Физика для любознательных. Том 1. Материя. Движени - Страница 147

147

В детской загадке спрашивается: «Почему белые овцы дают больше шерсти, чем черные?» Ответ: «Потому, что их больше». На вопрос: «Почему инфракрасное излучение (от большинства источников) дает больше тепла, чем видимый свет?» — нужно дать такой же ответ. Следует избегать названия «тепловое излучение». Всякое излучение, поглощаясь, превращается в теплоту.

62

Эту главу целесообразно отложить, пока вы не закончите лабораторные занятия с пружинами.

63

Перевод Н. Демуровой, Издательство литературы на иностранных языках, София, 1967.

64

Латинское слово «tensio» означает удлинение (растяжение), а не напряжение.

65

Существует тенденция использовать термин «закон» для крупных экспериментальных открытий, «принцип» — для обобщенных мнений, которые вводятся в теорию, а «правило» — для более «земных», рабочих утверждений. Быть может, знамения времени, отражающие перемены в философии науки, и состоят в том, что в XVII и XVIII столетиях популярностью пользовались законы, в XIX веке — великие принципы, а ныне — получаемые с большим трудом непритязательные правила.

66

Приведем пример. Связывая закон Гука со вторым законом движения Ньютона, можно сделать удивительные и полезные предсказания относительно «подпрыгивания» груза, подвешенного к пружине, вибраций камертона, движения маятника в часах и даже некоторых колебаний атомов в молекулах. Эти и многие другие движения оказываются связанными между собой общей характеристикой, с которой вы познакомитесь позднее. Если не обращать внимания на связь между законами, то можно не заметить общих свойств, и некоторые виды движения никогда не будут использованы или поняты до конца.

67

Другой способ. В высокий стеклянный стакан с горячей водой наливают немного анилина, дно стакана все время подогревают. Горячий анилин легче горячей воды, поэтому сначала он находится наверху в виде большой капли, висящей в воде. Охлаждаясь, анилин опускается на дно, где снова нагревается и поднимается, чтобы потом вновь опуститься на дно в виде большой капли.

68

Вообще говоря, порой наименования бывают глупые, но некоторые удачны. Скажем, глупо искать особое название для длины стола, на которой находятся лужицы, мало толку было бы и от особого названия для ширины капли. Но оказывается, что угол А заслуживает своего наименования. Величина этого угла является свойством веществ; если вы посмотрите на семейство лужиц, подобных представленным на фиг. 110, в, то увидите, что у всех капель один и тот же угол А.

69

При столкновении друг с другом или со стенками сосуда. Что же еще, как не отталкивание от стенок, заставляет газ давить на стенки?

70

Можно провести следующую аналогию: молекулы газа соответствуют быстро двигающимся по полю футболистам, которые время от времени сталкиваются между собой; молекулы жидкости подобны людям в толпе вокруг поля: они проталкиваются к центру, чтобы увидеть игру, но остаются в пределах определенных «семейных» групп; молекулы твердых тел подобны таким же болельщикам, рассаженным на трибунах: они азартно вертятся на своих местах.

71

Из каких опытов можно получить представление о таких малых величинах? Для жидкостей это делают путем сочетания измерений поверхностного натяжения и простых измерений теплоты испарения. Качественно убедиться в том, что пределы действия молекулярных сил очень малы, можно с помощью простых опытов. Попытайтесь соединить куски металла, прижимая один к другому. Попытайтесь проделать то же самое с только что разбитым стеклом. Достаточно очень небольшого нагревания, чтобы устранив трещину, начавшую образовываться в стекле.

72

Аналогия, которая часто бывает полезной при обучении, никогда не может доказать чего-либо. Некоторые теории, по сути дела, лишь аналогии (например, старые механические модели строения атома). Можно приветствовать их помощь нашему мышлению и отдавать им должное за плодотворные идеи, но в то же время не следует впадать в ошибку, считая, что они должны раскрыть «настоящую истину», и не следует цепляться за них, когда их полезность исчерпана.

73

Опыт с мыльной пленкой подтверждает независимость поверхностного натяжения от массы жидкости.

74

Кубических капель в природе нет, но их рассмотрение приводит к тем же результатам, что и рассмотрение шаров или любой другой пары одинаковой формы. Если вам известны формулы для шара (поверхность 4πr а объем /πr), то проведите рассуждение с ними. Результат от формы не зависит, так как поверхность всегда измеряют в единицах площади, скажем квадратных метрах, а объем — в кубических единицах (кубических метрах).

75

Эта идея может позволить вывести формулу для измерения поверхностного натяжения Т, действующего на каждый сантиметр границы поверхности жидкости: (тянущая сила со стороны оболочки) = (вес жидкости, удерживаемой в трубке);

...

Т∙(Длина границы 2πr) = [Объем (πr)∙(Высота подъема)]∙(Плотность жидкости)∙(Ускорение силы тяжести g)

(эту формулу раньше очень любили составителя экзаменационных вопросов).

...

Таким образом, Т = / g∙(Плотность)∙(Высота подъема)∙(Радиус трубки).

Эта формула более или менее верна, и ее используют для грубых определений Т, но сам вывод граничит с надувательством. На самом деле нет никакой резиновой оболочки, прикрепленной к стеклу, и в реальной формуле Т относится к поверхности раздела жидкость/воздух, а не является силой сцепления со стеклом. Но искривленная поверхность (мениск) реально существует, и, как в любом воздушном шаре, давление «внутри» (над мениском) больше, чем снаружи. С помощью этой разности давлений можно объяснить подъем жидкости в капилляре и дать строгий вывод формулы.

147