Все обо всем. Том 4 - Ликум Аркадий - Страница 56

Одни предметы кажутся на ощупь горячими, другие — холодными. Иногда воздух кажется нам раскаленным, иногда — прохладным. Почему это так? Согласно современной теории, тепло получается в результате движения молекул и атомов. Например, молекулы, из которых состоит воздух, способны свободно двигаться, натыкаясь друг на друга и на различные предметы на своем пути. Так вот, эти молекулы могут двигаться быстрее или медленнее. Если они двигаются быстро, мы говорим, что температура воздуха высокая и что воздух горячий. Если они двигаются медленно (как бывает в холодный день), мы ощущаем, что воздух холодный. Что касается жидких и твердых веществ, то атомы и молекулы в них хотя и не могут передвигаться свободно, но все же способны ускорять свое движение.

Например, в горячем железном кубике атомы совершают около миллиона движений в секунду, то есть движутся чрезвычайно быстро. Если вы притронетесь кончиком пальца к этому кубику, вы почувствуете боль, потому что молекулам вашей кожи при внезапном и резком соприкосновении с быстро движущимися частицами железа передалось это движение. Действительно ли молекулы движутся? Многочисленные эксперименты полностью подтверждают это.

Действительно, под микроскопом можно увидеть, как крохотные частички материи в капле воды постоянно вздрагивают под ударами миллионов невидимых движущихся молекул. Средняя скорость движения молекулы кислорода при температуре таяния льда равняется примерно четыремстам двадцати метрам в секунду, а молекулы водорода — в четыре раза быстрее. В пятнадцати кубических сантиметрах воздуха каждую секунду происходят тысячи миллиардов столкновений между молекулами! Тепло и температура — это не одно и то же. Тепловая энергия, которую содержит в себе тело, зависит от энергии движения его молекул и атомов. Количество тепла измеряется в калориях.

Калория равняется количеству тепла, которое требуется для того, чтобы подогреть один грамм воды на один градус по Цельсию. А температура тела показывает, до какой степени, или «градуса», эта тепловая энергия его подогрела. Самая низкая возможная температура — 273 градуса ниже нуля по Цельсию. Ученые считают, что при такой температуре молекулы перестают двигаться, то есть находятся в состоянии покоя.

Ответом на этот вопрос является само определение огня. Огонь сопровождает горение — быстро протекающую реакцию, при которой выделяется тепло и свет. Существует несколько видов химических реакций, которые могут иметь результатом явление, которое мы называем огнем. Самая обычная из них — реакция между кислородом и топливом. Если в результате ее выделяется тепло и свет, мы получаем огонь. Чтобы развести огонь, необходимы три вещи.

Первое — это горючее, второе — кислород. Горючее быстро начинает соединяться с кислородом. Когда в костре горят дрова или в плите горит газ, происходит энергичное взаимодействие между топливом и содержащимся в воздухе кислородом. Третья вещь, необходимая нам для разведения огня, — это тепло. Бумага или дерево не могут загореться просто от одного воздействия на них воздуха. Обычно для этого нужна зажженная спичка. Когда бумага нагревается достаточно сильно, кислород начинает активно вступать с ней в реакцию, — и бумагу охватывает пламя.

Каждый вид топлива может загореться лишь при определенной температуре. Она называется температурой его возгорания. Представьте себе деревянную палочку, нагреваемую до температуры возгорания при помощи горящей спички. Она охватывается пламенем не вся. Причина этого состоит в том, что кислород не соприкасается с палочкой в целом, а только с верхним ее слоем, превращающимся под действием жара в газообразное вещество. Поскольку нагрев продолжается, частички газа и кислород в воздухе двигаются очень быстро. В этих условиях газовые и кислородные частицы соединяются очень легко и быстро. Выделяется тепло и свет: мы получили огонь.

При некоторых видах горения никакого света не выделяется. Если топливо реагирует с кислородом медленно, выделяется одно лишь тепло. Это происходит, например, когда ржавчина съедает железо. Ржавление — это всего лишь очень медленная форма горения, настолько медленная, что вы даже не можете почувствовать тепла, выделяемого при этом. Огонь — это быстрое горение, или воспламенение, а при воспламенении выделяется и тепло, и свет.

Мы настолько привыкли к тому, что термометры состоят из тоненькой трубки, заполненной ртутью, что редко задумываемся о том, зачем нужна эта ртуть в этой трубке, то есть как этот прибор работает. Термометр, или градусник, — это просто прибор для измерения количества тепла. Его принцип работы втом, что тепло способно влиять на различные вещества, изменяя их. Мы наблюдаем за изменениями, происходящими с веществом, и считаем, что они произошли под воздействием определенного количества тепла. Ртуть используется в градусниках по той простой причине, что она очень быстро реагирует на повышение температуры. Расширение этого материала происходит равномерно, и это очень хорошо заметно.

В современных ртутных градусниках тепло заставляет ртуть расширяться, верхняя отметка ее начинается двигаться вверх по узкой стеклянной трубке, а шкала на термометре показывает нам, насколько высоко она поднялась. Спирт, например, тоже может быть использован в градусниках. Но использование его ведет к определенным проблемам. Он легко закипает, и поэтому от спирта мало проку при измерении высоких температур. Но зато он очень удобен для измерения чрезвычайно низких температур. Есть и другие типы термометров, которые обходятся вовсе без жидкостей. Вместо них используются, например, два металла. Железную и латунную пластинки соединяют, скрутив в пружину. Один конец этой пружины зафиксирован, а другой снабжен стрелкой-указателем и может свободно двигаться. Эти металлы расширяются и сжимаются по-разному.

При изменении температуры пружина закручивается и раскручивается, и эти движения перемещают указатель по круглой градуированной шкале. Прикрепив пишущее устройство к указателю и снабдив градусник вращающейся бумажной лентой, мы получим термометр, который будет записывать сведения об изменениях в температуре сколь угодно длительный период времени.

Падающее тело — это ничем не поддерживаемое тело, притягиваемое к поверхности Земли силой гравитации. Гравитация — это сила, с которой Земля притягивает к себе другие предметы. При отсутствии сопротивления воздуха тела падают в соответствии с законом, известным, как закон свободного падения, впервые сформулированным знаменитым итальянским ученым Галилеем в шестнадцатом столетии.

Галилей провел в своей лаборатории множество опытов с падающими телами. На основании этих экспериментов он вывел этот закон: в безвоздушном пространстве скорость падающего тела зависит только от высоты падения и не зависит он его массы. Чем дольше тело находится в свободном падении, тем быстрее оно движется. Когда какое-нибудь тело увеличивает скорость, мы говорим, что оно получило ускорение. Ускорение свободно падающего тела равняется 9,8 метрам в секунду. Это означает, что за каждую секунду падения тело увеличивает скорость своего падения примерно на десять метров в секунду.

После первой секунды падающее тело имеет скорость 9,8 метров в секунду. После первых двух секунд его скорость становится 9,8 плюс 9,8 метров, то 19,6 метров в секунду и так далее. Проходя через слой воздуха, падающее тело не может набирать скорость в такой прогрессии. Оно может набрать лишь определенную скорость. В виду сопротивления воздуха существует предел скорости падающего предмета. Это истинно даже для самых тяжелых предметов. Они получают ускорение при начале падения, но одновременно наращивается и сопротивление воздуха. Вскоре оно уравновешивает силу гравитации. С этого момента ускорение падения тела перестает нарастать. Оно достигает своей «конечной скорости» и не изменяется до конца падения.