Москва
2014
Предисловие Любишь шоколад? Ешь на здоровье! Но перед тем как проглотишь последнюю дольку, измерь-ка скорость света. Это очень легко — с помощью микроволновки. А если соберёшься съесть банан, оставь кусочек и узнаешь, как выглядит его ДНК. Если любишь пиццу и хочешь поделиться ею с лучшей подругой или другом, из этой книги ты узнаешь, как просто и быстро разрезать её на равные кусочки. А ещё ты узнаешь, почему длинные макароны ломаются на несколько частей, когда танцуют изюминки и капли воды или как проверить память баночки из-под йогурта. И многое, многое другое: например, то, что шипучие таблетки можно растворить в воде — а можно сделать с их помощью ракету. Эксперименты, описанные в этой книге, простые и наглядные — это проверено детьми на передаче, которую я веду на детском канале, — а все необходимые предметы, скорее всего, есть у тебя дома. Так чего же ты ждёшь? Вперёд! Но даже простые эксперименты — это очень интересно. Ты сможешь не только понаблюдать за тем, что происходит в каждом опыте, но и узнаешь, почему это так; что в световых годах измеряется не время, а расстояние, что с каждым кусочком банана ты съедаешь «дезоксирибонуклеиновую кислоту», что вода может быть в состоянии «задержки кипения». Всё это связано с наукой, а наука — это знание. И прочитав эту книжку, ты станешь умнее и смышлёнее, узнаешь много-много нового. Ты заставишь стаканы петь, солнечный свет — распадаться на цвета, сделаешь видимым сигнал пульта дистанционного управления, сможешь посмотреть сквозь свою собственную ладонь, измеришь время своей реакции, смастеришь подшипник, зажжёшь люминесцентную лампу при помощи расчёски, разведёшь огонь под водой и соорудишь настоящий фонтан! Успехов тебе и приятных открытий! Твой
(Йоахим Геккер)
С О Д Е Р Ж А Н И Е
Где что найти?
Как пользоваться этой книгой
8
За светом не угнаться Танец пламени Твоё тело — электростанция Вне зоны доступа Самодельный электроскоп
Сжатие и расширение Витаминная ракета Гейзер из бутылки Холодный кипяток Растянуться бы в теньке
10 12 14 16
Трение, скольжение, колебание Танцующие капли Прокачу! Шарики за ролики Настоящий хаос Двойной маятник Яйцо-альпинист Равновесие швабры
Изменение формы Вспомнить всё n Пластмасса — это вам не картон Как новенькое Съедобная плёнка своими руками Выращивание кристаллов Правда о фломастерах Банановая буря в стакане воды Булавка в медных доспехах Горящее железо За нами заржавеет n Ничто не вечно
18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38
60 62 64 66 68 70 72
Падение, полёт, вращение Проверь свою ловкость! n Футбольная наука Хорошего полёта! Кувырки в воздухе Кратеры ручной работы Притормози Почему велосипед не падает? Вращение с подвохом Баночная карусель
Перемещение и передача Ниточная телефония Звуковая воронка Водяная лампа Шприц дистанционного управления Один в поле воин
50 52 54 56 58
40 42 44 46 48
74 76 78 80 82 84 86 88 90
Течение Колечкопускатель Музыкальная соломинка
6
92 94
Мал да удал В плену воронки Домашняя водонапорная башня Угловатая струя воды
96 98 100 102
Гороховый обогреватель В покое — сила Самая маленькая грибная ферма в мире
142 144 146
Удивительное Погружение и всплытие Невесомая вода Почему корабли плавают? Танец с изюминкой Жидкость жидкости рознь
104 106 108 110
Слух и зрение Как посмотреть сквозь ладонь? n Зрительные иллюзии Пират, будь начеку! Исчезающая монетка В другую сторону Изогнутый карандаш Увидеть невидимый свет Инфракрасный рентген Камера-обскура Чистой воды линза Расщепление света Поющие бокалы
112 114 116 118 120 122 124 126 128 130 132 134
Рост и созревание Помоги банану n Биология + техника = бионика Что в теремочке растёт?
136 138 140
7
Опыт с подгузником Сломленные макароны Бумажная пила Компьютерная мышь Заколдованный спичечный коробок Дёрни за верёвочку Миссия невыполнима Нужно уметь делиться Парящие открытки n Земля — огромный магнит Огонь под водой
148 150 152 154 156 158 160 162 164 166 168
Глоссарий Алфавитный указатель
170 172
С П О С О Б
П Р И М Е Н Е Н И Я
Как пользоваться этой книгой На каждом развороте этой книги ты найдёшь описание эксперимента, его естественно-научное объяснение и примеры его использования в повседневной жизни. Ниже ты найдёшь подробную схему, объясняющую, где что расположено на каждой странице. Также в книге ты встретишь несколько больших обзоров, в которых профессор Всезнайкин поделится с тобой удивительной информацией и смешными историями.
Если какое-то слово тебе непонятно, загляни в глоссарий на страницах 170–171. Там объясняются сложные понятия. Если в тексте встречаются химические элементы, то в скобках рядом даются их обозначения из Периодической системы Менделеева. На страницах 172–175 находится алфавитный указатель, с помощью которого ты сможешь найти в книге какую-то конкретную тему, понятие или эксперимент.
1
Глава Цветным шрифтом написано название главы, которую ты читаешь.
1
2
2
Время Здесь указано, сколько примерно времени тебе понадобится для проведения эксперимента.
3 3 Список предметов В этом списке ты найдёшь перечисление предметов, которые понадобятся тебе для эксперимента. 4 4
Эксперимент Рисунки шаг за шагом показывают, что нужно делать во время эксперимента, чтобы всё получилось. Цифры в кружочках указывают, на каком рисунке какой этап из описания изображён.
5
5
Результат Иногда он предсказуем, а иногда совершенно удивителен – здесь описан результат опыта.
6
Уровень сложности В этом углу обозначено, насколько сложно ставить этот опыт. Если он отмечен жёлтым выделителем, значит, тебе понадобится помощь взрослых, – например, когда нужно иметь дело с огнём или острыми предметами.
6
8
Правила поведения в лаборатории для учёных Когда ты проводишь эксперименты у себя дома, твои кухня или ванная превращаются в маленькую лабораторию. Так называется рабочий кабинет естествоиспытателя. Поэтому как настоящий учёный ты должен соблюдать несколько правил: n есть и пить в лаборатории запрещается – по крайней мере, во время самого опыта. Проведение эксперимента требует полной концентрации внимания; n мусор, остающийся после проведения опыта, нужно выкидывать в ведро. Если после эксперимента остаются жидкости, например уксус, необходимо вылить их в раковину или в унитаз; n после окончания экспериментальных работ все их следы необходимо убрать, чтобы лаборатория снова могла стать кухней. Убери за собой и как следует вымой руки.
8 7 7
Объяснение Здесь простыми словами объясняется, какое природное явление лежит в основе эксперимента и в чём оно заключается.
8 Пример из повседневной жизни В этом разделе ты можешь почитать о том, где в повседневной жизни мы можем столкнуться с явлением, на котором строится этот опыт. 9
9
Дополнительная информация Здесь приведены интересные дополнительные данные.
10
Профессор Всезнайкин Это профессор Всезнайкин, выдающийся исследователь и учёный, хоть и выглядит простофилей. Его юмор и обаяние будут сопровождать тебя всю книгу.
10
9
С Ж А Т И Е
И
Р А С Ш И Р Е Н И Е
Витаминная ракета «Десять, девять, восемь, семь…» — пошёл обратный отсчёт. Ракета заправлена и готова к старту. Вот-вот она поднимется в небо. И что самое главное — космодром находится прямо у тебя дома!
<"
" p"3"
"
" "
0"32"
A
"
"
"p"3" "p"
"
"p"
"
1
" "
" " "
"
" " " (1)0" " " " 0" " " <" " " " " "(2)." " " " " " " " " " "Ï" " " 0
2
A" "
"
"
3
"
" "
" "(3)0" " " "
" "
"
" " "
" "
" "
A
Через несколько секунд раздастся щелчок, и верхняя половинка капсулы отлетит вверх (4). Проявив немного ловкости, ты можешь использовать одну таблетку сразу для нескольких запусков — она растворяется в течение нескольких минут. Также для этого эксперимента можно использовать разрыхлитель теста и воду — для старта ракеты достаточно половины чайной ложки разрыхлителя. Совет: на верхней половинке можно сделать крылышки из скотча — так называемые стабилизаторы. Тогда ракета полетит выше!
4
"
легко
6несложно трудно выполнять только взрослым под присмотром детей
10
"
"
A "
"
A
В шипучих порошках и таблетках, так же, как и в разрыхлителе теста, содержатся два вещества, которые довольно бурно Растворение шипучей таблетки вызывает реагируют друг с другом, — сода (двууглекислый натрий, контролируемый взрыв. «Контролируемым» его NaHCO3) и винная или лимонная кислота. Изначально оба этих вещества в таблетке отделены одно от называют потому, что понятно, что именно при нём другого и вступают в контакт только в воде, тогдапроисходит. Во время запуска ракеты часто используют то они и реагируют друг с другом, и ты видишь такой взрыв. Образующиеся газы специально направляют множество маленьких пузырьков. При этом в сопла двигательной установки. Скорость их движения при образуется двуокись углерода (CO2). Поскольку этом достигает 18 000 км/ч. Несмотря на то, что эти газы очень это газ, ему тесно в маленькой пластиковой лёгкие, из-за очень высокой скорости они в состоянии привести в капсуле. Газа становится всё больше и больше, движение установки весом в несколько тонн. давление внутри пластикового яйца растёт, В динамите, созданном шведским химиком Альфредом Нобелем и в конце концов оно разлетается на две (1833–1896), также используется принцип контролируемого взрыва. части, а верхняя половинка на большой Взрывчатые вещества сгорают быстро и активно, при этом образуется скорости запускается вверх. огромное количество газов. Они находятся под сильнейшим давлением и распространяются со скоростью до 32 000 км/ч. Детонация происходит только в том случае, если взрывчатое вещество закрыто в каком-то плотном «коконе», — как хлопушка, завёрнутая в бумагу. Газы способны разрушать даже камень — это используется в шахтах и на каменоломнях. Также с помощью взрывчатки сносят старые обветшавшие здания. Новые аппараты отправляют в космос без топлива на борту. На русскоамериканской космической станции «Космос-1», например, установлен солнечный парус размером в 600 м2. Солнечный парус лёгкий как пёрышко, потому что состоит из тончайшей фольги, которую натягивают прямо в космосе. Станция перемещается в пространстве под действием фотонов — мельчайших частичек, из которых состоит солнечный свет. Они толкают парус, как крошечные мячики, летящие от Солнца, и космический корабль понемногу передвигается. Сначала он летит очень медленно, со скоростью около 18 см/ч, но спустя 100 дней его скорость достигает 16 000 км/ч, а через три года — 160 000 км/ч.
."
"
." " "
#
"
."" "
A"
" È
" "
11
С Ж А Т И Е
И
Р А С Ш И Р Е Н И Е
Гейзер из бутылки
<"
Гейзер — это горячий источник, который нечасто встретишь в городе. Твой самодельный гейзер — холодный, и устроить его можно где угодно. Покорми его конфетками, и он отблагодарит тебя самым настоящим фонтаном.
" p"3"
1
"
A
" "3.7" +"p"3" "* "
" "*Å " "p" "ÅOgpvquÇ+
"
2
"
" "
(1)0" " "
"
" "
"
легко
6несложно
" 0" " " " " "
"(3)0"
0
"
"
A"
"
" " "(2)0" "
"
"
"
Ç."
"p"
" "
"
3
0"7"
" "
" "
"
0" " " "
"
"
" "
" ."
" ." "Ï"
" " " " " " "
" " " " " "
" "
."
"
" "
"
" " ." " "
A
Из горлышка сразу вырвется сильная струя воды (4). В бутылке останется совсем немного «шипучки», а конфеты будут лежать на донышке. Совет: попробуй провести этот эксперимент с бутылкой «Кола Лайт». Ты удивишься!
4
трудно выполнять только взрослым под присмотром детей
12
" "
"
"
"
"
" #"
""
""
A
В газированной воде содержится углекислота (диоксид углерода), которая постепенно высвобождается при открытии бутылки. Это создаёт освежающий эффект при питье. Как только в бутылку попадают жевательные конфеты, на их шершавой поверхности образуются пузырьки газа (см. эксперимент на стр. 108), из воды в огромном количестве выделяется двуокись углерода. Так как конфеты относительно тяжёлые (по сравнению с изюминками со страницы 108), они опускаются на дно бутылки, а пузырьки отделяются от них и стремятся вверх. Это происходит удивительно быстро, почти мгновенно. Тогда высвободившийся углекислый газ выталкивает воду и вырывается из бутылки под напором.
"
"
A
Если кто-то не любит газированную воду, «шипучку» очень легко превратить в обычную воду. Для этого достаточно бросить в бутылку несколько кристалликов соли. Вода запенится из-за быстрого выделения двуокиси углерода, и после этого в напитке будет значительно меньше пузырьков. Вода из гейзеров бьёт на высоту до 60 м, и это совершенно невероятное зрелище. Гейзеры (от исландского слова «geysa», которое означает «быстро двигающийся») — цель множества туристов, будь то знаменитый «Old Faithful» («Старый Служака») в Йеллоустоунском национальном парке в США или гейзеры на Камчатке и в Исландии. Все они свидетельствуют о подземных разломах: в вулканических областях, где раскалённые недра Земли расположены близко к поверхности, скапливаются подземные воды. Из-за того, что они нагреваются, растёт давление. Рано или поздно воды закипают и вырываются наверх через трещины и отверстия в почве. Часть жидкости при этом превращается в пар. Горячие потоки бьют из-под земли, как огромные фонтаны.
13
С Ж А Т И Е
И
Р А С Ш И Р Е Н И Е
Холодный кипяток Чтобы вскипятить воду, ты обычно нагреваешь её. Да, можно и так — но это требует времени. Можно получить кипяток мгновенно, правда, для этого тебе придётся приложить некоторые усилия…
<"
" p"3" *
" ."
0"7"
A
"
"42"
"
+"
" "p"3"
"
"
"
1
" "
"
" " "
"
" " "
" 0
"
"
"
" " "
"(2)0"
A" (1)0" "
"
"
" "
" "
"
3
2
"
" легко
6несложно трудно выполнять только взрослым под присмотром детей
A
Казалось бы, в шприце только вода, но неожиданно в нём появляется воздух. В воде возникают пузырьки, и чем сильнее ты тянешь поршень, тем больше они становятся (3). Это выглядит так, будто вода в шприце закипела и в ней образовались паровые пузырьки. Но если ты потрогаешь шприц, то обнаружишь, что он не стал теплее.
14
"
"
A
В словаре написано, что кипячение — это нагревание до точки кипения. В точке кипения жидкости испаряются, то есть до этого момента они находятся в жидком состоянии, а после — в парообразном. Однако точка кипения означает не какую-то определённую температуру, которая всегда и везде одинакова, — она зависит от давления, которое воздействует на жидкость. Обычно давление оказывает окружающий нас воздух, и в таких условиях вода закипает и испаряется при 100 °С. Когда ты тянешь за поршень шприца, давление внутри увеличивается, и температура кипения падает. Если достаточно сильно потянуть, то эта температура сравняется с комнатной и вода закипит, например, при 20 °С. Это видно по пузырькам в воде. Явление, когда из-за перемены давления вода резко испаряется и в ней образуются, а затем снова исчезают паровые Скорость вращения корабельных гребных винтов и турбинных лопастей, пузырьки, называется «кавитация». особенно по внешнему краю, так высока, что там образуется вакуум. Из-за кавитации формируются паровые пузырьки, которые тут же сжимаются, то есть исчезают. При этом сжатии возникает высокое давление, по причине которого винты и лопасти раскалываются и выходят из строя. Однако это явление может быть использовано на благо: ультразвуковые зубные щётки образуют массу пузырьков, которые помогают избавиться от зубного налёта. Точка замерзания (0 °С) и точка кипения Существуют раки размером около 5 см, которые способны так быстро воды (100 °С) — это крайние точки шевелить своими клешнями, что возникает эффект кавитации. Когда температурной шкалы, созданной паровые пузырьки опадают, образуется взрывная волна, оглушающая шведским астрономом Андерсом червячков и даже маленьких рыбок. Кроме того, шум от этой волны так Цельсием. Однако вода не всегда кипит — силён, что его улавливают даже радары военных кораблей, используемые то есть в ней не всегда образуются паровые для отслеживания вражеских судов. пузырьки, — когда она достигает точки кипения. При наблюдении за очищенной водой при температуре даже 270 °С не было обнаружено паровых пузырьков, потому что они образуются только на инородных " " " " элементах — например, на частичках пыли. Если " " их нет, то вода может нагреваться до температуры " " ." " и выше точки кипения. Это называется «задержка " " "" кипения», и малейшего вмешательства достаточно для # того, чтобы стихийно образовалось огромное количество паровых пузырьков. Искусственное добавление примесей (например, кусочка пемзы) обусловливает раннее появление паровых пузырьков при нагревании жидкости в лаборатории. Это позволяет избежать пугающего эффекта задержки кипения, который очень опасен при работе с химикатами.
"
"
15
"
A