ПРЕДИСЛОВИЕ
Кому из преподавателей или родителей не знакомы терзания школьника, пытающегося решить задачу по физике: и с ответом вроде бы сходится, да вот не все данные использованы — наверное, где-то вкралась ошибка! Школьник так же, как и взрослые, по собственному опыту знает, что «хорошая» задача (а других в школьных задачниках не бывает) допускает единственное решение и что это решение непременно должно содержать все величины, упомянутые в условиях задачи.
К сожалению, в большинстве задачников по физике, как отечественных, так и зарубежных, дело обстоит именно так. Более того, единственно верная комбинация исходных величин, как правило, легко может быть найдена с помощью анализа размерности! Физика в таких задачах по существу сводится к табулированию значений соответствующих величин при заданных условиями задачи значениях других величин. Живая и полнокровная наука подменяется бесплотной тенью, умение анализировать явление (разумеется, на уровне, доступном пониманию учащегося) вытесняется схемой, учебник физики низводится до уровня поваренной книги средней руки, не оставляющей простора для творчества и имеющей на все готовые рецепты.
В книге, которую Вы, дорогой читатель, держите сейчас в руках, собраны задачи совсем иного рода. Собственно говоря, это даже не задачи, а интересные и иногда совсем неожиданные вопросы. О том большом мире, который нас окружает, о происходящих в этом мире явлениях, о многом, чему мы все неоднократно бывали свидетелями, но не придавали особого значения, не вникали, не доискивались, почему это происходит. Придумал эти вопросы Яков Исидорович Перельман.
Объяснять тому, кто питает хотя бы какой-то интерес к точным наукам, кто такой Я. И. Перельман, вряд ли необходимо. В детстве мы с увлечением зачитывались его «Занимательной физикой» задолго до того, как физика стала для нас учебным предметом. В более зрелом возрасте мы не переставали восхищаться Я. И. Перельманом, его увлеченностью и присущей ему редкой у взрослого человека чисто детской способностью открывать окружающий мир каждый день заново, видеть привычное и обыденное в неожиданном ракурсе. Вдохновенный популяризатор науки Яков Исидорович Перельман создал в научно-популярной литературе целое направление, эпоху, жанр. И хотя книги его неизбежно несут на себе отпечаток времени, все же они не стареют. Новые поколения читателей, внуки и правнуки тех, кто некогда с восхищением ходил по залам Дома занимательной науки, созданного Я. И. Перельманом и его единомышленниками (который просуществовал до войны), читают книги Я. И. Перельмана с интересом, не меньшим, чем читали их дедушки и бабушки.
В новом издании воспроизведены иллюстрации художника Ю. Д.Скалдина, украшавшие многие книги Я. И. Перельмана.
ВОПРОСЫ
1. Мельчайшая мера длины. Назовите самую маленькую меру длины.
2. Наибольшая мера длины. Назовите самую большую меру длины.
3. Легкие металлы. Металлы легче воды. Существуют ли металлы легче воды? Назовите самый легкий металл.
4. Вещество наибольшей плотности. Как велика плотность самого плотного вещества в мире?
5. Модель Эйфелевой башни. Железная Эйфелева башня высотою 300 м (1 000 футов) весит 9000 т. Сколько должна весить точная железная модель этой башни высотою 30 см (один фут)?
ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ
1 Тысячная доля миллиметра, микрометр (мкм) — далеко не является самой маленькой мерой длины, употребляемой в современной науке. Ее давно уже превзошли в малости сначала миллионная доля миллиметра—нанометр (нм), затем десятимиллионная доля миллиметра — так называемый ангстрем (А). Столь малые меры длины употребляются, например, для измерения длин световых волн. В природе, впрочем, существуют тела, для которых даже такие меры слишком крупные. Таковы электрон и протон, диаметр которого, вероятно, еще раз в 1000 меньше.
2 Еще не так давно наибольшей мерой длины, с какой имеет дело наука, считался световой год — годичный путь светового луча в пустоте. В нем 9,5 биллиона километров (9,5 • 10 в 12-ой степени км). В научных сочинениях эта мера постепенно вытеснилась другой, в три с лишним раза более крупной—парсеком (пк). Парсек (сокращение от слов «параллакс» и «секунда») равен 31 биллиону километров (31 • 10 в 12-ой степени км). Но и эта исполинская мера оказалась чересчур мелкой для промеров глубин мироздания. Астрономам пришлось ввести сначала килопарсек, заключающий в себе 1000 парсеков, а затем и мегапарсек — 1 000 000 парсеков, побивающий в настоящее время рекорд среди мер длины. Мегапарсеками измеряются расстояния до спиральных туманностей.
3 Когда заходит речь о легком металле, называют обычно алюминий. Однако он занимает далеко не первое место в ряду легких металлов: существуют несколько металлов, которые значительно легче его. Ниже приведен перечень легких металлов с указанием плотности (г/см3) каждого:
- Алюминий ............................................ 2,7
- Бериллий .............................................. 1,9
- Магний ................................................. 1,7
- Натрий .................................................. 0,97
- Калий .................................................... 0,86
- Литий .................................................... 0,53
Три последние легче воды – плавают в ней
Рекорд легкости побивает, как видим, литий—металл, который легче многих пород дерева и плавает в керосине, погружаясь до половины. Он в сорок раз легче самого тяжелого металла — осмия.
Из сплавов, применяемых в современной промышленности, выделяются своей легкостью следующие.
- Дюралюминий и кольчугалюминий — сплавы алюминия с небольшим количеством меди и магния; при плотности 2,6 г/см3 они втрое легче железа, будучи прочнее его в полтора раза.
- Дюрбериллий — сплав с медью и никелем; он легче дюралюминия на 25% и прочнее его на 40%.
- Электрон (не путать с элементарным количеством отрицательного электричества) — сплав магния, алюминия и др.; почти не уступая в прочности дюралюминию, электрон легче его на 30% (его плотность—1,84 г/см3).
4. Осмий, иридий, платина — вещества, которые принято считать самыми плотными, оказываются ничтожно плотными по сравнению с веществом некоторых звезд. Так, например, в одном кубическом сантиметре звезды ван-Манена, принадлежащей зодиакальному созвездию Рыб, заключается в среднем около 400 кг массы. Следовательно, вещество это в 400 000 раз плотнее воды и приблизительно в 20 000 раз плотнее платины. Мельчайшая дробинка такого вещества (дробь № 12, диаметр — 1,25 мм) имела бы массу 400 г, а кусочек в четверть спичечного коробка мог бы уравновесить десятка три взрослых людей (рис. 28).
5 Задача эта — скорее геометрическая, чем физическая—представляет интерес главным образом для физики, так как в физике приходится нередко сопоставлять массы геометрически подобных тел. В данном случае вопрос сводится к определению отношения (масс) двух подобных тел, линейные размеры одного из которых в 1000 раз меньше, чем другого.
Грубой ошибкой было бы думать, что уменьшенная в такой пропорции модель Эйфелевой башни имеет массу не 9000 т,
а 9 т, т. е. всего в тысячу раз меньше. Объемы, а следовательно, и массы геометрически подобных тел относятся как кубы их линейных размеров. Значит, модель башни должна иметь массу меньше массы натуры в 10003, т. е. в миллиард раз:
9 000 000 000 : 1 000 000 000 = 9 г.
Масса—крайне ничтожная для железного изделия высотою 30 см. Это будет казаться, однако, не столь странным, если сообразим, какой толщины оказались бы брусья нашей модели—в тысячу раз тоньше натуры, они должны быть тонки, как нитки: модель окажется словно сотканной из тончайшей проволоки, так что удивляться ее незначительной массе не приходится. 70-тонные брусья Эйфелевой башни заменились бы в модели проволочками массой 0,07 г.
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие редакторов выпуска Предисловие автора
I. МЕХАНИКА
1. Мельчайшая мера длины
2. Наибольшая мера длины
3. Легкие металлы. Металлы легче воды
4. Вещество наибольшей плотности
5. На необитаемом острове
6. Модель Эйфелевой башни
7. Тысяча атмосфер под пальцем
8. Сто тысяч атмосфер силою насекомого
9. Гребец на реке
10. Флаги аэростата
11. Круги на воде
12. Закон инерции и живые существа
13. Движение и внутренние силы
14. Трение как сила
15. Трение и движение животных
16. Без трения
17. Натяжение веревки
18. Магдебургские полушария
19. Безмен
20. Движение лодки
21. На воздушном шаре
22. Муха в банке
23. Маятник Максвелла
24. Плотничий уровень в вагоне
25. Отклонение пламени свечи
26. Согнутый стержень
27. Два безмена
28. Рычаг
29. На платформе
30. Провисающая веревка
31. Увязший автомобиль
32. Трение и смазка
33. По воздуху и по льду
34. Фальшивые кости
35. Падение тела
36. Куда бросить бутылку?
37. Из вагона
38. Три снаряда
39. Путь брошенного тела
40. Наибольшая скорость артиллерийского снаряда
41. Прыжки в воду
42. На краю стола
43. На наклонной плоскости
44. Два шара
45. Два цилиндра
46. Песочные часы на весах
47. Механика в карикатуре
48. Грузы на блоке
49. Центр тяжести конуса
50. В падающей кабине
51. Чаинки в воде
52. На качелях
53. Притяжение земных предметов и небесных тел
54. Направление отвеса
55. Вода и воздух
II ЖИДКОСТИ
56. Самая легкая жидкость
57. Задача Архимеда
58. Сжимаемость воды
59. Стрельба по воде
60. Электрическая лампочка под автомобилем
61. Плавание в ртути
62. Погружение в сыпучий песок
63. Шарообразная форма жидкости
64. Капля воды
65. Капиллярное поднятие
66. В наклонной трубке
67. Движущиеся капли
68. Пластинка на дне сосуда с жидкостью
69. Отсутствие поверхностного натяжения
70. Поверхностное давление
71. Водопроводный кран
72. Скорость вытекания
73. Задачи о ванне
74. Водяные вихри
75. В половодье и в межень
76. Волны прибоя
77. Задача Колладона
III. ГАЗЫ
78. Третья составная часть воздуха
79. Самый тяжелый газ
80. Давят ли на нас 20 т?
81. Сила выдоха и дуновения
82. Давление пороховых газов
83. Мера атмосферного давления
84. Вода в опрокинутом стакане
85. Ураган и пар
86. Тяга заводской трубы
87. Где больше кислорода?
88. Пузырьки в воде
89. Облака
90. Пуля и мяч
91. Почему газ можно взвесить?
92. По примеру слона
93. Давление в гондоле стратостата
94. Ввод веревки в гондолу стратостата
95. Барометр, подвешенный к весам
96. Сифон в воздухе
97. Сифон в пустоте
98. Сифон для газов
99. Подъем воды насосом
100. Истечение газа
101. Проект дарового двигателя
102. Тушение пожара кипятком
103. Задача о резервуаре с газом
104. Воздушный пузырек на дне океана
105. Сегнерово колесо в пустоте
106. Вес сухого и влажного воздуха
107. Максимальное разрежение
108. Что мы называем «пустотой»
109. Почему существует атмосфера?
110. Газ, не заполняющий резервуара
IV. ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ
111. Происхождение шкалы Реомюра
112. Происхождение шкалы Фаренгейта
113. Длина делений на шкале термометра
114. Термометр для температур до 750 С
115. Градусы термометра
116. Тепловое расширение железобетона
117. Наибольшее тепловое расширение
118. Наименьшее тепловое расширение
119. Аномалия теплового расширения
120. Дырочка в железном листе
121. Сила теплового расширения
122. Нагревание плотничьего уровня
123. Течения в воздухе
124. Теплопроводность дерева и снега
125. Медная и чугунная посуда
126. Замазывание рам на зиму
127. В натопленной комнате
128. Вода на дне реки
129. Замерзание рек
130. Температура атмосферы
131. Скорость нагревания
132. Температура пламени свечи
133. Гвозди и пламя
134. Что такое калория?
135. Нагревание воды в трех состояниях
136. Нагревание 1 см3 меди
137. Тела наибольшей теплоемкости
138. Теплоемкость пищи
139. Самый легкоплавкий металл
140. Самый тугоплавкий металл
141. Нагревание стали
142. Бутылка воды во льду
143. Лед в воде
144. Замерзание воды в трубах
145. Скользкость льда
146. Понижение точки таяния льда
147. «Сухой лед»
148. Цвет водяного пара
149. Кипение воды
150. Нагревание паром
151. Кипящий чайник на ладони
152. Жарение и варка
153. Горячее яйцо в руке
154. Ветер и термометр
155. Принцип холодной стены
156. Калорийность дров
157. Калорийность пороха и керосина
158. Мощность горящей спички
159. Выведение пятен утюгом
160. Растворимость поваренной соли
V. ЗВУК И СВЕТ
161. Эхо
162. Звук грома
163. Звук и ветер
164. Давление звука
165. Почему дверь заглушает звук?
166. Звуковая линза
167. Преломление звука
168. Шум в раковине
169. Камертон и резонатор
170. Куда деваются волны звука?
171. Видимость лучей света
172. Восход Солнца
173. Тень проволоки
174. Тень облака
175. Чтение при лунном свете
176. Черный бархат и белый снег
177. Звезда и свеча
178. Цвет лунной поверхности
179. Почему снег белый?
180. Блеск начищенного сапога
181. Число цветов в спектре и радуге
182. Радуга
183. Сквозь цветные стекла
184. Изменение цвета золота
185. Дневное и вечернее освещение
186. Цвет неба
187. Искусственное затмение Солнца
188. Красный сигнал
189. Преломление и плотность
190. Две линзы
191. Светила близ горизонта
192. Луна из проколотого картона
193. Солнечная постоянная
194. Чернее всего
195. Температура Солнца
196. Температура мирового пространства
VI. РАЗНЫЕ ВОПРОСЫ
197. Магнитный сплав
198. Деление магнита
199. Железо на весах
200. Электрическое и магнитное притяжение и отталкивание
201. Электроемкость человеческого тела
202. Сопротивление нитей накала
203. Электропроводность стекла
204. Вред от частого включения электрических лампочек
205. Яркость электрических лампочек
206. Нить накала
207. Длина молнии
208. Смертельный трюк
209. Длина отрезка
210. Почему вода долбит камень?
211. Назначение «Дубинушки»
212. Два города
213. Бутылка на дне океана
214. Плитки «Иогансона»
215. Свеча в закрытой банке
216. Хронология термометрических шкал
217. Изобретатели термометров
218. Масса земного шара
219. Движение солнечной системы
220. К полету на Луну
221. Человек в среде без тяжести
222. Третий закон Кеплера
223. Вечное движение
224. Человеческий организм и тепловая машина
225. Свечение метеоров
226. Туманы в фабричных районах
227. Дым, пыль и туман
228. Скорость молекул воды
229. Тепловое движение при —273 С
230. Абсолютный нуль
231. Вакуум
232. Средняя температура всего вещества
233. Десятимиллионная доля грамма
234. Число Авогадро
235. Литр спирта в океане
236. Расстояние между молекулами
237. Масса атома водорода и масса Земли
238. Величина молекулы
239. Электрон и Солнце
240. Весомость энергии
241. Школьная механика и теория относительности
242. Литр и кубический дециметр
243. Вес паутинной нити
244. Бутылки и пароходы
245. Приседание на весах
246. Затяжной прыжок
247. Два шара
248. Сверхускоренное падение
249. Распространение жизни в мировом пространстве
250. На эскалаторе
Вместо послесловия
Книжные и журнальные публикации о Я. И. Перельмане
Книги Я. И. Перельмана
Издания, упоминаемые в книге Я. И. Перельмана «Знаете ли Вы физику?»
Для любителей решать задачи по физике
|
