Физика без формул - Александр Леонович

Выяснилось, что физика элементарных частиц — самого малого в природе — и астрофизика, описывающая весь Мир в целом, теснейшим образом переплелись. Похоже, одно без другого, по отдельности, не может быть. Наверное это лишний раз говорит о том, что природа едина, и изучать ее должна одна большая наука.

Проблем и задач перед ней — очень много. И нас с вами ждет еще немало интереснейших открытий.

Нам кажется, что любой ночью мы видим одно и то же небо. Все звездочки распределены по созвездиям, а все созвездия, словно материки на глобусе, неподвижно «приконопачены» к небосклону. Каково же будет ваше удивление, когда вы узнаете, что мы видим звезды вовсе не там, где они на самом деле. Почему, спросите вы?

Будь у нас возможность быстренько взлететь на ракете на высоту эдак километров двести, то мы обнаружили бы следующее. Картина звездного неба вроде бы осталась той же самой, но все созвездия словно разъехались по небесной карте, звездочки как бы отодвинулись друг от друга.

Дело в том, что, стоя на земле, мы будто находимся на дне воздушного океана — атмосферы. Наблюдение отсюда напоминает взгляд из-под воды на предметы, расположенные по берегам. Лучи света, идущие от звезд, проходя атмосферу, загибаются, непрерывно преломляясь во все более уплотняющемся воздухе. А глазу звезды будут казаться лежащими на прямой линии, то есть выше своего истинного положения.

Получается, что наблюдаемое нами звездное небо в каком-то смысле — мираж. Подобные миражи возникают и от земных предметов.

Например, раскаленный песок в пустыне или нагретый летом асфальт создают при наблюдении издалека видимость водной глади. А в ней дальние предметы отражаются, как в реке. Получается это потому, что теплый воздух у поверхности имеет меньшую плотность, чем холодный наверху. Бегущие издали световые лучи, преломляясь, загибаются теперь кверху, а потом попадают к нам в глаза.

Возможно, вам приходилось видеть, как опытные курильщики выпускают ртом в воздух дымовые кольца. Безусловно, мы не советуем вам следовать их примеру. Но разобраться с возникновением таких колец рекомендуем. Для этого, кстати, вовсе не обязательно обращаться к табачным изделиям. Можно провести опыт с ящиком, в одной из стенок которого сделано отверстие диаметром сантиметров 10. Противоположную стенку надо снять и затянуть упругой пленкой. Если теперь наполнить ящик «дымом», скажем, от «сухого льда», и щелкнуть по пленке, то из отверстия вырвется вращающееся туманное кольцо.

Образуются такие кольца от завихрений воздуха у краев отверстия. Возникающая «закрутка» способна заметное время сохранять форму кольца. Наловчившись, можно добиться того, что кольца будут догонять, ударять или проходить друг сквозь друга.

В природе завихрения, правда, уже не кольцевые, порождаются, к примеру, восходящими потоками нагретого воздуха. Это явление часто встречается в пустынях. Поднимаясь ввысь, воздух закручивается, втягивая в себя песок и пыль, которые выдают размеры этих вращающихся воздушных столбов. Их называют смерчами. Бывает, что они достигают десятков метров в ширину и сотен — в высоту. Такие огромные смерчи, именуемые в Северной Америке «торнадо», способны вызвать немалые разрушения. Их силы хватает, чтобы переносить дома.

Но есть и рисковые любители смерчей — планеристы. Им удается так использовать вихревое вращение воздуха, что оно поднимает планеры на большую высоту.

Вы можете и сами устроить небольшой пыльный смерч, если покрутите дощечкой вблизи нагретого участка земли или асфальта.

«Ветер по морю гуляет…» Здесь мы даже не скажем, кто автор этих стихов, он должен быть хорошо вам знаком. А вот как происходит встреча двух стихий — водяной и воздушной? Она не всегда бывает безоблачной. Полный штиль, когда водная гладь напоминает зеркало, сменяется легкой рябью. Затем по воде начинают бежать небольшие волны. Ветер усиливается — и скоро мы замечаем пенистые буруны. А уж когда волны достигают высоты в несколько метров, мы говорим — шторм.

Понятно, что волны образуются и растут от перемещения воздушных масс — ветра. Но дело не только в его силе, но и в продолжительности, а также в том, насколько много простора для волн. Можно, конечно, устроить и «бурю» в стакане воды. Но вы, разумеется, догадываетесь, что самое большое волнение достигается в открытом океане. Знать особенности взаимодействия ветра и воды — значит правильно рассчитать конструкцию кораблей и верно проложить морские пути. Там, где штормит поменьше и пореже.

Казалось бы, на берегу значительно безопаснее, чем в открытом море. И легче укрыться от шторма, и потонуть-то вроде бы негде. Однако природа преподносит каверзные сюрпризы. В глубине океана из-за подводных землетрясений или извержений вулканов могут образоваться гигантские одиночные волны. С бешеной скоростью несутся они в океане, сперва незаметно для глаз. Но домчавшись до берега, они вырастают до огромной величины и обрушиваются на сушу, сметая все на своем пути. Эти самые большие и страшные волны, рожденные океаном, называются цунами.

Долгое время спасения от этой опасности не существовало. Можно было в каких-то случаях лишь успеть убежать в горы. Однако наука ищет способы помочь людям. Удалось выделить на побережьях наиболее опасные зоны. А сейчас идут поиски методов предупреждения о надвигающемся цунами, чтобы оставалось достаточно времени для эвакуации приморских жителей.

Вам, безусловно, хорошо знакомо такое неприятное явление природы, как град. Да и гроза, которую он сопровождает, тоже, бывает, приносит много невзгод. Сколько помнит себя человек, столько он мечтал о каком-нибудь чудесном средстве, способном защитить его от этих стихийных бедствий. Наука принесла ему, помимо прочего, и такую возможность. Теперь, в принципе, можно одолеть грозу с градом не только заклинаниями и молитвами. Но для этого пришлось поставить и вести до сих пор широкомасштабные метеорологические эксперименты.