Интересные и малоизвестные научные факты (7 фактов)
Наша интуиция и способность делать предположения — отличные инструменты, которые позволяют не тратить слишком много сил на обдумывание простых вещей. К сожалению, представления о реальном мире не всегда оказываются правильными. Ниже приведены 7 физически верных фактов, которые могут показаться вам ложными или абсурдными на первый взгляд.
Парусное судно быстрее идёт не при попутном ветре
Это справедливо не для всех конструкций парусов, но для подавляющего большинства. Поразительно, однако попутный ветер не является самым «выгодным» для судна с точки зрения скорости движения. Наиболее скоростной ветер — так называемый бакштаг — направлен под небольшим углом к курсу, обычно около 15 – 30°. Конечно, форма паруса тоже имеет значение, но она как раз обусловлена этим эффектом и призвана лишь усилить его.
Дело в том, что при движении судна возникает встречный поток воздуха, направленный в противоположную курсу сторону. Этот встречный поток ослабляет ту часть ветра, которая направлена прямо в корму. Если ветер только попутный, то он целиком ослабляется этим встречным потоком, который «дует» против него. В результате остается только некоторая часть прямого попутного ветра.
Если же ветер направлен под углом, то встречный поток гасит только прямую его часть, а боковая не меняется. В итоге результирующий поток, который складывается из прямой и боковой частей, получается сильнее, чем при попутном ветре. Конечно, если ветер совсем сбоку, то судно вперед он сильно не разгонит. Однако есть такой диапазон углов, когда поток воздуха все еще «достаточно прямой» для эффективного воздействия на парус, но при этом не настолько прямой, чтобы встречный ветер его значительно ослабил.
Лампа накаливания скорее нагревательный прибор, нежели осветительный
Стандартные лампы с вольфрамовой нитью накаливания — крайне неэффективный прибор. В видимый свет преобразуется всего 5 % потраченной лампой энергии. Почти все остальное уходит в инфракрасное излучение, которое является скорее теплом, чем светом. Но дело даже не столько в том, что тепло — это основной результат работы лампы, сколько в том, что изначально подобные конструкции и проектировались ради тепла.
Хорошо известно, что сильно нагретые предметы излучают свет: вспомните раскаленную болванку под молотом кузнеца. В таких ситуациях свет нам вовсе не нужен, но этот эффект можно использовать: чтобы получить свечение, нужно нагреть предмет.
Проще всего нагреть его электрическим током, что и происходит внутри лампы накаливания. Таким образом, нагрев является основным результатом работы лампы, а свет — побочным. Чем сильнее нагрев, тем больше получается видимого света.
Проблема в том, что при очень сильном нагревании металл нити начинает плавиться. Томас Эдисон, традиционно считающийся изобретателем лампы накаливания, на самом деле не придумал ее, а просто нашел наиболее подходящий материал для нитей — специальное угольное волокно, которое выдерживало аж 40 часов работы, что по тем временам было прорывом. Использовать вольфрам предложил чуть позже русский электротехник Александр Николаевич Лодыгин, куда менее известный, чем Эдисон, что не совсем справедливо.
Устройство действительно больше греет, чем светит, и этот момент учли продавцы и производители таких приборов в России несколько лет назад после запрета на продажу мощных ламп накаливания. Люди еще не успели приспособиться к новомодным и достаточно дорогим газоразрядным «энергосберегающим» источникам света, поэтому лампы накаливания продавали с формулировкой «нагревательный прибор, 100 Вт». Физически это название корректно, придраться было не к чему.
Падение с 200 метров не отличается от падения с 2 километров
Наше сознание часто уверено в том, что падение предмета или человека с большей высоты приведет к более значительным повреждениям, однако это не совсем так. Главной причиной тому является сопротивление воздуха, которое нас всех упорно заставляли игнорировать в школьных задачах по физике, а зря.
Сопротивление воздуха имеет важную особенность: оно тем сильнее, чем быстрее мы движемся. При падении гравитация Земли пытается увеличить нашу скорость, и она могла бы делать это бесконечно, если бы не было атмосферы. Однако с наличием воздуха сила его сопротивления возрастает при увеличении скорости. И начиная с некоторого значения скорости она становится так велика, что целиком гасит силу гравитации: в итоге предмет перестает ускоряться, продолжая лететь с уже набранной постоянной скоростью.
При какой скорости это произойдет — зависит от формы и массы падающего предмета. Для человека, падающего «плашмя» — то есть горизонтально, раскинув руки и ноги, максимальная скорость составляет примерно 190 км/ч. Подобной цифры человек достигает при падении приблизительно с 200 метров. То есть за первые 200 метров «полета» он ускорится и после этого будет двигаться с постоянной скоростью независимо от того, как долго еще лететь. Таким образом, в момент удара о поверхность скорость все равно не будет выше максимальной, даже если человек пролетел перед этим несколько километров.
На очень больших в глубинах в океане есть свет
Большие глубины — около 5000 метров — воспринимаются нами как непроглядная тьма. Действительно, свет с поверхности не может туда пробиться, рассеиваясь в толщах воды гораздо раньше. Тем не менее он там есть, хоть и очень тусклый. Светится сама вода благодаря эффекту так называемого излучения Вавилова – Черенкова.
В океанской воде происходит очень много физических процессов, в том числе радиоактивный распад, вызывающий выброс заряженных частиц, которые движутся очень быстро. Согласно законам физики, такие частицы не могут двигаться быстрее, чем скорость света в вакууме. Но скорость света в воде меньше: она составляет примерно 75 % от известной нам константы 300000 км/с. Таким образом, частица (например, электрон) может обгонять свет в воде.
Пока частица «пролетает» мимо отдельных молекул воды, те начинают испускать световые волны, потому что она, грубо говоря, «задевает» их при движении. В обычной ситуации эти световые волны гасят друг друга, поскольку частица движется медленно, а волны — быстро (со скоростью света), то есть каждая следующая такая волна не успевает «догнать» предыдущую.
Но если частица движется быстрее волн, то новые волны рождаются близко к фронту предыдущих (чтобы понять, что такое «фронт волны», представьте круг, расходящийся на воде от падения камня). Таким образом, новые волны накладываются на предыдущие, так как источник этих волн способен их догнать. Возникает результирующее излучение в виде тусклого синего света.
Луч света может толкать предметы
Удивительно, но свет в прямом смысле может давить на предметы. Правда, сила этого давления так мала, что почувствовать ее вряд ли удастся. Тем не менее она может двигать объекты в космосе, если рядом есть мощный источник света, такой как Солнце.
Для проявления эффекта нужна отражающая поверхность как можно большей площади. Также значение силы тем выше, чем ближе к источнику света мы находимся. Например, сила, с которой Солнце давит на 1 м2 такой поверхности на орбите Земли, эквивалентна массе в 0,5 миллиграмма. Квадратный километр блестящей поверхности, соответственно, будет испытывать давление в полкило.
Поскольку физики до сих пор не решили, что такое свет — частицы или волна (так называемый корпускулярно-волновой дуализм) — есть объяснения этого эффекта с разных точек зрения. Если свет — частица, то его фотоны бьют в поверхность, передавая ей часть своего импульса. Если свет — волна, то поверхность при воздействии на нее света находится в переменном электромагнитном поле. Такое поле создает внутри поверхности электрический ток. На проводник с током внутри магнитного поля действует сила Лоренца, толкающая его в определенную сторону.
В настоящее время проводятся экспериментальные запуски различных космических аппаратов, потенциально способных двигаться с помощью так называемого солнечного паруса, не тратя топливо, пользуясь эффектом давления света.
Металл на самом деле не холодный
Странно было бы считать, что температура металла почему-то ниже, чем температура всех других объектов в той же самой комнате. Ведь ситуация, когда температуры разных веществ в одной и той же обстановке уравновешиваются, кажется нам вполне привычной и нормальной: дома ваш чай остывает, а онемевшие пальцы, наоборот, отогреваются.
Тем не менее наши чувства сложно игнорировать, и металл все-таки кажется нам холодным. На самом деле он, конечно же, не холоднее всего остального, стоящего рядом.
Мы чувствуем холод, когда температура объекта, к которому прикасаемся, ниже температуры нашего тела. В нормальном состоянии тело нагрето до 36,6° Цельсия, а комната — до 22 – 28°. Но пластик, дерево, ткань и множество других материалов обладают очень низкой теплопроводностью: это значит, что тепло распространяется по такому материалу крайне медленно. Наш палец, которым мы касаемся материала, быстро нагревает площадь в точке касания. Температура уравновешивается, мы чувствуем тепло.
Металл, стекло, бетон проводят тепло быстро. Наш палец не успевает нагреть место прикосновения, потому что тепло мгновенно растекается по всему предмету. Температура в точке касания не растет, она по-прежнему равна комнатной и ниже температуры тела, поэтому мы чувствуем холод.
Аналогично при нагревании металл кажется более горячим, чем, например, дерево, нагретое до той же температуры. Металл может очень быстро отдавать нашему телу тепловую энергию, вызывая ожоги.
Уровень моря не одинаков в разных местах планеты
Что касается поверхности воды, мы привыкли, что здесь физика работает на нас. Мы используем уровень с жидкостью, чтобы строго горизонтально повесить полку, сообщающиеся сосуды в различных вариациях и уровень мирового океана для определения высоты. Удобно, что на нашей планете так много воды, которая сообщается между собой: всегда можно быть уверенным относительно ее вертикального положения. Или нет?
Увы, все не так радужно. Во-первых, приливы и отливы, разница между которыми может достигать десятка метров, уже свидетельство того, что вода не так постоянна, как нам хотелось бы. Но про приливы все отлично знают. Люди давно научились высчитывать некоторое среднее значение между ними, попутно усреднив еще и высоту волн.
Во-вторых, оказывается, уровень воды в разных местах самого океана различается. Вода в морях очень разная — по своей температуре, скорости движения и степени солености. Все это оказывает значительное влияние на «нулевую отметку».
В-третьих, материки сами по себе обладают значительной гравитацией, потому что являются огромными скоплениями массы. Ближе к берегу уровень воды чуть-чуть выше, чем «в середине» океана, потому что вода в прямом смысле притягивается к суше.
В-четвертых, атмосферное давление: где-то воздух «нажимает» на воду сильнее, где-то слабее. Это делает уровень мировой воды еще более неравномерным.
В итоге люди прибегают к разного рода ухищрениям: где-то фиксируют значение в определенной точке по высоте, где-то используют некую огибающую земную поверхность кривую. И наш мнимый уровень моря на самом деле не всегда совпадает с настоящим.
Наука для того и создана, чтобы заставить людей смотреть на вещи объективно. Там, где интуиция нас не подводит, можно смело ей доверять. Но в других случаях хорошо иметь возможность задействовать всю мощь человеческого интеллекта и понять, что происходит на самом деле.
Парусное судно быстрее идёт не при попутном ветре
Это справедливо не для всех конструкций парусов, но для подавляющего большинства. Поразительно, однако попутный ветер не является самым «выгодным» для судна с точки зрения скорости движения. Наиболее скоростной ветер — так называемый бакштаг — направлен под небольшим углом к курсу, обычно около 15 – 30°. Конечно, форма паруса тоже имеет значение, но она как раз обусловлена этим эффектом и призвана лишь усилить его.
Дело в том, что при движении судна возникает встречный поток воздуха, направленный в противоположную курсу сторону. Этот встречный поток ослабляет ту часть ветра, которая направлена прямо в корму. Если ветер только попутный, то он целиком ослабляется этим встречным потоком, который «дует» против него. В результате остается только некоторая часть прямого попутного ветра.
Если же ветер направлен под углом, то встречный поток гасит только прямую его часть, а боковая не меняется. В итоге результирующий поток, который складывается из прямой и боковой частей, получается сильнее, чем при попутном ветре. Конечно, если ветер совсем сбоку, то судно вперед он сильно не разгонит. Однако есть такой диапазон углов, когда поток воздуха все еще «достаточно прямой» для эффективного воздействия на парус, но при этом не настолько прямой, чтобы встречный ветер его значительно ослабил.
Лампа накаливания скорее нагревательный прибор, нежели осветительный
Стандартные лампы с вольфрамовой нитью накаливания — крайне неэффективный прибор. В видимый свет преобразуется всего 5 % потраченной лампой энергии. Почти все остальное уходит в инфракрасное излучение, которое является скорее теплом, чем светом. Но дело даже не столько в том, что тепло — это основной результат работы лампы, сколько в том, что изначально подобные конструкции и проектировались ради тепла.
Хорошо известно, что сильно нагретые предметы излучают свет: вспомните раскаленную болванку под молотом кузнеца. В таких ситуациях свет нам вовсе не нужен, но этот эффект можно использовать: чтобы получить свечение, нужно нагреть предмет.
Проще всего нагреть его электрическим током, что и происходит внутри лампы накаливания. Таким образом, нагрев является основным результатом работы лампы, а свет — побочным. Чем сильнее нагрев, тем больше получается видимого света.
Проблема в том, что при очень сильном нагревании металл нити начинает плавиться. Томас Эдисон, традиционно считающийся изобретателем лампы накаливания, на самом деле не придумал ее, а просто нашел наиболее подходящий материал для нитей — специальное угольное волокно, которое выдерживало аж 40 часов работы, что по тем временам было прорывом. Использовать вольфрам предложил чуть позже русский электротехник Александр Николаевич Лодыгин, куда менее известный, чем Эдисон, что не совсем справедливо.
Устройство действительно больше греет, чем светит, и этот момент учли продавцы и производители таких приборов в России несколько лет назад после запрета на продажу мощных ламп накаливания. Люди еще не успели приспособиться к новомодным и достаточно дорогим газоразрядным «энергосберегающим» источникам света, поэтому лампы накаливания продавали с формулировкой «нагревательный прибор, 100 Вт». Физически это название корректно, придраться было не к чему.
Падение с 200 метров не отличается от падения с 2 километров
Наше сознание часто уверено в том, что падение предмета или человека с большей высоты приведет к более значительным повреждениям, однако это не совсем так. Главной причиной тому является сопротивление воздуха, которое нас всех упорно заставляли игнорировать в школьных задачах по физике, а зря.
Сопротивление воздуха имеет важную особенность: оно тем сильнее, чем быстрее мы движемся. При падении гравитация Земли пытается увеличить нашу скорость, и она могла бы делать это бесконечно, если бы не было атмосферы. Однако с наличием воздуха сила его сопротивления возрастает при увеличении скорости. И начиная с некоторого значения скорости она становится так велика, что целиком гасит силу гравитации: в итоге предмет перестает ускоряться, продолжая лететь с уже набранной постоянной скоростью.
При какой скорости это произойдет — зависит от формы и массы падающего предмета. Для человека, падающего «плашмя» — то есть горизонтально, раскинув руки и ноги, максимальная скорость составляет примерно 190 км/ч. Подобной цифры человек достигает при падении приблизительно с 200 метров. То есть за первые 200 метров «полета» он ускорится и после этого будет двигаться с постоянной скоростью независимо от того, как долго еще лететь. Таким образом, в момент удара о поверхность скорость все равно не будет выше максимальной, даже если человек пролетел перед этим несколько километров.
На очень больших в глубинах в океане есть свет
Большие глубины — около 5000 метров — воспринимаются нами как непроглядная тьма. Действительно, свет с поверхности не может туда пробиться, рассеиваясь в толщах воды гораздо раньше. Тем не менее он там есть, хоть и очень тусклый. Светится сама вода благодаря эффекту так называемого излучения Вавилова – Черенкова.
В океанской воде происходит очень много физических процессов, в том числе радиоактивный распад, вызывающий выброс заряженных частиц, которые движутся очень быстро. Согласно законам физики, такие частицы не могут двигаться быстрее, чем скорость света в вакууме. Но скорость света в воде меньше: она составляет примерно 75 % от известной нам константы 300000 км/с. Таким образом, частица (например, электрон) может обгонять свет в воде.
Пока частица «пролетает» мимо отдельных молекул воды, те начинают испускать световые волны, потому что она, грубо говоря, «задевает» их при движении. В обычной ситуации эти световые волны гасят друг друга, поскольку частица движется медленно, а волны — быстро (со скоростью света), то есть каждая следующая такая волна не успевает «догнать» предыдущую.
Но если частица движется быстрее волн, то новые волны рождаются близко к фронту предыдущих (чтобы понять, что такое «фронт волны», представьте круг, расходящийся на воде от падения камня). Таким образом, новые волны накладываются на предыдущие, так как источник этих волн способен их догнать. Возникает результирующее излучение в виде тусклого синего света.
Луч света может толкать предметы
Удивительно, но свет в прямом смысле может давить на предметы. Правда, сила этого давления так мала, что почувствовать ее вряд ли удастся. Тем не менее она может двигать объекты в космосе, если рядом есть мощный источник света, такой как Солнце.
Для проявления эффекта нужна отражающая поверхность как можно большей площади. Также значение силы тем выше, чем ближе к источнику света мы находимся. Например, сила, с которой Солнце давит на 1 м2 такой поверхности на орбите Земли, эквивалентна массе в 0,5 миллиграмма. Квадратный километр блестящей поверхности, соответственно, будет испытывать давление в полкило.
Поскольку физики до сих пор не решили, что такое свет — частицы или волна (так называемый корпускулярно-волновой дуализм) — есть объяснения этого эффекта с разных точек зрения. Если свет — частица, то его фотоны бьют в поверхность, передавая ей часть своего импульса. Если свет — волна, то поверхность при воздействии на нее света находится в переменном электромагнитном поле. Такое поле создает внутри поверхности электрический ток. На проводник с током внутри магнитного поля действует сила Лоренца, толкающая его в определенную сторону.
В настоящее время проводятся экспериментальные запуски различных космических аппаратов, потенциально способных двигаться с помощью так называемого солнечного паруса, не тратя топливо, пользуясь эффектом давления света.
Металл на самом деле не холодный
Странно было бы считать, что температура металла почему-то ниже, чем температура всех других объектов в той же самой комнате. Ведь ситуация, когда температуры разных веществ в одной и той же обстановке уравновешиваются, кажется нам вполне привычной и нормальной: дома ваш чай остывает, а онемевшие пальцы, наоборот, отогреваются.
Тем не менее наши чувства сложно игнорировать, и металл все-таки кажется нам холодным. На самом деле он, конечно же, не холоднее всего остального, стоящего рядом.
Мы чувствуем холод, когда температура объекта, к которому прикасаемся, ниже температуры нашего тела. В нормальном состоянии тело нагрето до 36,6° Цельсия, а комната — до 22 – 28°. Но пластик, дерево, ткань и множество других материалов обладают очень низкой теплопроводностью: это значит, что тепло распространяется по такому материалу крайне медленно. Наш палец, которым мы касаемся материала, быстро нагревает площадь в точке касания. Температура уравновешивается, мы чувствуем тепло.
Металл, стекло, бетон проводят тепло быстро. Наш палец не успевает нагреть место прикосновения, потому что тепло мгновенно растекается по всему предмету. Температура в точке касания не растет, она по-прежнему равна комнатной и ниже температуры тела, поэтому мы чувствуем холод.
Аналогично при нагревании металл кажется более горячим, чем, например, дерево, нагретое до той же температуры. Металл может очень быстро отдавать нашему телу тепловую энергию, вызывая ожоги.
Уровень моря не одинаков в разных местах планеты
Что касается поверхности воды, мы привыкли, что здесь физика работает на нас. Мы используем уровень с жидкостью, чтобы строго горизонтально повесить полку, сообщающиеся сосуды в различных вариациях и уровень мирового океана для определения высоты. Удобно, что на нашей планете так много воды, которая сообщается между собой: всегда можно быть уверенным относительно ее вертикального положения. Или нет?
Увы, все не так радужно. Во-первых, приливы и отливы, разница между которыми может достигать десятка метров, уже свидетельство того, что вода не так постоянна, как нам хотелось бы. Но про приливы все отлично знают. Люди давно научились высчитывать некоторое среднее значение между ними, попутно усреднив еще и высоту волн.
Во-вторых, оказывается, уровень воды в разных местах самого океана различается. Вода в морях очень разная — по своей температуре, скорости движения и степени солености. Все это оказывает значительное влияние на «нулевую отметку».
В-третьих, материки сами по себе обладают значительной гравитацией, потому что являются огромными скоплениями массы. Ближе к берегу уровень воды чуть-чуть выше, чем «в середине» океана, потому что вода в прямом смысле притягивается к суше.
В-четвертых, атмосферное давление: где-то воздух «нажимает» на воду сильнее, где-то слабее. Это делает уровень мировой воды еще более неравномерным.
В итоге люди прибегают к разного рода ухищрениям: где-то фиксируют значение в определенной точке по высоте, где-то используют некую огибающую земную поверхность кривую. И наш мнимый уровень моря на самом деле не всегда совпадает с настоящим.
Наука для того и создана, чтобы заставить людей смотреть на вещи объективно. Там, где интуиция нас не подводит, можно смело ей доверять. Но в других случаях хорошо иметь возможность задействовать всю мощь человеческого интеллекта и понять, что происходит на самом деле.