В современных ртутных градусниках тепло заставляет ртуть расширяться, верхняя отметка ее начинается двигаться вверх по узкой стеклянной трубке, а шкала на термометре показывает нам, насколько высоко она поднялась. Спирт, например, тоже может быть использован в градусниках. Но использование его ведет к определенным проблемам. Он легко закипает, и поэтому от спирта мало проку при измерении высоких температур. Но зато он очень удобен для измерения чрезвычайно низких температур. Есть и другие типы термометров, которые обходятся вовсе без жидкостей. Вместо них используются, например, два металла. Железную и латунную пластинки соединяют, скрутив в пружину. Один конец этой пружины зафиксирован, а другой снабжен стрелкой-указателем и может свободно двигаться. Эти металлы расширяются и сжимаются по-разному.
При изменении температуры пружина закручивается и раскручивается, и эти движения перемещают указатель по круглой градуированной шкале. Прикрепив пишущее устройство к указателю и снабдив градусник вращающейся бумажной лентой, мы получим термометр, который будет записывать сведения об изменениях в температуре сколь угодно длительный период времени.
Что такое закон свободного падения?
Падающее тело — это ничем не поддерживаемое тело, притягиваемое к поверхности Земли силой гравитации. Гравитация — это сила, с которой Земля притягивает к себе другие предметы. При отсутствии сопротивления воздуха тела падают в соответствии с законом, известным, как закон свободного падения, впервые сформулированным знаменитым итальянским ученым Галилеем в шестнадцатом столетии.
Галилей провел в своей лаборатории множество опытов с падающими телами. На основании этих экспериментов он вывел этот закон: в безвоздушном пространстве скорость падающего тела зависит только от высоты падения и не зависит он его массы. Чем дольше тело находится в свободном падении, тем быстрее оно движется. Когда какое-нибудь тело увеличивает скорость, мы говорим, что оно получило ускорение. Ускорение свободно падающего тела равняется 9,8 метрам в секунду. Это означает, что за каждую секунду падения тело увеличивает скорость своего падения примерно на десять метров в секунду.
После первой секунды падающее тело имеет скорость 9,8 метров в секунду. После первых двух секунд его скорость становится 9,8 плюс 9,8 метров, то 19,6 метров в секунду и так далее. Проходя через слой воздуха, падающее тело не может набирать скорость в такой прогрессии. Оно может набрать лишь определенную скорость. В виду сопротивления воздуха существует предел скорости падающего предмета. Это истинно даже для самых тяжелых предметов. Они получают ускорение при начале падения, но одновременно наращивается и сопротивление воздуха. Вскоре оно уравновешивает силу гравитации. С этого момента ускорение падения тела перестает нарастать. Оно достигает своей «конечной скорости» и не изменяется до конца падения.
Что заставляет воздушный шар подниматься ввысь?
Воздушный шар — это самый простой воздухоплавательный аппарат. Обычно он состоит из легкого сферического или цилиндрического «мешка», сделанного из бумаги, резины, шелка или прорезиненного материала, содержащего внутри горячий воздух, водород или гелий. К шару может быть прикреплена при помощи веревок или сетки корзина, или гондола, в которой перевозят пассажиров и грузы. Шар плавает в воздухе по той же причине, по которой рыба плавает в воде. Каждый из них вытесняет из воды или воздуха, окружающих их, массу больше их собственной.
Пока шар и его снаряжение весят меньше, чем вытесненный воздух, он будет подниматься. Если он потеряет какую-то часть поднимающего его газа и его масса увеличится, он начнет падать. В качестве поднимающего газа используют горячий воздух, водород или гелий, потому что все они легче обычного атмосферного воздуха. Отпущенный на свободу шар будет подниматься до тех пор, пока вес вытесняемого воздуха не уравняется с его собственным.
Чтобы изменить высоту полета, воздухоплаватель должен либо уменьшить поднимающие его силы, чтобы опуститься, либо уменьшить его вес, чтобы подняться. Чтобы спуститься, он должен выпустить немного газа через клапан наверху шара. Чтобы подняться выше, он должен выкинуть за борт часть груза (балласта). Поскольку ни балласт, ни газ нельзя восполнить во время полета, очевидно, что возможности воздухоплавателя управлять полетом шара сильно ограничены. В лучшем случае он может опускаться и подниматься лишь более или менее короткий промежуток времени, в зависимости от величины шара.
Поднявшись ввысь, шар попадает в полную зависимость от ветров. В полете шаром практически невозможно направлять. Он может лишь плыть по ветру, и по этой причине от него очень мало пользы как от транспортного средства. В наши дни воздушные шары в основном используются для исследования верхних слоев атмосферы. Во время войны они использовались как воздушные пункты наблюдения, а также из них сооружали своего рода воздушные заграждения (нечто вроде воздушных заборов) для защиты городов от налетов бомбардировщиков.
Кака эроплан поднимается в воздух?
Чтобы понять это, мы сначала должны разобраться в том, какие силы позволяют самолету держаться в воздухе. Так как самолет весит больше, чем такой же объем воздуха, ему требуется сила, поддерживающая его в воздухе. Она называется силой подъема. Самолет развивает эту силу, стремительно двигаясь вперед и преодолевая сопротивление воздуха. Почему это движение создает подъемную силу? Благодаря тому, что в процессе его воздушные массы обтекают крылья. Воздух, рассеченный аэропланом, проходит над и под крыльями. Та его часть, что проходит под крыльям, толкает самолет вверх. Крыло имеет выпуклую форму на верхней стороне, и воздух, огибая эту выпуклость, в этих точках создает зону пониженного давления.
Таким образом, возникают две силы, действующие одновременно: воздух под крыльями толкает самолет вверх, а пониженное давление над крыльями способствует этому движению. В результате получаетсяподъем. Чтобы двигаться вперед, самолету требуется сила двигателя. Пропеллеры ввинчиваются в толщу воздуха точно так, как шуруп — в дерево. Этот эффект становится возможен благодаря тому, что воздух при быстром движении сквозь него, равно как и при быстром движении самого воздуха, начинает действовать как плотная среда. Это движение вперед называется тягой. Тяга преодолевает сопротивление воздуха, подъемная сила — силу гравитации — и самолет летит по воздуху. Пока подъемная сила уравновешивает силы гравитации, самолет движется все прямо на одном и том же уровне.
При увеличении скорости самолет устремится ввысь, так как подъемная сила увеличилась, и пилоту необходимо немного опустить нос самолета, чтобы противодействовать этой силе. Если скорость снижается, пилот должен поднимать нос самолета немного вверх. Если этого не делать, происходит срыв воздушного потока вокруг крыльев, самолет теряет подъемную силу и, соответственно, скорость, рискуя войти вштопор. Если срыв потока происходит высоко в небе, этой высоты хватает, чтобы выровнять самолет и вновь набрать скорость, но если это произойдет невысоко над землей, катастрофа неизбежна.
Что такое секстант?
Путешествуя по земле, вы не заблудитесь, если знаете, куда ведет дорога, по которой вы идете. Да и путешествуя на корабле, если вам виден берег, вы легко сможете определить свое местоположение, узнавая холмы, реки, горы, леса, пляжи и так далее. В давние времена моряки предпочитали держаться примерно на расстоянии трех—четырех километров от берега, так что им всегда было видно землю. Люди, отваживавшиеся выйти в открытый океан, подвергались большому риску, потому что у них не было надежных способов определения своего местоположения. Позднее такой способ был найден, и моряки получили возможность определять, где они находятся, узнавая широту и долготу этого места.
Широта говорит вам, на каком расстоянии к северу илиюгу от экватора находится это место.
Долгота показывает, насколько это восточнее или западнее воображаемой линии, проходящей через Гринвич. Измерения этих показаний даны в градусах. Чтобы определить широту и долготу вморе, штурман смотрит на положение звезд и Солнца. Днем он узнает широту, определив, как высоко поднимается Солнце в полдень. Ночью он делает это, определяя высоту ночных светил. Долгота определяется сравнением времени на борту со временем в Гринвиче (Англия). Если время на корабле более раннее, это значит, что вы находитесь западнее Гринвича; если более позднее — значит, восточнее. Каждый час разницы во времени равняется пятнадцати градусам к западу или востоку.