Чем замечательны для истории физики два года: 1666 и 1905?
В 1666 году, когда Исаак Ньютон учился в Кембриджском университете, эпидемия чумы заставила его уединиться в деревушке Вулсторп, где он родился. Целый год он занимал свой досуг тем, что разрабатывал дифференциальное и интегральное исчисления, доискивался до первооснов природы света и закладывал фундамент теории всемирного тяготения. В истории физики был еще только один такой год – 1905 й. В этом году Альберт Эйнштейн опубликовал в немецком журнале «Анналы физики» пять статей, три из которых навсегда вошли в историю физики как одни из величайших. В одной из них Эйнштейн (на основе введенных в 1900 году Максом Планком квантовых представлений) дал теорию фотоэффекта – явления вырывания светом электронов из вещества (именно за эту работу он был удостоен в 1921 году Нобелевской премии по физике). Вторая статья была посвящена объяснению поведения мельчайших частиц в жидкости, известному как броуновское движение. А в третьей были приведены основные положения специальной теории относительности.
Как воздушный змей помог Бенджамину Франклину укрепить независимость США?
В 1752 году американский просветитель, государственный деятель и ученый Бенджамен Франклин (1706–1790) провел знаменитый эксперимент. Во время разыгравшейся грозы он запустил воздушный змей с металлическим проводом (антенной), удерживая его посредством электропроводной шелковой нити. Стоило Франклину приблизить руку к металлическому ключу, который он привязал к шелковой нити, как тут же появлялась яркая искра. Тем самым Франклин продемонстрировал, что грозовые облака накапливают мощный электрический заряд, а молния – это электрическая «искра» между полюсами, одним из которых служит заряженное облако, а другим – земная поверхность. Франклину повезло, что он после своего смелого эксперимента остался в живых: некоторые другие исследователи, пытавшиеся повторить его, погибли на месте от прошившего их тело мощного электрического разряда. Свершение Франклина имело значение не только с точки зрения физики, посредством этого эксперимента американские колонии заявили о себе в масштабе общемировой культуры. Франклин впервые показал всему миру, что не только у европейцев, но и у жителей Нового Света есть научный потенциал, чтобы внести достойный вклад в победу эры разума. Когда четверть века спустя Франклин представлял при дворе французского короля новорожденные Соединенные Штаты Америки и просил о поддержке юного государства, то пользовался заслуженным уважением не только как политик, но и как ученый, сумевший «приручить» молнию. Таким образом, его воздушный змей помог в немалой степени укрепить независимость США.
Кто, по мнению Альберта Эйнштейна, делает великие открытия?
Исходя из собственного богатого опыта, Альберт Эйнштейн утверждал, что великие открытия делают следующим образом: подавляющее большинство людей знают, что это невозможно, а затем находится один человек, который не знает, – вот он-то и делает открытие.
Как оценивалась юридически кража электроэнергии 100 лет назад?
В 1899 году суду в Ганновере (Германия) пришлось решать вопрос: составляет ли противозаконное присвоение электричества воровство или нет? Машинист Генке, состоявший при центральной электрической станции, зарядил тайно от хозяина два небольших аккумулятора и продал их. Суд не признал его виновным, хотя было доказано, что обвиняемый похитил электрическую энергию от чужой установки. В своей мотивировке суд указал, что о краже можно говорить только в том случае, когда дело идет о противозаконном присвоении чужой собственности, движимого предмета, но электричество ни в коем случае нельзя считать движимой вещью, причем даже нельзя сказать, может ли вообще электрический ток быть признан «вещью».
Почему у струнных музыкальных инструментов материал корпуса играет важную роль, а у духовых – нет?
Материал корпуса не очень важен для духовых музыкальных инструментов. В отличие от струнных, у которых при звучании вибрирует корпус, в духовых инструментах звучит столб воздуха, заключенный в трубе, а из чего сделана эта труба – не так уж важно. Это известно уже лет сто, а четверть века назад американский физик Джон Колтман, чтобы лишний раз доказать эту истину, сделал флейту из бетона. Музыковеды, которым завязали глаза, не могли отличить ее звучание от звучания обычной деревянной флейты.
Кто и как впервые показал, что воздух имеет вес?
Первым это сделал великий итальянский физик, механик и астроном Галилео Галилей (1564–1642), причем двумя способами. В первом, качественном, эксперименте Галилей, достигнув термическим путем разрежения воздуха в колбе с длинным горлышком, тщательно закрытым пробкой, убедился, что если пустить этот сосуд плавать в воде, то он погружается меньше, чем в том случае, когда воздух не был разрежен. В других, количественных, экспериментах Галилей с помощью насоса закачивал во флягу избыточный воздух помимо обычно находящегося в ней и измерял увеличение веса фляги. С помощью остроумных уловок Галилей измерил объем воздуха, нагнетенного во флягу, и на основании этого результата определил отношение удельного веса воздуха к удельному весу воды. Он получил значение 1:400. Если сопоставить это значение с истинным (1:773) и учесть, какими средствами тогда располагал Галилей, то точность его измерений представляется замечательной.
Чем объясняется различие берегов рек, текущих в направлении меридиана?
Реки, текущие в направлении меридиана в Северном полушарии, подмывают правые берега, а в Южном – левые. Это явление впервые объяснил в 1857 году русский естествоиспытатель Карл Максимович Бэр (1792–1876). Кстати, по основной своей специальности он был не физиком, а биологом (его считают основателем эмбриологии.) Закон Бэра объясняет подмыв берегов рек влиянием суточного вращения Земли, вследствие которого на частицы речной воды действует ускорение Кориолиса, направленное вправо по отношению к скорости движения в Северном полушарии и влево – в Южном. Поскольку соответствующие берега препятствуют отклонению потока, река их подмывает. На экваторе ускорение Кориолиса равно нулю, а наибольшее его значение – у полюсов, поэтому закон Бэра сильнее сказывается в средних и высоких широтах. Действие закона прямо пропорционально массе движущейся воды и ясно заметно только в долинах крупных рек, почти не проявляясь на малых реках. Примером, подтверждающим закон Бэра, может служить строение берегов рек Днепра, Дона, Волги, Оби, Иртыша и Лены.
Дунай и Нил также в большей части своего течения имеют высокий правый берег и низкий левый. В Южном полушарии реки с крутыми левыми берегами имеются в Новой Зеландии и в Южной Америке.
Насколько вес тела на экваторе Земли отличается от веса этого же тела на полюсах?
Вес любого физического тела зависит от того, на какой географической широте оно находится. Обусловлено это совместным действием двух факторов: несферичности (сплюснутости у полюсов) нашей планеты и ее суточным вращением. С увеличением географической широты основная составляющая веса (гравитационное притяжение, определяемое расстоянием между центрами масс Земли и взвешиваемого тела) увеличивается, а центробежный эффект, приводящий к снижению веса, уменьшается. Таким образом, любое тело имеет минимальный вес на экваторе, максимальный – на Северном полюсе (на Южном полюсе простирается возвышенность, а с удалением от центра Земли сила тяжести ослабевает). Разница между указанными минимальным и максимальным значениями веса тела составляет приблизительно 0,5 процента. Товар, весящий на экваторе тонну, прибавил бы в весе 5 килограммов, если бы его доставили на Северный полюс. При переносе вещей на полюс с других широт прибавка веса меньше, однако для крупных грузов она все же может выражаться внушительными числами. Так, груз морского судна, весящий в средних широтах 20 тысяч тонн, прибавил бы в весе 50 тонн, если бы это судно добралось до Северного полюса. Груз самолета, весящий в Москве 24 тонны, после посадки этого самолета на Северном полюсе стал бы тяжелее на 50 килограммов. Обнаружить такие «прибавки» можно только при помощи пружинных весов, потому что на весах рычажных гири тоже становятся соответственно тяжелее.
