Природа | другой взгляд

Почему самолёт оставляет белый след в небе? В ясный день за некоторыми самолётами можно увидеть длинную белую полосу, которая иногда исчезает через несколько секунд, а иногда остаётся на небе почти час. Многие принимают её за дым от двигателей, но это совсем не так. Реактивные двигатели при сгорании топлива образуют не только углекислый газ, но и большое количество водяного пара. На высоте около десяти километров температура воздуха может опускаться ниже −50 °C. Когда горячие выхлопные газы смешиваются с таким холодным воздухом, содержащийся в них водяной пар почти мгновенно конденсируется, а затем превращается в мельчайшие кристаллы льда. Именно эти кристаллы отражают солнечный свет, поэтому след кажется ярко-белым. Продолжительность его существования зависит от состояния атмосферы. Если воздух сухой, кристаллы быстро испаряются, и след исчезает. Если же на большой высоте воздух насыщен влагой, ледяные частицы могут сохраняться очень долго и постепенно превращаться в тонкие перистые облака. Таким образом, белый след за самолётом — это вовсе не дым, а искусственно созданное человеком миниатюрное облако, возникающее благодаря сочетанию горячего выхлопа и экстремально холодного воздуха.

Почему воздушный шар поднимается в небо? Когда огромный воздушный шар медленно отрывается от земли, кажется, будто он нарушает законы физики. На самом деле происходит прямо противоположное — он идеально им подчиняется. Всё начинается с обычного воздуха. Хотя мы его не замечаем, он имеет массу и оказывает давление на всё вокруг. Именно поэтому любое тело в воздухе испытывает выталкивающую силу, подобно тому как предметы в воде испытывают действие силы Архимеда. Если внутри оболочки шара находится горячий воздух, его плотность становится меньше, чем у окружающего холодного воздуха. При том же объёме он содержит меньше молекул и, следовательно, имеет меньшую массу. В результате общий вес воздушного шара оказывается меньше веса вытесняемого им воздуха. Возникает выталкивающая сила, которая начинает поднимать шар вверх. Чем выше поднимается шар, тем более разреженным становится окружающий воздух. Со временем выталкивающая сила уменьшается, и наступает момент, когда она уравновешивается весом шара. Тогда подъём прекращается. Тот же принцип используется и в шарах с гелием. Только вместо нагревания воздуха применяется газ, который сам по себе значительно легче воздуха.

Почему вертолёт может зависать на одном месте, а самолёт — нет? Самолёт и вертолёт подчиняются одним и тем же законам физики, но ведут себя в воздухе совершенно по-разному. Самолёту необходим постоянный разгон вперёд, тогда как вертолёт способен неподвижно висеть над землёй. Откуда такая разница? Секрет заключается в том, как создаётся подъёмная сила. У самолёта её формируют крылья. Чтобы они удерживали машину в воздухе, навстречу им должен непрерывно двигаться поток воздуха. Пока самолёт летит вперёд, всё работает идеально. Но стоит скорости уменьшиться слишком сильно, как подъёмная сила падает, и самолёт начинает терять высоту. У вертолёта роль крыльев выполняет огромный несущий винт. Его лопасти постоянно вращаются с высокой скоростью, самостоятельно создавая поток воздуха. Благодаря этому подъёмная сила возникает даже тогда, когда сам вертолёт остаётся практически неподвижным относительно земли. Изменяя угол наклона лопастей, пилот может не только поднимать машину вверх и опускать её, но и заставлять двигаться вперёд, назад или в сторону. Правда, за такую универсальность приходится платить. Вертолёты сложнее по конструкции, расходуют больше топлива и обычно уступают самолётам в скорости и дальности полёта. Поэтому оба типа летательных аппаратов прекрасно дополняют друг друга: самолёты незаменимы на дальних маршрутах, а вертолёты — там, где нужна высокая манёвренность и возможность зависнуть в воздухе.

Почему мыльные пузыри переливаются всеми цветами радуги? Каждый ребёнок знает, что прозрачный мыльный пузырь неожиданно начинает играть всеми цветами. Но дело вовсе не в том, что в мыльном растворе содержатся разноцветные вещества. Стенка пузыря невероятно тонкая. Она состоит из двух слоёв молекул мыла, между которыми находится тончайшая плёнка воды. Толщина этой плёнки постоянно меняется по мере того, как вода медленно стекает вниз под действием силы тяжести. Когда свет попадает на пузырь, одна его часть отражается от внешней поверхности плёнки, а другая проходит внутрь и отражается уже от внутренней поверхности. Затем оба отражённых луча снова встречаются. Если волны усиливают друг друга, определённый цвет становится ярче. Если же они взаимно ослабляются, этот цвет почти исчезает. Такое явление называется интерференцией света. Поскольку толщина плёнки непрерывно меняется, условия интерференции тоже постоянно изменяются. Именно поэтому радужные узоры на поверхности пузыря всё время движутся и никогда не повторяются. Получается, обычный мыльный пузырь — это маленькая оптическая лаборатория, в которой каждую секунду можно наблюдать законы физики в действии.