Структурная память воды

[Марика]

Лучшее средство против депрессии — это горячая ванна и… Нобелевская премия. Доди Смит

Ванна готова.
В зеленоватой воде
Плавает волос.
Владимир Герцик. Антология руских хайку и трехстиший

Замерзли под душем или под дождем? Вернемся в ванну, хватит мерзнуть, добавим горячей воды, решая попутно изящную (оцените красоту условия) задачу. В ванне, наполненной до сливного отверстия, было М1 кг воды с температурой Т1. Включили кран, добавляющий М2 кг в минуту воды с температурой Т2, причем таким образом, что вода сразу перемешивается и излишки утекают в сливное отверстие. Какая температура воды будет через t минут? А если излишки не утекают — как изменится ответ? Осторожно — не залейте излишками нижний этаж.

Если подкрасить вливающуюся в холодную ванну горячую воду (например, кристалликом марганцовки), то будут видны ее «рукава» и ветвящиеся отростки, которые долго не перемешиваются с окружающей водой. Почему долго держится граница?

Если аккуратно положить канцелярскую скрепку на воду, то она не утонет, ее удержит поверхностное натяжение. Если же добавить в воду мыла, то скрепка тонет, поверхностное натяжение стало меньше. Но ведь именно мыльная вода дает пену, не кажутся ли вам эти факты противоречивыми?

В каком месте лопаются мыльные пузыри?

Откуда на пузыре радужная полоска?

Если в блюдечко с водой окунуть кончик висящего марлевого жгута, то вся вода, поднимаясь по жгуту, уйдет в него. За счет каких внешних сил изменился центр тяжести системы?

На каком принципе основана работа керогаза (помнит ли кто-нибудь эту чудную утварь?) и как регулировалось в нем пламя?

Будет ли гореть спиртовка на космической станции в невесомости?

Если стакан поднимать из-под воды вверх дном, то в нем будет вода. Заплывет ли туда рыбка и что с ней произойдет, если она будет плыть вверх? Стакан, естественно, не ограничен в размерах. Рыбка, конечно, не расскажет о своих ощущениях и, тем более, не выполнит наши дурацкие желания. Что будет с аквалангистом, поднимающимся в таком стакане? Насколько высоко он сможет подняться? Что он почувствует при подъеме? Какая температура в Торричеллиевой пустоте?

Если в банке с водой проделать сбоку отверстие, то будет ли в него выливаться вода при свободном падении банки?

Почему не вытекает вода из шланга, намотанного на барабан?

Почему наибольшая плотность воды наблюдается при четырех градусах, и при понижении температуры вода расширяется?

Чай горячий после ванны — милое дело. Да простит нас Денис Шумаков за вторжение в его колонку, но есть животрепещущие вопросы. Почему при размешивании чая в стакане чаинки собираются на дне в центре? А где будут чаинки, если стакан будет вращаться на диске?

И древняя задача из «Арифметики» Магницкого (вышедшей впервые 300 лет назад) про заварку: некто имеет чай трех сортов — цейлонский по 5 гривен за фунт, индийский по 8 гривен за фунт и китайский по 12 гривен за фунт. В каких долях нужно смешать эти три сорта, чтобы получить чай стоимостью 6 гривен за фунт? Единственно ли решение? Кстати, и Архимед, по легенде, решал задачу о доле золота в короне греческого царя, когда открыл свой великий закон. Как бы вы нашли, сидя в ванне, объем своего тела?

Кто проходил «Грозу» Островского в школе, помнит, как одна купчиха опасалась: вдруг пароход выйдет на глубокое место — он же утонет! Если вы считаете ее недалекой, то попробуйте ответить на вопрос: если из лодки, плавающей в бассейне, выбросить в воду (нет, не княжну) большой камень, изменится ли уровень воды в бассейне? Не торопитесь, вы наверняка ошибаетесь. А если утопить плавающую лодку — что будет с уровнем воды в бассейне?

Если есть карандаш, окуните его в воду наполовину и посмотрите на его тень на дне ванны — она имеет перемычку? Почему?

Цистерна с водой, стоящая на тележке без трения, с одной из сторон имеет краник, направленный вниз. Сдвинется ли цистерна после того, как вся вода вытекла через краник? А в процессе вытекания? А если краник направлен горизонтально?

А как посчитать угол отклонения гибкого душа, зная длину его, массу и расход воды?

Теперь трудная задача, придуманная мною, вряд ли вы ее решите, просто оцените красивое условие. На наклонной плоскости (пусть под углом α к горизонту) стоит невесомый цилиндрический стакан (радиус окружности r), в который капают капли (массой m каждая). После какой по счету капли стакан опрокинется?

Однако, вернемся в ванну. Все опыты с жидкостями будут неполны без задачи на переливание, вот самая распространенная, присутствующая во всех занимательных сборниках. Восьмиведерный бочонок надо разделить пополам, пользуясь трех- и пятиведерными бочонками.

И, под занавес, если это выражение подходит к купанию, классика «водяных» задач — о трубах, наполняющих бассейн. Обе задачи при решении приводят к неожиданным результатам, попытайтесь их объяснить.

Ванна заполняется холодной водой за 6 минут 40 секунд, горячей за 8 минут. Кроме того, если из полной ванны вынуть пробку, вода вытечет за 3 3/7 минуты. Сколько времени понадобится, чтобы наполнить ванну полностью, при условии, что открыты оба крана, но ванна не заткнута пробкой?

Холодный кран, открытый полностью, наполняет ванну за 10 минут. Открытые оба наполовину холодный и горячий краны наполнят ванну за 20 минут. За сколько минут наполняет ванну горячий кран? Попытайтесь объяснить полученный результат и, особенно, воспроизвести его в своей ванне. Все, можно вытираться.

[незаяц]

Вот такие примерно детям и задают задачи в школах,ни фига не понятно.......тут и профессор то не каждый справится

[Марика]

Не нужна мне с неба манна
Мне бы только ванна, ванна…

Старая студенческая песня

Иллюзия кафельной стенки Если вы, купаясь в ванне, не проводите эксперименты, то вы пропащий человек, и время в ванне расходуете впустую, о чем, как известно, писал, бросая в воду камешки, Козьма Прутков, и кричал любитель купания Архимед. По количеству и занимательности всевозможных опытов купание в ванне соперничает с компьютерными забавами, а попытка их объединить доставит нам немало приятных минут.

Пока набирается вода, посмотрите на стены и на пол, обычно выложенные кафелем. Если вам повезло, и в вашей кладке ряды смещены, то вы увидите замечательный эффект — ряды кафеля не параллельны! «Иллюзия кафельной стенки» возникает при разглядывании плоскости, покрытой чередующимися квадратами или прямоугольниками, которые разделены тонкими «швами». Иллюзия состоит в том, что горизонтальные линии кажутся сходящимися к левой или правой стороне. Как думаете — почему именно горизонтальные?

Набросайте программу, выводящую на экран шахматную доску, у которой ряды через один сдвинуты и понаблюдайте иллюзию. Можете даже исследовать зависимость схождения рядов от величины сдвига, контрастности расцветки квадратиков и от яркости и ширины швов между рядами.

А сколько существует вариантов укладки кафеля из одинаковых правильных многоугольников? А из правильных многоугольников двух видов? А трех видов? Можно ли замостить пол одинаковыми пятиугольными плитками? А семиугольными?

Пока раздумывали, вода набралась. Кстати, даже садясь в горячую ванну, мы испытываем какое-то мгновение озноб — почему?

Очень многие купающиеся в ванне поют во время купания. Как думаете — почему в ванне приятно петь? Особенно любимые песни Михаила Щербакова:

Я же про этот шторм и шквал
Ведать не ведал, знать не знал.
Я в это время по Фонтанке
В белой рубашечке гулял.

Ну, шторм и шквал нам пока не нужны по соображениям техники безопасности, а вот рябь или зыбь попробуем получить. Кстати, можете ли вы объяснить кому-либо, что такое зыбь или рябь? Обратите внимание, что непременно при этом жестикулируете, помогая себе двумя пальцами.

Повибрируйте этими двумя пальцами на поверхности воды, наблюдая за тенью получающихся волн. Попробуйте поменять расстояния между пальцами и фазы вибрации, посмотрите, как это отразится на узловых точках получающейся картины. А если использовать три источника? Подробнее красивые дифракционные картинки с программами рассмотрены в статье "Водные опыты (плещут холодные волны)".

Если у вас по понятным причинам аллергия на словосочетание «три источника» или вообще лень что-то делать купаясь, то можно просто поразмышлять над некоторыми вопросами, чтобы принятие ванны не выглядело пустым времяпрепровождением.

Что было бы, если бы показатель преломления воды увеличился в десятки или сотни раз — увидели бы мы свое тело под водой? Увидели бы что-нибудь из-под воды?

Айсберги во время плавания подтаивают снизу и иногда переворачиваются. Как это объяснить — ведь как бы айсберг не подтаивал, все равно он на 7/8 под водой, и центр тяжести намного ниже поверхности воды? Можете ли вы нарисовать конфигурацию айсберга, собирающегося перевернуться? А помните, во всех книжках по занимательной физике приводится плавающая вертикально горящая свеча — она не гаснет, пока весь парафин не израсходуется. И не переворачивается — ведь она тает сверху, а не снизу.

Если мы на айсберге нанесем ватерлинию, то она будет подниматься или опускаться под воду по мере таяния айсберга сверху от нагрева солнечными лучами? А при таянии снизу?

[Марика]

Каждый, кто хоть раз в детстве выдувал мыльные пузыри, наверняка запомнил то ощущение праздника, которое создавала фантастическая игра цветов на их поверхности. Удивительно - пленка из бесцветной жидкости, раствора мыла в воде, освещенная белым светом, расцвечивается всеми цветами радуги. Посмотрим, почему это происходит.

Распространение света - процесс волновой. Каждой длине волны соответствует ощущение определенного цвета. Белый свет - это смесь самых разных цветов, от фиолетового до тёмно-красного. И если из луча белого света каким-то образом "вырезать" только одну волну, а остальные "погасить", свет из белого превратится в окрашенный.

Мыльный пузырь - это тонкая пленочка воды между двумя слоями молекул моющего вещества. Свет, падая на поверхность пленки, частично отражается от первого слоя, частично проходит внутрь, преломляется и отражается от второй поверхности. Волны, отраженные от двух поверхностей пленки, складываются. И если максимумы двух волн совпадают (волны идут в фазе), амплитуда суммарной волны увеличивается. Если же максимум одной волны приходится на минимум другой (волны в противофазе), амплитуда уменьшится вплоть до полного исчезновения суммарной волны. Две световые волны в сумме дадут темноту. Такой механизм сложения волн называется интерференцией.

Вот откуда взялись цвета, которые окрасили бесцветную пленку, - они возникли в результате интерференции световых волн, отразившихся от границ мыльной пленки. Интенсивность света пропорциональна квадрату амплитуды световой волны, и если волны пришли в фазе, амплитуда суммарной волны вырастет в два раза, а яркость цветного пятна - в четыре. Соответственно столь же сильно будет падать интенсивность волн, идущих в противофазе. Длины волн видимого света лежат в диапазоне от 0,4 микрона (фиолетовый свет) до 0,75 микрона (красный свет). И если одна область пузыря окрашена, скажем, в синий цвет (0,45 мкм), а другая - в зеленый (0,50 мкм), можно с уверенностью сказать, что толщина его стенки изменилась на 0,05 мкм = 5.10-8 м = 0,00005 мм (или на кратную величину).

Если внимательно приглядеться к игре красок на поверхности мыльного пузыря, можно заметить, что рано или поздно вблизи его верхней части появится черное пятно. Толщина пленки в этом месте стала равна половине длины волны фиолетовой составляющей видимого света (самой высокочастотной). Пузырь лопнет именно в этом, наиболее тонком и слабом месте.

Такую же игру красок можно видеть и на поверхности воды, покрытой тонкой пленкой масла или бензина.