как наш, и глазное яблоко у нее более плоское, чем у человека.

Иначе устроены глаза животных, пользующихся зрением в воде, например рыб. Опустите обыкновенное увеличительное стекло в воду, и вы увидите, что фокусное расстояние его в воде увеличивается. Получаемое с помощью стекла изображение в воде отодвигается дальше, чем в воздухе.

Значит, для того чтобы иметь стекло с тем же фокусным расстоянием в воде, надо увеличить выпуклость стекла. Действительно, глаза у рыб имеют хрусталик почти совсем шаровидный.

Искусственный глаз. Вы можете сделать себе маленькую модель глаза и на ней посмотреть, как действует наш глаз.

Раздобудьте маленькую лупу диаметром 2 сантиметра, с фокусным расстоянием 3–4 сантиметра. Потом возьмите резиновый мяч, диаметром немного больше, чем фокусное расстояние лупы. Мяч будет глазным яблоком (рис. 60). На двух диаметрально противоположных сторонах мячика нарисуйте два кружка, один побольше лупы, другой поменьше, и вырежьте их. К меньшему отверстию приклейте лупу, чтобы она лучше держалась, оклейте ее сверху холщовым кольцом. Холст можно раскрасить под цвет радужной оболочки глаза.

Рис. 60

Второе отверстие затяните тонкой прозрачной бумагой. Можно просто заклеить его обыкновенной белой папиросной бумагой, а потом промазать ее маслом. Чтобы при вырезании мячик не очень мялся, выберите такой, у которого стенки потолще.

Вот и весь аппарат. Поверните его стеклом к окну или какому-нибудь светящемуся предмету, и вы увидите на бумаге изображение. Если наклеенная бумага пришлась как раз в самом фокусе объектива, изображение будет отчетливым и ясным. Если изображение не получается ясным, можно сжать мячик с боков и спереди; тогда увеличится или уменьшится расстояние от объектива до бумаги, и таким образом можно будет найти положение, при котором изображение станет отчетливым. Наш глаз тоже приспособляется к рассмотрению различно удаленных предметов. В глазу хрусталик — его объектив — изменяет кривизну своих поверхностей.

Попробуйте закрыть на некоторое время глаза, а потом, открыв их, посмотреть на далекие предметы. Вы увидите их совершенно ясно. Затем попробуйте быстро перевести глаза на близкий предмет, и, прежде чем вы увидите его со всей ясностью, вам придется что-то сделать со своими глазами — присмотреться. На это уйдет некоторое время.

Что же в это время происходит с глазом? Сначала на сетчатой оболочке получается неясное изображение, и мозг сейчас же приказывает нервам привести хрусталик в такое состояние, чтобы его кривизна дала совершенно отчетливый «снимок» на сетчатой оболочке. Это делается непроизвольно в продолжение очень небольшой доли секунды. Способность глаза применяться к расстоянию до предмета носит название аккомодации глаза. То или иное отношение выпуклости хрусталика к величине глазного яблока делает глаз то близоруким, то дальнозорким. Это нетрудно проследить и на опыте с искусственным глазом.

Сожмите мячик поперек между стеклом и бумагой. От этого он удлинится, и на бумаге получится изображение только близких предметов. Наш искусственный глаз станет «близоруким». Приставьте теперь к нему очки для близоруких с двояковогнутыми стеклами — и на бумаге снова появится ясное изображение отдаленных предметов (рис. 60).

Если же сжать глаз от стекла к бумаге, пропадет изображение близких предметов, и аппарат наш будет работать как «дальнозоркий». Чтобы заставить теперь искусственный глаз видеть так же хорошо близкие предметы, перед ним надо поставить очки с двояковыпуклыми стеклами (очки для дальнозорких).

Зеркало. Мы уже так привыкли к зеркалу, что не обращаем внимания на некоторые его замечательные свойства. Ведь простой, гладкий кусочек стекла, подклеенный чем-нибудь блестящим, становится просто чудесным.

Вы подходите к этому стеклу, а навстречу вам идет ваше собственное изображение со всеми мельчайшими подробностями, которые ни один художник не в состоянии изобразить с такой точностью.

Изображение в зеркале возникает по закону отражения лучей света, такому же простому, как «отражение» мячика от стены. Вы уже читали, что мяч, брошенный прямо в стену, отскочит назад в руки, а если бросить его под углом, он отскочит под тем же углом, но в противоположную сторону.

Помните, закон этот физиками формулируется так: угол падения равен углу отражения.

Закон этот верен при всякой величине угла, даже при бесконечно малой, а при перпендикулярном ударе в стену можно сказать, что оба угла — и падения и отражения — равны нулю. Мы знаем, что этому закону подчинены и звуковые лучи.

То же самое можно сказать и про лучи световые. На рис. 61 показано зеркало, в котором отражается свеча. Лучи света от свечи расходятся по всем направлениям. Сноп лучей падает и на зеркало и отражается им. Некоторые лучи света свечи, начерченные на рис. 61, помечены номерами 1, 2, 3, 4. Первый луч падает на зеркало перпендикулярно и отражается обратно. Его можно видеть только сквозь огонь. Все остальные лучи падают на зеркало под различными углами и под теми же углами отражаются.

Рис. 61

Возьмите, например, третий луч и в той точке зеркала, на которую он упал, восставьте к зеркалу перпендикуляр. По другую сторону перпендикуляра отложите такой же угол, какой образовал к нему луч. Это будет луч отраженный. Продолжите его за зеркало, и он пересечется с продолжением первого луча. Сколько бы мы ни проводили лучей из одной светящейся точки, все продолжения их отражений пересекутся за зеркалом также в одной и той же точке. В этой именно точке мы и будем видеть в зеркале выбранную нами точку свечи.

Собрание изображений всех точек свечи дает нам изображение всей свечи. Мы можем изменять место свечи, и всегда ее изображение за зеркалом будет казаться нам на таком же расстоянии, на каком действительная свеча находится перед ним.

Бесконечные зеркальные отражения. Чтобы комната казалась больше, в ней иногда ставят зеркало во всю стену. Вся комната отражается в нем и таким образом как бы удваивается. Конечно, для полной иллюзии нужно, чтобы зеркало это было очень хорошим и совершенно чистым, чтобы оно ничем не выдавало себя. Если и противоположную сторону комнаты сделать зеркальной, комната покажется бесконечной. Отражение одного зеркала повторится в другом, затем опять в первом, и так — пока лучи совершенно не ослабеют и не сольются где-то в бесконечной дали.

Это можно проделать и в маленьком масштабе. Подберите два одинаковых зеркала, но не очень маленьких, и поставьте их на стол одно против другого, а между ними установите две свечи. Вы увидите бесчисленную вереницу свечей, уходящих вдаль.

Калейдоскоп. Вы видели уже, что два зеркала, поставленные друг против друга, отражают стоящие между ними предметы бесконечное число раз. Очень интересно рассмотреть, что получается, если зеркала составлены под углом.

В них отражения располагаются не по одной линии, а по многоугольнику. Вы это легко заметите, если начнете наклонять одно зеркало к другому. Чем больше вы наклоните зеркало, тем рельефнее будут отражения и тем большее число углов в многоугольнике вы увидите. Если углы наклона зеркал будут 18, 36, 45, 60 градусов, вы увидите 20, 10, 8, 6 изображений, считая в том числе и самый предмет.

На этом свойстве зеркала основано устройство очень интересной игрушки — калейдоскопа. Сделать его легко.

Склейте картонную трубку длиной 25 сантиметров и внутренним диаметром 8 сантиметров. Чтобы трубка получилась аккуратной, склейте ее на подходящем круглом цилиндре и при склейке намочите слегка картон.

Когда трубка высохнет, она получится очень твердой. Потом возьмите три полоски тонкого стекла такой же длины, как и трубка, а шириной ⁷/₈ ее диаметра (для нашего калейдоскопа — 7 сантиметров). Все стекла с одной стороны промажьте черным лаком и, когда он высохнет, вставьте в трубку так, чтобы два стекла были повернуты внутрь стеклом, а третье — черной стороной. Эта черная стенка вставляется для того, чтобы не слишком путать картину бесчисленными отражениями.

Лучше самому сделать стекла с черными поверхностями, чем брать обычные посеребренные, потому что они толстые и всегда дают изображение с двойными контурами. Чтобы стекла не болтались, заложите между ними и стенками скомканную бумагу.

Один конец трубки заклейте кружком с маленьким отверстием для глаза посредине. Затем подыщите круглую коробочку диаметром немного большим, чем диаметр трубки. В крышке и в дне этой коробочки вырежьте круглые отверстия во всю величину их. Оставьте только узенькие края.

Дно коробочки заклейте самой прозрачной, но крепкой бумагой, а крышку заклейте стеклянным кружком. Коробочка получится с прозрачной стеклянной крышкой и с пропускающим свет дном. Подклейте ее крышку под трубку калейдоскопа. Теперь насыпьте в коробочку разной пестрой мелочи — пестрых бус, фигурок и звезд из цветной бумаги, колечек — и направьте трубку на свет. Посмотрите в маленькое отверстие и попробуйте вращать трубку вокруг оси. Вы увидите бесконечное разнообразие фигур, когда вся насыпанная в коробку мелочь, перекатываясь, будет отражаться в зеркалах. Когда фигурки попадут в угол между зеркалами, будут появляться различные звезды; когда они очутятся в углу против черного стекла, вы увидите венки. Все фигуры будут симметрично построены.

Как можно смотреть сквозь камень. Конечно, это фокус, потому что сквозь непрозрачное тело, как ни смотри, все равно ничего не увидишь. Тут секрет в зеркалах. Прибор для смотрения сквозь непрозрачные предметы сделать нетрудно. Размеры его можете взять какие захотите.

Склейте, например, П-образную картонную коробку длиной 25 сантиметров и высотой 20 сантиметров (рис. 62).

Поперечник коробки можно взять равным 7 сантиметрам. С наружных сторон коротких частей коробки приклейте две трубки Ап Б, ас внутренней, точно против этих трубок, — короткие трубочки а и б. Лучше всего врежьте трубки в стенки коробки, чтобы казалось, что трубки А и a одно целое и также одно целое трубки Б и б. Теперь в коробке надо поместить 4 зеркала З₁, 3₂, З₃ и 3₄. Это самая трудная часть работы.

Зеркала нужно вклеить очень точно, под углом 45° к стенкам коробки. Два верхних зеркала нужно вклеить зеркальной стороной вниз, а нижние — зеркальной стороной кверху. Тогда свет, попавший в трубку, например от свечи, отразится зеркалом 3₁ под углом 45° и упадет на зеркало 3₂. От этого зеркала под тем же углом 45° он отразится на зеркало З₃, потом на зеркало 3₄ и, наконец, попадет в наш глаз (рис. 62). Фокус, как видите, простой, и отражение получается таким ясным, что кажется, будто действительно видишь свечу.

Рис. 62

Поставьте между трубками а и б камень, и, кто бы ни посмотрел в трубку А, увидит сквозь камень свечу. Если спрятать нижнюю часть коробки так, чтобы никто не мог подумать, что здесь сделано какое-нибудь приспособление, вряд ли кто догадается, как получается такой замечательный эффект.

Вы, вероятно, не раз замечали, проходя мимо окон магазина, что в них не только хорошо видно все находящееся за окном, но в стеклах, как в зеркале, отражаются прохожие и вся улица. Иногда предметы с улицы так хорошо отражены в оконном стекле, что кажется, будто они стоят в магазине.

Таким свойством обыкновенных стекол можно воспользоваться, чтобы устроить интересный оптический обман. На рис. 63 вы видите стол и поставленный перед ним стул. Между спинкой стула и столом остается промежуток примерно ³/₄ метра. Стул покрывается чем-нибудь черным так, чтобы тот, кто будет стоять за стулом, не видел ничего под столом.

На стол поставьте, например, низкую цветочную вазу, а со стороны стула, на краю стола, установите на шнурках большое стекло в наклонном положении. На стул положите букет цветов и осветите букет из-под стола. Цветы отразятся в стекле, а сквозь стекло будет видна и ваза. Наблюдателю покажется, что в вазе появились цветы. Только когда будете показывать кому-нибудь этот опыт, сначала точно установите цветы, стекло и вазу так, чтобы отражение букета получалось на нужном месте.

Рис. 63

Если вы закроете чем-нибудь свечу, цветы из вазы исчезнут. Замените вазу банкой с водой или настоящим аквариумом, но без рыб, а рыбок из золотой бумаги положите на сиденье стула, — и все зрители увидят рыб в аквариуме. Если вы будете удалять свет, рыбки будут исчезать, а когда приблизите свет, — они снова появятся.

Еще не так давно в театрах показывали пьесы с привидениями. Для этого, конечно, были нужны громадные стекла. Изображали, например, борьбу привидения с трусливым или неустрашимым рыцарем. Края стекла при этом заделывали в стены, и тот, кто изображал рыцаря, помещался позади стекла на сцене. Перед стеклом в полу находился большой люк. В этом люке на черном фоне помещался тот, кто изображал привидение. Когда это привидение освещали сильным электрическим светом, зрители видели его прозрачную фигуру на сцене. Меч рыцаря, как казалось зрителю, проникал в тело привидения, но не поражал его. Привидение не знало никаких препятствий: ни столы, ни стулья, ни стены не могли преградить ему дорогу. Если нужно было, чтобы привидение исчезло, достаточно было только нажать кнопку и погасить свет.

В шекспировской драме «Ричард III» таким образом на сцене появлялись духи перед смертью Ричарда.

Вогнутые зеркала. В зеркалах с вогнутой шаровой поверхностью изображения сильно отличаются от получаемых в обычных плоских зеркалах. В опытах со звуками мы пользовались уже вогнутыми зеркалами. Там зеркало отражало звуковые лучи. Поэтому его не обязательно было делать блестящим. Для опытов со светом поверхность зеркала обязательно должна быть полированной — гладкой. Дуги на рис. 64 изображают разрезы вогнутых зеркал. Естественно, что от каждого предмета лучи будут отражаться на внутренних сторонах этих зеркал. Точки К, которые служили нам центрами для построения зеркал, называются центрами кривизны и имеют очень важное значение. Если в эту точку поместить, например, свечу, все лучи от нее будут падать на поверхность зеркала перпендикулярно и отразятся в тех же направлениях (рис. 64, А).

Посмотрим теперь, что произойдет, если мы будем приближать свечу к зеркалу по центральной линии, которая называется оптической осью зеркала. Лучи света будут падать уже не перпендикулярно к поверхности зеркала, кроме одного, центрального луча. Их путь вам легко определить. На рис. 64, Б из точки а, лежащей на оптической оси, проведены три луча. Для того чтобы узнать, куда отразятся эти лучи, достаточно провести радиусы через точки падения лучей на зеркало, так как радиус является перпендикуляром к зеркалу в той точке, куда он проведен. Тогда, отложив по другую сторону радиуса такие же углы, вы увидите, что все отраженные лучи сойдутся в одной точке б, лежащей тоже на оптической оси зеркала, но по другую сторону от центра кривизны.

Рис. 64

В плоском зеркале изображение получается всегда за зеркалом, а в вогнутом может оказаться и перед ним. В этом случае оно может быть уловлено на экране. Если вы поставите перед вогнутым зеркалом в том месте, которое отмечено буквой б, лист бумаги, то на нем получится отчетливое изображение свечи, перевернутой пламенем вниз.

Припомните, что каждая точка освещенного тела является источником света. Проследите по рис. 64, В направление падающих и отраженных лучей от острия до пера стрелки. Так как вы знаете закон отражения, то, построив углы падения и проведя линии отражений, вы увидите, что лучи, исходящие от острия стрелки, после отражения пересекутся под оптической осью, а лучи света, исходящие от пера стрелки, после отражения пересекутся над осью. Таким образом, изображение стрелки получается перевернутым.

Рассматривая этот чертеж, вы поймете, что чем ближе придвигать источник света к зеркалу, тем дальше от него будет помещаться отражение, делаясь все больше по размерам. Придвигая предмет, вы дойдете наконец до такого предела (точка в на рис. 64, Г), который составляет существенную особенность вогнутого зеркала. Все лучи, исходящие из этой точки, уже не пересекаются, а идут параллельно друг другу и главной оси зеркала. Физики говорят, что точка пересечения этих лучей лежит в бесконечности. Так, пока источник света прошел короткий путь от центра кривизны Ж до замечательной точки в, изображение его должно было совершить громадное путешествие. Сперва оно уходило медленно, потом все быстрее и быстрее и наконец ушло в бесконечность.

Если источник света мы поместим на огромном расстоянии от зеркала, тогда его лучи, поступая в зеркало, параллельно отразятся все почти в ту же точку в, находящуюся на половине расстояния между центром кривизны Км центром самого зеркала. Эта замечательная точка в называется главным фокусом зеркала.

У нас есть источник почти идеально параллельных лучей света. Это солнце, так как оно находится от нас на громадном расстоянии. Когда зеркало направлено на солнце, изображение его получается в уменьшенном виде в точке в. Если навести изображение солнца на бумагу, она тотчас же загорится. Это объясняется тем, что вместе с лучами света от зеркала отражаются и тепловые лучи, идущие от солнца.

На этих свойствах вогнутых зеркал основано устройство так называемых гелиостанций, использующих тепло солнца. В месте в ставят паровой котел, на котором собираются тепловые лучи. После достаточного действия их котел настолько нагревается, что вода в нем закипает. Температура в точке в может быть так велика, что самые тугоплавкие металлы, помещенные в ней, будут плавиться.

Интересно посмотреть, что получится, если источник света приближать к зеркалу от главного фокуса в. Посмотрите на чертеж Д рис. 64. Лучи света падают на зеркало под таким большим углом, что после отражения не идут даже параллельно, а расходятся в пространстве. Точка пересечения их, а значит, и изображение получится на продолжении отраженных лучей за зеркалом. То же происходит в опытах и с плоским зеркалом, но изображение в обычном зеркале получалось в натуральную величину, а изображение в вогнутом зеркале будет увеличенным.

Какой замечательный прибор вогнутое зеркало! Пока источник света или какой-нибудь предмет перемещается на незначительное расстояние от центра кривизны к зеркалу, изображение его совершает гигантский путь. Когда источник света находился к зеркалу немного ближе центра кривизны, изображение его получалось увеличенным и перевернутым. По мере приближения предмета к зеркалу оно, все так же перевернутое, убегало от него и становилось все больше и больше, пока не ушло в пространство. Это было, когда источник света находился в главном фокусе. При дальнейшем приближении источника света к зеркалу изображение, которое мы только что получили в беспредельном пространстве и перед зеркалом, появилось сразу далеко за ним. При этом оно успело перевернуться и стать прямым. Затем с невероятной быстротой оно приближается, уменьшаясь, чтобы наконец столкнуться с источником света в тот момент, когда он прикоснется к зеркалу.

Цветы в воздухе. Изображение, которое дает вогнутое зеркало, можно даже не воспроизводить на бумаге. Оно видно в воздухе настолько ясно и с такими мельчайшими подробностями, что хочется протянуть руку и взять его. И только потому, что в это же время вы видите перед зеркалом тот же предмет, вы сознаете, что это изображение, а не оригинал.

Но если только немного приподнять зеркало, изображение получится не прямо за предметом, а немного выше его. Если заслонить чем-нибудь предмет от глаз зрителей, можно увидеть только одно изображение. На рис. 65 показано, как можно, пользуясь вогнутым зеркалом, ввести глаза в заблуждение.

Рис. 65

Поставьте на подставку пустую вазу, а на передней стороне подставки на черном матовом фоне приколите цветы, перевернутые стеблями вверх. Матовый фон, например черный бархат, нужен для того, чтобы не получилось изображение ящика. Букет поместите ниже оптической оси, и изображение его получится выше ее. Изображение букета будет так реально, что невольно несколько раз отойдешь в сторону, чтобы убедиться, что ваза действительно пуста.

Можно спрятать перевернутую статуэтку за подставку и показывать ее стоящей на каком-нибудь пьедестале. С вогнутым зеркалом можно проделать множество интересных опытов.

Шаровидное зеркало. Выпуклое зеркало не так интересно, как вогнутое. Если начертить отражение лучей в выпуклом зеркале, то вы увидите, что отраженные им лучи всегда расходятся, где бы ни находился источник света. Значит, это зеркало совсем не дает действительных изображений, лежащих перед ним в воздухе. Изображение всегда находится за зеркалом и всегда получается в уменьшенном виде. Такие шаровидные зеркала иногда ставят как украшение в садах, парках и т. п. В них замечательно отражаются в миниатюре окрестности, и получается очень живой пейзаж.

Предметы, находящиеся дальше от шаровидного зеркала, кажутся уменьшенными сильнее, чем более близкие. Поэтому, рассматривая в такое зеркало свое изображение, вы увидите страшную карикатуру на себя. У вас будет выпученный живот, очень маленькие голова и ноги. Если вы приблизите к зеркалу кулак с вытянутым пальцем, он покажется больше головы, а палец — целой дубиной. Если вы хотите проделать опыты с шаровидным зеркалом, возьмите колбу, налейте в нее серебряной краски или просто черного лака, повертите, чтобы покрылись все стенки, потом вылейте лишний лак и высушите колбу. Попробуйте посмотреться в такое зеркало (рис. 66).

Рис. 66

Цилиндрическое зеркало. Возьмите цилиндрическое стекло от лампы или химический стакан и оклейте его внутри гладкой оловянной бумагой. Приклеивается оловянная бумага просто белком яйца. Прижмите бумагу аккуратно ваткой и дайте белку как следует высохнуть. Такое зеркало в продольном направлении имеет свойства простого зеркала, а в поперечном — шаровидного. Если зеркало поставить вертикально, человеческая фигура отразится в нем очень вытянутой, а если поставить его горизонтально, отражение будет сдавленное сверху вниз. Но в обоих случаях оно получается со всеми подробностями и совершенно ясное.

Рис. 67

С помощью такого цилиндрического зеркала можно получить обычное изображение, только картинка, которую рассматривают в зеркале, должна быть очень вытянута в ширину. Вы можете сами делать картинки для цилиндрического зеркала. Срисуйте изображение какого-нибудь предмета в этом зеркале, установленном поперек. Отражение будет раздуто с боков. Когда вы поставите свой рисунок перед стоящим зеркалом, раздутые бока сожмутся, и изображение получится совершенно правильным.

Очень оригинальными выходят картинки для получения правильного изображения в зеркале, стоящем на них. Одна такая картинка показана у нас на рис. 67. Но рисовать их очень трудно.

Вытянутое изображение без зеркала. Вы, конечно, не раз наблюдали за своей тенью, проходя вечером мимо уличных фонарей. Сначала почти бесформенная тень тянется длиннейшим хвостом сзади, потом очень быстро сокращается, собирается почти в одно пятно под ногами, а затем опять быстро вытягивается в бесформенную полосу впереди. И все же всегда можно найти такую точку зрения, с которой тень будет совершенно правильной формы, точно соответствующей действительным очертаниям тела. Если бы можно было смотреть из фонаря, чтобы глаз находился в том месте, где помещена накаленная нить лампы, наше тело совершенно заслонило бы свою тень, точно слилось бы с ней, хотя снизу тень кажется бесформенной.

Вы можете сделать очень интересный опыт. Вырежьте какую-нибудь фигурку и поставьте ее вертикально на стол перед свечой, а за ней расстелите на столе лист белой бумаги. Очертите карандашом контур тени, которая, конечно, не будет подобна фигурке. Если вы посмотрите на эту тень сквозь маленькое отверстие, сделанное в бумаге, с того места, где прежде был огонь свечи, вы увидите правильный контур фигуры.

Призма. Если вам попадалась стеклянная трехгранная призма и вы пытались посмотреть сквозь нее на лампу, вы, наверное, были удивлены тем, что хотя призма прозрачна, но, как ни вертите ее, огня все же не видно. Но вот вы совершенно случайно повернули призму как-то в сторону и вдруг увидели огонь, но совершенно в другом направлении, окруженный красивой радужной каймой. Вращая призму, вы увидите все окружающие предметы, но только не в том месте, где они действительно стоят. Все предметы, рассматриваемые сквозь призму, окаймлены чудесными радужными полосками. Горы, дома, облака, деревья волшебно играют пестрыми цветами.

Что же случилось со светом, прошедшим через призму? Вы, вероятно, уже замечали, что солнечный луч, упав в какой-нибудь сосуд с водой, идет в воде не по тому направлению, как в воздухе. Получается впечатление, будто в этом месте луч преломлен, как палка (рис. 68, А). Такое преломление всегда бывает, когда луч падает на воду не отвесно, а под каким-нибудь углом. Если опустить перпендикуляр в точку соприкосновения луча с поверхностью воды, то угол а, составленный этим перпендикуляром и падающим лучом, будет больше угла б, составленного продолжением перпендикуляра и лучом, преломленным водой.

Так всегда бывает, когда луч переходит из менее плотной среды, например воздуха, в более плотную, например воду. Угол отклонения луча в разных жидкостях различен даже и при одном и том же угле падения.

Этот опыт можно произвести и наоборот. Если поместить источник света в воде, луч, проходя из более плотной среды в менее плотную, пройдет точно такой же путь, но в обратном направлении, как и в первом случае, то есть при выходе из воды он отклонится от перпендикуляра. То же самое получится, если луч упадет не под прямым углом на стекло.

Предположим, что линия 1–2 на рис. 68, Б — это плоскость стеклянного тела. Луч, падающий на стекло под острым углом, войдя в более плотную среду, приближается к перпендикуляру (угол а больше угла б). Если где-нибудь на протяжении этого луча встретится наружная плоскость стекла (например, линия 3–4), тогда луч, пройдя в менее плотную среду — в воздух, опять отклонится от перпендикуляра (угол г больше угла в). На прохождение луча не влияет форма остальной части стеклянного тела. Вы можете стекло слева обрезать, а справа заострить, то есть сделать из него призму (рис. 68, В).

Рис. 68

Теперь вам должно быть ясно, почему луч света в призме отклоняется от своего первоначального направления и почему каждый предмет сквозь призму кажется сдвинутым со своего действительного места. На рисунке вы видите, как нужно держать призму, чтобы увидеть свет свечи.

Если вы проделаете опыт преломления с лучами различных цветов: красным, зеленым, голубым и т. д., то найдете, что призма преломляет их неодинаково.

Поставьте между источником света и призмой последовательно красное, голубое и зеленое стекло и уловите на белом экране цветные лучи, выходящие с другой стороны призмы. Вы увидите тогда, что различные цветные лучи отклоняются призмой по-разному. Меньше всего отклоняется красный луч, затем желтый, зеленый. Больше других отклоняются от своего первоначального направления голубой, синий и фиолетовый лучи (рис. 69).

Рис. 69

Если вы пропустите сквозь призму белый луч света, например солнечный, то при выходе из призмы он не только отклонится, но еще растянется в полосу, окрашенную во все цвета радуги в той последовательности, как у нас на рис. 69. Цветная полоса, которую дает призма, называется спектром. То, что белый цвет состоит из всех цветов радуги, сейчас знает каждый школьник, но, когда физик Ньютон в 1672 году пришел к этому выводу, он был встречен градом насмешек.

Хорошая и большая призма из флинт— или кронгласа стоит очень дорого. Но вы и сами можете сделать совсем неплохую призму.

Если у вас есть аквариум, то две стороны его, сходящиеся под углом, можно использовать как призму.

Чтобы с помощью такой призмы получить спектр от солнечных лучей, установите аквариум, как показано на рис. 70. Опыт этот лучше произвести в комнате, выходящей окнами на восток или на запад. Солнце с юга нам не так удобно, потому что стоит в это время слишком высоко. Закройте окно картоном и прорежьте в нем щель шириной

2 сантиметра и высотой 10 сантиметров. Лучи солнца широкой лентой пройдут через щель. На пути этих лучей установите аквариум. Позади него на белой бумаге вы получите чудесную цветную ленту. Если вы будете поворачивать аквариум, вы увидите, что в зависимости от его положения спектр становится короче и длиннее. Он делается ярче, когда укорачивается, и тускнеет при удлинении.

Рис. 70

Рис. 71

Когда солнце стоит высоко и лучи падают очень круто, спектр получается не вполне правильным. Но вы можете поставить за окном зеркало и с его помощью направлять отраженные лучи сквозь щель в горизонтальном направлении.

Другой простой способ получения спектра предложил физик Хопкинс. Его опыт нужно произвести в темной комнате. Призма при этом совсем не нужна. Вместо нее нужны миска с водой и зеркало шириной 12 сантиметров и высотой 20 сантиметров.

Луч солнца, пройдя в щель, прорезанную высоко в ставне окна или в листе картона, которым закрыто окно, попадет в миску. Ниже поверхности воды он отразится от зеркала обратно, снова пройдет сквозь воду и опять преломится у ее поверхности (рис. 71). Значит, он преломляется два раза, так же как и в призме. Благодаря этому составляющие его цветные лучи разделяются.

Спектр проецируется на листе бумаги ниже щели, причем получается не горизонтальная, а вертикальная разноцветная лента. Красный цвет — наверху, голубой — внизу.

Что обнаруживает призма? Если вам удастся достать хотя бы самую маленькую призму из флинтгласа, с ее помощью вы сможете произвести очень интересные опыты. Призму достаточно достать высотой даже 1 сантиметр. Стоить она должна не очень дорого, потому что даже изъяны на призме нам не важны. Важно только, чтобы две стороны были хорошими, а надбитые края не помешают.

Укрепите призму в пробке (рис. 72). Чтобы не пачкать призму клеем, вырежьте в пробке треугольник и вставьте ее туда. За призмой прорежьте в пробке щель и вставьте в нее ровный кусочек картона, окрашенный в черный цвет.

В картоне прорежьте острым ножом щель длиной не более полусантиметра и не шире полу-миллиметра. Можно иметь в запасе еще одну картонку с более узкой щелью.

Но сделать ровную щель в картоне очень трудно. Можно сделать по-другому. Наклейте обрезок оловянной бумаги на стеклянную пластинку такой же величины, как и картон, и прорежьте щель ножом по линейке. Так вы получите щель шириной до ¹/₁₀ миллиметра или даже еще уже. Только следите за тем, чтобы в щель не попал клей.

Рис. 72

На схеме рис. 72 показано, где должна быть сделана щель в пробке для картона или для стекла.

Этот прибор — простейший спектроскоп. Спектроскопы физиков и астрономов — чрезвычайно сложные приборы, и стоят они тысячи рублей. Но с помощью нашего простейшего спектроскопа можно провести много интересных опытов. Однако пользование им требует навыка и терпения.

Схема рис. 72 показывает ход лучей от источника света — спиртовой лампочки — сквозь щель на призму. Лучи дважды преломляются призмой и наконец выходят из нее по направлению б — а. Спектроскоп устанавливается так, чтобы лучи света падали на щель перпендикулярно, а глаз устанавливается в направлении а — б. Вы увидите чудесные краски спектра, которые будут тем гуще и ярче, чем уже щель.

Пользуясь этим прибором, можно исследовать пламя различных источников света. Если вы рассмотрите в спектроскоп пламя свечи или лампы, вы не увидите большой разницы в спектрах. Всегда появляется блестящая лента, в которой один цвет незаметно переходит в другой. Затем попробуйте исследовать спиртовую лампу. Она освещает очень плохо, — спектр получается матовый, еле заметный.

Если вы вставите в пламя спиртовки тонкую стеклянную трубку, пламя быстро окрасится в желтый цвет. Это происходит благодаря натрию, который входит в состав стекла и светит довольно ярко.

Вы, может быть, ожидали увидеть гораздо более яркий спектр. Напрасно. Вы увидите только более яркую окраску желтой полосы спектра. Натрий не дает при накаливании ни красного, ни зеленого, ни голубого луча, а только один желтый. Призма обнаруживает это, и не только это: она «видит» еще многие другие тайны.

Посыпьте на фитиль немного поваренной соли. Пламя также сделается ярче, но спектроскоп покажет, что увеличилась только желтая полоса спектра. Что это значит? Очевидно, в поваренной соли есть натрий. Химия подтверждает это; поваренная соль — это действительно хлористый натрий, химическое соединение натрия с хлором.

Достаньте несколько крупинок хлористого лития и хлористого стронция. Вдавите маленький кристаллик лития в ушко штопальной иголки и воткните эту иголку в фитиль, чтобы пламя охватило кристаллик. Сейчас же пламя окрасится в красный цвет, а в спектроскопе вы увидите рядом две яркие полоски — красную и оранжевую. Если повторить этот опыт с хлористым стронцием, пламя также станет красноватым. Но в спектроскопе пламя обнаруживает и другие свойства. В спектре появляются три яркие линии — одна в красной, другая в желтой, третья в голубой части спектра.

Спектроскоп никогда не ошибается. С его помощью мы для каждого вещества открываем особый спектр, который дает только это вещество. Если вещества смешаны, то и тогда опытный химик, взглянув в спектроскоп, скажет, какие именно вещества находятся в пламени. Этот способ определения состава веществ называется в науке спектральным анализом.

С помощью одних только телескопов мы не могли бы узнать, из каких веществ состоят звезды, лучи света которых идут к нам, быть может, тысячелетиями. Маленькое граненое стекло дало ответ на многие наши вопросы. Стекло направляли на звезды, и оно давало ту или иную группу хорошо известных цветных линий.

Линии спектра не только обнаружили, что вещества отдаленных светил находятся в раскаленном состоянии, но сказали нам, какие именно эти вещества. Так люди узнали, что в составе звезд имеются водород, железо, углерод, азот, никель — словом, те же вещества, которые находятся и в нашей земле. Спектроскоп доказал родственность всех материалов Вселенной.

Радужный круг. С помощью большой лупы вы можете собрать все цветные лучи солнечного спектра снова в одно пятно.

Это пятно будет совершенно белым. Лучшего доказательства того, что белый цвет составляется из всех цветов радуги, привести невозможно.

Но можно соединить краски спектра в белый цвет и другим, пожалуй, более простым способом. Вырежьте из картона круг, оклейте его белой бумагой и разделите на секторы, различные по величине, как показано на рис. 73. Окрасьте секторы красками спектра так, чтобы фиолетовая часть занимала самый большой, а оранжевая — самый маленький сектор.

Рис. 73

Краски накладывайте тонким слоем, но выбирайте чистые яркие цвета. Оклеивать секторы цветной бумагой не стоит, потому что очень трудно найти бумагу, точно соответствующую цветам спектра. Если вы будете быстро вращать этот круг или наденете его на волчок, при хорошем освещении он покажется вам совершенно белым.

Понятно, что цвета смешиваются не в круге: на нем они остаются такими, какие были нарисованы. Смешение происходит в сетчатой оболочке нашего глаза. Сетчатая оболочка обладает свойством задерживать принятые впечатления более долгое время, чем они иногда длятся. Поэтому сетчатая оболочка видит одновременно красный, желтый, зеленый, голубой и другие цвета, хотя они падают на нее последовательно один за другим. Вот почему сетчатка дает впечатление белого цвета.

Но получение белого цвета зависит от правильного выбора красок. Если, несмотря на все старания, вы не получите чистого белого цвета, а вращающийся круг будет казаться вам серым, — это не противоречит, конечно, теории, а показывает только, что краски, взятые вами, по силе и чистоте не могут сравниться с настоящими красками спектра.

Почему цветные предметы кажутся иногда черными? С помощью хотя бы аквариума получите в темной комнате хороший солнечный спектр. Только постарайтесь получить его побольше размером.

Возьмите обрезок красной бумаги или материи и попробуйте осветить его лучами спектра. Только подложите его под лучи спектра так, чтобы на него падали, скажем, одни желтые лучи. Вы увидите, что обрезок бумаги покажется вам черным, совсем черным, как хороший черный бархат. Передвиньте обрезок дальше. Во всех цветах он будет черным, и только тогда, когда дойдет до красного цвета спектра, вы снова увидите, что он красный.

То же будет не только с красной бумагой, а с любым предметом любого чистого цвета. Он будет казаться вам черным под всеми лучами, кроме лучей своего цвета.

Объясняется это довольно просто. Почему мы видим предметы красными, зелеными или синими? Зеленые предметы мы видим именно зелеными потому, что из снопа белых солнечных лучей, которыми они освещены, они отражают в наш глаз только зеленые лучи и поглощают лучи всех остальных цветов. Когда эти предметы освещаются цветами, не содержащими зеленых лучей, они кажутся черными, потому что не отражают их.

Поняв это явление, можно проделать несколько очень интересных опытов. Введите в огонь спиртовки конец стеклянной трубки. Вы уже знаете, что огонь станет желтым. Если комната, кроме этого огня, ничем не освещена, вы увидите ее обстановку в довольно странном виде. В букете цветов, например, только белый и желтый цвета будут видны яркими пятнами. Розы почернеют, почернеют васильки, зеленые листья станут черно-бурыми. Под влиянием желтых лучей зеленые предметы не чернеют совершенно, потому что зеленый цвет содержит в себе немного желтой краски. Лица людей кажутся страшными, землисто-черными, губы и десны — почти черными. Глаза становятся какими-то неподвижными и тупыми. Получается мертвая картина, и хочется снова зажечь обычный свет.

Светящийся фонтан. Вы уже видели, что солнечные лучи, падающие на воду под острым углом, вступив в воду, отклонились к перпендикуляру, проходящему сквозь поверхность воды в точке падения луча. Вы знаете также, что возможен обратный ход луча из воды в воздух. Но из воздуха луч света может перейти в воду при всех условиях, а из воды не всегда. Это возможно только тогда, когда угол а (рис. 74, А) будет не очень маленьким. Если угол падения луча на поверхность воды снизу будет равен некоторому, для каждого вещества определенному, углу а или будет меньше его (рис. 74, 5), то луч не пройдет в воздух, потому что поверхность воды при этом действует как зеркало. По закону отражения он опять отражается обратно в воду.

Рис. 74

Вы можете легко проверить это, если посмотрите снизу и сбоку на поверхность воды в аквариуме. Вы увидите на поверхности воды отражение пола. Но можно проделать опыт, который докажет явление отражения поверхностью воды еще лучше. На рис. 74, В и Г показаны лучи солнца, падающие из окна на зеркало 3. От этого зеркала лучи отражаются горизонтально.

Чтобы пропустить световой луч в водяную струю, достаньте какую-нибудь четырехгранную жестянку. Сделайте в ней с двух противоположных сторон, поближе ко дну, два отверстия. Одно из них — шириной и высотой примерно по 6 сантиметров — закройте стеклом, а в другое небольшое отверстие вставьте жестяную трубочку длиной несколько сантиметров. Эту трубочку заткните пробкой. Стекло приклейте к банке сплавом канифоли с воском. Стекло и жестянка должны быть совершенно сухими, иначе клей не пристанет.

Приготовленную таким образом жестянку поставьте на стол так, чтобы световые лучи, отброшенные зеркалом, прошли через стекло в жестяную трубку Теперь наполните жестянку водой и забелите воду молоком. Под трубку поставьте таз или ведро и откройте пробку Вода потечет толстой ровной струей. Но луч света не выйдет за пределы струи. Там, где он должен был бы выйти в воздух, например в точке а (рис. 74, В), он отражается от поверхности струи и меняет направление. Также он отражается, скажем, в точке б, потому что при очень большом угле падения луча внутренняя поверхность струи действует как зеркало.

Струя не выпускает пойманный луч. Вместо белесоватой струи воды вы увидите словно сверкающий расплавленный металл. Это удивительно красивое зрелище. Особенно хорошо получается этот опыт, если затемнить комнату, а к стеклянному окошку приставить лупу, фокус которой направлен в струю воды. Так как вода немного увеличивает фокусное расстояние, лучше всего взять лупу с фокусным расстоянием, составляющим в воде ²/₃ расстояния между стеклом и концом трубки банки. Вы увидите тогда, как блестящая струя воды падает в ведро, и брызги воды блестят, как алмазы.

Мираж. В старинном предании рассказывается, что у мифического короля Артура была сестра-волшебница Фата-Моргана. Свою волшебную силу она, по преданию, проявляла, устраивая всевозможные обманчивые воздушные картины. Поэтому явление миража довольно часто называли фата-морганой.

Конечно, явление миража объясняется физическим законом преломления и отражения лучей. Над раскаленной почвой пустыни расстилаются слои воздуха разной температуры, а значит, и разной плотности: более горячие слои внизу, у раскаленной почвы, а более холодные — наверху. Если на эти слои упадет под некоторым углом луч света б, отраженный вершиной пальмы (рис. 75), он преломится в слоях воздуха примерно так же, как преломлялся бы луч, выходящий из воды в воздух. Правда, здесь преломление луча значительно меньше, и луч проходит ряд слоев воздуха. При этом постепенно уменьшается угол наклона его над горизонтом, и наконец наступает момент, когда угол становится таким небольшим, что преломления больше быть не может, и происходит полное внутреннее отражение. Отражающий слой делается как бы зеркалом, и всадник, едущий в пустыне, видит пальму, перевернутую вершиной вниз. Кажется, что она отражается в воде. Но воды нет. Люди и животные находят только голую, раскаленную поверхность пустыни.

На рис. 75 изображение хода лучей при мираже показано условно. Всадник на рисунке находится слишком близко к пальме. На самом деле это явление происходит лишь тогда, когда наблюдатель находится довольно далеко и углы падения лучей света, отражаемых пальмой на раскаленный песок, очень велики.

Рис. 75

Рис. 76

Нам и самим нетрудно устроить явление миража. Если плита у вас в кухне будет сильно раскалена и вы наклонитесь так, чтобы ваш глаз находился почти на уровне раскаленной плиты, вы увидите тогда, что маленькие предметы, лежащие немного выше поверхности плиты (кусочек хлеба, например), отражаются в плите, как в зеркале.

Автор этой книги взял для опыта полосу железа длиной 80 сантиметров и накалил ее над пятью газовыми горелками. Затем вырезал маленькую пальму высотой 2 сантиметра (из белой бумаги) и поставил ее на расстоянии 3 метров от конца полосы (рис. 76). Получилось совершенно отчетливое отражение пальмы, только края его дрожали, как дрожит отражение в воде.

Игра красок в подзорной трубе. Кто имеет маленькую подзорную трубу, хотя бы самодельную, тот может с ее помощью наблюдать игру красок совершенно исключительной красоты.

Подзорная труба ставится на стол и направляется на какой-нибудь отдаленный блестящий, освещенный солнцем предмет. Можно, например, поставить за окном никелированный шар от кровати или другую никелированную часть. Солнце должно так освещать предмет, чтобы он ослепительно блестел.

Из картона вырезается несколько колечек точно по диаметру объектива трубы. Эти колечки нужно сделать как можно уже. На них наклеиваются кружки из оловянной бумаги. В кружках надо предварительно вырезать ряды правильно расположенных отверстий. Вырезать лучше всего острым ножом, положив оловянную бумагу на стекло. Отверстия могут быть сделаны, например, так, как показано на рис. 77.

Рис. 77

Если закрыть этим кружком объектив трубы и направить ее на блестящий предмет, вы увидите удивительный, сияющий всеми цветами радуги рисунок.

Рисунок зависит от расположения отверстий на кружке; он меняется с переменой кружков. То, что мы рассматриваем в калейдоскоп, — это только тусклая картина по сравнению с тем, что можно увидеть таким способом.

Оптические обманы. В этой книге вы уже читали о многих ошибках нашего зрения. Мы не всегда можем правильно определить размер предмета или расстояние до него.

Посмотрите, например, на рис. 78. Там нарисованы три человека. Задний кажется нам низкорослым, а передний великаном; только средний, рядом с ними, представляется нам человеком нормального роста. Однако измерьте фигурки при помощи линейки с делениями, и вы увидите, что все три фигуры совершенно одинаковой высоты. Этот обман получается только из-за специально вычерченного фона. Все линии фона нарочно сведены в одну точку, чтобы вызвать впечатление перспективы и убедить нас, что передняя фигура находится дальше задней.

Рис. 78

Мы привыкли к тому, что более отдаленная фигура всегда кажется нам меньше, а так как она здесь одинаковой высоты с более близкими к нам фигурами, мы считаем ее более высокой, чем соседние. Если вы переведете эти рисунки на бумагу, также закрасите фигуры черной тушью, но не проведете линий перспективы, — обман зрения уже не получится. Вы увидите, что все три фигуры одинакового роста.

Тут вы ошибались в определении высоты фигур. В следующих опытах вы также ошибетесь в определении расстояний.

Рис. 79

Взгляните на три шара, помеченные цифрами 1, 2 и 3 на рис. 79. Вам покажется, что они отстоят друг от друга на равном расстоянии. Это обман. Измерьте расстояния, и вы увидите, что шар 1 гораздо ближе к 2, чем шар 3.

Расстояние между первым и вторым шарами кажется нам больше только потому, что оно заполнено предметами. У нас на рисунке между этими шарами нарисованы еще четыре.

Так ошибаемся мы довольно часто: когда солнце склоняется к горизонту, оно кажется нам все больше и больше, потому что мы видим его приближающимся к земным предметам и сравниваем диаметр солнца с земными предметами. Когда же солнце стоит высоко в небе и нигде близко нет предметов, с которыми можно было бы сравнить его размер, оно совсем не кажется нам таким большим.

Такое явление можно заметить, наблюдая диск луны. Мы поражаемся малому диаметру луны, когда она высоко на небе, после того как видели громадный диск ее при восходе.

Некоторое объяснение этому явлению вы сейчас получите. На рис. 80 начерчены две пары концентрических кругов. Мы разберем только внутренние круги. Который из них по-вашему больше — левый или правый?

Рис. 80

Не колеблясь вы ответите, наверное, что правый. А между тем они совершенно одинаковы. Невозможно отделаться также от ошибочного впечатления, когда вы держите в руках два кольца разной толщины или две трубки со стенками разной толщины, хотя внутренние диаметры их совершенно одинаковы. Вокруг левого внутреннего круга нашему глазу видна на рисунке большая масса, чем вокруг правого, поэтому правый кажется нам меньше сдавленным.

Когда вы смотрите на картину пейзажа, всегда перед вашими глазами два направления: вертикальное и горизонтальное.

Трудно сказать, какое из них вернее оценивается нашими глазами. Скорее горизонтальное, потому что мы привыкли писать и читать написанное горизонтально. Благодаря этому мы приобретаем более верное понятие о длине горизонтальных линий картины.

Рассматривая предметы, расположенные вертикально, мы очень часто ошибаемся в определении их размеров.

Взгляните на рис. 81, на котором видны две линии — горизонтальная и вертикальная. Наверное, вам кажется, что вертикальная линия по крайней мере на ¹/₃ длиннее горизонтальной, в то время как они совершенно одинаковы.

Из-за того, что мы хуже определяем размеры вертикальных линий, чем горизонтальных, в большинстве случаев квадрат, нарисованный от руки, оказывается ниже, чем нужно, то есть его вертикальные стороны короче горизонтальных.

Рис. 81

А вот взгляните на два квадрата рис. 82. Один прочерчен вертикальными линиями, другой — горизонтальными. Конечно, всякий скажет, что второй квадрат шире и промежутки между горизонтальными полосками шире, чем между вертикальными. А между тем они совершенно одинаковы. Поэтому люди низкого роста, которые хотят казаться более высокими, часто носят платья с вертикальными полосами.

Рис. 82

Хвосты, усики и другие прибавления, не составляющие корпуса предмета, который вы хотите измерить на глаз, всегда вводят в заблуждение. На рис. 83 начерчены две совершенно одинаковые линии с усиками, но одни усики направлены внутрь, а другие — наружу. Из-за этого одна линия кажется нам значительно короче, чем другая. Вы можете легко проверить линейкой, что на самом деле они совершенно одинаковы. Рис. 84 обманывает нас из-за косой штриховки. Получается впечатление, будто обе полоски расходятся. На самом же деле они параллельны.

Рис. 83

Интересный случай показан на рис. 85. Горизонтальные линии там начерчены совершенно параллельно одна другой, по линейке, а между тем нам кажется, что они согнуты в середине и на верхнем рисунке расходятся, а на нижнем — сходятся. Даже если вы приложите линейку и убедитесь, что линии эти прямые и параллельные, все-таки не избавитесь от оптического обмана, когда снимете линейку.

Замечательно простой случай оптического обмана показан на рис. 86. Там начерчены три строго параллельные линии, только косо заштрихованные. Наверное, никто из рассматривающих этот рисунок не поверит, что линии параллельны.

Рис. 84

Рис. 85

Рис. 86

Параллельность линий рис. 84, 85 и 86 легко проверить и без линейки. Поднимите книгу на уровень глаз и посмотрите вдоль линий.

Иногда архитекторы, вычерчивая детали здания, умышленно искривляют линии балок, для того чтобы при рассматривании они казались прямыми. В древних постройках часто находят в балках некоторую кривизну в верхней части, сделанную для того, чтобы балки казались прямыми снизу.

А вот посмотрите на рис. 87 и скажите, какая из двух линий под черной балкой составляет продолжение верхней. Вы, может быть, сразу не решитесь определить это, но, рассматривая рисунок, наверное выберете нижнюю линию и, конечно, ошибетесь.

Рис. 88

Рис. 87

Забавный обман зрения вызывает также рис. 88. Две части кольца нарисованы одна над другой. Они совершенно одинаковы, но нижняя кажется нам значительно короче верхней. Вы, пожалуй, не сразу заметите, в чем дело. Ведь на нашем рисунке наружные дуги не находятся одна над другой, и вы путаете, сравнивая лежащие рядом наружную дугу одной части кольца и внутреннюю дугу другой части.

Вы, вероятно, смотрели с моста вниз на текущую воду, и в конце концов вам представлялось, что мост поплыл вперед по реке. Если долго смотреть на фабричную трубу, не сводя с нее глаз, нам начинает казаться, что фабричная труба падает. Такое же впечатление вызывают и быстро бегущие над трубой облака.

Иногда облака могут стать действительно причиной падения. Если вы, стоя на площадке трамвая, станете смотреть на плывущие облака, вы очень легко можете свалиться. У вас получится обманчивое впечатление, будто вы падаете, а облака стоят, и, чтобы удержаться от воображаемого падения, вы невольно делаете движение, которое в действительности может привести к падению.

Когда вы смотрите из окна вагона, вам кажется, что поезд стоит, а поля, деревья и дома быстро бегут, и только тряска вагона мешает вам поддаться этому обману. Трудно отделаться от обмана, глядя с моста на воду, так как в этом случае ничто не нарушает впечатления.

На этом же основан ежедневный оптический обман, которому поддаются все люди, хотя и знают сущность явления. Это кажущееся нам движение солнца и светил вокруг земного шара. Очень часто нам кажется, что неподвижные предметы движутся.

На рис. 89 видны несколько концентрических кругов, промежуток между которыми равен толщине кругов. Если вы пристально посмотрите на рисунок и при этом будете слегка вертеть книгу, круги немедленно начнут вращаться по направлению движения книги. Если вы так же пристально посмотрите на начерченный рядом круг с зубцами, вам покажется, что они бегут в направлении противоположном движению книги.

Рис. 89

Еще интереснее рис. 90. Шесть концентрических кругов окружают зубчатое колесо. Здесь обман зрения поразителен. Если вы будете вращать рисунок, вы увидите, что концентрические круги бегут в том же направлении, что и книга, а зубчатое колесо вращается в обратную сторону.

Рис. 90

Стробоскоп. Видимые нами в кино движущиеся изображения также основаны на обмане зрения. Демонстрирование движущихся изображений основано на том, что перед глазами проносится последовательный ряд картин, очень мало отличающихся друг от друга. Наш глаз может отличать различные предметы только тогда, когда ему показывают их не больше десяти — двенадцати в секунду. Если перед глазом проносится большее число почти одинаковых изображений, отличающихся друг от друга, как последовательные положения движущегося предмета, то нам кажется, что мы видим движущийся предмет.

Чтобы лучше понять действие кино, вы можете проделать следующий опыт. Прибор для этого опыта — очень забавная игрушка. На рис. 91 показан кружок, вырезанный из плотного картона. Диаметр его может быть взят в 30–40 сантиметров.

Рис. 91

Разделите этот круг радиусами на 18–20 частей. На расстоянии 3 сантиметров от краев кружка прорежьте короткие щели шириной примерно полсантиметра. Под прорезанными щелями, на совершенно одинаковом расстоянии от центра кружка, приклейте ряд картинок, нарисованных так, чтобы каждая соседняя картинка немного отличалась от предыдущей. Можно нарисовать, например, кузнеца, постепенно, на каждой картинке, все ниже и ниже опускающего молот и сгибающегося при этом. Когда вы начнете вращать круг перед зеркалом и будете смотреть в прорезы кружка на изображения в зеркале, вам покажется, что кузнец ожил. Он усердно бьет молотом, и вы совсем не видите тех отдельных картинок, которые сами рисовали.

Может быть, вам трудно нарисовать фигуру кузнеца; тогда можете сделать рисунки маятника так, чтобы первое изображение было близко к последнему, как показано на рис. 91, внизу. На этом рисунке видно, как укрепить кружок на изогнутой проволоке, на которой он может вращаться между двумя кусочками пробки.

Со сложными рисунками опыт удается плохо, так что не старайтесь изображать большие картины.

Для того чтобы с помощью стробоскопа можно было рассматривать различные самодельные картинки, нарисуйте их на отдельных кружках плотной бумаги, а потом прикалывайте эти бумажные кружки к картонному кругу стробоскопа. Вы скоро сможете собрать себе коллекцию различных стробоскопических картин.

Птица в клетке. Еще один опыт показывает, что глаз удерживает на некоторое время впечатление виденного даже тогда, когда предмет уже исчез. На одной стороне небольшого белого кусочка картона нарисуйте клетку, а на другой стороне — птицу.

Рисунки должны находиться друг против друга так, что, если бы вам удалось увидеть сквозь картон оба рисунка, птица оказалась бы в перевернутой клетке.

Если к двум сторонам этого картонного кружка вы привяжете по нитке и ими будете вращать картонку, перед вашими глазами будет появляться то рисунок птицы, то рисунок клетки. Не успевая различить их отдельно, вы увидите птицу, сидящую в клетке.

Таким же образом вы можете нарисовать себе множество различных веселых картинок.

Оптические обманы из-за сильного освещения. Каждое сильно освещенное тело кажется больше, чем оно есть в действительности. Объясняется это тем, что световые лучи, дающие на сетчатке глаза изображение освещенного предмета, раздражают не только те нервы, которые непосредственно встретили изображение, но и окружающие их: близкие — больше, более отдаленные — меньше. Это называется иррадиацией.

Кто видел на берегу моря закат солнца, тот, наверное, наблюдал такое явление. Заходящее солнце кажется погружающимся в воду не на самом горизонте, а перед ним, и даже кажется, что суда, находящиеся на горизонте, могли проплыть за солнцем (рис. 92, вверху).

Рис. 92

Если вы станете потихоньку опускать свечу позади темного цветного стекла, вы будете видеть верхнюю часть пламени яркой и нижнюю, находящуюся за стеклом, тусклой. Часть пламени за стеклом покажется вам уже, чем верхняя, потому что эта часть не вызывает в глазах явления иррадиации (рис. 92, внизу). Вы легко поймете теперь, что трудно сравнивать величины различно освещенных предметов.

Отойдите от стола на три шага и решите, какой из двух кружков рис. 93 больше. Белый левый кружок отражает большее количество световых лучей, поэтому он кажется значительно больше своего действительного размера. На самом деле диаметр его точно равен диаметру соседнего черного кружка. По этой же причине белая женщина на черном фоне кажется больше, чем совершенно черная соседка, хотя они также совершенно одинаковы.

Многие из вас, вероятно, замечали, что при новолунии часто бывает виден не только блестящий серп, но и остальная часть луны, пепельно-серого цвета. Зная, что и серп и другая часть луны, так сказать, «начерчены» одним радиусом, вам все же кажется, что рожки серпа как бы обнимают остальную часть луны. Это явление показано на рис. 93, внизу. В действительности на небе рожки серпа выступают еще яснее.

Прочтя о многих примерах оптических обманов, вы, может быть, подумаете, что все, что мы видим вокруг себя, на самом деле не такое, каким нам представляется.

Рис. 93

Но дело в том, что мы располагаем еще многими другими чувствами, которые взаимно дополняют и контролируют друг друга. Если отдельные наши чувства несовершенны и их легко обмануть, то, взятые вместе, они дают нам возможность более правильно видеть окружающую нас природу.

Только не вздумайте поднести спичку к отверстию отводной трубки. Вспомните, что воздух состоит из азота и кислорода, а смесь водорода с кислородом — это опасный гремучий газ. Взрыв газа немедленно разорвал бы бутылку

Подождите несколько минут, пока весь воздух выйдет из бутылки, но и тогда еще будьте осторожны. С помощью резиновой трубки направьте газ в обыкновенный таз с водой. В таз опустите наполненную водой небольшую склянку горлышком вниз и введите конец резиновой трубки в горлышко этой склянки. Выходящий из трубки газ будет вытеснять воду и наконец заполнит всю бутылочку Тогда заткните ее под водой пальцем, выньте, переверните и быстро приблизьте к отверстию ее горящую спичку Газ вспыхнет и будет гореть голубоватым пламенем, если он чистый. Если вы услышите свист или треск, значит, к водороду все еще примешан воздух, и лучше, покрыв бутылочку картонкой, погасить газ, выпустить его весь и снова набрать чистый.

Когда вы убедитесь, что весь воздух из банки, в которой добывается газ, вышел, можно заменить резиновую трубку прямой заостренной стеклянной трубкой и спокойно зажечь водород прямо у этой трубки.

Водород горит почти бесцветным пламенем, но температура пламени очень высока. Через некоторое время пламя желтеет благодаря выделению натрия из стекла, накаливающегося на конце трубки.

Если у вас есть под рукой кусок старой сетки от ауэровской горелки, подержите его в пламени, и вы увидите ослепительный свет. Заостренный кусок мела тоже нагревается над пламенем добела.

Если подержать вертикально стеклянную длинную трубу большого диаметра, поместив внутрь ее это пламя, то столб воздуха в трубе начнет быстро колебаться, и труба зазвучит.

Если вы хотите, чтобы водород горел ярким пламенем, прибавьте к пламени угля. Маленькие частички его раскалятся и дадут сильный свет. В светильном газе, который проводится в квартиры, также имеется углерод. Углерод вы можете выделить из пламени светильного газа и получить его в виде копоти, подержав холодную тарелку над пламенем. Если материал, взятый вами для получения водорода, не совсем чист, то пламя, смотря по свойству материалов, окрашивается различно. Если вы возьмете цинк, содержащий фосфор или серу, чистую или нечистую серную кислоту, то пламя получит разную окраску — красноватую, голубоватую или желтую.

Если во время добывания водорода образование его в бутылке замедляется, влейте еще немного воды и кислоты, и вокруг цинковых стружек снова забурлят пузырьки. Но если жидкость стала серой и в ней плавают черные хлопья, дальнейшее добавление кислоты уже не поможет: значит, истрачен весь цинк. Нужно потушить пламя, разобрать всю установку, вычистить, вымыть и собрать снова.

Если жидкость уже полностью отработана, профильтруйте ее и слейте в маленький стаканчик. Вы позже получите здесь красивые продолговатые кристаллы, которые осядут на дно сосуда. Это цинковый купорос — соединение цинка с остатками серной кислоты после вытеснения водорода. Он очень ядовит.

Водород — самый легкий из известных нам газов, им чаще всего наполняют воздушные шары.

Интересно, что водород горит прекрасно, но сам горения не поддерживает. Если вы быстро введете в бутылку с водородом зажженный огарок свечи, прикрепленный к проволоке, водород загорится у горлышка, а огарок погаснет. Этот опыт показывает, что водород горит только тогда, когда он соединяется с кислородом. Если вы будете медленно поднимать и опускать огарок, его можно несколько раз зажечь у отверстия и потушить внутри бутылки.

Сохранять сосуды с водородом, даже хорошо закупоренные, нельзя. Уже через некоторое время в них проникает воздух и образует опасный гремучий газ.

Гремучий газ. Гремучий газ состоит из двух частей водорода и одной части кислорода. Опыты с ним нужно проводить очень осторожно.

Но есть один опыт, который производит большой эффект и вместе с тем совершенно безопасен.

Выдуйте мыльный пузырь большого диаметра и затем осторожно введите в него отводную трубку из бутылки, в которой образуется водород. Как вводить трубку в пузырь, чтобы он не разорвался, вы уже знаете по описанию опытов с мыльными пузырями. Когда вы введете достаточно водорода в пузырь, можно поднести к нему спичку, и он с громким треском разорвется.

Правда, в пузыре будет не чистый гремучий газ, а смесь водорода, кислорода, азота и выдыхаемой нами углекислоты, но все же опыт этот всегда хорошо удается.

Кислород. Вы знаете уже, что атмосферный воздух состоит из четырех частей азота и одной части кислорода. Эти два газа по-разному влияют на жизнедеятельность человека и животных. Азот останавливает жизнь, а кислород поддерживает. Но если бы мы вдыхали кислород слишком большими порциями, продолжительность нашей жизни сократилась бы.

Кислород очищает кровь в легких и занимает место выдыхаемого нами углекислого газа.

Добыть кислород можно, накаливая химические соединения, богатые кислородом. Проще всего добыть его, осторожно смешав на кусочке бумаги две части бертолетовой соли с одной частью порошка перекиси марганца. Небольшое количество этой смеси — не более 2 граммов — положите в колбочку и закупорьте ее пробкой с отводной трубкой. Колбочку поставьте на треножник из проволоки или из жести и нагрейте осторожно на спиртовой лампочке (рис. 140). Время от времени испытывайте выходящий газ тлеющей спичкой.

Рис. 140

Если тлеющая спичка вспыхнет в момент приближения к концу трубки, значит, из смеси стал выделяться кислород. Тогда наденьте на стеклянную трубку колбочки резиновую трубку и введите газ в бутылку таким же способом, как наполняли ее водородом. 2 грамма смеси бертолетовой соли с перекисью марганца дают немного кислорода, но в 4–5 приемов можно наполнить газом несколько довольно больших бутылок.

Кислород в бутылках можно сохранять для опытов некоторое время, только бутылки надо ставить горлышками вниз в блюда с водой. При добывании кислорода все-таки нужна некоторая осторожность. Кислород не взрывается, но иногда он образуется в колбочке так стремительно, что огонь спиртовки, получая добавочную порцию кислорода, охватывает колбу. Лучше держать лампочку все время в руке или на дощечке. Когда выделение газа чересчур ускорится, уберите спиртовку, а когда замедлится, снова подставьте ее под колбу. Искорки, появляющиеся в колбе при нагревании, — это сгорающие частицы пыли. Они не опасны, если число их не слишком велико. Когда вы добыли достаточное количество газа, уберите спиртовку, но не оставляйте резиновую трубку в тазу с водой. Вода поднимется в охлаждающуюся колбу, и колба может взорваться.

Кислород очень хорошо поддерживает горение. При большом количестве кислорода в воздухе сгорают даже такие тела, о возможности горения которых вы никогда не подозревали.

Для увеличения количества кислорода, притекающего к горящим веществам, устраивают поддувала; так, примерно, поддувают воздух в кузнечные горны, в доменные печи, где температура должна быть очень высокой. Все знают также, что ветер усиливает пожар.

Если вы наполните кислородом широкогорлую банку, затем закроете ее под водой плотно прилегающим кусочком картона или стеклом и перевернете, у вас будет сосуд, в котором можно пробовать, как горят различные тела в кислороде.

Привяжите, например, к проволоке кусочек тлеющего угля или губки и опустите в газ. Они ярко разгорятся и будут гореть до тех пор, пока либо сгорят окончательно, либо погаснут, если не хватит кислорода. Уголь горит в банке красноватым, а губка голубоватым пламенем. Очень красиво горит в кислороде сталь. Нагрев докрасна пружинку карманных часов, медленно охладите ее. От этого сталь отпустится, потеряет свою упругость. Выпрямите ее и к одному концу прикрепите кусочек губки. Зажгите затем губку. Опустите пружинку в бутылку с кислородом и закупорьте ее пробкой.

Сначала ярким пламенем разгорится тлеющая губка: она раскалит добела конец пружинки, и сталь загорится, бросая во все стороны замечательно красивые пучки искр. По мере того как пружинка будет сгорать, можно вдвигать ее через пробку. Конечно, опыт будет тем удачнее, чем больше сосуд с кислородом. На дно банки лучше насыпать немного песка, потому что летящие из пружины искры — это расплавленные маленькие шарики стали. Шарики вонзаются в стеклянную банку и даже могут разорвать ее.

Сера горит в кислороде голубым пламенем. При опытах с горением серы ее нельзя прицеплять к проволоке или пружинке — она будет стекать с них каплями. Для этого и для следующего опыта возьмите игрушечную ложечку из жести, согните ее и повесьте на проволоке в банку. Серу положите в ложку и нагрейте над спиртовкой, пока она не расплавится и не воспламенится. Затем быстро опустите ее в газ.

Очень интересен опыт сжигания фосфора в кислороде. Фосфор очень опасен, так как он даже на открытом воздухе воспламеняется сам собой. Хранить его нужно в воде и отрезать кусочки, также не вынимая из воды.

Достаньте кусочек фосфора величиной с горошину, выньте этот кусочек ножом из воды и, не снимая с ножа, высушите его промокательной бумагой, прежде чем положить в ложечку для сжигания. Только не дотрагивайтесь до фосфора пальцем — он дает сильные ожоги. Зажгите его нагретой проволокой и быстро опустите в банку, наполненную кислородом (рис. 141).

Рис. 141

Сила света при сгорании фосфора совершенно невыносима. Даже белое облако, окружающее горящий фосфор (пары фосфорной кислоты), так сильно светится, что только, пожалуй, солнечный свет сильнее. Если вы проделаете этот опыт вечером, вам покажется, будто все лампы погасли и яркий дневной свет исходит от фосфора. Тени, несмотря на другие источники света, кажутся резкими и черными.

Когда фосфор погаснет, вам покажется, что вы находитесь в темноте или ослепли, так как в первые минуты вы ничего не будете видеть, даже в хорошо освещенной комнате. Мало-помалу утомленные резким светом зрительные нервы привыкнут к «темноте», и окружающие предметы будут снова ясно видны.

Огонь под водой. Наполните стакан теплой водой и бросьте в нее кусочек фосфора. При соприкосновении с теплой водой фосфор моментально воспламеняется. Если затем вы начнете вдувать с помощью стеклянной трубки воздух к фосфору, вы заметите появление отскакивающих от него беспрерывно светящихся искорок.

Еще раз напоминаем об осторожном обращении с фосфором.

Как зажечь железо на открытом воздухе. Вы видели, как сталь накаляется в кислороде до температуры плавления. Вместо стали можно взять железо и заставить его гореть не в чистом кислороде, а в обыкновенном атмосферном воздухе. Конечно, сплошной кусок железа не будет гореть в воздухе, потому что для действия кислорода воздуха его поверхность слишком мала. Но если взять мелкие железные опилки, этим можно облегчить доступ кислорода к частицам железа и заставить их гореть.

Возьмите магнитом щепотку железных опилок — вы получите нечто вроде железной губки, пропитанной воздухом. Теперь вам остается только минуту подержать щепотку железа над пламенем.

Опилки быстро и равномерно раскалятся докрасна.

Опустите эту раскаленную щепотку в кислород, и вы получите прекрасный фейерверк.

Двуокись углерода, или углекислый газ, выдыхается животными и поглощается растениями, для питания которых он необходим. Углекислый газ тяжелее воздуха. Поэтому при добывании его не нужно столько приспособлений, как при добывании других газов, и хранить его можно просто в стаканах, прикрытых картонками.

Добыть углекислый газ можно в такой же банке, в какой добывали водород, только вместо цинка надо взять кусочки мела или мрамора и облить их разбавленной соляной кислотой.

Газ выделяется немедленно, потому что кислота энергично соединяется с известью (мрамор — это углекислая известь) и освобождает углекислый газ.

Выделениями углекислого газа знаменит так называемый Собачий грот близ Неаполя, на дне которого газ расстилается подобно озеру. В Германии тоже есть гроты, в которых выделяется двуокись углерода, например близ Пирмонта в Вестфалии.

Есть простое средство удостовериться в присутствии углекислого газа: пламя моментально гаснет в нем.

Если фонарь, внесенный в винный или пивной погреб, потухнет, надо быть очень осторожным — значит, в этом помещении много углекислого газа.

Как залить пламя невидимым газом. Понятно, что под названием «невидимый газ» мы подразумеваем углекислый газ. Прикрепите к картонке несколько свечей различной высоты, зажгите их и опустите на дно высокой банки. Впустите в банку углекислый газ с помощью длинной стеклянной трубки, доходящей до дна банки (рис. 142). Углекислый газ станет собираться на дне. Потом он поднимется и погасит одну свечу за другой, начав с самой короткой.

Так как двуокись углерода тяжелее воздуха, ее можно осторожно переливать из одного сосуда в другой. Чувствительные весы, на которые можно поставить два сосуда, наглядно покажут прибавление веса.

Рис. 142

Рис. 143

Если вы выльете углекислый газ из стакана на пламя свечи, пламя съежится, а при большой массе газа свеча совсем потухнет, будто ее опустили в воду (рис. 143).

Превращение воды в жидкость молочного цвета. Опустите в стакан с водой несколько кусочков негашеной извести и размешайте. Часть извести растворится в воде. Отфильтруйте раствор. Вы получите светлую жидкость, которую можно сохранять для следующих опытов.

Если в эту, так называемую известковую воду впустить струю углекислого газа, вода тотчас же замутится и станет похожей на молоко.

Помутнение известковой воды — очень чувствительное средство для определения присутствия двуокиси углерода. Достаточно подышать через маленькую трубку в жидкость, чтобы она замутилась.

Превращение бесцветной жидкости в синюю, белую и красную. При химических соединениях всегда получаются новые вещества, свойства которых подчас резко отличаются от свойств составных веществ. Так, например, одно из свойств серы — горючесть, а железа — притягиваться магнитом.

Однако соединение обоих веществ — сернистое железо — не горит и не притягивается магнитом.

Прибавив несколько капель раствора азотнокислого серебра (ляписа) к соленой воде, мы получим творожистый осадок, совершенно безвредный, хотя ляпис сильно ядовитое вещество. Известны краски, составные части которых совершенно бесцветны. Есть также неокрашенные вещества, полученные соединением двух окрашенных.

Приготовьте три раствора таких веществ: 1) желтой кровяной соли, 2) ляписа и 3) роданистого калия. На 100 кубических сантиметров воды возьмите по несколько граммов этих веществ и налейте растворы их в склянки с надписями. В четвертой склянке приготовьте раствор хлорного железа такой концентрации, чтобы раствор был желтым.

Для опыта возьмите четыре стакана с водой. Прибавьте к ней по несколько капель из каждой склянки. Поставьте теперь три первых стакана в ряд: 1) кровяная соль, 2) ляпис и 3) роданистый калий, а четвертый стакан, в который влито несколько капель хлорного железа, поставьте в стороне. Подлейте теперь в первые три стакана прозрачной жидкости из четвертого. Тотчас же жидкости в стаканах окрасятся в синий, белый и красный цвет. Если вы покажете опыт своим товарищам, они, не зная вашего секрета, наверное, очень удивятся.

Превращение желтой жидкости в голубую. Налейте в большой сосуд побольше воды и растворите в ней 1 весовую часть индиго в порошке, 2 весовые части железного купороса и 3 весовые части негашеной извести. Сосуд закройте крышкой и оставьте в покое на несколько часов. Все вещества растворятся. Первоначально голубая окраска заменится желтой. Дайте твердым частицам осесть в воде и слейте желтую жидкость в глубокий сосуд.

При переливании цвет жидкости изменится, и в другой сосуд она будет наливаться темно-голубой. Окраска индиго зависит от количества поглощенного им кислорода, который окрашивает индиго в голубой цвет. Так как железный купорос отнимает часть кислорода, попадающего из воздуха, окраска индиго становится белой, а известь делает ее желтой. При соприкосновении с воздухом индиго получает достаточно кислорода, чтобы снова стать голубым.

Изменение окраски при нагревании. Растворите в воде медный купорос, сильно разбавив раствор. Теперь подливайте в слабый раствор медного купороса едкий калий до тех пор, пока при легком взбалтывании красивый голубой осадок не будет больше растворяться. Затем прибавьте в сосуд немного виноградного сахара. Это никак не повлияет на раствор. Но если вы нагреете в пробирке небольшое количество этой жидкости, она станет оранжевой или красной.

Такой же опыт можно проделать с раствором марганцовокислого калия в холодной воде. Сначала раствор калия зеленовато-синий, но, как только вы нагреете его до кипения, он станет светло-красным.

Превращение красной розы в белую, потом в зеленую и черную. Положите несколько красных роз под стеклянный колпак и под колпаком зажгите серу. В парах серы роза делается неприглядной, пестрой и, наконец, белой. Одну из этих роз окуните в слабый раствор серной кислоты, и она снова станет красной. Вторую розу опустите в раствор свинцового уксуса — она станет зеленой. Третью розу опустите сначала в слабый раствор соды, а затем в раствор железного купороса — она почернеет.

Если вы подставите под пары крепкой соляной кислоты влажные фиалки, они сделаются красными. Под парами нашатырного спирта фиалки станут зелеными, а под парами свинцовой извести с добавлением соляной кислоты — белыми.

Темно-голубые мальвы, как и розы, белеют в парах серы, становятся чудного красного цвета при добавлении серной кислоты в раствор свинцового сахара (очень ядовит). Обесцвеченные мальвы в поташе или содовом растворе делаются светло-зелеными и, наконец, в слабом растворе серной кислоты опять становятся красными.

Бенгальские огни. Бенгальскими называются огни, окрашенные в какой-нибудь цвет и получаемые при сжигании одного или нескольких смешанных веществ. Все смеси делаются в порошках, в известной пропорции — по весу или объему. Порошки употребляют или просто насыпанными на доску, или набитыми в бумажные гильзы. Тогда их называют свечами. В порошке состав дает больше света, а в свече меньше, потому что в свече уменьшается поверхность горения.

До смешивания отдельных веществ их надо предварительно хорошенько просушить, а затем растереть в мельчайший порошок. Порошки никогда не растирайте после смешивания веществ, особенно если в состав их входит бертолетова соль. Бертолетова соль очень легко взрывается, и ее даже отдельно надо растирать с предосторожностями, не просушивая и не сильно надавливая, с перерывами, чтобы она не нагревалась. Составы надо размешивать на картонке деревянной лопаточкой или палочкой.

Самые чистые и красивые огни — только красный, зеленый, да еще разве белый. Остальные выходят гораздо хуже.

Вот вещества, которые окрашивают пламя:

азотнокислый стронций — красный огонь;

хлористый натр, то есть поваренная соль, — желтый огонь;

азотнокислая окись меди или йодистая медь — зеленый огонь;

поташ — лиловый огонь.

Рецептов для составления различных цветных огней очень много, — это целая наука; мы укажем здесь только самые употребительные.

Белый огонь:

селитры………………………18 частей

серы…………………………10 частей

трехсернистой сурьмы…………..3 части

негашеной извести……………..4 части

Красный огонь:

пороховой мякоти………………1 часть

серного цвета………………….1 часть

азотнокислого стронция…………13 частей

Эти два состава совершенно безопасны, а в большинство других входит бертолетова соль. Состав из 4 частей бертолетовой соли и 1 части серного цвета может служить основой для всевозможных огней.

Очень красивый пурпурный огонь дает смесь:

указанного состава……………..8 частей

чистого мела в порошке………….2–3 части

Очень ярким огнем горит состав:

бертолетовой соли………………4 части

серного цвета………………….5 частей

трехсернистой сурьмы…………..2 части

угля (тончайший порошок)………1 часть

азотнокислого стронция…………20 частей

Зеленый огонь:

бертолетовой соли………………5 частей

серного цвета………………….4 части

азотнокислого бария…………….12 частей

Бертолетову соль из этого состава можно выкинуть, но тогда азотнокислый барий надо заменить хлорноватокислым:

хлорноватокислого бария. . . 3 части

серного цвета. . . . . . 1 часть

Этот состав воспламеняется очень легко сам собою, поэтому будьте осторожны и не заготовляйте его слишком много. Менее опасен, но не так красиво горит следующий состав:

хлорноватокислого бария. . . 3 части

молочного сахара. . . . . 1 часть

Общее правило для сжигания этих огней — не насыпать их кучкой: они образуют шлак, который гасит и затемняет их. Сыпьте узенькой дорожкой на составленные концами кирпичи, камни или черепицы.

Для свечей употребляют другие составы.

Белый огонь:

селитры………………………4 части

серного цвета………………….2 части

Красный огонь:

бертолетовой соли………………8 частей

азотнокислого стронция…………12 частей

стеарина (скобленого)…………..2 части

молочного сахара………………1 часть

Зеленый огонь:

бертолетовой соли………………2 части

азотнокислого бария…………….1 часть

молочного сахара………………1 часть

При изготовлении свечей очень большое значение имеют качество гильз и способ их набивки. Гильза должна сгорать вместе с составом, поэтому ее делают не из картона, а из бумаги, скатывая в несколько слоев.

Набивать свечи надо туго, тогда они горят ярко и ровно. Только помните, что многие составы взрываются, поэтому всегда набивайте гильзу деревянной лопаточкой; при этом смочите состав водой. Хорошо высохнув, он будет гореть даже дольше, чем набитый сухим.

Гильза скатывается на палочке диаметром около 3 сантиметров. Перед тем как снять ее с палочки, один конец немного сдвигается и стягивается бечевкой. Когда набьете всю гильзу, также затяните бечевкой и другой конец.

Чтобы свечи, огни и всякие другие фейерверки хорошо выходили, надо напрактиковаться.

Образование кристаллов. Газообразное, жидкое или твердое состояние тел зависит от температуры и от давления, под которым тела находятся.

Большое влияние на состояние тел оказывает температура, и вы, конечно, знаете влияние температуры на самое распространенное на земном шаре вещество — воду.

Если поставить охлаждаться жидкость в совершенно спокойном состоянии, можно проследить результаты понижения температуры.

Удивительно тонко и точно работает мороз, преображая частицы воды, содержащиеся в воздухе. Вдруг на каком-нибудь месте стекла на нашем окне появляется едва заметная игла. Она растет и утолщается. Затем появляются вторая, третья, четвертая… Они толкают друг друга и соединяются в симметричные группы. Они украшают друг друга так нежно и тонко, что глаз никогда не устает следить за этой работой. Кристаллизация продолжается, все новые и новые кристаллы заполняют свободное пространство.

Примерно то же самое повторяется при образовании твердых тел из растворов. При этом кристаллизация видна даже лучше.

Все вещества кристаллизуются по-своему, каждое имеет свою особую, только ему присущую форму кристалла, частицы сами сцепляются и вырастают, образуя твердое тело.

Чтобы проникнуть в тайну кристаллизации, прибегали к сильнейшим микроскопам, проникали при помощи их в глубину кристаллов при их формировании, прибегали к помощи фотографии, но до сих пор безуспешно, потому что едва появляется первый след ничтожнейшего кристаллика, как он оказывается уже вполне сформированным, со всеми поверхностями и гранями настоящего кристалла.

Если вы хотите заняться наблюдением над кристаллизацией, вы можете на первый раз проделать очень простой опыт.

Налейте в большую банку теплой воды и всыпьте в нее полную горсть медного купороса. Если весь купорос растворится, подсыпьте еще и проделывайте это до тех пор, пока на дне не останутся нерастворившиеся кристаллы. Этот насыщенный раствор является таковым только для известной температуры. Нагрейте его — и все кристаллы растворятся. Остудите раствор до температуры ниже той, при которой вы его насыщали, и на дне сейчас же появится большое количество кристаллов. Значит, для образования кристаллов всякий раствор должен быть охлажден до температуры ниже той, при которой он насыщался.

Наблюдая за кристаллизацией, можно заметить несколько случаев:

1. После охлаждения до комнатной температуры в растворе не образуется кристаллов. Это значит, что он не был насыщенным.

2. Медленно появляются хорошо сформированные кристаллы при комнатной температуре раствора. Это значит, что раствор был вполне насыщен.

3. При первом же незначительном понижении температуры образуются кристаллы и быстро громоздятся в беспорядочную кучу. Это значит, что раствор был насыщен при высокой температуре.

Теперь вы знаете, что надо делать, чтобы вызвать кристаллизацию. Но если вы хотите получить отдельные хорошие кристаллы или группы кристаллов, надо предпринять еще кое-что.

Растворите побольше квасцов в теплой воде. Квасцы хорошо растворяются и быстро кристаллизуются. Из насыщенного раствора вы уже на другой день получите хорошие кристаллы. Слейте с них раствор и отставьте его куда-нибудь в теплое место. По мере того как из него будет испаряться вода, он все время будет кристаллизоваться.

Из первых кристаллов выберите лучшие и опустите их в отставленный раствор; они мало-помалу вырастут в прекрасные кристаллы правильной формы. Их нужно только изредка поворачивать в разные стороны.

Хромовые квасцы тоже дают чудные кристаллы темно-красного цвета. Получить их можно точно таким же способом.

Можно небольшой кристалл хромовых квасцов опустить в раствор простых квасцов; он будет продолжать расти, и получится наконец красный кристалл внутри и прозрачный снаружи.

Очень хорошо кристаллизуются щавелевокислый аммоний, сода, селитра, двухромовокислый калий и медный купорос. Только ни один из них не дает таких чудных кристаллов, как квасцы.

Интересно, что кристаллы, как и капельки влаги в воздухе, ищут, на чем бы им осесть. Неровные, шероховатые поверхности лучше всего способствуют образованию кристаллов. В этом легко убедиться, если в насыщенный раствор опустить шерстяную нитку и стеклянную трубку. Нитка быстро начнет покрываться кристаллами, а трубка так и останется чистой.

Светящаяся кристаллизация. Некоторые вещества при кристаллизации светятся. Но они очень ядовиты, и для нашего опыта можно воспользоваться только сернокислым калием. Сернокислый калий и поташ, которые нужны нам для этого опыта, должны быть совершенно чистыми.

Оба вещества растворите отдельно в больших количествах воды. Профильтруйте раствор поташа и осторожно влейте в него раствор калия, постепенно размешивая. Вливайте его до тех пор, пока не прекратится шипение.

Получившуюся смесь профильтруйте и кипятите ее до тех пор, пока на стеклянной палочке, смоченной раствором, при охлаждении не покажутся кристаллы. Тогда дайте всему раствору медленно охладиться в большом тазу, и вы увидите при кристаллизации яркие искорки, особенно хорошо видимые в темноте.

Как заставить карандаш висеть на пепле сгоревшей нитки. Отрежьте кусок нитки длиной сантиметров двадцать пять и подвесьте на ней легкий маленький карандашик из записной книжки или другой какой-нибудь предмет приблизительно такого же веса. Затем попросите кого-нибудь из присутствующих поджечь нитку, а вы заранее скажите, что карандаш останется висеть на пепле. Большинство, понятно, отнесется к такому фокусу с недоверием. Но вашу нитку можно спокойно зажечь, и получится великолепный результат. Нитка сгорит бесцветным пламенем, а предмет останется висеть на пепле.

Такой фокус показать нетрудно. Нужно предварительно опустить нитку в крепкий раствор квасцов. Высохнув, она покроется корой маленьких кристалликов. Во время сгорания нитки квасцы сплавятся и сцепят частицы пепла.

Для большего эффекта вы можете пропитать квасцами не конец нитки на катушке, а отступя, скажем, метр, и тогда, если кто-нибудь попробует проделать этот опыт, у него карандаш обязательно упадет, а вы, нащупав, откуда начинается пропитанная квасцами нитка, отрежете ее и блестяще проделаете опыт.