500 zagadek z fizyki [PDF]

Zitiervorschau

‘S f a r iis ł a u ó Z O e m e r

5 0 0 ZAGADEK

Z FIZYKI

5 0 0 Z A 6 ADE K 2 FIZYKI

STANISŁAW

WERNER

zagadek z fix y k i WYDANIE I

WARSZAWA

1965

O k ła d k a ł k a r t a ty tu ło w a W ŁA D Y SŁA W B R Y K C ZY Ń SK I

Ilu s tra c je TADEUSZ U LA TOW SK I

SPIS TREŚCI PYTA- ODPON1A WIEDZl

1. 2. 3. 4. 5. fi7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. .16. 17. .18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28.

Dziesięć pytań, a zasada jedna . . . . 10 K u z y n i ................................................ 11 Co to za l i n i a ? ...................................12 Stałe, ciekle, l o t n e .............................. 14 Wycieczka do krainy „Najów”. . . . 15 Doświadczenie — ostatecznym argu­ mentem w f i z y c e .............................. 16 Z fali na f a l ę ................................................. 17 Podobne, a jednak odmienne...................... 18 Rewia f a l ............................................19 Zabawa w „sekretarza” .............. 20 Co ma piernik do wiatraka?. . . . 21 K otylion .............................................. 22 Liczby, które zrobiły k a r ie r ę .................. 23 CO' się zaraz s t a n i e ? ....................... 24 Przemiany e n e r g ii............................ 26 Za przykładem matki natury . . . . 27 Chyba żeby lalo..................................28 Zrazy a la N e w t o n ........................ 29 Wszędzie dobrze, a w domu... też pra­ wa f i z y c z n e .......................................30 Wzajemne u s łu g i............................... 31 Coś tu nie jest w porządku. . . . 32 Siadami k osm on au tów .....................34 Proszę przechodzić do przodu!. . . . 35 Szczęście z k la k so n e m .....................36 Na stalowym s z l a k u .........................37 Wychyleni poza barierę dźwięku . . . 38 Czar dwu ogumionych k ó łek ........... 39 Co się tu m ierzy?............................. 40

68 71 73 76 78 80

82 85 87 89 90 93 95 97 99 101 103 106 109 112 114 117 120 122 125 127 130 13-5

29. Zewsząd i o w s z y s tk im .......................42 30. Drąg do przegarniania zboża czy wio­ sło? ............................................................. 43 31. Sałatka s p o r to w a ...................................44 32. Czyżby tylko z przyzwyczajenia? . . 45 33. Mechanizacja w m u z y c e ..................... 46 34. T e le m u z y ................................................ 47 35. S zn u rek .....................................................48 36. Co to jest? ................................................. 50 37. Fizyka leczy...............................................52 38. Quiz f i z y c z n y ....................................... 53 39. Przysłowia — mądrościąnarodów . . . 54 40. Zmysły ważniejsze i mniej ważne . . 55 41. Na w y c ie c z c e ....................................... 56 42. Bo dla naszej kompaniiszturmowej... . 57 43. Repetitio est m ater studiorum . . . . 58 44. Czy Stefan Batory umiał prowadzić mo­ tocykl? ........................................................ 59 45. Najsławniejsze doświadczenia w dzie­ jach fizyki ................................................. 60 46. Co było w c z e ś n ie j? ..............................61 47. Kto podpisał wyrok śmierci? . . . . 62 48. Przyczyny i s k u t k i ..............................63 49. I koń się potknie.....................................64 50. O fizykach i matematykach w jednej osobie .......................................................... 65 W ykaz ciekawszych pozycji popularnonau­ kowych ................................................................

136 139 141 143 146 149 152 155 158 160 162 164 166 169 171 174 176 177 179 181 184 187 190

PRZEDMOWA

Fizyka jest nauką ścisłą. Pamiętając o tym , z pew ­ nym zażenowaniem pragną wyjaśnić, że w tytu le n i­ niejszej książeczki liczba „500” jest zupełnie ścisła, natomiast term in ^zagadki” został u żyty jedynie w znaczeniu przenośnym, choć bardzo potocznym. W tym mianowicie, w jakim określiłoby się jakiegoś człowieka, mówiąc, że dla niego św iat m aterialny p e­ łen jest zagadek. W określeniu pow yższym jest dużo słuszności. Człoiciek współczesny, otrzym ując od fizyki wyjaśnienie jakiegoś zjaw iska, „po drodze” napotyka dziesiątki innych kw estii domagających sią w ytłum a­ czenia. Im w ięcej zagadek fizyka nam wyjaśniła, tym więcej widzim y zagadnień, które należałoby poznać. Kiedy więc rozpoczynałem zbieranie m ateriałów do niniejszej książeczki, najw iększy miałem kłopot nie ze znalezieniem 500 pytań, lecz z wybraniem ich spo­ śród tysięcy. Współczesna fizyka (łącznie z chemią) znajduje za­ stosowanie dosłownie wszędzie. W ystarczy zrobić jeden krok, a już fizykow i palców u rąk zabraknie do wyliczenia praw i zjaw isk fizycznych występujących przy te j — zdawałoby się — prostej czynności. Z apy­ tajm y na przykład, co stanie się z monetą, którą strą­ cim y ze stołu. — Upadnie na podłogę — odpowie każdy. I słusznie. Lecz są dwa sposoby wypowiadania tych słów. Można przy nich myśleć: — „Cóż w tym cieka­ wego? Od dziecka widuję przedm ioty spadające na ziemię.” — Lecz można też, zachowawszy dziecięcą zdolność dziwienia się, badać każde zjawisko, a więc w tym przypadku starać się zrozumieć istotną p r zy ­

czynę grawitacji. Do takiego właśnie nastawienia chciałbym zachęcić Czytelnika i z m yślą o tym stara­ łem się tak dobrać zagadnienia, żeby: a) jak najwięcej pytań miało formę „Dlaczego...”, a więc, by odpowiedź nie wymagała zaglądania do encyklopedii, lecz przypom nienia sobie odpowiedniego pruwa fizycznego i... chwili zastanowienia, b) jak najwięcej było zagadnień zaczerpniętych z krę­ gu spraw codziennych i ziayczajnych, c) poruszyć zagadnienia nie za łatwe, lecz również nie za trudne, w przeważającej części wymagające znajo­ mości fizyki z zakresu szkoły podstaw ow ej i liceum. Czy udało m i się spełnić te warunki — oceni naj­ lepiej sam Czytelnik. Dla informacji dodam jeszcze, że w tematach od 1 do 13 pytania zostały zgrupowane według działów i zasad fizyki. W tematach od 14 do 43 pytania odnoszą się do zastosowań fizyki w różnych dziedzinach życia. Znalazło się tam zatem najwięcej spraw leżących na pograniczu fizyki i techniki. Pozo­ stałe tem aty dotyczą historii fizyki. Do rozwiązania przytoczonych tam zagadek encyklopedia będzie z pewnością przydatna. Na sposób czytania książeczki nie ma przepisu; można ją czytać od początku, od końca lub na w y ­ ryw ki. Z jej treści można skorzystać, organizując roz­ maite konkursy, zgadule i ąuizy — czy to w gronie rodziny, czy w klasie, czy wśród wakacyjnego tow a­ rzystw a. W ykaz lektury podany na końcu książki nic zawsze dotyczy pozycji ściśle tem atycznie związanych z omawianym zagadnieniem, lecz gdzie to było m ożli­ we, przestrzegałem te j zasady. Dla ułatwienia w y ­ boru literatury książki łatw iejsze oznaczono literą A, zaś książki trudniejsze — literą B. I to chyba wszystko. Teraz niech m ówi sama ksią­ żeczka. AUTOR

1. DZIESIĘĆ PYTAŃ, A ZASADA JEDNA...

Bywają zasady tak ogólnie sformułowane, że mogą znaleźć zastosowanie w większości dziedzin czy nauk. Taka na przykład mogłaby być zasada ekonomiczności postulująca maksimum efektów przy minimum wkładów. Znajduje ona zastosowanie w każdej czyn­ ności gospodarczej, w uczeniu się, w organizowaniu rozrywek itd. Tu jednakże będzie chodziło o zasadę znacznie mniej uniwersalną, ale jak wynika z pytań, znajdującą szerokie i różnorodne zastosowania. Przy­ puszczam, że już po kilku przeczytanych pytaniach Czytelnik zorientuje s'.ę, o jakiej zasadzie jest mowa. 1. Które zęby wywierają większy nacisk — sieka­ cze czy trzonowe? 2. Jak ułożyć orzech w dziadku, aby go najłatwiej rozłupać? 3. Jaką zasadę miał na myśli Archimedes, mówiąc „Dajcie mi punkt podparcia, a podniosę Ziemię”? 4. Którą część dźwigni ręcznej pompy należy ująć ręką, żeby wprawienie jej w ruch wymagało jak najmniejszej siły? 5. Jak uzyskuje się szybki ruch czcionki w maszy­ nie do pisania? 6. Na których siedzeniach w autobusie odczuwa się najbardziej „rzucanie” i dlaczego? 7. W jaki sposób jeden człowiek może poruszyć za­ ładowany 15-tonowy wagon po poziomym torze? 8. Dlaczego kierownica w autobusach jest większa niż w małych samochodach osobowych? 9. Dlaczego żuraw studzienny ułatwia wyciąganie wody zc studni? 10. Dlaczego precyzyjne aparaty mają na ogół dłu­ gie wskazówki?

. KUZYNI

Kuzynami nazywamy ludzi, którzy mają wspólnych przodków. „Kuzynami” w dziedzinie faktów można by przez analogię nazwać te, które mają wspólną przy­ czynę, np. wynikają z jednego zjawiska fizycznego. W tym znaczeniu podane poniżej pytania dotyczą właśnie zagadnień, dla wyjaśnienia których powołać się trzeba na jedno zjawisko fizyczne. Czytelnik już po trzecim czy czwartym pytaniu domyśli się nie­ wątpliwie, co to za zjawisko, i w ten sposób ułatwi sobie odpowiedź na następne.

1. Dlaczego hałas wywołany przez ruch pociągów jest donośniejszy w zimie niż w lecie? 2. Dlaczego łożyska kulkowe gotuje się w oleju przed nakładaniem na wałek? 3. Dlaczego balon braci Montgolfier wzniósł się w górę? 4. Dzięki czemu powstają wiatry w przyrodzie? 5. Dlaczego słupek rtęci w termometrze zanurzo­ nym w gorącej wodzie najpierw nieco opada, a dopiero później wznosi się? 6. Dlaczego sieć trak­ cyjną kolei elek­ trycznej naciąga się za pomocą obciąż­ ników przewieszo­ nych przez bloki? 7. Jakie komplikacje w konstrukcji bu­ dynku są wynikiem zmian temperatury otoczenia? 8. Dlaczego komin „wy­ ciąga” dym z pale­ niska? 9. Do czego służy tzw. łożysko mostu? 10. Dlaczego przy du­ żym mrozie lód na stawie „strzela”?

CO TO ZA LINIA?

Brak „opatrzenia” czy „otrzaskania” z jakimś rodza­ jem zjawisk czy przedmiotów w dużym stopniu utrud­ nia nam ich rozróżnianie. Odczuwają to szczególnie ludzie, którzy pierwszy raz stykają się z osobnikami innej rasy — np. Chińczykami. Wydaje im się, że wszyscy przedstawiciele żółtej rasy są identyczni. Po pewnym czasie dopiero zaczynają dostrzegać indywi­ dualne różnice, odcienie. A oto przeciwny przykład. Doświadczony hodowca koni, zobaczywszy pierwszy raz jakiegoś bieguna, bez trudu może zapamiętać jego indywidualny wygląd, jak my zapamiętujemy twarze napotykanych w podróży ludzi. Przebieg zjawiska fizycznego można przedstawić za pomocą wykresów. Podręcznik fizyki jest ich pełen. Któż by je mógł wszystkie spamiętać? Lecz są wy­ kresy i linie tak charakterystyczne, że rzucają się w oczy. Czy jesteśmy dostatecznie z nimi „otrzaskani”, żeby rozpoznać 10 poniżej przedstawionych?

STAŁE, CIEKŁE, LOTNE

Czy potrafimy odróżnić ciała stałe od ciekłych i gazo­ wych (lotnych)? Zdawałoby się na pozór, że nie wy­ maga to prawie żadnych wiadomości, lecz sprawa nie jest taka prosta. Niech Czytelnik spróbuje na pod­ stawie podanej cechy określić, o jaką substancję cho­ dzi w pytaniach: stałą, ciekłą czy gazową? (Niektóre cechy mogą być właściwe dla dwóch lub nawet trzech stanów skupienia.) 1. Substancja przybiera kształt naczynia. 2. Substancja zajmuje zawsze całą objętość naczynia, w którym się znajduje. 3. Substancja może ulec przechłodzeniu. 4. Objętość substancji wybitnie wzrasta pod wpły­ wem ciepła. 5. Objętość substancji zmienia się nieznacznie pod wpływem ciepła. 6. Nie zachodzą w substancji zderzenia cząsteczek biegnących z dużą prędkością. 7. Zjawisko dyfuzji w substancji jest bardzo wyraźne. 8. Własności subs­ tancji zależą od nieregularności sieci przestrzen­ nej. 9. Cząsteczki sub­ stancji są w bez­ ładnym ruchu. 10. Trzy stany sku­ pienia substancji: stały, ciekły i ga­ zowy mogą istnieć obok siebie przez dowolny przeciąg czasu w równo­ wadze. Wykażmy, że to prawda na przykładzie wody.

5. WYCIECZKA DO KRAINY „NAJOW Bardzo wielu z nas chciałoby zapewne poznać najpięk­ niejszą kobietę, najsłynniejszego pisarza świata, naj­ lepszego oszczepnika itd. Widocznie mamy już wro­ dzony pociąg do rekordów. Fizyka też ma swoich re­ kordzistów, których znamy albo... przy tej okazji poznamy. Kto wTskaże: 1. Największą (teoretycznie) głębokość, z jakiej może podnieść wodę pompa ssąca. 2. Barwę światła o największej częstotliwości drgań. 3. Barwrę światła o największej długości fali. 4. Temperaturę wody o największej gęstości pod normalnym ciśnieniem atmosferycznym. 5. Największą możliwą do osiągnięcia prędkość. 6. Częstotliwość najniższego tonu słyszalnego przez człowieka. 7. Najprzenikliwsze promieniowanie elektromagne­ tyczne. 8. Najmniejszą ilość energii świetlnej. 9. Cząstkę elementarną o największej masie. 10. Ośrodek, w którym fala głosowa porusza się naj­ szybciej.

— OSTATECZNYM 6. DOŚWIADCZENIE ARGUMENTEM W FIZYCE

Trudno nie doceniać ogromnej roli doświadczeń fi­ zycznych. Kiedy powstaje kilka teorii tłumaczących jakieś zjawisko, doświadczenie jest sędzią, bowiem najprościej i najsprawiedliwiej może ono rozsądzić, która z przedstawionych teorii jest słuszna, a która błędna. Gdy taki wyrok zapadnie, „zaskarżyć” go może tylko inne doświadczenie. Drugą, nie mniej ważną rolą doświadczenia w fizyce, jest wytyczanie kierunków jej rozwoju. Ono pokazuje nowe fakty, które bądź wymagają stworzenia całkiem nowych teorii, bądź rozszerzenia i uogólnienia sta­ rych. Doświadczenia także najlepiej uczą, wykazując ścisłe powiązanie teorii z praktyką oraz pozwalając poznać istotną treść praw fizyki. Spróbujmy więc, czy mając wskazane niżej przybory, potrafimy prze­ prowadzić 10 doświadczalnych dowodów praw fizyki lub demonstracji zjawisk fizycznych: 1. Mając igłę, papier, bibułkę i lupę wykazać falową naturę światła słonecznego. 2. Mając bryłę lodu, drut i dwa ciężarki wykazać za­ leżność temperatury topnienia od ciśnienia. 3. Mając świecę, zapałki, drut, papier i wodę prze­ konać się, że koniecznym warunkiem palenia się papieru jest dostatecznie wysoka temperatura. 4. Za pomocą świecy, szybki szklanej, adapteru i wi­ dełek stroikowych obliczyć częstotliwość tonu wy­ dawanego przez widełki. 5. Wywołać zjawisko rezonansu za pomocą widelca i stołu. 6. Za pomocą pudełka tekturowego, którego jedną ścianę zastąpiono bibułką, udowodnić prostoliniowość rozchodzenia się promieni świetlnych. 7. Sprawdzić dokładność kąta prostego w ekierce z pomocą naczynia z wodą, nitki i ciężarka. 8. Mając dwie szpilki, deseczkę, monetę, szczypce i świecę wykazać rozszerzalność cieplną metali. 9. Korzystając z żaróweczki i bateryjki wykazać, że kierunek przepływu prądu przez żaróweczkę nie wypływa na jej działanie. 10. Za pomocą adapteru i ziarenek fasoli wykazać po­ wiązanie siły odśrodkowej z odległością od osi obrotu.

Z pojęciem fali spotykamy się w najrozmaitszych oko­ licznościach. Mówimy o fali na jeziorze, o falowaniu zbóż, o sfalowanych włosach, o falach na morzu, ba, nawet o falach prawdopodobieństwa. Jednakże naj­ bardziej znane są chyba fale głosowe i elektromag­ netyczne, a wśród tych ostatnich przede wszystkim świetlne. Znamy je i obserwujemy przecież ciągle. Ale czy potrafimy je poznać na podstawie zjawisk, któ­ rych są przyczyną, czy potrafimy je porównać? Oto 10 stwierdzeń dotyczących fal. Określmy, czy doty­ czą one fali świetlnej, głosowej, obu ich rodzajów, czy też nie mogą dotyczyć ich wcale. 1. Możemy je bezpośrednio poznawać za pomocą zmysłów. 2. Mogą poruszać się w próżni. 3. Mogą się odbijać. 4. Są falami poprzecznymi. 5. Są falami podłużnymi. 6. Jeśli ich źródło zbliża się lub oddala od nas, ob­ serwujemy zjawisko Dopplera. 7. Jedna z nich jest szybsza niż ruch Ziemi wokół Słońca, druga powolniejsza. 8. Załamują się na granicy różnych ośrodków. 9. Przeszkoda na ich drodze jest przyczyną powsta­ wania cienia. 10. Mogą przybierać postać fal stojących.

2 — 500 z a g a d e k z f iz y k i

17

PODOBNE, A JEDNAK ODMIENNE

Zjawiska magnetyczne znane były ludziom już w sta­ rożytności. Również zjawiska elektryczne, spotykane w przyrodzie, towarzyszyły ludziom od zarania dzie­ jów. Któż wszakże w czasach starożytnych, a nawet średniowiecznych mógł podejrzewać istnienie czegoś wspólnego pomiędzy piorunem a skrawkiem metalu, ustawiającym się zawsze jednym końcem ku północy? Dopiero w końcu XIX w. wielki fizyk angielski J. C. Maxwell, sformułowawszy swą teorię elektro­ magnetyzmu, przerzucił pomost między elektrycz­ nością i magnetyzmem. Nie oznacza to jednak by­ najmniej, iż oba te rodzaje zjawisk nie różnią się lub różnią się mało od siebie. Badania atomów i jąder atomowych ujawniły, jak powierzchowne jest to po. dobieństwo. Spróbujmy określić, czy poniżej przyto­ czone pytania dotyczą zjawisk magnetycznych, elek­ trycznych, jednych i drugich, czy wreszcie ani jed­ nych, ani drugich. 1. Przedmioty naładowane czy namagnesowane jednoimiennie odpychają się, a różnoimiennie przy­ ciągają? 2. Czy przez pocieranie można ciała elektryzować czy magnesować? 3. Wzajemne odzialywanie mechaniczne przedmio­ tów naładowanych czy namagnesowanych maleje z kwadratem wzrastającej odległości między nimi? 4. Które z omawianych zjawisk można bezpośrednio obserwować? 5. Podzielenie pręta naładowanego czy namagneso­ wanego na dwie części może dać dwa krótsze pręty o odmiennych własnościach niż pręt nie po­ dzielony? G. Stan naelektryzowania czy namagnesowania dwóch przedmiotów znika po ich zetknięciu, a na­ stępnie rozłączeniu? 7. Co towarzyszy ruchowi przedmiotów naelektryzowanych, a co przedmiotów namagnesowanych? 8. W jakim przypadku zjawiska elektryczne i ma­ gnetyczne nie wypływają na siebie? 9. Które z dwu omawianych zjawisk można wywołać na drodze chemicznej? 10. Czy Ziemia jako całość ma ładunek elektryczny? Czy jest ona gigantycznym magnesem?

Na rewii mody można oglądać suknie od najdłuż­ szych do najkrótszych. Te najdłuższe nadają siq na bale, przyjęcia, najkrótsze zaś służą do jazdy na łyżwach czy gry w tenisa. Fale elektromagnetyczne też mają rozmaite długości i różnorodne zastosowa­ nia. Spróbujmy więc urządzić rewię tych fal na wzór rewii mody. Tu jednak znacznie trudniej będzie od­ gadnąć zastosowanie niż w przypadku sukni. W nie­ których przypadkach można mówić tylko o występo­ waniu fal, jeśli człowiek zna je ze zjawisk natural­ nych, a nie wytwarza dla jakiegoś konkretnego celu. Oto 10 długości lub zakresów długości tych fal. Na­ leży odpowiedzieć, w jakich zjawiskach występują lub do jakiego celu stosujemy fale elektromagnetycz­ ne o podanych długościach? 1. 2. 3. 4.

0,01 X *~i-0,01. A** 0,01 ° A-i-100 °A 300 A-r-3000 A 3800 A-i-7700 A

5.

0,8 jH - 1 2 0 (i

* i x = lO-n cm * * 1 A = 10-s c m

6. 7. 8. !). 19.

1 cm -J- 100 cm 1 m -i- 10 m 10 m -T- 1000 m 1 km -r- 100 km 6 000 km

Zabawa nasza dotyczyć będzie pomiarów fizycznych. Będą tylko trzy pytania: „jaką wielkość fizyczną mie­ rzymy?”, „w jakich to czynimy jednostkach?” oraz „za pomocą jakiego przyrządu wykonujemy pomiar?” Sekretarz pomieszał kartki, wskutek czego przyto­ czone zdania są błędne. Należy je zatem odpowiednio uporządkować.

1. Tarcie wewnętrzne cieczy (lepkość) mierzymy w luksach za pomocą licznika Geigera oraz sto­ pera. 2. Ilość ciepła wyznaczamy w procentach za pomocą światłomierza. 3. Oświetlenie jakiejś powierzchni mierzymy w puazach za pomocą monochordu. 4. Wysokość możemy mierzyć w omach za pomocą psychrometru. 5. Pracę prądu elektrycznego możemy mierzyć np. w milimetrach kwadratowych za pomocą katetometru. 6. Wilgotność względną powietrza mierzymy w jed­ nostkach curie za pomocą mostka Wheatstone’a. 7. Częstotliwość fali głosowej mierzymy w kaloriach za pomocą planimetru. 8. Aktywność preparatów radioaktywnych mierzy­ my w milimetrach za pomocą licznika kilowatogodzin. 9. Powierzchnię mierzymy w cyklach na sekundę za pomocą kaiorymetru. li. Opór elektryczny mierzymy w kilowatogodzinach za pomocą wiskozymetru.

. CO MA PIERNIK DO WIATRAKA?

Zapoznając się z jednym działem fizyki, jakże często napotykamy echa z innych jej rejonów. Czasem jest to tylko zapożyczona nazwa, w innym przypadku pod nazwą tą kryje się bardziej istotne podobieństwo zna­ czenia, działania, wpływu. Kiedy indziej nazwy dwu zjawisk czy urządzeń nie mają nic wspólnego, ale łączy je podobieństwo w działaniu lub budowie. Znaj­ dują się tu zebrane przykłady wszystkich trzech omówionych przypadków. Należy wyjaśnić istotę ana­ logii łączącej pary podanych pojęć czy urządzeń. 1. Co ma wspólnego strojenie prostego' aparatu radio­ wego ze strojeniem fortepianu? 2. Co ma wspólnego soczewka z elektromagnesem? 3. Co ma wspólnego regulator Watta ze stabilizato­ rem napięcia? 4. Co ma wspólnego barwa tonu z barwą promienia świetlnego? 5. Co ma wspólnego filtr elektryczny z filtrem elek­ trostatycznym? 6. Co ma wspólnego piecyk elektryczny z młynem na rzece? 7. Co ma wspólnego pudło skrzypiec z kondensato­ rem obrotowym w odbiorniku radiowym? 8. Co ma wspólnego liczba zębów współpracujących ze sobą kół zębatych z liczbą zwojów cewek na­ winiętych na je­ den rdzeń? 9. Co oznacza powie­ dzenie, że znamy fale elektromag­ netyczne w zakre­ sie 65 oktaw? 19. Co ma wspólnego napięcie powierz­ chniowe z napię­ ciem elektrycz­ nym?

Jedną z największych atrakcji na dawnych balach był tak zwany kotylion. Polegał on na tym, że przygoto­ wywano pary jednakowych czy podobnych oznak (ka­ pelusików, maseczek). Jedne z nich wybierały panie, a drugie, nie wiedząc o tamtym wyborze — panowie. Potem wszyscy spotykali się w sali balowej i dobie­ rali według wybranych uprzednio kotylionów. Dobór par był w ten sposób przypadkowy i nieraz zabawny. Coś podobnego urządzimy w tej książeczce, z tym, że kotyliony wykonamy nie z filcu i różnych wstążek, lecz z twierdzeń, praw i doświadczeń fizycznych. Wy­ brane zdania zostały przepołowione, a następnie „zmieszane”. Rozwiązanie polegać będzie na prawidło­ wym dobraniu początku i końca zdania.

1. Jeśli, stojąc na polu, ważę wagą sprężynową, trzy­ maną w ręku, 10 kg buraków, to indukowany tym ruchem prąd elektryczny w przewodniku tworzy pole magnetyczne przeciwdziałające temu ruchowi. 2. Jeśli pierwiastek jest promieniotwórczy, to działa na niego siła wyporu równa ciężarowi wypartej cieczy. 3. Jeśli zastosować ostre boczne oświetlenie, to jego oporność elektryczna zmaleje do zera. 4. Jeśli zanurzyć przedmiot w cieczy, to jego atomy rozpadają się samorzutnie. 5. Jeśli oziębić metal poniżej temperatury —270 °C, to otrzyma się skrócenie okresu jego wahań. 6. Jeśli poruszać magnesem w jednym kierunku, to otrzyma się zwiększenie jego pojemności. 7. Jeśli skierować światło ukośnie na powierzchnię wody, to zobaczy się przedmioty tak drobne, ja­ kich w normalnych warunkach dostrzec nie sposób. 8. Jeśli suma geometryczna sił działających na jakiś przedmiot równa się zeru, to działa ona na moją rękę taką samą siłą, z jaką ją trzymam, lecz prze­ ciwnie skierowaną. 9. Jeśli skrócić wahadło, to załamie się ono na gra­ nicy wody i powietrza. 10. Jeśli przybliżyć do siebie okładki kondensatora, to pozostaje on w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym i prostoliniowym.

LICZBY, KTÓRE ZROBIŁY KARIERĘ

Świat liczb jest przeogromny, nieskończony. Nie spo­ sób poznać i zapamiętać wszystkie liczby ujmujące prawa fizyki i matematyki. Pewne liczby są jednak szczególnie sławne, można powiedzieć, że zrobiły ka­ rierę. W matematyce najsławniejsza jest chyba liczba 3,14159, oznaczona literą n, określająca, ile razy dłu­ gość okręgu jest większa od jego średnicy. A sławne liczby fizyki? Wybrałem tu 10 spomiędzy najsławniejszych. Proponuję Czytelnikowi przypom­ nienie sobie, czego one dotyczą. Należałoby też powie­ dzieć, które z poniższych liczb są stałymi fizycznymi. Dla ułatwienia podałem jednostki, w jakich się one wyrażają. 1. 299 793,1 km/sek 2. 6,6252 • 10-27 erg ■sek 3. 6,023 • 102* —- — mol 4. —273,16 °C 5. 981 cm/sek2

6. 6,670 • 10—1Rcm‘ 7. 1,602 • i o - 10 C 1 8. 440 “ sek 9. 426.9 kGm mg A • sek

10. 3,118

Jeśliby ktoś, spojrzawszy przypadkiem w niebo, zoba­ czył nagle zbliżającą się wprost ku Ziemi z ogromną prędkością jakąś planetę, może się nie zastanawiać, co z tego wyniknie, co się zaraz stanie. Nie warto. Natomiast może nas spotkać bardzo wiele takich przy­ gód, w których przewidywanie, co się stanie za chwilę lub może się stać, byłoby dla nas cenne. Żeby się na wszelki wypadek wprawić w tego rodzaju rozumowa­ nie, przestudiujmy załączone rysunki i powiedzmy, co zaszłoby za chwilę, gdyby sytuacja na nich przedsta­ wiona stała się rzeczywistością?

$0f/n/goc/z y

3.

Ruch wahadła można opisywać, biorąc pod uwagę jego prędkość i przyśpieszenie bądź traktując go w sposób przybliżony — jako ruch harmoniczny; można zwró­ cić uwagę na związek obrotu Ziemi z kierunkiem wa­ hań. Lecz można również rozpatrywać to zjawisko z punktu widzenia przemian energii. Stwierdzimy wtedy, że w krańcowych położeniach wahadło zatrzy­ muje się, a więc jego energia kinetyczna staje się równa zeru, natomiast energia potencjalna osiąga maksimum. W środkowym położeniu sytuacja jest odwrotna: maksimum prędkości, a więc energii kine­ tycznej, i minimum potencjalnej. W czasie ruchu wa­ hadła pomiędzy tymi punktami następują ciągłe prze­ miany jednego rodzaju energii w drugą i „z powro­ tem”. Suma tych obu energii pozostałaby niezmienna, gdyby nie tarcie i opór powietrza, które powodują stopniowe przemiany energii mechanicznej w ciepło, a więc jej powolne rozpraszanie. Tak można by spojrzeć na wahadło z punktu widze­ nia przemian energii. Rozpatrzmy w ten sposób 10 in­ nych zagadnień, starając się odpowiedzieć na pytania: 1. Skąd pochodzi energia poruszająca elektrownię wodną? 2. Co dzieje się z energią ściśniętej sprężyny stalowej, którą w tym stanie rozpuścimy w kwasie? 3. Tyle samo energii słonecznej dociera do powierz­ chni oceanu, co i do sąsiedniego lądu. Dlaczego ląd ogrzewa się znacznie prędzej? 4. Jaka jest kolejność przemian energii we współ­ czesnej elektrowni jądrowej? 5. W jakim urządzeniu energia słoneczna zamienia się najprościej w energię elektryczną? 6. Jak można wykorzystać energię ruchu Księżyca? 7. Jakie rodzaje elektrowni nie korzystają z energii pochodzącej ze Słońca? 8. Jakie przemiany energii zachodzą przy wprowa­ dzaniu satelity na kołową orbitę okołoziemską? 9. Czy możliwe jest stworzenie sztucznego satelity Ziemi, którego prędkość względem wybranego punktu na powierzchni Ziemi byłaby równa zeru? 10. Jakie przemiany energii mają miejsce w ruchu sa­ telity krążącego po orbicie eliptycznej?

Od zarania dziejów ludzie starają się naśladować na­ turę. Jest to postępowanie jak najbardziej słuszne. Przecież w organizmach żywych, w ich budowie i za­ chowaniu się zmagazynowane są (jeśli tak można po­ wiedzieć) doświadczenia i mądrość wielu pokoleń, które żyły przez długi szereg wieków i tysiącleci. Struktura znanych dziś organizmów żywych jest ni­ czym innym jak wynikiem ciągłego procesu ewolucji, ulepszania, przystosowywania do warunków. Nic dziw­ nego, że inżynier-wynalazea stara się wykorzystać te doświadczenia w swoich rozwiązaniach. Oto lista 10 różnych maszyn i urządzeń. Należy wska­ zać ich pierwowzory i odpowiedniki w budowie ciała zwierząt lub roślin.

1. Rurociąg doprowadzający paliwo do miejsca prze znaczenia 2. Membrana w mikro­ fonie 3. Rura, jako belka o jednakowej wytrzy­ małości na zginanie w różnych kierun­ kach 4. Rynna 5. Kruszarka 6. Markiza zasłaniająca wystawę okienną lub balkon od słońca 7. Miech kowalski 8. Pompa ssąco-tłocząca 9. Wymienna lub regu­ lowana przesłona w aparacie fotograficz­ nym 10. Przegub kulowy

17. ...CHYBA, ŻEBY LAŁO... Czy przepowiadanie pogody jest nauką? Owszem, ale jednocześnie jest sztuką. Sprawdzanie się prognoz po­ gody wykazuje bowiem, że nasze wiadomości o jej kształtowaniu i przebiegu są jeszcze bardzo skąpe i niewystarczające. Bezbłędna prognoza nie jest oczy­ wiście niemożliwa, wymaga jednak, jak się wydaje, znacznie większej wiedzy o zjawiskach atmosferycz­ nych niż ta, którą obecnie posiadamy. Mimo to wszyscy niemal dla własnych choćby potrzeb próbujemy przepowiadać pogodę. Ale czy każdy z nas posiada choćby najskromniejsze wiadomości o zja­ wiskach meteorologicznych? Sprawdźmy to, odpowia­ dając na poniższe pytania. 1. Co to są chmury? Kiedy się tworzą? 2. W jaki sposób zwiększać się może wilgotność względna powietrza? 3. Dlaczego chmury utrzymują się w górze? 4. Kiedy zaczyna padać deszcz? 5. Czy można sztucznie wywoływać deszcz? 6. Dlaczego w górach deszcz pada częściej niż na nizinach? 7. Dlaczego w dzień wiatry wieją naj­ częściej od wody do lądu, a w nocy od­ wrotnie? 8. Dlaczego rosa tworzy się zwykle nocą, a nie w dzień? 9. Dlaczego grzmot trwa długo, a błys­ kawica krótko? 10. Kiedy tworzy się gołoledź, a kiedy szron?

Kunszt kucharski ma oczywiście swoją odrębną wie­ dzę, swoje sekrety i tajemnice. Ale z przygotowywa­ niem najprostszych, codziennych potraw jesteśmy obeznani chyba wszyscy. Niemniej jednak i przy tych czynnościach spotykamy zjawiska, z których objaśnie­ niem niejeden z nas miałby trochę trudności. Znajo­ mość fizyki może i tu bardzo pomóc. A więc próbujmy. 1. Dlaczego krupnik na talerzu stygnie wolniej niż czysty barszcz? 2. Dlaczego przy wyrobie lodów posypujemy lód solą? 3. Dlaczego zaleca się trzeć chrzan nad gorącą bla­ chą kuchni? 4. Uzasadnij następujące zdanie z reklamy: „Dogotowywacz oszczędzi Ci czasu, nerwów i pieniędzy”. 5. Dlaczego sałatę trzeba solić tuż przed jedzeniem? 6. Co powoduje, że w szybkowarze mięso rzeczywi­ ście szybciej się gotuje? 7. Jak to się dzieje, że blaszany lub porcelanowy krążek, umieszczony na dnie garnka z mlekiem, chroni to ostatnie przed wykipieniem? 8. Gdzie jest najzimniejsze miejsce w termosie, gdy go napełnimy gorącym płynem, a gdzie, jeśli za­ wiera powietrze i na dnie nieco lodów? 9. Jaka siła zamyka wecki? 10. Dlaczego zajadając ze smakiem kotlet mielony, powinniśmy z wdzięcznością wspomnieć Archimedesa?

4 Q WSZĘDZIE DOBRZE, A W DOMU... Iw. TEŻ PRAWA FIZYCZNE

Powiada się, że dom rodzinny to dla człowieka azyl, w którym można się schronić przed kłopotami. Gdzież tam! Czy dom chroni przed inkasentem elektrowni, adapterem sąsiadki, nastawiającej 5 razy dziennie twista, przed bólem zęba, upływem czasu, starością lub przed działaniem praw fizycznych? Skoro na powyższe pytania trudno odpowiedzieć pota­ kująco, spójrzmy śmiało w oczy wszystkim tym nie­ bezpieczeństwom. Co do ostatniego „niebezpieczeń­ stwa”, wyrazem naszej odwagi będzie odpowiedź na 10 załączonych pytań dotyczących zastosowania praw fizycznych w budowie i działaniu urządzeń domowych.

1. Jak można by wyjaśnić fakt, że solniczki w jed­ nym mieszkaniu funkcjonują prawidłowo, a w in­ nym ulegają zatkaniu? 2. Dlaczego elektryczną suszarkę do włosów można nastawiać na samo dmuchanie, na dmuchanie z grzaniem, a nie można nastawić na samo grza­ nie? 3. Jaką jednostką fizyczną można by mierzyć „wygodność” fotela? 4. Czy słusznie buntujemy się, jeśli elektrownia do­ starcza nam do mieszkań prąd o napięciu niższym od nominalnego? 5. W którą stronę pochyli się płomień świecy, posta­ wionej na podłodze obok gorącego pieca? 6. Dlaczego szyby zamarzają cd strony ciepłego po­ koju, nie zaś cd zewnątrz, gdzie panuje mróz? 7. Silnik od pompy instalacji hydroforowej zasilany jest trzema przewodami. Jest to silnik trójfazowy. Ilofazowy jest silnik odkurzacza, skoro zasilany jest dwoma przewodami? 8. Dlaczego niebezpiecznie jest samemu reperować przepalone bezpieczniki elektryczne? 9. Jakie zjawisko fizyczne wykorzystujemy w syfonie na wodę sodową? 10. Dlaczego nie można instalować wyłączników i gniazdek elektrycznych w pobliżu instalacji wo­ dociągowych i kanalizacyjnych?

• WZAJEMNE USŁUGI

Legenda mówi, że pierwszy przebłysk idei powszech­ nego ciążenia olśnił Izaaka Newtona, gdy odpoczywał w ogrodzie leżąc na trawie i rozmyślając. Spadające tuż obok głowy dojrzałe jabłko zdenerwowało pewnie uczonego. — Któż mógł się zdobyć na tak mało subtelny dow­ cip? — pomyślał może, a stwierdziwszy, że nikogo nie ma w pobliżu, zmienił pewnie nieco treść i ton swego pytania: — Czemu właściwie jabłko spadło na Ziemię? Jeśli więc wierzyć legendzie, owo jabłko — owoc ja­ błoni i umiejętności ogrodnika, nasunęło genialnemu Newtonowi ideę powszechnego ciążenia ciał i w ten sposób pomogło mu sformułować jedno z podstawo­ wych praw fizyki i astronomii. Czy fizyka odwzajemniła się ogrodnictwu za tę jego mimowolną przysługę? Owszem. Że tak jest istotnie, potwierdzą odpowiedzi na poniższe 10 pytań, które teraz przedkładam Czytelnikowi: 1. Dlaczego powierzchnia zagrabionej grządki schnie prędzej niż ubitej? 2. Dlaczego zagrabiona grządka zachowuje na całej głębokości uprawy więcej wilgoci niż ubita? 3. Dlaczego deszcz działa na grządkę podobnie jak jej ubicie, choć ubija ją przecież tylko bardzo nie­ znacznie? 4. W jakim celu bielimy pnie drzew owocowych na przedwiośniu? 5. Dlaczego w bardzo chłodne majowe noce ogrod­ nicy palą ogniska w ogrodach? 6. Jakie miejsce w ogrodzie otoczonym płotem jest najcieplejsze, a więc najodpowiedniejsze do upra­ wy? 7. Czy można zastąpić w inspekcie obornik sztucz­ nym nawozem? 8. Jakie są dwie zasadnicze przyczyny zdejmowania na dzień mat z okien inspektowych? 9. Dlaczego nie zaleca się spryskiwania liści w peł­ nym słońcu? 10. Jakie kłopoty napotkałby kiełek rosnący w ka­ binie sztucznego satelity krążącego po orbicie?

Ogarnia mnie czasem nastrój przekory. Chętnie po­ przestawiałbym wszystko, co napotykam, a potem ba­ dał reakcję najbliższych na tego rodzaju psikusy. W takim właśnie nastroju przygotowałem niniejszy rozdziałek. Czytelnik może albo należeć do gatunku lu­ dzi lubiących porządek, albo też właśnie do takich, których tego rodzaju ekstragawancja bawi. Porządek w fizyce jest rzeczą trudną do naruszenia. Na straży jego stoją prawa fizyczne. Spróbujmy się zastanowić, czy w poniższych rysunkach wszystko jest w porządku?

Powie mu

3 — 500 z a g a d e k z f iz y k i

33

.. ŚLADAMI KOSMONAUTÓW

H. G. Wells w swojej Wojnie światów opisuje najazd złych, zaborczych Marsjan na Ziemio. Współczesny fantasta — Adamski twierdzi, że spotyka sic; /. gośćmi z innych planet, którzy są mądrzy, dobrzy i życzliwi. Z braku dowodów nie możemy dziś jeszcze rozstrzy­ gnąć, który z nich bliższy jest prawdy. Zbyt mało wiemy o tym, co dzieje się na innych planetach. Nie umiemy dziś powiedzieć z pewnością, czy istnieje życie organiczne na planetach Układu Słonecznego, poza Ziemią. A cóż dopiero mówić o innych około gwiezdnych układach planetarnych. W oczekiwaniu na zdobycie tych wiadomości przez naukowców nie zaszkodziłoby zapoznać się z podstawowymi choćby zagadnieniami astronautyki. 1. Dlaczego ze wszystkich środków lokomocji jedna tylko rakieta nadaje się do podróży kosmicznych? 2. Czy rakieta może osiągnąć prędkość większą od prędkości gazów wyrzucanych z jej dyszy? 3. Dlaczego rakieta może wejść na orbitę okoloziemską (stać się sztucznym satelitą) dopiero po prze­ kroczeniu pierwszej prędkości kosmicznej? -1. Jaki byłby los sztucznego satelity, któremu przy starcie nadano by prędkość początkową większą od 11.2 km/sek? 5. Dlaczego do wprowadzania satelity na orbitę uży­ wa się rakiet wielostopniowych? 6. Jakie są sposoby osiągnięcia stanu nieważkości? 7. Czym wypełniona jest przestrzeń międzypla­ netarna? 8. Czy obecność powietrza w przestrzeni kosmicz­ nej ułatwiłaby czy utrudniła podróże kos­ miczne? 9. Jakiego rodzaju sygna­ ły z Kosmosu możemy odbierać na powierz­ chni Ziemi? 10. Po jakie inne sygnały z Kosmosu musimy się wzbijać ponad atmos­ ferę?

Tramwaj i Warszawa stanowią tak zwane dobrane małżeństwo. On jest stary, nienowoczesny, zgrzytliwy, przynosi maiy dochód, i w ogóle jest do niczego, ale... jakże tu żyć bez niego? Nie tylko oczywiście warsza­ wiacy znają wady i zalety tramwaju. Coraz więcej miast polskich poznaje rozkosze jego posiadania, wie już, co to jest „korek”, gdy jeden wóz na linii uleg­ nie zepsuciu, co to jest „winogrono”, gdy próbuje się dostać do tego środka komunikacji w godzinach tzw. szczytu. Ale czy w parze z tą wiedzą idzie znajomość zagad­ nień „tramwajowych”? Właśnie jest okazja, do w y­ kazania tej znajomości poprzez udzielenie odpowiedzi na następujące pytania: 1. Czy przez koła i szyny tramwaju płynie prąd elek­ tryczny w czasie ruszania? 2. Czy przez koła i szyny tramwaju płynie prąd elek­ tryczny w czasie jego hamowania? 3. Dlaczego osie tramwaju są najczęściej położone blisko siebie? 4. Jakie są trzy zasadnicze zalety trolejbusu w sto­ sunku do tramwaju? 5. W jaki sposób motorniczy reguluje prędkość tram­ waju? G. Dlaczego popsucie jednej żarówki w tramwaju powoduje wygaśnięcie kilku innych? 7. Ze względu na jakie własności piasku umieszcza się go w specjalnych zbiornikach wozów tramwa­ jowych? 8. Dlaczego pracownicy reperujący sieć tramwajową pod napięciem nie boją się porażenia prądem? 9. Dlaczego tramwaj zasilany jest jednym przewo­ dom, a trolejbus dwoma? 10. Co się dzieje, gdy motorniczy zbyt gwałtownie chce rozpędzić swój wóz iub rusza szybko, nie zważając na jego duże obciążenie?

Kto długo i wytrwale dąży do posiadania vvl.. mego samochodu, ten mimo woli idealizuje cel swych dążeń. Wydaje mu się, że gdy zasiądzie już za u la nym ,,kółkiem” — będzie szczęśliwy. Posiadacze mmochodów są na ogół innego zdania. Zbliżają :;i«; d ■ po­ glądu filozofów, którzy głoszą, że szczęścia ni.- można nabyć ani za 75 000, ani za 120 000 zł, ani na i t v, ani za gotówkę. Natomiast bardzo łatwo i niemal bez wydatków można zdobyć najprostsze wiadomo: ci o bu­ dowie i działaniu samochodów. Kto chciałby praw­ dzie, czy już je posiadł, tego zapraszani do odpo­ wiedzi na następujące pytania: 1. Czy silnik samochodu może pracować Im elek­ tryczności? 2. Dlaczego w systemie zapłonowym i oświetlenio­ wym samochodu korzysta się przeważnie z prądu stałego? 3. Czy płyn przeciwstukowy zapobiega zderzeniom? 4. Kiedy z rury wydechowej samochodu wydziela się dym biały, kiedy niebieski, a kiedy czarny, i dla­ czego? 5. Dlaczego w samochodzie konieczna jest ski ynka biegów? 6. Jakie części samochodu łagodzą wstrząsy? 7. Dlaczego jadąc samochodem niebezpiecznie jest ostro hamować na zakrętach? 8. Czy silnik samochodu odpowiednio wyregulowany i zabezpieczony może rozwijać większą moc w cza­ sie mrozu czy podczas upałów? 9. Jaka wielkość natury geometrycznej w odniesie­ niu do silnika samochodu ma decydujący wpływ na jego moc? 10. Dlaczego w samochodzie musi być dyfercncjał?

„Kolej to środek transportu pachnący XIX wiekiem”, „Jeszcze sto lat, a kolej oglądać będziemy tylko w muzeum”... takie i podobne zdania słyszymy często na temat kolei. No cóż? Nie jest to rzeczywiście nowy środek transportu i inne, nowsze, rozwijają się dziś szybciej niż kolej. To prawda. Ale nie mamy powodu, żeby kolej lekceważyć. Ten „poczciwy” środek trans­ portu obsługuje w naszym kraju 97% lądowego obrotu towarowego (57 miliardów tonokilometrów na rok) i 80% ruchu pasażerskiego (1 miliard pasażerów na rok). Zanim pociągi zejdą z areny, długo jeszcze utrzymywać się będzie w transporcie ich hegemonia. Dlatego też nie zaszkodzi zapoznać się z niektóry­ mi problemami kolejnictwa, tym bardziej że często są one dobrą ilustracją interesujących zagadnień fi­ zycznych. Oto 10 pytań wybranych właśnie pod tym kątem widzenia. 1. Jak pasażer oświetlonego przedziału może poznać kierunek jazdy podczas ciemnej, dżdżystej nocy? 2. Na której półce bezpieczniej jest kłaść bagaże? 3. Dlaczego nie budujemy „elektrowozowni” w sensie „garażu” lokomotyw elektrycznych? 4. Jaki kształt kotła parowozowego byłby ze wzglę­ dów wytrzymałościowych najkorzystnięjszy? 5. Dlaczego dla tych samych potrzeb kolej musi mieć więcej parowozów niż elektrowozów? 6. Dlaczego parowóz „dyszy” nawet podczas postoju? 7. Dlaczego z silnika elektrowozu dochodzą odgłosy pracy, nawet gdy stoi on na stacji? 8. Jaki wniosek możemy wyciągnąć, gdy obserwu­ jemy przez okno wagonu w czasie jazdy, że dalej położone obiekty zaczynają posuwać się ku przo­ dowi, podczas gdy bliższe nadal uciekają do tyłu? 9. Dlaczego parowóz towarowy ma mniejsze kola niż pośpieszny? 10. Czym różnią się szyny na linii zelektryfikowanej od szyn na linii obsługiwanej wyłącznie przez parowozy?

W porównaniu z kolejnictwem lotnictwo jest nowo­ czesne, młode, prężne. Ono to zyskuje coraz bardziej na znaczeniu w gospodarce, ono osiąga ciągło nowe sukcesy i rekordy. Niewiele lat minęło od cz.a:ai, kie­ dy pojawiły się pierwsze samoloty zdolne do przekro­ czenia prędkości dźwięku, a już słychać o takich apa­ ratach, które osiągają prędkość dwu- i trzykrotnie większą. Pola do popisu dla konstruktorów wystarczy jeszcze na długo, bowiem granicę nieosiągalną stanowi dopiero prędkość światła, około milion razy przekra­ czająca prędkość dźwięku. Skoro więc lotnictwo ma wielką przyszłość, nie żałujmy trudu, aby zapoznać się z jego problemami, do których skromnym wpro­ wadzeniem niech będzie następujących 10 pytań: 1. Dlaczego przy starcie i lądowaniu samolotów pa­ sażerskich stewardesa częstuje pasażerów cukier­ kami? 2. Czy spadochron oprócz ratowania życia ludzkiego i zabezpieczania całości zrzutów może jeszcze speł­ niać w lotnictwie jakąś pożyteczną rolę? 3. Dlaczego w pogodne dni samolot bardziej „huśta” niż w pochmurne? 4. Dlaczego samoloty odrzutowe mogą latać wyżej niż śmigłowe? 5. Dlaczego dawniej budowano na lotniskach po kilka pasów startowych, a dziś tylko jeden (chyba że wzmożony ruch wymaga jednoczesnego startu i lądowania kilku samolotów)? 6. Do czego potrzebne jest małe śmigiełko na ogonie helikoptera o jednej śrubie? 7. Jak wykorzystuje się hamulec na kola samolotu przy jego starcie, a jak przy lądowaniu? 8. Dlaczego niebezpieczny jest moment przekracza­ nia przez samolot bariery dźwięku? 9. Dlaczego sprawa kształtu kadłuba środka trans­ portu przestała być sprawą wyłącznie estetyczną, a stała się głównie konstrukcyjną dopiero po zbu­ dowaniu pierwszych samolotów? 10. Dlaczego współczesnym ciężkim samolotom od­ rzutowym wystarczają stosunkowo małe skrzydła?

. CZAR DWU OGUMIONYCH KÓŁEK...

Statystyka wykazuje, że w Polsce wyprodukowano po wojnie 2,5 miliona rowerów. Z pewnym przybli­ żeniem możemy więc powiedzieć, że w naszym kraju co dwunasty obywatel ucieleśnił marzenia o dwu ogu­ mionych kółkach. Ale oczarowanie i znajomość przed­ miotu owego oczarowania nie zawsze chodzą w parze. Wielu „znawców” podziwia np. „babki” na rowerze. Lecz który znawca wskaże „babkę” w rowerze? Kto rozkładał swój rower na „czynniki proste”, ten zna stożkowatego kształtu nakrętkę, która, wciągana śrubą w koniec rozciętej rury kierownicy, zaciska ją w ru­ rze przedniego widelca. To ją właśnie nazywamy „babką”. Dla znawców to może zbyt łatwa zagadka. Ale co będzie z następnymi? 1. Które kolo roweru przebywa podczas jazdy dłuż­ szą drogę? 2. Dlaczego łatwiej jest jechać na rowerze szybko niż wolno? 3. Dlaczego, chcąc nagle skręcić w lewo, kolarz za­ czyna od małego skrętu w prawo? 4. Dlaczego niebezpieczny może być dobry hamulec tylko na przednie koło? 5. Dlaczego jedni kolarze wolą koła i opony szerokie, inni zaś jak najwęższe? 6. Gdzie w rowerze napotykamy w czasie jazdy tar­ cie ślizgowe, a gdzie tarcie toczne? 7. Co musi uczynić rowerzysta krążący po kołowym torze, gdy zwiększa prędkość jazdy? 8. Dlaczego dla każdej prędkości roweru na określo­ nym płaskim podłożu istnieje różny minimalny promień skrętu? 9. Dlaczego przerzutka ułatwia jazdę na rowerze, mimo że nie zwiększa bynajmniej sił kolarza? 10. Dlaczego przedni widelec roweru ma kształt wy­ gięty ku przodowi, a nie prosty?

Słowacki marzyi o ludziach nie na miaro krawca, lecz Fidiasza. Ale przecież i Fidiasz musiał mir/* krawca, który brał z niego miarę, gdy mu miał szyć chiton. Mierzenie jest podstawą rzemiosł, wszelkiego rodzaju wytwórstwa, a przede wszystkim jest niezbędne do zdobywania wiedzy o otaczającym nas śwircie. Me­ tody mierzenia, przyrządy do tego celu służące, to osobna nauka. Nie będziemy się w nią zagłębiać. Pro­ ponuję przyjrzeć się tylko załączonym dziesięciu ry­ sunkom i powiedzieć, pomiar jakiej wielkości fi­ zycznej został na nich przedstawiony oraz jak się nazywa przyrząd czy aparat stosowany przy tym pomiarze?

1.

. ZEWSZĄD I O WSZYSTKIM

Jest absolutną niemożliwością, abyśmy w 500 odpo­ wiedziach poznali całość ciekawych spraw fizyki i jej zastosowań, wszystkie dziedziny ludzkiej działalności, wykorzystujące tę naukę do swych celów. Aby to sobie dobrze uświadomić, porzućmy na chwilę prze­ gląd tych dziedzin i zastanówmy się nad dziesięcioma ciekawostkami z najróżniejszych „okolic” nauki oraz techniki, którymi nie będziemy się zajmować w innych rozdziałkach i którym z braku miejsca możemy po­ święcić tylko po jednym pytaniu. 1. Czy można rtęcią wbić gwóźdź w ścianę? 2. Co mierzymy z pomocą kolorymetru? 3. Dokąd płynie ryba w zamarzniętym stawie, gdy pragnie się ogrzać? 4. Jaki jest liniowy współczynnik rozszerzalności wody? 5. Dlaczego parasol lub tyczka są ulubionymi przed­ miotami, jakie linoskoczek zabiera ze sobą na ćwiczenia? 6. Dlaczego zegarek na rękę winno się nakręcać rano, a nie wieczorem? 7. W jakim celu rybacy wybijają przeręble w ża­ rnarzniętych stawach rybnych? 8. Jak odróżnić światło jednej świetlówki od światła żarówki nie patrząc na żadną z nich? 9. Ile odbitek swej fotografii zamówił Chopin, fo­ tografując się w Paryżu w 1849 r.? 10. Dlaczego śnieg jest biały, a lód przeźroczysty?

DRĄG DO PRZEGARNIANIA ZBOŻA CZY WIOSŁO? *

Kto próbował podróży statkiem po Wiśle w czasie suchego lata, ten rozumie, dlaczego transport wodny na najdłuższej naszej rzece, a także na wielu mniej­ szych rzekach rozwija się bardzo słabo. Ciągnące się kilometrami łachy piaszczyste niezwykle utrudniają żeglugę. Wiekowe zaniedbania w dziedzinie regulacji rzek zlikwiduje realizacja wielkiego planu regulacji i wykorzystania Wisły. Rozpoczęła się już, według wytycznych tego planu — budowa stopnia wodnego pod Włocławkiem. W ślad za regulacją rzek roz­ wijać się będzie szybko i żegluga śródlądowa — star­ sza, a do dziś upośledzona siostra żeglugi morskiej. W oczekiwaniu na sukcesy gospodarcze obu naszych największych rzek, Odry i Wisły, zajmijmy się już dziś zagadnieniami transportu wodnego, odpowiadając na załączone pytania. 1. Jak ustawić statek względem fali, aby niebezpie­ czeństwo jego wywrócenia było najmniejsze? 2. Czy można załadować okręt żelazem, wypełniając nim cały kadłub od dna, aż do linii wodnej? 3. Skąd i jaką drogą otrzymamy energię, której bę­ dziemy używali do podnoszenia statków z poziomu Wisły koło Modlina na poziom Zalewu Zegrzyńskie­ go na Bugo-Narwi? 4. Dlaczego holownik pchający barki może płynąć prędzej niż ciągnący je? (Prądu rzeki nie bie­ rzemy pod uwagę.) 5. Na czym polega wyższość ślizgacza nad moto­ rówką? 6. Dlaczego transport wodny jest tańszy od lądowego? 7. Jak musi być zbudowany kadłub żaglowca, aby można nim było płynąć skośnie pod wiatr? 8. Dlaczego niebezpieczne jest bliskie mijanie się wielkich okrętów o przeciwnych kierunkach ruchu? 9. W jaki sposób można określić, czy statek przyśpie­ sza, czy opóźnia swój bieg, opierając się na wy­ gięciu linii tworzonych przezeń fal? 10. Kiedy po dnie suchego doku nie można chodzić nawet w kaloszach? * B o h a t e r O d y s e i H o m e r a — O d y s e u s z , w ę d r u j ą c n a p ó łn o c — m i a ł w e d łu g p r z e p o w i e d n i t r a f i ć d o k r a j u , gcfzie n ie o d r ó ż ­ n ia n o w io s ła o d d r ą g a d o p r z e g a r n i a n i a z i a r n a w s p ic h r z u . D r ą g t e n s t a ł s ię s y m b o le m k r a j u o d w r ó c o n e g o o d sp i-a w w odnych.

. SAŁATKA SPORTOWA

Od pierwszej greckiej olimpiady do olimpiady spor­ towej w Tokio w 1964 r. minęło już 2740 lat. Kon­ stytucja fizyczna człowieka nie zmieniła się od owych czasów, a jednak dzisiejsze wyniki sportowe są bez porównania lepsze niż osiągane dawniej. Czyżby więc nasi współcześni mistrzowie sportu korzystali z ja­ kichś „nieczystych1’ sił? Nic podobnego. Po prostu lepsze są metody treningu, lepszy sprzęt. Oczywiście sportowcy często nie myślą nad problemami aero­ dynamiki podczas rzutów, czy hydrodynamiki pod­ czas pływania, jednak powoli, w sposób empiryczny, zbliżają się ku metodom, które fizyka ustaliła jako optymalne. Przekona nas o tym 10 poniższych pytań. 1. Pod jakim kątem miotacz powinien wyrzucać kulę, żeby rzucić jak najdalej? 2. Dlaczego dysk powinien obracać się wokół swej osi w czasie lotu? 3. W jaki sposób gumowe płetwy ułatwiają czło­ wiekowi pływanie? 4. Dlaczego prędkości łodzi wiosłowych są większe niż kajaków? 5. Jaki jest fizyczny sens stasowania w biegach i skokach tzw. kolców? 6. Jaką rolę fizyczną gra tyczka w konkurencji spor­ towej zwanej skokiem o tyczce? 7. Jak regulować prędkość obracania się w czasie skoków do wody? 8. Jak „noski” ułatwiają szybszą jazdę na rowerze? 9. Dlaczego dyskobol obraca się podczas rzutu? 10. Jak tenisista wywołuje fałszywe, tzn. nieprawid­ łowe z punktu widzenia praw odbicia, ruchy pi­ łeczki tenisowej?

. CZYŻBY TYLKO Z PRZYZWYCZAJENIA?

Sławny badacz stratosfcry i głębin oceanów, profesor Piccard, w chwili, gdy przygotowywał się właśnie do ataku na któryś z rowów oceanicznych, zapytany zo­ stał, czy nie boi się powierzyć swego życia batyska­ fowi — własnego pomysłu okrętowi do badań głębin morskich. Uczony odpowiedział, że nie ma najmniej­ szych obaw, gdyż batyskaf został zbudowany na pod­ stawie znanych i sprawdzonych praw fizyki. A my? Czy wchodząc pod dach własnego domu nie czujemy obawy, że runie nam na głowę? Zwykle nie czujemy. Ale dlaczego? Czy po prostu dlatego, że o tym nie myślimy, czy może z powodu zaufania do budowni­ czego? Chyba nie dlatego. Więc może dzięki znajomości praw fizyki, na których została oparta budowa i kon­ strukcja domu? Lecz czy znamy Le prawa? Jeśli tak, to bez trudu odpowiemy na następujące pytania: 1. Dlaczego pręty stalow-e w żelbetowej belce (swo­ bodnie podpartej) skupiamy w dolnej jej części? 2. Czy stosowanie dachówki wyłącznie do stromych dachów jest tylko zwyczajem, czy znajduje lo­ giczne uzasadnienie? 3. Czy piorunochron chroni od piorunów? 4. W jakim celu stosujemy syfony na wszystkich koń­ cówkach sieci kanalizacyjnej w mieszkaniach i in­ nych pomieszczeniach? 5. Na czym polega wyższość betonu sprężonego nad zwykłą konstrukcją żelbetową? (W betonie sprę­ żonym pręty stalowe sięgające od jednego czoła belki do drugiego są rozciągane w czasie wykony­ wania belki i w tym stanie zamocowywanc do jej końców.) 6. W czym cegła ustępuje nowoczesnym materiałom budowlanym? 7. Czy kształt łuku gotyckiego został wynaleziony ze względów konstrukcyjnych czy też estetycznych? 8. Jakie dwa zjawiska fizyczne są odpowiedzialne za ruch powietrza ku górze w kominie oraz kanale wentylacyjnym? 9. Jakie zjawisko powoduje konieczność oddzielania fundamentów budynku od jego ścian papą czy innym materiałem o podobnych własnościach? 10. Dlaczego budowniczy musi znać poziom zamarzania gruntu?

MECHANIZACJA W MUZYCE

W ogólnym dążeniu ludzkiej cywilizacji ku mechani­ zacji i automatyzacji najrozmaitszych czynności mu­ zyka nie pozostaje w tyle. Instrumenty muzyczne od wieków co prawda wydają tony dzięki tym samym zjawiskom — drganiu strun, błon czy slupu powie­ trza (dopiero w najnowszych instrumentach stosuje się elektroniczne metody wydobycia dźwięku), .jednak urządzenia służące do tego celu coraz bardziej się mechanizują, a czasem nawet automatyzują. Już król Dawid ponoć grał na harfie i piszczałce. Od tych dwu pierwowzorów można by śledzić rozwój me­ chanizacji instrumentów strunowych i dętych. Spró­ bujmy w tym celu odpowiedzieć na załączone pyta­ nia, uzupełnione innymi, dotyczącymi również spraw z pogranicza fizyki i muzyki. 1. Jaka jest różnica w budowie między harfą i kla­ wesynem? 2. Czym klawesyn różni się od fortepianu? 3. Jaka jest różnica między fortepianem i pianolą? 4. W jaki sposób można zmieniać wysokość tonu w zwykłej fujarce wierzbowej? 5. W jaki sposób zmienia się wysokość tonu w oka­ rynie? 6. Jaki jest powszechny dziś sposób zmiany wyso­ kości tonu w instrumentach dętych? 7. Jaki instrument automatyzuje grę na instrumen­ tach dętych? 8. Jaki instrument trzeba czasem przestrajać w trak­ cie wykonywania utworu orkiestralnego? 9. Co decyduje o wysokości tonu wydawanego przez skrzypce? 10. Czy zastąpienie kalikanta poruszającego nogami miechy organów — wentylatorem, poruszanym silnikiem elektrycznym, daje prawo nazwać te organy elektrycznymi?

TELEMUZY

Nie wszystkie greckie muzy skorzystały w równym stopniu z nowoczesnych wynalazków, jakie niesie ze sobą rozwój telctechniki, dla szerokiego rozpowszech­ nienia sztuk, którymi się opiekują. Audycjami ra­ diowymi zawładnęła przede wszystkim Polihymnia — opiekunka muzyki, dopuszczając czasem do mikro­ fonu inne towarzyszki. Większą rozmaitość obserwo­ wać można na ekranie telewizyjnym. Korzysta zeń i Melpomena — muza tragedii, i Talia — specjalistka od komedii, i Terpsychora — najlepsza baletnica, a najwięcej — muza w naszym wieku urodzona — dziesiąta, „Polifilmia”. Lecz muzy nie potrzebują znać fizycznych podstaw działania urządzeń teletech­ nicznych. Nam natomiast warto coś niecoś na ten temat wiedzieć. A więc... 1. Jakie zjawisko fizyczne powoduje, że w odbior­

niku radiowym słyszymy tylko jedną stację na­ dawczą, a nie wszystkie? 2. Dlaczego kondensator stanowi zaporę dla prądu stałego, a przepuszcza prąd zmienny? 3. Czy istnieje zależność między częstotliwością fali dźwiękowej płynącej z głośnika radioaparatu a częstotliwością fali radiowej, która tę falę „przy­ niosła” ze stacji nadawczej? 4. Jaką wielkość fizyczną zmieniamy w radioodbior­ niku, gdy przechodzimy z odbioru jednej stacji nadawczej na drugą? 5. Dlaczego średnie lale radiowe odbiera się lepiej w nocy niż w dzień? 6. Czy lampa elektronowa jest niezbędnym składni­ kiem odbiornika radiowego? 7. Jak wyglądało pierwsze doświadczenie stwierdza­ jące rozchodzenie się fal radiowych w Kosmosie? 8. Czy to prawda, że udając się na wyprawę od­ krywczą na niewidoczną z Ziemi półkulę Księżyca nie będziemy brać ze sobą aparatów radiowych? 9. Co oznaczają duże wahania natężenia dźwięku w odbiorniku radiowym tak nastawionym, że sły­ szy się dwa programy jednocześnie? 10. Skąd pochodzą powolne (o okresie kilku- lub kilkunastosekundowym) wahania natężenia głosu odbieranej audycji radiowej (głównie na falach krótkich) i jak się im zapobiega?

. SZNUREK

Bardzo wiele układów mechanicznych znanych nam z życia codziennego bądź stosowanych w technice za­ wiera elementy przystosowane do przenoszenia sił roz­ ciągających. Elementami takimi są więc liny, sznury, cięgna, nitki itd. Przy przenoszeniu sił rozciągających zachowują się one znakomicie, jednak w przypadku sił ściskających czy skręcających są całkiem „bez­ radne”. Mając to na uwadze oraz wiedząc, że kierunek nitki wyznacza kierunek działającej w niej siły, Czy­ telnicy nie napotkają zapewne większych trudności przy odpowiedzi na 10 pytań dotyczących załączonych obrazków. A więc czy sznurek (względnie linka czy też cięgno) powinien być mocniejszy w miejscu ozna­ czonym literą a, czy też w miejscu oznaczonym literą b, aby nie pękł w działaniu pokazanym na odpowied­ nim rysunku?

4 — 500 z a g a d e k z f iz y k i

49

Żaden człowiek nie może wszystkiego wiedzieć, wszyst­ kiego znać. Nie sztuką więc byłoby dobrać 10 takich ilustracji, których Czytelnik nie mógłby rozpoznać. Lecz cóż by to była za zabawa? Pamiętając o tym, starałem się tak dobrać ilustracje do niniejszego rozdziałku, żeby Czytelnik zobaczył na nich przedmioty lub zjawiska zasadniczo znane, lecz może nie zawsze poddane szczegółowym oględzinom lub oglądane w in­ nej skali, czy też z innej perspektywy. Proponuję obejrzenie tych rysunków i odpowiedź na 10-krotnie powtórzone pytanie: Co to jest?

Koniecznym warunkiem skutecznego leczenia jest prawidłowa diagnoza, określenie rodzaju choroby. W tej dziedzinie fizyka i fizyczne aparaty oraz metody znajdują coraz większe zastosowanie. Nie jest to jed­ nak warunek jedyny. Po diagnozie nastąpić powinna terapia, leczenie. I w tej dziedzinie do pomocy le­ karza stanęła fizyka i technika, dając mu do rąk coraz więcej aparatów i narzędzi. Projektują je, wy­ konują i obsługują specjaliści pod nadzorem lekarzy. Nam, laikom, wystarczy tymczasem, jeśli będziemy wiedzieć, jak są wykorzystywane w terapii następu­ jące zjawiska fizyczne i na czym polega ich stoso­ wanie. 1. Promieniowanie rentgenowskie 2. Promieniowanie nadfioletowe 3. Promieniowanie cieplne 4. Prądy krótkofalowe (wielkiej częstotliwości) 5. Prądy długofalowe (średniej częstotliwości) 6. Ultradźwięki 7. Elektrowstrząsy 8. Strumień elektronów 9. Promieniowanie y 10. Igła z urządzeniem do przepuszczania przez nią słabych prądów elektrycznych

QUIZ FIZYCZNY

Dla odmiany i gwoli rozrywki proponuję Czytelniko­ wi rozwiązanie malutkiego ąuizu z dziedziny fizyki. Oto on: 1. Czy zjawisko burzliwego przepływu cieczy lub ga­ zu nazywa się: turbodmuchawą, turbiną, turbu­ lencją czy turbanem? 2. Czy nadmierny prąd elektryczny, niebezpieczny dla urządzenia, określamy terminem: natężenie, stę­ żenie, przetężenic czy tężenie? 3. Czy są przeciwstawieniami pojęcia: monochord i poligon, pozytyw i ńegaton? 4. Czy aparat do wyświetlania przeźroczy to: epi­ gramat, episkopat, episkop, epistoła czy epilepsja? 5. Czy są synonimami wyrażenia: „duch puszczy” i „widmo boru”? 6. Czy aparat do utrzymywania stałej temperatury nazywa się: termistorem, termoparą, termoskopem, termostatem czy termometrem? 7. Czy słowo „wykres” można zastąpić słowem: dia­ gram, diapazon, diapozytyw, diaskop? 8. Czy przeciwieństwem pojęcia „wektorowy” jest po­ jęcie: skalny, wyskalowany, skalisty czy skalarny? !). Łącząc początek słowa wybrany z lewej kolumny z końcem słowa z prawej, należy zbudować 6 słów oznaczających zjawiska fizyczne. samo elektry sub roz inter para

ferencja twarzanie indukcja magnetyzm limacja zacja

10. Czy linię łączącą punkty o jednakowej tempera­ turze nazywamy izochorą, izotermą, izolacją czy izobarą?

. PRZYSŁOWIA — MĄDROŚCIĄ NARODÓW

Jeśli rzeczywiście przysłowia -ą mądrością narodów, to przyznać trzeba, że nie z w~zc- najlepiej o niej świadczą. Są na przykład takie, LĆre zawierają treści wprost przeciwne sobie: choćby „Kto pierwszy, ten lepszy” oraz „Pierwsze koty za płoty”. Mając na uwa­ dze takie dwa przysłowia przy ocenie czegoś „pierw­ szego”, zawsze możemy powołać się na to odpowied­ nie i chwTalić jego mądrość. Wydaje się jednak, że by­ łaby ona bardzo pośledniego gatunku. Można by zebrać więcej par takich przeciwstawnych przysłów. Lecz obecnie proponuję inną zabawę: wy­ najdywanie w przysłowiach treści fizycznych. Dla przykładu przytaczam tu 10 przysłów i proponuję określić, jakie prawra fizyczne one ilustrują, względnie jakie treści fizyczne są ich tematem? 1. Jak Kuba Bogu, tak Bóg Kubie. 2. Niedaleko pada jabłko od jabłoni. 3. Nie uwierzysz, aż przymierzysz. 4. Na pochyłe drzewo wszystkie kozy skaczą. 5. Jeśli sędzia upadnie na kamień — biada sędziemu; jeśli kamień upadnie na sędziego — oj, biada sę­ dziemu. 6. Jeśli góra nic przyjdzie do Mahometa — Mahomet przyjdzie do góry. 7. Zegar stojący lepszy od spóźniającego się. 8. Na polu. na którym są pagórki, nie zwierzaj się z tajemnic. 9. Baba z wozu — koniom lżej. 10. Wiatr gasi świecę, lecz rozpala pożar.

ZMYSŁY WAŻNIEJSZE I MNIEJ WAŻNE

Czy są rzeczywiście zmysły ważniejsze i mniej ważne? Odpowiada nam na to pytanie codzienna praktyka. Zdarza się czasem, że wskutek wypadku czy choroby tracimy na jakiś czas możność korzystania z jednego ze zmysłów. A więc np. ktoś dostał zapalenia spojówek i musi szczelnie zasłonić oczy czarną przepaską. Jakże jest on wtedy bezradny. A ktoś inny wskutek kataru stracił chwilowo węch. No cóż? Czasem to nawet można by mu zazdrościć, jako że nie wszyscy jeszcze uznają ta­ kie wynalazki, jak mydło i ciepła woda. Dlaczego jed­ nak wzrok jest tak ważny dla nas, a węch mniej? Bo ogromną większość wrażeń, wiadomości o otocze­ niu otrzymujemy za pośrednictwem oczu. Gdyby zmysł powonienia mówił nam więcej o święcie niż zmysł wzroku, byłby bez wątpienia najważniejszy. Skoro zmysły są jedynym, koniecznym pośrednikiem pomiędzy otoczeniem a naszą świadomością, powin­ niśmy dobrze znać ich działanie. Dla sprawdzenia na­ szych wiadomości na ten temat spróbujmy odpowie­ dzieć na następujące pytania:1 1. Który zmysł u dziecka jest pod względem zakresu odbieranych wrażeń podobny do zmysłu psa? 2. Który zmysł u specjalnie uzdolnionych ludzi po­ zwala oceniać bezwzględne wartości odbieranego zjawiska w sposób dokładny, a u przeciętnych lu­ dzi tylko wartości względne i orientacyjne? 3. Jaki zmysł pomaga głuchoniemym w rozumie­ niu mowy? 4. Czy wrażenia większej lub mniejszej jasności oglą­ danych przedmiotów docierają do naszego mózgu za pośrednictwem tych samych receptorów co wra­ żenia barw? 5. Dzięki jakiemu zmysłowi nietoperze mogą omijać przeszkody podczas nocnego lotu? G. Czy stereofonia i stereoskopia są analogicznymi pojęciami akustyki i optyki? 7. Kiedy możemy wyraźnie poznać istnienie dwu osobnych zmysłów: dotyku i bólu? 8. Czy posiadamy zmysł prędkości? Jak ją poznaje­ my? 9. Jakie wynalazki pomagają przy wadach słuchu? 10. Czy istnieje absolutny zmysł temperatury?

4 i . NA WYCIECZCE Dlaczego wycieczka jest tak doskonałym wypoczyn­ kiem? Gdyż daje zupełną zmianę wrażeń, zajęć, pro­ blemów w stosunku do naszych spraw codziennych. Gdyby niniejsza książka była przeznaczona dla fizy­ ków, zastosowań tej nauki spotykanych na wycieczce nie śmiałbym poruszać. Oni właśnie powinni się przy takiej okazji oderwać od tych tematów. Zresztą fizy­ cy mają te sprawy, jak to się mówi, w małym palcu. Ale nam, którzy się codziennie fizyką nie zajmujemy, nie zaszkodzi tropienie jej praw i przy takiej okazji. 1. Jak łatwiej nurkować — z ustami zamkniętymi, czy też trzymając w ustach rurkę do oddychania po­ wietrzem atmosferycznym? 2. Czy bociany w poszukiwaniu cienia tak chętnie kryją się pod obłokami? 3. Dlaczego linki do naciągania płótna namiotów przymocowuje się do ich ścian za pomocą gumo­ wych łączników? 4. W jakim celu używa się namiotów z podwójnym dachem? 5. Czy wiatrówka całkowicie nieprzepuszczalna, np. z folii ze sztucznego tworzywa, byłaby ideałem wiatrówki? 6. Czy oddychanie na szczytach gór wymaga w sto­ sunku do oddychania w dolinach więcej czy mniej pracy? 7. Czy przez jednostajnie grząski teren łatwiej przejść pieszo, przejechać samochodem czy czołgiem? 8. Dlaczego niebezpieczne jest pozostawianie w lesie całych, a nawet potłuczonych bu­ telek? 9. Czy śnieżna po­ krywa oddziału­ je na grunt pod nią leżący ogrze­ waj ąco czy oziębiająco? 10. Dlaczego w nocy głos lepiej się roz­ chodzi niż w ciągu dnia?

. BO DLA NASZEJ KOMPANII SZTURMOWEJ...

Rozpatrując rozmaite dziedziny zastosowania fizyki nie sposób nie wspomnieć o wojskowości. Często by­ wało, że potrzeby militarne wpływały na przyspiesze­ nie badań fizycznych. Wielokrotnie wyniki badań fi­ zycznych znajdowały zastosowanie w budowie broni obronnych i zaczepnych. Trudno z tego powodu sta­ wiać zarzuty fizyce. Nonsensem byłoby zaniechanie badań fizycznych w obawie, by nie były użyte w woj­ nie. Innych trzeba szukać na to sposobów. Dopóki ich nie znamy, nie powinniśmy odwracać się od zagad­ nień wojskowych. Czy sprawy te są nam choć trochę znane, będziemy się mogli zorientować próbując odpowiedzieć na po­ niższe pytania. 1. Czym jest z punktu widzenia fizyki broń palna? 2. Wartość opałowa prochu strzelniczego jest 11 razy mniejsza od wartości opałowej benzyny. Dlaczego w artylerii nie zastępuje się prochu — benzyną? 3. Czy mogą być dwa położenia lufy armaty dla tra­ fienia w jednakowych warunkach w jeden punkt? 4. Jak po odgłosie lotu odróżnić bombę od pocisku artyleryjskiego? 5. Dlaczego „kłanianie się” kulom karabinowym po usłyszeniu ich świstu jest bezcelowe? 6. Do czego służą gwinty w lufie karabinu czy ar­ maty? 7. Co zastępuje gwinty lufy przy strzelaniu z moź­ dzierza? 8. Dlaczego twórcy dział dalekosiężnych i rakiet bo­ jowych muszą znać fizykę atmosfery Ziemi? 9. Co to jest oporopowrotnik i gdzie znalazł zastoso­ wanie? 10. Jaka jest zasada działania działa bezoarzutowego?

Podobno najlepszym sposobem zapamiętania jest pow­ tarzanie. Tak więc i my, przed rozpoczęciem lektury części historycznej niniejszej książeczki, aby utrwalić zdobyte wiadomości, zróbmy jeszcze malutki przegląd, biorąc „na ząb” po jednym pytaniu z rozmaitych, po­ ruszanych już dziedzin fizyki i jej zastosowań. 1. Włożyłem niesymetrycznie do wazonu piękne, du­ że irysy. Nalawszy wody, stwierdziłem, że wazon przecieka; ustawiłem go więc na talerzu. Naza­ jutrz zastałem wazon przewrócony i stłuczony. Co się z nim stało? 2. Czy zegarek na rękę idzie szybciej u stóp wiel­ kiej góry czy też na jej szczycie? 3. Czy szklanka gorącej herbaty wystygnie prędzej na powierzchni Ziemi, czy też na pokładzie sztucz­ nego satelity, jeśli jej temperatura i temperatura otoczenia oraz ciśnienie i wilgotność powietrza będą w obu wypadkach jednakowe? 4. Jak odróżnić autoportret wykonany w lustrze od portretu? 5. Najsłynniejszej powieści Stendhala nie należy czy­ tać w kolorowych okularach. O jaki kolor szkieł w szczególności chodzi? 6. W każdym nowoczesnym mieszkaniu znajduje się magnes naturalny. Gdzie go szukać? 7. Dlaczego samochody-cysterny zaopatrujemy w łań­ cuszek wlokący się po jezdni? 8. Jakie zmiany w strukturze wewnętrznej ciała ma­ ją miejsce przy przemianie alotropowej, reakcji chemicznej i reakcji jądrowej? 9. Czy można umieścić na orbicie satelitę dobowego (nieruchomego względem powierzchni Ziemi) nad Warszawą, nad Rzymem, nad miastem Quito w Ekwadorze? 10. Co dało astronomom zastosowanie mechanizmu zegarowego, kompensującego obrót Ziemi (utrzy­ mującego mimo obrotu Ziemi teleskop wymierzony przez długi nawet czas w jeden punkt nieba)?* * P o w ta rz a n ie je s t m a tk ą n a u c z a n ia .

Al CZY STEFAN BATORY UMIAŁ PROWADZIĆ H4. MOTOCYKL?

Dzieje ludzkości stanowią wielką całość. Jest to jed­ nak całość tak skomplikowana, bogata w fakty i pro­ blemy, że dla pobieżnego nawet zapoznania się z nią dzielimy sobie to zadanie na części: osobno zaznaja­ miamy się z dziejami ustrojów, osobno z rozwojem nauki, sztuki, techniki itd. Ta metoda rzeczywiście ułatwia naukę, ale też kryje niebezpieczeństwo szu­ fladkowania wiedzy. Dziś nawet w zakresie szkoły średniej staramy się o zachowanie pojęcia o całości historii ludzkiej, uwzględniającej wszystkie dziedziny działalności człowieka. Czy rzeczywiście jednak orien­ tujemy się, jak wyglądał np. rozwój fizyki na tle dzie­ jów politycznych, przekona nas następujący test: do­ bierzmy fakty równoczesne lub bliskie sobie czasowo z podanych niżej zestawień. D z ie je p o lity c z n e

D z ie je f iz y k i ( u ło ż o n e c h r o n o lo g ic z n ie )

1. Bitwa pod Kirchholmem 2. Wyprawa Napo­ leona do Egiptu 3. Upadek powsta­ nia listopadowego 4. Bitwa nad Wołgą (II wojna świato­ wa) 5. Powstanie stycz­ niowe 6. Bitwa nad Sommą 7. Wojna burska 8. Początek „poto­ pu” szwedzkiego w Polsce 9. Wojna hiszpań­ sko - amerykań­ ska; Kuba i Fili­ piny zagarnięte przez USA 10. Wiosna ludów

A. Skonstruowanie pier­

wszej lunety astro­ nomicznej B. Pierwsze sformuło­ wanie zasady, że cia­ ło, na które nie działa żadna siła, pozostaje w spoczynku lub w ruchu prostolinio­ wym, jednostajnym C. Wynalezienie ogniwa elektrycznego D. Odkrycie ruchów Browna E. Przyjęcie zasady za­ chowania energii F . Pierwsza teoria pola elektrycznego G. Odkrycie pierwszych pierwiastków promie­ niotwórczych H. Ogłoszenie teorii kwantów I. Ogłoszenie ogólnej teorii względności J. Budowa pierwszego reaktora jądrowego

I[C NAJSŁAWNIEJSZE DOŚWIADCZENIA Hu. w DZIEJACH FIZYKI

Każdy z nas uczy się na doświadczeniach codziennie, od pierwszej godziny swego życia. Doświadczenie gra w naszym przystosowaniu się do życia, w naszym kształceniu rolę pierwszorzędną i niczym nie zastą­ pioną. Każdy przeprowadza je dla siebie, niezależnie od doświadczeń innych; mają one znaczenie wyłącznie dla tego człowieka, który ich dokonuje. Lecz są i taicie, które uczą nie tylko odkrywcę, ale i wielu innych lu­ dzi. Do tej kategorii można by zaliczyć epokowe do­ świadczenia fizyczne ■ — te, które stanowiły zwrot w rozwoju tej nauki, rozpoczęty nowy jej etap. Oto treść dziesięciu takich doświadczeń. Należy określić, kto je przeprowadził i ustawić w kolejności chronolo­ gicznej. 1. Pierwsza sztuczna iskra elektryczna 2. Bombardowanie glinu cząstkami a (pozwalające wykryć sztuczną promieniotwórczość) 3. Rozszczepienie białego światła 4. Odkrycie indukcji elektromagnetycznej 5. Odkrycie rozproszenia promieni rentgenowskich przy zderzeniu z elektronami 6. Zbadanie ruchu ciał spadających w powietrzu 7. Odkrycie interferencji światła 8. Odkrycie elektrycznej natury piorunu 9. Odkrycie fal elektromagnetycznych 10. Pomiar mechanicznego równoważnika ciepła

46. CO BYŁO WCZEŚNIEJ? Wynalazek rodzi się w określonym momencie, prze­ żywa okresy świetności, wreszcie kiedyś następuje jego zmierzch. Nie jest to oczywiście reguła bez wy­ jątku; jeden z najstarszych wynalazków — koło — wcale nie zamierza schodzić z areny dziejowej i może dopiero nowego typu pojazdy — poduszkowce — uno­ szące się na zasadzie poduszki powietrznej, wyelimi­ nują kolo z komunikacji. Jedno nie ulega wątpliwości: wynalazek żyje dopóty, dopóki nie pojawi się nowy, lepszy pomysł — rewolucjonizujący daną dziedzinę techniki czy życia. Mimo że treść wynalazku czy od­ krycia nie zawsze daje wskazówkę co do czasu, w ja­ kim zostały one dokonane, nie będzie chyba trudno określić, który z dwóch wynalazków lub odkryć wy­ mienionych w podanych niżej dziesięciu parach jest starszy. W części pytań chodzi nic o datę odkrycia, lecz pierwsze jego zastosowanie na danym obszarze.

1. Nóż czy widelec? 2. Zegar słoneczny czy zegar wodny (klepsydra)? 3. Okulary ze szkłami optycznymi szlifowanymi czy zegarek sprężynowy? 4. Śruba czy napęd na zasadzie odrzutu? 5. Początek wydobycia węgla kamiennego w Europie czy początek wytapiania żelaza z rud — w tej czę­ ści świata? 6. Pierwszy wielki piec na Śląsku czy pierwsza ko­ palnia węgla kamiennego na tym obszarze? 7. Pierwsza linia kolejowa w Polsce czy pierwsze w kraju lampy naftowe? 8. Pierwsza lampa elektronowa — trioda czy pierw­ szy motocykl? 9. Pierwszy pokaz telewizyjny czy pierwsza taśma magnetyczna? 10. Samolot odrzutowy czy radiolokator?

Wyroki śmierci mogą dotyczyć nie tylko istot żywych. W znaczeniu przenośnym można o nich mówić rów­ nież w odniesieniu do pewnych zwyczajów, wynalaz­ ków czy zawodów. W tym znaczeniu przyszły wyna­ lazca sztucznego mleka wyda wyrok śmierci na krowę, a wynalazcy taniej metody syntezy cukru z węgla i wody — na trzcinę cukrową i buraki cukrowe. Po rozpowszechnieniu takich wynalazków ich ofiary po­ śród zwierząt czy roślin hodowlanych mogą dostać się pod opiekę Ligi Ochrony Przyrody, aby nie wy­ ginęły zupełnie. Niektóre wynalazki mogą też powo­ dować „śmierć” innych, starszych wynalazków, któ­ rych rolę przejmują na siebie. Spróbujmy określić, kto i kiedy wydał, w objaśnio­ nym wyżej znaczeniu, wyrok śmierci na: 1. konia

G. nit

2. cep

7. ręczną centralę telefoniczną

3. świecę

8. kosę i sierp

4. zegar piaskowy

9. luk

5. parowóz

10. żaglowiec

PRZYCZYNY I SKUTKI

Jeśli zastanowić się nad historią odkryć i wynalaz­ ków, można stwierdzić, że tylko część z nich powstała w wyniku świadomych poszukiwań. Bardzo często wielkie wynalazki powstawały przypadkiem, przy okazji zupełnie innych badań. Niech tu przykładem będzie Galvani i jego anatomiczne prace nad żabami, które ujawniły powstawanie prądu elektrycznego w układach złożonych z metali i roztworów soli. Opar­ ty na tym odkryciu wynalazek ogniwa elektrycznego to już wynik świadomych poszukiwań. Z wymienio­ nych niżej dziesięciu odkryć i tyluż wynalazków trze­ ba dobrać takie pary, w których odkrycie byłoby przy­ czyną, a wynalazek skutkiem. 1. Luminescencja

A. Aparat foto­ graficzny

2. Łuk elektryczny

B. Radiolokator

3. Indukcja clcktroma gnetyczna

C. Łożysko kowe

4. Zjawisko tryczne

D. Adapter

fotoelek-

kul­

5. Rozszczepienie jądra atomu

E. Termopara

6. Camera obscura

F. Elektrownia jądrowa

7. Zjawisko piezoelek­ tryczne

G. Światłomierz

8. Zjawisko termoelek­ tryczne

H. Świetlówka

9. Odbicie bardzo krót­ kich fal radiowych

I. Prądnica

10. Stwierdzenie, że tarcie toczne jest mniej­ sze niż ślizgowe

J. Spawarka

I I KOŃ SIĘ POTKNIE...

Gdy uczeń pomyli się w odpowiedzi przy tablicy, jest to przykrość dla niego, dla rodziców, dla nauczyciela (wbrew temu, co sądzą uczniowie), rzadziej dla kole­ gów. I tu zamyka się krąg zainteresowanych. Gdy jednak pomyłka zdarzy się w pracy wielkiemu fizy­ kowi, a nikt jej zaraz nie wykryje, kładzie się ona cieniem na dalszy rozwój nauki. Są to w dziejach fi­ zyki wypadki rzadkie. Częściej zdarza się, że poglądy fizyków zostają w toku dalszego rozwoju nauki po­ niechane, choć na swój czas, na stan wiedzy, na do­ kładność pomiarów, jaką można było zostosować ów­ cześnie, stanowiły postęp, posuwały naprzód rozwój nauki. Dopiero budowa lepszych przyrządów, pozna­ nie nowych zjawisk fizycznych sprawiają, że stare po­ glądy należy zastąpić nowymi. Oto przykłady różnych poniechanych poglądów dotyczących spraw fizyki. Określmy, kto je głosił, a kto obalił bądź zmodyfi­ kował. 1. Prędkość spadania ciał zależy od ich ciężaru. 2. Ziemia stanowi centrum ruchów wszystkich ciał niebieskich, jest środkiem świata. 3. Światło polega na ruchu drobin. 4. Czas biegnie zawsze i wszędzie równo, niezależnie od wszystkiego. 5. Elektryczność jest zjawiskiem związanym ściśle z mięśniami zwierząt. 6. Atom jest niepodzielny, niezniszczalny i niezmien­ ny. 7. Energia układu zamkniętego jest stała. 8. Masa zawarta w układzie zamkniętym nie może ulec zmianie pod wpływem żadnej reakcji. 9. Nie można zbudować maszyny cięższej od powie­ trza, która by uniosła się w górę. 10. Frędkość (w) obserwatora względem układu spo­ czywającego jest sumą prędkości samego obser­ watora (u) oraz prędkości (v) układu obserwatora względem układu spoczywającego, tzn. to = u +u.

CO O FIZYKACH I MATEMATYKACH UU. w JEDNEJ OSOBIE

Fizyka zajmuje się opisem zjawisk, lecz na opisie nie poprzestaje. Następną czynnością badaczy jest okreś­ lenie wielkości fizycznych, wynalezienie sposobu ich mierzenia i ustalenie niezbędnych do tego jednostek. Wtedy można już wyniki pomiarów wyrażać za po­ mocą liczb i dojść do sformułowania prawa fizyczne­ go, określającego matematyczne zależności między różnymi wielkościami fizycznymi, występującymi w zjawisku. Prawa te pozwalają następnie przewidy­ wać przebieg zjawisk i w ten sposób stworzyć pod­ stawy do ich wykorzystania. Nie sposób więc nie do­ strzec ogromnej roli matematyki w konstrukcji praw fizycznych. Fizyk musi być jednocześnie matematy­ kiem. Świadczy o tym zarówno wygląd współczesnego podręcznika fizyki, zwłaszcza teoretycznej, jak i ży­ ciorysy fizyków-matematyków w jednej osobie. Spró­ bujmy określić, jacy to uczeni — jednocześnie fizycy i matematycy — są autorami poniższych prac. Należy odgadnąć dziesięć nazwisk, łącząc je z przytoczonymi niżej tematami prac fizycznych i matematycznych. Fizyczne

M a te m a ty c z n e

1. Pojęcie siły ży­ wej — energii ki­ netycznej

A. Pojęcie granicy w ma­ tematyce

2. Spadanie ciał, lu­ neta

B. Opis geometryczny liczb zespolonych, wskazanie możliwości istnienia ge­ ometrii nieeuklideso­ wych

3. Teoria pola elektrom agnety cznego

C. Rachunek prawdopodo­ bieństwa, teoria liczb

4. Wielkość wyporu ciał zanurzonych w cieczy

D. Współczesny rachunek prawdopodobieństwa, teoria gier losowych

5. Rozkład w cieczy

ciśnień

E. Udział w stworzeniu ra­ chunku różniczkowego i całkowego, ogólny wzór na potęgę dwu­ mianu

5 — 500 z a g a d e k z f iz y k i

05

6. Napięcie powierz­ chniowe

F. Równania cząstkowe

7. Dynamika punk­ tu materialnego i ciał sztywnych

G. Pierwsze matematyczne ujęcie zależności fizycz­ nych, równania ruchu

8. Zasady dynamiki, teleskop zwierciadlany

H. Wyznaczenie liczby jt (przybliżone), linia spi­ ralna

9. Bezwzględny układ jednostek fi­ zycznych, pierw­ szy magnetometr, pojęcie poten­ cjału

I. Ogłoszenie rachunku różniczkowego i całko­ wego, wprowadzenie oznaczcń dx, dy

10. Metoda kinetostatyczna dla za­ dań z dynamiki, teoria drgającej struny

J. Analiza matematyczna, równania sześcienne i dwukwadratowe

różniczkowe

.

DZIESIĘĆ PYTAŃ, A ZASADA JEDNA...

We wszystkich pytaniach chodzi oczywiście o zasadę dźwigni. Jak wiadomo, konstrukcja dźwigni opiera się na fakcie, iż za pomocą tej maszyny prostej możemy uzyskać siłę, której wielkość zależy nie tylko od wiel­ kości siły przyłożonej do drugiego końca, lecz także od stosunku ramion obu sił — przyłożonej i otrzyma­ nej. Iloczyn siły i ramienia nazywamy momentem siły. 1. Szczęka jest dźwignią jednostronną (siły dzia­ łają po tej samej stronie osi obrotu), oś obrotu której przechodzi przez staw żuchwowy. Aby uzyskać dużą siłę nacisku na gryziony przedmiot (przy stałym mo­ mencie siły przyłożonej), należy skrócić ramię siły otrzymanej, a więc umieścić przedmiot jak najbliżej stawu żuchwowego, między zębami trzonowymi. 2. Dziadek do orzechów utworzony jest z dwu dźwigni jednostronnych. Sytuacja jest więc analogicz­ na jak w przypadku szczęki. Siła wywierana na orzech będzie i tutaj tym większa, im bliżej znajdzie się on od osi obrotu. 3. Archimedes myślał oczywiście o zasadzie dźwi­ gni. Starożytni znali już tę zasadę i wiedzieli, że zwiększając ramię siły przyłożonej zwiększa się war­ tość siły otrzymanej. Teoretycznie możliwe jest pod­ niesienie za pomocą dźwigni nawet kuli ziemskiej, sprawa rozbija się tylko o brak osi obrotu (punktu podparcia). Gdyby Ziemia spoczywała na trwałej podstawie, Archimedes istotnie mógłby ją (przynaj­ mniej teoretycznie) podnieść. 4. W pompach studziennych stosujemy bądź dźwi­ gnię jednostronną, bądź dwustronną (siły działają po przeciwnych stronach osi obrotu). Ramię, do którego przykładamy siłę, jest w nich dłuższe niż ramię zwią­ zane z tłokiem pompy (ramię siły otrzymanej). Aby więc przy stałej sile przyłożonej uzyskać jak najwięk­ szy moment, a więc i siłę otrzymaną, należy rączki pompy chwytać możliwie najdalej od osi obrotu. 5. Między klawiszem a czcionką w maszynie do pisania znajdują się dwie zgięte dźwignie dwustronne, połączone ze sobą cięgnem. Dźwignia, na której znaj­

duje się czcionka, charakteryzuje się różną długością ramion — ramię z czcionką jest kilkanaście razy dłuż­ sze niż ramię drugie, na które działa siła palców (za pośrednictwem cięgna). Niewielki ruch krótkiego ra­ mienia powoduje więc znaczny i przez to szybki ruch ramienia długiego. 6. Podwozie autobusu i oś (przednią lub tylną) możemy traktować jako swego rodzaju dźwignię dwu­ stronną. Wprawiwszy w ruch jedno jej ramię (ma to miejsce w chwili najechania na kamień), powodujemy też ruch drugiego ramienia, i to tym większy, im ramię to jest dłuższe. Pasażer, który nie chce być narażony na wstrząsy, winien zatem siadać możliwie blisko osi autobusu, które są osiami obrotu dźwigni, nie zaś z tyłu. (Na ogół autobusy nie posiadają siedzeń przed osią przednią.) Najlepsze są przeto miejsca w środku, między osiami kół przednich i tylnych.

/U /T O & U S

NA (.p ip K l U p o w ie KICH W

jtH P M A T Auroet/st/ 2 K AM icyiiM Pop n u / m

KCttM

SCHEMAT AI/TOHI/SU Z KAMIEŃHM BOD PfZEPN /M KOi IM

7. Zaostrzony drąg stalowy należy podłożyć pod koło wagonu tak, jak to wskazano na rysunku. Drąg ten jest dźwignią dwustronną o jednym ramieniu wie­ lokrotnie krótszym od drugiego. Siła kilkunastu kG przyłożona do dłuższego ramienia daje dzięki temu siłę kilku ton na końcu ramienia krótkiego. Pozioma składowa tej siły wystarcza do ruszenia wagonu

z miejsca. Składowa pionowa siły działania drąga na koło zmniejsza nacisk tego ostatniego na szynę, a więc i tarcie.

8. Im większy i cięższy samochód, tym większego momentu siły wymaga skręcenie jego kierownicy, pro­ wadzące do zmiany ustawienia osi przednich kół. Mo­ ment ten możemy zwiększyć, zwiększając ramię siły, a więc promień kierownicy. Inny sposób polega na odpowiednim doborze przekładni zębatej, która spo­ woduje, iż skręcenie osi kół o pewien kąt będzie wy­ magało mniejszej siły, lecz większego kąta obrotu kierownicy. 9. Żuraw studzienny jest dźwignią dwustronną. Na jednym jego ramieniu znajduje się obciążnik. Kie­ dy wprowadzamy wiadro do studni, obciążnik unosi się do góry, nabywając energii potencjalnej. Wycią­ ganie wiadra z wodą odbywa się już tylko kosztem tej właśnie zmagazynowanej energii; obciążnik opada ku dołowi, a drugi koniec dźwigni z wiadrem unosi się ku górze. 10. Wskazówki przyrządów precyzyjnych (galwanometr, miliwoltomierz) są najczęściej dźwigniami dwustronnymi. Dzięki dużemu stosunkowi ramion za­ mieniają one drobne przesunięcia swych krótszych ra­ mion na większe i łatwiejsze do odczytania przesu­ nięcia ich końców dłuższych.

I . KUZYNI

1. Jak łatwo się domyślić, wszystkie pytania doty­ czą zjawiska rozszerzalności cieplnej. Stukot kół po­ ciągu jest wynikiem zostawiania odstępów między sąsiadującymi ze sobą szynami. Umożliwiają one szynom rozszerzanie się przy wzroście temperatury. Latem odstępy te są małe, a więc stukot mniej do­ nośny, zimą — odwrotnie.

2. Łożyska kulkowe powinny być silnie zaciśnięte na swych wałkach. Pierścień wewnętrzny łożyska, po którym toczą się kulki, powinien być nieruchomy względem wałka, na którym osadza się łożysko. Aby to uzyskać, grzeje się łożysko we wrzącym oleju i do­ piero potem lekko nasuwa na wałek. Po ostygnięciu łożyska pierścień wewnętrzny zaciska się na wałku. Oleju używa się dlatego, że temperatura jego wrzenia jest wyższa niż wody, poza tym olej nie wywołuje korozji stali. 3. Balon ten napełniony był rozgrzanym powie­ trzem. Przy ogrzewaniu powietrze się rozszerzyło, a jego nadmiar uszedł przez dolny otwór balonu. Po­ wietrze w balonie było więc lżejsze niż powietrze zewnętrzne. W myśl prawa Archimedesa, zastosowa­ nego do gazów, powstał wypór, który spowodował wznoszenie się balonu w górę.4 4. Wskutek wahań ilości ciepła otrzymywanego od Słońca (różne szerokości geograficzne, różne pory dnia, różnice w ogrzewaniu się wody i lądu, rozmaity stan zachmurzenia) tworzą się różnice temperatur powietrza w różnych miejscach atmosfery ziemskiej, rozciągającej się ponad lądami i morzami. Różnice te wywołują różnice ciśnień powietrza, co z kolei pro­ wadzi do powstawania wiatrów.

5. Termometr jest naczyniem, którego ścianki rów­ nież rozszerzają się przy ogrzaniu. Po zanurzeniu go w gorącym płynie następuje więc najpierw wzrost objętości bańki szklanej, w której znajduje się rtęć. Wzrost ten powoduje chwilowe opadnięcie słupka rtęci. Trwa to jednak bardzo krótko, gdyż ogrzewa­ jąca się rtęć zaczyna szybko zwiększać swą objętość i słupek podnosi się na tle skali. 6. Długość przewodów sieci trakcyjnej, podobnie jak długość szyn, zmienia się wraz z temperaturą. Chcąc przewodom zapewnić jednakowy naciąg w każ­ dej temperaturze, najlepiej umocować na ich końcach obciążniki i przewiesić je przez bloczki. 7. Każdy budynek również zmienia swe wymiary pod wpływem zmian temperatury. Dlatego też dłuższe domy dzieli się na około 50-metrowe odcinki o kon­ strukcji zupełnie niezależnej od sąsiednich części bu­ dynku. Dzięki temu zmiany bezwzględne wymiarów budynku przy wahaniach temperatury utrzymują się w tak niewielkich granicach, że nie grożą całości konstrukcji i bezpieczeństwu użytkowników. Odstępy między poszczególnymi segmentami budynków nazywa się dylatacjami. 8. Po rozpaleniu ognia w palenisku komin napełnia się gorącymi spalinami. Jako gorące, są one lżejsze od otaczającego zimnego powietrza i dzięki temu ula­ tują przez komin do góry, zasysając z paleniska nowe ilości spalin i do paleniska nowe ilości powietrza niezbędnego do spalania. Zjawisko to nazywa się po­ pularnie ciągiem w kominie. PU

9. Łożysko mostu ma zabezpieczać konstrukcję przęsła przed powstaniem sił poziomych w przypadku wahań temperatury oto­ czenia i towarzyszących im zmian długości przęsła. Ło­ żysko pozwala na swobod­ ne wydłużanie się i kur­ czenie przęsła mostu. 10. stawie

Lód formuje się na zwykle już przy

O mostu

małym mrozie. Przymarża on do brzegów i tworzy jednolitą taflę na całej powierzchni stawu. Wskutek dalszego obniżania się temperatury pokrywa lodowa ulega skurczeniu i zaczyna działać na brzegi, ściągając je ku sobie. One ze swej strony rozciągają pokrywę lodową tym mocniej, im jest zimniej. Przy dużym mrozie siły rozciągające przewyższają wytrzymałość lodu i pokrywa z hukiem pęka.

3. CO TO ZA LINIA? 1. W krzywej z rys. 1 poznajemy kształt toru za­ kreślonego np. przez komara, który siadł na obrzeżu kola toczącego się po prostoliniowej szynie. Należy pamiętać, że kola kolejowe mają obrzeża, dzięki któ­ rym wagony kolejowe nie spadają z szyn. Komar sie­ dzący na tym obrzeżu będzie zataczał krzywą zwaną cykloidą. Linia prosta na rys. 1 oznacza poziom główki szyny. 2. Wykres przedstawia tzw. pętlę histerezy ma­ gnetycznej. Wykonano go w układzie: natężenie pola magnetycznego (w erstedach) — indukcja magnetycz­ na (w gaussach). Gdy sztabkę stalową poddajemy działaniu pola magnetycznego o wzrastającym natę­ żeniu, wzbudzamy w niej indukcję magnetyczną przed­ stawioną na rys. 2 za pomocą krzywej O A. Gdy następnie zmniejszamy natężenie pola magnetycznego, indukcja maleje, ale nie według krzywej AO, lecz AB. Gdy następnie wzrasta natężenie pola magnetycz­ nego o kierunku przeciwnym, indukcja najpierw maleje do zera, a następnie zmienia znak i rośnie wzdłuż krzywej BC. Przy powrocie pola magnetycz­ nego do wartości poprzedniej, indukcja zmieniać się będzie wzdłuż krzywej CDA. To zjawisko odmien­ nego przebiegu krzywej indukcji przy wzroście i przy zaniku pola magnetycznego nazywamy histerezą.3 3. Rysunek przedstawia tzw. krzywą Gaussa. Gdybyśmy oddali 100 strzałów z armaty nastawionej na jeden cel, zmierzyli długości zasięgu tych strzałów

i skonstruowali wykres liczby strzałów w zależności od ich zasięgów, otrzymalibyśmy linię o kształcie podobnym do przedstawionej na rys. 3. Pomimo za­ chowania najdalej idącej dokładności zawsze niektó­ re kule polecą nieco dalej, inne bliżej. Krzywa Gaussa pomaga fizykowi w szacowaniu możliwego błędu po­ miarów. 4. Rysunek przedstawia tor np. owada poruszają­ cego się wzdłuż promienia obracającej się tarczy gramofonowej. Powstaje on z nałożenia się dwóch ruchów — ruchu po kole i ruchu postępowego. Spirale takie zakreślają też elektrony w specjalnym urządze­ niu, zwanym komorą Wilsona, pod warunkiem, iż komora znajduje się w odpowiednio zorientowanym, stałym polu magnetycznym. 5. Dwie krzywe na rys. 5, jak można się domyślić z oznaczeń, przedstawiają zmiany napięcia (V) i na­ tężenia (I) prądu elektrycznego w czasie i dotyczą prą­ du zmiennego. Przesunięcie jednej z tych krzywych względem drugiej wskazuje na pracę, jaką wykonuje prąd zmienny. 6. Krzywa ha rys. 6 dotyczy całkiem innej dzie­ dziny fizyki. Jest to wykres zależności wydłużenia od siły rozciągającej dla próbki ze stali. Wykres taki otrzymuje się na maszynie zwanej zrywarką, która jest podstawowym wyposażeniem laboratorium ba­ dania wytrzymałości metali. Z wykresu wynika, że początkowo wydłużenie Al jest proporcjonalne do siły rozciągającej P, zgodnie z prawem Hooke’a. W pewnym momencie jednak zaczyna ono wzrastać szybciej; granica proporcjonalności została przekro­ czona. Dalej krzywa załamuje się, waha, następuje coraz większe odkształcenie plastyczne, siła zaczyna maleć przy szybko wzrastającym wydłużeniu i — koniec wykresu. Próbka pęka. 7. Na rys. 7 widzimy jedną z tzw. krzywych Lissajous. Są to krzywe powstałe z sumowania dwóch ruchów harmonicznych o kierunkach drgań prosto­ padłych do siebie. Pokazana na rysunku krzywa pow­ stała ze złożenia drgań o jednakowych amplitudach i stosunku częstotliwości równym 3 : 4, przy jedno­ czesnym rozpoczęciu obu ruchów z położenia środko­ wego. Ruch po krzywych Lissajous najłatwiej poka­ zać, zawieszając ciężarek na nitce i przywiązując tę nitkę do dwu nitek jednakowej długości, zawieszo­

nych w pewnej od siebie odległości. Różne długości obu zawieszeń i różne wychylenia początkowe cię­ żarka pozwolą zademonstrować całą rodzinę krzy­ wych Lissajous.

8. To już nie krzywa, a cała ich rodzina (rys. 8). Poznajemy w niej linie sił pola elektrostatycznego, wytworzonego przez różnoimienne ładunki elektrycz­ ne, lub linie sił pola magnetycznego pomiędzy przeciw­ nymi biegunami magnetycznymi. Styczne do linii sił pola elektrostatycznego określają kierunki działania siły na ładunek elektryczny umieszczony w pewnym punkcie pola. Pole magnetyczne określa działanie sił magnetycznych. Styczne do linii sił pola wskazują kie­ runek działania sił w każdym miejscu, a ich zagęszcze­ nie — natężenie pola w danym punkcie. 9. Rys. 9 przedstawia wykres zmian ciśnienia (p) w zależności od zmian objętości (u) cylindra, zwany cyklem Otto. Cykl ten stosowany jest w niskoprężnych silnikach o zapłonie iskrowym (benzynowych), pracu­ jących systemem czterosuwowym. Napełnianie cy­ lindra odbywa się przez zassanie mieszanki (1—2). Następny suw to sprężanie (2—3). Pod koniec suwu następuje zapłon mieszanki za pomocą iskry elek­ trycznej i nagły wzrost ciśnienia (3—4). Teraz nastę­ puje suw roboczy, zwany też suwem rozprężania, kiedy to silnik odcjaje pracę na zewnątrz (4—5). Pod koniec tego suwu otwiera się zawór wylotowy i ciśnienie spada (5—6). Wreszcie suw czwarty, suw wydechu powoduje usuwanie przez tłok spalin z cy­ lindra (6—7). Wykres taki wykonuje się za pomocą aparatu zwanego indykatorem i dlatego nazywa się też wykresem indykatora. 10. W kształcie krzywych na rys. 10 rozpoznajemy cykl Carnota wyznaczony przez dwie izotermy (1—2

i 3—4) oraz dwie adiabaty (2—3 i 4—1). Nie jest to jednak zwykle spotykany cykl Carnota dla silnika cieplnego, lecz dla lodówki. Wskazuje na to kierunek strzałek na krzywych. Cykl odwrotny Carnota znaj­ duje zastosowanie w wielkich chłodnicach, a także w sprężarkowych lodówkach domowych. Urządzenia te „przepompowują” ciepło z ciał o niższej tempera­ turze (wnętrze) do ciał o temperaturze wyższej (oto­ czenie lodówki). Lodówka nie wytwarza więc „zimna”, lecz kosztem energii zewnętrznej zabiera ciepło w jednym miejscu, a oddaje w drugim.

4. STAŁE, CIEKŁE, LOTNE 1. Oczywiście kształt naczynia przybierają wszyst­ kie ciecze. Trzeba jednak pamiętać, że to samo można również powiedzieć o gazach. 2. Ta właściwość dotyczy już tylko gazów. Ciecz posiada w normalnych warunkach powierzchnię swo­ bodną i nie wypełnia całego naczynia. Intensywny ruch cząsteczek w gazie sprawia, że gaz wypełnia całą objętość naczyń. 3. Przechłodzenie jest zjawiskiem występującym czasem przy skraplaniu i krzepnięciu. W pewnych warunkach samo obniżenie temperatury poniżej tem­ peratury skraplania (krzepnięcia) nie wystarcza do wytworzenia się kropli cieczy (kryształów ciała sta­ łego). Jeśli jednak do takiego ośrodka wprowadzić za­ nieczyszczenia, np. pył, lub wywołać wstrząs, wtedy w przechłodzonym gazie tworzą się natychmiast kro­ ple cieczy, a w przechlodzonej cieczy — kryształki ciała stałego. Jednocześnie temperatura szybko wzra­ sta do właściwej temperatury skraplania, czy też krzepnięcia. Ciała stałe nie mogą ulec przecliłodzeniu, chyba żebyśmy pojęcie przechlodzenia zastosowali też do alotropowych przemian w stanie stałym, np. przemiana żelaza y w żelazo a.4 4. Ciała gazowe rozszerzają się najbardziej pod wpływem ciepła, inaczej mówiąc mają one największy

współczynnik rozszerzalności objętościowej w porów­ naniu z cieczami i ciałami stałymi. 5. Ciała stałe rozszerzają się najmniej pod wpły­ wem ciepła, mają najmniejszy współczynnik rozsze­ rzalności objętościowej w stosunku do cieczy i ga­ zów. Ciecze zajmują miejsce pośrednie pomiędzy ciałami stałymi i gazami. (Liniowego współczynnika rozszerzalności nie można porównywać, gdyż ma on sens tylko w przypadku ciał stałych.) 6„ Ruchy cząsteczek w gazach, cieczach i ciałach stałych można by porównać do zachowania się groma­ dy dzieci w szkole. I tak, stan gazowy ilustrują bezła­ dne biegi chłopców po boisku szkolnym w czasie pauzy; ciecz przypominałaby widok szatni w chwilę po zakończeniu ostatniej lekcji. Panuje tu ogromny tłok, nie ma mowy o biegu, każdy przeciska się wśród tłumu w innym kierunku. Krystaliczną budowę ciała stałego oddaje lekcja gimnastyki, ćwiczenia w zwar­ tej kolumnie. Każdy stoi na swoim miejscu, określo­ nym przez położenie sąsiadów, i wykonuje ruchy nie opuszczając swego miejsca w kolumnie. Porównanie to pozwala zi-ozumieć, dlaczego zderzenia cząsteczek zachodzić mogą tylko w gazach, a w cieczach i kry­ ształach nie mogą mieć miejsca (skoro zderzeniem na­ zwiemy zetknięcie się dwu rozpędzonych, biegnących w przeciwnych kierunkach cząsteczek). 7. Dyfuzja stanowi samorzutne rozprzestrzenianie się cząsteczek substancji poza pierwotnie zajmowaną część przestrzeni. W gazach zjawisko to występuje najintensywniej. Gaz rozchodzi się bardzo szybko po całej objętości naczynia, w którym się znalazł, i po niewielkim czasie ciśnienie jego wyrównuje się w ca­ łej zajmowanej przestrzeni. Dyfuzja w cieczach od­ bywa się znacznie wolniej. Co najdziwniejsze, i w cia­ łach stałych można obserwować dyfuzję, lecz przy tak zwanych normalnych temperaturach odbywa się ona w sposób nadzwyczaj powolny. 8. Jak wynika z wyjaśnienia pytania 6, przestrzen­ na sieć krystaliczna jest charakterystyczną cechą stanu stałego. Stąd i nieregularności tej sieci, rze­ czywiście wpływające na własności kryształów, doty­ czyć mogą tylko ciał stałych. 9. Jak wiemy z wyjaśnienia pytania 6, poszczególne atomy w kryształach są prawie nieruchome, drgają

tylko wokół położeń równowagi. Ich odległości zmie­ niają się bardzo nieznacznie. W cieczach odległości między sąsiednimi cząsteczkami także zmieniają się stosunkowo nieznacznie, lecz poszczególne cząsteczki ciągle zmieniają swe położenie. A więc odległość mię­ dzy dwiema konkretnymi cząsteczkami jest ograniczo­ na tylko przez wymiary naczynia. W gazach, jak już wiemy, panuje bezładny ruch cząsteczek. A zatem mowa tu może być zarówno o cieczach, jak i o gazach. 10. Owszem, tak. Mogą np. istnieć obok siebie w równowadze trzy stany skupienia wody, lecz tylko w pewnych ściśle określonych warunkach ciśnienia i temperatury, a mianowicie przy ciśnieniu 4,58 mm słupa rtęci (około 1/166 atmosfery) i w temperaturze 0,0099 °C. Stan ten nazywa się punktem potrójnym dla wody.

5. WYCIECZKA DO KRAINY „NAJÓW"1 1. Pod poruszającym się w górę (zasysającym) tło­ kiem pompy ssącej tworzy się próżnia. Ciśnienie atmosferyczne, wywierane na powierzchnię swobodną (tak zwane lustro) dolnego zbiornika wody, wciska ją do przestrzeni opuszczonej przez tłok. Gdy jednak ciśnienie „zassanego” w ten sposób słupa wody zrów­ na się z ciśnieniem atmosferycznym, woda przestanie się wznosić. Przy dalszym podnoszeniu się tłoka, po­ między nim a powierzchnią wody pozostanie prze­ strzeń wypełniona tylko parą wodną. Normalne ciś­ nienie atmosferyczne równa się w przybliżeniu ciś­ nieniu słupa wody o wysokości około 10 m i to jest teoretyczna granica wysokości podnoszenia wody w pompie ssącej. Ponieważ przestrzeń nad powierz­ chnią wody wypełnia para wodna i nie umiemy wy­ konać tłoka zupełnie szczelnego, praktycznie wysokość ta wynosi około 8 m. 2. Jest to barwa fioletowa, o długości fali 0,38 u (tysięcznych części milimetra). Ponieważ fotony po­ ruszają się z prędkością światła c, równą około 300 000 km/sek, częstotliwość linii fioletowej wynosi

c

o

• 1U

i

________ ggy.- - 7,9 • 1014 1/sek. = 38 • 10-« cm 7,9 * 10l f Hz.

3. Jest to barwa czerwona o długości fali X=0,77 \i = 77 ■ 1(F cm. 4. Nieomal wszystkie ciała rozszerzają się przy ogrzewaniu. Woda stanowi pod tym wzglądem wyją­ tek. Ogrzewana od temperatury 0 °C do + 4 °C nie roz­ szerza się, lecz kurczy, tak że w temperaturze +4 °C posiada największą gęstość (ciężar właściwy). Proces odwrotny — oziębianie od 4 4 °C do 0°C — wywołuje jej rozszerzanie się. 5. Prędkością, która nigdy nie może być przekro­ czona, jest prędkość światła. Wynosi ona według naj­ nowszych pomiarów (Bcrgstrand 1950 r.) c = 299793,1 km/sek z dokładnością do ± 0,25 km/sek. 6. Najmniejsza częstotliwość drgań, dająca jeszcze słyszalny przez człowieka ton, wynosi od 12 do 16 drgań na sekundę, w zależności od indywidualnych własności ucha, od wieku oraz barwy dźwięku. Drga­ nia powolniejsze ucho rejestruje już jako poszczególne impulsy, nic zaś jako ton. 7. Najprzenikliwsze promieniowanie to promienio­ wanie y. Powstaje ono w najrozmaitszych procesach jądrowych, a więc w reaktorach jądrowych, emitowa­ ne jest przez pierwiastki promieniotwórcze oraz przy­ chodzi ku nam od Słońca. Bardzo przenikliwe pro­ mieniowanie y zawdzięczamy promieniom kosmicz­ nym. Energia kosmicznego promieniowania y bywa tak ogromna, że można je jeszcze rejestrować pod warstwą wody o grubości 1000 m. 8. Najmniejszą ilość energii świetlnej (dla okreś­ lonej częstotliwości fali) stanowi kwant energii świetl­ nej. czyli foton. 9. Cząstkę elementarną materii o największej ma­ sie stanowi hiperon omega-minus; cząstka ta jest około 3280 razy cięższa od elektronu, podczas gdy proton — tylko 1836 razy. Nie tylko zresztą hiperon omega, ale wszystkie inne hiperony (A, 2 , S) są cząstkami ele­ mentarnymi cięższymi od protonu. Do r. 1947 najcięż­ szą znaną cząstką elementarną był neutron.

10. Ośrodek, w którym fala głosowa osiąga najwięk­ szą prędkość, stanowi drewno jodłowe. Fala gło­ sowa porusza się w nim z prędkością 5256 m/sek. Dla porównania: prędkość głosu w szkle wynosi 5200 m/sek, w drewnie dębowym 3380 m/sek, w wodzie morskiej 1500 m/sek, a w powietrzu przy 0 °C — 332 m/sek.

DOŚWIADCZENIE — OSTATECZNYM 6• ARGUMENTEM W FIZYCE

1. Za pomocą wymienionych przedmiotów może­ my powtórzyć słynne doświadczenie Younga z 1801 r. Należy zrobić igłą dwa maleńkie otworki w papierze jak najbliżej siebie, przepuścić przez nic światło sło­ neczne i rzucić na bardzo blisko trzymaną bibułkę. Po jej przeciwnej stronie można wtedy za pomocą lupy obserwować prążki interferencyjne, świadczące o falowej naturze światła. 2. Mocujemy dwa co najmniej 2-kilogramowe cię­ żarki na dwóth końcach cienkiego drutu i przewie­ szamy przez bryłę lodu tak, aby zwisały. Pod drutem panuje wtedy wysokie ciśnienie, wskutek czego lód topnieje, a drut wrzyna się i opuszcza coraz głębiej. Powstała w wyniku topnienia lodu woda zamarza po­ nownie i gdy po pewnym czasie drut przejdzie na wylot przez bryłę lodu, nie znać na niej wcale prze­ cięcia.3 3. Wykonujemy z papieru kubeczek lub tutkę, umieszczamy go w pierścieniu z drutu i napełniamy wodą. Natychmiast potem zapalamy świecę i podsta­ wiamy pod papierowy zbiorniczek. Przy dużym pło­ mieniu świecy i małym zbiorniczku doprowadzić mo­ żna do zagotowania wody, nie powodując zapalenia się papieru. Nastąpiłoby to natychmiast, gdyby woda wygotowała się lub wyparowała. Pod ciśnieniem atmo­ sferycznym woda nie może osiągnąć temperatury wyższej niż 100 °C, a to jest zbyt mało, aby papier mógł się zapalić.

4. Bierzemy płytkę szklaną, pokrywamy sadzą nad płomieniem świecy, a następnie kładziemy na tarczy adapteru o znanej liczbie obrotów na minutę. Do jed­ nego lamienia widełek stroikowych mocujemy wąs z cieniutkiej blaszki. Uderzamy drugim ramieniem widełek o stół i dotykamy następnie drgającym wąsem do obracającej się płytki. Wąs wyrysuje na niej wę­ żykowatą linię, odtwarzającą drgania widełek. Obli­ czając liczbę grzbietów fal na pewnej długości śladu i wyliczając czas wykonania tego śladu (z wielkości kąta zakreślonego przez tarczę w chwili wykonywania śladu i liczby obrotów tarczy na sekundę) dochodzimy do częstotliwości drgań widełek stroikowych. 5. Chwytamy lewą ręką widelec (byle nie lany aluminiowy), prawą zaś zaczepiamy paznokciami dwu palców za dwa sąsiednie zęby widelca, a następnie przyciągnąwszy je do siebie — nagle puszczamy. Wi­ delec zacznie cały drgać i przy tym dźwięezeć. Wtedy ostrożnie dotykamy trzonkiem widelca powierzchni stołu. Usłyszymy wzmocnienie się dźwięku spowodo­ wane rezonansem stołu. 6. Pudełko posłuży nam jako ciemnia optyczna. W dnie jego wykonamy otwór o średnicy nieco mniej­ szej niż 1 mm i skierujemy go na jakiś jasno oświe­ tlony przedmiot. Promienie świetlne biegnące od po­ szczególnych elementów tego przedmiotu przechodzą przez otworek do wnętrza pudełka i na bibułce, jak na matówce aparatu fotograficznego, tworzą zmniej­ szony, odwrócony obraz przedmiotu. W ten sposób uzyskamy pierwowzór kamery fotograficznej, za po­ mocą której rzeczywiście można fotografować. Obraz na bibułce nie mógłby powstać, gdyby bieg promieni świetlnych nie był prostoliniowy. 7. Weźmiemy w tym celu wanienkę z wodą i mały ciężarek na nitce (pion murarski). Spokojna powierz­ chnia wody jest zawsze pozioma, zaś nitka obciążona zwisającym obciążnikiem wskazuje kierunek piono­ wy. Płaszczyzna pozioma i pion tworzą kąt prosty. Można z niego skorzystać dla sprawdzenia kąta pro­ stego ekierki. 8. Wbijamy dwie szpilki w deskę tak blisko siebie, żeby moneta ledwie prześliznęła się między nimi, i nachylamy deskę. Odległość między szpilkami jest więc nieco większa niż średnica monety, wskutek C-ego moneta nie może się między nimi utrzymać i spada.

G — 500 z a g a d e k z f iz y k i

81

Następnie nagrzewamy monetę do wysokiej tempera­ tury (jednak nie do czerwoności, gdyż deska zapa­ liłaby się) i kładziemy szczypcami na desce nad szpil­ kami. Moneta nie może się już prześliznąć między szpilkami, gdyż zwiększyła swe rozmiary. Może ona ponownie wysunąć się spomiędzy szpilek dopiero po ostygnięciu. 9. Łączymy żai'óweczkę z odpowiednią bateryjką, dotykając jednym paskiem metalowym do gwintu żaróweczki, a drugim do jej „stopki”. Zmieniając na­ stępnie połączenie na odwrotne, uzyskujemy takie samo świecenie. W ten sposób przekonujemy >ię, że kierunek przepływu prądu nie wpływa na natężenie światła żarówki. 10. Układamy szereg ziarenek fasoli wzdłuż jedne­ go z promieni tarczy adapteru i wprawiamy ją w ruch przytrzymując nieco ręką. Chodzi o to, by tarcza nie osiągnęła natychmiast maksymalnych obrotów. W miarę rozpędzania się tarczy, coraz to bliższe środ­ ka ziarnka zostają z niej spychane. Po osiągnięciu przez mechanizm nominalnej prędkości kątowej, po­ zostają na tarczy tylko te ziarnka, które ułożyliśmy w odległości kilku centymetrów od osi obrotu. Dzieje się tak dlatego, ponieważ w miarę rozpędzania się tarczy rośnie siła bezwładności (odśrodkowa) działa­ jąca na ziarenka. Kiedy siła ta przewyższy siłę tarcia, ziarenko zlatuje z tarczy. Z drugiej strony, przy sta­ łej prędkości kątowej tarczy adapteru siła odśrodkowa będzie zależała tylko od odległości od osi obrotu. I tak ziarenka leżące dalej będą silniej spychane, ziarenka leżące bliżej — słabiej. Na tarczy pozostaną więc tylko te ziarenka, których odległość od osi obrotu będzie wystarczająco mała.

7. Z FALI NA FALĘ1 1. Oczywiście fale głosowe możemy odbierać za pomocą zmysłów. Posiadamy w tym celu specjalny organ zmysłu słuchu —• ucho. Także i do odbioru wra­ żeń wzrokowych wsiadamy nie mniej precyzyjny organ —• oko. Reaguje ono na fale świetlne.

2. Fala świetlna może się poruszać w próżni. Gdy­ by tak nie było, nie mogłoby do nas dotrzeć światło Słońca, gwiazd, czy też odległych galaktyk. Idealna próżnia w naturze nie istnieje, nie można jej też osiągnąć w s]X)sób sztuczny. Przestrzeń kosmiczna zawiera jednak materię tak bardzo rozrzedzoną, że praktycznie można ją uważać za próżnię. Fala głosowa, jako następstwo zgęszczeń i rozrzedzeń ośrodka (np. powietrza), nie może poruszać się poza nim. W próżni fala głosowa nigdy nie powstanie. Potwierdza to efektowne doświadczenie z dzwonkiem elektrycznym nakrytym kloszem, spod którego wy­ pompowano powietrze. 3. Odbiciu podlega zarówno fala świetlna — na przykład na granicy powietrza i lustra, jak i fala głosowa, gdy tworzy np. zjawisko echa. 4. Fala elektromagnetyczna jest falą poprzeczną, gdyż w punkcie, przez który przechodzi, powstają pola elektryczne i magnetyczne prostopadle do kie­ runku ruchu fali. Pola te są zmienne; przekazują sobie nawzajem energię. Dowodem na poprzeczność fali świetlnej może być zjawisko jej polaryzacji przez odbicie. 5. Fala głosowa nie jest falą poprzeczną, lecz po­ dłużną. Tworzą tę falę zagęszczenia i rozrzedzenia ośrodka, którego cząsteczki ulegają chwilowym prze­ sunięciom wzdłuż kierunku rozchodzenia się fali. Wskutek tego fala głosowa nie ulega polaryzacji przy odbiciu. G. Zjawisko Dopplera polega na zmianie obserwo­ wanej częstotliwości fali w stosunku do częstotliwości jej źródła w przypadku, gdy to ostatnie porusza się względem obserwatora lub obserwator jest w ruchu względem źródła. Zjawisko to pozwala przy określonej zmianie częstotliwości i znanej prędkości fali określić prędkość źródła fali lub jej odbiornika. Zjawisko Dop­ plera można obserwować zarówno w przypadku fal głosowych (np. przy mijaniu pociągiem gwiżdżącej właśnie lokomotywy), jak i w przypadku fal świetl­ nych (zmiany barwy światła gwiazd podwójnych). 7. Prędkość ruchu Ziemi wokół Słońca wynosi średnio 29,8 km/sek. Fala świetlna jest oczywiście znacznie szybsza; jej prędkość w próżni wynosi około 300 000 km/sek. Prędkość fali głosowej w powietrzu

(przy O°C) wynosi 332 m/sek, głos jest więc znacznie powolniejszy od ruchu Ziemi wokół Słońca. 8- Załamanie fali świetlnej przy przejściu do inne­ go ośrodka wykorzystujemy w budowie soczewki sku­ piającej lub rozpraszającej. Zjawisko to może też wprowadzić w błąd kogoś pragnącego ocenić na oko głębokość rzeki czy stawu di'ogą obserwowania dna w kierunku skośnym do powierzchni wody. Załamanie fal głosowych przy przejściu do ośrodka o innej gę­ stości powoduje zmianę kierunku ich ruchu, np. za­ ginanie się ku górze w upalne dni, gdy powietrze tuż nad Ziemią jest mocno nagrzane a wyżej chłodniej­ sze (zjawisko letniej głuchoty). Tak więc oba rodzaje fal podlegają załamaniu przy przejściu do ośrodka o innej gęstości.

9. Oczywiście, że fala świetlna daje zjawisko cie­ nia. Przecież to, co w potocznym życiu nazywamy cieniem, to właśnie obszar, do którego nie dochodzi bezpośrednio światło. A fala głosowa? Kiedy w mieś­ cie samochód pogotowia ratunkowego czy straży po­ żarnej mija poprzecznie ulicę, na której się znajdu­ jemy, słyszymy jego syrenę bardzo wyraźnie. Gdy między nami a samochodem znajdują się wysokie domy, głos dochodzi słabszy. Obserwujemy zatem zjawisko cienia akustycznego. W świecie olbrzymów, w którym długość fali głosowej byłaby mała w sto­ sunku do ich wymiarów, zjawisko to byłoby znacznie wyraźniejsze. 10. Fala głosowa może być stojąca. Zjawisko to ma miejsce np. w piszczałkach organów, a powstaje wskutek odbicia i interferencji fali. W optyce również można zademonstrować zjawisko fali stojącej w ana­ logiczny sposób, ale z powodu niezmiernie małej dłu­ gości tej fali pokaz taki napotyka znaczne trudności.

8. PODOBNE, A JEDNAK ODMIENNE 1. Ciało o ładunku elektrycznym dodatnim od­ pycha inne ciało o tym samym ładunku, a przyciąga ciała naładowane ujemnie. Biegun północny magnesu przyciąga biegun południowy innego magnesu, a od­ pycha północny. Pytanie dotyczy więc zarówno zja­ wisk elektrycznych, jak i magnetycznych. 2. Gdy pocieramy pałeczką ebonitową o wełnę, występuje na pałeczce elektryczny ładunek ujemny (jest to nie tworzenie, lecz rozdzielanie ładunków, gdyż wełna przy takim pocieraniu elektryzuje się do­ datnio). Gdy pocieramy magnesem w odpowiedni spo­ sób nie namagnesowaną sztabkę żelazną, udziela się jej stan namagnesowania. Tak więc pytanie może się odnosić tak do opisu zjawisk elektrycznych, jak i ma­ gnetycznych. 3. Coulomb badał zależność sił przyciągania i od­ pychania dwu ładunków elektrycznych od odległości pomiędzy nimi i stwierdził, że siły te maleją propor­ cjonalnie do kwadratu odległości. Treść tę zawiera prawo Coulomba. Tenże uczony zbadał tę samą za­ leżność dla zjawisk magnetycznych i stwierdził, że jest identyczna. Tego rodzaju problem możemy więc znaleźć w podręczniku fizyki zarówno w rozdziale traktującym o elektryczności, jak i o magnetyzmie. 4. Ładunku elektrycznego, napięcia, natężenia prą­ du nie obserwujemy bezpośrednio zmysłami. Wpra­ wdzie reagujemy na dotknięcie przewodów będących pod napięciem, lecz nie bezpośrednio na prąd elek­ tryczny, a na zjawiska nim wywołane (ciepło itd.). Nie posiadamy także zdolności percepcji zjawisk ma­ gnetycznych. 5. Magnes w kształcie pręta podzielony na dwie części tworzy dwa mniejsze magnesy, z których każdy posiada znowu dwa bieguny. Nie można więc przez dzielenie magnesu oddzielić bieguna północnego od południowego. Tłumaczy się to w ten sposób, że stan namagnesowania polega na odpowiednim ustawieniu się malutkich magnesów elementarnych (dipoli) two­ rzących dany przedmiot. Wypadkowy ich magnetyzm daje efekt namagnesowania całego przedmiotu. Nato­

miast jeśli w odpowiednich warunkach podzielimy sztabkę naelektryzowaną, na jednym końcu której zgromadzony jest nadmiar ładunków elektrycznych do­ datnich, a na drugim — ujemnych, to nastąpi trwały ich podział. Nasze pytanie odnosi się więc do zjawisk elektrycznych, a nie odnosi do magnetycznych. 6. Jeśli zetkniemy biegun północny jednego ma­ gnesu z południowym drugiego, a następnie je roz­ łączymy, stan ich namagnesowania nie ulegnie zmia­ nie. Jeśli jednak ciało naelektryzowane dodatnio zet­ kniemy z przedmiotem o ujemnym ładunku elektrycz­ nym, to jeśli tylko ładunki te były równej wartości, nastąpi ich wzajemne zneutralizowanie i oba ciała stracą własność naelektryzowania. Przytoczone py­ tanie dotyczy więc tylko zjawisk elektrycznych. 7. Ruch magnesu może się stać przyczyną pow­ stania prądu elektrycznego w znajdującym się obok przewodniku. Jest to zasada, na której opiera się bu­ dowa wszelkiego rodzaju prądnic, czyli generatorów prądu. Z drugiej strony, prąd elektryczny, czyli ruch ładunków elektrycznych w przewodniku, jest przy­ czyną powstania pola magnetycznego wokół tego prze­ wodnika. Na tej zasadzie opiera się z kolei konstruk­ cja elektromagnesów. Ruchowi ciał namagnesowanych towarzyszy więc powstawanie prądu elektrycznego w przewodniku, zaś ruchowi ładunków elektrycznych towarzyszy powstawanie pola magnetycznego. 8. Ładunek elektryczny nieruchomy i stały co do wartości wytwarza stałe pole elektryczne. Pole takie nie wywołuje zupełnie zjawisk magnetycznych. Rów­ nież nieruchomy i stały pod względem ilości magne­ tyzmu magnes tworzy stałe pole magnetyczne. Takie pole ze swej strony zjawisk elektrycznych także nie wywołuje. Tak więc stałe pola elektryczne i mag­ netyczne nie oddziaływają wzajemnie na siebie. 9. Zjawiska elektryczne można wywołać na dro­ dze chemicznej, jak o tym świadczy przykład ogniwa elektrycznego. Odpowiednika ogniwa elektrycznego w dziedzinie magnetyzmu brak. Zjawisk magnetycz­ nych nie umiemy wywoływać na drodze chemicznej. 10. Ziemia jest wielkim magnesem, dzięki czemu można za pomocą kompasu odnajdywać kierunek do biegunów magnetycznych. Planeta nasza nie wykazuje natomiast żadnego globalnego ładunku elektrycznego

(dodatniego lub ujemnego). Całkowity ładunek do­ datni jąder atomowych równoważony jest przez ujem­ ny ładunek elektronów.

5. REWIA FAL

1. Tę długość fali mają zazwyczaj promienie y. Można napotkać je w promieniowaniu kosmicznym. Powstają one w bardzo szybkich procesach jądrowych, np. przy zderzeniach pierwotnego promieniowania kosmicznego (rozpędzone, lekkie jądra atomowe) z at­ mosferą Ziemi. 2. Zakres ten obejmuje promieniowanie rentge­ nowskie, którego zdolność przenikania przez materię wykorzystujemy do prześwietlania części maszyn, od­ lewów itp. (defektoskopia) oraz ludzkiego ciała. Pro­ mieniowanie rentgenowskie powstaje między innymi wskutek hamowania rozpędzonych elektronów przez materię. 3. W tym zakresie długości fal znajdują się pro­ mienie nadfioletowe. Promienie te powstają wskutek oddziaływania elektronów z atomami. Sztucznie wy­ twarzamy je w lampach kwarcowych. Wywołują one ciemnienie skóry, opaleniznę. Światło słoneczne za­ wiera duże ilości tych promieni, lecz atmosfera ziem­ ska pochłania je w przeważającej części. Dlatego w gó­ rach i w ogóle na znacznych wysokościach szybko się opalamy w promieniach Słońca. Szkło okienne nie przepuszcza promieni nadfioletowych. 4. Ten zakres zawiera całą gamę długości fal światła widzialnego, od najkrótszych — fioletowych, do najdłuższych — czerwonych. Dzięki światłu naj­ łatwiej poznajemy otaczający nas świat, gdyż najwię­ cej wrażeń ze świata zewnętrznego dochodzi do naszej świadomości za pośrednictwem zmysłu wzroku. 5. Takie długości fal mają promienie podczerwo­ ne, znajdujące zastosowanie w nowoczesnym ogrzewnictwie oraz w specjalnej fotografii, posługującej się emulsją czułą na podczerwień. Obecnie wykorzystuje

się je w meteorologii do fotografowania obłoków w nocy ze sztucznych satelitów lub z samolotów wy­ sokościowych oraz w urządzeniach zwanych noktowi­ zorami. W użyciu na budowach są specjalne podgrze­ wacze wysyłające promienie podczerwone. 6. Fale z tego zakresu noszą nazwę mikrofal. Są to już fale radiowe, aczkolwiek bardzo krótkie. Naj­ krótsze z nich, graniczące z podczerwienią, na przy­ kład o długości 1 cm, wykorzystuje się w urządzeniach radiolokacyjnych do wykrywania na odległość samo­ lotów, okrętów czy gór lodowych oraz w przekaźni­ kowych stacjach radiowych i telewizyjnych. Na fa­ lach decymetrowych pracują również specjalne ra­ diotelefony. 7. Na tym zakresie fal elektromagnetycznych, zwa­ nych falami ultrakrótkimi, króluje telewizja przesy­ łająca ruchome obrazy i odpowiedni do nich dźwięk, składające się na program informacyjny i rozrywkowy. Ostatnio wykorzystuje się fale ultrakrótkie (UKF) do nadawania programów radiowych. Zapewnia to wyso­ ką jakość przekazywanego dźwięku. 8. Ten zakres wykorzystuje dla swych celów „kla­ syczna” radiotechnika. Mieszczą się tu zarówno fale krótkie, używane w telekomunikacji na mniejsze od­ ległości, lecz dzięki odbiciu od górnych warstw atmo­ sfery możliwe do odebrania w pewnych warunkach bardzo daleko od nadajnika, jak i fale średnie oraz długie, wykorzystywane do nadawania stałych pro­ gramów radiowych. f). Ten zakres fal stosowano kiedyś w radiotele­ grafii międzykontynentalnej. 10. Fale o takiej długości nie mają praktycznego znaczenia, jednak wytwarza je każdy odbiornik energii elektrycznej w naszym domu (żarówka, żelazko, pie­ cyk elektryczny). Długość 6000 km odpowiada często­ tliwości 50 Hz (50 okresów na sekundę), którą ma naj­ częściej (a w naszym kraju z reguły) prąd zmienny dostarczany do mieszkań. Fal tych nie należy mylić z promieniowaniem podczerwonym, odpowiedzialnym za doznania cieplne. Warto na zakończenie zwrócić uwagę, że cały znany zakres fal elektromagnetycznych nie zawiera żadnej luki. Znamy fale o dowolnej długości w tym zakresie i, jak wynika z przeglądu, wiele z nich umiemy wyko­ rzystać.

. ZABAWA W „SEKRETARZA1

Prawidłowo uporządkowane wyniki naszej zabawy w „sekretarza” przedstawiają się następująco: 1. Tarcie wewnętrzne cieczy (lepkość) mierzymy w puazach za pomocą wiskozymetru. Pomiar ten jest szczególnie ważny w zastosowaniu do smarów i cieczy chłodzących. 2. Ilość ciepła wyznaczamy w kaloriach za pomocą kalorymetru. Pomiar ten ma wielkie znaczenie dla wyznaczania ciepła spalania rozmaitych paliw. 3. Oświetlenie powierzchni mierzymy w luksach za pomocą światłomierza. Pomiar ten pozwala ocenić jakość instalacji sztucznego oświetlenia. Również przy fotografowaniu pomiar taki umożliwia prawidłowy dobór czasu eskpozycji (naświetlania) kliszy. 4. Wysokość możemy mierzyć np. w’ milimetrach za pomocą katetometru. Jest to przyrząd do bardzo dokładnych pomiarów długości w kierunku pionowym. Stosuje się go w rozmaitych pomiarach naukowych, np. w bardzo dokładnych pomiarach ciśnienia atmo­ sferycznego za pomocą barometru rtęciowego. 5. Pracę prądu elektrycznego mierzymy w kilowatogodzinach za pomocą licznika kilowatogodzin. Odczytywanie wskazań licznika co miesiąc u każdego odbiorcy energii elektrycznej ma na celu ustalenie opłaty za zużytą energię elektryczną. 6. Wilgotność względną powietrza mierzymy w pro­ centach (wielkość bezwymiarowa) za pomocą psy­ chrometru. Procenty określają zawartość wilgotności w powietrzu w stosunku do zawartości w powietrzu nasyconym wilgocią przy takiej samej temperaturze i ciśnieniu. Psychrometr składa się z dwu termome­ trów. Zbiorniczek jednego jest suchy, a drugiego wil­ gotny. Im suchsze jest powietrze, tym intensywniej paruje wilgoć i tym silniej chłodzi zbiorniczek dru­ giego termometru. Z różnicy wskazań obu termome­ trów wylicza się wilgotność względną powietrza. 7. Częstotliwość fali głosowej mierzymy w cy­ klach na sekundę za pomocą mońochordu. Pomiar taki

wykonywany jest rzadko, tylko przy specjalnych ba­ daniach akustycznych. Do celów muzycznych zupełnie wystarcza porównanie słuchem wysokości badanego tonu z tonem wzorcowym, otrzymywanym za pomocą kamertonu lub widełek stroikowych. 8. Aktywność preparatów radioaktywnych mierzy­ my w jednostkach curie za pomocą licznika Geigera oraz stopera. Pomiar bardzo ważny dla zdrowia i bez­ pieczeństwa wszędzie tam, gdzie człowiek styka się z ciałami promieniotwórczymi. Również we wszel­ kich badaniach z zakresu budowy materii pomiar ten ma znaczenie zasadnicze. 9. Powierzchnię możemy mierzyć np. w milime­ trach kwadratowych za pomocą planimetru. Pomiar polega na obwiedzeniu ostrzem przyrządu badanej po­ wierzchni. Pomiar ten stosuje się w geodezji do okreś­ lania powierzchni obszarów przedstawionych ha pla­ nach oraz do pomiarów innych wielkości fizycznych, przedstawianych w postaci powierzchni. (Np. moc otrzymywana w cylindrze silnika parowego lub spa­ linowego odczytywana z wykresu indykatora.) 10. Opór elektryczny mierzymy w omach, np. za pomocą mostka Wheatstone’a. Pomiar ten wykonuje się przy badaniu najróżniejszych urządzeń elektrycz­ nych.

. CO MA PIERNIK DO WIATRAKA?1

1. Strojenie fortepianu polega na takiej regulacji naciągu poszczególnych strun' fortepianu, aby często­ tliwość ich drgań własnych odpowiadała częstotliwo­ ściom wzorcowym, oraz stosunki częstotliwości drgań poszczególnych strun odpowiadały właściwym inter­ wałom. Strojenie prostego radioodbiornika (dostraja­ nie) polega na takim dobraniu pojemności i indukcyjności obwodu anteny, aby częstotliwość jego drgań własnych była równa częstotliwości odbieranej fali, co powoduje powstanie rezonansu, wzmacniającego wy­ brane drgania. A.nalogia działania jest tu więc dość bliska.

2. Soczewka ma za zadanie skupić lub odpowiednio rozproszyć wiązkę światła — strumień fotonów. Elek­ tromagnes odpowiedniej konstrukcji stosuje się do skupiania wiązki elektronów w mikroskopie elektro­ nowym. Nazywa się go soczewką magnetyczną. Jest tu zatem analogia działania. 3. Regulator Watta jest urządzeniem służącym przeważnie do regulacji liczby obrotów wału maszyny parowej. Zmienia on ilość pary dostarczanej do cylin­ drów maszyny w zależności od prędkości obrotów lej wału; regulator działa wtedy, gdy obroty maszyny zaczynają wykazywać zmiany w stosunku do obrotów nominalnych. Jest to przykład tzw. sprzężenia zwrot­ nego, pojęcia wprowadzonego przez radiotechnikę i cybernetykę. Stabilizator napięcia reguluje napięcie instalacji elektrycznej. Zaczyna on działać wtedy, gdy napięcie zaczyna rosnąć lub ooadać w stosunku do napięcia nominalnego sieci. Stabilizator jest również przykładem sprzężenia zwrotnego. 4. Z punktu widzenia fizyki barwa tonu w urzą­ dzeniu zapisującym dźwięk (jakie stosuje się np. przy produkcji płyt adapterowych) objawia sie w charak­ terze linii falistej, jaką tworzy dźwięk. lania ta może być gładka lub bardzo pofałdowana właśnie w zależ­ ności od barwy zapisywanego dźwięku. Analiza dźwię­ ku wykazuje, że jego barwa zależy od ilości i ampli­ tud wyższych harmonicznych, czyli wchodzących w skład dźwięku tonów o częstotliwości np. dwukrot­ nej czy trzykrotnej w stosunku do tonu podstawowe­ go. Barwa światła objawia się długością fali. Każda barwa ma właściwa sobie długość fali świetlnej. Tak więc barwa dźwięku i barwa światła nie mają poza nazwą nic wspólnego, aczkolwiek w obu tych poję­ ciach częstotliwość fali gra rolę zasadniczą. 5. Filtr elektrostatyczny służy do oczyszczania ga­ zów z pyłu za pomocą przyciągania cząstek pyłu przez elektrody o wysokim napięciu. Przyciągnięte cząstki zbijają się w większe grudki i opadają na dno filtru. Natomiast filtr elektryczny, to układ zawierający kon­ densator i zwojnicę. Filtr taki przepuszcza lub nie przepuszcza prądów o pewnych częstotliwościach, czy pewnych zakresach częstotliwości. Oba oma­ wiane urządzenia coś zatrzymują, dlatego nazywamy je filtrami, lecz sposób działania ich jest zupełnie różny.

6. W piecyku elektrycznym, jako w odbiorniku o znacznym oporze, duża część przepływającej energii elektrycznej zmienia się w ciepło. W młynie wodnym spiętrza się wodę przez postawienie przeszkody na jej drodze i wykorzystuje się jej energię do obrotu cięż­ kiego koła młyńskiego. Jest tu więc duże podobień­ stwo działania. 7. Pudło skrzypiec służy do stworzenia rezonansu akustycznego, wzmacniającego dźwięk drgającej struny. Kondensator w odbiorniku radiowym służy do takiego dobrania pojemności obwodu elektrycznego, połączonego z anteną, aby doprowadzić częstotliwość drgań własnych tego obwodu do częstotliwości fali wysyłanej przez tę stację nadawczą, której program chcemy odbierać. Występuje tu zjawisko rezonansu elektromagnetycznego, które umożliwia takie wzmoc­ nienie drgań wzbudzonych w antenie, jakie konieczne jest do prawidłowego działania odbiornika. Jest tu więc pewne podobieństwo działania, jednak dotyczy fal innego rodzaju. 8. Stosunek liczby zębów we współpracujących ze sobą kołach zębatych określa przekładnię (przełoże­ nie), czyli stosunek liczby obrotów w jednostce czasu jednego i drugiego koła. Stosunek liczby zwojów dwu cewek nawiniętych na jeden rdzeń określa przekład­ nię transformatora, którym stanie się to urządzenie, gdy jedną cewkę zasilimy prądem zmniennym. Stosu­ nek liczby zwojów jest proporcjonalny do stosunku napięć na końcach (zaciskach) obu cewek. Pomiędzy liczbą zębów w przekładni zębatej i liczbą zwojów w transformatorze jest więc zupełne podobieństwo funkcji. 9. Oktawą nazywamy taki interwał muzyczny (sto­ sunek częstotliwości drgań dwu tonów), w którym ton wyższy drga dwa razy szybciej od niższego. Na fortepianie oktawę tworzą tony wynikłe z uderzenia np. pierwszego i ósmego, kolejnego klawisza białego (zaczynając od dowolnego miejsca klawiatury). Stąd nazwa: octo — to po łacinie 8. Ponieważ fale elektro­ magnetyczne też są falami, przytoczone powiedzenie oznacza, że częstotliwość najkrótszej fali elektroma­ gnetycznej, jaką znamy, jest wyższa 2G5 razy od czę­ stotliwości fali najdłuższej. 10. można

Napięcie powierzchniowe wyraża się pracą, jaką uzyskać zmniejszając powierzchnię cieczy

o 1 cm2. Napięcie elektryczne między dwoma punkta­ mi wyraża się ilością pracy, jaką trzeba wykonać, aby przenieść jednostkowy ładunek elektryczny z jednego punktu do drugiego (w polu elektrostatycznym jakie­ goś innego ładunku). Między tymi dwoma pojęciami istnieje więc jedynie taka daleka analogia, że oba dają się wyrazić za pomocą pracy.

KOTYLION

Prawidłowe zestawienie początków i końców zdań wygląda następująco: 1. Jeśli, stojąc na polu, ważę wagą sprężynową, trzymaną w ręku, 10 kg buraków, to działa ona na moją rękę taką samą siłą, z jaką ją trzymam, lecz przeciwnie skierowaną. (Ilustracja III zasady dyna­ miki Newtona.) 2. Jeśli pierwiastek jest promieniotwórczy, to jego atomy rozpadają się samorzutnie. (Podstawowe prawo nauki o promieniotwórczości — Maria Curie-Skłodowska.) 3. Jeśli zastosować ostre boczne oświetlenie, to zo­ baczy się przedmioty tak drobne, jakich w normal­ nych warunkach dostrzec nie sposób. (Zjawisko Tyndalla, które znalazło zastosowanie w uitramikroskopie.) 4. Jeśli zanurzyć przedmiot w cieczy, to działa na niego siła wyporu równa ciężarowi wypartej cieczy. (Jest to sformułowanie prawa Archimedesa w formie zdania warunkowego.) 5. Jeśli oziębić metal poniżej temperatury —270 °C, to jego oporność elektryczna zmaleje do zera. (W tem­ peraturze zera bezwzględnego (—273,16 °C) metale tracą zupełnie oporność elektryczną, stają się ideal­ nymi przewodnikami. Zjawisko to, zwane nadprzewod­ nictwem, jest bardzo ciekawe z punktu widzenia teorii budowy materii. W przyszłości będzie z pewnością

szeroko wykorzystywane w technice. Już dziś zresztą ultraszybkie przełączniki nadprzewodnikowe, zwane kriotronami, znajdują zastosowanie w automatyce i te­ lemechanice. 6. Jeśli poruszać magnesem w jednym kierunku, to indukowany tym ruchem prąd elektryczny w prze­ wodniku tworzy pole magnetyczne przeciwdziałające temu ruchowi. (Jest to treść tzw. reguły Lenza.) 7. Jeśli skierować światło ukośnie na powierzchnię wody, to załamie się ono na granicy wody i powietrza. (Zdanie to zawiera opis doświadczenia wykazujące­ go załamanie światła przy przejściu do ośrodka o in­ nej gęstości.) 8. Jeśli suma geometryczna sił działających na ja­ kiś przedmiot równa się zeru, to pozostaje on w spo­ czynku lub porusza się ruchem jednostajnym i prosto­ liniowym. (Zdanie to wyraża treść I zasady dynamiki Newtona.) 9. Jeśli skrócić wahadło (czyli zmniejszyć odleg­ łość od jego osi obrotu do środka ciężkości), to otrzyma się skrócenie okresu jego wahań. (Zdanie to wskazuje na jeden z czynników wpływających na okres wahań wahadła.) 10. Jeśli przybliżyć do siebie okładki kondensatora, to otrzyma się zwiększenie jego pojemności. (Zdanie to ilustruje zasadniczą własność kondensatora elek­ trycznego, opartą na zjawisku przyciągania wzajem­ nego różnoimiennych ładunków elektrycznych. Gdy przybliżamy do siebie okładki kondensatora, siły przyciągania pomiędzy różnoimiennymi ładunkami elektrycznymi na obu okładkach rosną w myśl prawa Coulomba, dzięki czemu jednoimienne ładunki mogą się bardziej do siebie przybliżyć; na powierzchni okładki może się więc jak gdyby „zmieścić” więcej ładunków.)

LICZBY, KTÓRE ZROBIŁY KARIERĘ

1. Po wymiarze km/sek rozpoznajemy prędkość. Prędkość 299 793,1 km/sek osiąga tylko światło wi­ dzialne i inne fale elektromagnetyczne. Jest to liczba bardzo ważna we współczesnej fizyce. Wchodzi ona miedzy innymi do wzoru Einsteina, określającego zwią­ zek pomiędzy masą i energią. 2. Jest to tak zwana stała Plancka. Liczba ta wy­ raża współczynnik proporcjonalności pomiędzy ener­ gią fali świetlnej a jej częstotliwością. 3. Wymiar tej liczby zdradza nam, że chodzi tu 0 ilość czegoś przypadającą na jeden mol (mol to liczba gramów pierwiastka czy związku chemicznego, równa jego masie cząsteczkowej). Avogadro postawił hipotezę, że w jednakowych objętościach gazów, nie­ zależnie od ich składu chemicznego, znajduje się jed­ nakowa liczba cząsteczek. Podana liczba jest właśnie liczbą cząsteczek gazu odniesioną do jednego mola. Nazywamy ją liczbą Avogadra. 4. Tym razem mamy temperaturę, i to tak niską, że nikt jej jeszcze nie osiągnął. Teoria kinetyczna ma­ terii wykazała, że stanowi ona kres niskich tempera­ tur, że niemożliwe jest dalsze obniżenie temperatury. Nazywamy ją temperaturą zera bezwzględnego. 5. To chyba najłatwiejsza zagadka z tego rozdziału. Podana liczba wyraża średnią w-artość przyspiesze­ nia, z jakim na Ziemię spadają ciała w próżni pod wpływem siły ciężkości. Jest to więc tak zwane przy­ spieszenie ziemskie. Wielkość ta jest nieco różna w różnych punktach Ziemi, gdyż planeta nasza nie ma struktury jednorodnej oraz ściśle kulistego kształ­ tu, a na różne punkty znajdujące się na Ziemi działa różna siła odśrodkowa (wynikła z jej ruchu dzien­ nego). Pomiar wartości przyspieszenia ziemskiego w różnych punktach pomaga wykrywać złoża rud metali 6. Wymiar tej liczby jest bardziej skomplikowany, trudno byłoby zgadnąć, że powstał on przez pomno­ żenie wymiaru siły przez kwadrat wymiaru długości 1 podzielenie przez kwadrat wymiaru masy. Jaka to

siła zależy od mas i od odległości? Oczywiście siła grawitacji. Podana liczba jest stałą grawitacji, wy­ stępującą w prawie grawitacji Newtona. 7. Ta liczba podana jest w kulombach (C) — jed­ nostkach naboju elektrycznego. Jak widać, jest to nadzwyczaj mała liczba. Nic dziwnego, wyraża ona bowiem ładunek jednego elektronu — elementarną, niepodzielną jednostkę ładunku elektrycznego. 8. A to jest liczba pochodząca z zupełnie innej dziedziny i innego charakteru. Wymiar wskazuje, iż jest to liczba czegoś na sekundę. Gdybyśmy zmusili jakiś przedmiot do drgania w tempie 440 drgań na sekundę, wydałby on ton brzmiący jak ton a ze środ­ kowej (razkreślnej) oktawy fortepianu. Tonu tego uży­ wa się do strojenia instrumentów, bowiem kamertony wydają przeważnie ton a. Ton ten podaje też przed koncertem skrzypek dla sprawdzenia, czy jego instrument zestrojony jest z resztą orkiestr}'. Zgod­ nie z umową międzynarodową, częstotliwość tego tonu została określona jako 440 1/sek. 9. Tu mamy kilogramometry — wymiar pracy. Podana liczba stanowi tak zwany mechaniczny rów­ noważnik ciepła, ilość pracy, którą teoretycznie moż­ na by otrzymać kosztem jednej kilokalorii ciepła. Określił ją pierwszy w swych sławnych doświadcze­ niach fizyk angielski J. P. Joule (1818—1889). 10. Ostatnia liczba to elektrochemiczny równoważ­ nik srebra, czyli liczba miligramów srebra, jaką z roztworu azotanu srebra wydziela na katodzie w ciągu 1 sekundy prąd o natężeniu 1 ampera (tzw. m ięd zynarodowego). Stała fizyczna jest to liczba charakteryzująca jedno­ znacznie własności materii z punktu widzenia roz­ maitych dziedzin fizyki. Wartość cyfrowa tej liczby zależy oczywiście od jednostek, w jakich została wy­ rażona, jednakże wartość, jaką ona wyraża, zależy tylko od własności materii; nie ma nic wspólnego z jakąś umową. Stałymi fizycznymi są więc liczby podane w pytaniach 1) 2) 3) 4) 6) 7) 9). Podana pod 5) wielkość przyspieszenia ziemskiego, jak sama na­ zwa wskazuje, dotyczy warunków na Ziemi. Na Księ­ życu odpowiednia wartość przyspieszenia jest znacz­ nie mniejsza, a na powierzchni Słońca wielokrotnie

większa. Podana liczba nie jest więc stałą fizyczną, lecz miarą ziemskiego pola grawitacyjnego. Również liczba drgań na sekundę dla tonu a (8) nie jest żadną stałą fizyczną, lecz liczbą umowną, ustaloną po to, aby na całym świecie instrumenty muzyczne miały jed­ nakowy strój.

14. CO SIĘ ZARAZ STANIE? 1. Rysunek przedstawia adapter, na którego tarczy umieszczono figurę szachową. Za chwilę, po włoże­ niu wtyczki w gniazdko, adapter ruszy, figura zacz­ nie wirować i w pewnym momencie siła odśrodkowa, wynikła wskutek obrotu przewyższy siłę tarcia mię­ dzy figurą a tarczą. Konik szachowy zostanie więc zrzucony z tarczy. 2. W kolbie gotuje się jakaś ciecz. Nad jej po­ wierzchnią zbiera się para. Ponieważ naczynie zat­ kane jest korkiem, ciśnienie wewnątrz wzrasta. Za chwilę korek zostanie wysadzony, chyba że pierwsze ustąpią ścianki naczynia, lub też ciśnienie wewnątrz tak wzrośnie, że mimo grzania ciecz przestanie wrzeć. Na pewno nie byłaby to jednak woda. 3. Tu nic się nie stanie. Bliższa lokomotywa po­ suwa się w tym samym kierunku, co lokomotywa dalsza, i to z większą prędkością, jak to wynika z po­ danych na rysunku strzałek i liczb. Parowozy bowiem mogą się z łatwością poruszać w przód i w tył. 4. Tu sytuacja jest gorsza. Towarowy pociąg ma właśnie ruszać, a na ostatnim wagonie leży szpula wcale nie zabezpieczona stępką. Gdy tylko wagon pod nią ruszy do przodu, duża, bezwładna szpula zacznie się toczyć, bowiem z wyjątkiem nieznacznego tarcia tocznego między nią i podłogą wagonu, nie bę­ dzie podlegać żadnej sile zmuszającej ją do ruchu przyspieszonego razem z wagonem. Szpula spadnie więc zaraz na tory u nóg zdziwionego dyżurnego ruchu.

7 — 500 z a g a d e k z fiz y k i

97

5. Butelka z wodą stołową stoi na stole w spiżarni, gdzie panuje mróz. Zamarzająca woda rozszerzy się i butelka może zostać rozsadzona od wewnątrz. 6. Dźwig portowy ładuje towary z wagonu na bar­ kę, stojącą u nabrzeża. Barka jest już tak zanurzona, że gdy zostanie jeszcze obciążona, to oprze się o dno. Gdyby tego dokerzy nie zauważyli i nie przerwali załadunku, barka pochyliłaby się i mogłaby nabrać wody do wnętrza. A gdyby towary ładowane były lżejsze od wody? Przebieg zdarzeń nie zmieniłby się, tylko trochę wię­ cej trzeba by załadować towaru do momentu, w któ­ rym barka dotknęłaby dna. W zanurzaniu barki tylko ciężar gra rolę, a nie ciężar właściwy. (Ten ostatni jest ważny w zagadnieniu swobodnego pływania ciał.) 7. Ten przyrząd zna chyba każdy mieszkaniec do­ mu, w którym jest instalacja elektryczna. To licznik pracy wykonanej przez prąd, czyli energii elektrycz­ nej dostarczanej przez elektrownię do mieszkania, wyskalowany w kilowatogodzinacb. Stan licznika wynosi 9999,9 kWh. Do sieci włączono grzałkę elek­ tryczną, a więc tarcza licznika niechybnie się obraca. Czy stanie się coś strasznego? Nie, za chwilę licznik wskaże liczbę 0000,0 kWh i dalej będzie rejestrował zużytą energię. 8. Palacz dorzuca węgla do kotła, na manometrze jednak widać, że ciśnienie wewnątrz znacznie prze­ kroczyło dopuszczalną granicę. Kocioł ma wprawdzie dźwigniowy zawór bezpieczeństwa, z obciążnikiem, lecz nieuważny palacz na jego dźwigni powiesił torbę z narzędziami. Palacz jest więc w niebezpieczeństwie. Jeśli nie zauważy przekroczenia granicy ciśnienia i nie spowoduje natychmiast jego zmniejszenia, grozi wy­ buch kotła. 9. Chłopiec bawił się rozpędzonym kołem rowero­ wym, którego oś jednostronnie oparł o słupek. Ojciec wziął go za drugą rękę i odciąga. Jest dużo silniejszy, toteż najpewniej odciągnie go za moment. Cóż się wtedy stanie z kołem, które się szybko obraca? Puszczony koniec przedłużonej osi nie opadnie na ziemię, jak by to wynikało z działania siły ciężkości. Obrót zmienił koło w bąk. Po odjęciu ręki chłopca oś koła pozostanie pozioma, lecz będzie się obracać wokół punktu oparcia na słupku w kierunku ruchu wskazó­

wek zegarka leżącego poziomo i obserwowanego z góry. Jeśli tylko przy tym obracaniu nie ześliźnie się ze słupka, koło będzie się tak utrzymywać, dopóki jego obroty nie staną się powolne. 10. Bryła w kształcie dwu stożków kołowych o wspólnej osi, połączonych ze sobą blisko wierz­ chołków, stoi na dwu torach pochyłych w stosunku do poziomu i zbieżnych. W którą stronę potoczy się ta bryła na swych torach i czy się w ogóle potoczy? Rysunek perspektywiczny nie daje pod tym względem wyraźnej odpowiedzi. Lecz w rzucie na ścianę pio­ nową pokazano położenia bryły w skrajnych punktach pochyłych torów. Widać tam, że w położeniach bar­ dziej na lewo, gdy nasza bryła opiera się grubszymi miejscami o niższe tory, jej środek ciężkości jest wy­ żej. Gdy natomiast stanie najwęższym miejscem na najwyższym punkcie obu torów, środek ciężkości bę­ dzie najniżej. Bryła potoczy się więc pod wpływem siły ciężkości po zbieżnych torach pod górę, bowiem w tym ruchu będzie się obniżał jej środek ciężkości.

. PRZEMIANY ENERGII

1. Jest to energia potencjalna wody, która spływa z gór. Lecz skąd się ona tam bierze? Wypływa ze źródeł, do których dostaje się z wyższych jeszcze re­ jonów gór, gdzie spadłszy z deszczem wsiąka w pod­ łoże. A skąd się bierze woda w deszczach? Pod wpły­ wem ciepła słonecznego paruje, wznosi się w górę i, natrafiwszy na zimniejsze warstwy powietrza, ulega skropieniu. W rezultacie więc Słońce napędza elek­ trownie wodne. 2. Przy rozpuszczaniu w kwasie napiętej sprężyny, poszczególne atomy rozpuszczanego metalu otrzymy­ wać będą większą energię kinetyczną, niż gdyby po­ chodziły z metaiu nie naprężonego. WT rezultacie energia sprężyny znajdzie się w roztworze w postaci dodatkowego ciepła.3 3. Przyczyną tej różnicy jest oczywiście większe odbijanie promieni słonecznych przez wodę niż przez

ląd oraz większe ciepło właściwe wody w porównaniu z minerałami lądu. Ale najważniejszą różnicą jest to, że w morzu, dzięki ciągłemu ruchowi wody mieszanej przez fale, ciepło wywiązane na powierzchni rozpro­ wadzane jest szybko na dość dużą warstwę wody; na lądzie ogrzewa się tylko bardzo cienka warstwa gleby czy skał. 4. W reaktorze energia jądrowa zamienia się w cieplną. Obok prętów paliwa uranowego przebie­ gają tam wężownice z ciekłym sodem (lub inną sub­ stancją chłodzącą), który następnie ogrzewa wodę w kotle. Tu ciepło przetworzone zostaje w energię potencjalną pary, która w turbinie przechodzi w ener­ gię kinetyczną. Część tej energii zostaje przejęta przez łopatki turbiny, by poprzez wał oraz uzwojenie ge­ neratora ulec jeszcze jednej przemianie — w ener­ gię elektryczną. 5. Energia słoneczna dochodzi do nas w postaci promieniowania widzialnego, a także i niewidzialnego. Można zamienić energię promienistą bezpośrednio w elektryczną w urządzeniu zwanym ogniwem fotoelektrycznym. Istnieją już elektrownie wykorzystu­ jące zjawisko fotoelektryczne. W przyszłości wiele obszarów pustynnych właśnie w ten sposób będzie można wyzyskać. 6. Istnieją projekty i próbne urządzenia do wyko­ rzystania energii przypływów morza, które to zja­ wisko powoduje przecież Księżyc. Przewiduje się bu­ dowę wielkich zbiorników wody morskiej i na za­ porach, które będą je tworzyć — budowę turbin wod­ nych, wykorzystujących w czasie przypływu ruch wody do zbiorników, a w czasie odpływów powrotny przepływ wody do morza. 7. Dziś są to tylko elektrownie jądrowe oraz elek­ trownie wykorzystujące ciepło wnętrza Ziemi. W tych ostatnich eksploatuje się ciepło gorących źródeł albo korzysta z gorącej wody doprowadzonej szybami z głębszych, ciepłych warstw skorupy Ziemi. 8. Energia chemiczna paliwa rakiety zamienia się w jej silniku w ciepło, a ono z kolei w energię kine­ tyczną gazów wylotowych. Pęd, czyli iloczyn masy i prędkości gazów wylotowych, zgodnie z zasadą zacho­ wania pędu w układach zamkniętych, wytwarza równy mu pęd rakiety, lecz przeciwnie skierowany, co z kolei

wiąże się z nabywaniem przez rakietę energii kine­ tycznej i potencjalnej. Na orbicie rakieta zachowuje już tylko sumę obu tych energii, bowiem brak jest sił, które hv wpływały hamująco na ruch. 9. Jest to zupełnie możliwe. Trzeba go umiescic w odległości 35 800 km od Ziemi w płaszczyźnie rów­ nika oraz nadać taką prędkość, ażeby jego jeden obieg dokoła naszej planety trwał jedną dobę gwiazdową, tzn. 23 godz. 56 min, i aby krążenie odbywało s'ię w kierunku obrotu Ziemi. Satelita będzie wtedy nie­ ruchomy w stosunku do wybranego punktu powierz­ chni Ziemi. Wysłanie takiego satelity stało się już faktem dokonanym. Nosi on nazwę Syncom III. Jego „zawieszenie” stanowi jeszcze jeden dowód istnienia ruchu obrotowego Ziemi. Gdyby Ziemia się nie obra­ cała, satelita taki musiałby spaść na jej powierzchnię, bowiem siła, z jaką byłby przyciągany przez naszą pla­ netę, nie zostałaby zrównoważona siłą odśrodkową (wy­ nikającą w trakcie ruchu po krzywej lub okręgu koła). 10. Te przemiany energii są zupełnie analogiczne do przemian zachodzących w ruchu wahadła, a opi­ sanych we wstępie do niniejszego rozdziału. W punk­ cie toru satelity najbliższym Ziemi, zwanym pcrigeum, energia potencjalna w stosunku do Ziemi osiąga minimum, a energia kinetyczna i prędkość — maksi­ mum. W miarę oddalania się od Ziemi siła grawitacji powoduje, poza zaginaniem toru w kształt eliptyczny, hamowanie ruchu obiektu. W najdalszym od Ziemi punkcie orbity — apogeum, wraz z maksimum energii potencjalnej prędkość i energia kinetyczna satelity osiągają minimum. Odtąd jego prędkość zacznie znów wzrastać kosztem energii potencjalnej. Suma obu rodzajów energii — jeśli pominąć minimalne straty wywołane oporem w przestrzeni kosmicznej — pozostaje stała.

ZA PRZYKŁADEM MATKI NATURY

1. W organizmie zwierzęcym znamy przewody, którymi płynie ciecz niosąca energię chemiczną do wielu punktów jej zapotrzebowania; są nimi tętnice,

niosące składniki odżywcze i tlen zawarte we krwi do wszystkich żywych komórek ciała. 2. Kiedy mówimy do mikrofonu, drgania powietrza udzielają się membranie, a następnie przetwarzane są w odpowiednie zmiany natężenia prądu w obwodzie elektrycznym mikrofonu. Analogiczne urządzenie u kręgowców to błona bębenkowa w uchu. Drga ona wskutek dochodzących do niej fal dźwiękowych. Drgania te przekazuje następnie za pośrednictwem ucha środkowego do błędnika (ślimaka), gdzie są one przetwarzane w impulsy nerwowe, dające wrażenie słyszenia. 3. Aby belka była jednakowo wytrzymała na zgi­ nanie we wszystkich kierunkach, kontur przekroju musi być jednakowo odsunięty od środkowego punktu we wszystkich kierunkach. Warunki te spełnia rura, a przykładem zastosowania jej jako belki zginanej w różnych kierunkach może być choćby słoma, stosina pióra czy długa kość. 4. Rynna odprowadza wodę deszczową spływają­ cą po dachu do rury odprowadzającej. Analogiczną rolę spełnia w oku człowieka kanalik łzowy, odprowadzającs^ stale do komory nosowej nadmiar wilgoci koniecznej do utrzymania oka w sprawności. Podob­ nie jak rynny nie mogą zmieścić nadmiernej ilości wody spływającej z dachu podczas „oberwania chmury”, tak i kanalik łzowy nic jest w stanie odpro­ wadzić łez powstałych w nadmiarze w czasie płaczu. 5. Szczęki i uzębienie to pierwowzór kruszarki. Najbardziej podobna do pracy szczęk jest praca kru­ szarki szczękowej, mającej jedną płytę uzębioną nie­ ruchomą (jak górna szczęka) i drugą umieszczoną w łożyskach, zbliżającą sio ruchem obrotowym do płyty nieruchomej. Podobieństwo działania jest tu więc bardzo duże. 6. Chronienie delikatnego organu wzroku od nad­ miaru światła jest zadaniem powieki. Analogiczną rolę gra markiza w stosunku do wystaw sklepowych, okien czy balkonów-. 7 . Miech kowalski to urządzenie, które poruszane siłą zewnętrzną raz wciąga powietrze do wewmątrz, raz je wypycha. W organizmie zwierzęcia podobną rolę spełniają żebra wraz z przeponą i płucami wew­

nątrz. Sztywne deseczki miecha poruszane przez ko­ wala zmieniają objętość miecha w sposób analogiczny jak żebra poruszane mięśniami międzyżebrowymi i mięsień przepony — objętość klatki piersiowej. 8. W pierwszym pytaniu poruszyliśmy już sprawę ruchu krwi w organizmie zwierzęcia. Urządzenie do nadawania ruchu cieczy, to najczęściej pompa ssąco-tlocząca. W układzie krwionośnym rolę czynnika wprawiającego krew w ruch gra serce. Wyciskanie i zasysanie cieczy odbywTa się przez skurcze i rozkur­ cze mięśnia sercowego, powodujące zmiany pojem­ ności komór. W pompie tzw. przeponowej analogicz­ na czynność odbywa się przez rozciąganie i kurczenie gumowej przepony. Różnica polega więc na tym, że w zmianie objętości serca biorą udział całe komory, a w zmianach objętości pompy przeponowej — tylko jedna jej ściana — przepona. 9. Przesłona w aparacie fotograficznym reguluje ilość światła dochodzącego do kliszy przez zwiększanie lub zmniejszanie strumienia światła wpuszczanego do aparatu. Tęczówka gra w oku taką samą rolę. Bywa­ ją nawet aparaty, w których przesłona regulowana jest automatycznie, co funkcjonalnie jeszcze bardziej upo­ dabnia to urządzenie do tęczówki oka. 10. Przegub kulowy, stosowany np. w statywie apa­ ratu fotograficznego lub w połączeniu ramion lampy kreślarskiej, pozwala na nachylanie części ruchomej w stosunku do nieruchomej pod dowolnym kątem i w dowolnej płaszczyźnie (w pewnych granicach). Analogicznie obracać się może ramię człowieka w sta­ wie barkowym. W określonych granicach może ono przybrać dowolny kierunek. Staw barkowy jest pier­ wowzorem przegubu kulowego.

. ...CHYBA ŻEBY LAŁO...

1. Chmury są zbiorowiskiem drobnych kropelek wo­ dy. Mogą one powstać wtedy, gdy para wodna za­ warta w powietrzu osiągnie stan nasycenia, czyli gdy wilgotność względna powietrza osiągnie 100°/o.

2. Wilgotność względna powietrza może wzrosnąć bądź wskutek zwiększenia się bezwzględnej ilości pa­ ry wodnej zawartej w powietrzu (np. przez parowa­ nie z powierzchni morza czy wilgotnego gruntu), bądź wskutek oziębienia się powietrza. Ta sama ilość pary wodnej w 1 cm* powietrza może zatem w wyż­ szej temperaturze tworzyć powietrze „suche”, o malej wilgotności względnej, dalekie od kondensacji, a przy oziębieniu wytworzyć stan nasycony, umożliwiający kondensację i wydzielanie nadmiaru wilgoci w posta­ ci kropelek wody. 3. W dolnych warstwach atmosfery temperatura powietrza maleje wraz ze wzrastającą wysokością. Stąd nieomal z reguły wznoszeniu się mas powietrz­ nych towarzyszy ochładzanie, które — o ile jest dos­ tateczne — doprowadza powietrze do stanu nasyce­ nia. Wznoszący (wstępujący) prąd powietrza stwarza więc dobre warunki do tworzenia się chmur. Wytwo­ rzone w chmurze mniejsze krople są utrzymywane na stałej wysokości przez tenże prąd powietrza ku górze. O ile wytworzą się większe krople, zaczynają spadać i docierają do powietrza cieplejszego, a więc nie nasyconego parą wodną; oczywiście krople te znów parują, a para jest unoszona przez prąd wstępu­ jący. 4. Deszcz zaczyna padać dopiero wtedy, gdy po­ wietrze wznosi się i ochładza tak intensywnie, że krople tworzące się i rosnące w czasie spadania po­ przez chmurę dochodzą do takiej wielkości, iż nie zdążą wyparować przed spadnięciem na ziemię. Oczy­ wiście, że im bardziej wilgotne jest powietrze pod chmurami, tym wolniej parują spadające krople. 5. Stan nasycenia powietrza parą nie wywołuje automatycznie wydzielania się kropelek mgły czy tworzenia chmury. Może nawet zaistnieć stan prze­ sycenia wilgocią, o ile w powietrzu brak jakichś czą­ stek, zwanych jądrami kondensacji, od których rozpo­ czyna się tworzenie kropel. Najczęściej rolę owych jąder kondensacji grają drobne cząstki pyłu. W at­ mosferze ubogiej w jądra kondensacji można jednak rozpylać pewne związki chemiczne, np. związki jodu, które ułatwiają kondensację, a więc przyspieszają tworzenie się chmur. Technika ta jest dziś jeszcze w powijakach, ale rokuje nadzieje na przyszłość. Na obszarach stepowych wywołuje się czasem deszcz przez podpalenie stepu. Silny prąd wstępujący, wywołany

pożarem, powoduje oziębienie powietrza, dym zaś dostarcza obfitości jąder kondensacji. Oba te czyn­ niki wystarczają do wytworzenia chmury deszczowej. 6. Wiatr wiejący w kierunku gór powoduje pod­ noszenie się powietrza wzdłuż ich stoków. Tworzy się w ten sposób wymuszony prąd wstępujący, który po­ woduje ochładzanie się powietrza i — o ile tylko niesie ono dość wilgoci lub wzniesienia są dość wyso­ kie — doprowadza do intensywnej kondensacji pary wodnej. Opadające za łańcuchem gór powietrze ogrze­ wa się i staje się suche. W ten sposób łańcuch górski staje się barierą wyłapującą wilgoć z powietrza. 7. Powierzchnia wody ogrzewa się od promieni słonecznych znacznie wolniej niż powierzchnia lądu. Składają się na to trzy przyczyny: a) odbijanie znacz­ nej ilości promieni, b) większe ciepło właściwe wody niż składników lądu oraz c) ciągły ruch wody powo­ dujący, że ogrzewaniu podlega znacznie większa war­ stwa wody niż lądu. Przyczyna b) i c) powoduje znacznie wolniejsze stygnięcie w nocy wody niż po­ wierzchni lądu. Z tego powodu (ciepłe powietrze jest lżejsze niż zimne) w dzień tworzą się prądy wstępu­ jące nad lądem, powodujące ruch powietrza znad wody, a w nocy powietrze płynie do góry przede wszystkim znad wody, powodując wiatry na po­ wierzchni od strony lądu. 8. W nocy temperatura powierzchni Ziemi obniża się wskutek braku operacji Słońca oraz wypromieniowywania ciepła. Powietrze ochładza się przez zetknię­ cie z zimniejszymi przedmiotami i jeśli (zgodnie z od­ powiedzią na 4 pytanie) to ochłodzenie doprowadza powietrze aż do stanu nasycenia parą wodną, nadmiar jej skrapla się w postaci rosy na przedmiotach. 9. Zjawisko błyskawicy to iskra elektryczna po­ między chmurami o różnym potencjale elektrycznym, a piorun — to iskra pomiędzy chmurą a Ziemią. Oba zjawiska rozciągają się na długości wielu metrów, a nawet kilometrów. Iskra elektryczna wydziela świa­ tło i ciepło. Nagłe rozszerzenie powietrza w pobliżu drogi iskry wywołuje gwałtowny wzrost ciśnienia, po­ dobny do wybuchu, którego odgłos roznosi fala aku­ styczna. Ponieważ fala świetlna rozchodzi się z pręd­ kością około 300 000 km/sek, widzimy błyskawicę praktycznie jednocześnie na całej jej drodze. Fala gło­ sowa biegnie z prędkością 332 m/sek, skoro więc

błyskawica rozciąga się na kilka kilometrów, jej od­ głos, czyli grzmot można słyszeć przez kilkanaście nawet sekund. Efekt powiększa jeszcze zjawisko echa, które wydłuża trwanie grzmotu przez wielokrotne nieraz odbijanie odgłosu piorunu od chmur bliższych i dalszych oraz ziemi. 10. Gołoledź tworzy się wtedy, gdy bezpośrednio po deszczu, lub nawet w czasie jego trwania tempera­ tura powietrza przy powierzchni Ziemi lub przedmio­ tów na jej powierzchni spadnie poniżej 0 °C. Szron zaś powstaje wówczas, gdy w czasie mrozu para wod­ na zawarta w powietrzu znajdującym się przy po­ wierzchni Ziemi osiąga wskutek dalszego ochładzania stan nasycenia. Ochłodzenie to może być skutkiem zetknięcia się stosunkowo ciepłego i wilgotnego po­ wietrza z chłodniejszymi przedmiotami na powierzchni Ziemi. Para wodna przechodzi wtedy od razu w stan stały, wytwarza igiełki lodowe na powierzchni przed­ miotów, głównie od tej strony, z której wieje wiatr.

. ZRAZY A LA NEWTON

1. Stygnięcie zupy na talerzu polega (poza paro­ waniem) na odpływie ciepła z talerza do chłodniejsze­ go otoczenia, głównie do powietrza, przez powierz­ chnię. Intensywność tego ruchu ciepła zależy od róż­ nicy temperatur płynu i powietrza. Barszcz jest rzad­ ki i jego górna warstwa ochłodzona powietrzem staje się cięższa niż reszta gorętszego płynu. Cięższy barszcz opada na dno, a na jego miejsce wypływa na wierzch gorętszy, dzięki czemu utrzymuje się ruch w płynie i duża różnica temperatur pomiędzy zupą i powie­ trzem. Zjawisko to nazywamy konwekcją. Krupnik jest gęsty i dlatego nie zachodzi w nim zjawisko konwekcji. Wskutek tego stygnie on wolniej. 2. Rozpuszczanie się soli w wodzie, jak niemal każde rozpuszczanie, wymaga dopływu energii. Od­ bywa się ono zwykle kosztem ciepła ciała rozpuszcza­ jącego. A więc rozpuszczanie soli w wodzie ochładza tę ostatnią. Lody robimy zwykle wtedy, gdy jest cie­

pło. W ciepłym powietrzu lód utrzymuje temperaturę 0 °C; ogrzewany — topnieje, lecz się nie ogrzewa. Gdy na jego mokrą powierzchnię nasypiemy soli, rozpuszcza się ona w warstewce wody i ochładza ją oraz lód, hamując proces jego topnienia. Oziębiona mie­ szanina lodu i soli zamraża lody. 3. Każdy, kto był kiedyś „zatrudniony” przy tarciu chrzanu, z pewnością domyśli się przyczyny. Nie sposób zapomnieć łez płynących z oczu przy tej czyn­ ności, nawet jeśli się jest dorosłym i silnym mężczy­ zną, któremu nie przystoi płakać. Tarty chrzan wy­ dziela bowiem dookoła pary substancji zawartych w soku, które trafiwszy do oka powodują pieczenie 1 bardzo silne łzawienie. Jeśli trzemy chrzan nad go­ rącą blachą kuchni, intensywny „ciąg” rozgrzanego nad kuchnią powietrza porywa parę wydzielającą się z soku i niesie ją do komina, chroniąc w ten sposób oczy tego, kto tak umiejętnie potrafi wykorzystać zjawiska fizyczne. 4. Dogotowywacz umożliwia bardzo dobrą izolację cieplną garnka. Jest to skrzynka czy pudlo, w którym miejsce na garnek otoczone jest dobrym izolatorem ciepła, np. trocinami. Garnek np. z kaszą, zamiast półgodzinnego gotowania na kuchni, zaraz po zagoto­ waniu wstawiamy do dogotowywacz a, gdzie dzięki izolacji, wysoka temperatura utrzymuje się przez wiele godzin, powodując dogotowanie się potrawy. Dogoto­ wywacz nic przyspiesza więc gotowania potrawy, prze­ ciwnie, rozciąga jc na wiele godzin, lecz skraca czas potrzebny na grzanie. Dzięki dogotowywaczowi nie potrzeba uważać, aby potrawa nie wykipiała, mieszać żeby się nie przypaliła, zestawiać z ognia, gdy się ugo­ tuje. Jakaż wspaniała oszczędność czasu i nerwów go­ spodyni. A ponieważ grzanie na kuchni jest potrzebne w przypadku stosowania dogotowywacza tylko do za­ gotowania i najwyżej jeszcze kilka minut po zagoto­ waniu, mamy również oszczędność paliwa, a więc i pieniędzy. 5. Kto postąpi odwrotnie, prędko pozna powód. Podobnie jak istnieje naturalne dążenie do wyrów­ nywania ciśnień w naczyniach połączonych, tak wy­ równują się też stężenia różnych substancji w połą­ czonych ze sobą ciałach. Gdy posypać solą mokry liść sałaty, powstały tą drogą stężony roztwór soli wy­ ciąga wodę zawartą w komórkach liścia, dążąc do

wyrównania ciśnienia osmotycznego. Liść sałaty za­ czyna wtedy tonąć w wodzie pochodzącej z jego ko­ mórek, a jednocześnie kurczyć się i jakby więdnąć. Sałata staje się nieapetyczna i niesmaczna. 6. Szybkowar ' jest mocnym garnkiem ze szczelnie zamykaną pokrywką. W czasie gotowania panuje w nim duże ciśnienie, a wiadomo, że im większe ciś­ nienie, tym wyższa jest temperatura wrzenia. Tak więc gotowanie w szybkowarze przebiega w wyższej temperaturze niż w zwykłym, otwartym garnku; nic też dziwnego, że trwa ono krócej. 7. Gdy ogrzewać mleko do temperatury wrzenia, w całej jego objętości tworzą się jednocześnie pęche­ rzyki pary wodnej, które dążą ku górze, tworząc pia­ nę. Przy intensywnym grzaniu ilość tworzących się pęcherzyków piany jest większa niż ilość tych, które pękają wskutek stopniowego spływania cieczy ze ścia­ nek pęcherzyków ku dołowi i zmniejszaniu grubości tych ścianek. Mleko powiększa więc swą objętość — kipi. Jeśli na dnie garnka ułożymy krążek z zagię­ tymi ku dołowi krawę­ dziami (np. dekiel od menażki), pęcherzyki wrzącego mleka zatrzy­ mają się pod nim i połą­ czą w duże pęcherze. Gdy taki duży pęcherz wydobędzie się spod krążka, mknie ku górze znacznie szybciej, niż małe pęcherzyki (podobnie jak duże kro­ ple deszczu spadają szybciej niż małe). Po drodze duży pęcherz pary dogania i wchłania małe pęcherzyki, zmniejszając znacznie tendencję do pienienia i kipienia mleka. Dodatkowym działaniem krążka unoszonego co chwila przez tworzące się pod nim pęcherze jest nada­ wanie ruchu, mieszanie mleka przy dnie, co zmniejsza osadzanie się, przywieranie do dna cząstek stałych, wy­ dzielających się z podgrzewanego mleka. W ten sposób użycie krążka przeciwdziała przypalaniu mleka. 8. Im płyn gorętszy, tym jest lżejszy, ponieważ ciecze oraz wszystkie inne ciała (z wyjątkiem wody w zakresie temperatur 0—4 °C) rozszerzają się przy ogrzewaniu. Ciało, zwiększywszy swą objętość (przy niezmienionym ciężarze), staje się lżejsze (ciężar właściwy jest stosunkiem ciężaru do objętości) i gdy

jest w stanie ciekłym, wypływa na powierzchnię. Naj­ lżejszy, najgorętszy płyn zbiera się więc u góry termo­ su, przy korku. Sytuacja będzie podobna w wypadku powietrza ochłodzonego lodami. Im zimniejsze, tym cięższe. A więc najzimniejsze zbiera się na dnie, chroniąc przez brak konwekcji lody od topnienia. 9. Najczęściej słoiki (wecki) zamyka się w ten sposób, że po napełnieniu ich np. kompotem i lekkim przykryciu pokrywką z gumowym uszczelniaczem, utrzymuje się je w temperaturze zbliżonej do +100 °C przez dłuższy czas. W tej temperaturze woda (pro­ dukty suche nie nadają się do takiego zamykania) intensywnie paruje, a para miesza się z powietrzem zawartym w słoiku i razem z nim uchodzi na zewnątrz, unosząc nieco pokrywkę. Po pewnym czasie powietrze jest prawie zupełnie usunięte ze słoika; pozostaje w nim tylko kompot i para wodna. Gdy następnie słoik ochłodzimy, zawarta w nim para skropli się i ciśnienie wewnątrz słoika stanie się niższe od atmo­ sferycznego. To ostatnie dociśnie wtedy pokrywkę i odetnie tym samym powietrzu drogę do wnętrza. 10. Pamiętamy wszyscy chyba, że Archimedes od­ krył prawo rządzące pływaniem ciał. Mało kto wie jednak, że był on także wynalazcą śruby, ściślej prze­ nośnika ślimakowego, służącego do bliskiego trans­ portu materiałów płynnych lub stałych w kierunku poziomym lub skośnym. Urządzenie takie, szeroko stosowane np. w cukrowniach, znajduje się również w maszynkach do mielenia mięsa. Kotlety mielone najczęściej wykonuje się z mięsa zmielonego w takiej maszynce. Czyż nie wystarczający powód do wdzięcz­ ności?

WSZĘDZIE DOBRZE, A W DOMU... TEZ PRAWA FIZYCZNE

1. Sól kuchenna — chlorek sodu zawiera również drobne domieszki chlorku potasu. Ta druga sól, w od­ różnieniu od pierwszej, odznacza się znaczną higroskopijnością, czyli zdolnością wychwytywania wilgo­ ci z otoczenia, nawet z powietrza. W wilgotnym

mieszkaniu sól kuchenna szybko wilgotnieje z tego właśnie powodu, skleja się w duże grudy i nie sypie się przez małe otworki solniczki. W mieszkaniu su­ chym zawilżanie soli nie zachodzi lub zachodzi tylko nieznacznie i powoli. 2. Oporność uzwojenia grzejnika elektrycznego w suszarce jest tak dobrana, iż wymaga ono inten­ sywnego chłodzenia strumieniem powietrza. Gdyby takie uzwojenie umieścić w nieruchomym czy prawie nieruchomym powietrzu, nagrzałoby się natychmiast do tak wysokiej temperatury, że uległoby przepaleniu. Można by zastosować dwa uzwojenia dla obydwu tych celów', lecz po co? Kto chce samego grzania, może kupić piecyk. 3. Fotel jest tym wygodniejszy, im mniej czujemy jego ucisk na nasze ciało, a właściwie nasz na niego nacisk. Nacisk ten jest tym mniejszy, im większą po­ wierzchnią ciała stykamy się z fotelem. Fotel miękki ugina się znacznie, przybiera kształt ciała tego, kto na nim siedzi, a przez to zwiększa powierzchnię sty­ ku. Jednostką „wygodności” jest więc średnia po­ wierzchnia styku ciała z fotelem, przypadająca na jed­ nostkę ciężaru „pasażera”. „Wygodność można by więc mierzyć jednostkami odwrotnymi do jednostek ciśnie­ nia”. 4. Najzupełniej słusznie, szczególnie jeśli w na­ szej instalacji oświetleniowej znajdują się żarówki — najpospolitsze, lecz i najmniej oszczędne odbiorniki energii elektrycznej. Przy napięciu obniżonym do 90°/o nominalnego otrzymujemy od nich tylko 70°/o światła. Reszta energii przekształca się w ciepło, ale przecież nie dla ciepła zakupiliśmy żarówki. Działanie odbior­ ników radiowych i telewizorów też cierpi w przy­ padku zasilania ich napięciem niższym od nominal­ nego. Zmusza nas to nierzadko do stosowania stabili­ zatorów gwarantujących stałość napięcia prądu. 5. Powietrze znajdujące się w bezpośredniej blis­ kości gorącego pieca ogrzeje się od niego i, jako lżej­ sze od zimniejszego, zacznie się wznosić ku górze. Przez drzwi, a przede wszystkim przez szyby okna ciepło uchodzi na zewnątrz. Ochłodzone powietrze — jako cięższe — opada ku podłodze. Oba te ruchy po­ wietrza tworzą wir. porywając górne warstwy po­ wietrza w pokoju od pieca, a dolne ku niemu. Płomień świecy na podłodze pochyli się więc ku piecowi.

6. Gdy na dworze panuje mróz, szyba ma tempe­ raturę poniżej 0 °C. Stykające się z nią od strony po­ koju cieple i wilgotne powietrze ulega ochłodzeniu i powstały przy tym nadmiar pary wodnej osadza się na szybie w postaci igiełek lodu, dających niejedno­ krotnie piękne wzory. Powietrze zewnętrzne, stykając się z szybą nie ochładza się, ale ogrzewa: zmniejsza się wtedy jego wilgotność względna. Nie można więc oczekiwać, aby para zestaliła się od zewnątrz w po­ staci szronu. 7. Jest to tzw. silnik jednofazowy. Mając do dys­ pozycji źródło prądu, odbiornik prądu i dwa prze­ wody można zrealizować tylko jeden obwód elek­ tryczny. Przez oby te przewody może płynąć tylko jeden prąd. Przez trzy przewody (mając trzy źródła prądu i trzy odbiorniki) można przeprowadzić trzy obwody elektryczne i w każdym z nich może płynąć prąd o innym natężeniu. Tak się właśnie dzieje w od­ biornikach trójfazowych. Płyną w nich prądy, które są zmienne w ten sam sposób, ale w każdej chwili różnią się od siebie fazą tych zmian. 8. Bezpieczniki stanowią ochronę przewodów i od­ biorników energii elektrycznej przed przepalaniem się w razie znacznego wzrostu natężenia przepływającego prądu, na przykład w przypadku powstania zwarcia. Jeśli użyjemy zbyt cienkiego drucika do reperacji bez­ pieczników, przepalą się one przy normalnym poborze prądu przez instalację. Znacznie bardziej niebezpiecz­ nym następstwem jest jednak użycie zbyt grubego drutu. Może ono wywołać przepalenie się i iskrzenie przewodów w nieprzewidzianym miejscu, np. na stry­ chu. Miejsce to może się stać zarzewiem pożaru. 9. W syfonie wykorzystujemy zmianę rozpuszczal­ ności gazu w cieczy w zależności od ciśnienia. Przed napełnieniem syfonu wodą nasyca się ją pod dużym ciśnieniem dwutlenkiem węgla. Gaz ten wydziela się z wody w syfonie i dopóty zbiera się w jego górnej części, dopóki ciśnienie jego nie wzrośnie do takiej wielkości, przy której zawarta jeszcze w wodzie ilość gazu nie może się już wydzielać. Gdy otworzymy ku­ rek syfonu, ciśnienie gazu wypycha wodę na ze­ wnątrz samoczynnie. Powstałe przez to obniżenie ciś­ nienia kompensują nowe ilości gazu wydzielające się z wody właśnie wskutek tego obniżenia. Tak więc syfon, po pierwsze, zabezpiecza od przedwczesnego wydzielenia się wszystkiego gazu, który stanowi

o „smaku” wody sodowej, po drugie, mechanizuje pro­ ces napełniania szklanki — nie wymaga przechyla­ nia. 10. Przewody wodociągowe i kanalizacyjne są wy­ konane najczęściej z metalu. Przechodząc przez wilgotną ziemię na dość dużej głębokości, stanowią świetne uziemienie. W razie dotknięcia przedmiotu będącego pod napięciem jedną ręką (np. w razie popsucia się izolacji w przewodach lub odbiornikach elektrycznych) przy jednoczesnym dotykaniu przed­ miotów uziemionych, grozi człowiekowi śmiertelne niebezpieczeństwo. Prąd natrafia wtedy na mały opór, płynąc poprzez ciało człowieka do ziemi, i osiąga tak wielkie natężenie, że ktoś nieostrożny może zostać śmiertelnie porażony. Dlatego to w łazienkach wy­ łączniki światła buduje się na zewnątrz, a w każdym razie z dala od rur wodociągowych.

WZAJEMNE USŁUGI

1. W ubitej grządce odległości między poszczegól­ nymi grudkami ziemi są tak małe, że działają jak rurki włoskowate. Wilgoć z głębszych warstw pod­ nosi się nimi ku górze i na powierzchni intensywnie paruje. Grządka pozostaje więc długo wilgotna, kosz­ tem wysuszenia głębszych warstw gleby. Na zgrabio­ nej, spulchnionej grządce odległości między grudkami są znacznie większe, toteż nie występuje zjawisko unoszenia się wody naczyniami włoskowatymi. Taka grządka traci więc tylko wilgoć zawartą w warstwie powierzchniowej. Jej szybko schnąca, bo duża, po­ wierzchnia chroni od wyparowania wilgoć głębszych warstw, gdzie znajdują się korzenie roślin. 2. Wyschnięta warstwa powierzchniowa spulchnio­ nej gleby izoluje głębsze warstwy od podsiąkania wilgoci (patrz pyt. 1), jak i od zbytniego ogrzewania, które bezpośrednio wpływa na intensywność paro­ wania wody. Ogrodnik zagrabiając grządkę, pozwala wyschnąć górnej warstwie gleby, która chroni wilgoć warstw głębszych.

3. Woda z obfitego deszczu przesącza się w głąb gleby, tworząc malutkie kanaliki. Po deszczu grają one rolę naczyń włoskowatych, wysysających wodę z głębszych warstw na powierzchnię, gdzie zostaje odparowana. W celu zniszczenia tych kanalików, ogrodnik odczuwający na ogół brak wilgoci w swej glebie (a takich jest w Polsce większość) stara się zaraz po deszczu zagrabić grządki. 4. Na przedwiośniu soki w drzewach zaczynają krążyć pod wpływem ciepła dostarczanego (w dużej mierze bezpośrednio) pniom drzew przez promienie słoneczne. Gdy po słonecznym dniu przychodzi mroźna noc, pnie, w których soki ruszyły, są podatniejsze na uszkodzenia, gdyż zamarzający sok rozszerza się, wskutek czego niszczy, rozrywa komórki rośliny. Z uwagi na to korzystnie jest opóźniać obudzenie się drzew, szczególnie owocowych, przez pobielenie. Po­ bielony pień odbija większość padających nań pro­ mieni Słońca, a więc mniej się ogrzewa. Opóźnia to moment ruszenia soków. Bielenie gra też dużą rolę w walce ze szkodnikami. 5. Robią to z obawy przed przymrozkiem, ale nie chcą bynajmniej ogrzewać zagrożonych roślin. Chodzi tu o rozpostarcie nad ogrodem dymu, który zmniej­ szyłby promieniowanie ciepła z powierzchni Ziemi do atmosfery w tym miejscu. Jest to więc jak gdyby rozścielanie sztucznych chmur, które zmniejszają możliwość przymrozku na tym ograniczonym terenie, nad którym rozpościera się dym ogniska. 6. Słońce grzeje najmocniej w południe, toteż po­ szukiwane miejsce musi być dobrze oświetlone właśnie o tej porze dnia. Najcieplej jest pod płotem, gdzie nie dochodzą wiatry, przeto najlepsze miejsce może być pod północnym płotem. Zależy to jednak i od ukształ­ towania terenu. Grządki najbardziej nachylone ku po­ łudniowi otrzymują na jednostkę powierzchni naj­ większą ilość promieni słonecznych. Czasem ogrodnicy przygotowują pochyłe ku południowi grządki właśnie w tym celu. 7. Rola obornika w inspektach jako nawozu to bynajmniej nie najważniejsza jego rola. Ważniejsze jest ogrzewanie inspektu ciepłem powstałym z proce­ sów fermentacyjnych, jakie zachodzą w nawozie. Ża­ den nawóz sztuczny roli tej nic spełnia, przynajmniej jeśli chodzi o dziś znane nawozy. 8 — 500 z a g a d e k z f iz y k i

113

8. Potrzebne ciepło zapewniają inspektora nie tyl­ ko reakcje fermentacji nawozu, lecz także promienio­ wanie słoneczne, które przechodzi przez szyby okien inspektowych i oddaje swą energię powierzchni gleby w postaci ciepła. Ucieczka ciepła przez szyby okien­ ne jest utrudniona, gdyż nagrzane powietrze nie ucie­ ka w górę, lecz utrzymuje się pod szybami, nad samą glebą. Gdy zasiane w inspektach rośliny wzejdą, potrzebują do swego rozwoju światła. To drugi po­ wód zdejmowania mat na dzień z inspektowych okien. 9. Krople wody na liściach tworzą soczewki, które skupiają promienie słoneczne na powierzchni liści. Liść może więc ulec uszkodzeniu, jak gdyby popa­ rzeniu przez Słońce. 10. Kiełek wypuszczony przez nasienie rośnie w kie­ runku pionowym ku środkowi Ziemi w poszukiwaniu koniecznej do życia wilgoci i pokarmów. Zjawisko to nazwano geotropizmem dodatnim. Stwierdzono, że roślina znajduje pionowy kierunek dzięki istnieniu grawitacji. W sztucznym satelicie, gdzie panuje stan nieważkości, kiełek nie mógłby rosnąć prawidłowo, bowiem mechanizm geolropizmu uległby zakłóceniu.

21

.

COŚ TU NIE JEST W PORZĄDKU

1. Rysunek przedstawia szklankę napełnioną cie­ czą. w której zanurzono rurkę szklaną o małej śred­ nicy, czyli rurkę włoskowatą otwartą z obu końców. Ciecz podniosła się w rurce, osiągając poziom wyż­ szy niż w całym naczyniu. Lecz w takim przypadku powierzchnia cieczy powinna tworzyć menisk wklę­ sły (np. woda), a na ilustracji został narysowany me­ nisk wypukły. Gdyby rzeczywiście taki był kształt menisku, poziom cieczy w rurce włoskowatej musiał­ by się ustalić poniżej swobodnego lustra cieczy w na­ czyniu (co ma miejsce w przypadku rtęci), nie zaś powyżej. Menisk wklęsły powstaje dlatego, iż przy­ leganie pomiędzy rurką a cieczą (adhezja) jest więk­ sze od spójności (kohezji) cząsteczek cieczy. Przy me­ nisku wypukłym kohezja przewyższa adhezję.

2. Dwa wały zostały połączone dwiema prze­ kładniami zębatymi o różnym przełożeniu. Jedna z nich mogłaby zwiększać obroty wału napędzanego w stosunku do napędzającego, a druga — zmniejszać je. Razem -więc wszystkie koła zębate nie mogą współpracować, są zablokowane. Można oczywiście zbudować taki układ, lecz jego koła zębate nie będą się mogły obracać. Tymczasem pokazane na rysunku strzałki świadczą o obrotach wałów, co jest niemoż­ liwe. 3. Nad okolicą widać tęczę. Łuk tęczy pokazany jest z ukosa, jedna część łuku, schodząca ku ziemi, jest bliższa widza, a druga — dalsza. Jest to niemoż­ liwością. Tęcza tworzy się na tle chmury przez we­ wnętrzne odbicie światła słonecznego w kropelkach deszczu, jeśli wysokość Słońca nad horyzontem nie przekracza 43,5 °. Obserwator tego zjawiska ma zawsze Słońce za plecami i z punktu, w którym się on znajduje łuk tęczy ma kształt kolisty. Tęczy w skró­ cie zobaczyć nie można. 4. Na rysunku widzimy fragment tzw. suwmiarki z noniuszem, służącej do pomiarów grubości z do­ kładnością do 0.1 mm. W tym celu na ruchomej czę­ ści suwmiarki nacina się 10 podziałek o rozstawie o tna mniejszym od rozstawu podziałek skali mili­ metrowej, wykonanej na nie przesuwanej części (kor­ pusie) suwmiarki. Dziesiąte części milimetra określa­ my, odliczając kreski na ruchomej części suwmiarki od 0 aż do tej kreski, której położenie zlewa się z położ.eniern którejkolwiek kreski na skali nieruchomej. Przyjrzawszy się rysunkowi stwierdzamy, że nie ma takiej kreski, gdyż skala ruchoma została naryso­ wana nieprawidłowo. Jej odstępy odpowiadają odstę­ pom skali nieruchomej, a więc kreski jednej skali albo zawsze będą przesunięte względem kresek skali drugiej, albo też wszystkie z nią zgodne. 5. Rysunek przedstawia załamanie i rozszczepie­ nie światła słonecznego w szklanym pryzmacie. Bieg promieni został jednak narysowany błędnie. Przy prze­ chodzeniu z ośrodka rzadszego do gęstszego, w myśl prawa załama­ nia, kąt promienia mie­ rzony od prostopadłej, wystawionej w punkcie załamania, jest dla

ośrodka rzadszego większy, a dla gęstszego — mniej­ szy, odwrotnie, jak to pokazano na rysunku. Prawidło­ wy przebieg promieni przedstawia rysunek obok. 6. Linia elektryczna składa się z dwóch przewo­ dów zawieszonych na słupach za pośrednictwem izo­ latorów porcelanowych lub szklanych. Szkło i por­ celana są świetnymi dielektrykami, praktycznie nie przewodzą prądu elektrycznego. Gdyby jednak ich powierzchnia była wilgotna, prąd elektryczny mógłby płynąć od przewodów poprzez wilgotną powierzchnię izolatora ku ziemi. Aby podczas deszczu część po­ wierzchni izolatora pomiędzy miejscem umocowania przewodu a metalo­ wym prętem utrzymu­ jącym izolator była su­ cha, temu ostatniemu nadaje się kształt kie­ liszka, obróconego do góry dnem. Na rysun­ ku 6 pokazano izolato­ ry złożone nieprawidło­ wo, dnem ku dołowi. Deszcz może wywołać zwarcie w tak urządzo­ nej linii elektrycznej. 7. Fotograf przygotowuje się do zrobienia zdjęcia, obserwując na matówce obraz. Soczewka obiektywu daje w rzeczywistości na matówce obraz odwrócony. Tymczasem na rysunku widać obraz na matówce nie odwrócony, co jest błędem. 8. Gdyby człowieka wyrzucić z katapulty tak, aby spadł na Ziemię po przeleceniu kilkudziesięciu me­ trów, doznałby z pewnością silnych obrażeń, poła­ małby kończymy. Dla­ czego jednak skocz­ kowie na nartach po wykonaniu długich skoków lądują (na ogół) szczęśliwie? Przyczyną jest kształt (profil) miejsca lądo­ wania narciarza. Na­ daje mu się kształt niemal styczny do przewidywanego toru

lotu skoczka. Dzięki temu, mimo wielkiej prędkości, zbliżanie do powierzchni skoczni odbywa się stosun­ kowo powoli, zderzenie z Ziemią rozkłada się na dłuż­ szą chwilę czasu, co pozwala na zakończenie skoku bez wypadku. Kształt poziomy miejsca lądowania po­ kazany na rysunku 8 uniemożliwiłby w ogóle korzy­ stanie z takiej skoczni. 9. Rysunek 9 przedstawia schemat elektryczny in­ stalacji silnika bocznikowego prądu stałego. Schemat zawiera jednak błąd. Woltomierz V i amperomierz A znajdują się na niewłaściwych miejscach. W takim układzie przez amperomierz popłynie prąd tak duży (przyrząd ten posiada bardzo mały opór elektryczny), że ulegnie on przepaleniu, a woltomierz tak włą­ czony wykaże tylko spadek napięcia spowodowany swym własnym oporem wewnętrznym. Aby wolto­ mierz wskazywał napięcie sieci, a amperomierz prąd pobierany przez silnik S, ich miejsca w schemacie powinny być zamienione. 10. Lód wyjęto z lodówki (typu Miś) i potłuczono, a następnie wsypano do szklanki i dolano spirytusu. Spirytus ma mniejszą gęstość niż lód, więc ten ostatni nie może pływać, musi utonąć w spirytusie.

ŚLADAMI KOSMONAUTÓW

1. Ponieważ ze wszystkich znanych środków lo­ komocji tylko rakiety mogą się poruszać w próżni. Rakieta niesie w swych zbiornikach zarówno paliwo, jak i tlen do jego spalania, zaś zasada akcji-reakcji obowiązuje zarówno w próżni, jak w atmosferze. 2. Każda porcja wyrzuconych przez dyszę spalin zwiększa prędkość rakiety, niezależnie od prędkości już osiągniętej, toteż rakieta może po pewnym czasie osiągnąć szybkość większą od prędkości spalin. Trud­ ność leży tylko w dużej ilości materiału pędnego, jaki należy w takim przypadku zabrać ze sobą.3* 3. Satelitą nazywamy każde ciało krążące (oczy­ wiście bez napędu) dokoła innego większego odeń

ciała niebieskiego. Sate­ litami Słońca są zatem planety, a w ich licz­ bie i nasza Ziemia. Księżyc jest satelitą Zie­ mi. Przypuśćmy, że bę­ dziemy strzelać z ol­ brzymiego działa w kie­ runku poziomym oraz załóżmy, że działo to może nadawać pocis­ kom wielkie prędkości. Wszystkie pociski spa­ dną jednak na Ziemię, jeśli będą miały pręd­ kość mniejszą od 8 km/sek. Dopiero w przypadku osiągnięcia tej pręd­ kości wystrzelony równolegle do powierzchni Ziemi pocisk nie spadnie, lecz zacznie krążyć dokoła niej, bowiem siła, z jaką będzie on przyciągany przez Zie­ mię, zrówna się z siłą odśrodkową wynikłą w trakcie ruchu po kole. Stanie się przeto sztucznym satelitą Ziemi. Ta prędkość specyficzna nazywana jest pierw­ szą prędkością kosmiczną. Ruch satelity Ziemi musi się odbywać na wysokości co najmniej 160 km od powierzchni Ziemi, a więc w ośrodku bardzo rozrze­ dzonym. Ośrodek gęsty działałby hamująco na jego ruch i satelita taki musiałby mieć napęd dla wyrów­ nywania strat prędkości wynikłych wskutek oporu powietrza. Hamowanie w atmosferze wiąże się po­ nadto ze znacznym ogrzewaniem. 4. Jeśli sztuczny satelita zostanie wprowadzony na orbitę okołoziernską z prędkością początkową większą od 8 km/sek, zacznie zakreślać tor nie ko­ łowy, lecz eliptyczny, po którym będzie krążył ze zmienną prędkością, tym mniejszą, im dalej od Ziemi będzie się znajdował. Jeśli prędkość początkową bę­ dziemy dalej zwiększać, orbita satelity będzie się wy­ dłużać, przy czym niewielki wzrost prędkości spowo­ duje bardzo znaczny wzrost zasięgu jego lotu. Jeśli początkowa prędkość satelity przekroczy wartość 11,2 km/sek, tzw. drugą prędkość kosmiczną, tor jego nie będzie już eliptyczny. Satelita przekroczy strefę aktywności naszej planety i pomknie w przestrzeń kosmiczną, stając .się satelitą Słońca.5* 5. Aby stać się satelitą Ziemi, obiekt musi, jak mówiliśmy, mieć prędkość 8 km/sek. Prędkość jedno-

stopniowych rakiet chemicznych jest jednak ograni­ czona z uwagi na konieczne ilości paliwa, opór po­ wietrza i straty grawitacyjne, toteż nie przekracza wartości 3 km/sek. Rakieta wielostopniowa pozwala pokonać tę granicę. Wyobraźmy sobie, iż pierwszy stopień rakiety po osiągnięciu np. 3 km/sek prze­ staje pracować, a jego silnik i zbiorniki odpadają. Z jego części czołowej startuje mniejsza rakieta, któ­ ra znów osiąga prędkość np. 3 km/sek. Razem z pręd­ kością poprzednio uzyskaną ma ona prędkość 3 + 3 = = 6 km/sek (pomijamy straty grawitacyjne). Wystar­ czy jeszcze umieścić na drugim członie człon trzeci, aby osiągnął on w stosunku do Ziemi prędkość około 8 km/sek, potrzebną do ruchu po orbicie okoloziemskiej. 6. Stan nieważkości panuje wewnątrz wszystkich obiektów spadających swobodnie w polu grawitacyj­ nym. Tak więc będzie go odczuwał pasażer zerwanej windy, pasażer rakiety lecącej siłą bezwładności po wyłączeniu silników, kosmonauta znajdujący się w sztucznym satelicie. Stan nieważkości panuje też oczywiście w przestrzeni z dala od wszelkich ciał przyciągających oraz w samym centrum naszej pla­ nety. 7. Przestrzeń międzyplanetarna nie jest idealną próżnią, aczkolwiek liczba atomów gazu zawartych w objętości 1 cm5 jest z dala od Ziemi wielokrotnie mniejsza niż osiągana w najlepszych ziemskich pom­ pach próżniowych. Zawiera się ona w granicach kil­ kuset atomów/cm8, podczas gdy w atmosferze Ziemi na poziomie morza i w normalnej temperaturze koncen­ tracja atomów wynosi 27 000 000 000 000 000 000 ato­ mów/cm3. Poza gazem międzyplanetarnym spotykamy w przestrzeni kosmicznej mikrometeory oraz pierwot­ ne promieniowanie kosmiczne złożone z rozpędzonych jąder lekkich pierwiastków. Atmosfera ziemska prze­ chodzi w ośrodek międzyplanetarny w odległości około 3 000 km od Ziemi. 8. Powietrze w przestrzeni kosmicznej rozwiąza­ łoby zagadnienie oddychania i tlenu do spalania pa­ liwa, lecz uniemożliwiałoby szybkie i dalekie podróże kosmiczne -wskutek konieczności zabierania wielkich ilości paliwa na pokonywanie oporów ruchu wzdłuż całej drogi oraz wskutek niemożności osiągania więk­ szych prędkości ruchu. Ogromne rozrzedzenie ośrodka międzyplanetarnego umożliwia bardzo dalekie podróże

bez napędu (poza startem), z pierwotnie uzyskaną prędkością. 9. Przez atmosferę ziemską przechodzą promienie świetlne (fale elektromagnetyczne o długościach od 0,3 n do 0,75 n) oraz część fal radiowych, mianowicie fale o długości od 1,25 cm do 30 m. Promieniowa­ nie widzialne wykorzystuje tradycyjna astronomia optyczna, drugie — niedawno powstała radioastro­ nomia. 10. Sygnały z Kosmosu dochodzą również na in­ nych odcinkach pełnej skali fal elektromagnetycz­ nych, np. w nadfiolecie, w promieniach rentgenow­ skich, w promieniach y, lecz w celu ich obserwowa­ nia trzeba wzbić się na wysokość kilkuset kilome­ trów, bowiem atmosfera Ziemi intensywnie pochła­ nia te właśnie rodzaje promieniowania elektromag­ netycznego.

PROSZĘ PRZECHODZIC DO PRZODU!

1. Każdy silnik elektryczny musi być zasilany (co najmniej) dwoma przewodami. Silnik tramwaju też ma dwa przewody. Jednym jest przewód powietrz­ ny, a drugim szyny i ziemia. Gdy tramwaj rusza, silnik zaczyna pobierać energię elektryczną, a więc przez jego koła i szyny tramwaju płynie wtedy prąd. 2. Tramwaje są najczęściej zasilane prądem sta­ łym. Silnik prądu stałego może być używany nie tylko do przyśpieszenia, ale i do hamowania wozu, gdyż obracany rozpędem tramwaju, staje się prądnicą, która energię kinetyczną zamienia w elektryczną. Energia ta nie jest oddawana do sieci, bowiem napięcie prądu wytwarzanego przy hamowaniu zmienia się znacznie w zależności od częstości obrotów wirnika. Powstały wówczas prąd kierowany jest do oporni­ ków (grzejników), w których energia elektryczna zo­ staje przekształcona w energię cieplną. Przy hamowa­ niu więc przez szyny i koła tramwaju nie płynie prąd.

3. Konstruktor zbliża do siebie obie osie tram­ waju, aby umożliwić tramwajowi skręcanie po luku 0 małym promieniu, co szczególnie w miastach sta­ rych, o ciasnych ulicach, jest bardzo ważne. Szerzej rozstawione osie spowodowałyby, że na zakręcie koła byłyby ustawione w stosunku do kierunku szyny pod zbyt dużym kątem, co powodowałoby bardzo silne ścieranie się przy jeździe zarówno kół, jak i szyn. Czasem buduje się tramwaje z dwoma dwuosiowymi wózkami, co pozwala na jazdę po bardzo zakrzywio­ nych torach, lecz komplikuje znacznie konstrukcję wozu. 4. a) Trolejbus może wymijać przeszkody na ulicy, a tramwaj nie. b) Popsuty trolejbus ściąga swe pałąki 1 nie tamuje ruchu innych trolejbusów, c) Budowa linii trolejbusowej jest znacznie tańsza, szczególnie w przypadku ulic o dobrej nawierzchni, gdyż polega tylko na zawieszeniu sieci zasilającej, a nie wymaga budowy torowiska, stanowiącego główny składnik kosztu linii tramwajowej. 5. Zmiana prędkości tramwaju polega na zmianie prędkości obrotów silnika tramwaju, to zaś wyko­ nuje się przez zmianę oporności w obwodzie zasilania elektromagnesów silnika. 6. Żarówki w tramwaju łączone są najczęściej szeregowo. Np. gdy sieć tramwajowa posiada napię­ cie 500 V, można łączyć szeregowo po 4 jednakowe żarówki i wtedy każda z nich zasilana jest prądem 0 napięciu 125 V. Jeśli jedna z żarówek szeregu zo­ stanie przepalona, przerywa się obwód w całym sze­ regu czterech żarówek i oczywiście trzy pozostałe również gasną natychmiast. 7. Przy nagłym hamowaniu może nastąpić poślizg zatrzymanych kół po gładkich szynach, co znacznie zmniejsza efektywność hamowania. Aby temu zapo­ biec, przy ostrym hamowaniu sypie się piasek ze spe­ cjalnego zbiornika wprost na szyny. Zwiększone tar­ cie między szynami a kołami nie pozwala na poślizg 1 wóz może szybko stanąć. Piasek znajdujący się mię­ dzy dwoma ślizgającymi się po sobie powierzchniami metalowymi zwiększa tarcie między nimi. 8. Do reperacji lub zakładania sieci elektrycz­ nej służą specjalne wozy, zaopatrzone w podnoszone pomosty. Pomosty te są starannie odizolowane od

podwozia i prąd nie może płynąć przez ręce pracują­ cych robotników do ziemi. Chociaż więc dotykają oni przewodu o wysokim napięciu, dzięki odizolowaniu nie są narażeni na przepływ prądu, a więc i na pora­ żenie. 9. Tramwaj zasilany jest dwoma przewodami. Jednym jest przewód powietrzny, drugim ziemia i szyny. Trolejbus nie wymaga szyn, a od ziemi od­ dziela go dobry izolator — gumowe opony. W celu zasilania go energią trzeba zawiesić drugi przewód. Panujące między nimi napięcie umożliwia pracę sil­ nika trolejbusu. 10. W takim przypadku następuje wzrost natę­ żenia prądu w obwodzie silnika tramwaju ponad ustaloną, bezpieczną dla uzwojenia granicę. Aby nie­ uważny motorniczy nie zniszczył w ten sposób sil­ nika, włącza się w obwód bezpiecznik nadmiarowy, działający analogicznie jak domowy bezpiecznik nad­ miarowy ■ — popularny „korek automatyczny”, uży­ wany w nowoczesnych instalacjach mieszkaniowych. Gdy natężenie prądu jest zbyt duże, następuje wyłą­ czenie, przerwanie obwodu silnika i tramwaj staje. Urządzenie to oparte jest na działaniu elektromagne­ su, poruszającego dźwignię wyłącznika w przypadku zbyt dużego natężenia prądu w obwodzie.

SZCZĘŚCIE Z KLAKSONEM

1. Silnik niskoprężny, benzynowy nie może się obyć bez instalacji elektrycznej. Iskrę powodującą wybuch w cylindrze wytwarza instalacja elektryczna. Natomiast samochód z silnikiem wysokoprężnym (diesel) może pracować bez elektryczności. W jego cylindrze zapłon paliwa następuje w trakcie wstrzyk­ nięcia go do cylindra zawierającego silnie sprężone, a przez to gorące powietrze. 2. Głównym powodem jest niewynalezienie do­ tychczas akumulatora prądu zmiennego. Chodzi bo­ wiem o to, aby samochód mógł korzystać z energii

elektrycznej zarówno w ruchu, lak i na postoju. Prąd­ nica dowolnego typu daje zaś napięcie tylko wtedy, kiedy jej wirnik wprawimy w ruch. Drugą trudno­ ścią, z którą jednak można by sobie jakoś poradzić, jest mały moment rozruchowy silnika prądu zmien­ nego w porównaniu z silnikiem prądu stałego, co w zastosowaniu do rozrusznika gra zasadniczą rolę. 3. Nie chodzi tu wcale o zapobieganie zderze­ niom. Płynu przeciwstukowego dodaje się do ben­ zyny, gdy mieszanka wykazuje tendencję do samo­ zapłonu (wskutek nadmiernego wzrostu temperatury w trakcie sprężania) jeszcze przed pojawieniem się iskry w świecy. Przedwczesny zapłon objawia się charakterystycznymi stukami w silniku samocho­ dowym. 4. Biały dym wydzielający się z rury wydechowej samochodu świadczy o tym, że zasysane przez tłok powietrze jest bardzo wilgotne. Para wodna wchło­ nięta do cylindra skrapla się tuż po wyjściu z rury wydechowej, jeśli temperatura otoczenia jest dosta­ tecznie niska. Dym niebieski (szczególnie w przypad­ ku silników dwusuwowych) jest wynikiem dolania do benzyny nadmiernej ilości oleju. Wreszcie dym czarny informuje, że zastosowano zbyt bogata mie­ szankę i część węglowodorów utlenia się tylko do węgla (zamiast do dwutlenku węgla), który w postaci stałej wychodzi ze spalinami. Silniki wysokoprężne są zasadniczo trudniejsze do regulacji, stąd częściej dają czarny dym. Spaliny prawidłowo działającego silnika benzynowego winny być bezbarwne. 5. Skrzynka biegów jest w samochodzie konieczna, gdyż samochodowe silniki spalinowe nracują wydaj­ nie tylko na dużych obrotach. Dzięki skrzynce bie­ gów koło zamachowe silnika może mieć stale duże obroty, niezależnie od tego, czy chcemy jechać prędko czy powoli. Samochód bez skrzynki przekładniowej nie miałby siły ruszyć z miejsca (przy małych obro­ tach moc jest mała), a pracowałby dobrze tylko wte­ dy, gdyby go ktoś rozpędził. 6. Są to: a) ogumienie kół, b) układ resorów po­ między osiami kół a karoserią, wraz z amortyzato­ rami, które zasadniczo służą do „wygaszania” piono­ wego huśtania wozu na resorach, lecz również łagodzą wstrząsy jazdy, c) rama fotela i w końcu d) poduszki fotela.

7. Podczas jazdy samochodem po lukach siły bez­ władności działają w kierunku prostopadłym do kie­ runku jazdy. Jeśli jednak jechać niezbyt szybko i ostrożnie, siły te nie przewyższą sił tarcia opon o jezdnię. Natomiast przy ostrym hamowaniu może nastąpić poślizg. Polega on' na tym, że siły bezwład­ ności zaczynają przeważać nad siłami tarcia ślizgo­ wego, jakie wynika w trakcie nagłego i silnego zaha­ mowania pojazdu. Samochód nie zareaguje wtedy na obrót kierownicy, lecz zarzuci na łuku. Fakt, iż samo­ chód łatwo zarzuca na zakręcie, wiąże się też z pra­ wem fizycznym głoszącym, że tarcie dynamiczne jest mniejsze od statycznego. Jeśli więc samochód znaj­ duje się w poślizgu, to pchnięcie go w kierunku po­ przecznym wymaga mniejszej siły niż wtedy, kiedy jest on w spoczynku lub toczy się bez poślizgu. 8. Moc silnika zależy od ilości wydzielonego w cy­ lindrach ciepła, a więc także od ilości spalonego pa­ liwa. Nic nie da zwiększanie podawania paliwa, jeśli się odpowiednio nie zwiększa ilości zasysanego do cylindrów powietrza. Są na to różne sposoby tech­ niczne. Niska temperatura również może tu odegrać dużą rolę. Zimne powietrze jest gęstsze od gorącego, toteż w tej samej objętości cylindra zmieści się go więcej. Stąd w zimie silnik spalinowy ma moc tym większą, im mróz bardziej siarczysty, o ile odpowied­ nio do gęstości powietrza uregulowano gaźnik, a cały silnik zabezpieczono od nadmiernych strat ciepła. 9. Jak wynika z poprzedniej odpowiedzi, ilość paliwa można w silniku spalinowym regulować, ale musi ona być odpowiednia do ilości zasysanego do cylindrów powietrza. Stąd o mocy silnika decyduje zasadniczo suma objętości skokowych wszystkich cy­ lindrów silnika. Pojemnością skokową cylindra nazy­ wamy objętość zakreślaną przez roboczą powierzchnię tłoka podczas jednego suwu. Drugą wielkością zależną od geometrii silnika, a wpływającą na jego moc jest stopień sprężania, określany stosunkiem przestrzeni ponad tłokiem w jego obu zwrotnych położeniach. 10. Dyferencjał, czyli mechanizm różnicowy pozwa­ la przenieść moc z wału napędowego za pośrednic­ twem przekładni głównej na osie kół napędzanych, przy różnych ich prędkościach obrotów. Przy pręd­ kościach jednakowych wystarczyłyby dwie zwyczajne przekładnie stożkowe. Przy różnych prędkościach musi być zastosowany mechanizm różnicowy stoż­

kowy, walcowy lub ślimakowy. Urządzenie to jest więc niezbędne w samochodzie przy jeździe po lu­ kach, bo wtedy właśnie występują różne prędkości obrotów kół zewnętrznych i wewnętrznych.

NA STALOWYM SZLAKU

1. Krople deszczu spływają po szybach ku do­ łowi, ale jednocześnie pęd powietrza spycha je też ku tyłowi. Im pociąg jedzie prędzej, tym silniejszy jest prąd powietrza, a co za tym idzie, i większa składowa pozioma sił działających na kroplę; tor kropli na szybie staje się coraz bardziej zbliżony do poziomego. Gdy pociąg staje, krople zaczynają spły­ wać pionowo. Działanie wiatru z trudem wtedy daje się zauważyć. Przyśpieszenia, jakim podlega wagon kolejowy, są tak nieznaczne, że nie wpływają istotnie na kierunek ruchu kropli po szybie. 2. Bezpieczniejsza jest półka od strony lokomo­ tywy, gdyż siły bezwładności działają na leżącą tam walizkę w kierunku grożącym jej strąceniem z półki tylko przy ruszaniu pociągu. Na drugiej półce spad­ nięcie bagażu może się natomiast zdarzyć przy na­ głym hamowaniu. Wiadomo zaś, że znacznie częściej ma miejsce nagłe hamowanie pociągu niż nagłe rusza­ nie z dużym przyspieszeniem. 3. Parowozownie budujemy w pierwszym rzędzie dlatego, by w okresie zimowym chwilowo nieczynny parowóz nie doznał uszkodzenia przez zamarznięcie wody w rurach i w kotle. W lokomotywie elektrycznej nie używa się wody, chyba do gaszenia... pragnienia maszynisty, toteż zmiana warunków atmosferycznych nie wywiera istotnego wpływu na stan lokomotywy elektrycznej. Nie ma więc potrzeby budowania dla niej specjalnego garażu. 4. Z kotłów o różnych kształtach, wykonanych z jednakowo grubej i mocnej blachy, najbardziej wy­ trzymały byłby kocioł kulisty. (Byłby on też najtrud­ niejszy do wykonania.) Sprawę można by wyjaśnić

obrazowo w ten sposób: im silniej zagiąć blachę zbiornika, tym większe siły wywołane ciśnieniem wewnętrznym działają na nią w miejscu zgięcia. Kula ma jednakowy promień krzywizny na całej po­ wierzchni. Powłoka kulistego zbiornika byłaby we wszystkich swych punktach poddana jednakowym siłom rozciągającym. Materiał powłoki mógłby więc być maksymalnie wykorzystany pod względem wy­ trzymałościowym. 5. Elektrowóz jest w każdej chwili gotów do jaz­ dy, parowóz zaś musi zebrać odpowiednią ilość pary, musi się zaopatrzyć w wodę i węgiel, nie mówiąc już o rozpaleniu ognia w piecu. Jednym słowem, mnóstwo czasu trwa przygotowanie go do podróży. W czasie jazdy musi też odnawiać zapas wody. Często podlega przeglądom, remontom, płukaniu kotła, wymianie rusz­ tów itd. Dlatego to dwa elektrowozy zastępują w ciągu dłuższego okresu czasu w praktyce trzy parowozy. 6. Parowóz „dyszy”, gdy uruchomiona jest jego pompa wtłaczająca wodę z tendra do kotła. Pompa ta napędzana jest niewielką maszyną parową, niezależną od maszyny głównej — uruchamiającej parowóz. W podróży i na krótkich postojach pompa ta zwykle pracuje, co sprawia wrażenie, że parowóz „dyszy ze zmęczenia” po wysiłku ciągnięcia pociągu. 7. Elektrowóz nie potrzebuje pompować wody. Natomiast w czasie pracy, to znaczy kiedy w uzwoje­ niach silników elektrowozu energia elektryczna za­ mienia się na mechaniczną, przewody ich nagrzewają się od przepływającego prądu. Nie chcąc budować tak dużych silników, które by same mogły się chłodzić (przez szybką ucieczkę ciepła z dużej powierzchni), stosuje się sztuczne chłodzenie uzwojenia silników za pomocą powietrza, dmuchanego przez wentylator na­ pędzany osobnym silnikiem elektrycznym. Na^ krótkich przystankach nie zatrzymuje się wentylatorów i stąd owe tajemnicze odgłosy, jakie wtedy dochodzą z elek­ trowozu. 8. Zjawisko to świadczy o tym, że pociąg znalazł się na zakręcie. Środek koła, którego częścią obwodu jest łuk toru, wydaje się wtedy pasażerowi pociągu nieruchomy, zaś przedmioty położone jeszcze dalej zdają się przesuwać ku przodowi, i to tym szybciej, im dalej się znajdują. Obiekty bliskie natomiast prze­ suwają się ku tyłowi.

9. Im większe koła ma lokomotywa, tym większą drogę przebędzie za każdym suwem tłoka. W miarę jednak zwiększania rozmiarów kół, maleje siła uciągu parowozu. A zatem, dobierając wielkość kół paro­ wozu, decydujemy się albo na większą prędkość i mniejszą siłę uciągu (parowóz pospieszny z dużymi kołami), albo na mniejszą prędkość, a dużą siłę (pa­ rowóz towarowy z małymi kołami). 10. Szyny kolejowe na linii zelektryfikowanej mają sąsiednie końce połączone dzięki przyspawaniu gięt­ kiego przewodu tak, aby maksymalnie zmniejszyć opór prądu płynącego (siecią napowietrzną oraz szy­ nami) do elektrowozów. Ziemia jest również dobrym przewodnikiem elektryczności, lecz nie tak dobrym jak stal, wobec czego większa część prądu zużywa­ nego przez elektrowóz płynie szynami, a nie poprzez ziemię. Na liniach nie zelektryfikowanych tego ro­ dzaju łączenie (nie mylić z torem bezstykowym) nie jest potrzebne.

WYCHYLENI POZA BARIERĘ DŹWIĘKU

1. Ciśnienie atmosferyczne zmienia się, jak wiemy, w zależności od wysokości nad poziomem morza. Or­ ganizm człowieka odczuwa te zmiany głównie usza­ mi, przez ucisk, często bolesny, na błonę bębenkową. Przy obniżaniu lotu ciśnienie zewnętrzne wciska błonę ku wnętrzu głowy, przy wznoszeniu się — odwrotnie, ciśnienie panujące w uchu środkowym wypycha tę błonę na zewnątrz — ku zmniejszonemu ciśnieniu atmosfery. Ucho środkowe ma jednak połączenie z jamą ustną, dzięki któremu może nastąpić wyrów­ nanie ciśnień. Jest to tzw. trąbka Eustachiusza, otwie­ rająca się do jamy ustnej w momencie przełykania. Ssanie cukierka powoduje częste łykanie śliny i uła­ twia wyrównanie ciśnienia pomiędzy uchem środko­ wym a atmosferą, przez co zmniejsza ból uszu przy wznoszeniu się i lądowaniu samolotu. 2. Gdy zależy nam na skróceniu drogi lądowania samolotu na pasie startowym lotniska, co zdarza się,

gdy nie jest ono przystosowane do przyjmowania samolotów nowszego typu, używamy spadochronu. Rozwinięty po dotknięciu kolami lotniska, umoco­ wany u tyłu samolotu spadochron hamuje jego bieg, a przez to skraca potrzebną do lądowania długość pasa startowego. 3. W pogodne dni znacznie większa ilość energii promieniowania słonecznego wydziela się na powierz­ chni Ziemi w postaci ciepła, niż ma to miejsce w dni pochmurne. Wtedy też znacznie wyraźniej zaznaczają się różnice nagrzania różnych rodzajów powierzchni. Wody np. charakteryzują się słabym nagrzewaniem. Różnice te powodują powstanie pionowych prądów powietrza. Nad silnie nagrzanymi terenami tworzą się prądy wstępujące, nad chłodniejszymi — zstępujące. Sprzyja to powstawaniu miejscowych wzrostów ci­ śnienia powietrza i miejscowych spadków, tzw. dziur w powietrzu. Przy chmurnej pogodzie, a więc przy braku operacji słonecznej, prądy konwekcyjne w at­ mosferze występują znacznie słabiej, ciśnienie powie­ trza w różnych miejscach wykazuje znacznie mniej­ sze wahania i lot odbywa się spokojniej. 4. Śmigło samolotu działa podobnie jak korkociąg, który wkręca się w korek butelki od wina. Na znacz­ nych wysokościach gęstość powietrza jest taka mała, że śmigło nie ma się już w co wkręcać. Cóż zrobiłby wioślarz, wzniesiony ze swą łódką np. na 10 metrów nad poziom jeziora? Ośrodek, w którym by się zna­ lazł, byłby zbyt rzadki, aby stanowić oparcie dla wioseł. Drugim powodem niskiego pułapu samolotów tłokowych jest zbyt mała siła nośna działająca na skrzydła tych samolotów na dużej wysokości przy no­ minalnej prędkości 250—300 km/godz. Silnik odrzu­ towy opiera się na zupełnie innych założeniach kon­ strukcyjnych. Siły napędowej, tzw. siły ciągu dostar­ cza mu odrzut gazów spalinowych w kierunku prze­ ciwnym do kierunku lotu. Samolot odrzutowy nie musi się więc „wkręcać” w powietrze, lecz jest jak gdyby popychany od tyłu. Oczywiście i on może się poruszać tylko w powietrzu (tlen potrzebny do spa­ lania;, jednak gęstość powietrza nie jest dlań sprawą tak istotną jak dla samolotu tłokowego (śmigło­ wego). 5. Kilka pasów startowych pozwalało na dostoso­ wanie kierunku startu i lądowania do kierunku wia­

tru. Przy wielkich prędkościach współczesnych samo­ lotów i związanych z nimi dużych prędkościach startu i lądowania występujące przeciętnie prędkości wiatru przestały grać rolę. Dlatego bardziej opłaca się wy­ konać jeden dłuższy pas startowy niż kilka różnokierunkowych, tym bardziej że ich długość jest obec­ nie znacznie większa niż dawniej. Wielkie dworce lotnicze, na których jednocześnie ląduje i startuje po kilka samolotów, to już inna sprawa. 6. Silnik helikoptera napędza pracujące w pła­ szczyźnie poziomej śmigło, utrzymujące cały apa­ rat w powietrzu. Przypuśćmy, że śmigło obraca się w prawo zgodnie z ruchem wskazówki zegara poło­ żonego na poziomej płaszczyźnie (cyferblatem do góry). Reakcja śmigła na helikopter w myśl praw dynamiki powodowałaby jego stały obrót, przeciwny do ruchu wskazówki zegara. Przeciwdziała temu obrotowi do­ datkowe śmigiełko o osi poziomej, umieszczone na ogonie helikoptera. Zadaniem jego jest wyłącznie za­ pobieganie obrotowi kadłuba helikoptera w czasie lotu. 7. W obu przypadkach cel jest podobny. Przy lądo­ waniu hamuje się bieg samolotu po dotknięciu Ziemi, a więc skraca się długość biegu. Przy starcie zaha­ mowanie kół pozwala na rozwinięcie pełnej mocy silników jeszcze przed ruszeniem płatowca z miejsca co skraca długość startu. Łatwo się jednak domyślić, że więcej tą drogą można osiągnąć przy lądowaniu niż przy starcie. 8. Kiedy prędkość przyspieszającego swój ruch samolotu osiąga prędkość dźwięku, tworzy się w po­ wietrzu spiętrzenie fal dźwiękowych. Dla zrozumienia przyczyny tego zjawiska można posłużyć się porów­ naniem. Dowódca maszerującej kolumny wojskowej wysyła co chwila gońców, aby biegli do przodu z roz­ kazami do straży przedniej. Ma to sens dopóty, dopóki przyspieszająca marsz kolumna nie zacznie biec do przodu z prędkością równą prędkości gońców. Wtedy wszyscy wysyłani gońcy biegliby równo z czołem kolumny, „spiętrzyliby się”, pomimo że wysyłani by­ liby w różnych momentach. W odniesieniu do fal wywołanych hałasem silnika samolotu takie spiętrzenie może być niebezpieczne tak dla samolotu, który je wywołał, jak i dla obiek­ tów na Ziemi. Taka spiętrzona fala może wybić szyby

9 — 500 z a g a d e k z f i z y k i

129

W odległości kilku kilometrów od miejsca powstania. Samoloty ponaddźwiękowe powinny więc przekra­ czać prędkość dźwięku możliwie jak najszybciej. 9. Opór powietrza zaczyna grać znaczną rolę w za­ gadnieniach konstrukcji pojazdów przy prędkościach większych od 100 km/godz. Dopiero gdy maszyny zbu­ dowane przez człowieka zaczęły osiągać prędkość tego rzędu (pierwsze przekroczyły tę granicę samoloty już w początku swego rozwoju), powstała aerodynamika, nauka badająca wpływ kształtu przedmiotu na opór, jaki stawia on masom powietrza, i jego zachowanie się podczas lotu. Ponieważ jest rzeczą obojętną, czy przedmiot badany porusza się w powietrzu, czy stru­ mień powietrza opływa przedmiot, aerodynamika ko­ rzysta szeroko z urządzeń, gdzie model samolotu jest nieruchomy, a strumień pędzi mu naprzeciw, tza. w kierunku od dziobu do ogona. Są to tzw. tunele aerodynamiczne. 10. Wielkość płatów nośnych samolotu może być rcaukowana równolegle z przystosowaniem silnika do nadawania coraz to większych prędkości. Aerodyna­ mika uczy bowiem, że wraz ze wzrostem prędkości samolotu rośnie tzw. siła nośna działająca na skrzydła od dołu ku górze. Przy dużych prędkościach małe skrzydła stwarzają więc wystarczającą siłę nośną, nawet w powietrzu o mniejszej gęstości.

. CZAR DWU OGUMIONYCH KÓŁEK...

1. Na każdym zakręcie tylne koło roweru nie bie­ gnie dokładnie śladem przedniego, lecz skraca sobie jak gdyby drogę, zataczając łuki o mniejszym pro­ mieniu; mówimy, że „ścina zakręty”. Przebywa ono zatem drogę mniejszą niż przednie, tym mniejszą, im ostrzejsze zakręty wykonuje kolarz. Tylko przy ide­ alnie prostej jeździe, jaka się praktycznie nigdy nie zdarza, oba koła przebywają jednakową drogę. 2. Kto bawił się kiedyś dużym bąkiem, nie będzie miał trudności z odpowiedzią. Im szybciej bąk się

obraca, tym oś jego sztywniej się trzyma, tym więk­ szej trzeba siły, żeby ją przechylić, zmienić jej kie­ runek. Koła roweru działają jak bąki o osiach równo­ ległych do powierzchni ziemi. Usztywniają one przeto kierunek osi, a przez to i położenie roweru tym mocniej, im szybciej się obracają, a więc im szybciej jedzie kolarz. Na ruch w kierunku jazdy roweru usztywnienie osi nie ma żadnego wpływu. 3. Utrzymanie równowagi na rowerze polega na skręcaniu w tę stronę, w którą zaczyna się on prze­ wracać. W ten sposób podsuwamy z powrotem koła pod wychylony środek ciężkości, inaczej mówiąc, ra­ tujemy się przed upadkiem wykorzystując siłę odśrod­ kową (w układzie odniesienia związanym z rowerem), przeciwnie skierowaną. Gdy chcemy skręcić w lewo, a równowaga roweru nie jest zachwiana, drobny skręt w prawo wytrąca rower z równowagi, powodując jego przechylenie się w lewo. Żeby zapobiec upadkowi, mu­ simy wtedy skręcić w lewo. 4. Dobry hamulec przedni, użyty nagle przy dużej prędkości może spowodować wyrzucenie kolarza z sio­ dełka górą, przez przednie koło, działa więc podobnie jak duży, wystający kamień, na który najedziemy tylnym kołem z dużą prędkością. 5. Różnica nie wynika z upodobań, lecz uzasad­ niona jest stanem dróg, po których jeżdżą rowerzyści. Sportowcy wybierają najczęściej najlepsze, gładkie szosy, zależy im też bardzo na jak najlżejszym sprzę­ cie. Dla nich ideałem są wąziutkie, lekkie „wyścigówki”. Ci, którzy zmuszeni są jeździć przez piachy, przez błoto, muszą korzystać z rowerów turystycznych. Szerokie opony tych rowerów pozwalają rozłożyć cię­ żar pojazdu i pasażera na znacznie większą powierz­ chnię, dzięki czemu koła nie wrzynają się w piach i błoto, lecz lekko toczą po wierzchu. 6. Tarcie ślizgowe napotykamy tam, gdzie część ruchoma ślizga się bezpośrednio po części stałej. W przypadku gdy między nimi pośredniczą inne ele­ menty toczące się w czasie ruchu zarówno po części stałej, jak i ruchomej— mówimy o tarciu tocznym. Tarcie toczne występuje w kulkowych łożyskach: kół roweru, przekładni, pedałów czy kierownicy. Tylko elementy łańcucha, obracając się względem siebie w chwili wchodzenia i schodzenia z koła zębatego, podlegają tarciu ślizgowemu.

7. Kolarz musi się wtedy mocniej pochylić ku środkowi koła. Rower jadący po łuku nie przewraca się dzięki równowadze trzech sił (rozpatrywanych w układzie odniesienia związanym z rowerem): siły ciężaru (C), siły odśrodkowej (B) — działającej w kie­ runku od środka łuku, oraz siły reakcji podłoża (R ). Kiedy wskutek zwiększenia prędkości wzrośnie siła B, rower musi przybrać takie nowe pochylenie, jakie wyznacza ciężar przechylonej części ciała kolarza wraz z rowerem i zwiększonej siły odśrodkowej.

8. Siła odśrodkowa rośnie wraz ze wzrostem pręd­ kości jazdy oraz ze zmniejszaniem się promienia skrę­ tu przy niezmiennej prędkości liniowej. A zatem gdy chcemy raptownie skręcić na rowerze, zwiększyć mu­ simy także jego pochylenie. Ma to jednak swoje gra­ nice. Rower zbytnio pochylony nie utrzyma się na jezdni, lecz pośliźnie i przewróci, tym łatwiej, im podłoże jest bardziej gładkie i śliskie. A więc skoro dla każdego podłoża istnieje graniczne pochylenie ro­ weru, to przy danym podłożu określona jest graniczna, maksymalna prędkość dla danego promienia skrętu i graniczny minimalny promień skrętu dla danej prędkości. Oba te graniczne wypadki występują przy takim pochyleniu roweru, przy którym zaczyna gro­ zić pośliźnięcic. 9. „Silnikiem” roweru jest najczęściej kolarz. Za­ równo taki silnik biologiczny, jak i silnik spalinowy nie pracują jednakowo przy rozmaitych prędkościach obrotów. Gdy droga prowadzi stromo w górę, kolarz

musi bardzo mocno naciskać pedały; mimo to kręcą się one wolno. Wygodniej wtedy zmniejszyć przekład­ nię za pomocą przerzutki, przez co można słabiej na­ ciskać pedały, a prędzej „kręcić”. Przy małych oporach jazdy wygodniejsza jest większa przekładnia. Mamy tu zagadnienie podobne do omawianego w rozdziale „Na stalowym szlaku” (o rozmiarach kół lokomotywy). 10. Ten kształt widelca przedniego oraz pochylenie osi obrotu kierownicy ku przodowi mają na celu nadanie stabilności po­ łożenia kierownicy pod­ czas jazdy. Rozpatrzmy tę sprawę bardziej szcze­ gółowo. Skręcając kie­ rownicę o kąt 90°, po­ wodujemy uniesienie przedniego koła roweru o odcinek X ( na rysun­ ku dla większej przej­ rzystości narysowano go poniżej poziomu szosy). Uniesienie to zachodzi właśnie dzięki wygięciu widelca i pochyleniu osi obrotu kierownicy. I Ponieważ jednak każ­ de uniesienie środka ciężkości wymaga wkładu energii, więc powrót kierownicy do pozycji skrętu (ponowne obniżenie środka ciężkości) będzie zachodził już samo­ czynnie (układy dążą do możliwie największego obni­ żenia środka ciężkości). Umożliwia to samoczynne za­ chowanie jednego kierunku jazdy, nawet bez trzyma­ nia kierownicy. Układ zmniejsza też do minimum opór przy skręcie koła po podłożu przez umieszczenie punktu tego skrętu na przedłużeniu osi kierownicy.

CO SIĘ TU MIERZY?

1. Rysunek przedstawia areometr, przyrząd słu­ żący do pomiaru gęstości (ciężaru właściwego) cieczy. Areometr wykonany jest ze szkła, w dolnej części ma zatopione kulki, jako obciążenie, a w górnej części

znajduje się pędzi ałka wy skalowana w jednostkach gęstości. Przyrząd zanurza się swobodnie w badanej cieczy, a gdy ustali się głębokość tego zanurzenia, po­ ziom lustra cieczy pokazuje na podziałce jej gęstość. Im gęstsza ciecz, tym areometr mniej się w niej za­ nurza, gdyż siła wyporu równa jest iloczynowi cię­ żaru właściwego i objętości wypartej cieczy. 2. Tu mierzy się liczbę obrotów na minutę silnika elektrycznego za pomocą przyrządu zwanego tacho­ metrem. Jest on tak zbudowany, że proporcjonalnie do prędkości obrotów trzpienia odchylają się od sie­ bie ciężkie kulki (zasada ta sama co w regulatorze Watta), ściągane ku sobie sprężynką. Im szybciej się one obracają, tym większa siła bezwładności rozciąga sprężynkę. Stan tego rozciągnięcia pokazuje strzałka. Podziałkę można wyskalować w obrotach na minutę lub w km/godz (jeśli tachometr ma być zainstalo­ wany np. w samochodzie). 3. Ten obywatel mierzy ciśnienie w zbiorniku za pomocą manometru hydrostatycznego. Ciśnienie jest proporcjonalne do różnicy wysokości słupa cieczy w obu rurkach. Pomiar zależy od ciśnienia atmosfe­ rycznego i dlatego wpływ jego trzeba przy pomiarze uwzględnić. Ciecz w rurce nie musi być wodą. Może to być rtęć, nafta itp. Im gęstsza ciecz, tym większe ciśnienia można mierzyć z pomocą pokazanego ma­ nometru, bowiem niezbyt wysoki słupek takiej cieczy może zrównoważyć stosunkowo duże ciśnienie gazu. 4. Prasa Brinella służy do pomiaru twardości me­ tali. Oszlifowaną powierzchnię metalu poddaje się działaniu stalowej kulki, wciskanej siłą o znanej wartości za pomocą mechanizmu (system obciążni­ ków) zapewniającego powolne zwiększenie tej siły. Po usunięciu kulki mierzy się średnicę powstałego śladu w kształcie kulistego wgłębienia i na podstawie ta­ belki odczytuje twardość metalu w stopniach Brinella. 5. Stożki Segera, które widzimy na rysunku, słu­ żyły jeszcze niedawno do pomiaru wysokich tempera­ tur w piecach. Wykonywano je z materiałów o róż­ nych temperaturach topnienia. Do pieca wkładano kilka stożków o temperaturach topnienia zbliżonych do tych, jakie w piecu należało osiągnąć. Podnosząc temperaturę, obserwowano stożki przez wziernik. To­ pniejący stożek świadczył, że odpowiednia tempera­

tura została osiągnięta albo przekroczona. Dziś ter­ mometry termoelektryczne, czyli tzw. termopary, co­ raz częściej zastępują stożki Segera. Pozwalają one na pomiar znacznie dokładniejszy i ciągły, więc bez porównania lepszy i wygodniejszy. 6. Na tej wadze mierzy się siły spójności (kohezji) między cząsteczkami cieczy znajdującej się w wa­ nience. Jak widać na rysunku, ciecz zwilża płytkę, zawieszoną na wadze, a więc przyleganie (adhezja) między materiałem płytki i cieczą jest większe niż spójność cząsteczek cieczy. Odważniki położone na szalce wagi (zrównoważonej przed zetknięciem płytki z cieczą) wskażą więc siłę potrzebną do przerwania słupa cieczy o przekroju równym powierzchni płytki. Stosunek tej siły do pola przekroju słupa cieczy wy­ raża spójność cieczy. 7. Widzimy tu tzw. rurkę Pitota służącą do pomia­ ru prędkości przepływu gazu w przewodzie. Napór ga­ zu na tę gałąź rurki, która jest zwrócona otworem w stronę przeciwną kierunkowi ruchu gazu wytwarza w rurce aparatu nadciśnienie. Druga rurka,- której koniec skierowano zgodnie z kierunkiem ruchu, przekazuje do aparatu ciśnienie statyczne gazu. Róż­ nica obu tych ciśnień — proporcjonalna do prędkości gazu — może służyć do pomiaru prędkości jego prze­ pływu. 8. Ocena gładkości powierzchni polega na uzyska­ niu tak zwanych prążków Newtona, będących skut­ kiem interferencji światła odbitego od powierzchni metalu i wewnętrznej powierzchni dokładnie oszli­ fowanej płytki szklanej. Płytkę lekko odchyla się jedną krawędzią od badanej powierzchni. Regularne prążki wskazują na zupełną gładkość badanej powierzchni. Zakłócenia regularności sygnalizują odchyłki powierz­ chni od optymalnej płaszczyzny. 9. Napis „Hz” na skrzynce aparatu to skrót wyra­ zu „herc”, oznaczającego jednostkę częstotliwości. Stosuje się ją między innymi w elektrotechnice do oznaczania częstotliwości prądów zmiennych. Prąd w sieci oświetleniowej posiada w naszym kraju czę­ stotliwość 50 Hz, co oznacza, że w ciągu sekundy na­ pięcie prądu 50 razy osiąga maksymalną wartość do­ datnią i 50 razy maksymalną wartość ujemną. Przedstawiony przyrząd to częstościomierz języcz­

kowy, w którym sprężyste języczki o różnej długości, zaopatrzone w rdzeń żelazny, poddawane są działaniu elektromagnesu, zasilanego badanym prądem. Ten języczek, którego drgania własne odpowiadają czę­ stotliwości zmian pola magnetycznego elektromagnesu, wpada w rezonans i drgania jego stają się znaczne w porównaniu z innymi, przez co wskazuje on, jaka jest częstotliwość prądu. Rysunek świadczy, iż ba­ dany prąd ma częstotliwość 51 Hz. 10. Na rysunku widzimy pomiar prędkości kuli re­ wolweru za pomocą wahadła balistycznego. Wahadło składa się z drewnianego kloca zawieszonego na dwu sznurkach. W klocu tym zatrzymuje się wystrze­ lona kula, oddając mu swą energię kinetyczną. Ener­ gia ta powoduje wychylenie wahadła. Z podniesienia jego środka ciężkości (do kloca przymocowany jest pisak, który tę wysokość notuje na specjalnej skali) łatwo obliczyć energię potencjalną, w którą zamie­ niła się energia kinetyczna wahadła. Znając zaś energię kinetyczną i ciężar kuli, obliczamy jej pręd­ kość. Pomiar taki nie uwzględnia tej części energii kuli, która zamienia się na ciepło w chwili zderzenia pocisku z klocem.

ZEWSZĄD I O WSZYSTKIM

1. Można, o ile będzie ona w stanie stałym, a nie płynnym. Do tego celu najlepiej wziąć szklaną pro­ bówkę z rtęcią i zanurzyć ją w ciekłym tlenie, który ma temperaturę wrzenia znacznie niższą niż tempe­ ratura topnienia rtęci. Kiedy rtęć zestali się, wy­ ciągnąć probówkę, chwycić obcęgami tak, żeby stłuc szkło, i trzymając za ich pośrednictwem kawałek rtęci, wbijać nim gwóźdź. Trzeba się jednak spieszyć, gdyż w pomieszczeniu o temperaturze pokojowej rtęć szybko przejdzie z powrotem w stan ciekły. 2. Wbrew temu, co sugeruje nazwa, kolorymetr nie służy do mierzenia kolorów. Barwę można oznaczać, mierząc częstotliwość drgań lub długość fali światła. W kolorymetrze nie sposób tego dokonać. Można je­

dynie z jego pomocą mierzyć, i to w sposób porów­ nawczy, intensywność zabarwienia cieczy, a to prze­ cież jest zupełnie co innego. Kolorymetr stosuje się do chemicznej analizy ilościowej przez wytworzenie barwnego roztworu zawierającego badany pierwiastek i pomiar intensywności powstałego zabarwienia. 3. Woda ma największą gęstość w temperaturze +4'’C. Jeśli więc jest w stawie woda o takiej tem­ peraturze, to zbiera się przy dnie. Gdyby nawet była w zamarzniętym stawie woda o temperaturze wyższej niż +4°C, to wypłynęłaby na wierzch i ochłodziła się w zetknięciu z lodem. Nad przydenną warstwą cieplejszej wody znajduje się więc tylko woda o tem­ peraturze niższej od I 4°C. Gdy ryba chce się ogrzać, płynie zatem do dna. 4. Uwaga, jest to podstęp. Liniowy współczynnik rozszerzalności dotyczyć może tylko ciała stałego. Mo­ żna więc mówić o takim współczynniku tylko w przy­ padku wody w stanie stałym, czyli lodu. Natomiast woda w popularnym znaczeniu, ciekła, nie może mieć takiego współczynnika. 5. Do łatwiejszego utrzymania równowagi na linie bardzo przydatny jest jakiś przedmiot, który mógłby dać oparcie w chwili tracenia równowagi choćby na chwilę. Przedmiotem takim może być np. parasol, gdyż przy szybkich ruchach stawia on znaczny opór powietrzu dzięki swej dużej powierzchni, lub tyczka, która ma bardzo znaczny moment bezwładności z uwa­ gi na swą długość. Idąc po linie, akrobata trzyma tyczkę poziomo. Gdy traci równowagę, przechylając się np. w lewo, opiera się o tyczkę i prostuje. To opie­ ranie się polega na pochyleniu tyczki w kierunku upadania. Aby jednak tyczka nie przechyliła się za bardzo, linoskoczek musi przechylić się w przeciwną stronę, i hamując ruch tyczki, powoli przywracać jej poprzednie położenie. Jednocześnie on sam wraca do położenia równowagi. Podobnie można posługiwać się otwartym parasolem; opór, jaki stawia powietrzu jego czasza, zastępuje bezwładność tyczki. 6. Zegarek na rękę nakręca się raz na dobę. Na­ rażony jest on na wstrząsy, gdy nosimy go na ręku. Wstrząsy te są dlań bardziej szkodliwe wtedy, gdy naciąg sprężyny jest słaby, gdyż lekko tylko dociskane do siebie koła mechanizmu mogą się przy wstrząsach

przesuwać względem siebie i niszczyć. Jeśli zegarek nakręcany jest rano, „przeżywa” okres wstrząsów przy mocno naciągniętej sprężynie, a więc zużywanie się mechanizmu jest mniejsze. 7. Robią to, aby doprowadzić do wody w stawie powietrze konieczne rybom do oddychania. Gdy staw nie jest pokryty lodem, zużyta przez ryby ilość tlenu zostaje uzupełniona świeżą porcją tego gazu, stale rozpuszczającego się w powierzchniowej warstwie wody. Jeśli staw jest diużej zamarznięty, a żyje w nim wiele ryb, bez sztucznego dotleniania przez prze­ rębel mogłyby się one podusić. 8. W tym celu, stojąc w świetle lampy, trzeba szybko poruszać ręką lub — jeszcze lepiej — jakimś wąskim, błyszczącym przedmiotem, np. metalowym ołówkiem. Obserwując taki ruch w świetle rury fluoryzującej, jaką jest świetlówka, zobaczymy sze­ reg rąk lub wiele ołówków jednocześnie w miejscach kolejnych położeń obserwowanego przedmiotu. Jest to wynikiem przerywanego światła wysyłanego przez świetlówkę, która 100 razy na sekundę gaśnie i 100 ra­ zy rozbłyska, przy czym błyski trwają znacznie krócej niż przerwy między nimi. Przy szybkim ruchu obser­ wowanego przedmiotu widzimy go tylko w tych miej­ scach, w których był właśnie oświetlony, a że wrażenie wzrokowe trwa dłużej niż 1/100 sekundy, wydaje nam się, że widzimy na raz kilka rąk czy ołówków. 9. Chopin wcale nie zamawiał odbitek, choć rze­ czywiście się fotografował w 1849 r. Nie była to jednak fotografia w znaczeniu współczesnym, lecz dagerotyp, nazwany tak od wynalazcy L. Daguerre’a. Była to płytka miedziana posrebrzona i uczulona na światło parą jodu. Po długotrwałym naświetleniu wywoływano ją w parze rtęci, otrzymując na powierzchni metalu niezbyt wraźny pozytyw. Nic było więc żadnych odbitek, tylko jeden pozytyw z każdego zdjęcia. 10. Żeby się przekonać, czy biały kolor śniegu po­ chodzi od barwy materii, z której śnieg się wytworzył, wykonujemy następujące doświadczenie. Przezroczysty kawałek lodu rozbijmy młotkiem na drobny proszek. Trzeba to robić na mrozie, aby się nie stopił. Bodowy proszek, składający się przecież z okruchów togo sa­ mego lodu, będzie miał wygląd całkiem biały. Prze­ zroczystość bowiem polega na przechodzeniu światła

przez przedmiot bez rozpraszania, tzn. na przykład wiązka równoległa promieni świetlnych po przejściu przez ciało przezroczyste pozostaje nadal równoległa. Drobne kryształki natomiast rozpraszają światło i da­ ją wrażenie barwy białej. Śnieg składa się właśnie z drobnych kryształków lodu o skomplikowanych kształtach i dlatego jest biały.

DO PRZEGARNIANIA ZBOŻA 30. DRĄG CZY WIOSŁO?

1. Statek ma zawsze kształt mocno wydłużony. Cóż to musiałaby być za fala, żeby wywrócił się przez dziób lub przez rufę? Jeśli już statek się przewróci, to z reguły wskutek przechyłu na bok. Aby fala nie przechylała statku na bok, trzeba go ustawiać dziobem do fali, dziobem do wiatru. 2. Oczywiście nie. Zgodnie z prawem Archimedesa, ciężar całego statku musi być równy ciężarowi wy­ partej wody. Jeśli całą zanurzoną objętość załadować cięższym od wody żelazem, równość ta nie będzie spełniona. Można wozić statkami żelazo, ale pod wa­ runkiem, że zostawi się w nich miejsce na odpowiednią ilość lżejszego od wody towaru, choćby nie był po­ trzebny, np. powietrza. 3. Statki podnosić się będzie w śluzach napełnia­ nych wodą pochodzącą z Bugo-Narwi. Energia spadku wody w rzekach, jak wiemy z rozdziału 15, pochodzi z energii słonecznej, dostarczanej stale wodzie przez promieniowanie Słońca. Odpowiedź brzmi więc: ze Słońca. 4. Holownik — aby posuwać się naprzód — od­ pycha swą śrubą wodę ku tyłowi, wykorzystując zasadę przeciwdziałania. Odpychana woda tworzy za holownikiem prąd o kierunku przeciwnym do jego ruchu oraz ruchu barki. Barka ciągniona przez ho­ lownik, znalazłszy się w tym przeciwnym prądzie, napotka większy opór niż barka pchana, która znajduje się przed dziobem holownika, a więc nie

podlega działaniu prądu wody odpychanej ku tyłowi. Dlatego też jeśli już trzeba ciągnąć barkę, przyczepia się ją do holownika na długiej linie. (Omawiane zja­ wisko ma duże znaczenie dlatego, że opory ruchu znacznie wzrastają przy wzroście prędkości względem wody.) 5. Ślizgacz w ruchu zagłębia się znacznie mniej niż na postoju oraz mniej niż tej samej wielkości motorówka. Dzięki temu napotyka znacznie mniej­ szy opór wody, mniej energii traci na wytworzenie fal, a więc osiąga większą sprawność. (Większa pręd­ kość przy tym samym ciężarze i mocy silnika.) 6. Dlatego, że żaden inny sposób komunikacji na Ziemi (oprócz lotnictwa) nie zapewnia tak małego współczynnika tarcia. W przypadku komunikacji wod­ nej współczynnik ten oblicza się wprawdzie inaczej niż dla ciał poruszających się po powierzchni stałej, ale w każdym razie z jego małej wartości wynika też mała wartość siły tarcia okrętu o wodę. 7 . Przy posuwaniu się skośnie pod wiatr żaglowiec wykorzystuje różnicę oporu, jaki stawia woda ru­ chowi statku w kierunku równoległym do długości jego kadłuba, i oporu przy jego ruchu poprzecznym. Dążeniem konstruktora kadłuba żaglowca jest maksy­ malne zmniejszenie tych pierwszych oporów, a zwięk­ szenie drugich. Osiąga się to przez nadanie ostrego, wydłużonego kształtu dolnej części kadłuba, tak zwa­ nemu kilowi, czy raczej falszkilowi. Kształt ten umoż­ liwia również w żaglówkach morskich zwiększenie stateczności kadłuba przez umie­ szczenie na samym końcu kila balastu ołowianego lub żelbeto­ wego.

8. W myśl prawa Bernoulliego zwiększenie prędkości cie­ czy zmniejsza jej ciśnienie. W ob­ szarze pomiędzy okrętami mija­ jącymi się w bliskiej odległości powstaje wskutek ich ruchu szybki prąd wody, a więc ciśnie­ nie wody na zwrócone ku sobie burty statków znacznie maleje. Ponieważ ciśnienie na burty zewnętrzne pozostaje bez zmian, statki zbliżają się ku sobie i może

dojść do zderzenia. Zjawisko to przy równoległym płynięciu okrętów blisko siebie jest jeszcze groźniejsze, gdyż trwa dłużej. 9. Prędkość rozchodzenia się fal powstałych w jed­ nakowych warunkach jest jednakowa. Gdy statek płynie ruchem jednostajnym, prędkość oddalania się czoła fali od punktu jej powstania jest stała. Czoła poszczególnych odcinków fal tworzą więc dwie linie proste, przecinające się przy dziobie statku. Im szyb­ ciej płynie łódź czy statek, tym kąt ten jest ostrzejszy. Gdy te proste zmieniają się w linie wklęsłe (rysunek prawy), znaczy to, że statek zwalnia swój bieg. Gdy obszar ten ograniczają linie wypukłe (rysunek lewy), statek zwiększa prędkość. Najlepiej obserwować to z góry, np. z helikoptera.

10. Suchy dok nazywa się tak dlatego, że nie pły­ wa, lecz zbudowany jest na brzegu. Kiedy okręt ma zeń wypłynąć lub wpłynąć doń, np. celem dokonania remontu, dok napełnia się wodą aż do poziomu morza. Wtedy dopiero można otworzyć bramę doku. Trudno więc byłoby sobie wyobrazić spacer po jego dnie (chyba w skafandrze).

31. SAŁATKA SPORTOWA 1. W próżni kątem umożliwiającym najdalszy rzut jest kąt 45°. Opór powietrza stwarza wprawdzie ko­ nieczność uwzględnienia pewnej poprawki, jednakże z powodu niewielkich prędkości kuli są one minimalne, toteż można pominąć wpływ oporu powietrza i sta­ rać się rzucać właśnie pod kątem 45°. 2. Nadanie dyskowi obrotu wokół osi prostopadłej do jego płaszczyzny zapewnia stabilność lotu dysku

(zgodnie z prawami obowiązującymi w przypadku ruchu bąka). Stały (i prawidłowy) kierunek płaszczy­ zny dysku względem pionu w czasie lotu pozwala na zmniejszenie oporu powietrza i wykorzystanie tej płaszczyzny jak skrzydła szybowca. Gdy przedni (w kierunku rzutu) brzeg dysku jest wyżej niż tylny, opór powietrza daje działającą ku górze siłę nośną, która powoduje zwolnienie spadania dysku ku dołowi, a przez to zwiększenie zasięgu rzutu. 3. Jeśli chcemy zwiększyć prędkość poruszania się w wodzie (płynięcia), zwiększać musimy znacznie prędkość ruchów, co jest bardzo męczące. Płetwy zwiększają powierzchnię działania na wodę naszych rąk i nóg, przez co pozwalają lepiej wyzyskać ich siłę bez zwiększania prędkości ruchów. 4. Przy wiosłowaniu w sposób stosowany w' kajaku pracują tylko mięśnie rąk i trochę mięśnie brzucha. Przy wiosłowaniu na łodziach wyścigowych pracują także najmocniejsze mięśnie człowieka — mięśnie nóg. Nic dziwnego, że efekt jest lepszy, tym bardziej że utrzymanie wiosła wspartego w dulkach wymaga mniejszego wysiłku niż utrzymywanie w rękach wio­ sła kajakowego. 5. Kolce zwiększają współczynnik tarcia między bieżnią i nogami biegacza, dzięki czemu lepiej można wyzyskać siłę nóg i uzyskać większą prędkość. 6. Tyczka pozwala na zamianę znacznej energii ki­ netycznej, uzyskanej z rozbiegu, w energię potencjal­ ną wzniesienia. 7. Energia kinetyczna ruchu obrotowego określona jest przez iloczyn momentu bezwładności obracającego się ciała i kwadratu prędkości kątowej. Chcąc regu­ lować tę ostatnią (przy stałej energii kinetycznej), możemy w czasie skoku zmieniać moment bezwład­ ności. Gdy się wyprostujemy, a ręce wyciągniemy nad głową, osiągamy największy możliwy do uzyska­ nia moment bezwładności (w stosunku do osi po­ prowadzonej równolegle do wyciągniętych w bok rąk poprzez środek ciężkości ciała). W takiej pozycji obra­ camy się najwolniej. Jeśli natomiast zwiniemy się w „kłębek”, osiągniemy najmniejszy moment bez­ władności, a zatem największą prędkość kątową.

8. „Noski” na pedałach roweru pozwalają na pracą nie tylko mięśni kolarza wyprostowujących staw ko­ lanowy, ale i zginających go, co jest tym bardziej ważne, że nacisk ku dołowi zależy od wagi kolarza, a ciągnięcie pedału ku górze za pośrednictwem „nos­ ka” jest zależne tylko od siły mięśni. Nie wystarczy więc dużo ważyć, aby osiągać sukcesy w kolarstwie. 9. Przepisy nie pozwalają dyskobolowi na rozbieg przed rzutem, toteż konieczną energię kinetyczną nabywa on za pomocą obrotu. W ten sposób przedłuża on czas działania siły swej ręki na dysk. 10. Nadaje jej poza ruchem postępowym także ruchy obrotowe. Podczas zderzenia obracającej się piłki z po­ wierzchnią kortu wynika silne tarcie i piłka przestaje wirować. Energia jej obrotu zostaje zużyta na zmianę kierunku lotu w stosunku do kierunku określonego przez prawa odbicia.

CZYŻBY TYLKO Z PRZYZWYCZAJENIA?

1. Belka żelbetowa łączy w jednym przekroju i be­ ton, i stal. Własności tych materiałów są bardzo różne. Stal odznacza się dużą wytrzymałością na rozciąganie, natomiast w przypadku sił ściskających wymaga cięż­ kich, a więc kosztownych konstrukcji. Beton z kolei doskonale zastępuje stal w tym zakresie, natomiast źle sprawuje się przy rozciąganiu. Oba te materiały pięknie się więc uzupełniają. W dolnej części belki swobodnie podpartej, obciążonej z góry (innego ob­ ciążenia w budownictwie niemal się nie spotyka) pa­ nują siły rozciągające, a w górnej — ściskające. Trze­ ba więc stal układać przede wszystkim w dolnej części przekroju belki, a beton głównie w górnej. 2. Nie, to nie zwyczaj. Dachówki nie są ze sobą po­ łączone szczelnie; aby zapobiec przeciekaniu deszczu przez szpary układa się je w dwie warstwy tak,^ aby szpary jednej warstwy przypadały na środki dachówek drugiej warstwy. Przy dachu płaskim, czy też pra­ wie płaskim woda rozpływałaby się na wszystkie

strony dachówek drugiej warstwy i przeciekała na poddasze. Pochylenie dachu sprawia, że woda spływa po dachówkach w jednym kierunku, co zapobiega przeciekaniu.

3. Głównym zadaniem piorunochronu (instalacji gromochronowej) nie jest ochrona przed uderzeniem piorunu, lecz przed skutkami tego uderzenia. Insta­ lację gromochronową wykonuje się tak, aby mogła ona na siebie przejąć uderzenia piorunu, grożące obiektowi chronionemu, i rozładować je bez uszkodzenia tak własnej instalacji, jak i obiektu chronionego. Gromochron w postaci uziemionego ostrza ustawionego na najwyższym punkcie obiektu chronionego częściowo rozładowuje chmurę przez rozpraszanie ładunków z ostrza w atmosferę. Działalność ta jednakże ułatwia drogę piorunowi jonizując atmosferę wokół pioru­ nochronu. Rozmaite teorie różnie interpretują wynik działania tych dwu przeciwstawnych czynników. 4. Aby zapobiec wydobywaniu się z układów kana­ lizacyjnych gazów, powstałych przez fermentację szczątków organicznych. Syfon, czyli kolanko wypeł­ nione wodą, stanowi dla tych gazów skuteczną zaporę, a więc chroni mieszkanie przed fetorem. 5. Kiedy obciążamy belkę z betonu wstępnie sprę­ żonego, nie pojawią się w niej, jak w zwyczajnej belce żelbetowej, naprężenia rozciągające (rys. a), niebezpieczne dla betonu, lecz przede wszystkim zmniejszają się w betonie naprężenia ściskające (zmniejszenie się szerokości pola zakresowanego po­ ziomo — rys. b). Na rysunku podano przekroje po­ przeczne zginanej belki oraz wykres naprężeń zmie­ niających się z wysokością. ( + ) oznacza naprężenie ściskające, a (—) rozciągające. Dzięki takiemu układo­ wi naprężeń, belka wstępnie sprężona, ważąca tyle

samo co belka z normalnego żelbetu, może wytrzymać znacznie większe obciążenie; jest więc bardziej ekono­ miczna.

+

' -f-

8ELKA OtiOĄIiihA

6. Nowoczesne materiały budowlane są lżejsze od cegły, a poza tym bardzo zróżnicowane. Mamy ma­ teriały konstrukcyjne, izolacyjne termicznie, aku­ stycznie, przepuszczające światło i inne. W miarę po­ trzeb można więc stosować materiał najodpowiedniej­ szy. Dzięki temu cala budowa jest lżejsza i ekonomiczniejsza niż przy stosowaniu ciężkiej cegły. 7. Łuk gotycki powstał ze względów przede wszyst­ kim konstrukcyjnych. Konstrukcja jego składa się z kamieni ociosanych w kształcie klinów. U szczytu łuku znajduje się kamień zwany zwornikiem. Początkowo łuk był wynalazkiem, który pozwalał łatwiej budować okna, sklepienia z kamieni i cegieł nie spajanych ze sobą, lub spajanych materiałem nie wytrzymałym na rozciąganie. W miarę doskonalenia sztuki budowlanej względy estetyczne zaczęły prze­ ważać nad względami konstrukcyjnymi. 8. Jednym z tych zjawisk jest rozszerzalność po­ wietrza pod wpływem ciepła. W zimie ciepłe po10 — 500 z a g a d e k z f iz y k i

145

wietrze w mieszkaniu jest lżejsze od powietrza zew­ nętrznego i dlatego unosi się ku górze w kanale i ko­ minie wentylacyjnym. W lecie przebieg zjawiska jest inny. Kiedy wieje wiatr, zgodnie z prawem Bernoulliego ciśnienie powietrza zawartego w kominie staje się większe od ciśnienia powietrza przeciągającego nad kominem. Następuje więc zassanie powietrza z komi­ na, co może jeszcze ułatwić specjalny kształt ko­ mina. Tylko w dzień upalny i bezwietrzny taka wen­ tylacja nie działa. 9. Mowa tu o porowatości materiałów budowla­ nych, takich jak cegła. Papa stanowi izolację przeciw­ wilgociową, nie dopuszczającą do przesiąkania wody od fundamentów (z reguły wilgotnych) do reszty kon­ strukcji budynku poprzez naczynia włoskowate, istnie­ jące w wypalonej cegle (bez tzw. polewy). 10. Budowniczy musi zaczynać budowę fundamentu na głębokości większej niż linia zamarzania. Zamar­ zanie wilgotnego gruntu powiększa jego objętość (dzięki wzrostowi objętości wody przy zamarzaniu), co może być niebezpieczne dla budynku postawionego ponad poziomem zamarzania.

MECHANIZACJA W MUZYCE

1. Struny harfy są pobudzane do drgań przez szar­ panie palcami. Struny klawesynu są też szarpane, lecz za pomocą mechanizmu poruszanego klawiszami. Klawesyn jest więc jak gdyby harfą z mechanizmem do szarpania strun. 2. Mechanizm fortepianu jest zasadniczo różny od mechanizmu klawesynu. Podczas gdy w tym ostatnim struny są szarpane celem wywoływania drgań, w for­ tepianie są uderzane za pomocą młoteczków. Szarpa­ nie, niezależnie od siły uderzenia w klawisz, daje jednakową amplitudę drgań struny, która ześlizguje się z ciągnącego ją w poprzek długości pazurka, wsku­ tek czego tony klawesynu brzmią jednakowo głośno. Uderzenia strun w fortepianie dają tony o natężeniu

większym lub mniejszym w zależności od woli pia­ nisty. W ten sposób można na tym instrumencie grać głośno (po włosku — forte ) i cicho (po włosku — piano), co znalazło odbicie w jego nazwie. 3. Pianola jest to pianino, w którym czynności naciskania klawiszy wykonuje mechanizm o napędzie elektrycznym. Zmieniając wałki odpowiednio przy­ gotowane, na których znajduje się zapis sterujący mechanizmem uderzenia klawiszów, zmienia się utwór, który pianola wykonuje. Instrument ten jest więc kresem postępu mechanizacji instrumentów muzycz­ nych, powstałych z ulepszenia harfy, jak to wynika z odpowiedzi na pytania 1, 2 i 3. 4. W fujarce zamkniętej, która jest prymitywną piszczałką, tworzy się przy zadęciu fala stojąca. Jeśli dąć mocniej, tworzy się fala stojąca o dwu węzłach, dająca ton o oktawę wyższy. Przy jeszcze mocniejszym dmuchaniu można utworzyć falę o trzech węzłach, która wytworzy ton o kwintę wyższy od poprzednie­ go. W ten sposób można dalej tworzyć tony coraz wyższe, czwarty, a czasem nawet piąty i szósty. Można też odetkać koniec piszczałki. Wtedy wytworzy się fala stojąca ze strzałką na końcu. Wzmacniając dęcie możemy wytworzyć drugi szereg tonów, rozpoczyna­ jących się tonem o kwintę wyższym od tonu wyda­ wanego przez zamkniętą fujarkę. W ten sposób moż­ na z fujarki wydobyć około 10—14 tonów, lecz wyższe z nich będą głośniejsze, a niższe — cichsze. 5. W okarynie (niewielki, gliniany, dęty instrument muzyczny) lub w dudach w odpowiednich miejscach wykonane są otworki, które muzyk zatyka i odtyka palcami. Swobodny otwór najbliższy od miejsca wy­ twarzania fali określa czynną długość instrumentu, a jednocześnie i wysokość dźwięku. Zatykając coraz dalsze otwory powodujemy wydłużenie fali stojącej w instrumencie, a więc i obniżenie tonu. 6. Nieomal powszechnym dziś sposobem zmiany wysokości tonów w instrumentach dętych jest zaty­ kanie i odtykanie otworów położonych wzdłuż instru­ mentu, podobnie jak w okarynie. Jednakże czynność tę wykonuje się zazwyczaj nie bezpośrednio palcami, lecz klapkami czy wentylami poruszanymi palcami za pośrednictwem dźwigni. Taki układ mają dla przy­ kładu flet, klarnet, fagot, kontrafagot, saksofon oraz

niemal wszystkie instrumenty blaszane z wyjątkiem fanfary oraz puzonu. 7. Jest to dziś już nieomal nieznana katarynka. 8. Jedynym tego rodzaju instrumentem w orkies­ trze symfonicznej (pomijając nowoczesną orkiestrę, w której zestaw instrumentów bywa najróżniejszy) jest kocioł, podobny do dużego bębna. Gdy melodia granego utworu ma przejść z jednej tonacji do innej, perkusista nachyla się nad kotłem i lekko pukając palcem w rozciągniętą skórę i obracając śrubę regu­ lującą naciąg, dobiera brzmienie instrumentu do to­ nacji, która dopiero za chwilę zabrzmi w orkiestrze. Wymaga to nic lada muzykalności. A zdawałoby się, że na tym instrumencie każdy grać potrafi. 9. Każda z czterech strun skrzypiec ma swój własny ton. Strojenia dokonuje się napinając struny przez obracanie kołeczków, na które nawinięto końce strun. Jest to więc regulacja przez zmianę naciągu. W czasie gry skrzypek nie zmienia już naciągu strun, a tylko dotyka je w różnych miejscach, zmieniając ich czynną długość. Czynną długością nazywamy odcinek struny, wprawiany w drgania przez smyczek czy szar­ panie. Warto dodać, że spośród ogólnie znanych in­ strumentów tylko skrzypce, altówka i wiolonczela oparły się mechanizacji. Najlepszym tego dowodem jest fakt, że marzeniem każdego skrzypka czy wiolon­ czelisty jest posiadanie XVIII-wiecznego włoskiego instrumentu Stradivariusa czy Amatiego. 10. Sprężonego powietrza do dęcia w piszczałki or­ ganów dostarczały dawniej wielkie miechy, poru­ szane nogami przez tak zwanego kalikanta. Dziś po­ wszechnie używa się do tego celu wentylatorów, poru­ szanych silnikami elektrycznymi. Mechanizacja ta nie daje jednak bynajmniej w wyniku organów elektrycz­ nych. W tych ostatnich otwieranie i zamykanie dróg dla powietrza, prowadzących do różnych piszczałek, odbywa się też przez naciskanie klawiszów, lecz nie za pośrednictwem dźwigni, jak w starych organach, ale dzięki urządzeniom elektrycznym. Tak zwane organy kinowe to już zupełnie inny instrument, w którym samo wydobycie dźwięku dokonuje się też nie przez dmuchanie, lecz za pomocą urządzeń elek­ trycznych.-

TELEMUZY

1. Jest to spowodowane zjawiskiem rozonansu. Do anteny docierają fale radiowe różnych stacji na­ dawczych, o rozmaitej częstotliwości, lecz wzmocnie­ niu podlegają tylko te, których częstotliwość odpo­ wiada częstotliwości własnej obwodu elektrycznego anteny. Wzmocnienie drgań osiągane dzięki zgod­ ności częstotliwości drgań własnych i drgań wymu­ szonych nazywamy rezonansem zarówno w akustyce, dynamice układów sprężystych, jak i elektrotechnice. 2. Kondensator składa się z dwu okładzin o znacz­ nej powierzchni, wykonanych z materiału przewodzą­ cego, przedzielonych warstwą materiału izolacyjnego. Warstwa ta sprawia, że prąd stały nie może płynąć poprzez kondensator. Natomiast przy prądzie zmien­ nym każdorazowe nagromadzenie na zasilanej okła­ dzinie kondensatora ładunków elektrycznych wywołuje „zassanie” na drugą okładzinę ładunków tego samego znaku na zasadzie przyciągania ładunków jednoimiennych. Zmiana napięcia na zasilanej okładzinie powo­ duje na tej samej zasadzie zmianę napięcia na drugiej okładzinie. W ten sposób, chociaż elektrony nie prze­ chodzą przez kondensator z jednej okładziny na dru­ gą, po przeciwnej stronie kondensatora dołączonego do źródła prądu o zmiennym napięciu pojawia się prąd zmienny o takiej samej częstotliwości, zbliżonej fazie, takim samym napięciu i natężeniu. 3. To zależy od systemu stosowanego przez stację nadawczą. W systemie modulacji amplitudowej czę­ stotliwość fali nośnej jest stała, natomiast jej ampli­ tuda — zmienna, sterowana przez amplitudę fali gło­ sowej „zakodowanej” w ten sposób w fali nośnej. Na­ tomiast w systemie modulacji częstotliwościowej am­ plituda fali nośnej jest stała, lecz jej częstotliwość zależy od charakteru fali głosowej. Oczywiście system budowy odbiorników jest odmien­ ny dla odbioru programów nadawanych jednym względnie drugim systemem. W polskich aparatach ra­ diowych zakresy fal długich, średnich i krótkich oparte są na systemie modulacji amplitudowej, a za­ kres fal ultrakrótkich na systemie modulacji często­ tliwościowej.

4. Zgodnie z odpowiedzią na poprzednie pytanie, zależy to od systemu modulacji. W systemie modulacji amplitudowej z reguły dostrajamy aparat do odbioru wybranej stacji przez zmianę pojemności obwodu, otrzymywaną przez obrót ruchomej części kondensa­ tora obrotowego, powietrznego. W systemie modu­ lacji częstotliwościowej zmieniamy w analogicznym celu indukcyjność obwodu przez zmianę wzajemnego położenia cewek włączonych w ten obwód. 5. Rozchodzenie się fal radiowych zależne jest od stanu jonizacji atmosfery (głównie od ilości i roz­ mieszczenia elektronów wchodzących w skład atmos­ fery). Dotyczy to w szczególności tzw. jonosfery, war­ stwy rozciągającej się na wysokościach ponad 05 km. W dzień warstwa ta pochłania fale radiowe, w szcze­ gólności średniej częstotliwości. W nocy działanie to zanika i fale odbijają się od jonosfery, docierając w ten sposób do odległych nawet punktów kuli ziemskiej. 6. Nie. Odbiorniki kryształkowe np. nie mają wcale lamp elektronowych; nie mają ich również najnow­ szego typu odbiorniki, w których zamiast lamp stosuje się tranzystory. 7. Dawno już zostało stwierdzone, że fale radiowe rozchodzą się w próżni oraz w przestrzeni, w której powietrze zostało bardzo rozrzedzone. Wiedzieliśmy również, że poza atmosferą ziemską, w przestrzeni kosmicznej, panuje niemal idealna próżnia (materia jest tam nadzwyczaj rozrzedzona). Można się więc było spodziewać, że fale radiowe będą się rozchodzić bez przeszkód w przestrzeni kosmicznej. Jednakże doświadczalne sprawdzenie tego wniosku nastąpiło niedawno, w roku 1946, gdy wysłano sygnały radiowe w kierunku Księżyca i odebrano odbite od powierzchni Srebrnego Globu radiowe echo tych sygnałów. W os­ tatnich latach rozwinęła się cała gałąź nauki — ra­ dioastronomia, zajmująca się badaniem radioźródeł kosmicznych. 8. Na „drugiej” półkuli Księżyca, niewidocznej z Ziemi, nie można będzie odbierać sygnałów radio­ wych z naszej macierzystej planety ani też wysyłać sygnałów, które mogłyby być na niej odbierane. Duży zasięg stacji radiowych na Ziemi mimo jej zakrzywie­ nia jest możliwy tylko dzięki istnieniu jonosfery,

która odbija krótkie i częściowo średnie fale radiowe. O ile nam dziś wiadomo, Księżyc nie jest otoczony jonosferą i komunikacja radiowa pomiędzy różnymi punktami Srebrnego Globu ograniczona byłaby tylko do punktów wzajemnie widocznych, a więc takich, gdzie można by się posługiwać również sygnałami optycznymi. 9. Jest to skutek zjawiska interferencji dwu fal o zbliżonej częstotliwości. W pewnej chwili obie fale mają jednakową fazę i wtedy ich amplitudy dodają się, jednak za chwilę różnica częstotliwości powoduje, że wychylenie jednej jest przeciwne wychyleniu dru­ giej. Wtedy ich działania się znoszą i wypadkowa amplituda obu fal równa jest zeru. Na rysunku przedstawiono dwie fale o nieco różnej długości oraz wynik ich zsumowania — interferencję. Podobne zja­ wisko interferencji dwu fal akustycznych można wy­ wołać naciskając dwa sąsiednie klawisze fortepianu, z samego lewego brzegu klawiatury. Powstanie ton dudniący. Dudnieniem nazywamy skutek interferencji dwu fal głosowych, czy nawet elektromagnetycznych o zbliżonych długościach (częstotliwościach).

10. Zjawisko to nazywamy z angielska fading (czyt. fejdyn). Jest ono spowodowane chwilowymi zmianami zachodzącymi w jonosferze. W nowoczes­ nych odbiornikach radiowych stosuje się dla prze­ ciwdziałania tym zmianom specjalne urządzenia, tzw. antyfadingowe, które automatycznie zwiększają sto­ pień wzmocnienia odbieranych sygnałów w zależności od ich natężenia. W rezultacie więc słuchacz zupełnie nie odczuwa skutków tego zjawiska.

SZNUREK

1. Rysunek przedstawia pociąg biegnący po płas­ kim torze. Zapytanie dotyczy cięgna (lin nie stosuje się do łączenia wagonów) między lokomotywą a pierw­ szym wagonem oraz między przedostatnim a ostatnin wagonem. Zagadnienie to jest zupełnie proste. Przy ruchu jednostajnym związanie wagonów w punk­ cie b przenosi siłę równą oporom toczenia jednego wagonu, a w punkcie a — siłę równą oporom toczenia wszystkich wagonów. Przy ruszaniu ze stacji też w punkcie b cięgno przeniesie dodatkowo siły wynikłe z bezwładności ostatniego wagonu, a w punkcie a — wszystkich wagonów. Z powyższych powodów cięgno w punkcie a musi być znacznie mocniejsze. 2. Układ pokazany na rysunku dotyczy tylko za­ gadnień statycznych. Woda do naczynia na dolnej szal­ ce sączy się powoli, bez wstrząsów. Dolna nitka przenosi wzrastające obciążenie dolnej szalki, a górna — wzrastające obciążenie obu szalek. W punkcie a nitka musi więc być mocniejsza. 3. Układ przedstawiony na rysunku jest podobny do poprzedniego tylko pozornie. Wiele kulek leży w naczyniu na szalce górnej, jedna podobna kulka spada na dolną szalkę z dużej wysokości. Przy nagłym uderzeniu o szalkę dolną gra rolę bezwładność ładunku szalki górnej. Trzeba znacznej siły lub znacz­ nego czasu do poruszenia ku dołowi całego ładunku górnej szalki. Natomiast przyspieszenie samej szalki dolnej wymaga znacznie mniejszej siły. W rezultacie siły dynamiczne w punkcie b są znacznie większe niż w a, natomiast siły statyczne w a nieznacznie więk­ sze niż w b. Stąd mocniejsza musi być nitka w punk­ cie b. 4. Na rysunku widzimy most wiszący; po lewej stronie jest on naciągnięty słabo, zwis jego jest znacz­ ny, po prawej stronie zwis został zmniejszony przez powiększenie naciągu. Rozwiązanie nie powinno bu­ dzić wątpliwości: gdzie naciąg większy, tam siły dzia­ łające na linę — większe. Dla większej pewności zrób­ my wykres sił działających na linę w punkcie obciąże­ nia jej przez przechodnia. W przypadku a ciężar Q równoważą dwie siły P, dość znacznie odchylone od

poziomu, zaś w wypadku b odchylenie to jest znacznie mniejsze, więc aby i tu zachodziła równowaga, obie siły P muszą być znacznie większe. A więc wariant b wymaga większej wytrzymałości liny. U

5. Kto zrozumiał poprzednie zagadnienie, nie bę­ dzie miał trudności z pytaniem 5. Na linie a wisi 5-tonowy ciężar. Liną b obwiązano pakę 10-tonową tak, że wisi ona na czterech jej odcin­ kach. Lecz tu uwaga. Każdy z odcinków roz­ ciągany jest przez skła­ dową siły 2,5 T, nie zaś przez samą siłę 2,5 T. Bo przecież pamiętamy, że siły działają tylko wzdłuż liny. We wska­ zanym strzałką odcin­ ku liny b musi więc pa­ nować tak duża siła, że jej rzut na kierunek pio­ nowy wynosi 2,5 T. Gdy­ by paka była obwiąza­ na luźno (rys. a), siła w linie przewyższałaby niewiele 2,5 T. Skóro jednak, jak widać z ry­ sunku, paka była obwiązana bez luzów, siła w linie (rys. b) kilkakrotnie przywyższa 2,5 T, a więc jest większa od 5 ton z wariantu a.

6. Jak rozwiązać nieco podobne zadanie, podane w pytaniu 6, a przedstawiające układ 3 naciągniętych nitek, będących w równowadze? Na jednej z nich przyjmijmy dowolny odcinek OA przedstawiający siłę w jednej z nitek. Od punktu A rysujemy proste równolegle do drugiej nitki aż do przecięcia z przedłużeniem trzeciej i od tego punktu prowadzi­ my linię równoległą do kierunku OA. W ten sposób, tworząc równoległobok sił działających w sąsiednich nitkach, określamy pozostałe siły rozciągające nitki. Nie znamy, co prawda, bezwzględnych wartości sił działających w tych nitkach, ale przecież pytanie do­ tyczy tylko stosunków sił. Łatwo możemy dojść do uogólnienia, że w układach tego typu największa siła rozciąga tę nitkę, dla której kąt między pozosta­ łymi nitkami jest najmniejszy. Na nitkę a działa siła większa niż na b. Kąt BOC jest mniejszy niż kąt AOC. 7. Łódkę przedsta­ wioną na rysunku moż­ na dociągnąć do brzegu za pomocą linki bądź stojąc na brzegu, bądź też stojąc w łódce. W obu przypadkach mowa jest o tej samej łódce, tych samych prędko­ ściach i przyspiesze­ niach. Nie ma żadnego znaczenia, czy skraca­ nie liny odbywa się z łódki, czy też z brzegu, pod wa­ runkiem, że opory są te same. Tymczasem, jeśli znaj­ dujemy się w łodzi, jest ona bardziej zanurzona i ma większą masę. Większe zanurzenie powoduje większe opory ruchu. Tak więc zarówno w jednostajnym, jak i przyspieszonym ruchu łódki do brzegu większe siły działać będą w wypadku b. Inaczej mogłoby być w ru­ chu opóźnionym. Ale przecież samym ruchem opóźnio­ nym nie można przyciągnąć początkowo nieruchomej łódki do brzegu. 8. Mężczyzna z teczką stoi na biegunie w przy­ padku a lub na równiku w przypadku b. Kiedy rączka od teczki powinna być mocniejsza? Ziemia nie jest idealną kulą. Ma kształt nieco spłaszczony, a więc jej promień biegunowy jest o około 22 km mniejszy od promienia równikowego. Ponadto na ciała znajdujące się na równiku działa maskymalna siła odśrodkowa, wynikła z wirowania Ziemi. Wskutek obu tych czyn­

ników przyspieszenie ziemskie na równiku jest mniej­ sze niż na biegunie, a więc teczka na równiku będzie ważyć mniej niż na biegunie. 9. Na rysunku widzimy dwa jednakowe balony, z których jeden napełniony jest wodorem (H), a drugi helem (He). To, że gondola balonu wodorowego jest przeznaczona dla niepalących (wodór jest palny), a helowego — dla palących (hel jest niepalny), nie jest sprawą istotną. Istotny jest ciężar właściwy wodoru i helu (w jednakowych warunkach temperatury i ciś­ nienia). W normalnych warunkach (0 °C, 1 atm. ciś­ nienia) ciężar właściwy wodoru wynosi 0,08987 g/1, a helu — 0.1785 g/1. Stąd w y n i k a , że przy jednakowej objętości powłok ciężar balonu wodorowego jest mniejszy niż helowego, a więc na balon wodorowy działa większa siła wypadkowa skierowana ku górze niż na balon helowy. Linka a musi być zatem moc­ niejsza. 10. Zagadnienie przedstawione na rysunku sprowa­ dza się do pytania, czy zepsuty samochód w celu od­ wiezienia do garażu wiązać do traktora na krótkiej czy na długiej lince. Sprawa ma dwa aspekty: jeśli kierowca traktora rusza gwałtownie, celowe jest uży­ cie linki krótkiej, aby nie mógł się on zbytnio roz­ pędzić i za mocno szarpnąć przyczepionym samocho­ dem. W tym więc przypadku im krótsze wiązanie, tym słabsze będą szarpnięcia. Lina może być wtedy słabsza. Jeśli kierowca będzie ruszał ostrożnie i po­ woli, to dłuższa lina będzie korzystniejsza; i to tym bardziej, im elastyczniejszy będzie materiał, z którego ją wykonano. Elastyczność liny amortyzować będzie szarpnięcia ciągnika, a rolę tę spełni tym lepiej, im będzie dłuższa, bowiem przyrosty jej długości wsku­ tek rozciągania będą proporcjonalnie większe. Tak więc na ostatnie pytanie nie ma odpowiedzi jedno­ znacznej.

CO TO JEST?

1. Tak wygląda tlenek cynku w bardzo dużym po­ większeniu, uzyskanym dzięki mikroskopowi elek­ tronowemu. Widać wyraźnie budowę krystaliczną tego związku.

2. To są fale powietrza uchwycone drogą foto­ graficzną w tunelu aerodynamicznym przy badaniu zachowania się profilu zaprojektowanego skrzydła samolotu. Opływający skrzydło strumień powietrza odznacza się wielką prędkością. Na rysunku widać zaburzenia, jakie wprowadza obecność skrzydła do spokojnego przepływu powietrza przez tunel. 3. Ten rysunek również wykonany został z foto­ grafii. Fotograf uchwycił moment tuż po uderzeniu pocisku w powierzchnię wody. Ponad wodą, w górnej części rysunku, widać lekkie ślady stożka fali (głoso­ wej) wytworzonej przez ruch pocisku w powietrzu. Fala uderzenia pocisku o wodę rozchodzi się współśrodkowo (kuliście) zarówno w powietrzu, jak i w wo­ dzie. Ale różna prędkość rozchodzenia się fali ciśnień w obu tych ośrodkach sprawia, że w chwili wykonania zdjęcia czoło fali tworzy w powietrzu małą kulę, a w wodzie — dużą. 4. Rysunek przedstawia jeden z wariantów perpetuum mobile. Na tarczy herbowej, tworzącej oprawę

rysunku, widać napis w języku flamandzkim, który można by tak przetłumaczyć „Cud, a jednak nie cud”. Odnosi się to do faktu, że cztery kule na jednej równi pochyłej nie mogą przeważyć i pociągnąć za sobą dwu kul na innej równi pochyłej, bardziej stromej. Posłu­ gując się tym modelem, Stevin (1548—1620) wyjaśnił prawa równi pochyłej i wykazał przy tym nierealność zbudowania perpetuum mobile, urządzenia obracające­ go się wiecznie bez dostarczania energii z zewnątrz. 5. Jeśli ktoś ma trudności z rozszyfrowaniem za­ gadki, niech spojrzy na rysunek „do góry nogami” i to z odległości kilku metrów. W ten sposób łatwo do­ strzeże twarz mężczyzny na pierwszym planie i ko­ biety na drugim. Rysunek imituje tzw. technikę siat­ kową wykonywania klisz drukarskich. Im drobniejszy zastosować podział, tym wierniejszy uzyskuje się obraz. Ponadto oko ma większą możność dokonywania syn­ tezy poszczególnych kropek, jeśli patrzący zna przed­ stawiony przedmiot. Podobne zjawisko zachodzi też podczas obserwacji ekranu telewizyjnego złożonego jak wiadomo z maleńkich ziarenek luminoforu świe­ cących pod wpływem strumienia elektronów. Autorem kompozycji jest grafik — W. Świerży. 6. W taki sposób radził wykonać stos elektryczny jego wynalazca A. Volta. Naczynia zawierają roztwór

kwasu. Łuki wykonane są z metalu. Do końców luków wykonanych z metalu przylutowano z jednej strony blaszki miedziowe lub mosiężne (A), z drugiej cynowe lub cynkowe (Z). W ten sposób Volta, wykorzystawszy odkrycie Galvaniego i stworzywszy pierwsze ogniwo elektryczne, otrzymał sposób na powiększenie napię­ cia elektrycznego, otrzymanego w ogniwie. Napięcie między krańcowymi ogniwami stosu jest sumą na­ pięć wszystkich ogniw, włączonych w stos. 7. To są powiększone gwiazdki śniegowe. Uderza w nich regularny sześciopromienny układ. Gwiazdki śniegowe, czyli śnieżynki, powstają wtedy, gdy nasy­ cone wilgocią powietrze ochładza się poniżej tempe­ ratury 0 °C. Na zarodziach krystalizacji, drobnych kry­ ształkach lodu, wilgoć z powietrza osadza się od razu w stanie stałym. Narastanie cząstek lodu odbywa się przeważnie tam, gdzie wzrost kryształka na­ potyka najmniejszy opór, tj. na jego krawędziach. Tą drogą tworzą się rozmaitego kształtu, lecz zawsze sześciopromienne śnieżynki. Badacze śniegu sfoto­ grafowali przeszło 5000 śnieżynek i żaden „wzór” nie powtórzył się w tej liczbie. 8. Jest to wygląd powierzchni wody uzyskany me­ todą fotograficzną w momencie tuż po upadnięciu na nią kropli. Wzbiła ona drobne kropelki cieczy, które wznoszą się skośnie na wszystkie strony miejsca upadku kropli. Tworzy się już zaczątek fali, która rozejdzie się współśrodkowo po powierzchni. 9 Dlaczego można patrzeć prosto w Słońce w cza­ sie jego wschodu lub zachodu? Ponieważ wtedy pro­ mienie słoneczne biegnące do naszych oczu przechodzą przez grubą warstwę atmosfery, w której zostają częściowo zatrzymane i rozproszone. Przy przecho­ dzeniu tych promieni skośnie przez coraz to gęstsze warstwy powietrza, powstaje inne jeszcze zjawisko: promienie załamują się przy przechodzeniu do ośrodka gęstszego. Wynikiem tego załamania jest spłaszczenie tarczy słonecznej, tym większe, im bardziej skośnie pada na powierzchnię Ziemi światło słoneczne, czyli im niżej nad horyzontem znajduje się Słońce. Zjawisko to, zwane refrakcją atmosferyczną, ilustruje nasz ry­ sunek. 10. To jest powierzchnia obrobionego przedmiotu, odlanego z żeliwa, w powiększeniu 100-krotnym. Czar­ ne kreseczki i przecinki przedstawiają wtrącenia gra­

fitu pomiędzy kryształami metalu. Żeliwo, z powodu obecności tych grafitowych wtrąceń, nie ma dużej wytrzymałości, posiada natomiast wybitne możliwości tłumienia drgań i dlatego jest tak powszechnie uży­ wane na korpusy maszyn, w których występują wstrząsy i uderzenia.

. FIZYKA LECZY...

1. Promieniowanie rentgenowskie powstaje wsku­ tek hamowania strumienia elektronów. Każda bowiem cząstka naładowana emituje promieniowanie elek­ tromagnetyczne podczas przyspieszania i hamowania jej ruchu. Promieniowanie rentgenowskie w terapii służy najczęściej do zwalczania nowotworów, szcze­ gólnie zewnętrznych. Wykorzystuje się tu fakt nie­ jednakowego działania promieni rentgenowskich na różne komórki, a więc szybszego niszczenia komórek młodych, szybko rozwijających się — a takie są komórki rakowe — niż komórek starych. 2. Promieniowanie nadfioletowe emitują lampy kwarcowe. Lampa taka składa się z rurki kwarcowej, wewnątrz której znajduje się mieszanina pary rtęci i argonu. Wyładowanie elektryczne wewnątrz rurki dostarcza intensywnego promieniowania, szczególnie w części nadfioletowej widma. Pod wpływem promie­ ni nadfioletowych tworzy się w organizmie witamina D (brak tej witaminy powoduje krzywicę). Naświetla­ nie lampą kwarcową zastępuje działanie promieni Słońca, których jednym ze składników jest też pro­ mieniowanie nadfioletowe. W górach promieniowanie to stanowi znaczniejszą część promieniowania Słońca niż w dolinach, gdyż jest ono mniej pochłaniane przez rzadszą atmosferę. Dlatego to górskie słońce, po­ dobnie jak naświetlanie lampą kwarcową, tak szybko wywołuje ciemnienie skóry, opaleniznę. 3. Promieniowania cieplnego dostarczają lampy zwane Solux. Jest to przede wszystkim promieniowa­ nie podczerwone. Powoduje ono rozszerzanie się na­ czyń krwionośnych, a więc uśmierza bóle przy sta­ nach zapalnych. Promieniowania tego dostarcza ża-

rówka elektryczna podobna do zwykłej żarówki oświe­ tleniowej, lecz zasilana niższym napięciem. Dzięki zastosowaniu niższego napięcia włókno żarówki ogrzewczej wydziela wtedy mniej światła widzialnego, ale więcej promieni podczerwonych. Stosowane są również filtry ze specjalnych szkieł czerwonych lub niebieskich. 4. Prądy krótkofalowe są wykorzystywane w tak zwanej diatermii, polegającej na wytwarzaniu ciepła w tkankach ciała za pomocą prądu elektrycznego. Wytworzone ciepło działa przeciwbólowo, przeciwskurczowo oraz leczy stany zapalne. Stosuje się w tym celu prądy elektryczne zmienne, o długości fali od około 3 do 30 m. 5. Prądy długofalowe (średniej częstotliwości) sto­ suje się w podobnych warunkach co i krótkofalowe (wielkiej częstotliwości). Jest to tak zwana diatermia długofalowa. 6 . Leczenie ultradźwiękami, czyli falami akustycz­ nymi o częstotliwości ponaddźwiękowej, polega na masażu tkanek wewnętrznych ciała za pomocą drgań udzielonych im przez te fale. Pośrednim skutkiem działania ultradźwięków jest też wydzielanie się cie­ pła w organach wewnętrznych. Leczy się tą metodą schorzenia mięśni, stawów, kości, nerwów, a także skóry. Aparaty do terapii ultradźwiękowej wytwa­ rzają drgania o częstotliwości rzędu 800 kHz. Czasem terapię ultradźwiękową przeprowadza się za pośred­ nictwem wody, w której zanurza się chore części ciała.

7. Elektrowstrząsy, czyli porażenie krótkimi im­ pulsami elektrycznymi stosuje się przy leczeniu nie­ których chorób psychicznych. 8 . Strumienie przyspieszonych elektronów otrzy­ muje się w urządzeniach zwanych betatronami. Są to rury próżniowe o kształcie obarzanków, umieszczone w polu magnetycznym. Elektrony poruszają się we­ wnątrz owych „obarzanków” i z każdym okrążeniem nabywają coraz to większej energii. Wykorzystuje się je do naświetlań chorych tkanek skórnych lub podskórnych. Elektrony stosowane w terapii mają energię w granicach 15—30 MeV. (1 MeV jest to ener­ gia, jakiej nabywa elektron przy przejściu różnicy potencjałów 1 miliona woltów.)

9. Promieniowanie y w medycynie otrzymuje się w tzw. bombie kobaltowej. W urządzeniu tym znaj­ duje się preparat izotopu promieniotwórczego kobaltu-60. Naświetlanie promieniami y pomaga w leczeniu nowotworów głęboko umiejscowionych. Stosowanie kobaltu jest zarówno tańsze, jak i skuteczniejsze niż wykorzystywanie preparatów radowych. Kobalt pro­ mieniotwórczy można otrzymać z normalnego kobaltu-59 przez bombardowanie neutronami w reak­ torze jądrowym. 10. Usuwanie zbędnego uwlosienia za pomocą prądu elektrycznego jest zabiegiem lekarskim, choć należy do zakresu kosmetyki. Wykonuje się je przez wsu­ wanie specjalnej igły wzdłuż włosa do torebki wło­ sowej i przepuszczanie słabego prądu elektrycznego (faradyzacja), który powoduje jej zniszczenie. Prąd ten otrzymuje się z wtórnego uzwojenia urządzenia, podobnego do induktora Ruhmkorffa.

QUIZ FIZYCZNY

1. Burzliwy przepływ nazywamy turbulencją. Turbodmuchawa to urządzenie do sprężania gazów. Turbina to silnik wykorzystujący energię kinetyczną przepływu cieczy lub gazu. Turban to wschodnie na­ krycie głowy. 2. Zjawisko przekroczenia nominalnego natężenia prądu nazywamy przetężeniem. Natężenie prądu to liczba ładunków elektrycznych przepływających w jed­ nostce czasu. Stężenie to procentowa ilość składnika mieszaniny lub roztworu. Przez tężenie rozumie się zjawisko utwardzania się jakiegoś sypkiego lub pół­ płynnego ciała. Beton tężeje w ciągu kilku dni. 3. Monochord to aparat do określania częstotli­ wości fali głosowej, a poligon to teren ćwiczeń (np. artyleryjskich). Nie są to więc przeciwstawienia. Nie są również przeciwstawieniami terminy: pozytyw i negaton. Pozytyw to odbitka fotograficzna, na której rozkład pól ciemnych i jasnych odpowiada rzeczy­ wistości, zaś negaton jest to czasem używana nazwa cząstki elementarnej — elektronu.

4. Aparat do rzucania nieprzeźroczystego obrazu na ekran to episkop. Epigramat to rodzaj utworu literac­ kiego, episkopat — biskupstwo, epistoła to list, zaś epilepsja — przykra choroba. 5. „Widmo boru” można rozumieć dwojako: jedno znaczenie potoczne zbliżone jest do pojęcia ducha puszczy, lecz drugie, fizyczne, dotyczy wyniku roz­ szczepienia (analizy widmowej) światła, wysyłanego przez rożarzony pierwiastek — bor. 6 . Aparat do utrzymywania stałej temperatury to termostat. Termistor to opornik półprzewodnikowy, którego opór maleje ze wzrostem temperatury. Termopara to stopione ze sobą końcówki drucików z dwóch różnych metali. W termoparze między swo­ bodnymi (nie stopionymi) końcówkami drucików po­ wstaje napięcie elektryczne proporcjonalne do różnicy temperatury końców stopionych i swobodnych. Zja­ wisko to wykorzystuje się do pomiaru wysokich tem­ peratur. Termoskop wskazuje zmiany temperatury, lecz nie pozwala ich mierzyć. Termometr to przyrząd do mierzenia temperatury.

7. Wykres to inaczej diagram. Diapazon to zakres, diapozytyw to pozytywowy obraz fotograficzny na przezroczystym podłożu, służący do rzucania obrazu na ekran — inaczej przezrocze, a diaskop to aparat optyczny do rzucania na ekran przezroczystych dia­ pozytywów, w odróżnieniu od episkopu, który rzuca na ekran obraz przedmiotów nieprzezroczystych, na zasadzie odbicia światła. Aparat zawierający dias­ kop i episkop w jednej obudowie nazywa się epidias­ kopem. 8. Przeciwieństwem pojęcia „wektorowy” jest po­ jęcie „skalarny”. Wielkość skalarna to taka wielkość, którą całkowicie charakteryzuje jedna liczba, w prze­ ciwieństwie do wielkości wektorowych, dla których oprócz bezwzględnej wartości ważny jest również i kierunek. Skalarem jest np. temperatura, siła zaś nie jest skalarem, lecz wektorem. 9. Oto nasze zjawiska fizyczne. S a m o i n d u k c j a to wpływ zmian natężenia prądu w obwodzie na na­ pięcie, a zatem i na prąd w tymże obwodzie. E 1 e kt r y z a c j a to przekazywanie z jednego przedmiotu 11 — 500 z a g a d e k z fiz y k i

161

na drugi ładunków elektrycznych. S u b 1i m a c j a to przemiana ciała stałego w stan gazowy bez pośred­ nictwa stanu ciekłego. R o z t w a r z a n i e to wpro­ wadzenie jakiegoś ciała (stałego, ciekłego czy gazowe­ go) do innego ciała będącego w stanie ciekłym. I n ­ t e r f e r e n c j a to wynik sumowania amplitud dwu fal. P a r a m a g n e t y z m to zdolność niektórych ciał do ograniczonego magnesowania się w zewnętrznym polu magnetycznym. 10. Linia łącząca punkty o jednakowej tempera­ turze to izoterma. Izochora to krzywa przedstawia­ jąca zależność ciśnienia gazu od jego temperatury przy stałej objętości. Izolacja to inaczej oddzielenie lub materiał nadający się do oddzielania (np. nie przewodzący elektryczności). Izobara to linia łącząca punkty o jednakowym ciśnieniu atmosferycznym.

PRZYSŁOWIA — MĄDROŚCIĄ NARODÓW

1. W zakresie pojęć fizycznych za odpowiednik tego przysłowia można uznać trzecią zasadę dynamiki Newtona: każdemu działaniu odpowiada przeciwdzia­ łanie równe mu co do wielkości, lecz przeciwnie skie­ rowane. 2. Siła ciężkości, która powoduje spadanie jabłka z gałęzi jabłoni, ma w każdym punkcie powierzchni Ziemi kierunek pionowy (do środka). W przeciwnym razie jabłko padałoby daleko od jabłoni. 3. Doświadczenie, poparte odpowiednim pomia­ rem, jest ostatecznym argumentem w fizyce. 4. Siła tarcia spowodowanego ciężarem jest pro­ porcjonalna nie do ciężaru, lecz do jego składowej, tzw. siły nacisku, prostopadłej do danej powierzchni. Im więc mniejsza stromość powierzchni, tym większa siła tarcia. Dlatego to kozy mogą łatwo skakać na pochyłe drzewa. Na drzewach pionowych siła tarcia ich kopyt powodowana ciężarem byłaby równa zeru,

więc koza chcąc dotrzeć do gałęzi z liściem, musiałaby podskoczyć aż do wysokości korony drzewa, co jest przeważnie niemożliwe. 5. Skutki zderzenia ciał nie zależą od ich pręd­ kości bezwzględnej, lecz od ich prędkości względem siebie. 6. Przysłowie to zawiera zasadę względności ru­ chów. Skutek (spotkanie Mahometa z górą) można osiągnąć zarówno przez przemieszczenie góry, jak i proroka.

7. Znana to prawda zarówno w codziennej prak­ tyce laboratoryjnej, fabrycznej czy nawet domowej, jak i z historii fizyki, że błędny pomiar może stać się przyczyną błędnych wniosków, one zaś zaczynem błęd­ nej teorii itd. „Lepiej nie mów wcale jaki dziś panuje mróz, niż masz podać błędną informację”, lub też „Gdy mi nie powiesz, sprawdzę sam, jeśli wiadomość ta będzie mi istotnie potrzebna”. Tak można by przykładowo przedstawić treść tego przysłowia. 8. To przysłowie powstało z wyciągnięcia dwu wniosków z praktyki: a) że fale świetlne rozchodzą się prostoliniowo (ich długość jest zbyt mała, aby mogły ulegać ugięciu na przeszkodach terenowych), wskutek czego za pagórkami na polu można się ukryć, oraz b) że fale głosowe uginają się na przesz­ kodach (szczególnie o rozmiarach porównywalnych z ich długością) i mogą dotrzeć do nieprzyjaciół ukry­ tych za pagórkami.

9. Dlaczego koniom lżej, gdy baba zejdzie z wozu? Bo siła tarcia, i to zarówno posuwistego, jak i tocznego zależy od ciężaru; jest do niego proporcjonalna. 10. Wiatr to ruch powietrza znacznie chłodniejszego niż płomień. Dlatego działa on na ogień chłodząco. Nie ma jednak takiego wiatru, który by oderwał pło­ nące gazy od palących się podczas dużego pożaru przedmiotów i który by ochłodził je natychmiast, przerywając proces zgazowywania. Przeciwnie, wiatr wiejący na pożar dostarcza więcej tlenu, sprzyja więc dalszemu paleniu. Ten sam wiatr z łatwością gasi świecę, gdyż zdmuchuje rozgrzane gazy, tworzące płomień, odrywa je od knota, który się momentalnie ochładza; dalsze zgazowywanie materiału palnego za­ wartego w knocie zostaje przerwane i płomień świecy gaśnie.

I. ZMYSŁY WAŻNIEJSZE I MNIEJ WAŻNE

1. Mowa tu o zmyśle słuchu. Człowiek odbiera wrażenia słuchowe, gdy do jego ucha dochodzą drga­ nia powietrza w zakresie od kilkunastu (tony najniż­ sze) do około 15 000 drgań na sekundę (tony najwyższe). Ta górna granica słyszalności najwyższych tonów obniża się z wiekiem. Dziecko natomiast słyszy tak wysokie tony, jakich dorosły nie może usłyszeć. Pies i nietoperz reagują na jeszcze wyższe tony (ultra­ dźwięki), nie odbierane już nawet przez uszy dziecka. 2. Tu znowu mowa o słuchu. Istnieją ludzie po­ siadający tak zwany słuch absolutny, polegający na umiejętności ustalenia wysokości usłyszanego tonu, a dzięki temu powtórzenia go po pewnym czasie, czy też określenia, jaki ton wydaje w danej chwili instrument. W ich świadomości jest jak gdyby utrwa­ lona bezwzględna skala wysokości tonów. Ze skalą tą porównują oni zasłyszany ton. Obrazowo można powiedzieć, że ludzie o słuchu absolutnym nie potrze­ bują kamertonu, by rozpocząć śpiew z żądanego to­ nu. Przeciętni ludzie pamiętają krótko wysokości sły­ szanych tonów i mogą tylko bardzo ogólnie powiedzieć, czy jakiś ton jest wysoki, niski czy bardzo niski. 3. Wzrok. Głuchoniemi odpowiednio przeszkoleni rozumieją mowę innych ludzi, obserwując ruchy ich ust. Pomiędzy sobą porozumiewają się głuchoniemi za pomocą umownych znaków, mimiki i gestykulacji. 4. Nie. Wnętrze gałki ocznej pokryte jest dwoma rodzajami elementów światłoczułych. Jedne z nich nazywamy pręcikami, drugie — czopkami. Okazuje się, że na barwę oglądanych przedmiotów reagują tylko czopki. Pręciki natomiast czułe są na zmiany jasności. Inną drogą dochodzą przeto do mózgu im­ pulsy jasności, inną impulsy barwy. 5. Wbrew pozorom zmysłem tym nie jest wzrok, lecz słuch. Nietoperz wyposażony został przez naturę w specjalny narząd echolokacyjny, zasada którego podobna jest do zasady radiolokacji. Łatając w ciem­ ności wysyła nietoperz w stałych odstępach czasu króciutkie piski ultradźwiękowe. Fale ultradźwiękowe dzięki swej małej długości silnie odbijają się nawet

od stosunkowo małych obiektów, np. drutów tele­ fonicznych, gałęzi itp. i odbierane są po odbiciu przez specjalne receptory, znajdujące się w uchu nietoperza. Receptory te przekazują do mózgu zwie­ rzęcia ostrzeżenia o zbliżających się przeszkodach, toteż nietoperz może na czas zboczyć z toru i uniknąć kolizji. 6 . Mamy co prawda dwoje oczu, aby widzieć ste­ reoskopowe (przestrzennie), i dwoje uszu, aby słyszeć stereofonicznie, mimo to pojęcia nie są analogiczne. Widzenie stereoskopowe pozwala oceniać odległość widzianych przedmiotów, a słyszenie stereofoniczne pozwala jedynie na określenie kierunku słyszanego dźwięku.

7. Na przykład przy znieczulaniu miejscowym ciała dla dokonania niewielkiej operacji (rwanie zęba). Czujemy wtedy doskonale dotykanie znieczulonej za­ strzykiem części ciała, lecz nie odczuwamy wrażenia bólu, które bez znieczulenia przygłuszyłoby wrażenia dotykowe. 8 . Nie posiadamy osobnego zmysłu pozwalającego stwierdzić lub określić prędkość. Jest ona z zasady pojęciem względnym. Uczestniczymy np. wszyscy wraz z całą Ziemią w ruchu dokoła Słońca z ogromną prędkością, wcale tego nie odczuwając. Poznajemy prędkość względem otaczających przedmiotów wzro­ kiem, słuchem, czasem dotykiem (pęd powietrza), lecz są to wszystko wrażenia względne. Bezwzględnej pręd­ kości (w ruchu jednostajnym) nie tylko nie poznamy żadnym zmysłem, ale nie zmierzymy żadnym apara­ tem. Możemy tylko stwierdzić, czy poruszamy się z przyśpieszeniem (wzrost sił bezwładności).

9. Obecnie rozpowszechniły się elektryczne (elek­ troniczne) aparaty wzmacniające dźwięki docierające do uszu; korzystają z nich ludzie o przytępionym słuchu. Buduje się też czasem tzw. „okulary słucho­ we” — wzmacniacze dźwięków, wykonane w formie okularów, które drgania wywołane przez fale głosowe przekazują w odpowiedni sposób kościom czaszki i umieszczonemu w nich błędnikowi bez pośrednictwa ucha zewnętrznego i środkowego. 10. Nie. Zmysł temperatury daje nam tylko wraże­ nia względne, informuje, czy dotykane ciało jest ciep­ lejsze czy zimniejsze od dotykanego poprzednio. Oczy­ wiście ponieważ temperatura naszego ciała jest prawie

stała, omyłki w ocenie temperatury przez nasze ciało nie mogą być wielkie, ale do mierzenia temperatury musimy mieć pomoc w postaci odpowiedniego przy­ rządu, np. termometru.

41. NA WYCIECZCE 1. Oddychanie w czasie nurkowania przez wysu­ niętą z wody rurkę pozwala co prawda na dłuższe przebywanie pod wodą, ale tylko na bardzo małych głębokościach. Rurka łączy nurkującego z powietrzem o ciśnieniu normalnym, a przecież żeby pod wodą swobodnie oddychać, ciśnienie wdychanego powietrza musi być porównywalne z ciśnieniem hydrostatycznym wody na danej głębokości. Tą metodą nie sposób więc nurkować głębiej niż na 2 m. Nurkując bez rurki mo­ żemy na krótki okres czasu wytworzyć w płucach o wiele większe ciśnienie i w ten sposób osiągnąć głębię kilku-, a przy wprawie — kilkunastometrową. Dopiero aparat, który dostarcza do płuc powietrze o takim ciśnieniu, jakie panuje w otoczeniu (aparat Cousteau), pozwala na nurkowanie do kilkudziesięciu metrów. 2. Nie, przj'czyna jest zupełnie inna. Podczas po­ gody obłoki, przypominające wyglądem pierzyny (cumulusy), tworzą się w miejscach powstałych prądów wstępujących, gdyż wznoszące się powietrze ochładza się na pewnej wysokości i przez to względna jego wil­ gotność zwiększa się aż do 100%. Bociany często szy­ bują bez poruszania skrzydłami, wykorzystując te prądy wznoszące, a więc krążą w okolicy formowania się owych „dobroczynnych” obłoków. 3. Linki wykonane z włókien roślinnych (len, ko­ nopie itp.) kurczą się przy zmoczeniu. Gdy więc nad­ chodzi deszcz, a linki nie mają łączników gumowych, trzeba wychodzić z namiotów i luzować je, aby uchro­ nić kołki namiotowe przed wyrwaniem lub płótno przed rozerwaniem. Zapobiegają temu samoczynnie łączniki gumowe rozciągające się przy zwiększonym naciągu linek spowodowanym ich zmoczeniem.

4. Podwójny dach namiotu ma wieloraki cel. P