Файл: Перельман Я. И. - Занимательная физика. Книга 1 - 1983.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 20.10.2020
Просмотров: 1532
Скачиваний: 12
механизм
часов
движется
прежде
накопленной
энергией
падения
гирь
.
Нелегко
устроить
так
,
чтобы
гири
одновременно
поднимались
вверх
и
двигали
своим
падением
механизм
.
Однако
старинные
часовщики
были
достаточно
изобрета
-
тельны
,
чтобы
справиться
с
этой
задачей
.
Оказалось
даже
,
что
энергия
колеба
-
ний
атмосферного
давления
заметно
превышала
потребность
,
т
.
е
.
гири
подни
-
мались
быстрее
,
чем
опускались
;
понадобилось
поэтому
особое
приспособление
для
периодического
выключения
падающих
гирь
,
когда
они
достигали
высшей
точки
.
Легко
видеть
важное
принципиальное
отличие
этого
и
подобных
ему
«
даро
-
вых
»
двигателей
от
«
вечных
»
двигателей
.
В
даровых
двигателях
энергия
не
соз
-
дается
из
ничего
,
как
мечтали
устроить
изобретатели
вечного
двигателя
;
она
черпается
извне
,
в
нашем
случае
–
из
окружающей
атмосферы
,
где
она
накопля
-
ется
солнечными
лучами
.
Практически
даровые
двигатели
были
бы
столь
же
выгодны
,
как
и
настоящие
«
вечные
»
двигатели
,
если
бы
конструкция
их
была
не
слишком
дорога
по
сравнению
с
доставляемой
ими
энергией
(
как
в
большинстве
случаев
и
бывает
).
В
следующей
главе
мы
познакомимся
с
другими
типами
дарового
двигателя
и
покажем
на
примере
,
почему
промышленное
использование
подобных
меха
-
низмов
оказывается
,
как
правило
,
совершенно
невыгодным
.
74
75
Г Л А В А
Ш Е С Т А Я
Т Е П Л О В Ы Е
Я В Л Е Н И Я
Когда
Октябрьская
железная
дорога
длиннее
–
летом
или
зимой
?
На
вопрос
: «
Какой
длины
Октябрьская
железная
дорога
?» –
кто
-
то
ответил
:
–
Шестьсот
сорок
километров
в
среднем
;
летом
метров
на
триста
длиннее
,
чем
зимой
.
Неожиданный
ответ
этот
не
так
нелеп
,
как
может
показаться
.
Если
длиной
железной
дороги
называть
длину
сплошного
рельсового
пути
,
то
он
и
в
самом
деле
должен
быть
летом
длиннее
,
чем
зимой
.
Не
забудем
,
что
от
нагревания
рельсы
удлиняются
–
на
каждый
градус
Цельсия
более
чем
на
одну
100 000-
ю
своей
длины
.
В
знойные
летние
дни
температура
рельса
может
доходить
до
30-
40 °
С
и
выше
:
иногда
рельс
нагревается
солнцем
так
сильно
,
что
обжигает
руку
.
В
зимние
морозы
рельсы
охлаждаются
до
– 25 °
С
и
ниже
.
Если
остановиться
на
разнице
в
55 °
С
между
летней
и
зимней
температурой
,
то
,
умножив
общую
дли
-
ну
пути
640
км
на
0,00 001
и
на
55,
получим
около
1/3
км
!
Выходит
,
что
и
в
са
-
мом
деле
рельсовый
путь
между
Москвой
и
Ленинградом
летом
на
треть
кило
-
метра
,
т
.
е
.
примерно
метров
на
триста
,
длиннее
,
нежели
зимой
.
Изменяется
здесь
,
конечно
,
не
длина
дороги
,
а
только
сумма
длин
всех
рель
-
сов
.
Это
не
одно
и
то
же
,
потому
что
рельсы
железнодорожного
пути
не
примы
-
кают
друг
к
другу
вплотную
:
между
их
стыками
оставляются
небольшие
проме
-
жутки
–
запас
для
свободного
удлинения
рельсов
при
нагревании
*)
.
Наше
вы
-
числение
показывает
,
что
сумма
длин
всех
рельсов
увеличивается
за
счет
общей
длины
этих
пустых
промежутков
;
общее
удлинение
в
летние
знойные
дни
дости
-
гает
300
м
по
сравнению
с
общей
длиной
всех
рельсов
в
сильный
мороз
.
Итак
,
железная
часть
Октябрьской
дороги
действительно
летом
на
300
м
длиннее
,
не
-
жели
зимой
.
*)
Зазор
этот
,
при
длине
рельсов
8
м
,
должен
иметь
при
0 °
С
размер
6
мм
.
Для
полного
закрытия
та
-
кого
зазора
нужно
повышение
температуры
рельса
до
65 °
С
.
При
укладке
трамвайных
рельсов
нельзя
,
по
техническим
условиям
,
оставлять
зазоров
.
Это
обычно
не
вызывает
искривления
рельсов
,
так
как
вследствие
погружения
их
в
почву
температурные
колебания
не
так
велики
,
да
и
сам
способ
скрепления
рельсов
препятствует
боковому
их
искривлению
.
Однако
в
очень
сильный
зной
трамвайные
рельсы
все
же
искривляются
,
как
наглядно
показывает
рис
. 72,
исполненный
с
фотографии
.
То
же
случается
иногда
и
с
рельсами
железнодорожного
пути
.
Дело
в
том
,
что
на
уклонах
подвиж
-
ной
состав
поезда
при
движении
увлекает
рельсы
за
собой
(
иной
раз
даже
вместе
со
шпалами
),
в
итоге
на
таких
участках
пути
зазоры
нередко
исчезают
и
рельсы
прилегают
друг
к
другу
концами
вплотную
.
Безнаказанное
хищение
HH
На
линии
Ленинград
–
Москва
каждую
зиму
пропадает
совершенно
бес
-
следно
несколько
сотен
метров
дорогой
телефонной
и
телеграфной
проволоки
,
и
никто
этим
не
обеспокоен
,
хотя
виновник
исчезновения
хорошо
известен
.
Ко
-
нечно
,
и
вы
знаете
его
:
похититель
этот
–
мороз
.
То
,
что
мы
говорили
о
рельсах
,
вполне
применимо
и
к
проводам
,
с
той
лишь
разницей
,
что
медная
телефонная
проволока
удлиняется
при
нагревании
в
1,5
раза
больше
,
чем
сталь
.
Но
здесь
уже
нет
никаких
пустых
промежутков
,
и
потому
мы
без
всяких
оговорок
можем
ут
-
верждать
,
что
телефонная
линия
Ленинград
–
Москва
зимой
метров
на
500
коро
-
че
,
нежели
летом
.
Мороз
безнаказанно
каждую
зиму
похищает
чуть
не
полки
-
лометра
проволоки
,
не
внося
,
впрочем
,
никакого
расстройства
в
работу
телефона
или
телеграфа
и
аккуратно
возвращая
похищенное
при
наступлении
теплого
времени
.
Рис
. 72.
Изгибание
трамвайных
рельсов
вследствие
сильного
нагревания
.
Но
когда
такое
сжатие
от
холода
происходит
не
с
проводами
,
а
с
мостами
,
последствия
бывают
подчас
весьма
ощутимы
.
Вот
что
сообщали
в
декабре
1927
г
.
газеты
о
подобном
случае
:
«
Необычайные
для
Франции
морозы
,
стоящие
в
течение
нескольких
дней
,
послужили
причиной
серьезного
повреждения
моста
через
Сену
,
в
самом
центре
Парижа
.
Железный
остов
моста
от
мороза
сжался
,
отчего
вздулись
и
затем
рассыпались
кубики
на
покрываю
-
щей
его
мостовой
.
Проезд
по
мосту
временно
закрыт
».
Высота
Эйфелевой
башни
Если
теперь
вас
спросят
,
какова
высота
Эйфелевой
башни
,
то
,
прежде
чем
ответить
: «300
метров
»,
вы
,
вероятно
,
осведомитесь
:
–
В
какую
погоду
–
холодную
или
теплую
?
76
77
Ведь
высота
столь
огромного
стального
сооружения
не
может
быть
одинако
-
ва
при
всякой
температуре
.
Мы
знаем
,
что
стальной
стержень
длиной
300
м
уд
-
линяется
на
3
мм
при
нагревании
его
на
1 °
С
.
Приблизительно
на
столько
же
должна
возрастать
и
высота
Эйфелевой
башни
при
повышении
температуры
на
1 °
С
.
В
теплую
солнечную
погоду
стальной
материал
башни
может
нагреться
в
Париже
до
+40 °
С
,
между
тем
как
в
холодный
,
дождливый
день
температура
его
падает
до
+10 °
С
,
а
зимой
до
0 °
С
и
даже
до
—10 °
С
(
большие
морозы
в
Париже
редки
).
Как
видим
,
колебания
температуры
доходят
до
40 °
С
и
более
.
Значит
,
вы
-
сота
Эйфелевой
башни
может
колебаться
на
3
х
40 = 120
мм
,
или
на
12
см
.
Прямые
измерения
обнаружили
даже
,
что
Эйфелева
башня
еще
чувствитель
-
нее
к
колебаниям
температуры
,
нежели
воздух
:
она
нагревается
и
охлаждается
быстрее
и
Раньше
реагирует
на
внезапное
появление
солнца
в
облачный
день
.
Изменения
высоты
Эйфелевой
башни
были
обнаружены
с
помощью
проволоки
из
особой
никелевой
стали
.
обладающей
способностью
почти
не
изменять
своей
длины
при
колебаниях
температуры
.
Замечательный
сплав
этот
носит
название
«
инвар
» (
от
латинского
«
неизменный
»).
Итак
,
в
жаркий
день
вершина
Эйфелевой
башни
поднимается
выше
,
чем
в
холодный
,
на
отрезок
,
примерно
равный
длине
этой
строки
,
и
это
увеличение
длины
стального
гиганта
не
стоит
ни
одного
лишнего
сантима
.
От
чайного
стакана
к
водомерной
трубке
Раньше
чем
разлить
чай
по
стаканам
,
опытная
хозяйка
,
заботясь
об
их
цело
-
сти
,
не
забывает
положить
в
них
ложки
,
особенно
если
они
серебряные
.
Житей
-
ский
опыт
выработал
вполне
правильный
прием
.
На
чем
он
основан
?
Уясним
себе
прежде
,
почему
вообще
стаканы
трескаются
от
горячей
воды
.
Причина
–
неравномерное
расширение
стекла
.
Горячая
вода
,
налитая
в
ста
-
кан
,
прогревает
его
стенки
не
сразу
:
сначала
нагревается
внутренний
слой
сте
-
нок
,
в
то
время
как
наружный
не
успевает
еще
нагреться
.
Нагретый
внутренний
слой
тотчас
же
расширяется
,
наружный
же
остается
пока
неизменным
и
испыты
-
вает
,
следовательно
,
сильный
напор
изнутри
.
Происходит
разрыв
–
стекло
ло
-
пается
.
Не
думайте
,
что
вы
избавитесь
от
таких
«
сюрпризов
»,
если
обзаведетесь
тол
-
стыми
стаканами
.
Толстые
стаканы
–
как
раз
самые
непрочные
в
этом
отноше
-
нии
:
они
лопаются
чаще
,
нежели
тонкие
.
Это
и
понятно
:
тонкая
стенка
про
-
гревается
быстрее
,
в
ней
быстрее
устанавливаются
равномерная
температура
и
одинаковое
расширение
, –
не
так
,
как
в
толстом
,
медленно
прогревающемся
слое
стекла
.
Об
одном
только
не
надо
забывать
,
выбирая
тонкую
стеклянную
посуду
:
тонкими
должны
быть
не
только
боковые
стенки
,
но
и
дно
стакана
.
При
налива
-
нии
горячей
воды
нагревается
главным
образом
дно
;
если
оно
толсто
,
стакан
растрескается
,
как
бы
тонки
ни
были
его
стенки
.
Легко
лопаются
также
стаканы
и
фарфоровые
чашки
с
толстым
кольцеобразным
выступом
внизу
.
Чем
стеклянный
сосуд
тоньше
,
тем
увереннее
можно
подвергать
его
нагре
-
ванию
.
Химики
пользуются
очень
тонкими
сосудами
и
кипятят
в
них
воду
прямо
на
горелке
,
не
тревожась
за
целость
сосуда
.
Конечно
,
идеальной
посудой
была
бы
такая
,
которая
вовсе
не
расширялась
бы
при
нагревании
.
Чрезвычайно
мало
расширяется
кварц
:
в
15-20
раз
меньше
,
78
чем
стекло
.
Толстый
сосуд
из
прозрачного
кварца
может
быть
как
угодно
нагрет
–
он
не
лопнет
.
Можно
смело
опустить
кварцевый
сосуд
,
нагретый
до
красного
каления
,
в
ледяную
воду
,
не
опасаясь
за
его
целость
*)
.
Стаканы
лопаются
не
только
при
быстром
нагревании
,
но
и
при
резком
ох
-
лаждении
.
Причина
–
неравномерное
сжатие
:
наружный
слой
,
охлаждаясь
,
стя
-
гивается
и
сильно
сдавливает
внутренний
слой
,
еще
не
успевший
охладиться
и
сжаться
.
Поэтому
не
следует
,
например
,
банку
с
горячим
вареньем
выставлять
на
резкий
холод
,
погружать
в
холодную
воду
и
т
.
п
.
Вернемся
,
однако
,
к
чайной
ложечке
в
стакане
.
На
чем
основано
ее
предо
-
храняющее
действие
?
Резкое
различие
в
нагревании
внутреннего
и
наружного
слоя
стенок
бывает
лишь
тогда
,
когда
в
стакан
сразу
наливается
очень
горячая
вода
;
вода
теплая
не
вызывает
резкой
разницы
в
нагревании
,
следовательно
,
и
в
натяжении
различных
частей
стекла
.
От
теплой
воды
посуда
не
лопается
.
Что
же
происходит
,
если
в
стакан
положена
ложка
?
Попав
на
дно
,
горячая
жидкость
,
прежде
чем
нагреть
стекло
(
которое
плохо
проводит
тепло
),
успевает
отдать
часть
своей
теплоты
хорошему
проводнику
–
металлу
;
температура
жидкости
понижается
;
из
горячей
она
делается
теплой
и
потому
почти
безвредной
.
Дальнейшее
же
подливание
горячего
чая
не
столь
уже
опасно
для
стакана
,
так
как
он
успел
немного
про
-
греться
.
Словом
,
металлическая
ложка
в
стакане
(
особенно
если
она
массивна
)
сгла
-
живает
неравномерность
нагревания
стакана
и
тем
предотвращает
растрескива
-
ние
стекла
.
Но
почему
лучше
,
если
ложка
серебряная
?
Потому
что
серебро
–
хороший
проводник
тепла
;
серебряная
ложка
быстрее
отнимает
теплоту
от
воды
,
нежели
медная
.
Вспомните
,
как
серебряная
ложка
в
стакане
с
горячим
чаем
обжигает
руку
!
По
этому
признаку
вы
даже
можете
безошибочно
определять
материал
ложки
:
медная
ложка
пальцев
не
обжигает
.
Неравномерное
расширение
стеклянных
стенок
ставит
под
угрозу
целость
не
только
чайных
стаканов
,
но
и
ответственных
частей
парового
котла
–
его
водо
-
мерных
трубок
,
по
которым
определяется
высота
воды
в
котле
.
Внутренние
слои
этих
стеклянных
трубок
,
нагреваемые
горячим
паром
и
водой
,
расширяются
больше
наружных
.
К
натяжению
,
порождаемому
этой
причиной
,
прибавляется
еще
сильное
давление
пара
и
воды
в
трубке
,
отчего
она
может
лопнуть
.
Чтобы
предотвратить
это
,
изготовляют
иногда
водомерные
трубки
из
двух
слоев
стекла
разных
сортов
:
внутренний
слой
имеет
меньший
коэффициент
расширения
,
не
-
жели
наружный
.
Легенда
о
сапоге
в
бане
«
Отчего
зимой
день
короткий
и
ночь
длинная
,
а
летом
–
наоборот
?
День
зимой
отто
-
го
короткий
,
что
,
подобно
всем
прочим
предметам
,
видимым
и
невидимым
,
от
холода
сжимается
...,
а
ночь
от
возжения
светильников
и
фонарей
расширяется
,
ибо
согревается
».
Курьезное
рассуждение
«
войска
Донского
отставного
урядника
»
из
рассказа
Чехова
вызывает
у
вас
улыбку
своей
явной
несообразностью
.
Однако
люди
,
ко
-
торые
смеются
над
подобными
«
учеными
»
рассуждениями
,
нередко
сами
созда
-
ют
теории
,
пожалуй
,
столь
же
несообразные
.
Кому
не
приходилось
слышать
или
*)
Кварцевая
посуда
удобна
для
лабораторного
употребления
еще
тем
,
что
она
очень
тугоплавка
:
кварц
плавится
только
при
1700 °
С
.