Сколько весит вода в опрокинутом стакане?
— Ничего, конечно, не весит: в таком стакане вода не держится, выливается,— скажете вы.
— А если не выливается? — спрошу я.— Что тогда?
В самом деле, возможно ведь удержать воду в опрокинутом стакане так, чтобы она не выливалась. Этот случай изображен на рис. 92. Опрокинутый стеклянный бокал, подвязанный за донышко с одной стороны весов, наполнен водой, которая не выливается, так как края бокала погружены в сосуд с водой. На другую сторону весов привязан точно такой же пустой бокал.
Какая сторона весов перетянет?
Перетянет та, к которой привязан опрокинутый бокал с водой. Этот бокал испытывает сверху полное атмосферное давление, снизу же — атмосферное давление, ослабленное весом содержащейся в бокале воды. Для равновесия весов необходимо было бы наполнить водой бокал, привязанный с другой стороны. При указанных условиях, следовательно, вода в опрокинутом стакане весит столько же, сколько и в поставленном на дно.
Сколько весит воздух в комнате?
Можете ли вы, хоть примерно, сказать, какой груз представляет воздух, наполняющий небольшую комнату? Несколько граммов или несколько килограммов? В силах ли вы поднять такой груз одним пальцем или же с трудом могли бы удержать на плечах?
Теперь, пожалуй, не найдется уже людей, которые считают, что воздух вовсе ничего не весит, как думали в старину. Но сказать, сколько именно он весит, многие и сейчас не могут.
Запомните же, что литровая кружка теплого летнего воздуха близ земли (не в горах) весит 1 1/5 г. В кубометре ровно 1000 л; поэтому кубометр воздуха весит в 1000 раз больше, чем 1 1/5 г; это составит 1 1/5 кг.
Теперь вам нетрудно уже будет сосчитать, сколько весит воздух в той или иной комнате. Для этого надо лишь знать, сколько в комнате кубометров. Если площадь комнаты 15 кв. м, а высота 3 м, то воздуха в ней 15×3 = 45 куб. м. Весит же этот воздух 45 кг, да еще 1/5 от 45, то есть еще 9 кг, всего, следовательно, 54 кг. Такого груза одним пальцем не поднимешь да и на плечах унесешь не без труда.
Непослушная пробка
Этот опыт наглядно покажет вам, что сжатый воздух обладает силой, и притом весьма заметной.
Для опыта нам нужны лишь обыкновенная бутылка и такая пробка, которая была бы немного меньше отверстия бутылки.
Держите бутылку горизонтально, вложите в горлышко пробку и предложите кому-нибудь вдуть пробку внутрь бутылки.
Казалось бы, ничего нет легче. Но попробуйте — дуньте посильнее на пробку — и вы будете поражены неожиданным результатом. Пробка не только не войдет внутрь бутылки, но… полетит вам в лицо!
Чем крепче вы подуете, тем быстрее вылетит пробка обратно.
Для того же, чтобы заставить пробку проскользнуть внутрь бутылки, вам надо поступить как раз наоборот: не дуть на пробку, а втянуть в себя воздух из отверстия над ней.
Эти странные явления объясняются так. Когда вы дуете в горлышко бутылки, вы вдуваете в сосуд воздух через отверстие между пробкой и стенками горлышка. Этим вы увеличиваете давление воздуха в бутылке, и он с силой выбрасывает пробку наружу. Когда же вы втягиваете воздух в себя, вы, напротив, разрежаете воздух в бутылке, и пробка вталкивается внутрь давлением наружного воздуха. Опыт удается хорошо лишь тогда, когда горлышко бутылки совершенно сухо; влажная пробка трется о стенки и потому застревает.
Судьба детского воздушного шара
Выпущенные из рук детские воздушные шары куда-то улетают. Куда? Как высоко могут они улететь?
Воздушный шар, вырвавшись из рук, уносится не к крайним границам атмосферы, а лишь до своего «потолка», до той высоты, где вследствие большой разреженности воздуха вес шара равен весу вытесняемого им воздуха. Но он не всегда достигает «потолка». Так как шар, поднимаясь, раздувается (из-за уменьшения наружного давления), то еще до достижения «потолка» он может лопнуть, распираемый изнутри.
Автомобильное колесо
Колесо автомобиля катится вправо; обод его вертится по часовой стрелке. Вопрос состоит в следующем: в какую сторону перемещается при этом воздух внутри резиновой шины колеса — навстречу вращению колеса или в том же направлении?
Воздух внутри шины движется от места сжатия в обе стороны — вперед и назад.
Для чего между рельсами оставляют зазоры?
Между стыками рельсов всегда оставляют пустые промежутки — зазоры. Делается это нарочно. Если зазоров не оставить и укладывать рельсы вплотную один к другому, железная дорога скоро придет в негодность. Дело в том, что все предметы при их нагревании раздаются во все стороны. Удлиняется и стальной рельс летом, когда его нагревает солнце. Если же не дать рельсам простора для удлинения, то, упираясь концами друг в друга с большой силой, они изогнутся вбок, вырвут удерживающие их костыли и исковеркают путы.
Зазоры устраивают и с расчетом на зимнее время. Зимой, когда от холода рельсы сожмутся, станут короче, зазоры могут еще больше увеличиться. Поэтому их устраивают с расчетом и применяясь к климату места, где проходит железная дорога.
Примером использования свойств тел сужаться при охлаждении может служить известный прием натягивания раскаленных железных шин на обод тележного колеса. Когда шина остынет, она станет меньше и плотно обхватит обод.
Стаканы для чая и кваса
Вы замечали, вероятно, что стаканы для холодных напитков часто делаются с толстым дном. Понятно, для чего: такой стакан устойчив, нелегко опрокидывается. Почему же не употреблять тех же стаканов для чая? Ведь и в этом случае хорошо, чтобы стаканы не опрокидывались.
Стаканы с толстым дном не употребляются для горячих напитков потому, что стенки таких стаканов от горячей жидкости прогреваются и расширяются сильнее, чем толстое дно. Подобная посуда непрактична для чая: она растрескивается. Чем тоньше посуда и чем меньше разница в толщине стенок и дна, тем нагревание посуды равномернее и тем лучше она предохраняется от растрескивания.
Дырочка в крышке чайника
В крышке металлического чайника имеется дырочка. Для чего она? Надо дать выход пару, иначе он скинет крышку с чайника. Но при нагревании материал крышки расширяется во все стороны. Что же делается при этом с дырочкой? Уменьшается ли она или увеличивается?
При нагревании крышки чайника дырочка ее увеличивается. Вообще отверстия и полости при нагревании увеличиваются в объеме совершенно так же, как увеличивается равный кусок материала, их окружающего. По этой причине, между прочим, вместимость сосудов от нагревания увеличивается, а не уменьшается, как думают иные.
Дым
Почему дым из трубы в безветренную погоду поднимается вверх?
Дым из трубы поднимается вверх потому, что его выносит горячий воздух, расширившийся от нагревания, а потому и более легкий, нежели тот, который окружает трубу. Когда воздух, поддерживающий частицы дыма, остывает, дым опускается вниз и стелется по земле.
Несгораемая бумага
Можно проделать опыт, в котором бумажная полоска не загорается в пламени свечи.
Для этого нужно обмотать плотно железный прут узкой бумажной полоской наподобие винта. Если такой прут с бумажной полоской внести в пламя свечи, то бумага не загорится. Огонь будет лизать бумагу, закоптит ее, но не сожжет до тех пор, пока прут не раскалится.
Отчего же бумага не загорается? Оттого, что железо, как и всякий металл, хорошо проводит теплоту: оно быстро отнимает от бумаги ту теплоту, которую бумага получает от пламени. Заменив металлический прут деревянным, вы бумагу сожжете, потому что дерево плохой проводник теплоты С медным прутом опыт удается очень хорошо.
Намотав туго нитку на ключ, вы сможете показать опыт с несгораемой ниткой.