Физика без преград. Увлекательные научные факты, истории, эксперименты
2
Бернулли был почетным членом Парижской академии наук и Петербургской академии – в ее изданиях он опубликовал более 70 работ
Принцип Бернулли объясняет, почему самолет не падает. А явление подъемной силы открыл в 1904 году русский физик Николай Жуковский.
№ 61
Опасное сближение. О чем надо помнить пассажирам
Вспомните: наверняка многие в детстве, невзирая на запреты родных, играли поблизости от железной дороги. Что часто говорили нам мамы и бабушки? «Не подходи к движущемуся поезду – он может притянуть к себе!» Возможно, они были не в курсе закона Бернулли, но суть его передали достаточно верно.
Когда мы стоим возле железнодорожного полотна и мимо нас проносится поезд, он буквально обдает нас воздушным потоком. Этот «шлейф» возникает потому, что в воздухе тоже присутствует сила трения и под ее воздействием поезд увлекает за собой большую массу воздуха. Ее скорость достаточно высока. Но вспомните: чем выше скорость, тем меньше давление! Соответственно, если вы попали в этот воздушный поток, то вы почувствуете, как вас ощутимо толкнуло в сторону идущего поезда. Особенно реальна эта опасность в отношении скоростных поездов. Так что требования к пассажирам не стоять у края платформ имеют под собой вполне реальную основу.
Все вышесказанное справедливо и в отношении морских судов. Нередки были случаи, когда корабли, проходя в непосредственной близости друг от друга, создавали «тягу», и в итоге происходило столкновение. В итоге в морские уставы разных стран были внесены пункты относительно предельно допустимых расстояний при прохождении судов. Конечно, во время морского сражения подобные правила соблюдать было невозможно, и некоторые корабли погибали именно в результате возникшего «потока притяжения», которого в условиях боя было не избежать.
Запрет автомобилистам останавливаться на обочинах оживленных трасс объясняется в числе прочего и тем, что проходящие многотонные фуры создают опасность «притяжения»
Физика микромира
№ 62
Маленькая, да удаленькая: молекула
Слово «молекула» в переводе представляет собой уменьшительное от латинского moles – масса. Или, как шутят физики, «молекула» означает «массушка» или «массочка».
Согласно определению (а определения понятий молекулы и атома были закреплены на съезде ученых-химиков в Карлсруэ в 1860 году), молекула – это наименьшая частица вещества, обладающая всеми свойствами этого вещества. Другими словами, если мы ухитримся от куска сахара отломать одну молекулу и положить ее на язык, она будет сладкой. Более мелкие частицы, например, атомы, из которых в свою очередь состоит молекула, не обладают всей полнотой качеств изначального вещества. В физике также принято называть молекулами свободные атомы, например составляющие одноатомных газов.
Каковы размеры молекул? Обычно приводят такой пример. Если увеличить все тела в мире в миллион раз, то молекула станет размером примерно вполовину точки печатного текста. А человеческий палец после этого увеличения приобретет толщину около 9–10 километров! Есть и еще одно популярное сравнение: обычное яблоко во столько раз больше молекулы, во сколько раз яблоко меньше, чем планета Земля… Примерный размер «средненькой молекулы» – около 0,00000016 сантиметра.
Молекула феруловой кислоты
Хорошо всем известные химические формулы в большинстве случаев дают представление именно о молекулярном и атомарном строении веществ. Так, формула воды H2O говорит о том, что молекула воды состоит из трех атомов: одного атома кислорода и двух атомов водорода.
Еще один пример: если из воздушного шарика, надутого тремя граммами водорода, выпускать по одному миллиону молекул водорода в секунду, то шарик опустеет через 30 миллиардов лет
№ 63
Все склеится, все перемешается. Явление диффузии
Вы когда-нибудь рисовали акварелью или гуашью? Наверняка помните, как макали покрытую краской кисть в баночку с водой, в воде появлялись красочные разводы, а потом, после нескольких часов рисования, вода приобретала однородный «серо-буро-малиновый» цвет?
Или еще пример – «парфюмерный». Дама перед выходом на улицу воспользовалась духами. Она брызнула ароматной жидкостью только на свои волосы, но еще несколько часов спустя, после того как она ушла, в комнате ощущался явственный аромат духов.
Или – вы разбираете документы в старом архиве, где папки с бумагами были сложены в стопки на протяжении десятков лет. Желая прочитать несколько страниц, вы с трудом отделяете одну от другой…
Все эти примеры объединяет одно. Это примеры так называемой диффузии. В переводе с латыни слово «diffusio» означает «распространение», «растекание». Им обозначают взаимное проникновение мельчайших частиц одного вещества между молекулами или атомами другого вещества. В наших примерах молекулы краски начали перемешиваться с молекулами воды, молекулы духов распространились среди молекул воздуха, а бумажные листы, пролежавшие спрессованными много лет, тоже начали понемногу «проникать» друг в друга… Интересно, что этому процессу подвержены даже металлы: если крепко прижать два куска металла один к другому, то у них тоже начнется процесс диффузии – правда, протекать он будет очень, очень медленно. А в жидкостях и газах диффузия обычно протекает очень быстро, заканчиваясь полным перемешиванием «участников процесса».
Впервые полное описание процессов диффузии дал немецкий физик Адольф Фик (1829–1901)
№ 64
И что они суетятся? Броуновское движение
В 1827 году шотландский ботаник Роберт Броун (Браун) (1773–1858) занимался изучением физиологии растений, в частности строением пыльников. Он обратил внимание на то, что пыльцевые зерна, располагавшиеся в растительном соке, находились в непрерывном движении, хотя, казалось бы, никакая сила извне на них не воздействовала!
Правда, Броун не довел до конца свои наблюдения – это сделал француз Луи Жорж Гуи (1854–1926). Он пришел к выводу, что интенсивность «броуновского движения» (именно так обозначили открытое шотландским ученым явление) не зависит ни от освещенности, ни от электромагнитного поля… И решил, что движение вызывается «тепловым движением молекул». То есть движение «броуновских частиц» – мелких «кусочков» вещества – вызвано тем, что об них ударяются окружающие их молекулы. (В ранних исследованиях ученые просто не видели молекул из-за несовершенства техники.) Если частичка невелика, то под ударами окружающих ее молекул она будет метаться то в одну, то в другую сторону. На рубеже XIX–XX веков исследователи отметили, что движение частиц ускорялось при нагревании.
И к середине ХХ столетия теория о броуновском движении была сформулирована: оно представляет собой беспорядочное движение микроскопических частиц вещества, взвешенных в жидкости или газе, под влиянием теплового движения частиц этой жидкости или газа. Броуновское движение наглядно иллюстрирует теорию о хаотическом движении атомов и молекул.
«Броуновское движение» и рассмотренный нами ранее процесс диффузии неразрывно связаны
№ 65
Сколько атомов в молекуле? Хороший вопрос
Демокрит – «отец атомарной теории» – предполагал, что атомы имеют разнообразную форму и могут сцепляться друг с другом при помощи чего-то напоминающего крючочки и петельки. На самом же деле чаще всего атомы объединяются силами своих «составных частей» – электронов. Электроны, способные взаимодействовать, представляют собой нечто вроде крошечных магнитиков – они-то и обеспечивают сцепление. Такую связь называют ковалентной. В случае другого вида – ионной связи – атомы как бы обмениваются электронами, и в итоге возникает достаточно прочная связь. Способность атома эту связь обеспечивать именуется валентностью.