2. Почему так звонко щелкает бич укротителя?

3. Если уронить стальной шарик на морскую галь­ку, то он несколько раз подскочит. Иногда один из подскоков оказывается выше предыдущего. Не­ужели в этом, правда, редком случае происходит нарушение закона сохранения энергии? Попро­буйте объяснить, в чем здесь дело.

4. В кастрюле с водой плавает стакан. Как изме­нится уровень воды в кастрюле, если зачерпнуть в стакан немного воды?

5. Если прижать чайную ложку к кусочку «сухого льда», вы услышите громкий завывающий звук. Звук длится недолго и быстро затухает. Чтобы его возобновить, надо отнять ложку ото льда, дать ей немного нагреться и опять коснуться льда. Высоту звука и его громкость в известных пре­делах можно изменять. Для этого нужно прижи­мать ложку ко льду то сильнее, то слабее. Чем объяснить такое явление?

6. Однородный прямоугольный кирпич лежит на наклонной плоскости. Какая половина кирпича (нижняя или верхняя) оказывает большее давле­ние на плоскость?

7. Почему канатоходцы, двигаясь по проволоке, ба­лансируют, отклоняя свое тело влево-вправо?

8. Какую форму имеет дождевая капля?

9. Осторожно покрутите ложечкой в чашке с го­рячим кофе так, чтобы кофе начал равномерно вращаться. Теперь аккуратно тонкой струйкой вливайте в центр чашки холодное молоко. Вы увидите, что там образуется небольшой вихрь, возможно, заметите и небольшое углубление в его середине. Если же вливать в кофе горячее молоко, вихря не будет. Почему вихрь возни­кает в первом случае и не возникает во вто­ром?

10. Почему набегающая на берег волна «скручивает­ся»?

11. Почему подушка мягкая? Почему удобно лежать на перине или на надувном матрасе, а на досках или на твердой земле неудобно?

12. Если машинист не может сразу сдвинуть с места состав, он дает сначала задний ход, а затем медленно трогает состав с места. В чем тут дело?

13. Почему маленькая скрипка звучит громче боль­шой гитары?

14. Почему мы не замечаем движения Земли вокруг Солнца, хотя скорость этого движения 30 км/с?

15. Что быстрее падает: камень или почтовая марка, монета или маленький кусочек бумаги?

16. Почему, когда звон колоколов Киево-Печерской лавры слышится особенно явственно, жители предсказывают, что скоро наступит ненастье?

17. Сколько весит 1 л воды?

18. Отчего при растягивании суставов трещат паль­цы?

19. Все тела вследствие их притяжения Землей па­дают на нее. Облака состоят из мелких капелек воды. Значит, облака должны падать на Землю. Однако никто не наблюдал, чтобы облако когда-нибудь достигло Земли. Как объяснить этот па­радокс?

20. Воздух значительно хуже проводит звук, чем дерево или стекло. Почему же тогда при закры­тых дверях и окне шум с улицы или из коридо­ра в комнате менее слышен?

21. Почему спасательный круг помогает человеку удержаться на воде?

22. Вы надули через соломинку мыльный пузырь, а затем осторожно вытащили изо рта соломинку с пузырем на конце. Что произойдет с пузырем дальше?

23. Когда больше весит килограммовая гиря — зи­мой или летом?

24. Выходя из воды, животные встряхиваются. Ка­кой физический закон используется ими при этом?

25. Жившего в IV в. до н. э. (384—322) знаменитого греческого ученого Аристотеля недаром называ­ют «отцом наук». Но не всегда некоторые из его рассуждений совпадали с принятыми в настоя­щее время. Рассмотрим одно из них.

Камень под действием собственной силы тя­жести падает с определенной скоростью. Если положить на него еще один такой же камень, то лежащий сверху будет подталкивать нижний, в результате чего скорость нижнего возрастет.

Между тем сейчас точно известно, что все тела, независимо от их массы, падают с одним и тем же ускорением, т. е. за одинаковые промежутки времени их скорость увеличивается на одну и ту же величину. В чем же заключается ошибка, до­пущенная Аристотелем?

26. Мы от души смеемся, когда читаем, как хва­стливый Мюнхгаузен вытащил себя вместе с лошадью из болота за волосы. Но разве при­мерно не так поступает велосипедист, желая въехать на тротуар? Ведь в тот момент, когда переднее колесо велосипеда подходит к кромке тротуара, он подтягивает руль к себе. При этом передняя часть велосипеда поднимается, и он без труда въезжает на тротуар. Почему же то, что не удалось Мюнхгаузену, выполняет вело­сипедист?

27. Если растворить в стакане, наполненном на 3/4 кипятком, 2—3 кусочка сахара, а затем у поверх­ности жидкости поместить наклонно чайную ложку и на нее лить тонкой струйкой крепкий чай, то золотистый слой чая будет находиться поверх подслащенного кипятка, не смешиваясь с ним. Почему?

28. Почему, плывя на спине, легче держаться на воде?

29. Если при переходе по льду человек провалился, то спасающий должен приближаться к нему полз­ком, а на края полыньи рекомендуется класть доски или лыжи. Почему?

ОТВЕТЫ

1. Известно, что любой звук, в том числе и произнесенный человеком, характеризуется спектральным составом колебаний. Сообразуясь с этими данными, все звуки человеческой речи раздели­ли на группы: гласные — одна группа, сонорные согласные — другая, глухие — третья и т. д. Всего 5 групп, каждая из них получила свой цифровой код.

Когда произносится слово, ЭВМ, прежде все­го, устанавливает характер колебаний, затем ко­личество слогов в слове, длительность и взаим­ное расположение звуков и некоторые другие признаки. Заключительный этап опознания — сравнение слова с теми образцами, которые хра­нятся в памяти машины. И вот слово понято, машина печатает его на бумаге.

2. Специальные исследования показали, что щел­канье бича есть явление ударной волны, распро­страняющейся в воздухе. Рассмотрим существо дела с физической точки зрения. Когда в малом объеме сжимаемой среды быстро выделяется зна­чительное количество энергии (как это происхо­дит, например, при сильном взрыве), скорость частиц среды, определенная выделившейся энер­гией и массой вовлеченного в движение веще­ства, может превзойти скорость звука в среде. Тогда и возникает волна особого рода, называе­мая ударной, за фронтом которой резко повыша­ется плотность, давление и температура среды по мере распространения ударной волны возрас­тает масса движущегося вещества, и ударная волна превращается в звуковую. Звук — это распространение в среде небольших и плавных из­менений ее параметров.

Бич укротителя представляет собой кожаный шнур, утончающийся к свободному концу. Укро­титель приводит его в движение так, что на шнуре образуется петля, перемещающаяся к свободно­му концу. Поскольку при этом в движение вов­лекается все меньшая масса, то в силу закона сохранения импульса скорость петли возрастает и может достичь 500 м/с. (Напомним, что ско­рость звука в воздухе составляет около 330 м/с.) Создаются условия для возникновения ударной волны.

3. При отскоке от гальки шарик может начать вра­щаться. Тогда в верхней точке помимо потенци­альной энергии он будет обладать еще и кинети­ческой энергией вращения. Если при следующем подскоке шарик перестанет вращаться, то высо­та подскока шарика, а следовательно, и его по­тенциальная энергия могут возрасти. Общий же запас энергии шарика при каждом подскоке уменьшается, так как часть энергии переходит в тепло при ударе.

4. Так как содержимое кастрюли не изменяет сво­ей массы, то не изменится и сила давления на дно кастрюли. Отсюда следует, что уровень воды останется прежним.

5. Это явление объясняется тем, что теплота ме­талла быстро превращает в газ тот участок льда, к которому прикоснулась ложка. Обильно выде­ляясь, углекислый газ с силой выталкивается из-под ложки, она колеблется и, подобно мемб­ране телефона, колеблет воздух, а мы слышим звук.

Таким способом можно заставить звучать не только ложку, но и металлическую крышку от сахарницы. Если держать крышку за ручку и касаться ободком крышки «сухого льда», слы­шится красивый, мелодичный звон.

6. Для того чтобы тело находилось в покое, необхо­димо, чтобы суммарный момент сил, стремящих­ся повернуть тело по часовой стрелке, был равен моменту сил, стремящихся повернуть тело про­тив часовой стрелки вокруг какой-либо точки, например центра тяжести. В данном случае мо­мент сил трения, вращающий кирпич по часовой стрелке, должен быть равен моменту сил давле­ния плоскости на кирпич. Отсюда следует, что сила давления на нижнюю часть кирпича долж­на быть больше, чем на верхнюю. По третьему закону Ньютона, и сила давления нижней поло­вины кирпича на плоскость должна быть боль­ше, чем сила давления верхней половины.

7. Для сохранения равновесия необходимо, чтобы перпендикуляр, опущенный из центра тяжести тела, проходил через опору — канат. Добиться этого трудно. Но можно сделать так, чтобы центр тяжести совершал небольшие колебания около положения равновесия. В этом случае тоже бу­дет равновесие, которое в отличие от статическо­го (неподвижного) называется динамическим.

8. Капните в стакан с чаем варенье. Падающая в воде капля будет моделью водяной капли, пада­ющей в воздухе. Но вопреки ожиданиям капля варенья будет скорее похожа на опускающуюся плашмя лепешку.

Форма капли образуется под действием двух, сил: поверхностного натяжения и аэродинамичес­кого давления. Поверхностное натяжение стре­мится стянуть каплю в шарик. Действие аэроди­намических сил более сложное. Падающая в не­подвижном воздухе капля как бы обдувается встречным потоком воздуха. Струйка воздуха, на­правленная в середину капли, давит на каплю «в лоб». Струйки воздуха, обтекающие каплю с бо­ков, сужаются. Согласно закону Бернулли, по бокам капли образуется разрежение. Сзади кап­ли образуются вихри. Здесь тоже разрежение, но гораздо более слабое, чем по бокам. Таким обра­зом, аэродинамическое давление стремится рас­тянуть каплю в лепешку.

Почему же принято считать, что летящая кап­ля имеет каплеобразную форму? Видимо, причи­на кроется в свойствах нашего сознания. Мы при­выкли связывать большие скорости с красивой, вытянутой, обтекаемой каплеобразной формой. Не имея возможности рассмотреть быстролетящую каплю, мысленно придаем ей именно такую фор­му. Возможно, пользуясь пипеткой, мы замечаем каплю только в момент отрыва, когда она еще связана с пипеткой тонким хвостиком. 9. Так как плотность холодного молока больше, чем горячего кофе, струйка молока движется вниз. Прилегающие слои вращающегося кофе захваты­ваются потоком молока и вытягиваются вниз. В результате угловая скорость вращения этих сло­ев увеличивается и может стать достаточной для образования на поверхности кофе воронки.

Когда в кофе наливают горячее молоко, оно либо совсем не опускается, либо опускается го­раздо медленнее, чем холодное.

10. Вблизи берега (на мелководье) из-за трения воды о дно скорость частиц воды тем больше, чем выше они над дном. Поэтому верхние слои воды «обго­няют» нижние.

11. Если вы просто скажете, что пух и воздух мяг­кие, а доска и земля твердые, то будете не со­всем правы. Из твердого материала можно сде­лать удобное «ложе», если придать ему форму человеческого тела. Например, если лечь в мяг­кую глину, она примет форму человеческого тела. А когда затвердеет, то лежать в образовавшейся форме будет довольно легко.

Оказывается, впечатление мягкости или твер­дости зависит не от свойства материала, а от величины давления на поверхность тела. Прове­дем небольшой расчет.

Будем считать, что масса взрослого человека около 60 кг, поверхность тела — примерно 2 м2. Если человек лежит в постели, которая прогибается и как бы «охватывает» тело, с ней соприка сается примерно четверть всей поверхности еп тела.

Нетрудно подсчитать, что в этом случае на 1 см2 поверхности тела приходится всего 12 г. А если этот же человек ляжет на твердую, неупру­гую поверхность, площадь соприкосновения со. ставит только 100 см2. Тогда на 1 см2 придется уже 600 г, т. е. давление возрастет в 50 раз.

12. Давая задний ход, машинист сдвигает буфера всех вагонов. Когда после этого он трогает состав впе­ред, вагоны начинают двигаться по одному, и машинист может сдвинуть тяжелый состав.

13. При игре на гитаре музыкант кратковременно воздействует на струну, тогда как при игре на скрипке смычок почти непрерывно взаимодей­ствует со струной. Так как усилия, оказываемые на струны гитары и скрипки, примерно равны, то затраты энергии при игре на гитаре значи­тельно меньше, чем при игре не скрипке.

14. Центростремительное ускорение, связанное с об­ращением Земли вокруг Солнца, чрезвычайно мало по сравнению с ускорением силы тяжести на Земле.

15. Чтобы ответить на этот вопрос, предлагаем не­сколько опытов. Возьмем пятирублевую монету и маленький кусочек бумаги. Выпустим одновре­менно оба предмета. Тогда мы заметим, что мо­нета, падая вертикально, быстро достигнет пола, а кусочек бумаги, медленно планируя, упадет гораздо позднее. Может показаться, что тело па­дает тем быстрее, чем оно тяжелее.

Но попробуем бросить одновременно килограм­мовую гирю и монету. Мы обнаружим, что они коснутся пола в одну и ту же секунду, несмотря на то, что монета во много раз легче, чем гиря.

Разгадка этого кажущегося противоречия со­стоит в том, что листку бумаги гораздо труднее, чем монете, преодолеть сопротивление воздуха,

так как поверхность такого листка сравнительно очень велика. Если же мы свернем этот листок бумаги в маленький шарик и опять бросим, то увидим, что он падает так же быстро, как и монета.

В этом последнем случае воздушное сопротив­ление, которое встречает падающая бумажка, будет совершенно ничтожным. Когда нет сопро­тивления воздуха, форма падающего тела не иг­рает никакой роли. Физик это доказывает, когда в длинном герметически закрытом сосуде, из которого выкачан воздух, заставляет падать са­мые разнообразные тела. В таком сосуде легчай­шее перышко падает так же быстро, как и тяже­лый камень.

16. Особая густота и явственность колокольного зво­на лавры указывают на повышенную влажность воздуха, что обычно предшествует ненастью.

Специальные наблюдения над слышимостью сирен плавучих маяков в Англии показали, что изменения слышимости сигналов во многих слу­чаях почти в точности следовали за изменением относительной влажности воздуха. Наблюдая это, исследователи обратили внимание на явную связь между влажностью воздуха и поглощением зву­ка. Большое значение звуковых сигналов для навигации явилось стимулом к изучению явле­ния в лаборатории и в атмосфере.

Акустические колебания — это последователь­ность адиабатических разрежений и сжатий (про­цесс называется адиабатическим, когда отсутству­ет обмен энергией с окружающей средой). При адиабатическом сжатии газа часть энергии сжа­тия переходит в энергию внутримолекулярных движений, при адиабатическом разрежении она возвращается. Если время, за которое происхо­дит каждое адиабатическое разрежение и сжа­тие, будет одного порядка со временем, за кото­рое устанавливается тепловое равновесие (время релаксации), то известная доля звуковой энергии, превратившись во внутреннюю энергию молекулы в процессе сжатия, по окончании расширения не успеет превратиться во внешнюю, в этом случае произойдет значительное поглощение звука молекулами газа на данной частоте.

В сухом, чистом и неподвижном воздухе поглощение акустических колебаний имеет наи­меньшую величину и осуществляется молекулами кислорода. Внутренняя энергия молекул азо­та слишком мала, чтобы иметь значение для поглощения звука. В углекислом газе поглоще­ние звука становится значительным, начиная с частоты 3 кГц, и в дальнейшем быстро растет.

Туман не может вызвать добавочного поглоще­ния и рассеяния звука. Затухание звука в тума­не происходит благодаря его рассеянию на кап­лях, участию капель в колебательном движении, испарению капель в сжатиях звуковых волн и конденсации влаги в разрежениях. Однако иног­да при редких туманах наблюдается улучшение слышимости — это можно объяснить влиянием свойственной туману высокой влажности, почти полным отсутствием ветра и наличием темпера­турных инверсий, отклоняющих звуковые лучи к земле.

17. Учебники физики утверждают, что 1 л воды при температуре 4 °С (когда вода имеет наибольшую плотность) и нормальном атмосферном давлении весит ровно 1 кг. На основании этого определе­ния в конце XIX в. был изготовлен платиново-иридиевый эталон массы в 1 кг, хранящийся в Международном бюро мер и весов. Создатели эталона не знали, однако, о существовании изо­топов. Изотоп кислорода 180 (с 18 протонами И нейтронами в ядре вместо 16) был открыт лишь в 1929 г., а «тяжелый водород» (дейтерий) — в 1931 г. Каждый из изотопов образует соединение, во всем похожее на обычную воду, но чуть-чуть тяжелее. Содержание разных изотопов в воде очень важно для точного определения ее плотно­сти.

Французские ученые взяли по кубометру воды из Средиземного моря и из антарктической обла­сти, дважды продистиллировали, чтобы очистить от солей, и обнаружили, что вес проб различает­ся на 12 г. Для сравнения различных образцов воды пришлось создать международный стандарт воды. В нем содержится строго определенное ко­личество изотопов.

А сколько весит все же кубометр воды? Для этого надо знать содержание изотопов в воде, которая текла из кранов Бюро мер и весов в конце XIX в. Французские ученые в течение года измеряли содержание изотопов в воде Парижа и утверждают, что если ее изотопный состав не изменился за 70 лет, то кубометр воды (стандарт­ной) весит ровно 999 кг 975 г. 18. Многим известна привычка в минуты волнения трещать пальцами. Но, как ни странно, до сих пор не было выяснено, отчего возникает хрустя­щий звук при растягивании суставов фаланги. Английские исследователи заинтересовались этой маленькой загадкой человеческого тела, сконст­руировали специальный аппарат, тянущий за пальцы с определенной скоростью и силой. Лабо­ратория напоминала средневековую камеру пы­ток, но все 17 добровольцев-испытуемых в один голос заявили, что опыты были совершенно без­болезненными. Одновременно делались рентгенов­ские снимки суставов.

Оказывается, при растягивании сустава уве­личивается объем суставной сумки, давление в ней соответственно падает, и жидкая «смазка», содержащаяся в каждом суставе, как бы закипа­ет. В этой вязкой жидкости появляются мель­чайшие пузырьки газа. При дальнейшем растя­жении давление падает еще сильнее и пузырьки с треском лопаются. Но выйти газу некуда, сустав плотно изолирован. Когда кости возвращают, ся в нормальное положение, газ постепенно поглощается жидкостью, это происходит примери0 в течение 15 мин. Сустав должен «отдохнуть» перед очередным «залпом».

19. Водяные капли облаков при своем падении ис­пытывают большое сопротивление, в результате чего облака опускаются очень медленно. Это объясняется тем, что площадь поверхности нац. ли велика по сравнению с ее массой. Поэтому медленное падение облаков остается незамечен­ным, так как оно компенсируется поднятием восходящими воздушными потоками.

20. Закрытые двери и окно заглушают звуки пото­му, что значительная часть звуковых волн, пада­ющих на их поверхность, отражается назад и количество энергии, попадающей в комнату, зна­чительно уменьшается.

21. Если спасательный круг полностью находится под водой, он выталкивается силой, значительно пре­восходящей силу тяжести. Это обусловлено тем, что плотность материала, из которого сделан круг, намного меньше плотности воды. Поскольку выталкивающая сила действует на круг и на все, что к нему прикреплено, то человек в спасатель­ном круге выталкивается из воды. Подниматься над водой он перестанет, когда общая масса кру­га и тела станет равной массе воды, вытесняе­мой оставшейся под водой частью тела и затоп­ленной частью спасательного круга.

22. Силы поверхностного натяжения будут стягивать пузырек к отверстию соломинки и выталкивать воздух через тот конец соломинки, который ра­нее был у вас во рту. Пузырь будет сжиматься.

23. Когда в Северном полушарии зима, Земля про­ходит наиболее близкую к Солнцу часть своей орбиты — перигелий. Следовательно, зимой Солн­це сильнее притягивает любые предметы, нахо­дящиеся на поверхности Земли, чем летом. Днем сила солнечного притяжения вычитается из силы земного притяжения, поэтому вес предмета ра­вен разности этих сил. Ночью же силы солнеч­ного и земного притяжения складываются. Сле­довательно, зимой ночью гиря весит больше.

24. Закон инерции.

25. Аристотель предполагал, что роль положенного сверху камня сводится лишь к тому, чтобы подталкивать нижний. На самом же деле ему нужно не столько приводить в движение ниж­ний камень, сколько самого себя. Другими сло­вами, одновременно с увеличением в 2 раза силы, приводящей камни в движение (силы тяжести камней), ровно во столько же раз увеличивается приводимая в движение масса, а ускорение остается неизменным в полном соответствии со вторым законом Ньютона (оди­наковые силы сообщают телам равных масс равные ускорения): а — Р/т.

26. Между ними существует большая разница. Если верить рассказу, Мюнхгаузену «удалось» соб­ственными руками и усилиями (их можно на­звать внутренними силами) поднять центр тяже­сти сист