Налейте теперь колбу водой доверху и заткните пробкой (рис. 5). Оботрите тряпкой колбу снаружи, чтобы она была совсем сухая, и поставьте её нагреваться, например, на спиртовую лампу. Тогда придётся из толстой проволоки сделать маленький таганчик (треножник), на который можно было бы поставить колбу. Таганчик делается очень просто: кусок проволоки сгибается, как показано на рис. 6; получается кольцо и три ножки, которые следует только отогнуть и закрутить.

Когда вы поставите колбу на таганчик и станете её нагревать, вода начнёт подниматься по трубке. Если она доходила только до пробки, то теперь поднимется до метки (рис. 6). Значит, вы добавили в колбу воды, ниоткуда её не наливая. Задача решена!

Почему же вода поднимается по трубке? Конечно, воды осталось столько же, сколько было. Она только расширилась, заняла больше места. Отчего это произошло? Вы колбу нагревали. Значит, вода в ней от нагревания расширилась. Не только вода, но и всякая другая жидкость расширяется от нагревания. Так, например, жидкий металл ртуть расширяется при нагревании и сжимается при охлаждении.

Рис. 5. Колба с пробкой-трубкой

Рис. 6. Приготовление треножника из проволоки

Рис. 7. Треножник из проволоки

Зная это, легко понять, как устроен термометр. Главная его часть – шарик, наполненный ртутью, с длинной, тонкой стеклянной трубочкой, которая к нему припаяна. Если всмотреться, то это та же колба, только крохотная и с очень длинным, узким горлышком.

Рис. 8. Термометр

Вы знаете, как пользоваться термометром. Когда становится теплее, ртуть вытягивается вверх по трубочке; напротив того, когда делается холоднее, ртуть опускается. Трубочка укреплена на дощечке, а на этой дощечке нанесены деления – градусы. На совсем старых термометрах, которые были придуманы учёным Реомюром, 80° обозначает такую температуру, когда закипает вода, а 0° – когда начинает замерзать вода. Всё расстояние между 0 и 80 разделено на 80 равных частей – градусов. Такие же деления сделаны и ниже нуля. Однако в современном мире практически везде используется другой термометр – Цельсия. На нём градусы мельче, так как температура кипения воды обозначена числом 100, и всё расстояние между 0 и 100 разделено на 100 градусов. Каждые 4 градуса Реомюра равны 5 градусам Цельсия.

Воздух также расширяется от нагревания. Это свойство воздуха позволяет сделать очень любопытный опыт. Устройте прибор, представленный на рис. 9. Для этого согните трубку 2 раза под углом и вставьте её в пробку. Вгоните в трубку одну капельку воды, чуть-чуть подкрашенной чернилами. Для этого смочите конец проволоки так, чтобы на ней висела капелька, и стряхните эту капельку в трубку. Если сама она не пойдёт туда, то вдуйте её ртом. Вставьте после этого пробку в колбу. Положите колбу на стол. Нагрейте руку, подержав её под горячей водой. Смотрите только, не ошпарьтесь! Возьмите теперь колбу в горячую руку. Капелька сейчас же побежит вверх. Почему? Воздух сильно расширился от теплоты и поднял капельку. Как только вы отнимете руку, капелька опять опустится. Чтобы при расширении воздуха она не выскочила совсем из трубки, надо правый конец последней сделать подлиннее.

Рис. 9

Однажды мне подарили преинтересный шарик. К нему было прилажено кольцо с деревянной ручкой, через которое он свободно проходил. И кольцо, и шарик были сделаны из жёлтой меди. Для шарика была тоже деревянная ручка, но он не был к ней прикреплён неподвижно, а висел на проволоке.

С этим шариком я часто проделывал такой опыт. Возьму, бывало, кольцо в левую руку, а шарик в правую и пробую, проходит ли шарик сквозь кольцо. Оказывается, проходит свободно. После этого я нагревал шарик над огнём и опять пробовал пропустить его через кольцо. Шарик не проходил, а задерживался в кольце. Я ждал. Проходило несколько минут. Шарик остывал и сам собой проваливался через кольцо. Сколько раз я ни повторял опыт, всегда выходило одно и то же.

Рис. 10. Забавный шарик

Что же этот опыт показывает? Ясно, что шарик от нагревания делается больше. Поэтому он и не может пройти через кольцо. Охладившись, он снова делается меньше и проваливается. Стало быть, и твёрдые тела от теплоты расширяются, а от холода сжимаются.

Расширением тел объясняется много явлений. Сделайте такой опыт. Вскипятите на плите в кастрюле воду. В другую кастрюлю налейте холодной воды и, если можно, положите в неё кусок льда – от этого она станет ещё холоднее. Опустите в холодную воду маленький стеклянный пузырёк и, когда он сам станет там совсем холодным, выньте и положите в кипящую воду. Пузырёк тотчас же лопнет. Значит, холодное стекло, брошенное в горячую воду, лопается. Отчего? От холодной воды пузырёк сжался. Когда его положили в горячую воду, он сразу расширился, но наружная сторона стекла расширилась сильнее, чем внутренняя, и потому пузырёк лопнул. Если бы мы положили его в холодную воду и стали медленно нагревать её, то внутренняя сторона стекла успела бы так же нагреться и расшириться, как наружная, и пузырёк остался бы цел.

С вами, вероятно, случалась такая неприятная история. Вам подарили флакончик со стеклянной пробкой. Вы хотите его открыть, но пробка не вынимается. Вы начинаете тащить её щипцами, стараетесь выколотить её прочь ручкой ножа, и кончается вся эта история тем, что вместе с пробкой отскакивает и шейка флакончика… Флакончик погиб. А открыть его было так просто. Стоило только быстро нагреть над свечой шейку, и пробка вышла бы без всякого труда. Почему? От огня нагрелась бы и шейка, и пробка, но первая больше второй. Значит, шейка расширилась бы больше, чем пробка, и последнюю можно было вынуть без всякого труда.

Мы узнали, что медь и стекло расширяются от теплоты. То же самое происходит и со всеми другими твёрдыми телами.

От холода все тела – и твёрдые, и жидкие, и газообразные – сжимаются. Однако при замерзании вода расширяется.

Как-то я ещё мальчиком зашёл к своему товарищу. Он был большим любителем опытов и целыми днями возился со своими склянками и приборами. В этот день мы мирно сидели за чайным столом и разговаривали. Вдруг послышался треск, точно выстрел из ружья, зазвенели и посыпались стёкла. Все вздрогнули и невольно обернулись к окну столовой, выходившему в сени, – оттуда послышался зловещий звук… Только один мой товарищ оставался спокойным. «А ловко же удался опыт!» – в раздумье наконец произнёс он. Тут все поняли, кто был виновником происшествия. Мать обратилась к нему с упрёками, но мой приятель в оправдание стал рассказывать о своём опыте, и скоро все им невольно заинтересовались. Что же он такое сделал? Он просто поставил между оконными рамами бутылку, наполненную водой до самого верха и плотно закупоренную, пробка была даже привязана к горлышку проволокой. На дворе в тот день стоял сильный мороз, и вода в бутылке замёрзла. Замерзая, она разорвала бутылку. Ясно, что при замерзании вода расширяется, и лёд занимает больше места, чем вода, из которой он получился.