Оценить:
 Рейтинг: 0

Наука для всех

Год написания книги
2019
Теги
<< 1 2 3 4 >>
На страницу:
2 из 4
Настройки чтения
Размер шрифта
Высота строк
Поля
Вы знаете, что давлением можно сжать воздух; поэтому воздух возле земли очень сжат.

Чем дальше кверху, тем воздух будет менее сжат, потому что на нем будет лежать меньший слой воздуха. Чем больше сжимать воздух, тем сильнее становится его давление. Значит, возле земли давление воздуха больше, чем в вышине. Чем дальше кверху, тем давление воздуха слабее.

Как люди нашли силу давления воздуха?

Посмотрим теперь, как нашли люди силу давления воздуха. Определить ее, оказывается, гораздо легче, чем взвесить воздух. Вспомним, как мы переворачивали стакан с водой, покрытый куском картона. Вы теперь знаете, что покрышку стакана держало давление воздуха; это давление было больше веса воды. Предположим, что вместо стакана у нас будет длинная трубка диаметром 1 см, открытая только с одного конца. Трубку можно взять какой угодно длины. Чем длиннее она, тем длиннее столб воды, находящейся в трубке, тем сильнее, стало быть, вода должна давить на картонную покрышку, когда трубка перевернута. Если брать все более и более длинную трубку, то давление воды пересилит, наконец, давление воздуха, и картонка отпадет. Чтобы узнать силу давления этой воды на картонку, стоит только взвесить воду, которая находилась в трубке. Оказалось, что надо взять для этого трубку длиной почти в пять сажен (1 сажень = 2,13 м). Такая трубка была бы не ниже трехэтажного дома. Понятно, что с такой длинной трубкой очень трудно обращаться, но к счастью есть много других жидкостей, которые тяжелее воды. И вот вместо воды люди взяли очень тяжелую жидкость, ртуть, и устроили важный прибор для узнавания тяжести или давления воздуха. Так этот прибор и назвали барометром, что по-русски значит «измеритель тяжести».

Определение давления воздуха

Я уверен, что вы видели ртуть в градусниках. Это – красивая серебристая жидкость. Немцы называют ее жидким серебром. Она очень ядовита. С ней надо обращаться осторожно, и стоит она довольно дорого. Стакан ртути более чем в тринадцать раз тяжелее такого же стакана воды. Поэтому и трубку для измерения давления воздуха надо взять в тринадцать с лишком раз короче, то есть немногим длиннее аршина (1 аршин равен 0,71 м).

Как же устроен барометр? Взгляните на рисунок. Главная часть барометра состоит из стеклянной трубки, которая приделана к деревянной подставке. Эта трубка запаяна у верхнего своего конца, а нижний конец загнут тоже кверху и расширяется в чашечку. Длина трубки больше аршина.

Если такую трубку всю наполнить ртутью, а затем перевернуть запаянным концом кверху, то часть ртути из нее выльется, но не вся. Вы теперь знаете почему. Ртуть не выливается из такой трубки потому, что воздух давит на ртуть только с одного конца: с того, с которого трубка открыта. У другого, верхнего, конца трубка запаяна, и воздух здесь не может давить на ртуть. Значит, воздух толкает ртуть к запаянному концу трубки. Чем сильнее он давит, тем выше он может поднять ртуть; чем слабее, тем ниже. Чтобы можно было видеть, как ртуть в трубке то поднимается, то снова опускается, возле запаянного конца прибита линеечка с черточками; по черточкам можно замечать, как высоко стоит ртуть в трубке.

Барометр

Высота, на которой стоит ртуть, показывает давление воздуха на ртуть. Если с барометром подниматься кверху, на гору, то ртуть в нем будет опускаться, потому что здесь воздух меньше сжат верхними его слоями и поэтому меньше давит на ртуть. Таким способом можно узнать, на какую высоту мы поднялись.

Почему давление воздуха на Земле постоянно меняется?

Когда люди устроили барометр, они заметили, что давление воздуха даже на одном месте постоянно меняется; например, в сутки оно может два раза то увеличиваться, то уменьшаться. Значит, давление воздушного слоя над барометром не бывает всегда одинаково. Но оказалось, что в то время как в одних местах давление воздуха уменьшается, в других оно увеличивается и наоборот. При этом общее количество воздуха, окружающего Землю, остается тем же самым.

Если весь этот воздух собрать в шар, то он будет весить столько же, сколько весит шар ртути в 250 верст в окружности. Как велик будет такой шар воздуха, можно судить по тому, что ртуть в 13 с лишком раз тяжелее воды, а вода в 770 раз тяжелее воздуха. Если бы эту ртуть разлить по земле ровным слоем, то она всю землю покрыла бы слоем такой же толщины, как высота ртутного столба в барометре.

Но почему же давление воздуха в одном и том же месте не остается одинаковым, а постоянно меняется? Ведь толщина воздушного слоя над землей всегда одна и та же?

Воздух от нагревания расширяется

Чтобы понять это, навяжите на горлышко бутылки резиновый шар и нагревайте эту бутылку. Вы сейчас увидите, как резиновый шарик начнет раздуваться. Значит, давление воздуха внутри бутылки увеличилось, так как воздух расширяется, и, расширяясь, растягивает стенки шарика. Воздуха внутри бутылки не стало больше; он только расширился и поэтому занял больше места. Значит, если бутылку нагревать, не закупорив ее, то часть воздуха из нее выйдет. В ней останется воздуха меньше, чем было раньше. Понятно, что и вес оставшегося воздуха будет меньше.

Предположим теперь, что над одним и тем же барометром стоит то более теплый, то более холодный слой воздуха. Хотя толщина этих слоев будет одинакова, но тяжесть их различна; теплый слой легче, и давить на ртуть барометра он будет слабее.

Теперь вы видите, что и при одинаковой высоте воздушного столба над барометром давление его может быть различно. Помните только, что теплый воздух легче холодного, но если ему не давать расширяться, то он давит сильнее.

Как можно устроить воздушный градусник

Как воздух, так и твердые тела и жидкости при нагревании расширяются, а при остывании сжимаются. Этим-то люди и воспользовались для устройства градусника. Рассмотрите как-нибудь при случае комнатный градусник. В стеклянном шарике его налита ртуть. От шарика кверху идет тонкая стеклянная трубка. Когда в воздухе делается теплее, ртуть нагревается и поэтому расширяется. Расширяясь, она поднимается по трубке кверху. С боку трубки на доске градусника написаны цифры. Если градусник опустить в воду со льдом, ртуть остановится на цифре 0; если его опустить в кипящую воду, ртуть поднимется по трубке до цифры 100. Значит, лед тает при 0 °C, а вода кипит при 100.

Спиртовой термометр

Воздушный термометр

Вы сами можете устроить градусник, только не ртутный, а воздушный. Устройте его так, как изображено на рисунке. Для этого вам придется достать очень маленький стеклянный пузырек с тонкими стенками и длинную стеклянную трубку. Эту трубку можно согнуть, сильно разогрев ее (от нагревания стекло делается мягким). Согните ее в два колена, как показано на рисунке. Просуньте короткий конец согнутой трубки через отверстие в пробке пузырька, а длинный конец привяжите к дощечке с делениями. Прежде чем запереть пузырек пробкой с трубкой, впустите в нее каплю масла. Если вы будете осторожно дуть в тот или другой конец трубки, то можете заставить каплю остановиться как раз посередине длинного колена трубки. Теперь все готово!.. Закупорьте пузырек плотнее пробкой, в которую вставлен кончик трубки, и залейте эту пробку воском. Когда в комнате станет теплее, воздух в пузырьке расширится и погонит каплю масла кверху; если же станет холоднее, то воздух сожмется, и капелька масла опустится.

О том, как теплый воздух поднимается кверху

Итак, от теплоты воздух расширяется. Расширяясь, воздух делается легче и поднимается кверху. Свое тепло воздух получает от земли: нагретая солнцем земля нагревает и воздух. В жаркий летний день теплые воздушные струйки безостановочно тянутся кверху. Когда-нибудь в знойный день, после полудня, присядьте в поле на теплую землю и смотрите по земле вдаль. Вам покажется, что и деревья, и дома, и все предметы, стоящие на краю поля, дрожат и волнуются. Они как будто сделаны из какого-то легкого вещества, которое колеблет самый нежный ветерок. Конечно, вы не подумаете, что дома и деревья в самом деле стали дрожать; это только так кажется! Дрожат не предметы, а колеблются и волнуются идущие кверху струйки теплого воздуха.

Возьмите зажженную свечу, держите ее перед собой и смотрите одним глазом на стену над ее пламенем. Как только вы начнете слегка двигать свечой, заволнуется и стена, на которую вы смотрите. Она волнуется потому, что вы смотрите на нее через дрожащие струи теплого воздуха. Этот теплый воздух поднимается от пламени свечи кверху.

Почему теплый воздух, поднимаясь кверху, остывает

Представьте себе, что вы вдруг каким-нибудь чудом очутились внутри теплой струйки воздуха, поднимающейся в жаркий день с поля, и полетели, поплыли вместе с ней кверху. Сколько интересного повидали бы вы тогда! Сколько нового узнали бы во время своего чудесного путешествия! Вот поднялись вы выше больших деревьев, которые теперь кажутся вам сверху маленькими кустиками. Какую даль теперь охватывает ваш взор… Вон виднеется между деревьями ваше село, точно кучка маленьких игрушечных домиков, а за ним, далеко-далеко, вьется пыльная дорога. Как легко и хорошо дышится в этой вышине, в чистом теплом воздухе!

Но вот вы поднялись так высоко, что уже не можете разглядеть ни села, ни деревьев. Вы почувствовали, что вам стало холодно. Дышать стало труднее. Вы стараетесь вдыхать воздух полной грудью, а воздуха все равно не хватает. Куда же девалась та чудесная теплая воздушная струйка, с которой вы поднялись от земли? Струйка эта все еще вокруг вас, но только она уже не та, что была возле земли. Она расширилась, выросла, и воздух ее сделался редким. Расширяясь, струйка сделалась холоднее. Почему же произошло с ней такое превращение? Если вы немного подумаете, то наверное поймете, в чем тут дело.

Пока ваша струйка была внизу возле земли, на нее давил весь слой воздуха, лежащий над землей. Теперь же, когда струйка поднялась, она оставила внизу самый плотный воздух. На нее теперь давит только тот воздух, который лежит еще выше нее. Давление стало гораздо слабее, и струйка расширилась. Она сделалась больше, а воздух ее стал редким.

Почему же этот воздух стал холоднее? А потому что сама струйка расширилась. Вы, вероятно, знаете, что кожа, из которой сделан поршень велосипедного насоса, укреплена так, что при вдвигании воздух не проходит под поршень и сжимается под ним, если закрыть пальцем отверстие насоса, а при выдвигании поршень не мешает воздуху проходить через него.

Попробуйте закрыть пальцем отверстие насоса и быстрым движением поршня сжать воздух насколько сможете.

Подержите воздух недолго сжатым (столько времени, сколько надо, чтобы один раз вздохнуть) и выпустите его, убрав палец с отверстия насоса. Проделайте это сейчас же еще раз 5, и вы ясно почувствуете, что та часть трубки, где сжимался воздух, нагрелась. Значит, при сжимании воздух нагревается.

Если перевернуть кожу на конце поршня и закрыть пальцем отверстие насоса, то при вдвигании она будет пропускать воздух, а при выдвигании не пустит наружный воздух войти под поршень.

Если бы каким-нибудь образом воздух струйки снова опустился на землю, то он снова бы сделался таким же теплым, какой была ваша струйка сначала.

Что делается с водяным газом воздуха, когда он поднимается кверху?

Итак, теплый воздух, поднимаясь от земли кверху, расширяется, а расширяясь, охлаждается. Ученые обнаружили, что сухой воздух, поднимаясь на каждые 100 метров, охлаждается на один градус. 101 метр составляет высота Исаакиевского собора в Петербурге. Значит, если в воздухе возле фундамента Исаакиевского собора будет 15 градусов тепла, то когда воздух поднимется кверху и дойдет до креста собора, в нем будет на один градус меньше, то есть 14 градусов. Если он поднимется вдвое выше, в нем будет 13 градусов, если втрое – только 12.

Но это еще не все… Когда вы поднялись со струей воздуха кверху, вам не только стало холодно, но показалось еще и сыро. И в самом деле, пощупайте вашу одежду: она совсем отсырела. И в этом тоже нет ничего удивительного.

Что сделается с водой, оставшейся в белье после стирки, когда белье вешают на веревку для просушки? Вода испаряется, то есть незаметно для глаз превращается в невидимый водяной пар.

В воздухе всегда есть водяной газ, или, как принято говорить, водяной пар, особенно в такой теплый летний день. Воздух постоянно пьет воду и сырость с земли. Нагреваясь, он уносит ее с собой кверху. Так и та струя воздуха, с которой вы начали свое путешествие, наверное, унесла с собой с земли часть водяного пара. Раньше, однако, вы не замечали сырости, потому что воздух был теплым. В теплом воздухе может раствориться гораздо больше водяного пара, чем в холодном. Потому-то, когда влажный воздух из кухни проходит в холодные комнаты или в сени, то заключающаяся в нем влага оседает росой на всех холодных предметах и на стенах. В кухне было тепло, весь водяной газ оставался в воздухе. В холодном помещении часть водяного пара превратилась вновь в воду и осела в виде капелек на стенах. Дохните на холодный самовар, и он запотеет, дохните на горячий, и он останется блестящим. Зимой стекла в окне потеют, когда в комнату внесли самовар, который кипит. Подойдя к холодным предметам, воздух охлаждается и часть пара, заключающегося в нем, оседает на них росой.

Но как ни холодно, как ни сыро покажется вам вверху – потерпите немного. Посмотрите, что будет дальше…

В воздухе вокруг вас произошла еще перемена. Посмотрите вокруг себя! Где тот чистый, прозрачный воздух, который был раньше? Он весь наполнен легким туманом, точно потянуло откуда-нибудь дымом. Сырость воздуха приняла вид крошечных водяных шариков. Из них состоит этот туман. Откройте дверь из кухни во двор или в холодные комнаты, и вы увидите, как во влажном воздухе кухни, сразу охладившемся, появится такой же туман. Этот же туман образуется над отверстием в крышке кипящего самовара. Если вы будете с воздухом подниматься еще выше, то легкий туман делается гуще, снизу он показался бы облаком. Все облака сначала были невидимым водяным газом, который подымался от земли вместе с теплыми струйками воздуха.

Но посмотрите-ка теперь вниз! Куда девались знакомые вам поля и рощи?! Правда, вы едва различаете землю сквозь туман. Земля далеко от вас. Но все-таки вы можете разобрать, что местность эта вам совсем незнакома. Да! Вы совсем незаметно перелетели вместе с окружающим туманом куда-то далеко от знакомых мест. Смотрите внимательно вниз! Видите вы, как бегут мимо вас и холмы, и поля, и реки! Конечно, это бегут не они, а вы сами несетесь мимо них. Вы несетесь вместе с воздухом, но не замечаете его движения. Когда вы бежите против ветра, ветер кажется вам сильнее. Когда вы бежите по ветру, он кажется слабее. Если бы вы могли бежать так скоро, как движется ветер, то не заметили бы его вовсе.

Вы полетели теперь вместе с облаком. Пока вы были внизу, ветра не было. Как только вы поднялись, вас подхватил вольный ветер. Очень редко, когда в вышине нет ветра. Ветер там дует почти всегда. Куда-то теперь он понесет ваше облако? Узнать это нелегко, недаром ветер назвали вольным! «Вольный ветер по полю гуляет»… Но не все, что говорится, бывает правдой. Люди назвали ветер вольным еще тогда, когда они не знали, почему он дует и откуда приходит.

О ветре и об облаках

Долго люди старались узнать, откуда и почему дует ветер. Долго они следили за движением воздуха и за всеми переменами, происходящими в воздухе. Они замечали изо дня в день, из года в год в различных местностях, когда и сколько градусов тепла или холода было в воздухе, какое было при этом его давление, куда и как сильно дул ветер, как изменялись облака, сколько воды упало с дождем, градом и снегом, сколько водяных паров было в воздухе. Все это записывали, сравнивали, и вот – прошли долгие годы и даже очень много лет, и люди узнали наконец, что такое ветер, куда он дует, откуда приходит и что с собой приносит.

Так ветер уже перестал для людей быть вольным. Уже теперь часто можно предсказать наперед, откуда задует он, будет ли он силен или слаб, принесет ли с собой дождь или ясную погоду.

Да, ветер приносит нам погоду, но он приносит также и жизнь, потому что, если бы не было ветра, нельзя было бы жить на земле. Из жарких стран ветер приносит тепло, из холодных – холод, с моря он несет на сушу в облаках воду в виде дождя или снега. Если бы не было ветра, то в одних странах было бы слишком жарко, в других слишком холодно, а на суше не было бы совершенно воды. Вся бы вода по рекам ушла в море, и новой воды с моря с облаками не приходило бы. Вся суша превратилась бы в пустыню без растений и животных.

Вот, значит, как важен ветер для всего живущего на земле. Этот ветер, кроме того, еще украшает небо. Не было бы его, не было бы тех красивых облаков, благодаря которым вид неба постоянно меняется. Над сушей было бы постоянно синее небо без единого облачка. Над морем, в вышине, постоянно лежал бы сплошной и скучный угрюмый туман. Ветер на своем пути по небу несет водяные пары в виде облаков.

Как удивительно разнообразны эти клубы тумана! Порой они похожи на клубы дыма, которые громоздятся один на другой; порой они напоминают круглые хлопья ваты или стадо беленьких барашков, пасущихся по лазурному полю. Иногда они тянутся как громадные, полупрозрачные перья от одного края неба до другого. Часто в одно и то же время на небе бывают облака различного вида. Тогда можно видеть, что разные облака висят в несколько этажей друг над другом. Небо кажется от этого еще красивее. И можно заметить, как верхние облака двигаются не в ту сторону, что нижние. Одни облака быстро плывут, а другие кажутся неподвижными.

<< 1 2 3 4 >>
На страницу:
2 из 4