Новейшая книга фактов. Том 3. Физика, химия и техника. История и археология. Разное - Анатолий Кондрашов

Почему у струнных музыкальных инструментов материал корпуса играет важную роль, а у духовых – нет?

Материал корпуса не очень важен для духовых музыкальных инструментов. В отличие от струнных, у которых при звучании вибрирует корпус, в духовых инструментах звучит столб воздуха, заключенный в трубе, а из чего сделана эта труба – не так уж важно. Это известно уже лет сто, а четверть века назад американский физик Джон Колтман, чтобы лишний раз доказать эту истину, сделал флейту из бетона. Музыковеды, которым завязали глаза, не могли отличить ее звучание от звучания обычной деревянной флейты.

Как велика скорость звука?

Скоростью звука называют скорость распространения звуковых волн в среде. Скорость звука зависит от механических свойств среды, в которой он распространяется. В газах скорость звука меньше, чем в жидкостях, а в жидкостях меньше, чем в твердых телах. Скорость звука в газах и парах составляет величину от 150 до 1000 метров в секунду, в жидкостях – от 750 до 2000 метров в секунду, в твердых телах – от 2000 до 6000 метров в секунду. В воздухе при нормальных условиях скорость звука равна приблизительно 330 метрам в секунду, в воде – приблизительно 1500 метрам в секунду.

Как впервые измерили скорость звука в воде?

Скорость звука в воде впервые была экспериментально определена сравнительно недавно – в первой половине XIX века. Сделано это было на Женевском озере. Два физика сели в лодки и разъехались километра на три один от другого. С борта одной лодки свешивался под воду колокол, в который нужно было ударить молотком с длинной ручкой. Ручка соединялась с приспособлением для зажигания пороха в маленькой мортире, укрепленной на носу лодки. Одновременно с ударом в колокол вспыхивал порох, и яркая вспышка видна была далеко в округе. Видел вспышку и тот физик, который сидел в другой лодке и слушал звук колокола в трубу, спущенную под воду. По запозданию звука в сравнении с вспышкой определялось, сколько секунд бежал звук по воде от одной лодки до другой.

В чем состоит гидростатический парадокс?

Гидростатический парадокс, заключается в том, что вес жидкости, налитой в сосуд, может отличаться от силы давления, оказываемой ею на дно сосуда. Так, в расширяющихся кверху сосудах сила давления на дно меньше веса жидкости, а в суживающихся – больше. В цилиндрическом сосуде обе силы одинаковы. Если одна и та же жидкость налита до одной и той же высоты в сосуды разной формы, но с одинаковой площадью дна, то, несмотря на различный вес налитой жидкости, сила давления на дно одинакова для всех сосудов и равна весу жидкости в цилиндрическом сосуде. Это следует из того, что давление покоящейся жидкости зависит только от глубины под свободной поверхностью и от плотности жидкости. Объясняется гидростатический парадокс следующим. Поскольку гидростатическое давление всегда нормально к стенкам сосуда, сила давления на наклонные стенки имеет вертикальную составляющую, которая компенсирует вес излишнего против цилиндра объема жидкости в расширяющемся кверху сосуде и вес недостающего против цилиндра объема жидкости в суживающемся кверху сосуде. Гидростатический парадокс обнаружил французский физик Блез Паскаль (1623–1662).

Почему чем глубже заходишь в воду, тем меньше камешки режут ступни ног?

«Виноват» в этом закон Архимеда, согласно которому на всякое тело, погруженное в жидкость, со стороны этой жидкости действует сила, равная весу вытесненной телом жидкости и направленная вверх. Чем глубже заходишь в воду, тем больший объем ее вытесняется и тем меньше сила, с которой ноги давят на дно, а значит, и на острые камешки на нем.

В чем главная ошибка людей, оказавшихся в воде и не умеющих плавать?

Не умеющие плавать люди, упав в воду, часто делают роковую ошибку – поднимают руки из воды – и тем губят себя. Действие закона Архимеда приводит к тому, что всякая часть тела под водой легче, чем вне воды. Следовательно, держа руки над водой, утопающий увеличивает их вес, а значит, и вес всего своего тела, который и увлекает голову под воду. Берите пример с пловцов высокого класса. Они поднимают голову над водой только для вдоха, а выдох делают в воду, тем самым максимально увеличивая выталкивающую силу.

Может ли вода самопроизвольно подниматься вверх?

Обычно вода, подчиняясь силе тяжести, течет сверху вниз. Однако при определенных обстоятельствах она способна и самопроизвольно подниматься вверх. Если поместить достаточно тонкую трубку (например, соломинку) в сосуд с водой, уровень воды в трубке поднимется выше уровня воды в сосуде. Разница между уровнями воды в сосуде и в трубке будет тем больше, чем меньше внутренний диаметр трубки. Способность воды подниматься в трубке с достаточно узким каналом – один из примеров так называемых капиллярных явлений, благодаря которым растения способны доставлять воду из почвы к ветвям и листьям. Эти же явления помогают крови циркулировать в человеческом теле, особенно в капиллярах – мельчайших кровеносных и лимфатических сосудах.

Почему льющаяся струйка воды заметно сужается книзу?

Данный эффект обусловлен двумя причинами. Первая состоит в наличии сил межмолекулярного взаимодействия в жидкостях, вторая – в том, что свободное падение тел происходит с ускорением. Благодаря силам межмолекулярного взаимодействия льющаяся струйка остается неразрывной, вследствие чего в единицу времени через ее сечение внизу и вверху проходят одинаковые объемы воды. А поскольку скорость растет, диаметр струйки уменьшается.

Что такое фигуры Хладни?

Фигуры Хладни – это «акустические фигуры», образуемые скоплениями мелких частиц (например, сухого песка) вблизи узловых линий на поверхности колеблющейся пластинки или подобной ей механической системы. Названы они по имени обнаружившего их в 1787 году немецкого физика Эрнеста Хладни (1756–1827). В случае круглой пластинки узловые линии могут быть круговыми или радиальными. В случае прямоугольной или треугольной пластинки они имеют направление, параллельное сторонам или диагоналям. Меняя точки закрепления и места возбуждения, можно получить разнообразные фигуры, соответствующие различным собственным колебаниям пластинки. Фигуры Хладни применяются для изучения собственных частот диафрагм телефонов, микрофонов, громкоговорителей.

Кто и как впервые показал, что воздух имеет вес?

Первым это сделал великий итальянский физик, механик и астроном Галилео Галилей (1564–1642), причем двумя способами. В первом, качественном, эксперименте Галилей, достигнув термическим путем разрежения воздуха в колбе с длинным горлышком, тщательно закрытым пробкой, убедился, что если пустить этот сосуд плавать в воде, то он погружается меньше, чем в том случае, когда воздух не был разрежен. В других, количественных, экспериментах Галилей с помощью насоса закачивал во флягу избыточный воздух помимо обычно находящегося в ней и измерял увеличение веса фляги. С помощью остроумных уловок Галилей измерил объем воздуха, нагнетенного во флягу, и на основании этого результата определил отношение удельного веса воздуха к удельному весу воды. Он получил значение 1:400. Если сопоставить это значение с истинным (1:773) и учесть, какими средствами тогда располагал Галилей, то точность его измерений представляется замечательной.

Чем объясняется различие берегов рек, текущих в направлении меридиана?

Реки, текущие в направлении меридиана в Северном полушарии, подмывают правые берега, а в Южном – левые. Это явление впервые объяснил в 1857 году русский естествоиспытатель Карл Максимович Бэр (1792–1876). Кстати, по основной своей специальности он был не физиком, а биологом (его считают основателем эмбриологии.) Закон Бэра объясняет подмыв берегов рек влиянием суточного вращения Земли, вследствие которого на частицы речной воды действует ускорение Кориолиса, направленное вправо по отношению к скорости движения в Северном полушарии и влево – в Южном. Поскольку соответствующие берега препятствуют отклонению потока, река их подмывает. На экваторе ускорение Кориолиса равно нулю, а наибольшее его значение – у полюсов, поэтому закон Бэра сильнее сказывается в средних и высоких широтах. Действие закона прямо пропорционально массе движущейся воды и ясно заметно только в долинах крупных рек, почти не проявляясь на малых реках. Примером, подтверждающим закон Бэра, может служить строение берегов рек Днепра, Дона, Волги, Оби, Иртыша и Лены. Дунай и Нил также в большей части своего течения имеют высокий правый берег и низкий левый. В Южном полушарии реки с крутыми левыми берегами имеются в Новой Зеландии и в Южной Америке.

Насколько вес тела на экваторе Земли отличается от веса этого же тела на полюсах?

Вес любого физического тела зависит от того, на какой географической широте оно находится. Обусловлено это совместным действием двух факторов: несферичности (сплюснутости у полюсов) нашей планеты и ее суточным вращением. С увеличением географической широты основная составляющая веса (гравитационное притяжение, определяемое расстоянием между центрами масс Земли и взвешиваемого тела) увеличивается, а центробежный эффект, приводящий к снижению веса, уменьшается. Таким образом, любое тело имеет минимальный вес на экваторе, максимальный – на Северном полюсе (на Южном полюсе простирается возвышенность, а с удалением от центра Земли сила тяжести ослабевает). Разница между указанными минимальным и максимальным значениями веса тела составляет приблизительно 0,5 процента. Товар, весящий на экваторе тонну, прибавил бы в весе 5 килограммов, если бы его доставили на Северный полюс. При переносе вещей на полюс с других широт прибавка веса меньше, однако для крупных грузов она все же может выражаться внушительными числами. Так, груз морского судна, весящий в средних широтах 20 тысяч тонн, прибавил бы в весе 50 тонн, если бы это судно добралось до Северного полюса. Груз самолета, весящий в Москве 24 тонны, после посадки этого самолета на Северном полюсе стал бы тяжелее на 50 килограммов. Обнаружить такие «прибавки» можно только при помощи пружинных весов, потому что на весах рычажных гири тоже становятся соответственно тяжелее.