Виртуальный журнала "Почемучка по физике" для учащихся 7 класса

     Какими силами можно поднять воду на значительную высоту? Над этой технической задачей, весьма важной в хозяйственной деятельности, человек ломает голову с древнейших времен. И надо сказать, находит любопытные решения. Вот одно из них - вы видите его на рисунке 1, взятом из книги механика XVI века Агриколы. Так откачивали воду из глубоких шахт. Надеемся, вы разберетесь, что здесь к чему.

     А вот еще одно решение (рис. 2). Его предложил в 1797 году механик Монгольфье из французского городка Сен-Клу, что близ Парижа. Данное устройство, названное гидравлическим тараном, способно поднимать воду без каких-либо колес или поршней. Весь список его подвижных деталей ограничивается парой клапанов, практически не подверженных износу.

     Дабы лучше понять принцип работы конструкции, советуем проделать такой опыт. Для него потребуется: воронка, шланг и небольшая пробка с отверстием диаметром 3 мм при диаметре шланга миллиметров десять. Соединив воронку со шлангом, налейте в нее воду и попробуйте медленно опускать свободный конец трубки. Постепенно образуется небольшая струйка. Высота ее не превысит уровня воды в воронке. Если же шланг опускать быстро, то в первое же мгновение из отверстия в пробке вылетит фонтанчик воды выше воронки. Оба результата объясняет закон сохранения энергии. В первом случае струйка поднимается вверх за счет энергии, приобретенной водой при падении из воронки. Силы трения не позволяют ей подняться выше уровня, с которого она "упала". При резком же опускании шланга происходит перераспределение энергии между массами воды. Небольшая часть жидкости забирает некоторое количество кинетической энергии у пришедшей в движение основной массы и за счет этого достигает приличной высоты.

 Монгольфье, к слову сказать, подобного опыта не проводил, ему оказалось достаточно наблюдений. В одной из водолечебниц применялись краны, подобные самоварным. Но если в самоваре при закрывании крана никаких эксцессов не наблюдается, то в длинных трубах лечебницы при аналогичной операции ощущался резкий удар, водопровод трясло словно в лихорадке. А из щелей плохо установленных уплотнений выбрасывались сильные струйки воды.

 Как это часто случается, изобретатель решил обратить вред на пользу, придумав свой гидравлический таран. На рисунке 2 его устройство приведено в разрезе. Действие основано на довольно тонкой игре скоростей и сил. Жидкость поступает из водоема по левой трубе А. Правый клапан И при этом закрыт. Под действием напора воды открывается клапан С и происходит наполнение бачка D до определенного уровня, допускаемого сжатием воздуха. После чего клапан С закрывается под собственным весом.
     Для запуска такого подъема рабочий должен быстро надавить на клапан В, из которого тотчас начнет хлестать поток воды. Дальше вмешательство человека не потребуется. Вода сама захлопнет клапан, причем в этот момент давление в трубопроводе значительно возрастет. Жидкость снова откроет клапан С, хлынет в резервуар Д и сильно сожмет воздух под колпаком. Этого давления вполне достаточно для того, чтобы вода поднялась значительно выше уровня водоема.

Гидравлический таран из-за своей простоты не забыт и по сей день. Говорят, что его использовали в некоторых районах Кавказа, где из-за военной обстановки часты перебои с электричеством. А в последнее время гидротараном стали интересоваться изобретатели, совершенствующие бытовую технику. Они предлагают на его основе миниатюрные устройства, повышающие давление воды, вытекающей из крана. Образующаяся при этом тонкая, но мощная струйка облегчает и ускоряет мытье посуды, позволяет делать массаж десен, улучшить чистку зубов...

 "А стоит ли возвращаться к столь архаичной технике? - скажет иной читатель. - Не проще ли поставить миниатюрный электрический насос?"
     Что же, может быть, и проще. Но электричество опасно, особенно в сочетании с водой. И от греха подальше лучше уж пользоваться чисто гидравлическими устройствами. Да к тому же, быть может, они найдут применение в других областях. Стоит подумать.

Компас очень похож на обыкновенные часы: такая же круглая коробочка с ремешком, чтобы носить на руке. Сверху у этой коробочки - стекло, чтобы было хорошо видно, что же там, внутри. А внутри по кругу нанесены штрихи и в центре - стрелка. В часах почти то же самое: и штрихи, и стрелки. Только в часах стрелок гораздо больше: коротенькая часовая стрелка, чтобы все знали, который час, и длинная минутная, чтобы видели, сколько минут. А бывает в часах и шустрая секундная стрелка, чтобы все понимали, как быстро бежит время.

Если часы исправны, то специальный механизм заставляет стрелки постоянно двигаться по кругу. А в компасе никакого механизма нет, и стрелка там всегда только одна. Показывает эта стрелка не время, а направление. Придумали компас в Китае две тысячи лет назад.

Стрелка компаса похожа на балерину, которая стоит на носочке одной ноги, высоко подняв другую и легко раскинув руки в стороны. Совсем как бумажная танцовщица в сказке про стойкого оловянного солдатика, который даже подумал, что танцовщица одноногая, как и он. Стоит только освободить эту "танцовщицу", как она тут же повернётся на своей ножке и покажет одной ручкой на север, а другой - на юг.

Можно сколько угодно крутить коробочку компаса, но у этой стрелки-танцовщицы стойкий характер: она будет упорно поворачиваться, чтобы одну ручку протянуть на север, а другую - на юг. Эта прекрасная танцовщица - верный спутник всех путешественников. Там, где нет никаких дорог и указателей - в морях и лесах, в горах и пустынях - она помогает выбрать правильное направление: куда идти или плыть, чтобы добраться до нужного места.

Откуда же знает эта крошка о том, где север и где юг?

Здесь нам придётся вспомнить о магнитах. Магнит - это особое железо. На вид (и на вкус, и на запах) оно ничем не отличается от простого, немагнитного железа. Его можно распознать только с помощью другого магнита или куска железа. Если магнит к простому железу приблизить, то он к нему притянется и крепко-крепко прилипнет. Так привешивают украшения на дверцу холодильника. Или буковки магнитной азбуки к железной доске. Это очень удобно: такие украшения или буковки держатся безо всякого клея, гвоздей и шурупов. А если нужно, то их и снять легко, потому что в данном случае магнитики маленькие и прилипают не очень сильно.

А вот если магнит к магниту поднести, то можно увидеть кое-что странное. Если одной стороной поднести, то магнит, как живой, будет от другого магнита отворачиваться и даже из рук выскакивать. А если противоположной стороной поднести - будет прилипать, как и обычное железо к магниту. У магнитов разные стороны имеют и разные свойства: одна - чтобы прилипать, а другая - чтобы отворачиваться.

Вот только заранее не понятно, какой именно стороной он будет прилипать, а какой - отворачиваться. На вид они совершенно одинаковые. Поэтому, когда изготавливают магниты для уроков физики, то их красят: одну половину в синий цвет, а другую - в красный. Так красят, что синий от синего и красный от красного будут отворачиваться, а красный к синему или синий к красному - прилипать.

Работа маленькой стрелки-танцовщицы в компасе - это действие двух магнитов. Во-первых, сама эта стрелка - магнит, а, во-вторых, вся наша планета Земля, на которой мы живём, - тоже магнит. Если бы её, нашу прекрасную планету, раскрашивали, как лабораторный магнит для урока физики, то Северный полюс (одну макушку) покрасили бы в синий цвет, а Южный полюс (противоположную макушку) - в красный. И вот, крошечная магнитная танцовщица, закованная в коробочку компаса, чувствует, что рядом с ней - огромный магнит-Земля, и протягивает ей свою ручку. Стрелка у компаса тоже бывает раскрашена: одна половинка в синий цвет, а другая - в красный. Магнитная стрелка. И поворачивается она красной "ручкой" в направлении "синей" макушки Земли - к Северному полюсу. В это время её "синяя" рука от северной "синей" макушки отворачивается и показывает в сторону прямо противоположную - на юг, к Южному полюсу, к "красной" макушке Земли. Более тяжёлые магниты тоже чувствуют магнитные свойства нашей планеты, но нисколько не поворачиваются, потому что Земля - это не очень сильный магнит и большие магниты ей не развернуть.

Одна беда с компасом: его стрелку можно обмануть, если рядом положить другой магнит или железный предмет. "Танцовщица" в коробочке тут же повернётся к тому магниту, который рядом, и укажет на него своей "ручкой", "забыв" о том, где север и где юг. Поэтому компасом совершенно нельзя пользоваться там, например, где есть крупные залежи железной руды. Такие места так и называют: магнитные аномалии, то есть магнитные "ненормальности", потому что магнитная стрелка ведёт себя там "ненормально", и по ней нельзя узнать направление на север.

Вот и весь секрет компаса: маленькая магнитная стрелка-танцовщица всегда поворачивается к ближайшему магниту. Если этот ближайший магнит - планета Земля, то тогда она показывает, где север и где юг.

КАК ВЗЛЕТАЕТ САМОЛЕТ?

Один из первых самолётов, построенный братьями Райт в самом начале XX века, продержался в воздухе всего 59 секунд. Но это была самая настоящая революция в технике: в небо поднялся аппарат тяжелее воздуха! Ведь до этого можно было либо летать на воздушном шаре, который легче воздуха, либо только планировать на планере.

Планер очень похож на самолётик, только у него нет мотора. С планером можно забраться на обрыв и оттуда плавно спуститься вниз. Планер на своих крыльях будет долго парить, прежде чем сядет на землю, на нём можно пролететь сотни метров. Он даже может во время полёта набрать высоту, если ему встретятся восходящие потоки воздуха. Но самостоятельно подниматься в воздух с земли он не умеет.

Первые полёты самолётов казались чудом, фокусом. На них ходили смотреть, как на цирковое представление.

Действительно, чудо: в лёгком, текучем воздухе взлетает пилот на тяжеленной машине. Какая же сила помогает самолёту? Эту силу так и назвали - подъёмная. А возникает она только тогда, когда самолёт разгонится до определённой скорости. Если самолёт стоит на месте, то никакой подъёмной силы нет! Именно поэтому на аэродромах есть взлётно-посадочные полосы. По такой полосе самолёт разбегается, пока не появится подъёмная сила. Именно она отрывает самолёт от земли. Взлётные полосы делают прочными, гладкими и, конечно, достаточно длинными, даже с запасом. Потому что если самолёт не успеет набрать нужной скорости, а полоса кончится и начнётся обычное поле или лес, то самолёт может перевернуться и взорваться.

Откуда же возникает подъёмная сила? Её создаёт воздух. Когда самолёт неподвижен, то молекулы воздуха со всех сторон налетают на него, стукают по крыльям и фюзеляжу, отскакивают и снова налетают. Причём они со всех сторон стукают по нему одинаково - и сверху, и снизу. Поэтому и нет никакой подъёмной силы. Когда же самолёт быстро движется, то дело обстоит совсем по-другому. Есть два объяснения, откуда же появляется подъёмная сила.

Объяснение первое - для крыльев, которые сверху более выпуклые, чем снизу. Здесь подъёмная сила возникает из-за этой формы крыла. Её делают такой, чтобы путь молекулы воздуха сверху крыла был длиннее, чем снизу. Когда самолёт набрал скорость, как там у молекул обстоят дела? Все молекулы воздуха находятся в непрерывном движении, но они движутся с разными скоростями: кто-то быстрее, кто-то медленнее. Путь под крылом короче, там можно двигаться не спеша, значит там больше молекул успеют стукнуть по самолёту: и быстрые смогут, и медленные достанут. Путь над крылом длиннее, чтобы пройти его, надо быстрее двигаться. Медленные молекулы, обтекая крыло сверху, просто не успевают по нему стукнуть. И чем быстрее движется самолёт, тем меньше молекул успевает стукнуть по крылу сверху. Так вот и получается, что снизу его толкают больше. Поэтому объединёнными усилиями молекул воздуха самолёт постепенно поднимается вверх.

Второе объяснение - для крыльев, которые выглядят одинаково сверху и снизу. Для того, чтобы возникла подъёмная сила, такое крыло нужно расположить под углом к набегающему потоку воздуха:

Этот угол называется углом атаки. Самолёт атакует воздух! А воздух "упирается" в нижнюю часть крыла. Молекулы воздуха стукают по крылу снизу больше, чем сверху, и так создают подъёмную силу. Молекулы-то маленькие, их и не видно, но зато их очень много. Удар одной молекулы ничего не значит, но когда они всем скопом накидываются, то могут поднять в воздух огромный лайнер, много людей и грузов. У людей тоже есть похожее правило, звучит оно так: "Когда мы едины, мы непобедимы". Согласны?

КАК ЛЕТАЕТ РАКЕТА?

Р усское слово "ракета" произошло от немецкого слова "ракет". А это немецкое слово - уменьшительное от итальянского слова "рокка", что значит "веретено". То есть, "ракета" означает "маленькое веретено", "веретёнце". Связано это, конечно, с формой ракеты: она похожа на веретено - длинная, обтекаемая, с острым носом. Но сейчас не так уж много детей видели настоящее веретено, зато все знают, как выглядит ракета. Теперь, наверное, нужно поступать так: "Дети! Знаете, как выглядит веретено? Как маленькая ракета!"

Ракеты человек изобрёл очень давно. Их придумали в Китае много сотен лет тому назад. Китайцы использовали их для того, чтобы делать фейерверки. Они долго держали в секрете устройство ракет, им нравилось удивлять чужестранцев. Но некоторые из этих удивлённых чужестранцев оказались людьми очень любознательными. Вскоре во многих странах научились делать фейерверки и праздничным салютом отмечать торжественные дни.

Долгое время ракеты служили только для праздников. Но потом их стали использовать на войне. Появилось ракетное оружие. Это очень грозное оружие. Современные ракеты могут точно поразить цель на расстоянии в тысячи километров.

А в XX веке школьный учитель физики Константин Эдуардович Циолковский (наверное, это самый знаменитый учитель физики!) придумал ракетам новую профессию. Он мечтал о том, как человек станет летать в космос. Он назвал нашу планету колыбелью человечества. Для того, чтобы выйти из этой колыбели и начать шагать в космическом пространстве, и нужны ракеты. К сожалению, Циолковский умер до того, как первые корабли отправились в космос, но его всё равно называют отцом космонавтики.

Почему так трудно полететь в космос? Дело в том, что там нет воздуха. Там пустота, она называется вакуум. Поэтому там нельзя использовать ни самолёты, ни вертолёты, ни воздушные шары. Самолёты и вертолёты при взлёте опираются на воздух. Воздушный шар поднимается в небо, потому что он лёгкий и воздух выталкивает его вверх. А вот ракете, чтобы взлететь, воздух не нужен. Всё, что ей нужно для полёта, у неё с собой. Какая же сила поднимает ракету?

Эта сила называется реактивной. Реактивный двигатель устроен очень просто. В нём есть специальная камера, в которой сгорает топливо. При сгорании оно превращается в раскалённый газ. А из этой камеры есть только один выход - сопло, его направляют назад, в сторону, противоположную движению. Раскалённому газу тесно в маленькой камере, и он с огромной скоростью вырывается через сопло. Стремясь поскорее выбраться наружу, он со страшной силой отталкивается от ракеты. А поскольку ракету ничто не держит, то она и летит туда, куда её толкает газ: вперёд. Есть ли вокруг воздух, нет ли воздуха - для полёта совсем не важно. То, что её поднимает, создаёт она сама. Только газу нужно энергично отталкивался от ракеты, чтобы силы его толчков хватило на подъём. Ведь современные ракеты-носители могут весить по три тысячи тонн! Это много? Очень много! Грузовик, например, весит "всего" пять тонн.

Говорят, что ракета летит на реактивной тяге. Хотя, возможно, правильнее было бы сказать, что она летит на реактивном толкании. Ведь что такое тяга? Всем понятно, что такое лошадиная тяга: лошадь за собой тянет телегу. И лошадь, и телега едут в одну сторону. А у ракеты не так: то, что её заставляет лететь вперёд, само летит назад. Но если повнимательнее присмотреться к лошади, то можно и там увидеть действие реактивной "тяги". Ведь лошадь упирается ногами в планету Земля! Она толкает Землю назад, поэтому сама движется вперёд! Но наша планета по сравнению с лошадью и её телегой очень велика, поэтому от таких толчков она не особо сдвигается с места. Но факт остаётся фактом: для того, чтобы двигаться вперёд, нужно от чего-то отталкиваться. То, от чего ракета будет отталкиваться, она берёт с собой. Именно поэтому на ракетах можно летать в безвоздушном космическом пространстве.

Форма ракеты (как веретёнце) связана только с тем, что ей приходится по дороге в космос пролетать через воздух. Воздух мешает лететь быстро. Его молекулы стукаются о корпус и тормозят полёт. Для того, чтобы уменьшить воздушное сопротивление, форму ракеты и делают гладкой и обтекаемой.

КАК РАБОТАЕТ СИГНАЛИЗАЦИЯ?

Существуют самые разные устройства, предохраняющие от воров. Самое древнее из них - это сторожевая собака. Потом придумали замки и засовы, а затем и другие полезные приспособления.

Давай познакомимся с простейшим сигнальным устройством, которое может сообщить, что в помещении появился человек. Что человеку труднее всего скрыть? Он может спрятать своё лицо, он может двигаться совершенно бесшумно, он может заглушить свой запах, но ему чрезвычайно трудно спрятать то, что у него температура тела постоянна: в любом случае, как бы он ни прятался, у его тела - тридцать шесть и шесть десятых градусов тепла (если, конечно, он здоров), поэтому человек в большом количестве излучает "инфракрасные" фотоны. Сигнальное устройство может быть настроено на приём этих фотонов. Как только в его поле зрения попадает тёпленький грабитель, в детекторе сигнального устройства вырабатывается электрический ток, который и включает тревогу. Такое сигнальное устройство и прибор ночного видения - близкие родственники, оба используют в своей работе инфракрасные лучи.

Однако если кто-то заглядывает в окно, то это устройство не сработает, потому что оконное стекло очень плохо пропускает "инфракрасные" фотоны. На этом его свойстве основана работа теплиц и парников.

КАК РАБОТАЕТ ТЕПЛИЦА?

Теплица - это дом, в котором живут не люди, не животные, а растения: овощи, фрукты и цветы. Всем растениям для жизни нужен свет, поэтому в теплице прозрачные стены и потолок. А ещё в теплице очень тепло. Поэтому там выращивают огурцы и розы даже зимой, когда на улице снег и мороз.

Обогреваются теплицы по-разному. В них может использоваться и горячая вода, и электричество, и даже тепловые отходы от заводов и фабрик. Но теплицу может обогревать и солнечный свет.

Солнечный свет, проходя через прозрачную крышу, нагревает землю в теплице. Затем от земли нагревается и воздух. Крыша и стены не дают тёплому воздуху уйти. Кроме того, стекло или плёнка, которой укрыта теплица, не выпускает наружу не только воздух, но и тепловое излучение, т.е. "инфракрасные" фотоны. Нагретая земля излучает "инфракрасные" фотоны в большом количестве, но они отражаются обратно и снова поглощаются землёй на тепличных грядках. Поэтому-то, даже если в теплице нет никакого дополнительного обогрева, в ней всегда гораздо теплее, чем снаружи. В умеренном климате летом в теплицах могут поспевать не только помидоры и перцы, но даже более требовательные к теплу дыни и баклажаны.

Люди очень широко используют теплицы и парники (парник - это такая маленькая теплица, где нельзя встать в полный рост), но этот же эффект использует и наша родная планета.

Дело в том, что земная атмосфера (то есть воздух, окутывающий Землю) прекрасно пропускает большую часть солнечных лучей, которые и нагревают всю земную поверхность. Нагретая поверхность начинает излучать "инфракрасные" фотоны, а вот они-то как раз через воздух проходят плохо. Они поглощаются в атмосфере. Атмосфера свет внутрь пропускает, а тепло наружу не выпускает. Из-за этого Земля нагревается сильнее и меньше разница между температурой днём и ночью. Это явление называется парниковым эффектом.

Хорошо поглощают "инфракрасные" фотоны молекулы воды, углекислого газа и озона, которые находятся в воздухе. От деятельности людей в нашей родной атмосфере всё больше углекислого газа, поэтому парниковый эффект всё сильнее и сильнее нагревает нашу планету. Это приводит к тому, что климат становится немного теплее: лето жарче, зима мягче. А хорошо ли это - вопрос спорный.

КАК РАБОТАЕТ ХОЛОДИЛЬНИК?

"В нашей кухне целый год Дед Мороз в шкафу живёт!" Что это такое? Конечно, это - холодильник. Такую загадку отгадать легко, потому что все знают, что такое холодильник. Только живёт там не Дед Мороз. Дед Мороз живёт на Северном полюсе (или где-то около него). А в холодильнике живёт электромотор. А ещё там живёт специальное вещество. Его называют холодильным агентом или, сокращенно, хладагентом. Агент - это тот, кто выполняет чьи-то поручения. А этот хладагент выполняет поручение по охлаждению морозилки. От морозилки и холодно во всём холодильнике. Как же это удаётся сделать?

Помнишь, мы говорили, что, когда вода кипит, то какой бы ни был сильный огонь, её температура не станет выше 100 градусов? Весь жар от огня уходит на то, чтобы отрывать молекулы друг от друга, когда жидкая вода превращается в газ - водяной пар.

В холодильнике электромотор перекачивает по трубочкам хладагент, заставляя его то превращаться в жидкость, то превращаться в газ. А когда жидкость превращается в газ, ей требуется очень много тепла, чтобы побороть силы, связывающие молекулы. Холодильник так устроен, что это тепло хладагент забирает у морозилки. В результате молекулы морозилки движутся еле-еле, ведь вся их энергия уходит на отрыв молекул хладагента друг от друга. Раз они движутся медленно, значит температура там очень низкая, и всё в морозилке замерзает. А именно это и нужно.

После морозилки холодильный агент движется дальше по трубочкам и снова превращается в жидкость. Происходит это в другом месте холодильника, например, вблизи его задней стенки, ближе к полу. Для того чтобы хладагент стал жидким, его молекулы должны приостановиться и зацепиться друг за друга. Раз они приостанавливаются, то становятся холоднее, а "лишнее" тепло, ранее отобранное у морозилки, передаётся тому, что вокруг. Холодильник, охлаждая морозилку, нагревает стенку, около которой стоит, и воздух в кухне.

Так что холодильник не создаёт мороз. Он только перекачивает тепло из одного места в другое. И в морозилке становится меньше тепла, а в кухне, где стоит холодильник - больше.

КАК РАБОТАЮТ БАТАРЕЙКИ?

Электрические батарейки - очень полезная вещь. Многие игрушки работают от батареек, и это очень удобно. А то пришлось бы включать их в розетку, путаться в длинных проводах. К тому же электрический ток из сети не подходит для игрушек, понадобилась бы ещё специальная коробочка для его исправления. Батарейки дают игрушкам и другим полезным вещам независимость и самостоятельность, и это так приятно!

Батарейка делает электрический ток: крутятся колёса у машинки, ходят часы, играет магнитофончик. А батарейка "садится". Что значит "садится"? Такое слово используют, чтобы показать, что батарейка расходует свою энергию. Так человек, когда начинает уставать, стремится куда-нибудь присесть. Когда всю энергию батарейка истратит, то перестанет работать, больше не сможет электрический ток делать. Что же в ней происходит? Я расскажу про пальчиковую батарейку. Её так назвали, потому что она похожа на пальчик. Внутри у неё - два цилиндрика, вставленные один в другой. Между цилиндриками - специальный раствор или паста. От одного цилиндрика к другому и течёт электрический ток. Например, от одного цилиндрика по проводу ток идёт в моторчик машинки, крутит колёса, и дальше по проводу подходит к другому цилиндрику. Электрический ток в проводах - это движение электронов, а в растворе между цилиндриками - это движение ионов. Всё самое интересное происходит на этих цилиндриках, где движение электронов превращается в движение ионов.

Цилиндрики сделаны из разных веществ. Один из них сделан из металла. Например, цинка. В металле много электронов гуляет свободно. Это значит, что атомы металла превратились в ионы. Ионы в несколько тысяч раз тяжелее электронов, их трудно сдвинуть с места, и в электрическом токе в самом металле они не участвуют. Ток по металлам переносится электронами. А в батарейке этот металл одним боком мокнет в растворе. В результате часть ионов из металла попадает в раствор. И в металле остаются "лишние" свободные электроны. Общий заряд электронов становится больше, чем у ионов. Такой беспорядок в природе долго существовать не может. Электроны отправляются на поиски положительных ионов. Но через раствор-то они пройти не могут, у них один путь - через провода, через моторчик, покрутив колёса, электроны попадают на другой цилиндрик батарейки. А второй цилиндрик батарейки сделан из другого вещества. Это такое вещество (например, соединение марганца с кислородом), которое охотно выхватывает ионы из раствора, и с помощью электронов, пришедших по проводам, образует с ними какое-то новое вещество, соединяя электроны с ионами и со своими атомами.

Вот так и поддерживается электрический ток. Один цилиндрик батарейки отдаёт положительные ионы в раствор, а электроны в провода, а другой хватает ионы из раствора, а электроны из проводов и соединяет их в новое вещество. И по мере работы батарейки портятся оба цилиндрика и раствор между ними. А когда окончательно испортятся, то и говорят, что батарейка "села".

Самое сложное в создании батареек - это подобрать материал для цилиндриков и раствора между ними. Обычно это редкие металлы. Поэтому во многих странах "севшие" батарейки не выкидывают в общий мусор, а собирают и на специальных заводах восстанавливают материалы, из которых они были сделаны, чтобы использовать их ещё раз.

КАК СКОЛЬЗЯТ КОНЬКИ?

Умеешь ли ты кататься на коньках? Это гораздо труднее, чем кататься на лыжах. Лыжи - длинные и довольно широкие, а лезвия коньков - довольно короткие и очень узкие. Человек на коньках давит всем своим весом на совсем маленький кусочек льда, и поэтому это давление очень большое. Так что лыжи придуманы, чтобы уменьшить давление, а коньки сделаны так, чтобы как можно больше увеличить давление. А зачем? А чтобы легче скользить!

В чем тут секрет? Секрет здесь - в свойствах воды и льда. Вода - самое обычное вещество на земле, а вот свойства у неё очень, очень необычные. Дело в том, что металлы и воздух расширяются при нагревании. Это значит, что при охлаждении они, наоборот, сжимаются. А вот вода ведёт себя не совсем так. Если её охлаждать, то она, действительно, будет сжиматься, пока температура выше 4 градусов тепла. А как только температура станет ниже 4 градусов, вода начинает расширяться, и при нуле градусов расширяется ещё сильнее и превращается в лёд. В жидкой воде молекулы расположены довольно близко, но безо всякого порядка. Чем сильнее охлаждение, тем медленнее движутся молекулы, и при достаточно сильном холоде молекулы начинают друг с другом сцепляться. Во льду молекулы воды образуют ажурные, кружевные постройки. Что это за ажурные постройки, ты, наверное, знаешь, если когда-либо рассматривал снежинки. Во льду молекулы воды расположены так, что между ними очень много пустого места, точно так же, как между лучами снежинки. Потому-то лёд легче воды и плавает поверх неё, потому-то из небольшого количества воды можно получить много льда. И при этом сила расширения у льда такая, что если замерзает вода в железной трубе, то разорвёт и трубу.

А что же будет, если лёд начать сжимать? Если на него очень сильно надавить (даже при большом морозе), то может рухнуть ажурное строение льда, и молекулы воды сблизятся. А раз нет внутри ажурных построек, то это будет уже не лёд, а вода. Именно это и происходит, когда человек едет на коньках. От сильного давления лёд под коньком превращается в жидкую воду, которая работает как смазка для конька. По этой смазке он и скользит. Воды образуется, конечно, тонюсенький слой, и она мгновенно снова замерзает, как только конёк с неё съезжает. Но её вполне хватает для лёгкого и красивого скольжения.

Видишь, как странно: кажется, что человек на коньках скользит по льду. А на самом-то деле он скользит по воде!

КАК УСТРОЕН МАГНИТНЫЙ КОМПАС

Компас очень похож на обыкновенные часы: такая же круглая коробочка с ремешком, чтобы носить на руке. Сверху у этой коробочки - стекло, чтобы было хорошо видно, что же там, внутри. А внутри по кругу нанесены штрихи и в центре - стрелка. В часах почти то же самое: и штрихи, и стрелки. Только в часах стрелок гораздо больше: коротенькая часовая стрелка, чтобы все знали, который час, и длинная минутная, чтобы видели, сколько минут. А бывает в часах и шустрая секундная стрелка, чтобы все понимали, как быстро бежит время.

Если часы исправны, то специальный механизм заставляет стрелки постоянно двигаться по кругу. А в компасе никакого механизма нет, и стрелка там всегда только одна. Показывает эта стрелка не время, а направление. Придумали компас в Китае две тысячи лет назад.

Стрелка компаса похожа на балерину, которая стоит на носочке одной ноги, высоко подняв другую и легко раскинув руки в стороны. Совсем как бумажная танцовщица в сказке про стойкого оловянного солдатика, который даже подумал, что танцовщица одноногая, как и он.

Стоит только освободить эту "танцовщицу", как она тут же повернётся на своей ножке и покажет одной ручкой на север, а другой - на юг.

Можно сколько угодно крутить коробочку компаса, но у этой стрелки-танцовщицы стойкий характер: она будет упорно поворачиваться, чтобы одну ручку протянуть на север, а другую - на юг.

Эта прекрасная танцовщица - верный спутник всех путешественников. Там, где нет никаких дорог и указателей - в морях и лесах, в горах и пустынях - она помогает выбрать правильное направление: куда идти или плыть, чтобы добраться до нужного места.

Откуда же знает эта крошка о том, где север и где юг?

Здесь нам придётся вспомнить о магнитах. Магнит - это особое железо. На вид (и на вкус, и на запах) оно ничем не отличается от простого, немагнитного железа. Его можно распознать только с помощью другого магнита или куска железа.

Если магнит к простому железу приблизить, то он к нему притянется и крепко-крепко прилипнет. Так привешивают украшения на дверцу холодильника. Или буковки магнитной азбуки к железной доске. Это очень удобно: такие украшения или буковки держатся безо всякого клея, гвоздей и шурупов. А если нужно, то их и снять легко, потому что в данном слуачае магнитики маленькие и прилипают не очень сильно.

А вот если магнит к магниту поднести, то можно увидеть кое-что странное. Если одной стороной поднести, то магнит, как живой, будет от другого магнита отворачиваться и даже из рук выскакивать. А если противоположной стороной поднести - будет прилипать, как и обычное железо к магниту. У магнитов разные стороны имеют и разные свойства: одна - чтобы прилипать, а другая - чтобы отворачиваться.

Вот только заранее не понятно, какой именно стороной он будет прилипать, а какой - отворачиваться. На вид они совершенно одинаковые. Поэтому, когда изготавливают магниты для уроков физики, то их красят: одну половину в синий цвет, а другую - в красный. Так красят, что синий от синего и красный от красного будут отворачиваться, а красный к синему или синий к красному - прилипать.

Работа маленькой стрелки-танцовщицы в компасе - это действие двух магнитов. Во-первых, сама эта стрелка - магнит, а, во-вторых, вся наша планета Земля, на которой мы живём, - тоже магнит. Если бы её, нашу прекрасную планету, раскрашивали, как лабораторный магнит для урока физики, то Северный полюс (одну макушку) покрасили бы в синий цвет, а Южный полюс (противоположную макушку) - в красный. И вот, крошечная магнитная танцовщица, закованная в коробочку компаса, чувствует, что рядом с ней - огромный магнит-Земля, и протягивает ей свою ручку. Стрелка у компаса тоже бывает раскрашена: одна половинка в синий цвет, а другая - в красный. И поворачивается она красной "ручкой" в направлении "синей" макушки Земли - к Северному полюсу. В это время её "синяя" рука от северной "синей" макушки отворачивается и показывает в сторону прямо противоположную - на юг, к Южному полюсу, к "красной" макушке Земли. Более тяжёлые магниты тоже чувствуют магнитные свойства нашей планеты, но нисколько не поворачиваются, потому что Земля - это не очень сильный магнит и большие магниты ей не развернуть.

Одна беда с компасом: его стрелку можно обмануть, если рядом положить другой магнит или железный предмет. "Танцовщица" в коробочке тут же повернётся к тому магниту, который рядом, и укажет на него своей "ручкой", "забыв" о том, где север и где юг. (Так "испортил" компас один злодей в замечательной книге Жюля Верна "Пятнадцатилетний капитан".) Поэтому компасом совершенно нельзя пользоваться там, например, где есть крупные залежи железной руды. Такие места так и называют: магнитные аномалии, то есть магнитные "ненормальности", потому что магнитная стрелка ведёт себя там "ненормально", и по ней нельзя узнать направление на север.

Вот и весь секрет компаса: маленькая магнитная стрелка-танцовщица всегда поворачивается к ближайшему магниту. Если этот ближайший магнит - планета Земля, то тогда она показывает, где север и где юг.