Чтобы убедиться в том, что от нагревания тела расширяются, а при охлаждении, наоборот, сжимаются, достаточно поставить несколько опытов. Вот один из них. Он довольно прост, и каждый из вас может его проделать. Но на этом задача исследователя не кончается: он должен еще объяснить процесс и результаты своего эксперимента.

Опыт 1. Приготовьте пластмассовую бутылку, которая выдерживает высокие температуры, с герметической (целой) привинчивающейся крышкой, и чайник или какой-нибудь другой сосуд, в котором можно будет кипятить воду. Опыт проводите в кухонной раковине. Поставьте туда чистую бутылку (со снятой, но тоже чистой крышкой). На плитке вскипятите около 2 л воды. Кипяток (помните об осторожности, не ошпарьтесь!) влейте в бутылку (до половины), вылейте, снова налейте немножко кипятку, после чего быстро и плотно завинтите крышку бутылки. Теперь откройте кран холодной воды и подставьте бутылку под струю. Вы увидите, что бутылка «худеет», как бы вгибается. Почему так происходит?

Наверное, вы знаете, что, прополоскав бутылку кипятком, вы согрели находящийся в ней воздух. А как только обливаете ее холодной водой, воздух в бутылке также охлаждается и, следовательно, сжимается. Но поскольку она плотно закупорена, давление внутри нее уменьшается по сравнению с внешним давлением. Эта разница в давлении (внешнем и внутреннем) как раз и вызывает «худение» бутылки.

Можно ли проверить такой вывод, не проводя точных количественных измерений? Отчасти можно. Для этого проведем опыт 2.
Приготовьте еще одну такую же пластмассовую бутылку. Пригодится и чайник, а наша лаборатория вновь будет в кухонной раковине. Готовы? Начали.
Вскипятите воду в чайнике. В раковину поставьте обе бутылки: с одной проделайте то же, что и раньше (два раза обдайте кипятком), а вторую закупорьте, но не полностью, не плотно, а так, чтобы воздух мог в нее попасть и выйти. Поставьте ее горизонтально в раковину и облейте сверху кипятком (тоже несколько раз). Потом плотно закройте обе бутылки, поставьте их вертикально и облейте холодной водой. Обе бутылки сожмутся, но не в одинаковой степени. Которая больше вогнется и почему? Ведь, казалось бы, в обеих происходят те же самые явления, следовательно, “и результаты должны быть одинаковы. Почему же это не так?
Сперва подумайте сами, а потом прочтите объяснение.

Объяснение опытов с бутылками.
Если результаты подогрева бутылок изнутри и снаружи, а затем их охлаждения неодинаковы, значит в них происходят разные явления. Сперва подумайте, что происходит со второй бутылкой, подогретой снаружи в опыте 2. В бутылке все время находился воздух. Нагревшийся от стенок подогретой бутылки, он расширился, часть его вышла через неплотно закрытое горлышко, а остался воздух под давлением, равным внешнему давлению. Почему же эта бутылка после того, как мы ее облили холодной водой, вогнулась? Потому что находящийся в ней воздух охладился, то есть сжался, в результате чего уменьшилось давление внутри бутылки. Так что приведенное объяснение результатов опыта 1 относится не к опыту, а к результатам явлений, происходящих во второй бутылке в опыте 2.

Бутылка, облитая изнутри горячей водой, «ведет себя» после холодного «душа» так же, как и вторая бутылка, но эффект охлаждения ее в количественном отношении явно иной. Поэтому можно сделать вывод, что внутри нее происходит нечто другое, чем во второй бутылке.

А теперь подумайте. Когда мы вливаем горячую воду, над поверхностью воды в бутылке поднимается пар (го рячая вода очень интенсивно испаряется). Этот пар выталкивает воздух. В результате над поверхностью воды в бутылке остается очень мало воздуха, почти все место занимает пар. Что же произойдет, если облить такую бутылку холодной водой? Вы уже наверное догадались.

Конечно, охлажденный пар конденсируется, а его место ничто не займет, потому что бутылка плотно закупорена. Давление же остатков воздуха (холодного) в этой бутылке будет больше отличаться от внешнего давления, чем в бутылке, из которой мы не выпустили воздух, а лишь нагрели. Итак, бутылка, всполоснутая горячей водой, подвергнется большему внешнему давлению, чем вторая бутылка, нагретая водой снаружи.

ПРИМЕЧАНИЕ: может случиться, что во время обливания бутылок холодной водой вы услышите шипение или бульканье около крышки. В таком случае результаты опыта могут получиться совершенно другие, и вы даже можете не заметить никаких эффектов. Почему? Что нужно сделать, чтобы опыты получились?

ЗБИГНЕВ ПЛОХОЦКИЙ

Журнал ” Горизонты техники для детей ” №11-80г.