Физика на каждом шагу

Лед – единственное вещество в природе, с которым можно сделать подобный опыт. Оттого-то по льду можно ездить на санях и кататься на коньках. Когда конькобежец опирается весом своего тела на коньки, лед под этим давлением тает (если мороз не слишком силен), и конек скользит; но, переходя на другое место, конек и здесь вызывает таяние. Куда ни ступит нога конькобежца, всюду она превращает тонкий слой льда под сталью конька в воду, которая, освободившись от давления, вновь замерзает. Поэтому, хотя лед в мороз и сух, но под коньками он всегда смазан водой. В этом и причина его скользкости.

Почему поет самовар?

Отчего происходит певучий звук, который издает самовар, перед тем как вода в нем закипит?

Вода, непосредственно прилегающая к трубе самовара, превращается в пар, который образует в воде небольшие пузырьки. Как более легкие, пузырьки эти вытесняются окружающей водой вверх. Здесь они попадают в воду, температура которой ниже 100°. Пар в пузырьках охлаждается, сжимается, и стенки пузырьков под давлением окружающей воды смыкаются. Итак, перед началом кипения пузырьки, все более и более многочисленные, поднимаются вверх, но ее доходят до уровня воды, а с легким треском смыкаются по пути.

От этих-то многочисленных потрескиваний и происходит шум, который мы слышим перед закипанием. Английский физик У. Браг сравнивает щелканье смыкающихся стенок пузырька с ударом двух кусков стали, «а потому, – пишет он, – в чайнике (самоваров в Англии нет) поднимается шум, похожий на непрерывно следующие друг за другом удары крошечного молота: ведь эти удары передаются водой металлическим стенкам, да и у самих стенок происходят такие же удары».

Когда же вся вода в самоваре или в чайнике нагреется до температуры кипения, пузырьки перестают смыкаться, проходя через толщу воды, и «пение» прекращается. Едва однако самовар начнет остывать, условия для возникновения звуков появляются опять, и пение возобновляется.

Вот почему самовары и чайники поют только перед закипанием и при остывании; кипящий же самовар никогда не издает этого певучего звука.

Можно ли увидеть пар?

Вы уверены, конечно, что видели водяной пар уже много раз, видите его ежедневно. Между тем, видеть водяной пар совершенно невозможно, как нельзя видеть воздух. Дело в том, что пар, настоящий пар, прозрачен и невидим. Тот белый дымок, который вырывается из носика чайника, или те белые клубы, которые выпускает паровоз, – вовсе не пар в строгом смысле слова, хотя его так называют в обиходе. Это туман, а не пар. Чем отличается туман от пара? Пар – газ прозрачный и невидимый; туман же – газ, сгустившийся в мельчайшие водяные капельки, которые, как пылинки, парят в воздухе и, как пыль же, делают его непрозрачным. Туман белого цвета по той же причине, по какой бел снег: всякое мелкое, раздробленное прозрачное вещество (в снеге – лед, в тумане – вода) имеет белый цвет.

Итак, тот пар, которым мы пользуемся в технике как источником энергии, совершенно невидим, – все равно, будет ли это пар «насыщенный» (т. е. не могущий уже при своей температуре заключать больше влаги в отведенном ему пространстве) или «перегретый». Если вы желаете в этом убедиться, взгляните в кочегарке на водомерное стекло – трубку, показывающую уровень воды в паровом котле. Вы увидите в трубке воду, но над водой не заметите ничего. А между тем всю верхнюю часть трубки над уровнем воды занимает пар – тот самый пар, горячий и сжатый, который образуется в котле и работает в паровом цилиндре. Если бы вы могли проникнуть взглядом в паровой цилиндр, то увидели бы странную, неожиданную картину: поршень быстро снует вперед и назад, а того пара, который его толкает и является источником работы всей машины, совершенно не видно.

Энергия водяного пара

Невидимый пар скрывает в себе огромные запасы энергии. И не только тот пар, который добывается под усиленным давлением в паровом котле, но даже и обыкновенный пар, образующийся при кипении чайника. Откуда эта энергия берется? Мы сами заряжаем пар энергией, когда кипятим воду на огне: переводим энергию огня в воду, а затем и в пар. Займемся арифметикой нагревания и кипячения воды; мы лучше поймем тогда, что здесь происходит.

Нагревая килограмм воды на один градус (стоградусного термометра), мы затрачиваем порцию тепла, которая называется «калорией». Когда же эта порция теплоты, калория, превращается полностью в механическую работу, получается запас энергии, достаточный для подъема килограммовой гири на высоту 427 м.