Kitobni o'qish: «Научные забавы. Физические эксперименты, геометрические задачи, фокусы, игры и самоделки»

Предисловие издательства

Артур Гуд (1853–1928) – настоящее имя автора этой книги, но именно под псевдонимом Том Тит он написал этот труд, бывший изначально серией статей для французского научного журнала L’Illustration. Статьи, описывающие опыты, фокусы и самодельные приборы, пришлись публике по душе, и из них было собрано три тома книги под названием La Science Amusante, то есть «Занимательная наука». Книга в ваших руках – сборник избранных статей из этих трёх томов. Работа Тома Тита дополнена несколькими опытами из книги Гастона Тиссандье «Физика без приборов и химия без лаборатории» (La Physique sans Appareils et La Chimie sans Laboratoire). И оригинал, и это издание украсили, сделав наглядным, детальные иллюстрации французского художника-графика Луи Пуайе (1846–1913), также занимавшегося популяризацией науки и оставившего после себя несколько тысяч гравюр.

Как следует из названия, Том Тит не просто развлекал читателей. Его публикации (это, конечно же, не единственное произведение, вышедшее из-под пера талантливого популяризатора наук: он много публиковался в журналах и сам был редактором периодического издания об изобретениях) заложили основу современного подхода к занимательному обучению. Он одним из первых выстроил фундамент для «домашнего», «кухонного» подхода к научным опытам, где изобретённые автором увлекательнейшие приборы собирались из самых простейших подручных вещей. В «Научных забавах» описаны самые разнообразные физические эксперименты, геометрические задачки, фокусы, игры и самоделки: от простых до требующих умелых рук и навыка.

Хотя с самыми простыми заданиями справится и маленький ребёнок, мы всё же настоятельно рекомендуем проводить эксперименты под контролем и с помощью взрослых, поскольку в них часто встречаются компоненты, требующие осторожности в применении. Начиная со старших классов опыты можно проводить самим (они нисколько не теряют своей увлекательности!), но всё равно следует быть аккуратными при обращении с огнем и т. п. составляющими экспериментов. Касаемо компонентов, также стоит упомянуть, что с момента выхода книги (первое издание – 1889 г., отечественный перевод, которому соответствует это издание, – 1937 г.) минуло достаточно лет, чтобы многие, к сожалению, почти вышли из обихода. Тем не менее выход есть. Практически всё из упомянутого можно заказать через Интернет. Везде, где это возможно, указаны допустимые замены из современных подручных материалов. Вместо устаревших монет вроде пятаков, гривенников и т. п., указанных в книге, практически всегда можно использовать любые другие монеты. В случаях, когда важна будет масса или размер монет, это будет указано отдельно.

Предисловие автора

Париж, 1 января 1890 г.

Моему сыну Жану

Дорогой мой маленький Жан!

Среди опытов, описанных в этой книге, есть простые затеи, которые будут развлечением для родителей и детей, собравшихся вечером за столом.

И другие здесь есть затеи – настоящие научные опыты, они заставят читателя полюбить физику, чудесную науку, которой мы обязаны открытием пара, телефона, фонографа и которая, может, завтра откроет нам новые тайны.

Все эти опыты, и простые, и сложные, не требуют никаких особых приборов: наша лаборатория, как ты знаешь, состоит из кухонной утвари, из пробок, спичек и всяких других вещей, которые у нас всегда под рукой.

Посвящая тебе сегодня эту книгу, я хочу, чтобы она была для тебя памяткой о счастливых часах, которые мы провели с тобой вместе, пробуя эти опыты и строя приборы, описанные в «Занимательной науке».

Твой папа Артур Гуд (Том Тит).

Интересные случаи равновесия

Карандаш на острие

На рисунке ясно видно, как заставить карандаш стоять на острие: нужно всадить перочинный нож в карандаш, раскрыв нож не до конца.

Центр тяжести нашей конструкции ниже точки опоры, поэтому конструкция находится в состоянии устойчивого равновесия.

Раскрывая нож больше или меньше, мы можем устанавливать карандаш то с большим, то с меньшим наклоном. А когда центр тяжести всей системы окажется на продолжении оси карандаша, карандаш займёт вертикальное положение.

Нож и поварёшка

Поварёшка, которой разливают суп, очень удобна для наших опытов.

Поставь полуоткрытый складной нож у края стола, повесь на него, как показано на рисунке, поварёшку, и после нескольких колебаний наша несложная система придёт в состояние устойчивого равновесия.

Утяжелим поварёшку, насыпая в неё песок; вместо того чтобы упасть, нож приподнимется и будет подниматься до тех пор, пока центр тяжести всей системы будет находиться позади вертикальной плоскости, проходящей через точки опоры ножа.

Опять поварёшка!

Здесь поварёшка укреплена у основания лезвия; нож согнут так, чтобы поварёшка не скользила и находилась по отношению к горизонтально лежащей рукоятке ножа под углом примерно в 45°. Теперь вся система будет в равновесии, если конец рукоятки подпереть пальцем, краем стола или стаканом, для устойчивости наполненным водой.

Поварёшка и тарелка

Соединим поварёшку с её подружкой чумичкой¹ и установим новый рекорд равновесия: перевёрнутая тарелка будет лежать своим краем на краю графина в прочном, устойчивом положении.

Яйцо на бутылке

Две одинаковые вилки воткни с двух сторон в пробку; сделай в нижнем конце пробки небольшую выемку, чтобы пробка плотно прилегала к одному концу яйца. Теперь, прикрыв такой «шляпой» яйцо, ты легко нащупаешь положение, при котором яйцо будет спокойно стоять на бутылке, и не просто на бутылке, а на узком ободке горлышка. Чем не Колумбово яйцо²?

Птичка на ветке

Этот птенец отлично стоит на двух лапках, потому что центр тяжести его опущен ниже точек опоры.

Тело птенчика сделано из опорожнённой яичной скорлупки; отверстие в скорлупке мы заткнули хлебным шариком – это голова. Шляпки гвоздей или спичечные головки – глаза; клюв у птенца деревянный. Голову нужно вылепить так, чтобы она, как пробка, вошла в отверстие скорлупы; когда она высохнет, её можно прочно приклеить сургучом. Несколько перьев можно приклеить к яйцу, чтобы получился хвост. Две спички, приклеенные сургучом, – это лапки. Птичку можно раскрасить или же оклеить мелко настриженной шерстью, похожей на лёгкий пушок.

Проволоку, на которой укреплён противовес, нужно согнуть с обоих концов под прямым углом, чтобы получилось два крючка примерно по 2 см каждый. Один крючок нужно укрепить в нижней части скорлупки, позади лапок, залив его изнутри сургучом (прежде чем будет установлена голова). Другой крючок нужно пропустить через дырочку в куске сахара или в каком-нибудь другом грузиле. Теперь птичка будет отлично сидеть на пальце. А если посадить её на ветку в саду, она будет покачиваться на ветру, как живая.

Две вилки и пятак

Сложи две вилки так, чтобы зубья одной легли на зубья другой; просунь пятачок в прорезь между средними зубьями вилок. Теперь после нескольких неудачных попыток тебе удастся, конечно, положить это коромысло краешком пятачка на краешек стакана, да так, чтобы пятачок прикасался только к наружной стороне стакана. Вот коромысло наше уравновешено. Предложи теперь приятелю перелить воду из этого стакана в другой, не сбросив вилок и пятачка! Вряд ли он возьмётся сделать это.

Между тем задача не так уж трудна.

Тарелка на иголке

Эквилибристы в цирке очень ловко вертят на конце заострённой палочки тарелки, плошки, тазы. Эти вещи у них находятся в равновесии только благодаря центробежной силе; чуть замедлится вращение – и сила тяжести вступит в свои права.

А мы сейчас заставим тарелку не только вращаться, но даже спокойно стоять на острие иглы. Кажется, это невозможно. А между тем это легко.

Разрежь по длине две пробки, всади в каждую из четырёх половинок по вилке так, чтобы между плоскостью среза и вилкой образовался угол чуть-чуть меньше прямого. Размести вилки с пробками вокруг тарелки на равных расстояниях друг от друга; зубья вилок должны касаться края тарелки: это увеличит устойчивость.

Теперь тарелка, помещённая на остриё иглы, всаженной в пробку, будет сохранять равновесие. А при достаточной осторожности ты сможешь заставить эту систему вращаться, и вращаться она будет очень долго, так как трение между иглой и тарелкой невелико.

Ёлочные свечи

Украсить ёлку нетрудно. Гораздо труднее укрепить на её ветвях свечи³. Когда их прикручивают проволокой, они стоят, уныло наклонившись набок, роняя капли стеарина, а нередко и поджигают хвою.

Вот очень удобный способ укреплять на ёлке свечи. Согни кусочек проволоки так, как показано на рисунке слева; длинный конец воткни в золочёный орех, короткий – в свечу. Посади проволочную дужку верхом на ветку, и при любом наклоне этой ветки свеча будет стоять прямо, уравновешенная орехом.

Карандаши-эквилибристы

Этот опыт я посвящаю школьникам. Два карандаша должны быть уравновешены в воздухе; один из них подвешен за остриё на нитке и уравновешен двумя ножами и вторым карандашом-эквилибристом с воткнутыми в него двумя ручками.

Наши читатели так привыкли уже иметь дело с устойчивым равновесием, что, вероятно, без большого труда разберутся в этом рисунке. А тот, кому удастся построить такую систему, конечно, заставит её вращаться по кругу, как карусель.

Пильщик

Наш пильщик сделан из пробки, в которую воткнуты две спички-ноги и спичка-шея; на шею насажена голова, вылепленная из хлебного мякиша. Картонные руки приклеены к туловищу.

Сделай такого пильщика, разодень его и раскрась по своему вкусу. Потом займись пилой. Согни под прямым углом концы толстой проволоки, имеющей в длину около 50 см. Примерно по 5 см ты загнёшь с каждого конца. Один конец пропусти сквозь туловище пильщика, другой – сквозь тяжёлый груз, скажем яблоко.

Поставь теперь пильщика на край стола, противоположный тому, у которого сидят зрители, чтобы скрыть от них нижний конец проволоки с яблоком. Пильщик будет стоять на ногах совершенно прямо. Лёгким толчком заставь его раскачиваться так, чтобы проволока не прикасалась к краю стола; он будет долго и равномерно наклоняться то вперёд, то назад, совсем как настоящий пильщик. Приклей вдоль вертикальной части проволоки зубчатую полоску бумаги. Зубцы этой бумажной пилы должны войти в прорез, сделанный в дощечке, на которую ты поставишь пильщика. Зрителю будет казаться, что пильщик действительно пилит эту дощечку.

Пятнадцать спичек на одной

Положи одну спичку на стол, а на неё поперёк ещё четырнадцать спичек так, чтобы головки их торчали кверху, а концы без головок касались стола, как показано у нас на рисунке внизу. Как поднять первую спичку, держа её за один конец, и вместе с ней все остальные спички?

Для этого нужно только поверх всех спичек, в ложбинку между ними, положить ещё одну, пятнадцатую, спичку.

Пятачок на игле

Изогни шпильку для волос так, как показано на рисунке. Вдвинь горизонтально в приплюснутый крючок пятикопеечную монету, а на другой конец шпильки повесь металлическое кольцо. Теперь после двух-трёх неудачных попыток тебе удастся поставить эту конструкцию на остриё иглы или шила. В зависимости от тяжести кольца тебе придётся средний сгиб на проволоке сделать выше или ниже от точки опоры, чем изображено на рисунке.

Если подуешь на кольцо, вся конструкция начнёт вращаться, не теряя при этом равновесия.

Ещё весы

Это кухонные весы. Коромыслом и чашей весов сразу здесь служит излюбленная наша поварёшка, подвижной гирей – чумичка.

Вместо призмы, на которую опирается коромысло в точных весах, тут отлично работают зубья вилки, которые опираются на шляпки двух гвоздей, воткнутых в пробку. Другой конец вилки укреплён в крючке поварёшки при помощи кусочка пробки.

На стене проведена горизонтальная линия. Взвешивая груз, нужно передвигать чумичку по поварёшке до тех пор, пока поварёшка не займёт положение, параллельное этой линии.

На ручке поварёшки нужно нанести чернилами деления. Сперва нужно отметить положение чумички на поварёшке без груза. Потом нужно положить в черпак поварёшки 1 кг, передвинуть чумичку и, установив равновесие, сделать вторую пометку. Расстояние между двумя пометками нужно разбить на 10 равных частей и проставить около этих делений цифры.

Вот и можно теперь взвешивать на этих весах сахар и масло и всякое прочее добро с точностью до 100 г.

Верёвочные весы

Из обрывка верёвки любой толщины можно сделать отличные весы.

Вбей в ребро горизонтальной полки два гвоздя на расстоянии в 1 м. Привяжи к ним концы полутораметровой верёвки, посредине которой предварительно сделай большой узел. Чашами весов у нас будут две картонки равной величины. Подвесь их, каждую на четырёх шнурках, к основной верёвке на расстоянии 25 см от узла, справа и слева. Тогда средняя часть верёвки примет горизонтальное положение на протяжении 50 см.

Позади этой горизонтальной части верёвки укрепи лист картона и отметь на нём стрелкой положение узла, когда весы находятся в покое.

Если ты положишь груз на одну чашу весов, равновесие нарушится, средняя часть верёвки займёт наклонное положение, и узел сдвинется с точки, отмеченной стрелкой. Чтобы узел вернулся на прежнее место, придётся на вторую чашу весов положить гири, равные по весу нашему грузу.

Такие весы, конечно, не годятся для очень точных измерений веса. Но для домашних надобностей они вполне пригодны и достаточно точны.

Послушное и непослушное яйцо

Проткни в яйце дырочку поменьше и опорожни через неё яйцо. Высуши хорошенько скорлупу. Потом насыпь в скорлупу мелкого песка, примерно на четверть, и залепи отверстие гипсом, клеем с мелом или белилами, так чтобы дырочка не была заметна. Это будет послушное яйцо. Ты сможешь поставить его в любом положении. Для этого нужно только слегка встряхнуть яйцо, держа его в том положении, которое оно должно занять на подставке. Песчинки переместятся, и яйцо будет сохранять на своей подставке устойчивое равновесие.

Чтобы сделать непослушное яйцо, нужно вместо песка набросать в него через дырочку мелких кусочков свинца и сургуча; потом нужно поставить яйцо на острый конец и подогреть. Сургуч растопится; когда остынет, он будет прочно держать кусочки свинца. Это будет яйцо «ванька-встанька».

Подставка для супника

На этом рисунке очень ясно показано, как из тарелки, трёх вилок и кольца для салфетки в один миг можно устроить удобную, устойчивую подставку. Не бойся, смело ставь на эту подставку супник: суп не прольётся.

Ключи и бутылка

Подбери шесть ключей: один большой, второй поменьше, третий ещё меньше и т. д. (будем для ясности называть их 1, 2, 3, 4, 5 и 6). Пропусти ключ 2 в ключ 1 и поставь их бородками на стол, как показано на рисунке. Они раздвинутся под широким углом и будут прочно стоять в таком положении. Вдень теперь бородку ключа 3 в кольцо ключа 2, потом таким же образом установи ключи 4, 5 и 6.

Всё время, глядя сверху, следи, чтобы оси всех ключей лежали в одной вертикальной плоскости. Если все сцепления между бородками и кольцами ключей правильны и между ними нет скольжения, постройка будет достаточно устойчива, и на кольца верхних двух ключей (из которых одно лежит почти горизонтально) можно будет свободно установить тарелку, графин или бутылку. Бутылка должна быть налита только до половины, чтобы центр её тяжести был пониже. Это увеличит устойчивость всей системы или, вернее, уменьшит её неустойчивость.

Все 28!

Если стол совершенно горизонтален и прочно стоит на полу, ты сможешь выстроить все 28 костей домино так, как здесь, на рисунке.

Сперва поставь стоймя три косточки домино – на них возвести такую хрупкую постройку легче, чем на одной кости. Потом, когда все будет построено, ты осторожно уберёшь две крайние косточки, которые служили подпорками, и поставишь их на вершину своего непрочного здания. Равновесие здесь вполне возможно, нужно только, чтобы перпендикуляр, опущенный из центра тяжести всей конструкции, прошёл через основание нижней косточки домино.

Стеариновый мотор

Чтобы сделать этот мотор, нам не нужно ни пара, ни электричества, ни сжатого воздуха, ни бензина. Нам нужна для этого только… свеча.

Раскали две булавки и воткни их головками в свечу с двух сторон, посередине, перпендикулярно фитилю. Это будет ось нашего двигателя; положи свечу концами булавок на края двух стаканов и получше уравновесь. Если теперь зажечь свечу с обоих концов, капля стеарина упадёт в одну из тарелок, подставленных под концы свечи. Равновесие нарушится, другой конец свечи перетянет и опустится; при этом с него стечёт несколько капель стеарина, и он станет легче первого конца, он поднимется, первый конец опустится, уронит каплю, станет легче, и… наш мотор начнёт работать вовсю; постепенно колебания свечи будут увеличиваться всё больше и больше.

Давай заставим наш двигатель работать. Укрепи булавками с каждого конца свечи по картонному человечку, на некотором расстоянии от пламени, конечно. Они будут отлично кататься на наших качелях.

А можно использовать наш двигатель ещё лучше. Вырежь из картона фигурки двух пильщиков или молотобойцев. Руки у них сделай подвижными и привяжи их тонкой проволокой к концам свечи. То-то они заработают!

Инерция и центробежная сила

Гривенник и бумажное кольцо

Установи на горлышке пустой бутылки вертикально бумажное кольцо, 8—10 см в диаметре. Положи сверху на это кольцо гривенник⁴, точно над отверстием бутылки.

Теперь вооружись палкой или линейкой; просунь её в кольцо и резко ударь в горизонтальном направлении по бумажному кольцу. Оно отлетит в сторону, а монета, вместо того чтобы отлететь вместе с кольцом, преспокойно свалится в бутылку. Этот фокус основан на законе инерции: гривенник находился в состоянии покоя, а толчок был настолько резок, что движение кольца не успело передаться монете.

Чур, не урони!

На краю ровного стола положи полоску бумаги так, чтобы она свисала с края стола. На эту полоску поставь на ребро монету⁵.

Ну-ка, вытащи теперь из-под монеты полоску бумаги, только, чур, не урони монету!

Это сделать совсем нетрудно. Придерживая левой рукой конец полоски, резко ударь по ней указательным пальцем правой руки. Бумага выскользнет из-под монеты, а монета останется на месте.

Точно так же можно быстрым ударом линейки выбить одну шашку из столбика, не свалив тех шашек, что стояли на ней.

А вот фокус потруднее.

Положи на указательный палец левой руки квадратик плотной бумаги или тонкого картона, а сверху – двугривенный⁶. Если ты резко щёлкнешь по краю квадратика, он вылетит прочь, а монета останется у тебя на пальце.

Опять инерция!

Поставь две косточки домино вертикально, потом прикрой их сверху ещё одной косточкой, чтобы получились ворота. На верхнюю косточку положи ещё одну, а сверху построй вторые ворота.

Нужно выбить первую косточку, прикрывающую нижние ворота, не развалив при этом постройку.

Это делается так. Перед всей постройкой нужно положить на ребро АБ ещё одну кость на таком расстоянии, чтобы, просунув палец в нижние ворота и нажав им с силой на угол Д, можно было заставить эту кость быстро приподняться; край её АБ займёт тогда положение АВ.

Если кость повернётся с достаточной быстротой, её угол Г резко и сильно ударит по первой косточке, прикрывающей ворота, и выбьет её прочь в направлении стрелки Е; верхний этаж мгновенно опустится, сохранив равновесие, и задача будет решена.

Форма земли

Очень простой прибор даст нам возможность объяснить, почему наша планета вследствие вращения приняла некогда форму шара, приплюснутого с полюсов и расширенного у экватора⁷. Мы воспользуемся для этого храпелкой – старинной детской игрушкой. Это картонный круг, возле центра которого пробиты две дырки; сквозь каждую дырку проходит по верёвочке. Достаточно одного резкого движения, чтобы круг начал вращаться; вращение ускоряется и достигает большой быстроты, если попеременно то натягивать, то ослаблять верёвочки.

Возьмём четыре проволочки и воткнём их в ребро картонного круга так, чтобы они расположились по концам двух диаметров круга, перпендикулярных друг другу.

Склеим теперь из плотной бумаги два кольца шириной с палец; диаметр колец должен быть немного больше диаметра картонного круга. Вденем кольцо в кольцо под прямым углом и склеим их в тех местах, где они накрывают одно другое. На этих двух частях колец напишем «Северный полюс» и «Южный полюс». Наши кольца будут изображать два меридиана, расположенные под прямым углом один к другому.

Проткнём четыре дырки по серединам четырёх дуг, образующих эти меридианы; дырки окажутся на «экваторе». Затем пропустим сквозь эти дырки наши проволочные стерженьки.

Теперь наши кольца соединены с картонным кругом; однако, если их сжать, они раздадутся в стороны, скользя по проволочным стерженькам.

Верёвочки, проходящие сквозь круг, мы пропустим в отверстия «Северного полюса» и «Южного полюса». (Это те части колец, которые склеены вместе.) На нашем рисунке очень ясно изображено устройство прибора.

Если теперь завертеть картонный круг так, чтобы натянулись шнурки, а потом с силой потянуть за концы шнурков, круг начнёт вращаться очень быстро. И тотчас же меридианы потеряют свою правильную форму круга. «Экватор» расширится, а части, соответствующие двум полюсам, приплюснутся. Все эти изменения имеют одну причину – действие центробежной силы.

Шнурок и цепочка

Возьми шнурок длиной 30–40 см и привяжи его к тонкой металлической цепочке длиной 25–35 см, соединённой в кольцо.

Держа шнурок вертикально, быстро вращай его между пальцами. Сперва цепочка примет такую форму, как на рис. (А); потом, при ускорении вращения, центробежная сила заставит цепочку принять форму правильной окружности, расположенной в горизонтальной плоскости. А шнурок будет описывать в воздухе почти правильный конус (Б).

Какое – крутое, какое – сырое?

Надень на сырое яйцо А по длине резиновое колечко; то же сделай и с крутым яйцом Б. Подвесь оба яйца на проволочные крючки, привязанные к ниткам.

Теперь каждое из яиц поворачивай, чтобы нитки окрутились равным числом оборотов, потом отпусти яйца.

Крутое яйцо Б быстро завертится в одном направлении, потом – в обратном, снова и снова; оно довольно долго будет вертеться, прежде чем остановится. А сырое яйцо остановится почти тотчас же. Это объясняется тем, что содержимое крутого яйца составляет со скорлупой единое целое и вращается вместе с ней, а в сыром яйце вращается только скорлупка, и движение лишь в незначительной степени передаётся содержимому яйца.

Ещё проще отличить крутое яйцо от сырого можно так: пусти яйца вертеться волчком по тарелке, потом на мгновение положи на них руку, чтобы остановить их движение. Когда ты уберёшь руку, крутое яйцо будет лежать совершенно неподвижно; сырое будет продолжать вращаться, потому что ты остановил его скорлупу, но не остановил содержимое. А как только ты убрал руку, содержимое этого яйца своим движением увлекло за собой и скорлупу⁸.

Промывка золота

Приклей сургучом палочку к внутренней стороне фарфоровой мисочки. А снаружи к донышку приклей пробку, в которую воткнута длинная игла. Ось палочки и ось иголки должны быть расположены возможно ближе к центру мисочки, на одной вертикальной линии.

Насыпь в мисочку песок и брось в неё крошечный кусочек свинца; он затеряется в песке, его не видно. Погрузи весь прибор в воду; держи его вертикально так, чтобы он опирался только на острие иглы. Вода в большом сосуде должна стоять примерно на 2 см выше краёв мисочки. Вращай теперь свой прибор, сперва попеременно то вправо, то влево, чтобы крупинка свинца, которая тяжелее, чем песчинки, погрузилась на дно мисочки. Потом продолжай быстро вращать мисочку в одном направлении. Центробежная сила понемногу выбросит песок прочь, крупинка же свинца останется на дне.

Этот простой прибор устроен почти так же, как приборы, которыми пользуются золотоискатели для промывки золотоносных песков.

Волчки и маятники

Волчок-чертёжник

Небольшой плоский диск со стерженьком посредине – вот наш старый приятель, волчок.

Мы сейчас научим его рисовать замечательные узоры. Диск для этого дела выберем потяжелее, скажем, свинцовый. Одну дырку просверлим посредине для спички, которая нам послужит осью. По обе стороны от центральной дырочки, у края, просверлим ещё по отверстию. Одна из этих дырочек нужна нам только для равновесия. В другую пропустим щетинку (выдрать одну щетинку из щётки – не беда). А чтобы щетинка не выпала, прижмём её колышком – обломком спички. Конец щетинки с нижней стороны диска должен быть чуть-чуть длиннее, чем конец оси.

Отрегулируй длину щетинки, укрепи её колышком и смело пускай волчок по тарелке, закопчённой дочерна.

Волчок будет вертеться и чертить, чертить… Каких только узоров не накрутит!

Тебе останется только наклонять тарелку то в одну, то в другую сторону да считать, сколько колец вычертит по саже волчок-художник.

Танцующее яйцо

Положи крутое яйцо на донышко подноса (оно должно быть совершенно гладким) и придай подносу горизонтальное вращательное движение, всё ускоряя и ускоряя вращение. Яйцо, лежащее на середине подноса, будет увлечено этим движением и начнёт вращаться вокруг своей оси всё быстрее и быстрее. Понемногу оно поднимется и остановится на одном конце, вращаясь, как волчок.

Для того чтобы лучше удавались опыты с колумбовыми яйцами, нужно варить их с хитростью: яйцо должно быть установлено в кастрюле вертикально; тогда воздушная камера под скорлупой расположится симметрично по отношению к длинной оси, и во время опытов легче будет добиться равновесия.

Если тебе всё же не удастся заставить яйцо танцевать по подносу, вот уловка, облегчающая этот опыт. Положи поднос на стол так, чтобы он выступал за край и его можно было сразу подхватить. Поставь яйцо посредине, придерживая его большим пальцем левой руки и указательным пальцем правой. Одним быстрым движением заставь яйцо вращаться, потом подхвати поднос и лёгкими толчками поддерживай вращение яйца.

Яйцо-юла

Возьми крутое яйцо и поставь его вертикально, узким концом на тарелку. Придерживай его слегка сверху пальцем. Если ты предварительно обвил это яйцо посередине несколькими оборотами шнурка и осторожно дёрнешь теперь за шнурок, яйцо начнёт вращаться, как юла. Оно будет вращаться довольно долго. Это ещё один способ поставить яйцо на узкий конец. И конечно, этот способ лучше, чем тот, который обычно приписывают Колумбу.

Можно поставить яйцо на пол и подхлёстывать его кнутиком, но для этого лучше взять деревянное яйцо: наша юла не слишком прочна, и опыт может окончиться неудачей.

Ловкий акробат

Нарисуй на листке плотной бумаги акробата, который приготовился пойти по арене колесом. Вырежь эту фигурку и воткни в неё перо. Теперь вдень ручку с этой фигуркой наискось в кольцо ножниц и, держа ножницы горизонтально, вращай их осторожно по кругу. Тотчас же по большему кругу начнёт двигаться и твой акробат; кроме того, вследствие трения ручки о кольцо ножниц она начнёт вращаться вокруг своей оси, и наш гимнаст, продолжая двигаться по кругу, примется вертеть замечательные колёса.

Маятник фуко

У себя в комнате, за столом, ты можешь повторить знаменитый опыт, который Фуко показал в 1851 году под куполом парижского Пантеона.

Проткни яблоко тонкой лучинкой так, чтобы оба её конца торчали снаружи. К одному концу привяжи нитку. Это будет маятник.

Свободный конец нитки привяжи к булавке, воткнутой в пробку; установи эту пробку на трёх вилках, воткнутых в неё наискось.

Поставь свой треножник на тарелку и отрегулируй длину нитки так, чтобы нижний конец лучинки доходил почти до дна тарелки. У краёв тарелки насыпь два валика из сахарной пудры или мелкой соли. Они заменят нам песок, который Фуко насыпал по кругу вокруг своего маятника.

Качни теперь маятник: лучинка прочертит свой след в кучках сахарной пудры, и при каждом качании маятника конец лучинки будет проходить точно по своему же следу.

Но наша тарелка изображает Землю. Подражая вращению Земли, потихоньку, без толчков, будем поворачивать тарелку.

Гляди! Направление колебаний маятника осталось прежним, он продолжает раскачиваться в той же плоскости, оставляя новые следы рядом с теми, что начертил в начале нашего опыта. Изменилось положение тарелки – одновременно изменилось положение треножника, между тем маятник продолжает раскачиваться в той же плоскости, что и прежде.

Смешная дуэль

Вбей рядом два гвоздя, подвесь к ним на нитках яблоко и грушу. Если, держа нитку натянутой, ты отведёшь в сторону яблоко и отпустишь его, оно стукнется о грушу и остановится. А его движение передастся груше; теперь груша качнётся, как маятник, и, в свою очередь, ударит по яблоку; так будет продолжаться до тех пор, пока движение постепенно не затихнет.

Этот простой прибор поможет нам изучить закон инерции; кроме того, мы воспользуемся им, чтобы сделать забавную игрушку.

Согнём два куска достаточно упругой проволоки под прямым углом так, чтобы у нас на сгибе получилось колечко. Колечки эти наденем на наши гвозди; нижние концы проволок воткнём в грушу и яблоко и загнём их внизу, чтобы наши гири не соскользнули с проволоки. К верхним концам приклеим сургучом фигурки фехтовальщиков, как показано на рисунке. Толкнём теперь яблоко и будем любоваться потешной дуэлью двух врагов. Они будут яростно нападать друг на друга, но никому из них не удастся ни разу задеть шпагой своего противника.

Маятник-художник

Если мы выведем маятник из вертикального положения и отпустим, он совершит ряд колебаний, причём каждый раз будет проходить через прежнее своё вертикальное положение. Но если мы не просто отпустим, а толкнём его вбок, чтобы он не проходил через вертикаль, он опишет более или менее сплюснутый эллипс, причём этот эллипс и сам будет медленно поворачиваться вокруг своего центра в том же направлении, в котором двигается груз. В этом можно убедиться на очень простом опыте.

Подвесим на крепкой нитке тяжёлую книгу. Рядом с ниткой на столе укрепим две соломинки АВ и ВГ, соединённые булавкой в точке В. Конец А одной из соломинок приколот к столу булавкой. Булавка В только скрепляет соломинки, она не вколота в стол. Соломинка ВГ слегка расщеплена на конце Б, чтобы в щель можно было ввести нитку, на которой подвешена книга; после того как нитка введена, конец щели заклеивается капелькой сургуча. В точке Г эта соломинка проколота тонкой иголкой, остриё которой опирается на закопчённое стекло, положенное на стол.

Теперь толкнём книгу так, чтобы нитка описывала в воздухе конус. Наш маятник приведёт в движение соломинки, и остриё иглы станет чертить по копоти пути, проходимые в воздухе нашим маятником. Мы приводим здесь уменьшенную копию пути; этот рисунок вычертила игла по копоти на стекле.

Ещё несколько опытов по механике

Вверх по скату

Этот опыт с первого взгляда противоречит законам тяжести.

Склей основаниями два картонных конуса. Устрой наклонную плоскость, положив две палки на две книги разной высоты. Не забудь их раздвинуть, чтобы расстояние между палками на большой книге было больше, чем расстояние между палками на маленькой книге.

Положи теперь свою картонную фигуру на палки. Зрителю покажется, что конусы катятся кверху.

Он ошибётся, конечно, потому что палки раздвинуты под углом, и ось конусов, на которой находится их центр тяжести, не повышается, а понижается. Так что на самом деле конусы будут катиться не кверху, а книзу.

Вверх по линейке

Сейчас два конуса катились у нас вверх по наклонным палкам. Давай проведём ещё один опыт, который на первый взгляд противоречит законам тяжести. Из плотной бумаги или из тонкого картона склей кольцо; на внутреннюю сторону его приклей пломбу или просто кусочек сургуча. Поставь кольцо вертикально на наклонную плоскость так, чтобы пломба находилась около вертикального диаметра кольца со стороны, обращённой к приподнятому краю наклонной плоскости. Отпусти кольцо, и благодаря дополнительному грузу твоё кольцо покатится вверх по скату. Когда пломба опустится до наклонной плоскости, кольцо остановится в этом положении. Если ты склеишь круглую коробку и груз упрячешь внутрь, зрители будут ахать и охать, не понимая, почему эта коробка катится вверх по склону.

Послушная груша

На нитке к потолку подвязана груша.

Как поставить под ней нож так хитро, чтобы груша, упав, рассеклась о лезвие ножа на две половинки?

Для этого достаточно окунуть грушу в стакан с водой и быстро убрать стакан. Несколько капель упадёт на стол или на пол, а мы приметим, куда они упали. Никто не должен знать о нашей хитрости. Зрители придут, увидят грушу, подвешенную к потолку, а о капле воды мы им не скажем. Просто в нужную минуту мы подставим под грушу нож, а кто-нибудь пережжёт нитку. И нож рассечёт грушу на две равные части.

После некоторого навыка мы возьмёмся, пожалуй, подставить под грушу два ножа, крест-накрест, и в чашку, помещённую под ножами, свалится с потолка четыре равные четвертушки!

Передача толчка через ряд монет

В физических кабинетах этот опыт показывают, пользуясь рядом шаров из слоновой кости, подвешенных на тонких нитях. А нам хватит нескольких двугривенных.

Разложим их на столе рядком на одной линии так, чтобы они прикасались друг к дружке. Одну из монет отведём в сторону и толкнём так, чтобы она скользнула по столу и ударила в крайнюю монету ряда. Толчок благодаря упругости монет передастся по всему ряду, и последний двугривенный оторвётся и отъедет в сторону. Если ударим двумя монетами сразу, две монеты оторвутся от ряда.

Нужно только, чтобы стол был очень скользким и удар был направлен точно. Немножко тренировки – и опыт удастся отлично.

Упрямая звёздочка

Слепи из свежего хлеба неуклюжую звёздочку, такую, как у нас на рисунке, и примерно такой же величины.

Попробуй, брось её изо всех сил об пол. Она подпрыгнет – и ничего ей не сделается: упругие отростки спружинят и выпрямятся как ни в чём не бывало.

Можешь даже положить эту хлебную звёздочку на стол и сильно стукнуть по ней кулаком. Тебе всё равно не удастся её сплющить: её спасёт упругость.

Помни только, что звёздочку нужно слепить непременно из свежего хлеба; иначе ничего не выйдет из этого опыта.

Катапульта из перьев

Вряд ли в военном музее, среди старинных метательных машин, катапульт и баллист, ты найдёшь такое орудие. Наша катапульта стреляет комочками бумаги или катышками хлеба. Ни шума, ни дыма!

Чтобы построить эту катапульту, нам понадобятся только три пёрышка, годятся и перья, не годные для письма. Воткни два пера в стол (только, чур, не в школьную парту) вертикально, одно позади другого, на расстоянии, равном длине пера.

Осторожно, чтобы не сломать концы, отогни назад переднее перо и придержи его концом третьего пера, пропущенным в вырез второго. Пружина натянута; положи на неё свой снаряд и потяни назад третье перо. Катапульта тотчас же выстрелит. Она метнёт твой снаряд на 5–6 м!

Крепкая игла

Кажется, невозможно иголкой, да ещё тонкой, пробить трёхкопеечную монету. Между тем это совсем нетрудно.

Достаточно проткнуть пробку иголкой так, чтобы чуть-чуть показалось остриё; потом выступающее ушко надрезать напильником и отломить. Если теперь поставить пробку на монету (как у нас на рисунке) и с силой совершенно прямо ударить по пробке молотком, игла легко пробьёт монету, потому что сталь твёрже сплава, из которого отчеканена монета, а пробка не даёт игле согнуться.

Опыты с жидкостями и газами

Полный или неполный?

Налей в стакан воду до самого края. Полон он или не полон? Ты говоришь – полон. Проверим.

Возьмём два десятка гривенников и будем опускать в стакан монетку за монеткой. Если погружать гривенники в воду осторожно, без всплеска, немало их поместится в этом «полном» стакане, и вода не скоро начнёт переливаться через край; при этом поверхность воды в стакане понемногу примет выпуклую форму.

Иголки и булавки на воде

Поверхность воды представляет собой довольно упругую плёнку. Если положить на воду иголку или булавку так осторожно, чтобы их не смочила вода, эта плёнка отлично выдержит их тяжесть; иголка будет плавать, вернее, лежать на упругой плёнке, и даже невооружённым глазом можно будет видеть, как под тяжестью иголки вогнулась поверхность воды.

Вот несколько способов, которыми можно положить иголку или булавку на воду, не прорвав поверхностной плёнки.

Можно подвесить булавку на двух нитках, а потом, когда она ляжет на воду, убрать эти нитки. Трудность тут в том, чтобы, убирая нитки, не задеть ими булавку.

При известной ловкости можно, держа булавку за остриё, положить её на воду и отпустить в тот момент, когда она совпадёт со своим отражением. Тут нужна очень уверенная рука.

Гораздо легче положить булавку на вилку, потом погружать вилку в воду, понемногу поворачивая её отвесно.

Наконец, самый лёгкий способ: положить на воду листок папиросной бумаги, на него положить булавку. Бумага намокнет через минуту-другую и пойдёт ко дну; булавка же останется на поверхности воды.

Если ты намагнитишь предварительно иголку, а потом положишь её на воду, у тебя получится отличный компас: намагниченный конец иглы будет точно указывать на север.

«Русские горки»

Урони каплю воды на бумагу – эта капля расплывётся широким кругом: вода смочит бумагу.

Но если ты промаслишь бумагу или закоптишь её над пламенем свечи, капля будет кататься по бумаге сплющенным шариком. Этим свойством жидкости мы воспользуемся, чтобы устроить забавную игру.

Возьми длинную полосу плотной бумаги (можешь склеить её из нескольких кусков) и закопти её хорошенько над керосиновой лампой*⁹. Расставь на столе несколько подставок различной высоты, мал мала меньше. Приколи к этим подставкам бумажную полосу так, чтобы она изогнулась волнами; чем дальше от самой высокой подставки, тем круче должны изгибаться волны. Под нижний конец бумажной ленты подставь тарелку. С верхнего конца пусти каплю воды. Она покатится по наклонной плоскости, с разгона поднимется на первый холмик, перевалит через него и побежит дальше. Капля будет бежать за каплей, через все «горки», прямо в тарелку. Кажется даже, что капли стараются при этом перегнать друг дружку.

Спички-лакомки

В миску с водой положи несколько спичек. Расположи их звездой, а в центре звёздочки дотронься до воды заострённым кусочком мыла; спички тотчас же разбегутся в стороны: мыло приводит их в ужас, как кое-кого из знакомых моих ребят.

Чтобы собрать беглецов, окуни в воду в центре кусок сахара. Спички – большие лакомки, они тотчас же подбегут поближе и соберутся вокруг него.

Вместо спичек можно пустить на воду маленьких рыбок, вырезанных из дерева. Тогда этот опыт будет ещё забавнее.

Волшебные фигуры

Нарисуй на маленьком квадратном листке бумаги какую-нибудь геометрическую фигуру: квадрат, треугольник, прямоугольник, многоугольник. Но рисуй карандашом, смоченным водой. Пусти листок плавать на воду, кверху рисунком, и осторожно заполни нарисованную фигуру водой. Это будет не очень трудно, так как влажные линии, проведённые мокрым карандашом, будут служить границами рисунка и помешают воде растечься за эти грани.

Возьми теперь булавку и дотронься её остриём до треугольника в любом месте таким образом, чтобы булавка погрузилась в воду, но не касалась бумаги. Тотчас же листок придёт в движение и будет двигаться до тех пор, пока геометрический центр треугольника не расположится точно под остриём булавки! Тут листок сам собой остановится. Повтори этот опыт с квадратом и прямоугольником; когда листок остановится, остриё булавки будет находиться над точкой пересечения диагоналей.

Послушные пробки

Попробуй возьми семь одинаковых пробок и заставь их плавать в воде в вертикальном положении. Они будут упрямо ложиться набок и ни за что не захотят тебя слушаться.

А мне эти пробки послушны. Вот посмотри.

Я беру одну пробку и ставлю её вертикально на стол, вокруг неё устанавливаю остальные шесть. Теперь беру сразу всю семёрку, погружаю пробки полностью в воду, чтобы вода смочила их со всех сторон, приподнимаю немного – пробки сидят в воде только нижней своей частью. Отпускаю – и пробки послушно стоят на воде, тесно прижавшись друг к дружке.

Не намочив руки

В таз с водой брось монету или колечко; объяви, что ты достанешь монету рукой, не намочив руки.

Для этого достаточно запорошить поверхность воды каким-нибудь порошком, который держится на воде, не намокая. Таким порошком является ликоподий; его можно достать в аптеке¹⁰.

Насыпь немного ликоподия на воду, затем смело погружай руку и доставай монетку. Вода не посмеет коснуться твоей руки, одетой в «перчатку» из ликоподия. В такой «перчатке» ты можешь бесстрашно погружать руку даже в очень горячую воду; руке будет горячо, но вода не обварит её, потому что между водой и кожей руки будет тонкий слой ликоподия и воздуха.

Сила сцепления

Вырежь из картона прямоугольную полоску с кружком на одном конце; перегни полоску дважды под прямым углом, как показано на рисунке, расстояние между сгибами должно быть равно примерно 5 см. Места сгибов можно укрепить, подклеив ещё одну полоску картона.

Уравновесь этот «прибор» на краю пустого стакана, передвигая картонку то вперёд, то назад. Равновесие должно быть таким точным, чтобы металлическое перо, положенное на конец картонной полосы, заставляло подняться кружок.

Теперь осторожно лей воду в стакан, пока круг не ляжет на воду. Если ты будешь класть монеты на полоску картона, они теперь не так-то скоро перетянут наше коромысло. Картонный круг будет лежать на воде, удерживаемый чудесной силой. Чтобы преодолеть эту силу, придётся положить много монет.

Сила эта называется силой сцепления; в физических кабинетах учёные изучают её при помощи очень сложных приборов.

Яйцо в солёной воде

Возьми две одинаковые банки А и Б и третью банку В, вдвое большую. В банку А налей чистой воды. Если мы опустим в неё сырое яйцо, оно тотчас же пойдёт ко дну.

В банку Б налей крепкого раствора соли; тут яйцо будет плавать, его никак не потопишь, потому что плотность солёной воды гораздо больше, чем плотность пресной. Недаром в море легче плавать, чем в реке.

Налей теперь в банку В воды из обеих маленьких банок; если мы будем понемногу подливать в неё то пресной, то солёной воды, то скоро получим такой раствор, в котором яйцо не будет идти ко дну и не будет всплывать на поверхность; оно будет держаться, как подвешенное, посреди раствора: вес жидкости, вытесняемой погружённым в неё яйцом, как раз будет равен весу яйца. Подольём теперь немножко пресной воды – яйцо потонет. Подольём солёной – яйцо всплывёт.

Так несколько раз можно проделать этот опыт, удивляя всех присутствующих.

Пять этажей

Попробуем налить в стакан пять разных жидкостей так, чтобы они не смешались и стояли одна над другой, в пять этажей. Впрочем, нам удобнее будет взять не стакан, а узкий, расширяющийся кверху бокал.

1. Налей на дно бокала немного очень сладкого холодного кофе.

2. Сверни из бумаги фунтик и загни его конец под прямым углом; кончик его отрежь. Отверстие в фунтике должно быть величиной с булавочную головку. Налей в этот рожок чистой воды; тонкая струйка должна вытекать из него горизонтально, разбиваться о стенку бокала и понемногу стекать на кофе. Когда слой воды по высоте сравняется с высотой слоя кофе, прекрати лить воду.

3. Из второго рожка налей таким же образом в бокал красного вина.

4. Из третьего рожка налей слой масла.

5. Из четвёртого рожка налей слой денатурированного спирта.

Вот и получилось у нас пять этажей жидкостей в одном бокале. Все разного цвета и разной плотности. Самые тяжёлые – внизу, самые лёгкие – сверху.

Извержение Везувия

В широкий стеклянный сосуд, наполненный водой, поставь пузырёк денатурата, подкрашенного чернилами, или пузырёк спиртовой туши. В пробке пузырька должно быть небольшое отверстие. Вода имеет большую плотность, чем спирт, она постепенно будет входить в пузырёк, вытесняя оттуда тушь или окрашенный чернилами денатурат. Красная, синяя или чёрная жидкость тоненькой струйкой будет подниматься из пузырька кверху.

Ты можешь сделать из гипса, из глины или из песка гору, в которой будет спрятан пузырёк. Через маленькую дырочку из вершины этой горы будет подниматься цветная струйка. Если ты вдобавок будешь чуть-чуть покачивать большой сосуд, у тебя получится замечательное извержение вулкана: цветная жидкость будет клубиться над вершиной Везувия, будто дым и пепел под ударами ветра.

Удивительный подсвечник

Не правда ли, удивительный подсвечник – стакан воды? А этот подсвечник совсем не плох.

Утяжели конец свечи гвоздём. Рассчитай величину гвоздя так, чтобы свеча вся погрузилась в воду, только фитиль и самый краешек стеарина должны выступать над водой.

Зажги теперь фитиль – и можешь смело держать пари, что твоя свеча выгорит до конца.

– Позволь, – скажут тебе, – ведь через одну минуту свеча догорит до воды и погаснет!

– В том-то и дело, – ответишь ты, – что свеча с каждой минутой короче. А раз короче, значит, и легче. Раз легче, значит, она всплывёт.

И правда, свеча твоя будет понемножку всплывать, причём охлаждённый водой стеарин у края свечи будет таять медленнее, чем стеарин, окружающий фитиль.

Поэтому вокруг фитиля образуется довольно глубокая воронка; она показана у нас на рисунке справа. Эта пустота, в свою очередь, облегчает свечу, потому-то наша свеча и сгорит до конца.