Все обо всем. Том 1

Мы все испытали на себе, что огонь и горячие предметы вызывают болезненное ощущение. Ребенок этого не знает – и получает ожог. Мы получаем урок на собственном опыте.

В горячем утюге атомы вибрируют с огромной частотой – возможно, до миллиона колебаний в секунду! Если дотронуться до утюга кончиком пальца, мы почувствуем боль, так как быстро движущиеся частицы заставят молекулы нашей кожи также двигаться резко и быстро. Это быстрое движение вы почувствуете в виде боли – вот почему горячие предметы обжигают.

Можно себе представить, с какой скоростью должны двигаться молекулы, чтобы кожа получила такое ощущение. Приведем такое сравнение для примера. При температуре таяния льда, а это совсем не жарко, молекулы водорода движутся со скоростью более 1700 м/сек!

Что такое трение?

Трение – это сопротивление, оказываемое при движении одного объекта по поверхности другого. Это могут быть два любых предмета.

Многие виды работ, которые мы выполняем в жизни, были бы невозможны без трения. Без трения машинные ремни соскочили бы, не смогли бы удержаться гвозди и шурупы, мы не смогли бы двигаться по тротуарам, колеса вращались бы, не продвигаясь вперед! Вместе с тем во многих случаях, особенно в технике, мы стремимся максимально уменьшить трение.

Трение между твердыми телами вызвано в основном неровностями их поверхности. Чем ровнее эти поверхности, тем меньше трение. Интересно, что трение между однородными материалами больше, чем между разнородными. Когда мы смазываем поверхности (например, подшипники в двигателе), мы уменьшаем трение, заменяя трением жидкостей трение твердых поверхностей.

Трение между твердыми телами бывает двух типов. Это качение и скольжение. При качении трение меньше, чем при скольжении. Вот почему колесо является величайшим открытием человека. Это позволило заменить скольжение на качение и уменьшить трение во много раз, особенно при перемещении грузов.

Рассмотрим следующий пример. Возьмем и разместим на неровной поверхности большой камень. Потребуется десяток человек, чтобы передвинуть его. Если мы положим под такой камень катки, человек шесть смогут перевезти его. Разместив камень в тележку на двух колесах, нам потребуется только четыре человека. Здесь будет скольжение осей тележки и качение по неровной поверхности. Смажем оси тележки и сделаем гладкой поверхность – при этом потребуется всего два человека.

Если мы будем использовать подшипники в колесах, всего один человек спокойно перевезет этот самый камень!

Воздух и вода также создают трение. Мы придаем обтекаемую форму самолетам, чтобы уменьшить сопротивление воздуха. Корабли также имеют определенную форму, чтобы уменьшить сопротивление воды.

Как объекты передвигаются в космосе?

Гравитация – вот та сила, которая притягивает во Вселенной один объект к другому. Это та сила, которая заставляет космические объекты двигаться в сторону Земли.

Только во времена Галилео Галилея (1564—1642) были предприняты попытки определить величину гравитации. До этого времени считалось, что скорость, с которой падающий предмет ударяется о поверхность Земли, зависит только от веса этого объекта.

Галилей бросал различные по весу предметы с падающей башни в итальянском городе Пиза с целью изучения воздействия на них «силы» гравитации. Он доказал, что тяжелый и легкий предметы, брошенные вниз вместе, достигают поверхности Земли одновременно.

Он заставлял скатываться по склону шар, измеряя в определенные отрезки времени его положение. Галилей открыл, что увеличение скорости шара пропорционально его времени движения. Это значит, что к концу второй секунды он двигался в два раза быстрее, чем в конце первой, в конце третьей – в три раза быстрее, и так далее.

Он также вычислил, что пройденное шаром расстояние пропорционально квадрату времени его движения (квадрат числа получается при умножении этого числа на эту же величину), то есть к концу второй секунды шар проходил расстояние в четыре раза большее, чем в конце первой секунды, в конце третьей – в девять раз большее, и так далее.

Исаак Ньютон продолжил открытия в области гравитации. Он предположил, что сила, притягивающая предмет к Земле, уменьшается с увеличением расстояния между Землей и предметом. В результате опытов и наблюдений Ньютон вывел закон всемирного тяготения. Основное положение закона заключается в том, что если масса (количество вещества) одного из притягивающихся предметов удваивается, сила тяготения также удваивается, но если расстояние между предметами увеличивается в два раза, сила притяжения составит одну четвертую от первоначальной величины.

Альберт Эйнштейн попытался ответить на вопрос: «Что такое гравитация?», доказывая, что пространство-время имеет четыре измерения. Это очень сложная теория, требующая для своего понимания глубоких научных знаний. По его последней теории гравитационное поле связано электрическим, магнитным и электромагнитным полями. Однако следует отметить, что до настоящего времени никто еще не предложил определение гравитации, которое удовлетворило бы всех.

Тем не менее нам известно, что увеличение скорости, вызываемое гравитацией, составляет 10 м в каждую последующую секунду. Это значит, что скорость падающего предмета каждую секунду возрастает на 10 м/сек. В конце первой секунды скорость падения составляет 10 м/сек, в конце второй – 20 м/сек, и так далее. Если в конце первой секунды падающий объект пролетит 5 м, то в конце второй – 20 м, в конце третьей – 45 м.

Что такое теория относительности Эйнштейна?

Когда была опубликована эта теория, считалось, что во всем мире ее смогут понять не больше десятка ученых! Вот почему мы и не будем стараться представить ее технические особенности. Однако будет полезно понять, чем занимался Эйнштейн, какие исследовал проблемы.

Мы знаем, что любое движение «относительно». Это означает, что его можно измерить по отношению к чему-то. Например, мы находимся в вагоне поезда и смотрим в окно. Наблюдая за мелькающими за окном предметами, мы знаем, что поезд движется. Но по отношению к пассажиру, сидящему напротив вас, вы остаетесь на месте!

Поэтому наличие движения можно определить по отношению к чему-то неподвижному. Это первая часть теории Эйнштейна. Мы можем сформулировать его следующим образом: движение тела с постоянной скоростью в космическом пространстве невозможно зафиксировать безотносительно к другим объектам.

Вторым основным положением теории Эйнштейна является то, что единственно неизменным во Вселенной является скорость света. Нам известна его скорость – около 300 000 км/сек. Но нам трудно даже представить, что это неизменная величина. И вот почему: если автомобиль движется со скоростью 100 км/час, это означает, что его скорость по отношению к неподвижно стоящему наблюдателю, составляет 100 км/час. Если первый автомобиль обгоняет второй, движущийся со скоростью 60 км/час, это значит, что скорость первого на 40 км/час выше, чем второго. А если второй автомобиль едет навстречу, их суммарная скорость в точке встречи составит 160 км/час.

Итак, согласно теории Эйнштейна, если измерять скорость движения луча света таким же образом (например, мы движемся в одном направлении, а луч света – в противоположном), его скорость останется неизменной – порядка 300 тыс. км/сек. Это дает только общее представление о теории относительности Эйнштейна. Кроме этого, он исследовал вопросы, связанные с массой и энергией, способами перехода одного состояния в другое.

Что такое кислород?

Часто нам приходится читать о чем-нибудь, без чего «человек не может жить». Но уж без чего действительно не может жить человек, так это без кислорода. Без кислорода человек может выдержать всего несколько минут.

Кислород – это химический элемент, самый распространенный во Вселенной. Почти половину земной коры составляет кислород, а в воздухе его более одной пятой всего объема. Попадая в легкие, он с помощью красных кровяных телец достигает всех клеток организма. В организме он сжигает пищу, вырабатывая тепло, необходимое для деятельности человека.

Кислород очень хорошо соединяется с другими элементами. Такая реакция называется «окислением». При быстром окислении происходит горение. Почти при любом окислении выделяется тепло. При горении тепло выделяется очень быстро, резко повышается температура, и появляется пламя.

Итак, с одной стороны, мы имеем дело с горением – быстрым окислением, в результате которого появляется огонь, а с другой – с окислением, которое перерабатывает пищу в организме человека и поддерживает процесс жизнеобеспечения. Мы встречаем медленное окисление повсюду. Ржавеет металл, высыхает краска, алкоголь превращается в уксус – все это окисление.

Воздух, которым мы дышим, – смесь азота и кислорода. Поэтому чистый кислород можно получить из воздуха. Воздух охлаждают до очень низких температур, при которых он становится жидким. Это температура ниже минус 180° С. Когда температура жидкого воздуха начинает немного повышаться, воздух начинает кипеть. Вначале испаряется азот, а кислород остается. Было спасено много жизней больных со слабыми легкими, когда им давали для дыхания чистый кислород.

Что такое вода?

Когда ученые пытаются найти жизнь на других планетах, они часто задают вопрос: «А есть ли там вода?» Как мы знаем, без воды жизнь существовать не может.

Вода – это жидкость без вкуса, запаха, цвета, которая входит в состав всех живых существ. Она имеется в почве и в воздухе.

Живые организмы потребляют только ту пищу, которая растворена в воде. Живые ткани в основном состоят из воды. Что входит в состав воды? Это простое соединение двух газов: очень легкого газа водорода и более тяжелого, активного газа кислорода.

При сгорании водорода в кислороде образуется вода. Но по своим характеристикам вода не похожа на составляющие ее элементы. Она обладает своими свойствами.

Вода имеет, как и многие другие вещества, три основных состояния: жидкое (ее обычное), твердое, называемое «лед», и газообразное, или «водяные пары». Состояние воды зависит от ее температуры.

При 0° С вода из жидкого переходит в твердое состояние, или замерзает. При температуре 100° С вода из жидкого переходит в газообразное состояние. Такой переход из видимого в невидимое состояние называется «испарение».

Если принести в теплую комнату кусок льда, он начинает таять. Если в комнате достаточно тепло, лужица воды, оставшаяся ото льда, вскоре исчезнет. Жидкость превратилась в пары воды. При охлаждении вода увеличивается в объеме.

Вода в природе никогда не бывает чистой в прямом смысле этого понятия. Она содержит растворенные минеральные соли, газы, частицы микроорганизмов.

Как образовалась почва?

Если бы поверхность нашей Земли не была бы покрыта почвой, человек не смог бы на ней существовать. Без почвы не было бы растительности, и человек и другие животные не смогли бы добыть себе пищу.

Почва – это легкий, порошкообразный покров, в котором произрастает растительность. В ее состав входят мелкие камни, остатки растительности и животных организмов. Мелкие камни в свое время были большими скалами, остатки растений и животных принадлежали живым растениям и живым существам.

Самые твердые скалы со временем разрушаются. Постоянно происходит процесс «выветривания» – разрушения скальных пород. Ледники приносят массы горных пород, разрушая скалы и горы.

В сочетании с химическими элементами вода растворяет и вымывает некоторые виды горных пород. Смена температур способствует разрушению гор. От нагревания и охлаждения на поверхности скал образуются трещины. Туда попадает вода, которая при замерзании еще больше разрушает горы. Даже корни растений разрушают скалы. В трещины в горных породах попадают семена деревьев, они дают побеги и своими корнями также содействуют разрушению горных пород. Довершает разрушительную работу ветер, который приносит песок.

Но это только начало образования почвы. Для образования настоящей почвы в песок или в мельчайшие частички скальных пород необходимо добавить «гумус». Гумус – это органическая масса, получаемая из растений и остатков животных.

В результате деятельности бактерий остатки почти всех растений и животных превращаются в почву. Бактерии разлагают их и повышают плодородие почвы. Земляные черви и другие насекомые также обогащают почву. Самым плодородным является верхний слой почвы, называемый «пахотный слой». В нем больше всего гумуса. Следующий за ним слой – подпочва, которая в основном состоит из остатков скальных пород. Еще ниже расположена коренная подстилающая порода.

Почему песок разный?

Под воздействием ветра, дождя, мороза горы разрушаются, превращаясь в маленькие камешки и частички; вот такие частички размером от 0, 05 мм до 2, 5 мм в диаметре и называются «песком».