10. Физика и всё-всё-всё

Знаменитый физик Эрнест Резерфорд (он первый в мире понял, «как выглядит атом») любил говорить, что все науки делятся на физику и коллекционирование марок. Может быть, профессор слегка перегнул палку. Но то, что физики захватили изрядный кусок территории, занятой другими науками, — факт. Справедливости ради надо сказать, что бывало и обратное: в физику вторгались «варяги» с сопредельных территорий.

Вот несколько эпизодов сериала «Вторжение физиков в пограничные области».

10.1. Физика и география

Середина XVII века... Морскую экспедицию по измерению радиуса Земли возглавляет француз Доминик Франсуа Араго — физик с повадками мушкетера (возраст 24 года).

Предложите программу действий: как измерить радиус Земли.

10.2. Физика и геология

Профессор геологии Шалер утверждал, что ледники своим огромным весом расплавляют лед в нижнем слое и скользят по своеобразной «жидкой подушке». Студент-физик Роберт Вуд не хотел верить профессору на слово.

Можно ли проверить эту гипотезу «водяной смазки» ледников?

Вот что придумал Роберт Вуд: была приготовлена большая чугунная болванка с аккуратно высверленным отверстием, а на станке выточили стальной цилиндр, точно подходивший к отверстию в болванке. Этот цилиндр должен был давить на лед.
Отверстие наполнили до половины водой и заморозили. На поверхности льда в середине отверстия положили пулю, затем воду долили до верха и опять заморозили. Стальной цилиндр вставили сверху, чтобы он соприкасался со льдом, а потом все это поместили под мощный пресс, который давил на лед сильнее, чем давил бы своим весом природный ледник.

Под этим невероятным давлением вокруг цилиндра выдавились тонкие, как бумага, листки льда и несколько тонких, как иглы, льдинок выскочили прямо сквозь чугунную болванку — лед пробил себе дорогу через дефекты отливки. Но это не ослабило давления — его величина контролировалась манометром.

Вынув болванку из-под пресса и немного разогрев ее, можно было удалить стальной стержень и вытрясти ледяной цилиндр. Пуля была обнаружена в центре, куда ее положили, ясно этим показывая, что...

_{ни на секунду лед в цилиндре в воду не превращался.}

10.3. Сапер ошибается один раз

Эскаватор рыл котлован. Неожиданно ковш заскрежетал по металлу. Машинист заглянул в яму и замер: бывший солдат мгновенно узнал тысячекилограммовую бомбу. Приехавшие по срочному вызову саперы установили, что у бомбы замедленного действия, сброшенной во время войны, взрыватель не сработал. Но кто знает, может быть, достаточно ее тронуть, чтобы рвануло? А вокруг дома, детсад, школа... И в этот момент саперы услышали, что внутри бомбы затикали часы.

Что делать? Как остановить часовой механизм? Чем можно воздействовать на бомбу? Ударами? Растворителями? Дернуть током? Поднести магнит? Облучить светом? Нагреть — хуже будет, а может, наоборот...

_{Командир саперов приказал принести с соседнего завода емкость с жидким азотом (t = - 196^оC). Им стали поливать бомбу, и, когда холод дошел до часового механизма, он остановился.}

10.4. Физики против жуликов

Двадцать домовладельцев подали в суд на Пенсильванскую железную дорогу. Они утверждали, что вибрация от проходящих поездов разрушает стены, потолки и штукатурку их домов. Содержатель бара утверждал, что у него из шкафов валятся бутылки, когда мимо идет товарный поезд; одна семья уверяла, что у них расшатываются оконные рамы и валится штукатурка; а один человек даже заявил в суде, что его жену выбросило из постели на пол, когда ночью прошел поезд.

Железнодорожная компания обратилась к физику Роберту Вуду.

Что бы вы сделали на его месте?

Вуд сначала удивился и сказал:
— Дайте мне несколько дней для размышления. На следующий день он принес с собой набор маленьких деревянных кеглей, все кегли были одной высоты, но разного диаметра — от 1/4 дюйма до самой чувствительной кегли с основанием диаметром всего в 1/32 дюйма.

Уполномоченные железной дороги посмотрели на игрушки и сказали:
— Вы шутите с нами!

Что Вуду делать теперь?

Вуд расставил кегли по столу и сказал:
— Постучите.

Ничего не произошло.

Как же быть?

Он сказал:
— Попробуйте посильнее.

Кегля с самой тонкой ножкой упала.

Вуд сказал:
— Теперь ударьте по столу кулаком как можно сильнее.

Три следующие по порядку кегли опрокинулись.

— Если вы толкнете стол сбоку или ударите молотком, он упадут все.

Тогда самый главный из уполномоченных воскликнул:
— Боже мой, кажется, это как раз то, что надо!

Так, с кеглями в кармане и длинной пластинкой стекла, чтобы ставить их, Вуд отправился по домам в сопровождении юристов. Они шли от двери к двери, но ни один домовладелец не впускал их. Домовладельцев уже предупредили собственные юристы. Наконец они нашли честную старую леди и уговорили ее впустить их. Она даже позволила подняться на третий этаж, где бывают максимальные вибрации.

Дальше слово Роберту Вуду:
— Я положил пластинку на подоконник, выровнял ее по уровню и расставил кегли.

Вскоре проехал тяжелый грузовик с пивом, и палочка с самой тонкой ножкой закачалась из стороны в сторону, но сохранила равновесие, затем вдали запыхтел и проехал мимо нас длинный товарный поезд.

Самая тонкая палочка даже не задрожала. После этого один из внуков старой леди взбежал по лестнице, чтобы посмотреть, как мы играем в кегли. Когда он вбежал в комнату, самая маленькая палочка упала.

Как вы думаете, какое решение принял суд?
Составьте физическую модель для решения задачи о сотрясении почвы.

10.5. Физика и биология (задачи «на вырост»)

Задачи этого раздела вы сможете решить сами — попозже, когда познакомитесь с физикой поближе. Некоторые из этих задач в биологии считались серьезными проблемами — до того, как их решили физики.

52. О бедном ковбое...
У одного ковбоя в перестрелке с бандитами грудная клетка была пробита с двух сторон. Хотя оба легких остались при этом невредимыми, ковбой все же умер от удушья. Почему? Дайте подробное объяснение.

53. Молочные братья
У зайцев и китов молоко жирное, а у обезьян и волков — нет. Предложите объяснение этому факту и попробуйте назвать других животных, у которых должно быть жирное или не жирное молоко.

54. Морда лица
Чем объяснить сходство «лица» совы, кошки и обезьяны
с лицом человека?

55. Кому на север...
Правило Бергмана гласит, что с удалением от полюсов к экватору размеры особей одного и того же вида или близкородственных видов теплокровных животных уменьшаются. Как вы объясните это правило? Почему для холоднокровных животных и для растений это не так? Какие опыты вы могли бы предложить, чтобы определить, как муравьи находят дорогу домой?

57. Сердце, тебе не хочется покоя...
У птиц и млекопитающих частота сердечных сокращений тем выше, чем мельче животное. Можете ли вы проверить, так ли это? Чем можно объяснить такую закономерность?
8. Физика как игра человека с природой 11. Задачи полезнее правил