ПЛАВАЮЩИЕ КАМЕШКИ

Положите несколько камешков на дно банки. Насыпьте в банку сахар так, чтобы он полностью скрыл камешки. Медленно потрясите банку. Причем обратите особое внимание: банку необходимо трясти, перемещая вверх-вниз, а не из стороны в сторону.

При этом получится вот что. Камешки гораздо тяжелее крупинок сахара. А при движении тяжелым предметам требуется гораздо больше времени для остановки, чем легким. То есть камешки продолжат по инерции свое движение вверх, когда банка начнет опускаться вниз. Это приведет к тому, что под камешками образуется пустое пространство, которое тут же заполняют сахарные крупинки. Когда банка пойдет вверх, камешки продолжат путь вниз, однако там уже все будет занято сахаром. Таким способом камешки как бы всплывут в сахарном песке, сами пробьют себе дорогу на свободу и окажутся сверху сахарного песка.

Чудеса можно найти даже в капле воды. Вот куда-то уверенно плывет инфузория-туфелька. Тело ее неподвижно, словно льдинка. Но за секунду туфелька проплывает расстояние, многократно превышающее ее собственную длину. Трудно поверить, что к нему может быть как-то причастно движение микроскопических ворсинок, покрывающих ее тело.

Подобные загадки встречаются не только в микромире. Вот молодая щука неподвижно зависла в зарослях водорослей. Вдруг появилось нечто съедобное — и хищница, не совершив ни единого движения ни хвостом, ни плавниками, бросается на нее. Не менее удивительна и форель, неподвижно стоящая в воде быстрого горного ручья, не шевеля плавниками. В чем же секрет?

Микроорганизм со всех сторон окружен молекулами воды. Их давление по всем направлениям одинаково, и микроорганизм неподвижен.

Микроорганизм с одной стороны своего тела начал выделять вещества, уменьшающие силу поверхностного натяжения. Равновесие молекулярных сил нарушено, и он пришел в движение.

Конкретного объяснения всех этих чудес наука пока не дала. Но нам ничто не мешает построить свои догадки. Если вырезать из картона лодочку с щелью посередине, вложить в эту щель кусочек камфары и опустить лодочку на воду, то она бойко двинется вперед. Объясняется это тем, что камфара, растворяясь, повышает поверхностное натяжение воды позади лодочки, и оно толкает ее вперед.

Твердая камфара бывает в аптеках не часто, поэтому можно поставить другой опыт. Наломайте 5–6 мелких кусочков пенопласта и уложите их на воде по кругу. Если в воду в центре круга окунуть кусочек мыла, то кусочки разбегутся. Чтобы собрать их, достаточно коснуться воды кусочком сахара.

В этих опытах, возможно, таится механизм движения инфузории, щучки и неподвижности форели в потоке. Движители обычного типа — плавники или пароходные винты, — отбрасывая воду, действуют на реактивном принципе. Когда же в нашем опыте кусочки пенопласта реагируют на сахар и мыло, то ими движет изменение силы поверхностного натяжения воды.

Поверхность воды можно сравнить с тончайшей резиновой пленкой. Под действием сахара ее натяжение возрастает, и кусочки пенопласта сближаются. Мыло же, наоборот, снижает поверхностное натяжение воды, и более сильное натяжение круга кусочки пенопласта растаскивает.

И инфузории, и крохотная щучка теоретически могут двигаться за счет изменения сил поверхностного натяжения воды. Для этого они должны уметь выделять вещества, управляющие этим напряжением.

Рассмотрим это на примере инфузории, имеющей форму шарика (есть и такие). В чистой воде на поверхности ее тела имеется примерно такая же равномерно натянутая пленка молекул воды. Все действующие в ней силы уравновешены, и инфузория неподвижна. Но вот она с одной стороны выпустила вещество, снижающее поверхностное натяжение. Равновесие тотчас нарушится, на противоположной стороне более упругая пленка начнет сжиматься, и инфузория придет в движение.

Если инфузория умудрится на одном из полушарий своего тела снизить силу поверхностного натяжения воды в три раза, то, как показывают расчеты, она сможет развить скорость 16 м/с. При такой скорости возможного запаса вещества ей хватит лишь на доли миллиметра пути, но при скорости в десятые доли миллиметра в секунду ей хватит ресурсов, чтобы бесконечно долго плавать по своему океану — капле воды.

На том же принципе могла бы двигаться и щучка. Если она может повысить силу поверхностного натяжения воды в 2 раза, то при длине тела в 10 см, те же 10 см она преодолеет всего за 0,03 секунды. От такого броска не ускользнет ни одна добыча!

Однако с увеличением размеров тела сопротивление возрастает быстрее, чем возникающее на его поверхности давление. Для существ большого размера и тем более подводных лодок такой способ передвижения, к сожалению, не пригоден.

А. ИЛЬИН

Рисунки автора

Поток солнечной энергии в средних широтах не так уж и мал — до 600 Вт на квадратный метр. Поэтому в местах, где много солнечных дней, всерьез думают о ее промышленном использовании. В Калифорнии, например, в пустынной местности, непригодной для сельского хозяйства, построен целый завод по производству электроэнергии, где люди кажутся букашками рядом с панелями солнечных батарей.

Когда-нибудь и мы будем строить такие заводы, а пока начнем с малого и обеспечим экологически чистым питанием хотя бы электронные часы и радиоприемники. Они станут «вечно ходящими» и «вечно говорящими», избавив вас от хлопот и расходов на замену батареек.

Солнечный элемент представляет, по сути дела, полупроводниковый диод с большой площадью контакта двух слоев полупроводника p и n типов проводимости. При освещении контакта на выводах появляется напряжение, а через подключенную нагрузку протекает электрический ток. Один элемент развивает небольшое напряжение, до 0,5 В, поэтому отдельные элементы соединяют последовательно в батарею, часто называемую солнечной панелью (СП или SP — solar panel).

Солнечный свет бывает далеко не всегда, поэтому СП всегда оснащают буферной аккумуляторной батареей. А чтобы аккумулятор не разряжался ночью на небольшое внутреннее сопротивление солнечных элементов, используют защитный диод VD1, как показано на рисунке 1а.

Рис. 1а

Именно так устроена СП «Электроника», выпускавшаяся когда-то в Зеленограде под Москвой (фото на стр. 73). Небольшое отступление: я решительно не понимаю, зачем надо было разваливать хорошо налаженную полупроводниковую промышленность Зеленограда, специально для того и построенного в 60-х годах прошлого века, чтобы теперь, на пустом месте и «с чистого листа», строить Сколково, вбухивая миллиарды! Когда-то я ездил в Зеленоград читать в местном вузе лекции по радиотехнике, и электронные наручные часы, тогда одни из первых, купленные там, исправно служат до сих пор не один десяток лет!