Занимательная физика. Книга 2

Представьте себе такую картину. Стоит ясный день; мороз всего только в 1–2 градуса. Солнце светит ярко, но все же его косые лучи не нагревают земли настолько, чтобы снег мог таять; температура воздуха, как мы сказали, немного ниже нуля. Но на склоне крыши, обращенном к солнцу, нагревание идет более успешно: солнечные лучи падают на крышу не так косо, как на землю, а под углом, более близким к прямому. Но известно, что освещение и нагревание лучей тем больше, чем больший угол составляют лучи с плоскостью падения. (Действие лучей пропорционально синусу этого угла; для случая, изображенного на рис. 72, снег на крыше получает тепла на 40 % больше, нежели равная площадь снега на горизонтальной поверхности, ибо синус 90° в 1,4 раза больше синуса 45°.) Вот почему снег на скате крыши нагревается сильнее и начинает таять. Оттаявшая вода стекает вниз, скопляется у застрех, каплями свисает с края крыши. Но здесь, под крышей, температура ниже нуля – и капля замерзает. На замерзшую каплю натекает следующая, также замерзающая; затем третья капля и т. д.; постепенно образуется маленький ледяной бугорок. В следующий раз, при такой же погоде, эти ледяные наплывы еще вырастут, – пока не образуются длинные и толстые сосульки.

Рис. 72. Одна из загадок зимнего сезона.

В слабый мороз, при солнечном сиянии, с крыш каплет вода, между тем как на земле снег не тает. Разгадка кроется в том, что лучи падают на наклонную крышу под углом, близким к прямому, между тем как на землю (и стены) они падают под острым углом (например в 45°).

Итак, вот о чем говорят нам ледяные сосульки: они доказывают, что в одно и то же время могут существовать как бы две погоды: мороз – под крышей и оттепель – на скате крыши. Причина – различное нагревательное действие солнечных лучей в зависимости от угла падения. Та же самая причина вызывает на наших глазах и более грандиозные явления: вспомните, что все различие в климатических поясах и временах года обусловлено, в сущности, ничем иным, как изменением угла падения солнечных лучей. Солнце одинаково далеко от нас зимой и летом; оно всегда одинаково удалено от полюсов и экватора (различие в расстоянии настолько ничтожно, что не может здесь иметь значения). Но наклон солнечных лучей к поверхности земли близ экватора меньше, чем у полюсов; и летом этот угол больше, чем зимой. Этого достаточно, чтобы вызвать столь важные различия в температуре и в жизни всей природы.

Выражаясь фигурально, мы могли бы сказать, что на скате освещенной солнцем крыши – тропики, а под застрехой – полярная область; снег тает в «тропиках» и замерзает, попав в «полярную область».

Для чего служит ламповое стекло?

Мы и не подозреваем, какой долгий путь прошло наше обыкновенное ламповое стекло, прежде чем дошло до его современного вида. В течение длинного ряда тысячелетий люди пользовались пламенем для освещения, не прибегая к услугам стекла. Понадобился гений Леонардо да Винчи, чтобы сделать это важное усовершенствование лампы. Но Леонардо окружил пламя не стеклянной, а жестяной трубой, и прошло еще почти три века, прежде чем додумались до замены жестяной трубы прозрачным стеклянным цилиндром. Как видите, ламповое стекло – довольно солидное изобретение, над которым работали целые поколения.

Каково же назначение лампового стекла?

Едва ли у всех готов правильный ответ на столь простой и естественный вопрос. Защищать пламя от ветра – это лишь второстепенная роль стекла. Главное же действие его в увеличении яркости пламени, в ускорении процесса горения. Роль стекла та же, что и печной трубы: оно усиливает приток воздуха к пламени, усиливает «тягу».

Разберемся в этом поближе. Столб воздуха, находящийся внутри стекла, нагревается гораздо быстрее, нежели воздух, окружающий лампу. Нагревшись и сделавшись поэтому легче, воздух поднимается вверх, а на его место поступает снизу, через отверстия в горелке, ненагретый тяжелый воздух. Таким образом, устанавливается постоянное течение воздуха снизу вверх, течение, непрерывно отводящее продукты горения и приносящее свежий воздух. Чем выше стекло, тем больше разница в весе нагретого и ненагретого столба воздуха – тем энергичнее происходит приток свежего воздуха, а следовательно, ускоряется и горение.

Высокие фабричные трубы играют ту же роль, что и ламповые стекла: благодаря им к топке машины в течение минуты притекает гораздо больше свежего воздуха, нежели при низких трубах.

Отчего пламя не гаснет само собой?

Если вдуматься хорошенько в процесс горения, то невольно возникает вопрос: отчего всякое пламя не гаснет само собой? В самом деле: продуктами горения являются, как известно, углекислый газ и водяной пар – вещества не горючие и не способные поддерживать горения. Следовательно, пламя с первого же момента горения должно быть окружено негорючими веществами, которые мешают притоку воздуха; без воздуха горение продолжаться не может, и пламя должно погаснуть.