Защо дръжките на вратите са толкова далеч от пантите? Как всъщност пием през сламка? И защо ледът не потъва във водата? Рядко се замисляме за подобни неща, но зад тях се крият любопитни физични закономерности. А когато ги разберем, дори най-обикновените предмети започват да изглеждат по съвсем различен начин.
Физиката е навсякъде около нас, макар невинаги да си даваме сметка за това. Тя обяснява както работата на сложните електронни устройства, така и съвсем обикновени действия, които извършваме всеки ден, без да се замисляме.
Ето пет любопитни примера, които показват колко тясно е свързана науката с ежедневието ни.
Защо дръжките на вратите са толкова далеч от пантите?
Да вземем за пример последната врата, която отворихте. Къде се намираше дръжката ѝ?
При почти всички врати тя е разположена от противоположната на пантите страна, приблизително по средата на височината. Това съвсем не е случайно.
Обяснението се крие във физична величина, наречена въртящ момент.
Представете си, че се опитвате да отворите врата, като я бутате съвсем близо до пантите. Ще трябва да положите много повече усилия, отколкото ако я бутнете откъм дръжката.
Причината е, че вратата действа като голям лост, който се завърта около оста на пантите.
Въртящият момент зависи от приложената сила, нейната посока и разстоянието до оста на въртене. Колкото по-далеч от пантите упражняваме натиск, толкова по-лесно отваряме вратата.
Затова дръжките се поставят възможно най-далеч от тях. Така отварянето изисква значително по-малко усилие.
А височината на дръжката се определя най-вече от това къде е най-удобно да я хванем.
Как работят сламките за пиене?
Сламките са толкова обикновени предмети, че вероятно дори не си спомняте кога сте се научили да ги използвате.
Но замисляли ли сте се как течността успява да се издигне по сламката, когато отпивате?
Всичко се дължи на атмосферното налягане.
Когато засмуквате въздух през сламката, намалявате налягането в нея. В същото време атмосферният въздух продължава да притиска повърхността на напитката в чашата.
Така се получава разлика в налягането, която кара течността да се издигне по сламката.
С други думи, не толкова издърпваме напитката нагоре, колкото позволяваме на атмосферното налягане да я изтласка към устата ни.
Ето защо обикновената сламка не би работила по същия начин в открития Космос. Там няма атмосфера, която да упражнява необходимия натиск върху течността. Освен това в условията на почти пълен вакуум течностите се държат по различен начин.
Разбира се, сламка може да се използва и в Космоса, стига напитката да се намира в подходящ затворен съд, в който е осигурена необходимата разлика в налягането.
Можете да проверите значението на атмосферното налягане и с прост опит.
Вземете чаша с плътно затварящ се капак, през който минава сламка. Ако уплътните напълно всички отвори и не позволите на въздуха да навлиза в чашата, ще установите, че пиенето постепенно става все по-трудно.
Причината е, че с изтеглянето на течността налягането в затворения съд намалява и вече не може да се поддържа достатъчна разлика в наляганията.
Защо ледът не потъва във водата?
При повечето вещества твърдото състояние е по-плътно от течното. Затова, ако поставим твърдо парче от дадено вещество в неговата течна форма, то обикновено ще потъне.
При водата обаче е точно обратното.
Ледът е с по-ниска плътност от течната вода и затова остава на повърхността.
Това се обяснява с принципа на Архимед. Според него върху всяко тяло, потопено в течност, действа подемна сила, равна на теглото на изместената течност.
Дали даден предмет ще плава, или ще потъне, зависи от средната му плътност спрямо тази на течността.
Затова камъните обикновено потъват, докато корабите могат да плават, въпреки че са направени от тежки материали. Благодарение на формата си те изместват достатъчно вода, за да останат на повърхността.
Но защо ледът е по-лек от същия обем течна вода?
Отговорът се крие в устройството на водните молекули.
Всяка от тях се състои от два водородни атома и един кислороден атом. Електричният заряд в молекулата не е разпределен равномерно: областта около кислорода има частичен отрицателен заряд, а тази около водородните атоми – частичен положителен.
Това позволява между отделните водни молекули да се образуват така наречените водородни връзки.
Когато водата замръзва, тези връзки подреждат молекулите в кристална структура, в която остава сравнително много свободно пространство.
В резултат ледът заема по-голям обем от същото количество течна вода и плътността му е по-ниска.
Това на пръв поглед дребно свойство има огромно значение за живота на Земята.
Ако ледът беше по-плътен от водата, той щеше да потъва. Езерата и другите водоеми биха замръзвали по съвсем различен начин, което сериозно би застрашило водните организми.
Вместо това ледът образува слой на повърхността, който забавя загубата на топлина. Така водата под него може да остане течна дори през най-студените зимни месеци.
Как сензорният екран на телефона разпознава докосването ни?
Достатъчно е леко да докоснете екрана на смартфона си, за да отворите приложение, да напишете съобщение или да увеличите снимка.
Но как телефонът разбира къде точно сте поставили пръста си?
Повечето съвременни смартфони използват капацитивни сензорни екрани.
Под стъклената им повърхност се намира мрежа от прозрачни проводящи електроди. Те създават електрично поле, което се променя при приближаването или докосването на проводящ обект.
Човешкото тяло също провежда електричество. Когато поставите пръста си върху екрана, той променя електричните характеристики на малка част от тази мрежа.
Специален контролер регистрира промяната и определя мястото на докосването.
След това телефонът обработва информацията и изпълнява съответната команда.
Ето защо обикновените ръкавици често пречат на работата със сензорен екран. Материалът им действа като изолатор и затруднява отчитането на докосването.
Съществуват обаче и специални ръкавици с проводящи нишки, които позволяват да използвате телефона си, без да ги сваляте.
Влагата също може да създаде проблеми. Капките вода по екрана променят електричните му характеристики и понякога водят до погрешно отчитане на докосванията.
Така зад едно съвсем обикновено движение на пръста всъщност стои сложна технология, основана на свойствата на електричните полета.
Защо можем да чуваме неща, които не виждаме?
Ако и светлината, и звукът се разпространяват под формата на вълни, защо можем да разговаряме с човек зад ъгъла, когото не виждаме?
Макар и светлината, и звукът да се разпространяват като вълни, те са различни по своята природа и имат различни дължини на вълната.
Звукът представлява механична вълна, което означава, че се нуждае от материална среда, за да се разпространява. Той може да преминава през въздух, вода и дори през стени, но не и през вакуум. Именно затова в открития Космос няма звук.
Светлината, от друга страна, е електромагнитна вълна. Тя може да се разпространява и във вакуум, тъй като не се нуждае от материална среда. Затова можем да виждаме небесни тела в Космоса, но не и да чуваме звуците, които възникват там.
Електромагнитният спектър обхваща различни видове лъчение, а видимата светлина представлява само малка част от него. Според НАСА дължините на вълните на видимата светлина са приблизително между 380 и 700 нанометра.
Звуковите вълни имат много по-големи дължини, което им позволява по-лесно да заобикалят препятствия. Това явление се нарича дифракция и представлява огъване и разпространение на вълните около препятствия.
Ето защо можем да чуем човек, който говори зад ъгъла, въпреки че не го виждаме. Светлината има много по-малка дължина на вълната и затова огъването ѝ около големи препятствия, като например стени, е значително по-слабо изразено.
Науката е навсякъде около нас
От отварянето на врата до използването на смартфон, физичните закони определят как работят предметите, с които си служим всеки ден.
Често приемаме тези явления за даденост, просто защото сме свикнали с тях. Но когато започнем да си задаваме въпроси за привидно обикновените неща, откриваме колко интересна е науката зад тях.
А най-хубавото е, че не ни е необходима сложна лаборатория, за да разберем света малко по-добре. Понякога са достатъчни чаша вода, сламка, кубче лед или вратата на собствената ни стая.
