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Der Text und die Abbildungen wurden nach dem Buch „Entertaining Physics“ von Ya. I. Perelman, veröffentlicht von P. P. Soikin (St. Petersburg) im Jahr 1913, restauriert.

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"Unterhaltsame Physik" - 85!

Ich gestehe: Mit Spannung habe ich neulich in der Erstausgabe des Buches geblättert – dem Urahn des Neuen Literarisches Genre. "Unterhaltende Physik" - so genannter "Erstgeborener", geboren vor 85 Jahren in St. Petersburg, sein Autor, damals wenig bekannter Yakov Isidorovich Perelman.

Warum verbinden Bibliographen, Kritiker und Popularisierer den Beginn des wissenschaftlichen Interesses eindeutig mit dem Erscheinen dieses Buches? Gab es so etwas nicht schon einmal? Und warum war Russland dazu bestimmt, der Geburtsort eines neuen Genres zu werden?

Natürlich wurden vorher populärwissenschaftliche Bücher zu verschiedenen Wissenschaften veröffentlicht. Wenn wir uns auf die Physik beschränken, können wir uns daran erinnern, dass bereits im 19. Jahrhundert im Ausland und in Russland gute Bücher von Beuys, Tisandier, Titus und anderen Autoren erschienen sind. Allerdings waren es Sammlungen physikalischer Experimente, oft recht amüsant, aber in der Regel ohne das Wesen der durch diese Experimente veranschaulichten physikalischen Phänomene zu erklären.

"Unterhaltende Physik" ist zunächst einmal eine riesige Auswahl (aus allen Bereichen der Elementarphysik) an unterhaltsamen Problemen, komplizierten Fragen, erstaunlichen Paradoxien. Aber die Hauptsache ist, dass all dies sicherlich von spannenden Diskussionen oder unerwarteten Kommentaren oder spektakulären Experimenten begleitet wird, die der intellektuellen Unterhaltung dienen und den Leser mit einem ernsthaften Studium der Wissenschaft vertraut machen.

Der Autor arbeitete mehrere Jahre an den Inhalten von "Entertaining Physics", woraufhin der Verlag P. Soikin das Manuskript zweieinhalb Jahre lang im redaktionellen "Portfolio" aufbewahrte und es nicht wagte, ein Buch mit diesem Titel zu veröffentlichen. Trotzdem: so eine Grundlagenwissenschaft und plötzlich ... unterhaltsame Physik!

Aber der Geist wurde trotzdem aus dem Krug befreit und trat seinen Siegeszug an, zuerst in Russland (1913-1914) und dann in anderen Ländern. Während des Lebens des Autors durchlief das Buch 13 Ausgaben, und jede nachfolgende Ausgabe unterschied sich von der vorherigen: Es wurden Ergänzungen vorgenommen, Mängel beseitigt und der Text neu bearbeitet.

Wie wurde das Buch von den Zeitgenossen aufgenommen? Hier sind einige Kritiken von ihr aus den führenden Zeitschriften der Zeit.

„Unter verschiedenen Versuchen, die Physik mit einer Auswahl der „unterhaltsamsten“ Dinge aus ihr und mit einer mehr oder weniger spielerischen Präsentation zu interessieren, zeichnet sich das Buch von Herrn Perelman durch seine Nachdenklichkeit und Ernsthaftigkeit aus. Es bietet gutes Beobachtungs- und Reflexionsmaterial aus allen Abteilungen der Elementarphysik, sauber aufgelegt und schön illustriert“ (N. Drenteln, Pädagogische Sammlung).

„Ein sehr lehrreiches und unterhaltsames Buch, im Alltäglichsten und auf den ersten Blick einfache Fragen und Antworten zur Einführung in die Grundgesetze der Physik…“ („Neue Zeit“).

„Das Buch ist mit vielen Zeichnungen versehen und so interessant, dass man es nur schwer aus der Hand legen kann, ohne es zu Ende gelesen zu haben. Ich denke, dass ein Lehrer beim Unterrichten von Naturwissenschaften von vielen lehrreichen Dingen aus diesem wunderbaren Buch profitieren kann“ (Professor A. Pogodin, „Morgen“).

„Herr Perelman beschränkt sich nicht nur auf die Beschreibung verschiedener Experimente, die zu Hause durchgeführt werden können ... Der Autor von Entertaining Physics analysiert viele Themen, die zu Hause nicht für Experimente zugänglich sind, aber dennoch sowohl im Wesentlichen als auch in der Form interessant sind er weiß, wie er seine Geschichten erzählen kann" ("Amateur-Physiker").

„Interner Inhalt, Fülle an Illustrationen, wunderbar Aussehen Bücher und ein sehr niedriger Preis - all dies garantiert seine weite Verbreitung ... “(N. Kamenshchikov,„ Bulletin of Experimental Physics “).

Und tatsächlich hat „Unterhaltende Physik“ nicht nur weite, sondern die weiteste Verbreitung gefunden. In unserem Land wurde es auf Russisch etwa dreißig Mal und in Massenauflagen veröffentlicht. Dieses erstaunliche Buch wurde ins Englische, Arabische, Bulgarische, Spanische, Kannada, Malayalam, Marathi, Deutsche, Persische, Polnische, Portugiesische, Rumänische, Tamilische, Telugu, Finnische, Französische, Hindi, Tschechisch, Japanische übersetzt.

Down and Out Ärger begann! Inspiriert durch den Erfolg von Lesern und Kritikern bereitet Y. Perelman 1916 das zweite (keine Fortsetzung des ersten, sondern des zweiten) Buches über unterhaltsame Physik vor und veröffentlicht es. Außerdem. Seine unterhaltsame Geometrie, Arithmetik, Mathematik, Astronomie, Mechanik, Algebra kommen der Reihe nach heraus - insgesamt vierzig (!) Wissenschaftliche unterhaltsame Bücher.

"Unterhaltende Physik" wurde von mehreren Generationen von Lesern gelesen. Natürlich wurden nicht alle, die es lasen, Wissenschaftler, aber es ist unwahrscheinlich, dass dies der Fall sein wird wenigstens in Russland, ein Physiker, der sie nicht kennt.

Jetzt gibt es in der russischen Kartei der unterhaltsamen Bücher mehr als 150 Wissenschaftszweige. Kein Land hat einen solchen Reichtum, und der Ehrenplatz unter diesen Veröffentlichungen gehört ohne Zweifel Entertaining Physics.

Juri Morozow

Informationsquelle - die Website der Zeitschrift "Knowledge is Power" www.znanie-sila.ru

Vorwort

Dieses Buch ist eine eigenständige Sammlung, die keine Fortsetzung des ersten Buches von Entertaining Physics ist; es wird nur "zweite" genannt, weil es später als das erste geschrieben wurde. Der Erfolg der ersten Sammlung veranlasste den Autor, den Rest des angesammelten Materials zu verarbeiten, und so wurde dieses zweite - oder besser gesagt ein weiteres - Buch zusammengestellt, das dieselben Abteilungen der Schulphysik abdeckt.

Dieses Buch der unterhaltsamen Physik ist, wie das erste, dazu gedacht, gelesen und nicht studiert zu werden. Ihr Ziel ist es weniger, dem Leser neues Wissen zu vermitteln, sondern ihm zu helfen, „das zu lernen, was er weiß“, d. h. die bereits vorhandenen physikalischen Grundkenntnisse zu vertiefen und wiederzubeleben, ihn zu lehren, damit bewusst umzugehen, und ihn zu ermutigen sie vielseitig zu nutzen. Dies gelingt, wie in der ersten Sammlung, durch die Betrachtung einer kunterbunten Aneinanderreihung von Rätseln, kniffligen Fragen, unterhaltsamen Problemen, amüsanten Paradoxien, unerwarteten Vergleichen aus dem Bereich der Physik, bezogen auf den Kreis alltäglicher Phänomene oder aus populären Werken allgemeiner und Science-Fiction-Fiktion. Das Material der letzteren Art hat der Verfasser besonders häufig verwendet, da es für die Zwecke der Sammlung am besten geeignet war: Es handelt sich um Auszüge aus den bekannten Romanen von Jules Verne, Wells, Kurd Lasswitz und anderen. zusätzlich zu ihrer Versuchung können sie als lebendige Illustrationen eine wichtige Rolle im Unterricht spielen; Sie fanden sogar einen Platz für sich Schulbücher. „Ihr Ziel“, schreibt unser berühmter Lehrer V. L. Rozenberg, „ist es, den Geist von den Fesseln der Gewohnheit zu befreien und einen der Aspekte des Phänomens zu klären, dessen Verständnis durch gewöhnliche Bedingungen, die in den Geist des Schülers eindringen, verdeckt wird ungeachtet seines Willens, aus Gewohnheit.“

Der Compiler versuchte, soweit es ihm möglich war, der Präsentation einen äußerlichen Eindruck zu verleihen interessante Form, kommunizieren die Attraktivität des Themas und schrecken manchmal nicht davor zurück, das Interesse von außen zu wecken. Er ließ sich von dem psychologischen Axiom leiten, dass Interesse auf das Thema erhöht die Aufmerksamkeit, erleichtert die Aufmerksamkeit Verstehen und trägt somit zu einem bewussteren Umgang bei Assimilation.

In diesem Buch versucht der Autor nicht so sehr, den Leser über neues Wissen zu informieren, sondern ihm zu helfen, „das zu lernen, was er weiß“, d. h. die grundlegenden Informationen aus der Physik, die er bereits hat, zu vertiefen und wiederzubeleben, ihm bewusst beizubringen zu entsorgen und ihre vielseitige Anwendung zu fördern. Dies wird erreicht, indem eine bunte Reihe von Rätseln, komplizierten Fragen, unterhaltsame Geschichten, lustige Probleme, Paradoxien und unerwartete Vergleiche aus der Physik, bezogen auf die Bandbreite alltäglicher Phänomene oder angelehnt an bekannte Werke der Science-Fiction-Fiction. Der Verfasser verwendete besonders häufig letztere Art von Material, da er es für die Zwecke der Sammlung am besten geeignet hielt: Es werden Auszüge aus den Romanen und Geschichten von Jules Verne, Wells, Mark Twain und anderen gegeben Sie können neben ihrer Versuchung auch als Live-Illustrationen eine wichtige Rolle im Unterricht spielen.

Der Verfasser bemühte sich, soweit es ihm möglich war, der Präsentation eine äußerlich interessante Form zu geben, dem Thema Attraktivität zu verleihen. Er ließ sich von dem psychologischen Axiom leiten, dass das Interesse an einem Thema die Aufmerksamkeit erhöht, das Verständnis erleichtert und folglich zu einer bewussteren und dauerhafteren Assimilation beiträgt.

Anders als bei solchen Sammlungen üblich, wird in "Unterhaltende Physik" der Beschreibung von Amüsant und Spektakulär sehr wenig Platz eingeräumt Physikalische Experimente. Dieses Buch hat einen anderen Zweck als Sammlungen, die Material zum Experimentieren bieten. Das Hauptziel von "Unterhaltende Physik" ist es, die Aktivität der wissenschaftlichen Vorstellungskraft anzuregen, den Leser zu lehren, im Geiste der Physik zu denken und in seinem Gedächtnis zahlreiche Assoziationen von physikalischem Wissen mit den unterschiedlichsten Phänomenen des Lebens zu schaffen, mit alles, womit er normalerweise in Berührung kommt. Die Einstellung, an der der Verfasser bei der Überarbeitung des Buches festzuhalten versuchte, wurde von V. I. Lenin mit folgenden Worten angegeben: Beispiele für die wichtigsten Schlussfolgerungen aus diesen Daten, die den denkenden Leser zu immer weiteren Fragen anregen. Der Volksschriftsteller setzt nicht einen gedankenlosen, unwilligen oder denkenden Leser voraus, er setzt im Gegenteil bei einem unentwickelten Leser eine ernsthafte Absicht voraus, mit dem Kopf zu arbeiten, und hilft ihm, dies ernsthaft und zu tun harte Arbeit, führt ihn, hilft ihm bei den ersten Schritten und lehrt ihn, aus eigener Kraft weiter zu gehen.“

Angesichts des Interesses der Leser an der Geschichte dieses Buches stellen wir einige bibliographische Daten dazu vor.

"Unterhaltende Physik" wurde vor einem Vierteljahrhundert "geboren" und war der Erstgeborene in einer großen Buchfamilie seines Autors, die inzwischen mehrere Dutzend Mitglieder zählt.

"Unterhaltende Physik" hatte das Glück, - wie Leserbriefe bezeugen - bis in die entlegensten Winkel der Union vorzudringen.

Bedeutende Verbreitung des Buches, was auf das rege Interesse weiter Kreise hindeutet physikalisches Wissen, erlegt dem Autor auf ernsthafte Verantwortung für die Qualität seines Materials. Das Bewusstsein dieser Verantwortung erklärt die zahlreichen Änderungen und Ergänzungen im Text von „Unterhaltende Physik“ in den Nachdrucken. Man könnte sagen, dass das Buch während der gesamten 25 Jahre seines Bestehens geschrieben wurde. In der neuesten Ausgabe ist kaum die Hälfte des Textes der ersten erhalten und fast keine der Abbildungen.

Der Autor erhielt Anfragen von anderen Lesern, auf eine Überarbeitung des Textes zu verzichten, um sie nicht zu zwingen, „wegen eines Dutzends neuer Seiten jede Neuauflage zu kaufen“. Solche Erwägungen können den Autor kaum von der Verpflichtung entbinden, sein Werk in jeder erdenklichen Weise zu verbessern. "Unterhaltende Physik" ist kein Kunstwerk, sondern ein wissenschaftlicher Essay, wenn auch beliebt. Sein Thema - die Physik - wird selbst in seinen ersten Grundlagen ständig mit neuem Material bereichert, und das Buch muss es regelmäßig in seinen Text aufnehmen.

Andererseits hört man oft Vorwürfe, dass „Unterhaltende Physik“ Themen wie z neueste Fortschritte Funktechnik, Splitten Atomkern, moderne physikalische Theorien usw. Vorwürfe dieser Art sind die Frucht eines Mißverständnisses. "Unterhaltende Physik" hat eine klar definierte Zielsetzung; Die Auseinandersetzung mit diesen Fragen ist Aufgabe anderer Arbeiten.

An "Unterhaltende Physik" schließen sich neben ihrem zweiten Buch mehrere weitere Werke der gleichen Autorin an. Eines ist für einen relativ unvorbereiteten Leser gedacht, der sich noch nicht mit einem systematischen Studium der Physik befasst hat, und trägt den Titel "Physics at Every Step" (veröffentlicht von "Detizdat"). Die anderen beiden hingegen meinen diejenigen, die ihr Physik-Studium bereits an der Realschule abgeschlossen haben. Diese sind „Unterhaltsame Mechanik“ und „Kennen Sie Physik?“. Das letzte Buch ist sozusagen der Abschluss von Entertaining Physics.

(4. Dezember 1882, Bialystok - 16. März 1942, Leningrad) - Russischer Wissenschaftler, Popularisierer der Physik, Mathematik und Astronomie, einer der Begründer des Genres der populärwissenschaftlichen Literatur.

Biografie

Yakov Isidorovich Perelman wurde am 4. Dezember (22. November, alter Stil) 1882 in der Stadt Bialystok in der Provinz Grodno des Russischen Reiches (jetzt gehört Bialystok zu Polen) geboren. Sein Vater arbeitete als Buchhalter, seine Mutter unterrichtete in der Grundschule. Der Bruder von Yakov Perelman, Osip Isidorovich, war ein Dramatiker, der auf Russisch und Jiddisch schrieb (Pseudonym Osip Dymov).

Der Vater starb 1883 und die Mutter musste die Kinder allein erziehen. Sie tat alles, damit die Kinder eine anständige Ausbildung erhielten. 1890 ging Yakov in die erste Klasse einer Grundschule und trat am 18. August 1895 in die Bialystok Real School ein.

Im August 1901 wurde er in das Forstinstitut in St. Petersburg eingeschrieben. Fast vom ersten Jahr an begann er mit der Zeitschrift Nature and People zusammenzuarbeiten, der erste Aufsatz, den er schrieb, The Century of Asteroids, wurde 1901 in Nr. 4 der Zeitschrift veröffentlicht. 1903 starb seine Mutter. 1904 wurde Perelman, während er sein Studium am Forestry Institute fortsetzte, geschäftsführender Sekretär der Zeitschrift Nature and People.

1908 verteidigte Perelman seine Dissertation zum Thema „Starorussky State Sawmill. Seine Ausrüstung und Arbeit "und am 22. Januar 1909 - erhielt ein Abschlussdiplom des Forstinstituts mit dem Titel" Forstwissenschaftler der 1. Kategorie. Aber er hatte keine Chance, in dem von ihm gewählten Beruf am Institut zu arbeiten; Nach seinem Abschluss am Institut begann Perelman, ständig in der Zeitschrift mitzuarbeiten, und schrieb nicht nur selbst Essays, sondern druckte auch die Werke anderer.

Juli 1913 - der erste Teil des Buches "Unterhaltende Physik" wurde veröffentlicht. Das Buch war ein voller Erfolg bei den Lesern. Es weckte auch das Interesse der Physiker. Orest Danilovich Khvolson, Professor für Physik an der Universität St. Petersburg, sagte zu Yakov Isidorovich, nachdem er Perelman getroffen und erfahren hatte, dass das Buch nicht von einem Physiker, sondern von einem Forstwissenschaftler geschrieben wurde: Wir haben viele Forstwissenschaftler, aber Menschen, die schreiben können so über die Physik, wie du schreibst, überhaupt nicht. Mein dringendster Rat an Sie ist: Weiter so, schreiben Sie auch in Zukunft solche Bücher.

29. August 1913 - Beginn der Korrespondenz mit K. E. Tsiolkovsky, die bis zum Tod von Tsiolkovsky andauerte.

20. November 1913 - lieferte in der Russischen Gesellschaft der Liebhaber der Weltwissenschaft einen Bericht "Über die Möglichkeit interplanetarer Kommunikation", der auf den Ideen von K. E. Tsiolkovsky basierte. 1914 schrieb und veröffentlichte er ein zusätzliches Kapitel „Frühstück in einer schwerelosen Küche“ zu Jules Vernes Roman „From a Cannon to the Moon“, dem er den Begriff „Science Fiction“ gab (Jules Verne nannte seine Romane Scientific, und HG Wells fantastisch) und wurde so zum Autor eines neuen Konzepts.

1915 lernte Perelman im Sommerurlaub eine junge Ärztin, Anna Davidovna Kaminskaya, kennen. Sie heirateten bald.

1916-1917 - nahm am Petrograder "Special Meeting on Fuel" teil, wo er vorschlug, die Uhr eine Stunde vorzustellen, um Treibstoff zu sparen (dies geschah in den 20er Jahren).

1916 - der zweite Teil des Buches "Unterhaltende Physik" wurde veröffentlicht.

1918-1923 - arbeitete als Inspektor der Abteilung der Einheitlichen Arbeitsschule des Volkskommissariats für Bildung der RSFSR. Neu zusammengestellt Lernprogramme in Physik, Mathematik und Astronomie und unterrichtet diese Fächer an verschiedenen Bildungseinrichtungen.

1919-1929 - Herausgeber der ersten sowjetischen populärwissenschaftlichen Zeitschrift "In der Werkstatt der Natur", die auf eigene Initiative erstellt wurde.

1924 - nahm an der Arbeit der Moskauer "Sektion für interplanetare Kommunikation" der Osoaviakhim der UdSSR teil, zu deren Mitgliedern F. E. Dzerzhinsky, K. E. Tsiolkovsky, V. P. Vetchinkin, F. A. Zander gehörten. N. A. Rynin und andere.

1924-1929 - arbeitete in der Wissenschaftsabteilung der Leningrader "Roten Zeitung"; Mitglied des Editorial Boards der Zeitschriften "Science and Technology", "Pedagogical Thought".
1925-1932 - Vorstandsmitglied des Genossenschaftsverlags "Vremya"; organisierte die Massenproduktion von Büchern in einer unterhaltsamen Reihe.

13. November 1931 - Ende 1933 - war verantwortlich für die Propagandaabteilung von LenGIRD, ein Mitglied des Präsidiums von LenGIRD, entwickelte einen Entwurf der ersten sowjetischen Hagelabwehrrakete.

1932 - erhielt ein Diplom des Leningrader Regionalrats von Osoaviakhim der UdSSR "für besondere Aktive Teilnahme bei der Ausarbeitung wissenschaftlicher und technischer Aufgaben auf dem Gebiet der Lufttechnik zur Stärkung der Verteidigungsfähigkeit der UdSSR.

1932-1936 - korrespondierte mit S. P. Korolev über die Förderung des Weltraumwissens; arbeitete in der Leningrader Abteilung des Verlags des Zentralkomitees des Allunionsleninistischen Kommunistischen Jugendverbandes „Junge Garde“ als Autor, Berater und wissenschaftlicher Redakteur.

1. August 1934 - Als Teil einer Gruppe von Leningrader Schriftstellern und Popularisierern traf er sich mit Herbert Wells, der die UdSSR besuchte.

Sommer 1935 - Reise nach Brüssel zum Internationalen Mathematikerkongress.

1939 - schrieb einen ausführlichen Artikel "Was ist unterhaltsame Wissenschaft."

1. Juli 1941 - Februar 1942 - hielt Vorträge vor Geheimdienstsoldaten der Leningrader Front und des Roten Banners Baltische Flotte, sowie Anhänger des Orientierungslaufs ohne Instrumente.

Am 18. Januar 1942 starb Anna Davidovna Kaminskaya-Perelman während ihres Dienstes im Krankenhaus an Erschöpfung.

16. März 1942 - Jakow Perelman starb an allgemeiner Erschöpfung, verursacht durch Hunger im von deutschen Truppen belagerten Leningrad.

Literaturverzeichnis

Perelmans Bibliographie umfasst mehr als 1000 Artikel und Notizen, die von ihm in verschiedenen Publikationen veröffentlicht wurden. Dazu kommen 47 populärwissenschaftliche, 40 pädagogische Bücher, 18 Schulbücher und Lehrmittel.

Laut der All-Union Book Chamber wurden seine Bücher von 1918 bis 1973 allein in unserem Land 449 Mal veröffentlicht; ihre Gesamtauflage betrug mehr als 13 Millionen Exemplare. Gedruckt wurden:
auf Russisch 287 Mal (12,1 Millionen Exemplare);
in 21 Sprachen der Völker der UdSSR - 126 Mal (935.000 Exemplare).

Nach Berechnungen des Moskauer Bibliophilen Yu. P. Iroshnikov wurden die Bücher von Ya. I. Perelman 126 Mal im Jahr 18 veröffentlicht Ausland in Sprachen:

• Deutsch - 15 mal;
• Französisch - 5;
• Polnisch - 7;
• Englisch - 18;
• Bulgarisch - 9;
• Tschechisch - 3;
• Albanisch - 2;
• Hindi - 1;
• Ungarisch - 8;
• Neugriechisch - 1;
• Rumänisch - 6;
• Spanisch - 19;
• Portugiesisch - 4;
• Italienisch - 1;
• Finnisch - 4;
• in orientalischen Sprachen - 7;
• andere Sprachen - 6 mal.

Bücher

• ABC des metrischen Systems. L., Wissenschaftlicher Verlag, 1925
• Schnelles Konto. L., 1941
• Zu den Weltentfernungen (über interplanetare Flüge). M., Verlag Osoaviakhim der UdSSR, 1930
• Lustige Aufgaben. Pg., Verlag von A. S. Suworin, 1914.
• Abende der unterhaltsamen Wissenschaft. Fragen, Aufgaben, Experimente, Beobachtungen aus den Bereichen Astronomie, Meteorologie, Physik, Mathematik (gemeinsam mit V. I. Pryanishnikov verfasst). L., Lenoblono, 1936.
• Berechnungen mit ungefähren Zahlen. M., APN UdSSR, 1950.
• Zeitungsblatt. elektrische Experimente. M.-L., Regenbogen, 1925.
• Geometrie und die Anfänge der Trigonometrie. Ein kurzes Lehrbuch und eine Aufgabensammlung zum Selbststudium. L., Sevzappromburo des Obersten Wirtschaftsrates, 1926.
• ferne Welten. Astronomische Abhandlungen. Pg., Verlag von P. P. Soikin, 1914.
• Für junge Mathematiker. Die ersten hundert Rätsel. L., Die Anfänge des Wissens, 1925.
• Für junge Mathematiker. Die zweiten hundert Rätsel. L., Die Anfänge des Wissens, 1925.
• Für junge Physiker. Erlebnisse und Unterhaltung. Pg., Die Anfänge des Wissens, 1924.
• Live-Geometrie. Theorie und Aufgaben. Charkow - Kiew, Unizdat, 1930.
• Lebendige Mathematik. Mathematische Geschichten und Rätsel. M.-L., PTI, 1934
• Rätsel um Kuriositäten in der Welt der Zahlen. Pg., Wissenschaft und Schule, 1923.
• Unterhaltsame Algebra. L., Zeit, 1933.
• Unterhaltsames Rechnen. Rätsel und Kuriositäten in der Welt der Zahlen. L., Zeit, 1926.
• Unterhaltsame Astronomie. L., Zeit, 1929.
• Unterhaltsame Geometrie. L., Zeit, 1925.
• Unterhaltsame Geometrie im Freien und zu Hause. L., Zeit, 1925.
• Unterhaltsame Mathematik. L., Zeit, 1927.
• Mathematik in Geschichten unterhalten. L., Zeit, 1929.
• Unterhaltsame Mechanik. L., Zeit, 1930.
• Unterhaltsame Physik. Buch. 1. St. Petersburg, Verlag von P. P. Soikin, 1913.
• Unterhaltsame Physik. Buch. 2. Pg., Verlag von P. P. Soikin, 1916 (bis 1981 - 21 Ausgaben).
• Unterhaltsame Aufgaben. L., Zeit, 1928.
• Unterhaltsame Aufgaben und Erlebnisse. M., Detgis, 1959.
• Kennst du dich mit Physik aus? (Körperliches Quiz für Jugendliche). M. - L., GIZ, 1934.
• Mit einer Rakete zu den Sternen. Charkiw, Ukr. Arbeiter, 1934.
• Wie man Probleme in der Physik löst. M.-L., ONTI, 1931.
• Mathematik unter freiem Himmel. L., Polytechnische Schule, 1931.
• Mathematik auf Schritt und Tritt. buchen für außerschulisches Lesen ZGF-Schulen. M.-L., Uchpedgiz, 1931.
• Zwischen diesem und dann. Erlebnisse und Unterhaltung für ältere Kinder. M.-L., Regenbogen, 1925.
• Interplanetare Reisen. Flüge nach Weltraum und Leistung Himmelskörper. Pg., Verlag von P. P. Soikin, 1915 (10).
• Metrisches System. Handbuch für den Alltag. Pg., Wissenschaftlicher Verlag, 1923.
• Wissenschaft nach Belieben. L., Junge Garde, 1935.
• Wissenschaftliche Aufgaben und Unterhaltung (Puzzle, Experimente, Unterricht). M. - L., Junge Garde, 1927.
• Trauen Sie Ihren Augen nicht! L., Brandung, 1925.
• Neue und alte Maßnahmen. Metrische Maßnahmen im Alltag, ihre Vorteile. Die einfachsten Methoden der Übersetzung ins Russische. Pg., Hrsg. Zeitschrift "In der Werkstatt der Natur", 1920.
• Neues Problembuch für kurze Einführung Geometrie. M.-L., GIZ, 1922.
• Neues Geometrieaufgabenheft. S., GIZ, 1923.
• Optische Täuschung. Pg., Wissenschaftlicher Verlag, 1924.
• Flug zum Mond. Moderne Projekte interplanetarer Flüge. L., Sämann, 1925.
• Förderung des metrischen Systems. Methodischer Leitfaden für Dozenten und Lehrer. L., Wissenschaftlicher Verlag, 1925.
• Reisen auf dem Planeten (Physik der Planeten). S., Verlag von A. F. Marx, 1919.
• Spaß mit Streichhölzern. L., Brandung, 1926.
• Rakete zum Mond. M. - L., GIZ, 1930.
• Technische Physik. Ein Handbuch zum Selbststudium und eine Sammlung praktischer Übungen. L., Sevzappromburo des Obersten Wirtschaftsrates, 1927.
• Puzzlefiguren aus 7 Teilen. M.-L., Regenbogen, 1927.
• Physik auf Schritt und Tritt. M., Junge Garde, 1933.
• Physischer Leser. Ein Handbuch der Physik und ein Buch zum Lesen.
  • Ausgabe. I. Mechanik. Pg., Sämann, 1922;
  • Ausgabe II. Wärme, Pg., Sower, 1923;
  • Ausgabe III. Klang. L., GIZ, 1925;
  • Ausgabe IV. Hell. L., GIZ, 1925.
• Schwerpunkte und Unterhaltung. Das Wunder unserer Zeit. Riesige Zahlen. Zwischen diesem und dann. L., Regenbogen, 1927.
• Leser-Problembuch auf elementare Mathematik(für Arbeitsschulen und Erwachsenen-Selbstbildung). L., GIZ, 1924.
• Ziolkowski. Sein Leben, Erfindungen und wissenschaftliche Arbeiten. Anlässlich des 75. Jahrestages der Geburt. M.-L., GTTI, 1932.
• Tsiolkovsky K. E. Sein Leben und seine technischen Ideen. M.-L., ONTI, 1935.
• Riesige Zahlen. M.-L., Regenbogen, 1925.
• Das Wunder unserer Zeit. M.-L., Regenbogen, 1925.
• Junger Landvermesser. L., Brandung, 1926.
• Rätsel- und Trickkiste. M.-L., GPZ, 1929.

Im Schulphysikunterricht sagen Lehrer immer, dass physikalische Phänomene allgegenwärtig in unserem Leben sind. Wir vergessen es nur oft. Inzwischen ist das Erstaunliche nah! Denken Sie nicht, dass Sie etwas Übernatürliches brauchen, um zu Hause physikalische Experimente zu organisieren. Und hier sind einige Beweise für dich ;)

magnetischer Bleistift

Was muss vorbereitet werden?

• Batterie.
• Dicker Bleistift.
• Kupferisolierter Draht mit einem Durchmesser von 0,2-0,3 mm und einer Länge von mehreren Metern (je mehr desto besser).
• Scotch.

Dirigiererfahrung

Wickeln Sie den Draht fest, um den Stift einzuschalten, und erreichen Sie die Kanten nicht um 1 cm.Eine Reihe ist über - wickeln Sie die andere von oben in die entgegengesetzte Richtung. Und so weiter, bis der ganze Draht fertig ist. Vergessen Sie nicht, zwei Enden des Drahts jeweils 8–10 cm frei zu lassen.Um zu verhindern, dass sich die Windungen nach dem Wickeln abwickeln, sichern Sie sie mit Klebeband. Isolieren Sie die freien Enden des Kabels ab und verbinden Sie sie mit den Batteriekontakten.

Was ist passiert?

Habe einen Magneten! Versuchen Sie, kleine Eisengegenstände mitzubringen - eine Büroklammer, eine Haarnadel. Sind angezogen!

Herr des Wassers

Was muss vorbereitet werden?

• Ein Stab aus Plexiglas (z. B. ein Schülerlineal oder ein gewöhnlicher Plastikkamm).
• Ein trockenes Tuch aus Seide oder Wolle (z. B. ein Wollpullover).

Dirigiererfahrung

Öffnen Sie den Wasserhahn, sodass ein dünner Wasserstrahl fließt. Reiben Sie den Stick oder Kamm kräftig auf dem vorbereiteten Tuch. Bringen Sie den Stab schnell in die Nähe des Wasserstrahls, ohne ihn zu berühren.

Was wird passieren?

Ein Wasserstrahl wird durch einen Bogen gebogen und vom Stab angezogen. Versuchen Sie dasselbe mit zwei Stöcken und sehen Sie, was passiert.

Kreisel

Was muss vorbereitet werden?

• Papier, Nadel und Radiergummi.
• Ein Stock und ein trockenes Wolltuch aus einer früheren Erfahrung.

Dirigiererfahrung

Sie können nicht nur Wasser verwalten! Schneiden Sie einen 1-2 cm breiten und 10-15 cm langen Papierstreifen ab, biegen Sie ihn an den Rändern und in der Mitte, wie in der Abbildung gezeigt. Führen Sie die Nadel mit dem spitzen Ende in den Radiergummi ein. Balancieren Sie die Werkstückoberseite auf der Nadel. Bereiten Sie einen „Zauberstab“ vor, reiben Sie ihn auf einem trockenen Tuch und führen Sie ihn von der Seite oder von oben an eines der Enden des Papierstreifens, ohne ihn zu berühren.

Was wird passieren?

Der Streifen schwingt wie eine Schaukel auf und ab oder dreht sich wie ein Karussell. Und wenn Sie einen Schmetterling aus dünnem Papier ausschneiden können, wird die Erfahrung noch interessanter.

Eis und Feuer

(das Experiment wird an einem sonnigen Tag durchgeführt)

Was muss vorbereitet werden?

• Eine kleine Tasse mit rundem Boden.
• Ein Stück trockenes Papier.

Dirigiererfahrung

In eine Tasse Wasser gießen und in den Gefrierschrank stellen. Wenn das Wasser zu Eis wird, entferne die Tasse und stelle sie in eine Schüssel mit heißem Wasser. Nach einer Weile löst sich das Eis vom Becher. Gehen Sie nun auf den Balkon, legen Sie ein Blatt Papier auf den Steinboden des Balkons. Fokussieren Sie mit einem Stück Eis die Sonne auf ein Blatt Papier.

Was wird passieren?

Das Papier sollte verkohlt sein, denn in den Händen ist es nicht mehr nur Eis ... Hast du erraten, dass du eine Lupe gemacht hast?

Falscher Spiegel

Was muss vorbereitet werden?

• Transparente Dose mit dicht schließendem Deckel.
• Spiegel.

Dirigiererfahrung

Gießen Sie überschüssiges Wasser in ein Glas und schließen Sie den Deckel, um zu verhindern, dass Luftblasen eintreten. Stellen Sie das Glas verkehrt herum auf einen Spiegel. Jetzt kannst du in den Spiegel schauen.

Vergrößern Sie Ihr Gesicht und schauen Sie hinein. Es wird ein Vorschaubild geben. Kippen Sie nun das Glas zur Seite, ohne es vom Spiegel abzuheben.

Was wird passieren?

Das Spiegelbild Ihres Kopfes im Glas wird natürlich auch kippen, bis es auf den Kopf gestellt wird, während die Beine nicht sichtbar sind. Heben Sie das Glas auf und die Reflexion dreht sich erneut um.

Bubble-Cocktail

Was muss vorbereitet werden?

• Ein Glas starke Salzlösung.
• Batterie von einer Taschenlampe.
• Zwei Stücke Kupferdraht etwa 10 cm lang.
• Feines Schleifpapier.

Dirigiererfahrung

Reinigen Sie die Enden des Drahtes mit feinem Sandpapier. Verbinden Sie ein Ende der Drähte mit jedem Pol der Batterie. Tauchen Sie die freien Enden der Drähte in ein Glas Lösung.

Was ist passiert?

In der Nähe der abgesenkten Enden des Drahtes steigen Blasen auf.

Zitronenbatterie

Was muss vorbereitet werden?

• Zitrone, gründlich gewaschen und trocken gewischt.
• Zwei Stücke isolierter Kupferdraht, etwa 0,2–0,5 mm dick und 10 cm lang.
• Büroklammer aus Stahl.
• Birne von einer Taschenlampe.

Dirigiererfahrung

Isolieren Sie die gegenüberliegenden Enden beider Drähte in einem Abstand von 2–3 cm ab. Stecken Sie eine Büroklammer in die Zitrone, schrauben Sie das Ende eines der Drähte daran. Führen Sie das Ende des zweiten Drahts 1-1,5 cm von der Büroklammer entfernt in die Zitrone ein. Stechen Sie dazu zuerst die Zitrone an dieser Stelle mit einer Nadel ein. Nehmen Sie die beiden freien Enden der Drähte und befestigen Sie die Glühlampen an den Kontakten.

Was wird passieren?

Die Lampe wird leuchten!

Ein solches Meer existiert im Land, der Menschheit bekannt aus alten Zeiten. Dies ist das berühmte Tote Meer von Palästina. Sein Wasser ist ungewöhnlich salzig, so sehr, dass kein einziges Lebewesen darin leben kann. Das heiße, regenlose Klima Palästinas verursacht eine starke Wasserverdunstung von der Meeresoberfläche. Aber nur reines Wasser verdunstet, während gelöste Salze im Meer verbleiben und den Salzgehalt des Wassers erhöhen, weshalb das Wasser des Toten Meeres nicht wie die meisten Meere und Ozeane 2 oder 3 Prozent Salz (nach Gewicht) enthält, sondern 27 Prozent oder mehr; Der Salzgehalt nimmt mit der Tiefe zu. Der vierte Teil des Inhalts des Toten Meeres sind also in seinem Wasser gelöste Salze. Die Gesamtmenge an Salzen darin wird auf 40 Millionen Tonnen geschätzt.
Der hohe Salzgehalt des Toten Meeres bestimmt eines seiner Merkmale: Das Wasser dieses Meeres ist viel schwerer als gewöhnliches Meerwasser. Es ist unmöglich, in einer so schweren Flüssigkeit zu ertrinken: menschlicher Körper einfacher als sie.
Das Gewicht unseres Körpers ist merklich geringer als das Gewicht einer gleichen Menge dickflüssigen Salzwassers, und daher kann ein Mensch nach dem Gesetz des Schwimmens nicht im Toten Meer ertrinken; er schwimmt darin, wie er im Salzwasser schwimmt Ei(der im Süßwasser ertrinkt)
Der Humorist Mark Twain, der dieses See-Meer besuchte, beschreibt mit komischen Details die außergewöhnlichen Empfindungen, die er und seine Gefährten beim Schwimmen in den schweren Wassern des Toten Meeres erlebten:
„Es war ein lustiges Schwimmen! Wir konnten nicht ertrinken. Hier können Sie sich in voller Länge auf dem Wasser ausstrecken, auf dem Rücken liegen und die Arme vor der Brust verschränken, wobei der größte Teil des Körpers über dem Wasser bleibt. Gleichzeitig können Sie Ihren Kopf vollständig heben ... Sie können sehr bequem auf dem Rücken liegen, die Kolonien an Ihr Kinn heben und mit Ihren Händen umfassen - aber Sie werden sich bald umdrehen, da Ihr Kopf überwiegt. Sie können auf dem Kopf stehen - und von der Mitte der Brust bis zum Ende der Beine bleiben Sie aus dem Wasser, aber Sie werden diese Position nicht lange halten können. Du kannst nicht auf dem Rücken schwimmen und dich merklich bewegen, weil deine Beine aus dem Wasser ragen und du dich nur mit den Fersen abstoßen musst. Wenn Sie mit dem Gesicht nach unten schwimmen, bewegen Sie sich nicht vorwärts, sondern rückwärts. Das Pferd ist so instabil, dass es im Toten Meer weder schwimmen noch stehen kann – es liegt sofort auf der Seite.
Auf Abb. 49 sehen Sie einen Mann, der ganz bequem auf der Oberfläche des Toten Meeres sitzt; Das große spezifische Gewicht des Wassers ermöglicht es ihm, in dieser Position ein Buch zu lesen und sich mit einem Regenschirm vor den brennenden Sonnenstrahlen zu schützen.
Das Wasser von Kara-Bogaz-Gol (der Bucht des Kaspischen Meeres) hat die gleichen außergewöhnlichen Eigenschaften und nicht weniger salziges Wasser Lake Elton, enthält 27 % Salze.
So etwas erleben Patienten, die Salzbäder nehmen. Wenn der Salzgehalt des Wassers sehr hoch ist, wie zum Beispiel in Starorussky Mineralwasser, dann muss sich der Patient sehr anstrengen, um am Boden der Wanne zu bleiben. Ich hörte eine Frau, die behandelt wurde Staraja Russa Sie beschwerte sich empört darüber, dass das Wasser sie "regelrecht aus der Wanne geschoben" habe. Es scheint, dass sie geneigt war, nicht das Gesetz von Archimedes, sondern die Verwaltung des Resorts zu beschuldigen ...

Abbildung 49. Ein Mann auf der Oberfläche des Toten Meeres (von einem Foto).

Abbildung 50. Ladelinie an Bord des Schiffes. Markenbezeichnungen werden auf Wasserlinienebene vorgenommen. Der Übersichtlichkeit halber sind sie auch separat vergrößert dargestellt. Die Bedeutung der Buchstaben wird im Text erklärt.
Der Salzgehalt des Wassers in verschiedenen Meeren variiert etwas, und dementsprechend sitzen Schiffe nicht gleich tief im Meerwasser. Vielleicht haben einige der Leser zufällig an Bord des Schiffes in der Nähe der Wasserlinie das sogenannte "Lloyd's Mark" gesehen - ein Zeichen, das die Höhe der Grenzwasserlinien in Wasser unterschiedlicher Dichte anzeigt. Zum Beispiel gezeigt in Abb. 50 Ladelinie bedeutet das Niveau der Grenzwasserlinie:
in frisches Wasser(Süßwasser) .......................... FW
in Indischer Ozean(India Summer) .................. IS
im Salzwasser im Sommer (Summer) .......................... S
im Salzwasser im Winter (Winter) .......................... W
alles drin. Atlant. Ozean im Winter (Winter North Atlantik) .. WNA
In unserem Land wurden diese Markierungen seit 1909 als obligatorisch eingeführt. Lassen Sie uns abschließend festhalten, dass es eine Art Wasser gibt, das sogar in reiner Form, ohne Verunreinigungen, deutlich schwerer als gewöhnlich; sein spezifisches Gewicht beträgt 1,1, d. h. 10 % mehr als gewöhnlich; Folglich konnte in einem solchen Wasserbecken eine Person, die nicht einmal schwimmen konnte, kaum ertrinken. Solches Wasser wurde "schweres" Wasser genannt; Sie chemische Formel D2O (Wasserstoff, der in seiner Zusammensetzung enthalten ist, besteht aus Atomen, die doppelt so schwer sind wie gewöhnliche Wasserstoffatome und wird mit dem Buchstaben D bezeichnet). "Schweres" Wasser wird in einer kleinen Menge in gewöhnlichem Wasser gelöst: in einem Eimer Wasser trinken es enthält etwa 8 g.
Schweres Wasser der Zusammensetzung D2O (es kann siebzehn Arten von schwerem Wasser unterschiedlicher Zusammensetzung geben) wird derzeit fast in seiner reinen Form gewonnen; die Beimischung von gewöhnlichem Wasser beträgt etwa 0,05 %.

Wie funktioniert ein Eisbrecher?

Verpassen Sie beim Baden nicht die Gelegenheit, das folgende Experiment durchzuführen. Öffnen Sie vor dem Verlassen der Wanne den Auslauf, während Sie noch auf dem Boden liegen. Wenn immer mehr von Ihrem Körper aus dem Wasser auftaucht, werden Sie ein allmähliches Gewicht darauf spüren. Gleichzeitig werden Sie auf die offensichtlichste Weise davon überzeugt, dass das Gewicht, das der Körper im Wasser verloren hat (denken Sie daran, wie leicht Sie sich im Bad gefühlt haben!), wieder auftaucht, sobald der Körper aus dem Wasser ist.
Wenn ein Wal unfreiwillig ein solches Experiment durchführt und bei Ebbe auf Grund gerät, sind die Folgen für das Tier fatal: Es wird von seinem eigenen monströsen Gewicht erdrückt. Kein Wunder, dass Wale im Element Wasser leben: Die Auftriebskraft der Flüssigkeit bewahrt sie vor der verheerenden Wirkung der Schwerkraft.
Was gesagt wurde, hat nächster Verwandter zum Titel dieses Artikels. Die Arbeit des Eisbrechers basiert auf demselben physikalischen Phänomen: Der aus dem Wasser genommene Teil des Schiffes wird nicht mehr durch die Auftriebswirkung des Wassers ausgeglichen und erhält sein „Land“ -Gewicht. Man sollte nicht meinen, dass der Eisbrecher mit dem kontinuierlichen Druck seines Bugs - dem Druck des Vorstevens - das Eis während der Fahrt schneidet. So funktionieren keine Eisbrecher, sondern Eisschneider. Diese Wirkungsweise ist nur für relativ dünnes Eis geeignet.
Echte Meereisbrecher wie Krasin oder Yermak funktionieren anders. Durch die Einwirkung seiner leistungsstarken Maschinen drückt der Eisbrecher seinen Bug auf die Eisoberfläche, die zu diesem Zweck stark geneigt unter Wasser angeordnet ist. Außerhalb des Wassers erreicht der Bug des Schiffes sein volles Gewicht, und diese riesige Last (für die Yermak erreichte dieses Gewicht beispielsweise bis zu 800 Tonnen) bricht das Eis. Um die Aktion zu verstärken, wird oft mehr Wasser in die Bugtanks des Eisbrechers gepumpt – „flüssiger Ballast“.
So funktioniert der Eisbrecher, bis die Eisdicke einen halben Meter nicht überschreitet. Stärkeres Eis wird durch die Aufprallwirkung des Gefäßes besiegt. Der Eisbrecher tritt zurück und trifft mit seiner ganzen Masse auf die Eiskante. In diesem Fall wirkt nicht mehr das Gewicht, sondern die kinetische Energie des sich bewegenden Schiffes; Das Schiff verwandelt sich wie eine Artilleriegranate mit niedriger Geschwindigkeit, aber großer Masse in einen Rammbock.
Mehrere Meter hohe Eishügel werden durch die Energie der wiederholten Schläge des starken Bugs des Eisbrechers zerbrochen.
Ein Teilnehmer der berühmten Sibirjakow-Durchquerung im Jahr 1932, der Polarforscher N. Markov, beschreibt den Betrieb dieses Eisbrechers wie folgt:
„Unter Hunderten von Eisfelsen, inmitten der durchgehenden Eisdecke, begann die Sibiryakov die Schlacht. Zweiundfünfzig Stunden hintereinander sprang die Nadel des Maschinentelegrafen von „ganz zurück“ auf „ganz vor“. Dreizehn vierstündige Seeuhren "Sibiryakov" stürzten vor Beschleunigung ins Eis, zerquetschten es mit der Nase, kletterten auf das Eis, brachen es und zogen sich wieder zurück. Das dreiviertel Meter dicke Eis gab mühsam nach. Mit jedem Schlag drangen sie zu einem Drittel des Korps vor.
Die UdSSR hat die größten und stärksten Eisbrecher der Welt.

Wo sind die gesunkenen Schiffe?

Selbst unter Seeleuten ist die Meinung weit verbreitet, dass im Meer versunkene Schiffe den Meeresboden nicht erreichen, sondern in einer bestimmten Tiefe bewegungslos hängen bleiben, wo das Wasser "durch den Druck der darüber liegenden Schichten entsprechend verdichtet" wird.
Diese Meinung wurde anscheinend sogar vom Autor von 20.000 Meilen unter dem Meer geteilt; In einem der Kapitel dieses Romans beschreibt Jules Verne ein versunkenes Schiff, das bewegungslos im Wasser hängt, und in einem anderen erwähnt er Schiffe, die „verrotten und frei im Wasser hängen“.
Ist eine solche Aussage richtig?
Es scheint einige Gründe dafür zu geben, da der Wasserdruck in den Tiefen des Ozeans wirklich enorme Ausmaße erreicht. In 10 m Tiefe drückt Wasser mit einer Kraft von 1 kg pro 1 cm2 auf einen untergetauchten Körper. In einer Tiefe von 20 m beträgt dieser Druck bereits 2 kg, in einer Tiefe von 100 m - 10 kg, 1000 m - 100 kg. Der Ozean hat an vielen Stellen eine Tiefe von mehreren Kilometern und erreicht an den tiefsten Stellen des Großen Ozeans (dem Marianengraben) mehr als 11 km. Es lässt sich leicht ausrechnen, welchen enormen Druck das Wasser und die darin eingetauchten Gegenstände in diesen enormen Tiefen erfahren müssen.
Wenn eine leere verkorkte Flasche auf eine beträchtliche Tiefe abgesenkt und dann wieder entfernt wird, stellt sich heraus, dass der Druck des Wassers den Korken in die Flasche getrieben hat und das ganze Gefäß mit Wasser gefüllt ist. Der berühmte Ozeanograph John Murray sagt in seinem Buch The Ocean, dass ein solches Experiment durchgeführt wurde: Drei Glasröhren unterschiedlicher Größe, die an beiden Enden verschlossen waren, wurden in Segeltuch gewickelt und in einen Kupferzylinder mit Löchern für den freien Durchgang gestellt Wasser. Der Zylinder wurde auf eine Tiefe von 5 km abgesenkt. Als es von dort entfernt wurde, stellte sich heraus, dass die Leinwand mit einer schneeähnlichen Masse gefüllt war: Es war zerbrochenes Glas. Holzstücke, die auf eine ähnliche Tiefe abgesenkt wurden, sanken nach dem Entfernen wie ein Ziegelstein in Wasser - sie wurden so zusammengedrückt.
Es wäre natürlich zu erwarten, dass ein so ungeheurer Druck das Wasser in großen Tiefen so kondensieren sollte, dass selbst schwere Gegenstände nicht darin versinken, ebenso wie ein Eisengewicht nicht in Quecksilber versinkt.
Diese Meinung ist jedoch völlig unbegründet. Die Erfahrung zeigt, dass Wasser, wie alle Flüssigkeiten im Allgemeinen, nicht sehr komprimierbar ist. Mit einer Kraft von 1 kg pro 1 cm2 komprimiert, wird Wasser nur um 1/22.000 seines Volumens komprimiert und wird bei einer weiteren Erhöhung des Drucks pro Kilogramm in etwa gleich komprimiert. Wenn wir Wasser auf eine solche Dichte bringen wollten, dass Eisen darin schwimmen könnte, müsste es 8 Mal kondensiert werden. Für eine Verdichtung nur um die Hälfte, d. h. zur Reduzierung des Volumens um die Hälfte, ist hingegen ein Druck von 11.000 kg pro 1 cm2 erforderlich (wenn nur die erwähnte Maßnahme der Verdichtung bei solch enormen Drücken stattgefunden hätte). Dies entspricht einer Tiefe von 110 km unter dem Meeresspiegel!
Daraus wird deutlich, dass von einer merklichen Verdichtung des Wassers in den Tiefen der Ozeane absolut nicht die Rede sein muss. An ihrer tiefsten Stelle ist das Wasser nur 1100/22000 dick, also 1/20 seiner normalen Dichte, also nur 5%. Es kann die Bedingungen der Navigation darin fast nicht beeinflussen. verschiedene Körper, - zumal auch in solches Wasser getauchte feste Gegenstände diesem Druck ausgesetzt und somit auch verdichtet werden.
Daher kann es nicht den geringsten Zweifel geben, dass versunkene Schiffe auf dem Grund des Ozeans ruhen. „Alles, was in einem Glas Wasser versinkt“, sagt Murray, „sollte auf den Grund und in den tiefsten Ozean gelangen.“
Ich habe einen solchen Einwand dagegen gehört. Wenn ein Glas vorsichtig verkehrt herum in Wasser getaucht wird, kann es in dieser Position bleiben, da es eine Wassermenge verdrängt, die so viel wiegt wie das Glas. Ein schwereres Metallglas kann in einer ähnlichen Position und unterhalb des Wasserspiegels gehalten werden, ohne auf den Boden zu sinken. Auf die gleiche Weise, als ob ein Kreuzer oder ein anderes Schiff, das mit einem Kiel gekentert ist, auf halbem Weg anhalten kann. Wenn in einigen Räumen des Schiffes die Luft dicht verschlossen ist, sinkt das Schiff bis zu einer bestimmten Tiefe und hält dort an.
Schließlich sinken nicht wenige Schiffe kopfüber - und möglicherweise erreichen einige von ihnen nie den Grund und bleiben in den dunklen Tiefen des Ozeans hängen. Ein leichter Stoß würde ausreichen, um ein solches Schiff aus dem Gleichgewicht zu bringen, es umzudrehen, mit Wasser zu füllen und auf den Grund zu sinken - wie kann es in den Tiefen des Ozeans Erschütterungen geben, wo Stille und Ruhe für immer herrschen und wo sogar die Echos von Stürmen dringen nicht ein?
Alle diese Argumente beruhen auf einem physikalischen Fehler. Ein umgestürztes Glas taucht nicht von selbst in Wasser ein – es muss durch eine äußere Kraft in Wasser getaucht werden, wie ein Stück Holz oder eine leere verkorkte Flasche. Ebenso wird ein Schiff, das mit einem Kiel nach oben gekippt ist, überhaupt nicht zu sinken beginnen, sondern auf der Wasseroberfläche bleiben. Er kann sich nicht auf halbem Weg zwischen dem Meeresspiegel und seinem Grund befinden.

Wie die Träume von Jules Verne und Wells wahr wurden

Die echten U-Boote unserer Zeit haben die fantastische Nautilus von Jules Verpe in mancher Hinsicht nicht nur eingeholt, sondern sogar übertroffen. Die Geschwindigkeit aktueller U-Boot-Kreuzer ist zwar halb so hoch wie die der Nautilus: 24 Knoten gegenüber 50 bei Jules Verne (ein Knoten entspricht etwa 1,8 km pro Stunde). Die längste Passage eines modernen U-Bootes Weltreise, während Kapitän Nemo eine doppelt so lange Reise machte. Andererseits hatte die Nautilus eine Verdrängung von nur 1.500 Tonnen, eine Besatzung von nur zwei oder drei Dutzend Personen an Bord und konnte nicht länger als achtundvierzig Stunden ohne Unterbrechung unter Wasser bleiben. Der 1929 gebaute U-Boot-Kreuzer "Surkuf" im Besitz der französischen Flotte hatte eine Verdrängung von 3200 Tonnen, wurde von einem Team von einhundertfünfzig Personen gesteuert und konnte bis zu hundert unter Wasser bleiben, ohne aufzutauchen und zwanzig Stunden.
Dieses U-Boot könnte den Übergang von den Häfen Frankreichs zur Insel Madagaskar schaffen, ohne unterwegs in einen Hafen einzulaufen. In Bezug auf den Wohnkomfort stand der Surkuf dem Nautilus vielleicht nicht nach. Außerdem hatte Surkuf gegenüber dem Schiff von Kapitän Nemo den unzweifelhaften Vorteil, dass auf dem Oberdeck des Kreuzers ein wasserdichter Hangar für ein Aufklärungswasserflugzeug angeordnet war. Wir stellen auch fest, dass Jules Verne die Nautilus nicht mit einem Periskop ausgestattet hat, um dem Boot die Möglichkeit zu geben, den Horizont unter Wasser zu sehen.
Nur in einer Hinsicht werden echte U-Boote der Fantasiewelt des französischen Romanciers noch weit hinterherhinken: in der Tiefe des Untertauchens. Allerdings muss angemerkt werden, dass die Fantasie von Jules Verne an dieser Stelle die Grenzen der Plausibilität überschritten hat. „Kapitän Nemo“, lesen wir an einer Stelle im Roman, „erreichte Tiefen von drei-, vier-, fünf-, sieben-, neun- und zehntausend Metern unter der Meeresoberfläche“. Und einmal sank der Nautilus sogar in eine beispiellose Tiefe - 16.000 Meter! "Ich fühlte", sagt der Held des Romans, "wie die Befestigungselemente der Eisenplatten des U-Bootes erzittern, wie sich seine Streben biegen, wie sie sich in den Fenstern bewegen und dem Wasserdruck nachgeben. Wenn unser Schiff nicht die Kraft hätte eines massiven Gusskörpers würde es sofort zu einem Kuchen plattgedrückt werden.“
Die Befürchtung ist durchaus angebracht, denn bei einer Tiefe von 16 km (wenn es eine solche Tiefe im Ozean gäbe) müsste der Wasserdruck reichen 16.000 : 10 = 1600 kg pro 1 cm2 , oder 1600 technische Atmosphären ; Eine solche Anstrengung zerbricht nicht das Eisen, würde aber sicherlich die Struktur zerbrechen. Die moderne Ozeanographie kennt eine solche Tiefe jedoch nicht. Die übertriebenen Vorstellungen über die Tiefen des Ozeans, die die Ära von Jules Verne dominierten (der Roman wurde 1869 geschrieben), erklären sich aus der Unvollkommenheit der Methoden zur Tiefenmessung. Damals wurde kein Draht für Linlot verwendet, sondern Hanfseile; so viel wurde durch die Reibung am Wasser zurückgehalten, je stärker es einsank; In beträchtlicher Tiefe nahm die Reibung bis zu dem Punkt zu, dass das Los überhaupt nicht mehr fiel, egal wie stark die Leine vergiftet war: Das Hanfseil verhedderte sich nur, was den Eindruck großer Tiefe erweckte.
U-Boote unserer Zeit können einem Druck von nicht mehr als 25 Atmosphären standhalten; dies bestimmt die größte Tiefe ihres Eintauchens: 250 m. Eine viel größere Tiefe wurde in einem speziellen Apparat namens "Bathysphere" (Abb. 51) erreicht, der speziell für die Untersuchung der Fauna der Meerestiefen entwickelt wurde. Dieser Apparat ähnelt jedoch nicht Jules Vernes Nautilus, sondern der fantastischen Kreation eines anderen Romanautors - Wells' Tiefseekugel, die in der Geschichte "In the Deep of the Sea" beschrieben wird. Der Held dieser Geschichte stieg in einer dickwandigen Stahlkugel bis zu einer Tiefe von 9 km auf den Grund des Ozeans hinab; das Gerät wurde ohne Kabel, aber mit abnehmbarer Last eingetaucht; Auf dem Grund des Ozeans angekommen, wurde die Kugel hier von der Last befreit, die sie davongetragen hatte, und flog schnell an die Wasseroberfläche.
In der Bathysphäre haben Wissenschaftler eine Tiefe von mehr als 900 m erreicht. Die Bathysphäre steigt an einem Kabel von einem Schiff herab, mit dem die in der Kugel Sitzenden eine Telefonverbindung unterhalten.

Abbildung 51. Stahlkugelapparat "Bathysphere" zum Abstieg in die tiefen Schichten des Ozeans. In diesem Gerät erreichte William Beebe 1934 eine Tiefe von 923 m. Die Wandstärke der Kugel beträgt etwa 4 cm, der Durchmesser 1,5 m und das Gewicht 2,5 Tonnen.

Wie ist Sadko aufgewachsen?

In den Weiten des Ozeans gehen jedes Jahr Tausende von großen und kleinen Schiffen zugrunde, besonders in Kriegszeiten. Das wertvollste und zugänglichste der versunkenen Schiffe wurde vom Meeresboden geborgen. Sowjetische Ingenieure und Taucher, die Teil von EPRON sind (dh "Expeditionen der Unterwasserarbeit besonderer Zweck“), wurde durch das erfolgreiche Heben von mehr als 150 großen Schiffen weltweit berühmt. Einer der größten unter ihnen ist der Eisbrecher Sadko, der 1916 aufgrund der Nachlässigkeit des Kapitäns im Weißen Meer sank. Liegen auf Meeresboden 17 Jahre alt, wurde dieser hervorragende Eisbrecher von EPRON-Arbeitern angehoben und wieder in Dienst gestellt.
Die Hebetechnik basierte vollständig auf der Anwendung des Gesetzes von Archimedes. Unter dem Rumpf des versunkenen Schiffes im Boden des Meeresbodens gruben Taucher 12 Tunnel und zogen durch jeden von ihnen ein starkes Stahltuch. Die Enden der Handtücher wurden an Pontons befestigt, die absichtlich in der Nähe des Eisbrechers versenkt wurden. Alle diese Arbeiten wurden in einer Tiefe von 25 m unter dem Meeresspiegel durchgeführt.
Die Pontons (Abb. 52) waren hohle, undurchdringliche Eisenzylinder mit einer Länge von 11 m und einem Durchmesser von 5,5 m. Der leere Ponton wog 50 Tonnen. Nach den Regeln der Geometrie ist sein Volumen leicht zu berechnen: etwa 250 Kubikmeter. Es ist klar, dass ein solcher Zylinder leer auf dem Wasser schwimmen sollte: Er verdrängt 250 Tonnen Wasser, während er selbst nur 50 wiegt; seine Tragfähigkeit entspricht der Differenz zwischen 250 und 50, also 200 Tonnen. Um den Ponton auf den Grund sinken zu lassen, wird er mit Wasser gefüllt.
Als (siehe Abb. 52) die Enden der Stahlbänder fest mit den versunkenen Pontons verbunden waren, wurde über Schläuche Druckluft in die Zylinder eingeblasen. In 25 m Tiefe drückt Wasser mit einer Kraft von 25/10 + 1, also 3,5 Atmosphären. Luft wurde den Zylindern unter einem Druck von etwa 4 Atmosphären zugeführt und musste daher Wasser von den Pontons verdrängen. Leichtbauzylinder mit mit großer Kraft durch das umgebende Wasser an die Meeresoberfläche geschoben. Sie schwebten im Wasser wie ein Ballon in der Luft. Ihre gemeinsame Hubkraft mit der vollständigen Wasserverdrängung von ihnen wäre 200 x 12, dh 2400 Tonnen. Dies übersteigt das Gewicht des versunkenen Sadko, sodass die Pontons im Interesse eines sanfteren Aufstiegs nur teilweise vom Wasser befreit wurden.

Abbildung 52. Schema zum Heben von "Sadko"; zeigt einen Abschnitt des Eisbrechers, Pontons und Schlingen.
Trotzdem gelang der Aufstieg erst nach mehreren erfolglosen Versuchen. „Das Rettungsteam erlitt vier Unfälle, bis es gelang“, schreibt T. I. Bobritsky, Chef-Schiffsingenieur von EPRON, der die Arbeiten leitete. „Dreimal sahen wir, während wir angespannt auf das Schiff warteten, anstelle des aufsteigenden Eisbrechers, der spontan nach oben floh, im Chaos von Wellen und Schaum, Pontons und zerrissene, sich schlangenartig windende Schläuche. Zweimal tauchte der Eisbrecher auf und verschwand wieder im Abgrund des Meeres, bevor er wieder auftauchte und schließlich an der Oberfläche blieb.

"Ewiger" Wassermotor

Unter den vielen Projekten Perpetuum Mobile„Es gab viele solche, die auf der Entstehung von Körpern im Wasser beruhen. Ein 20 Meter hoher Turm ist mit Wasser gefüllt. Am oberen und unteren Ende des Turms sind Rollen installiert, durch die ein starkes Seil in Form eines endlosen Riemens geworfen wird. An dem Seil sind 14 meterhohe kubische Hohlkästen befestigt, die aus Eisenblechen genietet sind, damit kein Wasser in die Kästen eindringen kann. Unser Bild. 53 und 54 zeigen das Aussehen eines solchen Turms und seinen Längsschnitt.
Wie funktioniert diese Einstellung? Jeder, der mit dem Gesetz von Archimedes vertraut ist, wird erkennen, dass die Kisten im Wasser dazu neigen, aufzuschwimmen. Sie werden durch eine Kraft nach oben gezogen, die dem Gewicht des von den Kästen verdrängten Wassers entspricht, dh dem Gewicht eines Kubikmeters Wasser, und zwar so oft, wie die Kästen in Wasser getaucht werden. Aus den Zeichnungen ist ersichtlich, dass immer sechs Kisten im Wasser sind. Das bedeutet, dass die Kraft, die die beladenen Kisten nach oben trägt, gleich dem Gewicht von 6 m3 Wasser, also 6 Tonnen, ist. Sie werden durch das Eigengewicht der Kisten nach unten gezogen, das jedoch durch eine frei an der Außenseite des Seils hängende Last von sechs Kisten ausgeglichen wird.
Auf ein so geworfenes Seil wird also immer eine einseitig nach oben gerichtete Zugkraft von 6 Tonnen ausgeübt. Es ist klar, dass diese Kraft dazu führt, dass sich das Seil ununterbrochen dreht, entlang der Rollen gleitet und bei jeder Umdrehung eine Arbeit von 6000 * 20 = 120.000 kgm verrichtet.
Jetzt ist klar, dass wir, wenn wir das Land mit solchen Türmen übersäten, eine unbegrenzte Menge an Arbeit erhalten können, die ausreicht, um alle Bedürfnisse der Volkswirtschaft zu decken. Die Türme drehen die Anker der Dynamos und geben nach elektrische Energie in beliebiger Menge.
Wenn Sie sich dieses Projekt jedoch genau ansehen, ist leicht zu erkennen, dass die erwartete Bewegung des Seils überhaupt nicht auftreten sollte.
Damit sich das Endlosseil drehen kann, müssen die Kisten von unten in das Wasserbecken des Turms einfahren und es von oben wieder verlassen. Aber schließlich muss die Box beim Betreten des Pools den Druck einer 20 m hohen Wassersäule überwinden! Dieser Druck auf Quadratmeter Die Fläche der Box beträgt weder mehr noch weniger als zwanzig Tonnen (Gewicht von 20 m3 Wasser). Der Aufwärtsschub beträgt nur 6 Tonnen, das heißt, er reicht eindeutig nicht aus, um die Kiste ins Becken zu ziehen.
Unter den vielen Beispielen von Wasser-"Perpetuum Mobile"-Maschinen, von denen Hunderte von gescheiterten Erfindern erfunden wurden, findet man sehr einfache und geniale Optionen.

Abbildung 53. Das Projekt einer imaginären "ewigen" Wassermaschine.

Abbildung 54. Das Gerät des Turms der vorherigen Abbildung.
Schauen Sie sich Abb. 55. Ein Teil einer hölzernen Trommel, die auf einer Achse montiert ist, ist die ganze Zeit in Wasser getaucht. Wenn das Gesetz von Archimedes gilt, sollte der in Wasser eingetauchte Teil aufschwimmen und sobald die Auftriebskraft größer ist als die Reibungskraft auf der Achse der Trommel, wird die Rotation niemals aufhören ...

Abbildung 55. Ein weiteres Projekt eines "ewigen" Wassermotors.
Beeilen Sie sich nicht, diesen "ewigen" Motor zu bauen! Sie werden sicherlich scheitern: Die Trommel wird sich nicht bewegen. Was ist los, was ist der Fehler in unserer Argumentation? Es stellt sich heraus, dass wir die Richtung der wirkenden Kräfte nicht berücksichtigt haben. Und sie werden immer entlang der Senkrechten zur Oberfläche der Trommel gerichtet, dh entlang des Radius zur Achse. Jeder weiß aus der täglichen Erfahrung, dass es unmöglich ist, ein Rad durch Krafteinwirkung entlang des Radradius zum Drehen zu bringen. Um eine Drehung zu bewirken, ist es notwendig, eine Kraft senkrecht zum Radius auszuüben, d. h. tangential zum Umfang des Rads. Nun ist es nicht schwer zu verstehen, warum der Versuch, ein „perpetuum mobile“ zu implementieren, auch in diesem Fall scheitern wird.
Das Gesetz des Archimedes lieferte verführerische Nahrung für den Geist der Sucher des „Perpetuum Mobile“ und ermutigte sie, geniale Geräte zu entwickeln, um den scheinbaren Gewichtsverlust zu nutzen, um eine ewige Quelle mechanischer Energie zu erhalten.

Wer hat die Wörter „Gas“ und „Atmosphäre“ geprägt?

Das Wort „Gas“ gehört zu den von Wissenschaftlern erfundenen Wörtern wie „Thermometer“, „Elektrizität“, „Galvanometer“, „Telefon“ und vor allem „Atmosphäre“. Von allen erfundenen Wörtern ist „Gas“ bei weitem das kürzeste. Der alte holländische Chemiker und Arzt Helmont, der von 1577 bis 1644 lebte (ein Zeitgenosse von Galileo), stellte „Gas“ aus dem griechischen Wort für „Chaos“ her. Nachdem er entdeckt hatte, dass Luft aus zwei Teilen besteht, von denen einer die Verbrennung unterstützt und ausbrennt, während der Rest diese Eigenschaften nicht hat, schrieb Helmont:
„Ich habe solches Dampfgas genannt, weil es sich fast nicht vom Chaos der Alten unterscheidet“(Die ursprüngliche Bedeutung des Wortes "Chaos" ist ein strahlender Raum).
Das neue Wort wurde danach jedoch lange Zeit nicht mehr verwendet und erst 1789 durch den berühmten Lavoisier wiederbelebt. Es verbreitete sich, als alle anfingen, von den Flügen der Gebrüder Montgolfier in den ersten Ballons zu sprechen.
Lomonosov verwendete in seinen Schriften einen anderen Namen für gasförmige Körper- "elastische Flüssigkeiten" (die auch während meiner Schulzeit verwendet wurden). Übrigens stellen wir fest, dass Lomonosov die Einführung einer Reihe von Namen in die russische Sprache zugeschrieben wird, die heute zu Standardwörtern geworden sind. Wissenschaftliche Sprache:
Atmosphäre
Manometer
Barometer
Mikrometer
Luftpumpe
Optik, optisch
Viskosität
äh (e) elektrisch
Kristallisation
e(e)fir
Angelegenheit
usw.
Der geniale Vorfahre der russischen Naturwissenschaft schrieb dazu: „Ich musste nach Worten suchen, um einige physikalische Instrumente, Handlungen und natürliche Dinge zu benennen, die (also Wörter) zwar zunächst etwas seltsam erscheinen, aber ich hoffe, dass sie mehr werden vertraut mit der Zeit durch den Gebrauchswillen."
Wie wir wissen, waren Lomonossows Hoffnungen vollkommen gerechtfertigt.
Im Gegenteil, die Wörter, die später von V. I. Dahl (dem bekannten Verfasser des Erklärenden Wörterbuchs) vorgeschlagen wurden, um die „Atmosphäre“ zu ersetzen – das plumpe „Myrocolitsa“ oder „Kolosseum“ – haben überhaupt keine Wurzeln geschlagen, ebenso wie sein „ himmlische Erde“ wurzelte nicht anstelle des Horizonts und anderer neuer Wörter .

Als ob einfache Aufgabe

Ein Samowar mit 30 Gläsern ist voll Wasser. Du stellst ein Glas unter seinen Wasserhahn und folgst mit einer Uhr in der Hand dem Sekundenzeiger, um zu sehen, wann das Glas bis zum Rand gefüllt ist. Sagen wir das in einer halben Minute. Stellen wir uns nun die Frage: Wann wird der gesamte Samowar geleert, wenn der Wasserhahn offen bleibt?
Es scheint, dass dies eine kindisch einfache Rechenaufgabe ist: Ein Glas fließt in 0,5 Minuten aus, was bedeutet, dass 30 Gläser in 15 Minuten ausgegossen werden.
Aber machen Sie die Erfahrung. Es stellt sich heraus, dass der Samowar nicht wie erwartet um eine Viertelstunde, sondern um eine halbe Stunde leer ist.
Was ist los? Dabei ist die Rechnung so einfach!
Einfach, aber falsch. Es kann nicht gedacht werden, dass die Geschwindigkeit des Abflusses von Anfang bis Ende gleich bleibt. Wenn das erste Glas aus dem Samowar geflossen ist, fließt der Strahl bereits mit weniger Druck, da der Wasserspiegel im Samowar gesunken ist; es ist klar, dass das zweite Glas in einer längeren Zeit als einer halben Minute gefüllt wird; der dritte wird noch träger fließen und so weiter.
Die Fließgeschwindigkeit jeder Flüssigkeit aus einem Loch in einem offenen Behälter hängt direkt von der Höhe der Flüssigkeitssäule über dem Loch ab. Der geniale Toricelli, ein Schüler Galileis, hat als erster auf diese Abhängigkeit hingewiesen und sie mit einer einfachen Formel ausgedrückt:

Dabei ist v die Ausflussgeschwindigkeit, g die Erdbeschleunigung und h die Höhe des Flüssigkeitsspiegels über dem Loch. Aus dieser Formel folgt, dass die Geschwindigkeit des ausströmenden Strahls völlig unabhängig von der Dichte der Flüssigkeit ist: Leichter Alkohol und schweres Quecksilber auf gleicher Höhe fließen gleich schnell aus dem Loch (Abb. 56). Aus der Formel ist ersichtlich, dass es auf dem Mond, wo die Schwerkraft 6-mal geringer ist als auf der Erde, etwa 2,5-mal länger dauern würde, um ein Glas zu füllen, als auf der Erde.
Aber kommen wir zurück zu unserer Aufgabe. Wenn nach Ablauf von 20 Gläsern aus dem Samowar der Wasserstand darin (von der Hahnöffnung gezählt) viermal gesunken ist, füllt sich das 21. Glas doppelt so langsam wie das 1. Und wenn der Wasserstand in Zukunft 9-mal sinkt, dauert es dreimal länger, die letzten Gläser zu füllen als die ersten. Jeder weiß, wie träge Wasser aus dem bereits fast leeren Wasserhahn des Samowars fließt. Lösung dieses Problems durch Methoden höhere Mathematik lässt sich nachweisen, dass die Zeit, die für die vollständige Entleerung des Behälters benötigt wird, doppelt so lang ist wie die Zeit, in der die gleiche Flüssigkeitsmenge bei konstantem Ausgangsniveau auslaufen würde.

Abbildung 56. Was strömt eher aus: Quecksilber oder Alkohol? Der Flüssigkeitsstand in den Gefäßen ist gleich.

Poolproblem

Von dem Gesagten ein Schritt zu den berüchtigten Problemen rund um den Pool, ohne die kein einziges arithmetisches und algebraisches Problembuch auskommt. Jeder erinnert sich an klassisch langweilige, scholastische Probleme wie die folgenden:
„Es gibt zwei Rohre im Pool. Nach einem ersten leeren Becken kann um 5 Uhr gefüllt werden; in einer Sekunde kann um 10 Uhr der volle Pool geleert werden. Wann wird das leere Becken gefüllt, wenn beide Rohre gleichzeitig geöffnet werden?
Probleme dieser Art haben ein respektables Rezept – fast 20 Jahrhunderte, das auf Heron von Alexandria zurückgeht. Hier ist eine von Herons Aufgaben – allerdings nicht so kompliziert wie ihre Nachfahren:

Vier Brunnen sind gegeben. Ein umfangreiches Reservoir ist gegeben.
An einem Tag füllt ihn der erste Brunnen bis zum Rand.
Zwei Tage und zwei Nächte soll der Zweite am selben arbeiten.
Der dritte ist dreimal der erste, schwächer.
In vier Tagen hält der letzte mit ihm mit.
Sag mir, wie bald es voll sein wird
Wenn alle gleichzeitig geöffnet sind?

Seit zweitausend Jahren werden Schwimmbadprobleme gelöst, und so groß ist die Kraft der Routine! – zweitausend Jahre werden falsch gelöst. Warum es falsch ist, werden Sie nach dem, was gerade über den Wasserabfluss gesagt wurde, selbst verstehen. Wie wird ihnen beigebracht, Probleme im Schwimmbad zu lösen? Das erste Problem wird beispielsweise auf folgende Weise gelöst. Bei 1 Stunde gießt das erste Rohr 0,2 Pools, das zweite gießt 0,1 Pools; Das bedeutet, dass unter der Wirkung beider Rohre jede Stunde 0,2 - 0,1 = 0,1 in das Becken gelangt, woraus die Zeit zum Füllen des Beckens 10 Stunden beträgt. Diese Überlegung ist falsch: Wenn angenommen werden kann, dass der Wasserzufluss unter konstantem Druck und damit gleichmäßig erfolgt, dann erfolgt sein Abfluss auf wechselndem Niveau und daher ungleichmäßig. Aus der Tatsache, dass das Becken um 10 Uhr durch das zweite Rohr geleert wird, folgt keineswegs, dass jede Stunde 0,1 Teil des Beckens abfließt; Schulentscheidung, wie wir sehen, ist falsch. Es ist unmöglich, das Problem mit elementarer Mathematik richtig zu lösen, und daher haben Probleme mit einem Pool (mit fließendem Wasser) überhaupt keinen Platz in Rechenaufgabenbüchern.

Abbildung 57. Das Pool-Problem.

Erstaunliches Schiff

Ist es möglich, ein solches Gefäß anzuordnen, aus dem das Wasser die ganze Zeit in einem gleichmäßigen Strom herausfließt, ohne seinen Fluss zu verlangsamen, obwohl der Flüssigkeitsspiegel sinkt? Nach dem, was Sie aus den vorherigen Artikeln gelernt haben, sind Sie wahrscheinlich bereit, ein solches Problem als unlösbar zu betrachten.
Mittlerweile ist es durchaus machbar. Die in Abb. 58, ist einfach so ein erstaunliches Schiff. Dies ist ein gewöhnliches Glas mit einem schmalen Hals, durch dessen Korken ein Glasröhrchen geschoben wird. Wenn Sie den Hahn C unterhalb des Rohrendes öffnen, fließt Flüssigkeit in einem ununterbrochenen Strom daraus, bis der Wasserstand im Gefäß auf das untere Ende des Rohrs gesunken ist. Indem Sie den Schlauch fast bis zur Höhe des Wasserhahns schieben, können Sie die gesamte Flüssigkeit über der Höhe des Lochs in einem gleichmäßigen, wenn auch sehr schwachen Strahl herausfließen lassen.

Abbildung 58. Das Gerät des Mariotte-Gefäßes. Aus Loch C fließt das Wasser gleichmäßig.
Warum passiert dies? Verfolgen Sie gedanklich, was im Behälter passiert, wenn Hahn C geöffnet wird (Abb. 58). Zunächst wird Wasser aus einem Glasrohr gegossen; der Flüssigkeitsspiegel darin sinkt bis zum Ende des Röhrchens. Bei weiterem Ausfluss sinkt bereits der Wasserspiegel im Gefäß und Außenluft tritt durch das Glasrohr ein; es sprudelt durch das Wasser und sammelt sich darüber oben im Gefäß. Jetzt ist der Druck auf allen Ebenen B gleich dem atmosphärischen Druck. Das bedeutet, dass Wasser aus Hahn C nur unter dem Druck der Wasserschicht BC abfließt, weil der Druck der Atmosphäre innerhalb und außerhalb des Gefäßes ausgeglichen ist. Und da die Dicke der BC-Schicht konstant bleibt, ist es nicht verwunderlich, dass der Jet immer mit der gleichen Geschwindigkeit fließt.
Versuchen Sie nun, die Frage zu beantworten: Wie schnell fließt das Wasser ab, wenn Sie den Korken B auf Höhe des Rohrendes entfernen?
Es stellt sich heraus, dass es überhaupt nicht herausfließt (natürlich, wenn das Loch so klein ist, dass seine Breite vernachlässigt werden kann; andernfalls fließt Wasser unter dem Druck einer dünnen Wasserschicht, die so dick ist wie die Breite von das Loch). Tatsächlich ist der Druck hier innen und außen gleich dem atmosphärischen Druck, und nichts bewirkt, dass Wasser herausfließt.
Und wenn Sie den Stopfen A über dem unteren Ende des Schlauchs herausziehen, dann würde nicht nur kein Wasser aus dem Gefäß fließen, sondern es würde auch Außenluft eintreten. Wieso den? Aus einem ganz einfachen Grund: In diesem Teil des Behälters ist der Luftdruck geringer als Atmosphärendruck draußen.
Dieses Gefäß mit solch außergewöhnlichen Eigenschaften wurde erfunden berühmter Physiker Mariotte und benannt nach dem Wissenschaftler „das Gefäß von Mariotte“.

Laden aus der Luft

Mitte des 17. Jahrhunderts erlebten die Einwohner der Stadt Rogensburg und die dort versammelten Landesfürsten Deutschlands, angeführt vom Kaiser, ein erstaunliches Schauspiel: 16 Pferde versuchten ihr Bestes, um zwei aneinander befestigte Kupferhalbkugeln zu trennen Sonstiges. Was verband sie? "Nichts" - Luft. Und doch konnten acht Pferde, die in die eine und acht in die andere Richtung zogen, sie nicht trennen. So zeigte der Bürgermeister Otto von Guericke allen mit eigenen Augen, dass Luft gar kein „Nichts“ ist, dass sie Gewicht hat und mit beachtlicher Kraft auf alle irdischen Gegenstände drückt.
Dieses Experiment wurde am 8. Mai 1654 in einer sehr feierlichen Atmosphäre durchgeführt. Dem gelehrten Bürgermeister gelang es, mit seinen wissenschaftlichen Recherchen alle zu begeistern, obwohl sich die Angelegenheit inmitten politischer Wirren und verheerender Kriege abspielte.
Eine Beschreibung des berühmten Experiments mit den „Magdeburger Halbkugeln“ findet sich in Physiklehrbüchern. Dennoch bin ich sicher, dass der Leser dieser Geschichte aus dem Munde von Guericke selbst, dem „deutschen Galilei“, wie der bemerkenswerte Physiker manchmal genannt wird, mit Interesse lauschen wird. Ein umfangreiches Buch, das eine lange Reihe seiner Experimente beschreibt, erschien 1672 in Amsterdam in lateinischer Sprache und trug, wie alle Bücher dieser Zeit, einen langen Titel. Hier ist es:
Otto von Guericke

Die sogenannten neuen Magdeburger Experimente

über AIRLESS SPACE,

ursprünglich von einem Mathematikprofessor beschrieben
an der Universität Würzburg von Kaspar Schott.
Eigene Ausgabe des Autors
detaillierter und ergänzt um diverse
neue Erfahrungen.
Kapitel XXIII dieses Buches ist dem Experiment gewidmet, das uns interessiert. Hier ist eine wörtliche Übersetzung davon.
„Ein Experiment, das beweist, dass der Luftdruck die beiden Halbkugeln so fest verbindet, dass sie durch die Anstrengung von 16 Pferden nicht getrennt werden können.
Ich bestellte zwei kupferfarbene Halbkugeln mit einem Durchmesser von einer dreiviertel Magdeburger Elle. Aber in Wirklichkeit betrug ihr Durchmesser nur 67/100, da die Handwerker wie üblich nicht genau das herstellen konnten, was benötigt wurde. Beide Hemisphären reagierten vollständig aufeinander. An einer Halbkugel war ein Kran befestigt; Mit diesem Ventil können Sie Luft aus dem Inneren entfernen und verhindern, dass Luft von außen eindringt. Zusätzlich wurden an den Halbkugeln 4 Ringe befestigt, durch die Seile gefädelt wurden, die am Geschirr von Pferden befestigt waren. Ich habe auch einen Lederring zum Nähen bestellt; es wurde mit einer Mischung aus Wachs in Terpentin gesättigt; eingeklemmt zwischen den Halbkugeln ließ es keine Luft durch. Ein Luftpumpenschlauch wurde in den Wasserhahn eingeführt und die Luft im Ball wurde entfernt. Dann wurde entdeckt, mit welcher Kraft beide Halbkugeln durch einen Lederring gegeneinander gedrückt wurden. Der Druck der Außenluft drückte sie so fest, dass 16 Pferde (mit einem Ruck) sie gar nicht oder nur mit Mühe trennen konnten. Als die Halbkugeln, der Anspannung der Pferde mit aller Kraft nachgebend, getrennt wurden, ertönte ein Gebrüll wie von einem Schuß.
Aber es hat sich gelohnt, den Wasserhahn zu öffnen Den freien Zugang Luft - und die Halbkugeln ließen sich leicht mit den Händen trennen.
Eine einfache Rechnung kann uns erklären, warum eine so große Kraft (8 Pferde auf jeder Seite) erforderlich ist, um die Teile einer leeren Kugel zu trennen. Luftpressen mit einer Kraft von etwa 1 kg pro cm²; Die Fläche eines Kreises mit einem Durchmesser von 0,67 Ellen (37 cm) beträgt 1060 cm2. Das bedeutet, dass der Druck der Atmosphäre auf jeder Hemisphäre 1000 kg (1 Tonne) überschreiten muss. Jeweils acht Pferde mussten also mit der Kraft einer Tonne ziehen, um dem Druck der Außenluft entgegenzuwirken.
Es scheint, dass dies für acht Pferde (auf jeder Seite) keine sehr große Last ist. Vergessen Sie jedoch nicht, dass Pferde beim Bewegen von beispielsweise einer Last von 1 Tonne eine Kraft überwinden, die nicht 1 Tonne, sondern viel kleiner ist, nämlich die Reibung der Räder auf der Achse und auf dem Bürgersteig. Und diese Kraft beträgt - beispielsweise auf der Autobahn - nur fünf Prozent, dh bei einer Tonne Last - 50 kg. (Ganz zu schweigen von der Tatsache, dass, wenn die Anstrengungen von acht Pferden kombiniert werden, wie die Praxis zeigt, 50 % der Traktion verloren gehen.) Daher entspricht eine Traktion von 1 Tonne einer Karrenlast von 20 Tonnen mit acht Pferden. So viel Luftlast sollten die Pferde des Magdeburger Bürgermeisters tragen! Es war, als ob sie eine kleine Dampflokomotive bewegen sollten, die außerdem nicht auf Schienen gestellt wurde.
Es wird gemessen, dass ein starkes Zugpferd einen Karren mit einer Kraft von nur 80 kg zieht. Um die Magdeburger Halbkugeln mit einem gleichmäßigen Schub zu brechen, wären folglich 1000/80 \u003d 13 Pferde auf jeder Seite erforderlich.
Der Leser wird wahrscheinlich erstaunt sein zu erfahren, dass einige der Gelenke unseres Skeletts nicht aus demselben Grund auseinanderfallen wie die Magdeburger Halbkugeln. Unser Hüftgelenk ist eine solche Magdeburger Halbkugel. Es ist möglich, dieses Gelenk von Muskel- und Knorpelverbindungen freizulegen, und dennoch fällt der Oberschenkel nicht aus: der atmosphärische Druck drückt darauf, da im Zwischengelenkraum keine Luft ist.

Neue Reiherbrunnen

Die übliche Form des Springbrunnens, die dem alten Mechaniker Heron zugeschrieben wird, ist meinen Lesern wahrscheinlich bekannt.Ich möchte Sie hier an seine Vorrichtung erinnern, bevor ich zu einer Beschreibung der letzten Modifikationen dieser merkwürdigen Vorrichtung übergehe. Der Reiherbrunnen (Abb. 60) besteht aus drei Gefäßen: dem oberen offenen a und zwei kugelförmigen b und c, hermetisch verschlossen. Die Gefäße sind durch drei Rohre verbunden, deren Lage in der Abbildung gezeigt ist. Wenn Wasser in a ist, Kugel b mit Wasser und Kugel c mit Luft gefüllt ist, beginnt die Fontäne zu arbeiten: Wasser fließt durch die Röhre von a nach c. Verdrängen von Luft von dort in Kugel b; unter dem druck der einströmenden luft schießt wasser aus dem rohr hoch und schlägt wie eine fontäne über gefäß a. Wenn Kugel b leer ist, hört die Fontäne auf zu schlagen.

Abbildung 59. Die Knochen unserer Hüftgelenke zerfallen nicht aufgrund des atmosphärischen Drucks, ebenso wie die Magdeburger Halbkugeln zurückgehalten werden.

Abbildung 60. Antiker Reiherbrunnen.

Abbildung 61. Moderne Modifikation des Reiherbrunnens. Oben - eine Variante des Plattengeräts.
Dies ist die alte Form des Reiherbrunnens. Schon in unserer Zeit hat ein Schullehrer in Italien, durch die dürftige Ausstattung seines physikalischen Arbeitszimmers zum Erfindungsreichtum getrieben, den Bau des Reiherbrunnens vereinfacht und solche Abwandlungen daran erfunden, die jeder mit einfachsten Mitteln anordnen kann (Abb. 61). Anstelle von Kugeln verwendete er Apothekenflaschen; Anstelle von Glas- oder Metallröhrchen habe ich Gummiröhrchen genommen. Das obere Gefäß muss nicht perforiert werden: Man kann einfach die Enden der Rohre hineinstecken, wie in Abb. 61 oben.
In dieser Modifikation ist das Gerät viel bequemer zu verwenden: Wenn das gesamte Wasser aus dem Gefäß b durch das Gefäß a in das Gefäß c überläuft, können Sie die Gefäße b und c einfach neu anordnen, und der Brunnen funktioniert wieder; wir dürfen natürlich nicht vergessen, die Spitze auch auf ein anderes Röhrchen zu verpflanzen.
Ein weiterer Vorteil des modifizierten Springbrunnens besteht darin, dass er es ermöglicht, die Position der Gefäße beliebig zu ändern und zu untersuchen, wie sich der Abstand der Gefäßebenen auf die Höhe des Strahls auswirkt.
Wenn Sie die Strahlhöhe um ein Vielfaches erhöhen wollen, können Sie dies erreichen, indem Sie in den unteren Kolben der beschriebenen Vorrichtung Wasser durch Quecksilber und Luft durch Wasser ersetzen (Abb. 62). Die Funktionsweise des Geräts ist klar: Quecksilber, das aus Gefäß c in Gefäß b fließt, verdrängt Wasser daraus und lässt es wie eine Fontäne spritzen. Da Quecksilber 13,5-mal schwerer als Wasser ist, können wir berechnen, wie hoch der Springbrunnenstrahl steigen muss. Lassen Sie uns die Pegeldifferenz als h1, h2 bzw. h3 bezeichnen. Betrachten wir nun die Kräfte, unter denen Quecksilber aus Gefäß c (Abb. 62) in b fließt. Das Quecksilber im Verbindungsrohr wird von beiden Seiten unter Druck gesetzt. Rechts wird er durch den Druck der Differenz h2 der Quecksilbersäulen (entspricht dem 13,5-fachen Druck der höheren Wassersäule, 13,5 h2) plus dem Druck der Wassersäule h1 beeinflusst. Links drückt die Wassersäule h3. Dadurch wird Quecksilber gewaltsam weggetragen
13,5h2 + h1 - h3.
Aber h3 – h1 = h2; daher ersetzen wir h1 - h3 durch minus h2 und erhalten:
13.5h2 - h2 also 12.5h2.
Somit tritt Quecksilber unter dem Druck des Gewichts einer Wassersäule mit einer Höhe von 12,5 h2 in das Gefäß b ein. Theoretisch sollte die Fontäne daher auf eine Höhe schlagen, die der Differenz der Quecksilberspiegel in den Kolben entspricht, multipliziert mit 12,5. Reibung verringert diese theoretische Höhe etwas.
Dennoch bietet die beschriebene Vorrichtung eine bequeme Möglichkeit, einen High-Up-Jet zu bekommen. Um beispielsweise einen Springbrunnen auf eine Höhe von 10 m zu schlagen, reicht es aus, eine Dose um etwa einen Meter über die andere zu heben. Es ist merkwürdig, dass, wie aus unserer Berechnung hervorgeht, die Höhe der Platte a über den Kolben mit Quecksilber nicht im geringsten die Höhe des Strahls beeinflusst.

Abbildung 62. Quecksilber-Druckfontäne. Der Jet schlägt zehnmal höher als der Unterschied in Quecksilberwerten.

Täuschende Gefäße

Früher - im XVII und XVIII Jahrhunderte- Die Adligen amüsierten sich mit folgendem lehrreichen Spielzeug: Sie fertigten einen Becher (oder einen Krug) an, in dessen oberem Teil sich große gemusterte Ausschnitte befanden (Abb. 63). So ein mit Wein ausgegossener Krug wurde einem unwissenden Gast angeboten, über den man ungestraft lachen konnte. Wie kann man davon trinken? Sie können es nicht kippen: Wein wird aus vielen Durchgangslöchern strömen, und kein Tropfen wird Ihren Mund erreichen. Es passiert wie im Märchen:

Abbildung 63. Irreführender Krug spätes XVIII Jahrhundert und das Geheimnis seiner Struktur.
Honig, Bier trinken,
Ja, er hat sich gerade den Schnurrbart nass gemacht.
Aber wer kannte das Geheimnis der Anordnung solcher Becher, das in Abb. 63 rechts, - er stopfte Loch B mit dem Finger, nahm den Ausgießer in den Mund und saugte die Flüssigkeit in sich auf, ohne das Gefäß zu kippen: Der Wein stieg durch das Loch E entlang des Kanals im Inneren des Griffs, dann entlang seiner Fortsetzung C innerhalb des oberen Randes des Bechers und erreichte den Ausgießer.
Vor nicht allzu langer Zeit wurden ähnliche Tassen von unseren Töpfern hergestellt. Es geschah mir in einem Haus, ein Beispiel ihrer Arbeit zu sehen, die ziemlich geschickt das Geheimnis der Konstruktion des Gefäßes verbarg; Auf dem Becher stand die Aufschrift: "Trinken, aber nicht übergießen."

Wie viel wiegt Wasser in einem umgestürzten Glas?

„Natürlich wiegt es nichts: Wasser hält in so einem Glas nicht, es strömt aus“, sagst du.
- Und wenn es nicht ausschüttet? Ich werde fragen. - Was dann?
Tatsächlich ist es möglich, Wasser in einem umgestürzten Glas aufzubewahren, damit es nicht herausspritzt. Dieser Fall ist in Abb. 64. Ein umgestürzter Glasbecher, der unten an eine Waagschale gebunden ist, ist mit Wasser gefüllt, das nicht ausläuft, da die Ränder des Bechers in ein Gefäß mit Wasser getaucht sind. Ein exakt gleiches leeres Glas wird auf die andere Waagschale gestellt.
Welche Waagschale wird überwiegen?

Abbildung 64. Welcher Pokal wird gewinnen?
Derjenige, an den das umgestürzte Wasserglas gebunden ist, wird ziehen. Dieses Glas erfährt von oben vollen atmosphärischen Druck und von unten atmosphärischen Druck, geschwächt durch das Gewicht des im Glas enthaltenen Wassers. Um die Tassen auszugleichen, wäre es notwendig, ein auf eine andere Tasse gestelltes Glas mit Wasser zu füllen.
Unter diesen Bedingungen wiegt also das Wasser in einem umgestürzten Glas genauso viel wie in einem auf den Boden gestellten Glas.

Warum werden Schiffe angezogen?

Im Herbst 1912 war mit dem Ozeandampfer Olympic eines der damals größten Schiffe der Welt dabei nächsten Fall. Die Olympic segelte auf offener See, und fast parallel dazu, in einer Entfernung von Hunderten von Metern, fuhr ein anderes Schiff, ein viel kleinerer Panzerkreuzer, Gauk, mit hoher Geschwindigkeit vorbei. Als beide Schiffe die in Abb. 65 geschah etwas Unerwartetes: Das kleinere Schiff bog schnell von der Strecke ab, als würde es einer unsichtbaren Kraft gehorchen, richtete seinen Bug auf den großen Dampfer und bewegte sich, ohne dem Ruder zu gehorchen, fast direkt darauf zu. Es gab eine Kollision. Der Gauk rammte seine Nase in die Seite des Olmpik; Der Schlag war so stark, dass der "Gauk" ein großes Loch in die Seite des "Olympic" schlug.

Abbildung 65. Die Position der Dampfer "Olympic" und "Gauk" vor der Kollision.
Als dieser seltsame Fall in Erwägung gezogen wurde Seegericht, wurde der Kapitän des Olympic-Giganten als Schuldiger anerkannt, da er - so das Gerichtsurteil - keinen Befehl gegeben habe, der hinübergehenden Gauk auszuweichen.
Das Gericht sah hier also nichts Außergewöhnliches: die schlichte Nachlässigkeit des Kapitäns, mehr nicht. In der Zwischenzeit hat sich ein völlig unvorhergesehener Umstand ereignet: ein Fall gegenseitiger Anziehung von Schiffen auf dem Meer.
Solche Fälle sind mehr als einmal aufgetreten, wahrscheinlich schon früher, bei der Parallelbewegung zweier Schiffe. Aber bis zum Bau sehr großer Schiffe trat dieses Phänomen nicht mit solcher Kraft auf. Als das Wasser der Ozeane begann, die "schwimmenden Städte" zu pflügen, wurde das Phänomen der Anziehungskraft von Schiffen viel deutlicher; Kommandanten von Kriegsschiffen rechnen beim Manövrieren mit ihm.
Aus demselben Grund ereigneten sich wahrscheinlich zahlreiche Unfälle kleiner Schiffe, die in der Nähe großer Passagier- und Militärschiffe fuhren.
Was erklärt diese Anziehungskraft? Von Anziehung kann nach dem Newtonschen Gravitationsgesetz natürlich keine Rede sein; wir haben bereits (in Kapitel IV) gesehen, dass diese Anziehungskraft zu gering ist. Der Grund für das Phänomen ist ganz anderer Art und erklärt sich aus den Gesetzmäßigkeiten der Strömung von Flüssigkeiten in Rohren und Kanälen. Es lässt sich nachweisen, dass, wenn eine Flüssigkeit durch einen Kanal fließt, der Verengungen und Erweiterungen aufweist, sie an schmalen Stellen des Kanals schneller fließt und weniger Druck auf die Kanalwände ausübt als an weiten Stellen, wo sie ruhiger fließt und mehr Druck ausübt an den Wänden (das sogenannte "Bernoulli-Prinzip"). ").
Dasselbe gilt für Gase. Dieses Phänomen wird in der Gaslehre als Clément-Desorme-Effekt bezeichnet (nach den Physikern, die es entdeckt haben) und wird oft als „aerostatisches Paradoxon“ bezeichnet. Zum ersten Mal wurde dieses Phänomen, wie sie sagen, zufällig unter den folgenden Umständen entdeckt. In einem der französischen Bergwerke wurde einem Arbeiter befohlen, die Öffnung des äußeren Stollens mit einem Schild zu verschließen, durch das dem Bergwerk Druckluft zugeführt wurde. Der Arbeiter kämpfte lange mit einem Luftstrom, aber plötzlich schlug der Schild von selbst mit solcher Wucht auf den Stollen, dass er, wenn der Schild nicht groß genug gewesen wäre, mit dem verängstigten Arbeiter in die Lüftungsluke gezogen worden wäre.
Übrigens erklärt dieses Merkmal des Gasflusses die Wirkung des Zerstäubers. Wenn wir in das Knie a blasen (Abb. 67), das in einer Einschnürung endet, verringert die in die Einschnürung eintretende Luft ihren Druck. Über dem Rohr b befindet sich also Luft mit reduziertem Druck, und daher treibt der Druck der Atmosphäre die Flüssigkeit aus dem Glas das Rohr hinauf; am loch tritt die flüssigkeit in den blasluftstrahl ein und wird darin versprüht.
Jetzt werden wir verstehen, was der Grund für die Anziehungskraft von Schiffen ist. Wenn zwei Dampfschiffe parallel zueinander fahren, entsteht zwischen ihren Seiten eine Art Wasserkanal. In einem gewöhnlichen Kanal sind die Wände stationär und das Wasser bewegt sich; hier ist es umgekehrt: das wasser steht, aber die wände bewegen sich. Aber die Wirkung der Kräfte ändert sich überhaupt nicht: An den engen Stellen des sich bewegenden Tropfens drückt das Wasser weniger auf die Wände als im Raum um die Dampfer. Mit anderen Worten erfahren die einander zugewandten Seiten der Dampfer weniger Druck von der Wasserseite als die äußeren Teile der Schiffe. Was soll daraus resultieren? Die Schiffe müssen sich unter dem Druck des äußeren Wassers aufeinander zu bewegen, und es ist natürlich, dass sich das kleinere Schiff deutlicher bewegt, während das massivere fast bewegungslos bleibt. Deshalb ist die Anziehungskraft besonders groß, wenn ein großes Schiff schnell an einem kleinen vorbeifährt.

Abbildung 66. In engen Teilen des Kanals fließt das Wasser schneller und drückt weniger auf die Wände als in breiten.

Abbildung 67. Spritzpistole.

Abbildung 68. Der Wasserfluss zwischen zwei Segelschiffen.
Die Anziehungskraft von Schiffen beruht also auf der Sogwirkung fließendes Wasser. Das erklärt auch die Gefährlichkeit von Stromschnellen für Badegäste, die Sogwirkung von Whirlpools. Es kann berechnet werden, dass die Wasserströmung in einem Fluss bei einer mäßigen Geschwindigkeit von 1 m pro Sekunde einen menschlichen Körper mit einer Kraft von 30 kg anzieht! Einer solchen Kraft ist nicht leicht zu widerstehen, besonders im Wasser, wenn unser eigenes Körpergewicht uns nicht hilft, die Stabilität aufrechtzuerhalten. Schließlich wird das Einfahren eines schnell fahrenden Zuges durch das gleiche Bernoulli-Prinzip erklärt: Ein Zug mit einer Geschwindigkeit von 50 km/h zieht eine Person in der Nähe mit einer Kraft von etwa 8 kg mit sich.
Die mit dem „Bernoulli-Prinzip“ verbundenen Phänomene sind zwar weit verbreitet, aber unter Laien wenig bekannt. Es wird daher nützlich sein, näher darauf einzugehen. Das Folgende ist ein Auszug aus einem Artikel zu diesem Thema, der in einer populärwissenschaftlichen Zeitschrift veröffentlicht wurde.

Das Bernoulli-Prinzip und seine Konsequenzen

Das erstmals 1726 von Daniel Bernoulli formulierte Prinzip besagt: In einem Wasser- oder Luftstrahl ist der Druck hoch, wenn die Geschwindigkeit niedrig ist, und der Druck ist niedrig, wenn die Geschwindigkeit hoch ist. Es gibt bekannte Einschränkungen dieses Prinzips, aber wir werden hier nicht darauf eingehen.
Reis. 69 veranschaulicht dieses Prinzip.
Luft wird durch das Rohr AB geblasen. Wenn der Querschnitt des Rohrs klein ist, wie in a, ist die Luftgeschwindigkeit hoch; wo der Querschnitt groß ist, wie in b, ist die Luftgeschwindigkeit gering. Wo die Geschwindigkeit hoch ist, ist der Druck niedrig, und wo die Geschwindigkeit niedrig ist, ist der Druck hoch. Aufgrund des niedrigen Luftdrucks in a steigt die Flüssigkeit in Rohr C; Gleichzeitig bewirkt ein starker Luftdruck in b, dass die Flüssigkeit in Rohr D absinkt.

Abbildung 69. Illustration des Bernoulli-Prinzips. Im verengten Teil (a) des Rohres AB ist der Druck geringer als im weiten Teil (b).
Auf Abb. 70 Rohr T ist auf einer Kupferscheibe DD montiert; Luft wird durch das Rohr T und weiter an der freien Scheibe dd vorbei geblasen. Die Luft zwischen den beiden Scheiben hat eine hohe Geschwindigkeit, jedoch nimmt diese Geschwindigkeit schnell ab, wenn sie sich den Rändern der Scheiben nähert, da der Querschnitt des Luftstroms schnell zunimmt und die Trägheit der aus dem Raum zwischen den Scheiben strömenden Luft zunimmt überwinden. Aber der Druck der die Scheibe umgebenden Luft ist groß, da die Geschwindigkeit niedrig ist, und der Luftdruck zwischen den Scheiben ist klein, da die Geschwindigkeit hoch ist. Daher hat die die Platte umgebende Luft eine größere Wirkung auf die Platten und neigt dazu, sie näher zu bringen, als der Luftstrom zwischen den Platten, der dazu neigt, sie auseinander zu drücken; dadurch haftet die Scheibe dd umso stärker an der Scheibe DD, je stärker der Luftstrom in T ist.
Reis. 71 stellt die Analogie von Abb. 71 dar. 70, aber nur mit Wasser. Das sich schnell bewegende Wasser auf der DD-Scheibe befindet sich auf einem niedrigen Niveau und steigt auf einen höheren Stand des Wassers im Becken, wenn es um die Ränder der Scheibe kreist. Daher hat das stehende Wasser unter der Scheibe einen höheren Druck als das fließende Wasser über der Scheibe, wodurch die Scheibe ansteigt. Stange P erlaubt keine seitliche Verschiebung der Scheibe.

Abbildung 70. Erfahrung mit Festplatten.

Abbildung 71. Scheibe DD steigt auf Stab P, wenn ein Wasserstrahl aus dem Tank darauf gegossen wird.
Reis. 72 zeigt eine leichte Kugel, die in einem Luftstrahl schwebt. Der Luftstrahl trifft den Ball und verhindert, dass er herunterfällt. Wenn der Ball aus der Düse springt, Umgebungsluft führt es zurück zum Strahl, da der Druck der Umgebungsluft, die eine niedrige Geschwindigkeit hat, groß ist, und der Luftdruck im Strahl, der eine hohe Geschwindigkeit hat, klein ist.
Reis. 73 stellt zwei Schiffe dar, die sich Seite an Seite in ruhigem Wasser bewegen, oder, was auf dasselbe hinausläuft, zwei Schiffe nebeneinander stehen und von Wasser umgeben. Im Raum zwischen den Gefäßen ist die Strömung stärker eingeschränkt, und die Wassergeschwindigkeit in diesem Raum ist größer als auf beiden Seiten der Gefäße. Daher ist der Wasserdruck zwischen Schiffen geringer als auf beiden Seiten der Schiffe; Der höhere Druck des Wassers um die Schiffe bringt sie näher zusammen. Segler wissen sehr gut, dass zwei nebeneinander fahrende Schiffe stark voneinander angezogen werden.

Abbildung 72. Ein Ball, der von einem Luftstrahl getragen wird.

Abbildung 73. Zwei Schiffe, die sich parallel bewegen, scheinen sich gegenseitig anzuziehen.

Abbildung 74. Wenn sich Schiffe vorwärts bewegen, dreht Schiff B seinen Bug in Richtung Schiff A.

Abbildung 75. Wenn Luft zwischen zwei Lichtkugeln geblasen wird, nähern sie sich einander an, bis sie sich berühren.
Ein schwerwiegenderer Fall kann eintreten, wenn ein Schiff dem anderen folgt, wie in Abb. 74. Die beiden Kräfte F und F, die die Schiffe zusammenbringen, neigen dazu, sie zu drehen, und das Schiff B dreht sich mit beträchtlicher Kraft auf L zu. Eine Kollision ist in diesem Fall fast unvermeidlich, da das Ruder keine Zeit hat, die Richtung des Schiffes zu ändern.
Das in Verbindung mit Fig. 1 beschriebene Phänomen. 73 kann demonstriert werden, indem Luft zwischen zwei leichte Gummibälle geblasen wird, die wie in Abb. 75. Wenn Luft zwischen sie geblasen wird, nähern sie sich und schlagen aufeinander.

Zweck der Fischblase

Über die Rolle, die die Schwimmblase von Fischen spielt, sagen und schreiben sie normalerweise - es scheint ziemlich plausibel - Folgendes. Um aus der Tiefe an die Wasseroberfläche zu gelangen, bläst der Fisch seine Schwimmblase auf; dann nimmt das Volumen seines Körpers zu, das Gewicht des verdrängten Wassers wird größer als sein eigenes Gewicht – und nach dem Schwimmgesetz steigt der Fisch auf. Um den Anstieg zu stoppen oder zu sinken, drückt sie im Gegenteil ihre Schwimmblase zusammen. Das Volumen des Körpers und damit das Gewicht des verdrängten Wassers nehmen ab und der Fisch sinkt nach dem Gesetz des Archimedes zu Boden.
Eine solche vereinfachte Vorstellung vom Zweck der Schwimmblase von Fischen stammt aus der Zeit der Wissenschaftler der Florentiner Akademie (XVII. Jahrhundert) und wurde 1685 von Professor Borelli zum Ausdruck gebracht. Mehr als 200 Jahre lang wurde sie ohne Einwände akzeptiert , gelang es, in Schulbüchern Fuß zu fassen, und erst durch die Arbeiten neuer Forscher (Moreau, Charbonel) wurde die völlige Widersprüchlichkeit dieser Theorie entdeckt,
Die Blase hat zweifellos einen sehr engen Zusammenhang mit dem Schwimmen von Fischen, da die Fische, bei denen die Blase während der Experimente künstlich entfernt wurde, nur durch harte Arbeit mit ihren Flossen im Wasser bleiben konnten, und wenn diese Arbeit eingestellt wurde, sie fiel auf den Boden. Was ist seine wahre Rolle? Sehr begrenzt: Es hilft den Fischen nur, in einer bestimmten Tiefe zu bleiben - genau in der, wo das Gewicht des vom Fisch verdrängten Wassers gleich dem Gewicht des Fisches selbst ist. Wenn der Fisch durch die Arbeit seiner Flossen unter dieses Niveau fällt, zieht sich sein Körper zusammen, der dem großen äußeren Druck durch das Wasser ausgesetzt ist, und drückt die Blase zusammen; das Gewicht der verdrängten Wassermenge nimmt ab, wird geringer als das Gewicht des Fisches, und der Fisch fällt unkontrolliert zu Boden. Je tiefer er fällt, desto stärker wird der Wasserdruck (um 1 Atmosphäre beim Absenken pro 10 m), desto mehr wird der Körper des Fisches zusammengedrückt und desto schneller sinkt er weiter.
Dasselbe, nur in umgekehrter Richtung, geschieht, wenn der Fisch, nachdem er die Schicht, in der er im Gleichgewicht war, verlassen hat, durch die Arbeit seiner Flossen in höhere Schichten bewegt wird. Ihr Körper, von einem Teil des Außendrucks befreit und von innen noch mit einer Schwimmblase (in der der Gasdruck bis zu diesem Zeitpunkt im Gleichgewicht mit dem Druck des umgebenden Wassers war) platzt, nimmt an Volumen und damit zu , schwebt höher. Je höher der Fisch steigt, desto mehr schwillt sein Körper an und desto schneller steigt er weiter auf. Der Fisch kann dies nicht durch „Blasenquetschen“ verhindern, da die Wände seiner Schwimmblase frei von Muskelfasern sind, die aktiv ihr Volumen verändern könnten.
Daß eine solche passive Ausdehnung des Körpervolumens tatsächlich bei Fischen stattfindet, wird durch den folgenden Versuch bestätigt (Abb. 76). Der Ukelei im chlorgeformten Zustand wird in ein geschlossenes Gefäß mit Wasser gegeben, in dem ein erhöhter Druck aufrechterhalten wird, der dem in einer bestimmten Tiefe in einem natürlichen Reservoir nahe kommt. Auf der Wasseroberfläche liegt der Fisch inaktiv, mit dem Bauch nach oben. Etwas tiefer eingetaucht, steigt es wieder an die Oberfläche. Näher am Boden platziert, sinkt es zu Boden. Aber im Zwischenraum zwischen beiden Ebenen befindet sich eine Wasserschicht, in der der Fisch im Gleichgewicht bleibt – er sinkt nicht und schwimmt nicht. All dies wird deutlich, wenn wir uns an das eben Gesagte über die passive Ausdehnung und Kontraktion der Schwimmblase erinnern.
Entgegen der landläufigen Meinung kann ein Fisch seine Schwimmblase also nicht freiwillig aufblasen und zusammenziehen. Volumenänderungen erfolgen passiv unter dem Einfluss eines erhöhten oder abgeschwächten äußeren Drucks (gemäß dem Boyle-Mariotte-Gesetz). Diese Volumenänderungen sind für den Fisch nicht nur nicht nützlich, sondern im Gegenteil schädlich, da sie entweder einen unaufhaltsamen, immer schneller werdenden Fall auf den Grund oder einen ebenso unaufhaltsamen und sich beschleunigenden Aufstieg an die Oberfläche bewirken. Mit anderen Worten, die Blase hilft dem Fisch, sein Gleichgewicht in einer stationären Position zu halten, aber dieses Gleichgewicht ist instabil.
Dies ist die wahre Rolle der Schwimmblase bei Fischen, denn wir redenüber seine Einstellung zum Schwimmen; ob es auch andere funktionen im fischkörper erfüllt und was genau, ist unbekannt, also ist dieses organ noch immer rätselhaft. Und nur seine hydrostatische Rolle kann jetzt als vollständig aufgeklärt angesehen werden.
Beobachtungen von Fischern bestätigen das Gesagte.

Abbildung 76. Erfahrung mit düster.
Beim Fangen von Fischen aus großer Tiefe kommt es vor, dass andere Fische auf halber Strecke freigelassen werden; aber wider Erwarten steigt es nicht wieder in die Tiefe, aus der es herausgeholt wurde, sondern steigt im Gegenteil schnell an die Oberfläche. Bei diesem und jenem Fisch bemerkt man manchmal, dass die Blase durch das Maul ragt.

Wellen und Wirbelstürme

Viele der alltäglichen physikalischen Phänomene lassen sich anhand von nicht erklären elementare Gesetze Physik. Selbst ein so häufig beobachtetes Phänomen wie Meereswellen an einem windigen Tag kann im Rahmen eines Schulphysikunterrichts nicht vollständig erklärt werden. Und was verursacht die Wellen, die sich in ruhigem Wasser vom Bug eines fahrenden Dampfers ausbreiten? Warum wehen Fahnen bei windigem Wetter? Warum wellt sich der Sand am Meeresufer? Warum kommt Rauch aus einem Fabrikschornstein?

Abbildung 77. Ruhige („laminare“) Flüssigkeitsströmung in einem Rohr.

Abbildung 78. Vortex ("turbulente") Flüssigkeitsströmung in einem Rohr.
Um diese und andere ähnliche Phänomene zu erklären, muss man die Eigenschaften der sogenannten Wirbelbewegung von Flüssigkeiten und Gasen kennen. Wir werden versuchen, hier ein wenig über Wirbelphänomene zu erzählen und ihre Hauptmerkmale zu notieren, da Wirbel in Schulbüchern kaum erwähnt werden.
Stellen Sie sich eine Flüssigkeit vor, die in einem Rohr fließt. Wenn sich alle Teilchen der Flüssigkeit entlang paralleler Linien entlang des Rohrs bewegen, haben wir die einfachste Form der Flüssigkeitsbewegung - eine ruhige oder, wie die Physiker sagen, eine "laminare" Strömung. Dies ist jedoch keineswegs der häufigste Fall. Im Gegenteil, viel häufiger fließen Flüssigkeiten unruhig in Rohren; Wirbel gehen von den Wänden des Rohrs zu seiner Achse. Dies ist ein Wirbelwind oder eine turbulente Bewegung. So fließt beispielsweise Wasser in den Rohren des Wasserversorgungsnetzes (wenn wir nicht dünne Rohre meinen, in denen die Strömung laminar ist). Eine Wirbelströmung wird immer dann beobachtet, wenn die Strömungsgeschwindigkeit einer gegebenen Flüssigkeit in einem Rohr ( angegebenen Durchmesser) einen bestimmten Wert erreicht, die sogenannte kritische Drehzahl.
Wirbelstürme einer in einem Rohr fließenden Flüssigkeit können für das Auge sichtbar gemacht werden, wenn ein wenig leichtes Pulver, wie Lycopodium, in eine durchsichtige Flüssigkeit, die in einem Glasrohr fließt, eingeführt wird. Dann sind die Wirbel, die von den Wänden des Rohrs zu seiner Achse gehen, deutlich zu unterscheiden.
Diese Eigenschaft der Wirbelströmung wird in der Technik zum Bau von Kühlschränken und Kühlboxen genutzt. Ein Fluid, das in einem Rohr mit gekühlten Wänden turbulent strömt, bringt alle seine Teilchen viel schneller mit den kalten Wänden in Kontakt, als wenn es sich ohne Wirbel bewegt; Es ist zu beachten, dass Flüssigkeiten selbst schlechte Wärmeleiter sind und sich ohne Vermischung nur sehr langsam abkühlen oder erwärmen. Auch ein reger thermischer und stofflicher Austausch des Blutes mit den von ihm umspülten Geweben ist nur durch dessen Einströmen möglich Blutgefäße nicht laminar, sondern Wirbel.
Was über Rohre gesagt wurde, gilt gleichermaßen für offene Kanäle und Flussbetten: In Kanälen und Flüssen fließt Wasser turbulent. Bei der genauen Messung der Geschwindigkeit eines Flusses erkennt das Instrument Wellen, insbesondere in Bodennähe: Wellen zeigen eine sich ständig ändernde Fließrichtung an, d Banken in die Mitte. Deshalb ist die Aussage falsch, dass das Wasser in der Tiefe des Flusses das ganze Jahr über die gleiche Temperatur hat, nämlich + 4 ° C: Durch Vermischung wird die Temperatur des fließenden Wassers in der Nähe des Flussgrundes (aber nicht die See) ist die gleiche wie an der Oberfläche. Wirbelwinde, die sich am Grund des Flusses bilden, tragen leichten Sand mit sich und lassen hier sandige „Wellen“ entstehen. Dasselbe ist an der sandigen Meeresküste zu sehen, die von der ankommenden Welle umspült wird (Abb. 79). Wenn der Wasserfluss in der Nähe des Bodens ruhig wäre, hätte der Sand am Boden eine flache Oberfläche.

Abbildung 79. Bildung von Sandwellen an der Meeresküste durch die Wirkung von Wasserwirbeln.

Abbildung 80. Die wellenförmige Bewegung eines Seils in fließendem Wasser ist auf die Bildung von Wirbeln zurückzuführen.
Nahe der Oberfläche eines von Wasser umspülten Körpers bilden sich also Wirbel. Ihre Existenz wird uns zum Beispiel durch ein Serpentinenseil erzählt, das entlang der Wasserströmung gespannt ist (wenn ein Ende des Seils gebunden und das andere frei ist). Was ist denn hier los? Der Abschnitt des Seils, in dessen Nähe sich der Wirbelwind gebildet hat, wird von ihm fortgetragen; aber im nächsten Moment bewegt sich dieser Abschnitt bereits um einen weiteren Wirbel in die entgegengesetzte Richtung - es entsteht ein Serpentinenmäander (Abb. 80).
Von Flüssigkeiten zu Gasen, von Wasser zu Luft.
Wer hat nicht gesehen, wie Luftwirbel Staub, Stroh usw. von der Erde wegtragen? Dies ist eine Manifestation der Wirbelströmung der Luft entlang der Erdoberfläche. Und wenn die Luft entlang der Wasseroberfläche strömt, dann steigt das Wasser an Stellen, an denen sich Wirbel bilden, infolge eines Luftdruckabfalls wie ein Buckel an - Aufregung wird erzeugt. Die gleiche Ursache erzeugt Sandwellen in der Wüste und an den Hängen der Dünen (Abb. 82).

Abbildung 81. Flagge im Wind...

Abbildung 82. Wellige Sandoberfläche in der Wüste.
Es ist jetzt leicht zu verstehen, warum die Fahne im Wind bewegt wird: Es passiert mit ihr dasselbe wie mit einem Seil in fließendem Wasser. Die harte Platte der Wetterfahne behält im Wind keine konstante Richtung bei, sondern schwingt ständig, indem sie den Wirbelstürmen gehorcht. Vom gleichen Wirbelursprung und Rauchschwaden, die aus dem Fabrikschornstein kommen; Rauchgase strömen durch das Rohr in einer Wirbelbewegung, die durch Trägheit außerhalb des Rohres einige Zeit anhält (Abb. 83).
Die Bedeutung der turbulenten Luftbewegung für die Luftfahrt ist groß. Die Flügel des Flugzeugs erhalten eine solche Form, bei der die Stelle der Luftverdünnung unter dem Flügel mit der Substanz des Flügels gefüllt ist und der Wirbeleffekt über dem Flügel im Gegenteil verstärkt wird. Dadurch wird der Flügel von unten gestützt und von oben angesaugt (Abb. 84). Ähnliche Phänomene treten auf, wenn ein Vogel mit ausgebreiteten Flügeln aufsteigt.

Abbildung 83. Rauchschwaden kommen aus einem Fabrikschornstein.
Wie funktioniert der Wind, der über das Dach bläst? Wirbelwinde erzeugen eine Luftverdünnung über dem Dach; Beim Versuch, den Druck auszugleichen, drückt die Luft unter dem Dach nach oben und drückt darauf. Dabei passiert etwas, was man leider oft beobachten muss: Ein leichtes, lose befestigtes Dach wird vom Wind weggeweht. Aus dem gleichen Grund werden große Fensterscheiben durch den Wind von innen herausgedrückt (und nicht durch Druck von außen zerbrochen). Diese Phänomene lassen sich jedoch leichter durch eine Druckabnahme in bewegter Luft erklären (siehe Bernoulli-Prinzip oben, S. 125).
Wenn zwei Luftströme unterschiedlicher Temperatur und Feuchtigkeit aneinander strömen, entstehen in jedem Wirbel. Die verschiedenen Wolkenformen sind größtenteils auf diesen Grund zurückzuführen.
Wir sehen, welch vielfältige Phänomene mit Wirbelströmungen verbunden sind.

Abbildung 84. Welche Kräfte wirken auf den Flügel eines Flugzeugs.
Verteilung von Druck (+) und Luftverdünnung (-) über den Flügel basierend auf Experimenten. Als Ergebnis aller aufgebrachten Anstrengungen, des Stützens und Saugens, wird der Flügel nach oben getragen. ( durchgehende Linien zeigen die Druckverteilung; gepunktete Linie - dasselbe bei starker Zunahme der Fluggeschwindigkeit)

Reise in die Eingeweide der Erde

Noch ist kein einziger Mensch tiefer als 3,3 km in die Erde hinabgestiegen – und doch beträgt der Radius der Erdkugel 6400 km. Bis zum Mittelpunkt der Erde ist es noch ein weiter Weg ein langer Weg. Trotzdem schickte der erfinderische Jules Verne seine Helden tief in die Eingeweide der Erde – den exzentrischen Professor Lidenbrock und seinen Neffen Axel. In Reise zum Mittelpunkt der Erde beschrieb er die erstaunlichen Abenteuer dieser unterirdischen Reisenden. Zu den Überraschungen, denen sie unter der Erde begegneten, gehörte unter anderem eine Zunahme der Luftdichte. Beim Aufsteigen wird die Luft sehr schnell verdünnt: Ihre Dichte nimmt ab geometrischer Verlauf, während die Höhe des Anstiegs in einer arithmetischen Progression zunimmt. Im Gegenteil, beim Absenken unter den Meeresspiegel sollte die Luft unter dem Druck der darüber liegenden Schichten immer dichter werden. U-Bahnreisende konnten dies natürlich nicht übersehen.
Hier ist ein Gespräch zwischen einem Onkel eines Wissenschaftlers und seinem Neffen in einer Tiefe von 12 Meilen (48 km) im Inneren der Erde.
„Schau mal, was das Manometer anzeigt? fragte Onkel.
- Sehr starker Druck.
„Nun sehen Sie, dass wir uns, wenn wir nach und nach absteigen, allmählich an die verdichtete Luft gewöhnen und überhaupt nicht darunter leiden.
„Bis auf die Schmerzen in meinen Ohren.
- Müll!
„Sehr gut“, antwortete ich und beschloss, meinem Onkel nicht zu widersprechen. „Es ist sogar schön, in der kondensierten Luft zu sein. Haben Sie bemerkt, wie laute Geräusche darin zu hören sind?
- Sicherlich. In dieser Atmosphäre konnten sogar Gehörlose hören.
„Aber die Luft wird immer dichter. Wird es schließlich die Dichte von Wasser annehmen?
- Natürlich: unter einem Druck von 770 Atmosphären.
- Und noch niedriger?
– Die Dichte wird noch weiter zunehmen.
Wie kommen wir dann runter?
Wir werden unsere Taschen mit Steinen füllen.
- Nun, Onkel, du hast auf alles eine Antwort!
Ich ging nicht weiter auf das Reich der Vermutungen ein, weil ich vielleicht wieder auf irgendein Hindernis stoßen würde, das meinen Onkel ärgern würde. Es war jedoch offensichtlich, dass die Luft unter einem Druck von mehreren tausend Atmosphären in einen festen Zustand übergehen konnte, und dann, selbst wenn wir annahmen, dass wir einen solchen Druck aushalten könnten, müssten wir immer noch anhalten. Hier helfen keine Argumente.“

Fantasie und Mathematik

So erzählt der Romancier; aber es stellt sich heraus, wenn wir die Tatsachen überprüfen, von denen in dieser Passage gesprochen wird. Dazu müssen wir nicht in die Eingeweide der Erde hinabsteigen; Für einen kleinen Ausflug in die Physik genügt es, sich mit Stift und Papier einzudecken.
Zunächst werden wir versuchen zu bestimmen, bis zu welcher Tiefe wir hinuntergehen müssen, damit der Druck der Atmosphäre um einen 1000-Teil ansteigt. Der Normaldruck der Atmosphäre entspricht dem Gewicht einer 760-mm-Quecksilbersäule. Wenn wir nicht in Luft, sondern in Quecksilber eingetaucht wären, müssten wir nur 760/1000 = 0,76 mm nach unten gehen, damit sich der Druck um 1000 erhöht. In der Luft müssen wir dafür natürlich viel tiefer absteigen, und zwar genau so oft, wie die Luft leichter als Quecksilber ist – 10.500 Mal. Das bedeutet, dass wir, um den Druck um einen 1000-Teil des Normalwerts zu erhöhen, nicht um 0,76 mm wie bei Quecksilber, sondern um 0,76 x 10500, also um fast 8 m, nach unten gehen müssen 8 m, dann erhöht sich der erhöhte Druck um weitere 1000 seiner Größenordnung und so weiter ... Auf welcher Höhe auch immer wir uns befinden - an der "Decke der Welt" (22 km), auf dem Gipfel des Mount Everest (9 km ) oder in der Nähe der Meeresoberfläche - wir müssen 8 m nach unten gehen, damit der Druck der Atmosphäre um das 1000-fache des ursprünglichen Werts ansteigt. Es stellt sich daher eine solche Tabelle des zunehmenden Luftdrucks mit der Tiefe heraus:
Druck am Boden
760 mm = normal
"Tiefe 8 m" \u003d 1,001 normal
"Tiefe 2x8" \u003d (1,001) 2
"Tiefe 3x8" \u003d (1,001) 3
"Tiefe 4x8" \u003d (1,001) 4
Und im Allgemeinen ist der Druck der Atmosphäre in einer Tiefe von nx8 m (1,001) n-mal höher als normal; und während der Druck nicht sehr hoch ist, nimmt die Luftdichte um den gleichen Betrag zu (Mariotte-Gesetz).
Beachten Sie das in dieser Fall wir sprechen, wie aus dem Roman hervorgeht, von einer Vertiefung in die Erde von nur 48 km, und daher kann die Schwächung der Schwerkraft und die damit verbundene Abnahme des Luftgewichts ignoriert werden.
Jetzt können Sie berechnen, wie groß es ungefähr war. der Druck, den die unterirdischen Reisenden von Jules Verne in 48 km (48.000 m) Tiefe erlebten. In unserer Formel ist n gleich 48000/8 = 6000. Wir müssen 1,0016000 berechnen. Da das 6000-fache Multiplizieren von 1,001 mit sich selbst ziemlich langweilig und zeitraubend ist, werden wir uns der Hilfe von Logarithmen zuwenden. worüber Laplace zu Recht sagte, dass sie die Lebensdauer von Taschenrechnern verdoppeln, indem sie den Arbeitsaufwand reduzieren. Wenn wir den Logarithmus nehmen, haben wir: Der Logarithmus der Unbekannten ist gleich
6000 * log 1,001 = 6000 * 0,00043 = 2,6.
Durch den Logarithmus von 2,6 finden wir die gesuchte Zahl; es ist gleich 400.
In einer Tiefe von 48 km ist der Druck der Atmosphäre also 400-mal stärker als normal; Die Dichte der Luft unter einem solchen Druck erhöht sich, wie Experimente gezeigt haben, um das 315-fache. Daher ist es zweifelhaft, dass unsere unterirdischen Reisenden überhaupt nicht leiden würden und nur „Schmerzen in den Ohren“ verspüren würden ... Im Roman von Jules Verpe heißt es jedoch, dass die Menschen sogar noch größere unterirdische Tiefen erreicht haben, nämlich 120 und sogar 325 km. Der Luftdruck muss dort ungeheure Ausmaße erreicht haben; eine Person ist in der Lage, harmlos für sich selbst zu ertragen Luftdruck nicht mehr als drei oder vier Atmosphären.
Wenn wir mit derselben Formel zu berechnen beginnen, in welcher Tiefe die Luft so dicht wie Wasser wird, dh sie wird 770-mal dichter, erhalten wir eine Zahl: 53 km. Dieses Ergebnis ist jedoch falsch, da bei hohen Drücken die Dichte des Gases nicht mehr proportional zum Druck ist. Das Gesetz von Mariotte gilt nur für nicht allzu große Drücke, die Hunderte von Atmosphären nicht überschreiten. Hier die Erfahrungswerte zur Luftdichte:
Druckdichte
200 Atmosphären... 190
400" ................ 315
600" ................ 387
1500" ............ 513
1800" ............ 540
2100" ............ 564
Die Dichtezunahme hinkt, wie wir sehen, der Druckzunahme merklich hinterher. Vergeblich erwartete der Jules-Verne-Wissenschaftler, dass er eine Tiefe erreichen würde, in der Luft dichter als Wasser ist – darauf hätte er nicht warten müssen, da Luft erst bei einem Druck von 3000 Atmosphären die Dichte von Wasser erreicht, und dann fast komprimiert nicht. Es kann keine Rede davon sein, Luft durch einen Druck ohne starke Abkühlung (unter minus 146 °) in einen festen Zustand zu versetzen.
Es ist jedoch fair zu sagen, dass der fragliche Jules-Verne-Roman veröffentlicht wurde, lange bevor die jetzt zitierten Tatsachen bekannt wurden. Dies rechtfertigt den Autor, obwohl es die Erzählung nicht korrigiert.
Wir werden die zuvor angegebene Formel verwenden, um die größte Tiefe der Mine zu berechnen, auf deren Grund eine Person ohne Schaden für ihre Gesundheit bleiben kann. Der höchste Luftdruck, den unser Körper noch aushalten kann, liegt bei 3 Atmosphären. Wenn wir die gewünschte Tiefe der Mine durch x bezeichnen, haben wir die Gleichung (1,001) x / 8 \u003d 3, aus der wir (logarithmisch) x berechnen. Wir erhalten x = 8,9 km.
So könnte eine Person in einer Tiefe von fast 9 km ohne Schaden sein. Wenn Pazifik See plötzlich vertrocknet, konnten Menschen fast überall auf seinem Grund leben.

In einer tiefen Mine

Wer hat sich dem Erdmittelpunkt am nächsten bewegt – nicht in der Fantasie des Romanautors, sondern in Wirklichkeit? Natürlich Miner. Wir wissen bereits (siehe Kapitel IV), dass die tiefste Mine der Welt in Südafrika gegraben wurde. Es geht tiefer als 3 km. Hier meinen wir nicht die Eindringtiefe des Bohrers, die 7,5 km erreicht, sondern die Vertiefung der Menschen selbst. Hier ist, was er zum Beispiel über die Mine in der Mine Morro Velho erzählt (Tiefe beträgt etwa 2300 m) Französischer Schriftsteller Dr. Lukas Durten, der sie persönlich besuchte:
„Die berühmten Goldminen von Morro Velho liegen 400 km von Rio de Janeiro entfernt. Nach 16 Stunden Eisenbahnfahrt in felsigem Gelände steigen Sie in ein tiefes, von Dschungel umgebenes Tal hinab. Hier baut ein englisches Unternehmen goldhaltige Adern in Tiefen ab, die der Mensch noch nie zuvor gesehen hat.
Die Ader geht schräg in die Tiefe. Die Mine folgt ihm mit sechs Vorsprüngen. Vertikale Schächte - Brunnen, horizontale - Tunnel. Es ist äußerst charakteristisch für die moderne Gesellschaft, dass der tiefste Schacht, der in die Erdkruste gegraben wurde – der kühnste Versuch des Menschen, in die Eingeweide des Planeten einzudringen – auf der Suche nach Gold unternommen wird.
Tragen Sie Leinenoveralls und eine Lederjacke. Seien Sie vorsichtig: Der kleinste Kieselstein, der in den Brunnen fällt, kann Sie verletzen. Begleitet werden wir von einem der „Kapitäne“ der Mine. Sie betreten den ersten Tunnel, gut beleuchtet. Sie zittern vor einem eisigen 4°-Wind: Dies ist eine Belüftung, um die Tiefen der Mine zu kühlen.
Nachdem man den ersten Brunnen 700 m tief in einem engen Metallkäfig passiert hat, findet man sich im zweiten Tunnel wieder. Du gehst zum zweiten Brunnen hinunter; die Luft wird wärmer. Sie befinden sich bereits unter dem Meeresspiegel.
Ab dem nächsten Brunnen brennt die Luft im Gesicht. Schweißgebadet, unter den niedrigen Bogen gebeugt, gehst du dem Dröhnen der Bohrmaschinen entgegen. Nackte Menschen arbeiten in dichtem Staub; Schweiß tropft von ihnen, Hände reichen pausenlos eine Flasche Wasser. Berühren Sie die jetzt abgebrochenen Erzfragmente nicht: Ihre Temperatur beträgt 57 °.
Was ist das Ergebnis dieser schrecklichen, widerlichen Realität? „Ungefähr 10 Kilogramm Gold pro Tag…“.
Der französische Schriftsteller beschreibt die physikalischen Bedingungen am Boden der Mine und den Grad der extremen Ausbeutung der Arbeiter und erwähnt die hohen Temperaturen, erwähnt jedoch nicht den erhöhten Luftdruck. Rechnen wir aus, wie es in 2300 m Tiefe ist: Wenn die Temperatur gleich bliebe wie auf der Erdoberfläche, dann würde nach der uns bereits bekannten Formel die Luftdichte um zunehmen

Raz.
In Wirklichkeit bleibt die Temperatur nicht konstant, sondern steigt. Daher steigt die Luftdichte nicht so stark, aber weniger. Letztendlich unterscheidet sich die Luft am Boden der Mine in ihrer Dichte etwas stärker von der Luft an der Erdoberfläche als die Luft eines heißen Sommertages von der frostigen Winterluft. Es ist jetzt klar, warum dieser Umstand die Aufmerksamkeit des Besuchers nicht auf das Bergwerk gelenkt hat.
Von großer Bedeutung ist jedoch die erhebliche Luftfeuchtigkeit in solchen tiefen Minen, die den Aufenthalt bei hohen Temperaturen unerträglich macht. In einer der südafrikanischen Minen (Johansburg) in einer Tiefe von 2553 m erreicht die Luftfeuchtigkeit 100 % bei 50 °C; jetzt wird hier das sogenannte „künstliche klima“ eingerichtet, und die kühlwirkung der installation entspricht 2000 tonnen eis.

Herauf mit den Stratostaten

In früheren Artikeln sind wir gedanklich in die Eingeweide der Erde gereist, dabei hat uns die Formel für die Abhängigkeit des Luftdrucks von der Tiefe geholfen. Lassen Sie uns jetzt nach oben wagen und mit der gleichen Formel sehen, wie sich der Luftdruck ändert hohe Höhen. Die Formel für diesen Fall sieht folgendermaßen aus:
p = 0,999 h/8,
wobei p der Luftdruck und h die Höhe in Metern ist. Der Bruch 0,999 ersetzt hier die Zahl 1,001, denn bei einer Aufwärtsbewegung von 8 m steigt der Druck nicht um 0,001, sondern nimmt um 0,001 ab.
Beginnen wir mit der Lösung des Problems: Wie hoch muss man steigen, damit sich der Luftdruck halbiert?
Dazu setzen wir in unserer Formel den Druck p = 0,5 gleich und beginnen mit der Suche nach der Höhe h. Wir erhalten die Gleichung 0,5 \u003d 0,999h / 8, die für Leser, die mit Logarithmen umgehen können, nicht schwer zu lösen sein wird. Die Antwort h = 5,6 km bestimmt die Höhe, bei der der Luftdruck halbiert werden muss.
Lassen Sie uns jetzt noch höher aufbrechen, indem wir den tapferen sowjetischen Aeronauten folgen, die eine Höhe von 19 und 22 km erreicht haben. Diese hohen Regionen der Atmosphäre befinden sich bereits in der sogenannten „Stratosphäre“. Daher werden die Kugeln, auf denen solche Aufstiege durchgeführt werden, nicht Ballons, sondern "Stratosphärenballons" genannt. Ich glaube nicht, dass es unter den Menschen der älteren Generation mindestens einen gab, der nicht die Namen der sowjetischen Stratosphärenballons „UdSSR“ und „OAH-1“ gehört hätte, die 1933 und 1934 Höhenweltrekorde aufgestellt haben: der erste - 19 km, der zweite - 22 km.
Versuchen wir zu berechnen, wie groß der Druck der Atmosphäre in diesen Höhen ist.
Für eine Höhe von 19 km finden wir, dass der Luftdruck sein sollte
0,99919000/8 = 0,095 atm = 72 mm.
Für eine Höhe von 22 km
0,99922000/8 = 0,066 atm = 50 mm.
Wenn wir uns jedoch die Aufzeichnungen der Stratonauten ansehen, stellen wir fest, dass in den angegebenen Höhen andere Drücke festgestellt wurden: in einer Höhe von 19 km - 50 mm, in einer Höhe von 22 km - 45 mm.
Warum wird die Berechnung nicht bestätigt? Was ist unser Fehler?
Mariottes Gesetz für Gase bei einem so niedrigen Druck ist durchaus anwendbar, aber diesmal haben wir eine weitere Auslassung gemacht: Wir haben angenommen, dass die Lufttemperatur über die gesamte Dicke von 20 Kilometern gleich ist, während sie mit der Höhe merklich abnimmt. Im Durchschnitt akzeptieren sie; dass die Temperatur mit jedem angehobenen Kilometer um 6,5° sinkt; dies geschieht bis zu einer Höhe von 11 km, wo die Temperatur minus 56 ° beträgt und dann über eine beträchtliche Strecke unverändert bleibt. Berücksichtigt man diesen Umstand (für den die Mittel der elementaren Mathematik nicht mehr ausreichen), so erhält man wesentlich realitätsnähere Ergebnisse. Aus dem gleichen Grund sind auch die Ergebnisse unserer bisherigen Berechnungen zum Luftdruck in der Tiefe als annähernd zu betrachten.