Невероятные физические опыты

Но если банку поднять повыше и, внимательно глядя на струйку, выпустить веревку из рук. Банка упадет на землю, но вы успеете заметить, что струйка не текла. Вода в падающей банке была невесомой.

Какая из вещей самая тонкая

Многие удивляются, когда узнают, что пленка мыльного пузыря представляет собой одну из самых тонких вещей, какие доступны невооруженному зрению. Обычные предметы сравнения, служащие в нашем языке для выражения тонкости, очень грубы по сравнению с мыльной пленкой. Выражения «тонкий, как волос», «тонкий, как бумага» – означают огромную толщину рядом с толщиной стенки мыльного пузыря, которая в 5000 раз тоньше волоса и папиросной бумаги.

При увеличении в 200 раз человеческий волос имеет толщину около сантиметра, разрез мыльной пленки даже при таком увеличении еще недоступен зрению. Необходимо увеличение еще в 200 раз, чтобы разрез стенки мыльного пузыря можно было увидеть в виде тонкой линии. Волос при таком увеличении (в 40000 раз) будет иметь более двух метров в толщину.

Почему увеличивают телескоп и микроскоп

Эти приборы увеличивают потому, что определенным образом изменяют ход лучей. Сущность увеличительного действия микроскопа состоит не в том, что рассматриваемый предмет кажется больших размеров, а в том, что он рассматривается под большим углом зрения, а следовательно, его изображение занимает больше места на сетчатке глаза.

Угол зрения имеет очень важное значение. Здесь необходимо обратить внимание на важную особенность глаза: каждый предмет или каждая его часть представляющиеся нам под углом, меньшим одной угловой минуты, сливаются для нормального зрения в точку, в которой не различается ни формы, ни частей. Когда предмет далек от глаза, или мал, что весь он или отдельные части его представляются под углом зрения менее 1 минуты, мы перестаем различать в нем подробности его строения, так как при таком угле зрения изображение предмета или его части, на дне глаза захватывает не множество нервных окончаний в сетчатке сразу, а умещается полностью на одном чувствительном элементе. В этом случае подробности его формы и строения исчезают, и мы видим точку.

Изменяя ход лучей от рассматриваемого предмета, микроскоп или телескоп, показывают его под большим углом зрения. В этом случае изображение на сетчатке растягивается, захватывает больше нервных окончаний, и глаз различает уже в предмете уже такие подробности, которые раньше сливались в одну точку. Если указано, что микроскоп или телескоп увеличивает в 100 раз, то это значит, что он показывает предметы под углом зрения в 100 раз большим, чем человек видит их без оптического прибора. Если же прибор не увеличивает угла зрения, то он не дает никакого увеличения, хотя бы нам казалось, что мы видим предмет увеличенным.

Микроскоп представляет предметы не просто в увеличенном виде, а показывает их под большим углом зрения, вследствие чего на задней стенке глаза рисуется увеличенное изображение предмета, действующее на более многочисленные нервные окончания и тем доставляет человеческому сознанию большее число отдельных впечатлений, то есть микроскоп увеличивает не предметы, а их изображения на дне глаза.

Как увидеть атомы

Заглянув в окуляр обычного оптического микроскопа, человек на время оказывается в другом мире. И хотя он смотрит давно в микроскоп, но мир этот не все открыл его взору. И с помощью электронного микроскопа, дающего увеличение в миллион раз, нам пока не все еще удается рассмотреть. Более того, для специалистов, работающих в области исследований поверхности твердого тела, даже эти инструменты не подходят. Здесь нужна иная техника. И вот на помощь ученым пришел протонный микроскоп.

После подготовки прибора, к эксперименту, когда засветился экран, на нем проступили чуть заметные контуры какой-то фигуры. Она была сложена из линий и точек различной толщины и яркости. Увиденные на экране точки представляли собой изображение атомных рядов, а линии – атомные плоскости кристалла. Увидеть в непрозрачном материале его структуру – кристаллическую решетку, которая до того была недоступна даже электронным микроскопам – это настоящее чудо.

В серебристой колонне прибора спрятан мощный ускоритель протонов. Подобно тому как вода низвергается с высоты водопадом, так и протоны, разогнанные внутри прибора до энергии в 150 килоэлектронвольт, обрушиваются на исследуемый образец и как вода, разбившаяся о камни, так и частицы, отраженные от атомов вещества, «рисуют» на экране замысловатую графическую картину.

Протонный микроскоп дает возможность рассмотреть слой материала толщиной в тысячную долю миллиметра. На первый взгляд эта величина кажется небольшой, но для микромира она огромна. Тем более для полупроводниковых структур. Именно в этом тончайшем слое заключена сила современно радиоэлектроники, солнечных электростанций, эмиссионной техники.

Со многими трудностями пришлось столкнуться ученым из НИИ ядерной физики, работавшими над созданием этого уникального прибора. До сих пор подобных приборов не создавалось.

После окончания исследования оператор вынул кассету с фотопластинкой. На ней запечатлен показавшийся несведующему глазу простым мир, который ученому говорит о многом, в частности – о возможности создания новых высокотемпературных соединений, полупроводниковых и других материалов и многого другого.

Как сфотографировать незримое

В любом известном всегда остается доля неизвестного. Например, вся мудрость электронно-вычислительных машин создана человеком. Намагнитили ферритовое кольцо в одном направлении – «ноль», намагнитили в другом – «единица». Это двоичный код, которым записана вся информация в компьютере. А как это – намагнили?

Порой человек использует явление, в природе которого еще не все понятно до конца. Как это происходит в тонкой пленке? Ответ получить очень трудно, так как слишком уж быстро происходит процесс. Для такой скорости нет названия в языке. Даже сверхбыстрая киносъемка не могла остановить то мгновение, за которое происходит перемагничивание тонкой пленки. Тогда физики нашли другую возможность.

Если сфотографировать быстро вращающееся колесо велосипеда – на снимке окажется сплошной диск слившихся в одном движении спиц. Если же осветить это колесо на достаточно краткий миг, можно увидеть спицы застывшими. Это называется «стробоскопический метод».

Но ведь с тем же успехом можно «осветить» пучком электронов магнитную пленку? Тогда процесс перемагничивания станет зримым. После опытов ученые снабдили электронный микроскоп генератором стробирующих импульсов.

Была известна первая стадия перемагничивания, во время которой спин – элементарный магнит, что-то вроде атома в магнетизме, – поворачивался под определенным углом. Но затем начинается вторая стадия, которая затрагивает домены ферромагнетика. Срез ферромагнетика похож на рыбью чешую. Каждая чешуйка – это домен, область, в которой властвуют спины одного направления. Что происходит с доменами, и предстояло узнать.

На серии фотографий видно: стенки доменов расходятся, как концы лопнувшей резинки. Установлена скорость и закономерность этого явления. Создатели новой электронно-вычислительной аппаратуры теперь могут рассчитывать качество работы и быстродействие ЭВМ с учетом нового открытия.

Загадочный песок

Разнообразие свойств песка достойны удивления. Сухой, он текуч, подобно воде. Однако в отличие от жидкости без труда выдержит вес человека, прогуливающегося вдоль берега. Даже в состоянии покоя песок ведет себя странным образом. Кажется очевидным, что, оказавшись под 30-метровой кучей песка, человек испытывает гораздо большее давление, чем под 3-метровой. Однако это не так. Давление жидкости на дно сосуда возрастает пропорционально высоте ее уровня, давление же сыпучего вещества на основание сначала растет, потом достигает максимума и далее остается неизменным. Силы, действующие между частицами песка, переносят избыточное давление на стенки резервуара.

Проделайте эксперимент. Наберите две пригоршни сухого песка и медленно высыпайте его через щель между ладонями. Обратите внимание на то, что сначала высыпаются песчинки, лежащие непосредственно над отверстием. А затем песчинки из верхнего слоя песка, в котором образуется воронка. Наполните ладони. Воронка все равно образуется точно по вертикали над отверстием. Что мешает раньше высыпаться другим песчинкам, расположенным вокруг отверстия в нижних слоях, то есть ближе к нему?

Продолжим эксперимент. Возьмем лист бумаги, свернем его в трубку, положим горизонтально и засыплем снаружи сухим песком. Конструкция из бумаги будет выдерживать довольно большие нагрузки, прочность ей придает не только трубчатая форма; нужно, чтобы вокруг трубки и сверху толстым слоем лежал сухой песок.

Почему песок не расплющивает трубку, даже если сверху надавить на песок ладонью? Дело в том, что под давлением песчинки перестраиваются так, что заклинивают друг друга, мешая взаимному перемещению. В науке это явление носит название «появление арочных структур». В арке каждый отдельный элемент не может переместиться в направлении действия внешней силы, так как он зажат враспор соседними элементами, которым и передает действующую нагрузку. В результате под внешним и внутренним давлением песок утрачивает подвижность и и приобретает свойства твердого тела. Этим объясняется прочность сводов туннелей метро, куполов соборов, арочных проемов.

По этой причине в песочных часах песок пересыпается равномерно, независимо от высоты его столба, в отличие от воды. И первыми высыпаются песчинки именно верхнего слоя, потому что они не связаны арочными структурами.

Как сделать яйцо послушным

Чтобы яйцо поставить в любом положении, необходимо в концах яйца проткнуть две дырочки величиной со спичечную головку, выдуть содержимое яйца и промыть его хорошенько водой. Скорлупа должна быть совершенно сухой, поэтому яйцо должно пару дней полежать, чтобы высохнуть. Затем одну дырочку заделывают гипсом или клеем с мелом или белилами так, чтобы она не была заметна.

После этого в скорлупу примерно на четверть насыпают чистый и сухой песок и вторую дырочку заделывают таким же образом, как и первую. Сделанное яйцо будет послушным, его можно поставить в любом положении. Следует только слегка встряхнуть яйцо, держа его в том положении, которое оно должно занять. При этом песчинки переместятся, и поставленное яйцо будет сохранять устойчивое равновесие.

Для того чтобы сделать яйцо непослушным, вместо песка нужно в него положить 35–40 самых мелких дробинок и кусочки стеарина от свечи. Дырочки в яйце нужно заделать. Затем яйцо следует поставить на один конец и подогреть. Стеарин растопится, а когда застынет, слепит дробинки между собой и приклеит к скорлупе. Вот и получилось непослушное яйцо. Такое яйцо невозможно уложить, оно похоже на ваньку-встаньку и будет стоять не только на столе, но и на горлышке бутылки, на краю стола, на ручке ножа. Если его разрисовать, раскрасить и приклеить к нему ножки, оно будет очень симпатично выглядеть.

Как образуются сосульки

Когда образовываются сосульки – в оттепель или в мороз? Если в оттепель, то как могла замерзнуть вода при температуре выше нуля? Если в мороз, то откуда могла взяться вода на крыше? Все не так просто, как кажется. Оказывается, чтобы могли образоваться ледяные сосульки, нужно в одно и то же время иметь две температуры: одну для таяния – выше нуля и другую для замерзания – ниже нуля. На самом деле так и происходит. Снег на склоне крыши тает, потому что солнечные лучи нагревают его до температуры выше нуля, а стекающие капли воды у края крыши замерзают, потому здесь температура ниже нуля.

В ясный день с небольшим морозцем в 1–2 градуса солнце заливает все своими лучами. Однако его косые лучи не нагревают землю настолько, чтобы снег мог таять. Но на склон крыши, обращенный к Солнцу, лучи падают не полого, как на землю, а круче, под углом, более близким к прямому. Освещение и нагревания лучами тем больше, чем больший угол составляют лучи с плоскостью, на которую падают.

Скат крыши нагревается сильнее и снег на нем может таять. Оттаявшая вода стекает и каплями свисает с края крыши. Но под крышей температура ниже нуля, и капля, охлаждаемая к тому же испарением, замерзает. На замерзающую каплю натекает следующая, также замерзающая, затем еще одна, и т. д. Постепенно образуется маленький ледяной бугорок. В другой раз при такой же погоде эти ледяные наплывы еще удлиняются, и в результате образуются сосульки.

Как кроит лазер

Луч лазера, строго следуя заложенной в компьютере программе, разрезал ткань. Точнее, выжег нужную конфигурацию, оставив гладкую, не требующую дальнейшей обработки кромку. Портальная конструкция с квантовым генератором двинулась дальше, вдоль раскройного стола. На нем, словно из-под пресса появляются элементы кроя: одинаковые, ничем не отличающиеся от эталона.

Так работает новое оборудование в современное швейной промышленности. Новая система, использующая луч лазера в качестве режущего инструмента, дала возможность сделать принципиально новый шаг в технологии создания любой одежды. Сейчас этот комплекс выкраивает изделия в 20 раз быстрее самого опытного специалиста.

Лазер оказался очень удобным и выгодным инструментом для раскройного комплекса. Дело в том, что световой резак раскраивает ткань по программе, запасенной в компьютере. Сменить программу – значит быстро сменить фасон или размер одежды. А это делает швейное производство более мобильным и гибким.

Новые профессии магнита

Магниты издавна пользовались медициной для облегчения страданий больных. В наше время еще не до конца выяснено благотворное влияние магнита на живые и неживые объекты, но каждый новый эксперимент, опыт, исследование, открытие позволяет все более широко использовать силы магнитных полей в биологии, медицине, сельском хозяйстве. Теперь ученые предлагают воздействовать на биологические объекты не магнитом, а магнитофорами.

Эластичные прямоугольники, в которых могут разместиться двадцать магнитных полюсов, оказывают более интенсивное биологическое воздействие при стыковке нескольких десятков пластинок. Так, в результате опытов и экспериментов был создан магнитофор площадью 250 ? 250 миллиметров с более чем тысячью микрополюсов.

Технология изготовления этих пластинок проста. Минеральные или органические связующие вещества, например, смолы, каучук, шлак, цемент или гипс, смешивают в определенных пропорциях с порошкообразными ферромагнитными наполнителями. Полученный полуфабрикат намагничивают на специальном индукторе – магнитографе, который записывает на поверхности полуфабриката нужные параметры, превращая его тем самым в целебный элемент.

Из магнитофорных смесей можно приготавливать эмульсии, пасты, замазки и наносить их на различные точки человеческого тела: протезы и сосуды, шить костюмы и любую другую одежду, способную защитить человека от геомагнитных бурь. Магнитофорные материалы в виде листов, пластин, колец можно использовать для омагничивания воды, облицовки стен резервуаров, очистки сточных вод, защиты резервуаров от микробиологической коррозии. Магнитофорные гранулы несут в себе «замороженное» биологически активное магнитное поле, что с успехом может быть применено, и уже применяется, в сельском хозяйстве. Свои активные качества гранула сохраняет почти семь лет.

Так, магнитофорные элементы напряженностью 200–300 эрстед повышали урожайность огурцов. Опыты проводились на многих фирмах. Созданы генераторы на новой основе очень простой конструкции и легкие аппараты.

Применяют магнитофоры и в физиотерапии, особенно при лечении ожогов разных степеней. Специальные повязки прикладывают на пораженные поверхности. Срок заживления сократился на 6–7 дней. Установлено, что магнитофоры на 30 % сокращают время заживления ран и переломов, активизируют лечение гипертонической болезни и снижают артериальное давление.

Как работают рентгеновские лучи

Почти 110 лет прошло с тех пор, как были открыты рентгеновские лучи, названные по имени Вильгельма Рентгена, немецкого физика, который их открыл, исследовал и предложил конструкцию трубки для их получения. Вильгельм Рентген был первым в истории физики лауреатом Нобелевской премии. Его открытие послужило основой для создания новых методов исследования новых методов исследования вещества, поиска скрытых дефектов в изделиях, нового раздела астрономии. Широкое применение рентгеновские лучи нашли в медицине.