Выписки из книги


Сколько энергии в стакане горячего чая?

При остывании стакана горячего чая (250 граммов воды) со 100 до 20 градусов Цельсия (от температуры кипения до комнатной) он теряет не менее 84 килоджоулей энергии (средняя удельная теплоемкость воды в этом диапазоне температур равна не менее 4,2 килоджоуля на килограмм-кельвин). Если полностью превратить эту энергию в электрическую, она сможет в течение часа посылать свет 25-ваттной лампочки. Если эту энергию полностью превратить в механическую работу, ее окажется достаточно, чтобы поднять груз в 8540 килограммов на высоту 1 метр (или в 854 килограмма на высоту 10 метров). Такую же работу совершает молотобоец, делая 400 ударов, или огромный 5-тонный паровой молот, падающий с высоты человеческого роста. Вот еще более поразительное сопоставление. Такая же энергия заключается в 38 пулях, вылетевших из ствола ручного пулемета Калашникова (7,62 мм РПК, масса пули 7,9 грамма, начальная скорость 745 метров в секунду), или в 277 пулях, вылетевших из ствола пистолета Макарова (ПМ, масса пули 6,1 грамма, начальная скорость 315 метров в секунду).

При какой температуре закипает вода на высочайшей вершине мира – Джомолунгме?

Температура кипения – фазового перехода из жидкого в газообразное состояние (и наоборот) – воды, как и любого другого вещества, возрастает с увеличением внешнего давления. При стандартном атмосферном давлении на уровне моря (101,3 килопаскаля) температура кипения воды составляет 100 градусов Цельсия. На высочайшей вершине мира – Джомолунгме, где стандартное атмосферное давление составляет 31,5 килопаскаля, температура кипения воды равна 69,7 градуса Цельсия. При давлении, равном давлению воды на глубине 1 километр (9807 кило-паскалей), вода закипает при температуре 309,5 градуса Цельсия.

При какой температуре замерзает вода?

Ответ на этот вопрос представляется очевидным – при 0 градусов Цельсия, – однако он не совсем корректен. Если подвергнуть медленному охлаждению очень чистую (лучше всего дистиллированную) воду, то она может оставаться жидкой и при температуре в несколько градусов ниже нуля. Однако, если в эту переохлажденную воду бросить маленький кусочек льда, щепотку снега или просто пыли, вода мгновенно замерзнет, прорастая по всему объему длинными кристаллами. Столь странное поведение воды объясняется особенностями процесса кристаллизации. Превращение жидкости в кристалл происходит в первую очередь на примесях и неоднородностях – частичках пыли, пузырьках воздуха, царапинах на стенках сосуда. Чистая вода центров кристаллизации практически лишена, поэтому она может переохлаждаться (и довольно сильно), оставаясь жидкой. Известен случай, когда содержимое хорошо охлажденной в морозильнике бутылки нарзана, открытой жарким летним днем, мгновенно превратилось в кусок льда. В лабораторных условиях температуру воды, правда, в очень малых объемах, удавалось довести до – 70 градусов Цельсия.

Почему лед плавает?

Лед плавает, потому что в отличие от большинства других веществ, кристаллизация которых сопровождается увеличением плотности, вода при замерзании скачкообразно расширяется (плотность ее скачкообразно падает). Причина этого явления, утверждают физики, состоит в особенностях структуры льда и воды. Молекулы воды, состоящие из одного атома кислорода и двух атомов водорода, имеют вид шариков с выпуклостями. В кристалле льда они располагаются так, что выпуклости (соответствующие атомам водорода) ориентируются строго по направлению двух соседних молекул. В результате возникает трехмерная кристаллическая решетка, состоящая из почти идеальных тетраэдров. Каждая молекула в его вершинах окружена четырьмя другими. У воды нет такой упорядоченной структуры, расположение ее молекул все время меняется. Но в любой момент каждую молекулу воды окружают 4–5 «соседок», так что среднее их число оказывается равным 4,4. Это означает, что молекулы воды в жидкости располагаются теснее, чем в кристалле, а потому вода плотнее льда.

Как изменяются свойства льда под воздействием сверхвысокого давления?

В первой половине ХХ века американский физик Перси Уильямс Бриджмен (1882–1961) провел ряд экспериментов, в которых подверг лед давлению в несколько тысяч атмосфер. В результате он получил целую серию новых видов льда, обладавших значительно большими, чем у обычного льда, плотностью и температурой таяния. Один из полученных образцов был более чем в 1,5 раза тяжелее воды, другой оставался твердым при температуре выше температуры кипения воды.

Куда исчезает лед из замерзшего на морозе влажного белья?

Вывешенное на мороз влажное белье через несколько минут замерзает и становится жестким как лист картона или фанеры. Однако через двое-трое суток оно уже совершенно свободно от льда – мягкое, эластичное и практически сухое. Лед перешел из твердой кристаллической фазы непосредственно в пар, минуя плавление. Такое «сухое» испарение называется сублимацией, или возгонкой. Сублимация льда возможна практически при любой отрицательной температуре, но при одном условии: влажность воздуха должна быть достаточно низкой. Сублимация происходит с поглощением теплоты, причем для некоторых веществ теплота сублимации весьма велика. Этим обусловлено применение сублимации для защиты боеголовок межконтинентальных ракет и возвращаемых на Землю космических аппаратов от аэродинамического нагрева в плотных слоях атмосферы.

Почему электричество называется электричеством?

Греческий философ Фалес из Милета примерно в 600 году до нашей эры заметил, что кусочки смолы, найденные на берегу Балтийского моря (которые мы называем янтарем, а древние греки называли электроном), если их потереть о кусочек меха или шерсти, обретают способность притягивать перышки, нитки или пушинки. Поэтому более тысячи лет спустя английский физик Уильям Гильберт (1544–1603) предложил назвать эту силу взаимного притяжения электричеством, впервые введя этот термин в науку. Гильберт также установил, что помимо янтаря подобным свойством обладают и другие материалы, например стекло.

В чем главная ошибка людей, оказавшихся в воде и не умеющих плавать?

Не умеющие плавать люди, упав в воду, часто делают роковую ошибку – поднимают руки из воды – и тем губят себя. Действие закона Архимеда приводит к тому, что всякая часть тела под водой легче, чем вне воды. Следовательно, держа руки над водой, утопающий увеличивает их вес, а значит, и вес всего своего тела, который и увлекает голову под воду. Берите пример с пловцов высокого класса. Они поднимают голову над водой только для вдоха, а выдох делают в воду, тем самым максимально увеличивая выталкивающую силу.

Что такое зыбучие пески и почему они опасны?

Известно немало случаев, когда люди становились жертвой так называемых зыбучих песков. В способности обычного на вид песка внезапно проглатывать находящиеся на его поверхности предметы легко увидеть что-то мистическое, однако это явление имеет довольно простое физическое объяснение. Дело в том, что свойства влажного песка очень существенно зависят от количества воды в нем. Слегка увлажненные песчинки легко слипаются, демонстрируя резкий рост сил сцепления, которые в сухом песке определяются только неровностями поверхности, а потому невелики. Слипаться их заставляют силы поверхностного натяжения пленок воды, окружающих каждую песчинку. Чтобы песчинки хорошо слипались, вода должна только лишь покрывать частицы и их группы тонкой пленкой, большая же часть пространства между ними должна оставаться заполненной воздухом. Если количество воды в песке увеличивать, то, как только все пространство между песчинками заполнится водой, силы поверхностного натяжения пропадут и получится смесь песка и воды, обладающая совершенно другими свойствами. Зыбучий песок – это самый обычный песок, под толщей которого на глубине нескольких метров имеется достаточно сильный источник воды. Чаще всего зыбучие пески встречаются в холмистой местности. Спускаясь с гор, потоки воды движутся по каналам внутри доломитовых и известняковых скал. Где-то ниже по течению вода может пробить камень и устремиться вверх мощным потоком. Если на поверхности находятся песчаные отложения, то поток воды, идущий снизу, превратит их в зыбучие пески. Часто солнце подсушивает верхний слой песка, образуя тонкую твердую корочку, на которой может даже расти трава. Внешне такое «песчаное болото» выглядит вполне надежно и не вызывает никаких подозрений, однако стоит на него ступить, как почва в буквальном смысле поплывет из-под ног. Хотя плотность зыбучего песка примерно в 1,6 раза больше плотности воды, плавать в зыбучем песке гораздо сложнее. Он очень вязок, поэтому любая попытка двигаться в нем встречает сильное противодействие. Медленно текущая песчаная масса не успевает заполнить возникающую за сдвинутым предметом полость, и в ней возникает разрежение, вакуум. Сила атмосферного давления стремится вернуть предмет на прежнее место – создается впечатление, что песок «засасывает» свою жертву. Кроме того, перемещаться в зыбучем песке можно только очень медленно и плавно, так как смесь воды и твердых частиц песка инерционна по отношению к быстрым перемещениям: в ответ на резкое движение она как бы затвердевает.

Чему равен КПД электрической батарейки?

Коэффициент полезного действия (КПД) электрической батарейки можно оценить по следующему факту: на изготовление батарейки затрачивается энергии в 2 тысячи раз больше, чем эта батарейка способна отдать в процессе своей работы.

Кто добывал больше нефти на рубеже XIX и ХХ веков – Америка или Россия?

В 1899 году в Российской империи (в Баку) было добыто более 520 миллионов пудов нефти, а в США – 249 миллионов пудов. Таким образом, на рубеже XIX и ХХ веков объем российской нефтедобычи превосходил американский более чем в 2 раза.

Как впервые обнаружена конечность скорости распространения света?

В 1672 году директор Парижской обсерватории Жан Доминик Кассини (1625–1712), исследуя спутники Юпитера, заметил определенные запаздывания в моментах вхождения одного из них – Ио – в конус тени планеты и выхода из нее, как если бы время обращения спутника вокруг Юпитера было больше, когда он находится дальше от Земли. Это явление никто не мог объяснить, пока его исследованием не занялся датский астроном Олаф Рёмер (1644–1710), который пришел к выводу, что наблюдаемую аномалию движения Ио следует приписать конечности скорости распространения света. В сентябре 1676 года Рёмер предсказал отставание, которое должно наблюдаться при предстоящем затмении Ио в ноябре. Убедившись в правильности прогноза, он представил свою теорию Парижской академии наук, где она встретила сильное сопротивление. Даже Кассини, который сам принимал участие в наблюдениях, снял с себя ответственность за выводы Рёмера. Окончательно подтвердил теорию Рёмера английский астроном Джеймс Бредли (1693–1762), когда он, пытаясь определить параллакс некоторых звезд, в 1725 году обнаружил, что в своей кульминации они кажутся отклоненными к югу. Наблюдения, продолжавшиеся до 1728 года, показали, что в течение года эти звезды как бы описывают эллипс. Бредли интерпретировал это явление как результат сложения скорости света, идущего от звезды, со скоростью орбитального движения Земли. Хотя земные измерения скорости света были проведены лишь в следующем столетии, после Бредли конечность скорости распространения света была единодушно принята как опытный факт.

Что больше: энергия, выделяемая при распаде одного ядра урана, или энергия, затрачиваемая комаром на один взмах крыла?

Энергия, выделяемая при распаде одного ядра урана, составляет величину порядка 10 триллионных джоуля, а затрачиваемая комаром на один взмах крыла – величину порядка 1 десятимиллионной джоуля. Таким образом, энергия одного взмаха комариного крыла равна энергии, выделяемой при распаде приблизительно 10 тысяч ядер урана!

Сколько термоядерной энергии можно получить из литра обыкновенной воды?

В литре обычной воды содержится примерно 0,03 грамма изотопа водорода – дейтерия. Выделив его из воды и использовав в качестве горючего для термоядерной реакции, можно получить столько же энергии, сколько дает сжигание 300 литров бензина. Запасов дейтерия на Земле хватит, чтобы обеспечивать человечество энергией на протяжении около миллиарда лет. Осталось только решить проблему управляемого термоядерного синтеза.

Что такое килограмм и чему равно его эталонное значение?

Килограмм – единица массы, одна из семи основных единиц Международной системы единиц (СИ). Килограмм равен массе международного прототипа, хранимого в Международном бюро мер и весов (в Севре, близ Парижа). При создании в XVIII веке метрической системы мер килограмм определили как массу 1 кубического дециметра воды при температуре ее наибольшей плотности (4 градуса по Цельсию), однако прототип килограмма в 1799 году выполнили в виде цилиндрической гири из платины. Масса прототипа килограмма оказалась приблизительно на 0,028 грамма больше массы 1 кубического дециметра воды. В 1889 году в качестве международного прототипа килограмма была утверждена гиря, изготовленная из платино-иридиевого сплава (90 процентов платины и 10 процентов иридия) и имеющая форму цилиндра диаметром и высотой 39 миллиметров.

Чему равна эталонная продолжительность секунды?

Секунда – единица времени, одна из семи основных единиц Международной системы единиц (СИ). В 1967 году на 13-й Генеральной конференции по мерам и весам принято следующее определение секунды: «Секунда – время, равное 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133». Определяемая таким образом секунда называется атомной.

Какой металл наиболее распространен в земной коре?

По распространенности в природе первое место среди металлов занимает алюминий (А1): в земной коре его на 60 процентов больше, чем железа. Однако широко использовать его стали лишь во второй половине ХХ века. Дело в том, что извлечь алюминий из руд очень трудно. В 1825 году датский ученый Ханс Кристиан Эрстед (1777–1851) сумел выделить небольшое количество алюминия, но с примесями. После него многие химики безуспешно пытались очистить алюминий, но лишь в 1854 году француз Анри Этьенн Сент-Клер Девиль (1818–1881) нашел способ выделить чистый металл. Алюминий настолько химически активен, что пришлось использовать металлический натрий (еще более активный элемент), чтобы «уберечь» алюминий от вступления в реакцию с другими веществами. Алюминий, похожий по цвету на серебро, на первых порах ценился очень дорого – наравне с драгоценными металлами. С 1855 по 1890 год было получено всего 200 тонн алюминия. В то время только император Наполеон III мог позволить себе столовые приборы из алюминия и даже заказал погремушку из нового металла для своего юного наследника. А в США – в знак огромного уважения к основателю государства Джорджу Вашингтону – защитили его монумент сверху алюминиевым листом. Современный способ получения алюминия электролизом криолито-глиноземного расплава разработан в 1886 году.

Какие слова были первыми переданными по телефону?

Считается, что первые в мире слова по телефону произнес в конце XIX века американский изобретатель Александр Грейам Белл (1847–1922), шотландец по происхождению. Якобы он случайно облил одежду кислотой и обратился за помощью к своему молодому помощнику: «Ватсон, зайдите, пожалуйста, ко мне!» На самом деле первым словом, переданным по телефону, было ругательство, произнесенное Ватсоном. Какое – история умалчивает. Дело было так. Белл в своей лаборатории ставил эксперименты по передаче электрических сигналов по проводам. У одного конца провода, протянутого через несколько комнат, возился с приемной аппаратурой Белл, у другого – налаживал источник сигналов Ватсон. У Ватсона что-то не получалось, и он тихонько чертыхнулся. Шеф никак не мог услышать это сквозь несколько комнат. Но сработала как резонатор одна из деталей приемного устройства – и Белл ясно услышал первое в мире телефонное сообщение! Он бросился в комнату к Ватсону с радостными криками «Повторите! Повторите!», обнял и расцеловал коллегу. Так свершилось великое открытие, которое во многом изменило нашу жизнь.