1. Известно немало случаев, когда суда, идущие параллельными курсами близко друг к другу, неожиданно теряли управление и сталкивались, влекомые какой-то силой. Что это за сила?

2. Вы, конечно, не раз видели, как вытекает струя воды из крана. Вначале поток похож на стеклян­ную трубочку, затем струя становится все тонь­ше и тоньше и, наконец, разбивается на отдель­ные капли. Почему так происходит?

Электричество и магнетизм

1. На что расходуется электроэнергия, потребляе­мая домашним холодильником?

2. Почему «замки» из песка рассыпаются после его высыхания, а «пироги» из глины остаются целы­ми?

3. Ежедневно, каждый вечер, из сарая берут дрова. Для освещения сарая нужно на короткое время включить свет. При включении света в сети возникают электротоки замыкания, в результате лампочка может перегореть. При каждодневном включении и выключении лампочки срок ее службы составляет 1 месяц.

Электроэнергия в сарае бесплатная, поэтому с целью экономии лампочек свет в нем можно вообще не выключать. Однако и тогда, из-за слу­чайных флуктуации тока в сети, лампочка пере­горит в среднем опять же через месяц.

Таким образом, в обоих решениях лампочка в сарае выходит из строя в среднем за 1 месяц. Каким образом можно продлить средний срок службы лампочки и чему равен максимальный срок?

4. Елочная гирлянда спаяна из лампочек для кар­манного фонарика. При включении этой гирлян­ды в сеть на каждую приходится напряжение 3 В. Почему же опасно, выкрутив одну из лампо­чек, сунуть палец в патрон?

5. Почему «поет» бритва? Если включить электри­ческую бритву в трансляционную сеть, то она работает как громкоговоритель. Благодаря чему это возможно?

6. Может ли трамвайный вагон, двигаясь, не толь­ко потреблять энергию, но и отдавать ее в сеть?

7. Как велика энергия молнии?

8. Наш дом, как и все дома, находится в магнитном поле Земли. Все железные предметы из-за дли­тельного пребывания в магнитном поле сами ста­ли магнитами. Мы легко можем убедиться, что все железные предметы, находящиеся у нас в доме, например железные кровати, ведра, газовые счет­чики и др., являются магнитами и имеют север­ный и южный полюсы. Как это можно сделать?

ОТВЕТЫ

Гидродинамика

1. Понаблюдайте сначала за потоком воды в трубе переменного сечения. Скорость потока, когда он попадает в узкую часть трубы, становится боль­ше, он получает ускорение. Это значит, что на частицы воды действует сила давления и в су­женном месте, там, где вода течет быстрее, дав­ление будет меньше, чем в медленно текущей воде широкой части трубы. Вот и разгадка стран­ного поведения судов: в потоке воды между их корпусами давление падает и появляется сила, притягивающая корабли.

2. Расстояние между каплями увеличивается пото­му, что они движутся равномерно ускоренно (при равномерном движении расстояние между ними оставалось бы одним и тем же). Позже вытек­шие из крана частицы воды отстают в своем дви­жении от ранее вышедших частиц, поэтому струя воды становится все тоньше и тоньше. Затем в действие вступают силы поверхностого натяже­ния, которые разрывают утончившуюся струю воды на отдельные капли. Вот почему струя воды, которая сначала представляла собой сплошной поток, разделяется впоследствии на отдельные капли.

Электричество и магнетизм

1. На нагревание комнаты. Тела, находящиеся внут­ри холодильника, не увеличивают своей энер­гии.

2. Ответ можно получить, рассматривая электричес­кое взаимодействие между водой и частицами песка или глины. Песок состоит из довольно крупных, приблизительно сферических частиц, которые остаются плотно упакованными, даже если они увлажнены. Об их плотной упаковке можно судить по тому, что при высыхании не происходит усадки песка. Влажная песчинка имеет на своей поверхности положительный и отрицательный ионы, обычно группирующиеся парами, причем в каждой паре один из двух ионов расположен несколько дальше от поверх­ности, чем другой. На различных участках по­верхности внешними оказываются ионы разного заряда. Эти распределения зарядов создают элек­трическое поле в пространстве, окружающем песчинку.

В рамках ионной модели прочность влажного песка объясняется притяжением противополож­но заряженных ионов в воде. Согласно модели диффузного двойного слоя прочность влажного песка обусловлена тем, что молекулы воды спо­собны терять подвижность. Электрические поля, создаваемые положительно заряженными участ­ками поверхности песчинки, перераспределяют среднее положение протонов в воде, поэтому те­кучесть воды снижается. Прочность влажного пес­ка объясняется тем, что повышенная вязкость воды затрудняет скольжение песчинок.

Свойства влажной глины отличаются от свойств влажного песка. Ее частицы значительно меньше песчинок и имеют пластинчатую форму — в одном измерении они меньше, чем в двух дру­гих. Частицы влажной глины упакованы неплот­но и хорошо отделены друг от друга водой. Од­ним из проявлений неплотной упаковки являет­ся усадка глины при высыхании. Влажная глина прочна потому, что ее частицы не могут сколь­зить относительно друг друга. Если глина слиш­ком влажная, то она теряет прочность. 3. Средний срок службы лампочки можно довести до 2 месяцев. Для этого нужно включить свет в первый вечер и выключить в четвертый и т. д. В течение двух месяцев лампочка будет гореть в среднем 1 месяц и будет включаться около 30 раз. Такой режим обеспечивает, очевидно, мак­симальный срок службы лампочки.

4. Сопротивление лампочки от карманного фонарика мало — несколько Ом. Сопротивление всей гир­лянды — несколько сотен Ом. Сопротивление паль­ца — несколько тысяч Ом. При последовательном соединении падения напряжений на участках цепи пропорциональны сопротивлениям участков, по­этому на палец, если его сунуть в патрон, придет­ся практически все напряжение сети.

5. Секрет в том, что принцип работы бритвы сходен с принципом работы обычного громкоговорителя. Электрическая бритва киевского завода наиболее способна к звуковоспроиз­ведению. В других бритвах (например «Харьков», «Москва») ножи приводятся в действие неболь­шими электромоторами. Сила трения щеток в них настолько велика, что небольшой мощности ра­диосети недостаточно для возбуждения колеба­ний ротора. Кроме того, независимо от полярно­сти приложенного напряжения ротор стремится повернуться всегда в одну сторону и, следова­тельно, вместо колебания будет создавать просто какое-то давление, меняющееся от степени гром­кости радиопередачи. Такие бритвы не «поют».

А в «Киеве» на оси укреплен небольшой маг­нитик, один из полюсов которого помещен в за­зор электромагнита, образованного стальным сер­дечником с обмоткой. На обмотку подается пере­менное напряжение. Полюсы электромагнита в такт с изменением полярности напряжения на обмотке будут то северными, то южными. А так как одноименные полюсы отталкиваются, а раз­ноименные притягиваются, южный полюс под­вижного магнита будет притягиваться то к лево­му, то к правому полюсу электромагнита. Под­вижный маятник, таким образом, совершает колебания с частотой приложенного переменного напряжения. Верхний конец маятника связан с режущей головкой (ножами). При работе бритвы в качестве «бритвы» магнитик колеблется с частотой сети переменного тока 50 Гц. А если брит­ву включить в радиотрансляционную сеть (от этого ей вреда не будет), магнитик станет колебаться в такт со звуковой частотой передачи (звуковые частоты лежат в диапазоне 20—20 ООО Гц). Эти колебания передаются ножам, от них — пласт­массовому корпусу, который и излучает звук. Тот же принцип используется и в громкоговорителе. Только в нем магнитик соединяется с большой мембраной, колебания которой обеспечивают гром­кое воспроизведение звука.

6. Трамвайный вагон может отдавать энергию в сеть, но это бывает редко. Электромотор постоянного тока, применяемый в трамвае, обратим, т. е. при вращении дает ток, как динамо-машина. При очень быстром вращении мотора, когда трамвай идет с горы, может случиться, что напряжение, создаваемое им, станет больше, чем напряжение сети, и ток пойдет в сеть.

7. Пораженные величиной искры, а особенно свое­образным, необыкновенным светом ее при ноч­ной грозе и могущественными раскатами грома, люди думают, что в молнии заключено невероят­но большое количество энергии. Были даже та­кие «изобретатели», которые разрабатывали спо­собы использования такой энергии, но из этого ничего не получилось. Количество энергии в од­ной, средней по величине молнии очень мало. Чтобы питать электрическую лампочку 20 Вт в течение 1 часа, понадобилось бы 20 молний. Но мощность молнии очень велика, так как разряд продолжается очень малое время — примерно около 1/1000 доли секунды. Из приведенных нами данных легко подсчитать, что мощность молнии приблизительно равна 3600 кВт.

Поражающее действие молнии на человека и животных происходит не потому, что в ней зак­лючена огромная энергия, а потому, что к живо­му существу прилагается большая разность по­тенциалов и через него течет большой ток, к которому живые организмы очень чувствитель­ны.

Возьмем карманный компас, вроде тех, с которы­ми ходят туристы, и поднесем его к нижней части жестяного ведра. Легко заметить, что стрелка ком­паса уже не показывает направление север—юг, как до этого, а ее южный конец повернулся в сто­рону ведра. Если мы теперь будем медленно дви­гать компас вокруг ведра, то увидим, что стрелка также будет медленно поворачиваться, все время указывая южным концом в сторону ведра.

Теперь поднимем компас вертикально вверх на уровень верхнего края ведра. При этом заме­тим, что стрелка повернется на 180° и к ведру теперь уже будет повернут ее северный конец.

Это объясняется тем, что нижний конец ведра представляет собой северный полюс того куска жести, из которого сделано ведро, и поэтому к нему поворачивается южный конец стрелки. А верхний край ведра — это южный полюс, и по­этому к нему поворачивается северный конец стрелки.

У всех железных тел с помощью компаса можно обнаружить вверху южный, а внизу се­верный полюс. Этот магнетизм возник под влия­нием длительного воздействия поля Земли. Так как северный конец магнитной стрелки показы­вает на географический север, а северный маг­нитный полюс притягивает южный конец стрел­ки, нужно сделать вывод, что южный магнитный полюс должен находиться в районе географичес­кого Северного полюса. В Южном полушарии Земли все должно быть наоборот, т. е. в районе Южного географического полюса находится се­верный магнитный полюс Земли. Следовательно, и железные предметы, находящиеся в Южном полушарии, имеют в своей верхней части маг­нитный северный полюс, а внизу — южный.