Воздушный шар — это самый простой возду­хоплавательный аппарат. Обычно он состоит из легкого сферического или цилиндрического «меш­ка», сделанного из бумаги, резины, шелка или прорезиненного материала, содержащего внутри горячий воздух, водород или гелий. К шару мо­жет быть прикреплена при помощи веревок или сетки корзина, или гондола, в которой перевозят пассажиров и грузы.

Шар плавает в воздухе по той же причине, по которой рыба плавает в воде. Каждый из них вы­тесняет из воды или воздуха, окружающих их, массу больше их собственной.

Пока шар и его снаряжение весят меньше, чем вытесненный воздух, он будет подниматься. Если он потеряет какую-то часть поднимающего его газа и его масса увеличится, он начнет падать. В качестве поднимающего газа используют горячий воздух, водород или гелий, потому что все они легче обычного атмосферного воздуха.

Отпущенный на свободу шар будет поднимать­ся до тех пор, пока вес вытесняемого воздуха не уравняется с его собственным. Чтобы изменить высоту полета, воздухоплаватель должен либо уменьшить поднимающие его силы, чтобы опуститься, либо уменьшить его вес, чтобы подняться. Чтобы спуститься, он должен выпустить не­много газа через клапан наверху шара. Чтобы подняться выше, он должен выкинуть за борт часть груза (балласта).

Поскольку ни балласт, ни газ нельзя воспол­нить во время полета, очевидно, что возможности воздухоплавателя управлять полетом шара сильно ограничены. В лучшем случае он может опускать­ся и подниматься лишь более или менее короткий промежуток времени, в зависимости от величины шара.

Поднявшись ввысь, шар попадает в полную зависимость от ветров. В полете шаром практиче­ски невозможно направлять. Он может лишь плыть по ветру, и по этой причине от него очень мало пользы как от транспортного средства.

В наши дни воздушные шары в основном ис­пользуются для исследования верхних слоев ат­мосферы. Во время войны они использовались как воздушные пункты наблюдения, а также из них сооружали своего рода воздушные загражде­ния (нечто вроде воздушных заборов) для защи­ты городов от налетов бомбардировщиков.

Падающее тело — это ничем не поддерживае­мое тело, притягиваемое к поверхности Земли си­лой гравитации. Гравитация — это сила, с кото­рой Земля притягивает к себе другие предметы.

При отсутствии сопротивления воздуха тела падают в соответствии с законом, известным, как закон свободного падения, впервые сформулиро­ванным знаменитым итальянским ученым Галиле­ем в шестнадцатом столетии.

Галилей провел в своей лаборатории множест­во опытов с падающими телами. На основании этих экспериментов он вывел этот закон: в без­воздушном пространстве скорость падающего тела зависит только от высоты падения и не зависит он его массы.

Чем дольше тело находится в свободном паде­нии, тем быстрее оно движется. Когда какое-ни­будь тело увеличивает скорость, мы говорим, что оно получило ускорение. Ускорение свободно па­дающего тела равняется 9,8 метрам в секунду.

Это означает, что за каждую секунду падения те­ло увеличивает скорость своего падения примерно на десять метров в секунду.

После первой секунды падающее тело имеет скорость 9,8 метров в секунду. После первых двух секунд его скорость становится 9,8 плюс 9,8 метров, то 19,6 метров в секунду и так далее.

Проходя через слой воздуха, падающее тело не может набирать скорость в такой прогрессии. Оно может набрать лишь определенную скорость. Ввиду сопротивления воздуха существует предел скорости падающего предмета.

Это истинно даже для самых тяжелых предме­тов. Они получают ускорение при начале паде­ния, но одновременно наращивается и сопротив­ление воздуха. Вскоре оно уравновешивает силу гравитации. С этого момента ускорение падения тела перестает нарастать. Оно достигает своей «конечной скорости» и не изменяется до конца падения.

Мы настолько привыкли к тому, что термо­метры состоят из тоненькой трубки, заполненной ртутью, что редко задумываемся о том, зачем нужна эта ртуть в этой трубке, то есть как этот прибор работает.

Термометр, или градусник,— это просто при­бор для измерения количества тепла. Его принцип работы в том, что тепло способно влиять на раз­личные вещества, изменяя их. Мы наблюдаем за изменениями, происходящими с веществом, и считаем, что они произошли под воздействием определенного количества тепла.

Ртуть используется в градусниках по той про­стой причине, что она очень быстро реагирует на повышение температуры. Расширение этого мате­риала происходит равномерно, и это очень хоро­шо заметно. В современных ртутных градусниках тепло заставляет ртуть расширяться, верхняя от­метка ее начинается двигаться вверх по узкой стеклянной трубке, а шкала на термометре пока­зывает нам, насколько высоко она поднялась.

Спирт, например, тоже может быть использо­ван в градусниках. Но использование его ведет к определенным проблемам. Он легко закипает, и поэтому от спирта мало проку при измерении вы­соких температур. Но зато он очень удобен для измерения чрезвычайно низких температур.

Есть и другие типы термометров, которые об­ходятся вовсе без жидкостей. Вместо них исполь­зуются, например, два металла. Железную и ла­тунную пластинки соединяют, скрутив в пружину. Один конец этой пружины зафиксирован, а дру­гой снабжен стрелкой-указателем и может сво­бодно двигаться.

Эти металлы расширяются и сжимаются поразному. При изменении температуры пружина закручивается и раскручивается, и эти движения перемещают указатель по круглой градуирован­ной шкале.

Прикрепив пишущее устройство к указателю и снабдив градусник вращающейся бумажной лен­той, мы получим термометр, который будет запи­сывать сведения об изменениях в температуре сколь угодно длительный период времени.

Ответом на этот вопрос является само опреде­ление огня. Огонь сопровождает горение — быст­ро протекающую реакцию, при которой выделя­ется тепло и свет.

Существует несколько видов химических реак­ций, которые могут иметь результатом явление, которое мы называем огнем. Самая обычная из них — реакция между кислородом и топливом. Если в результате ее выделяется тепло и свет, мы получаем огонь.

Чтобы развести огонь, необходимы три вещи. Первое — это горючее, второе — кислород. Горю­чее быстро начинает соединяться с кислородом. Когда в костре горят дрова или в плите горит газ, происходит энергичное взаимодействие между топливом и содержащимся в воздухе кислородом.

Третья вещь, необходимая нам для разведения огня,— это тепло. Бумага или дерево не могут за­гореться просто от одного воздействия на них воздуха. Обычно для этого нужна зажженная спичка. Когда бумага нагревается достаточно сильно, кислород начинает активно вступать с ней в реакцию,— и бумагу охватывает пламя.

Каждый вид топлива может загореться лишь при определенной температуре. Она называется температурой его возгорания.

Представьте себе деревянную палочку, нагреваемую до температуры возгорания при помощи горящей спички. Она охватывается пламенем не вся. Причина этого состоит в том, что кислород не соприкасается с палочкой в целом, а только с верхним ее слоем, превращающимся под действи­ем жара в газообразное вещество.

Поскольку нагрев продолжается, частички газа и кислород в воздухе двигаются очень быстро. В этих условиях газовые и кислородные частицы соединяются очень легко и быстро. Выделяется тепло и свет: мы получили огонь.

При некоторых видах горения никакого света не выделяется. Если топливо реагирует с кисло­родом медленно, выделяется одно лишь тепло. Это происходит, например, когда ржавчина съеда­ет железо. Ржавление — это всего лишь очень медленная форма горения, настолько медленная, что вы даже не можете почувствовать тепла, вы­деляемого при этом. Огонь — это быстрое горе­ние, или воспламенение, а при воспламенении выделяется и тепло, и свет.

Одни предметы кажутся на ощупь горячими, другие — холодными. Иногда воздух кажется нам раскаленным, иногда — прохладным. Почему это так?

Согласно современной теории, тепло получа­ется в результате движения молекул и атомов. Например, молекулы, из которых состоит воздух, способны свободно двигаться, натыкаясь друг на друга и на различные предметы на своем пути. Так вот, эти молекулы могут двигаться быстрее или медленнее. Если они двигаются быстро, мы говорим, что температура воздуха высокая и что воздух горячий. Если они двигаются медленно (как бывает в холодный день), мы ощущаем, что воздух холодный.

Что касается жидких и твердых веществ, то атомы и молекулы в них хотя и не могут пере­двигаться свободно, но все же способны ускорять свое движение. Например, в горячем железном кубике атомы совершают около миллиона движе­ний в секунду, то есть движутся чрезвычайно бы­стро. Если вы притронетесь кончиком пальца к этому кубику, вы почувствуете боль, потому что молекулам вашей кожи при внезапном и резком соприкосновении с быстро движущимися частица­ми железа передалось это движение.

Действительно ли молекулы движутся? Много­численные эксперименты полностью подтвержда­ют это. Действительно, под микроскопом можно увидеть, как крохотные частички материи в капле воды постоянно вздрагивают под ударами милли­онов невидимых движущихся молекул.

Средняя скорость движения молекулы кисло­рода при температуре таяния льда равняется при­мерно четыремстам двадцати метрам в секунду, а молекулы водорода — в четыре раза быстрее. В пятнадцати кубических сантиметрах воздуха каж­дую секунду происходят тысячи миллиардов стол­кновений между молекулами!

Тепло и температура — это не одно и то же. Тепловая энергия, которую содержит в себе тело, зависит от энергии движения его молекул и атомов. Количество тепла измеряется в калориях. Калория равняется количеству тепла, которое требуется для того, чтобы подогреть один грамм воды на один градус по Цельсию. А температура тела показывает, до какой степени, или «градуса», эта тепловая энергия его подогрела. Самая низкая возможная температура — 273 градуса ниже нуля по Цельсию. Ученые считают, что при такой тем­пературе молекулы перестают двигаться, то есть находятся в состоянии покоя.

Если вы пропустите солнечный луч через стеклянную призму, то увидите, что он превра­тится в радугу цветов, называемую спектром. Он состоит из всех тех цветов, которые вместе обра­зуют так называемый белый свет.

Но хотя вы, вероятно, сможете различить шесть или семь цветов, белый свет в действитель­ности состоит из трех основных цветов. Эти цвета называются первичными, потому что они не мо­гут быть получены комбинациями из других цве­тов. Первичными цветами считаются оранжево-красный, зеленый и фиолетово-голубой. Другие цвета, которые вы видите в радуге спектра, явля­ются соединением первичных цветов.

Посмотрев на спектр даже невооруженным глазом, можно легко увидеть три смешанных цве­та, которые называются вторичными: зелено-го­лубой, желтый и красный. Вы можете получить эти цвета, смешав в определенных комбинациях первичные цвета.

Но помните, что мы говорим о свете. Краски для рисования являются твердыми веществами, то есть прямой противоположностью световым цве­там. Вторичные световые цвета являются первич­ными цветами красок. Это значит, что среди кра­сок первичными цветами являются желтый, зеле­но-голубой и красный. Смешивая эти краски, вы можете получить все остальные.

Существует много других способов классифи­кации красок. Яркие цвета, полученные без по­мощи черной или белой красок, называются чис­тыми цветами. Желтый, красный, голубой и зеле­ный — это чистые цвета. Цвета, полученные при смешении чистых цветов с черным цветом, назы­ваются цветными тенями. Темно-коричневый цвет — это цветная тень. Цвета полученные при смешении их с белым цветом, называются оттен­ками. Розовый цвет, цвет слоновой кости — это оттенки. Цвета полученные при смешении чистых цветов с черным и белым, называются тонами. Ры­жевато-коричневый, цвет беж и серый — это тона.

Вот еще один интересный факт о цвете. Как вы думаете, какой цвет имеет красная краска пе­ред тем, как вы откроете коробку? Она выглядит не красной, а черной! Это происходит из-за того, что там, где нет света, нет и цвета. В темной ком­нате такого явления, как цвет, не существует.

Цвет предмета зависит от материала, из кото­рого он сделан, и от света, в котором мы этот предмет рассматриваем: например, красно-оран­жевый свитер выглядит таковым, потому что кра­ска шерсти отражает красно-оранжевую часть светового спектра. Фиолетово-голубая и зеленая части спектра поглощаются материалом свитера. Отражаются только оранжево-красные лучи, их-то вы и видите.

Ответ на этот вопрос: «Да, но...» Человек мо­жет делать искусственные алмазы, но не рассчи­тывайте, что в скором будущем их у нас будет навалом.

Когда вы поймете, каково было матушке-при­роде делать алмазы, вы согласитесь, что это дале­ко не легкая работа. Образование естественных алмазов началось около ста миллионов лет назад, когда Земля только начинала остывать. В те вре­мена под земной корой находились раскаленные массы жидких горных пород. Эти массы подверга­лись воздействию таких температур и такому дав­лению, что в веществе, известном нам как уголь, менялась кристаллическая решетка. Именно так и получается алмаз — самое твердое из веществ, известных человеку — изменением кристалличе­ской решетки угля.

Поскольку алмазы представляют собой боль­шую ценность для человека, естественно, были предприняты попытки производить их искусствен­ным путем, то есть делать синтетические алмазы. Честь первооткрывателей в этой области, счита­лось, принадлежит трем разным людям, работав­шим над проблемой относительно недавно. Пер­вым достиг успеха англичанин Д. Б. Хэнней в 1880 году, вторым — Анри Муассан во Франции (1893), третьим — сэр Уильям Крукс, тоже в Ан­глии (1906).

Метод Муассана заключался в следующем: уголь растворялся в расплавленном железе в электрической печи. Потом расплавленное железо погружалось в соляной раствор. Охлаждение и сжатие верхнего слоя создавали сильнейшее дав­ление на находящийся внутри расплавленный ма­териал. И при этом, считалось, должны получать­ся алмазы.

Но при повторении опытов этих людей ника­ких алмазов не получалось. Поэтому теперь счи­тается, что первый синтетический алмаз был по­лучен в 1954 году на специальном прессе, в кото­ром уголь подвергался действию температуры в 2800 градусов по Цельсию и давлению в 56 245 килограммов на квадратный сантиметр. Первые из получившихся алмазов были желтого цвета, а са­мые большие были немногим больше полутора миллиметров в длину.

Синтетические алмазы обычно несовершенной формы и пока используются больше для произ­водства режущих инструментов, чем в качестве украшений. Но когда-нибудь человеку, может, и удастся сделать действительно совершенный ал­маз!

При рекламе часов обычно упоминается коли­чество камней в них, как гарантия их качества. Что же это за «камни» в часах и зачем они там?

Часы (наручные, стенные и пр.) нужны нам, если они ходят точно и не ломаются постоянно. В среднем в часах имеется около двухсот одиннад­цати различных деталей, и, очевидно, это весьма сложный механизм. Давайте посмотрим, что же заставляет часы ходить и какую роль в этом иг­рают камни.

Механическую энергию, необходимую для своего хода, часы получают от главной пружины, которая является свернутой стальной лентой, в расправленном состоянии имеющей длину около шестидесяти сантиметров. Когда вы заводите часы, вы плотно закручиваете эту пружину.

От главной пружины энергия передается через систему колесиков, называемую зубчатой переда­чей, на колесо, называемой балансом. Эта систе­ма колес двигает стрелки часов по циферблату. Баланс выполняет те же функции в наручных ча­сах, что и маятник — в настенных. Это — сердце часов, регулирующее их ход.

Внутри баланса находится волосковая пружи­на, представляющая из себя свернутую кольцами стальную проволоку, тонкую, как волос. Из пол­килограмма стали нужной марки можно сделать целых 12 километров такой проволоки!

По краю баланса расположены маленькие вин­тики из стали или из золота. Их положение и вес регулируют скорость движения стрелок часов. Они настолько малы, что в обычный наперсток можно поместить целых двадцать тысяч таких винтиков! Еще в часах есть пусковое колесо, ко­торое, соединяясь с балансом, заставляет его дви­гаться. Оно регулирует движение, и именно от него и исходит звук, который мы называем «ти­каньем».

Мы упомянули различные колесики, которые постоянно движутся в часовом механизме. Они располагаются на стерженьках, и постоянное дви­жение колес вызывает трение. Чтобы не стираться при этом, стерженьки укреплены на крохотных драгоценных камнях, таких, как рубин, сапфир или гранат. Это и есть камни часов. Чем больше камней, тем меньше вероятность того, что под действием сил трения движущие детали часов бу­дут изнашиваться, в результате чего часы будут «отставать».

Первыми людьми, принявшими год в качестве единицы измерения времени и разделившими его на приблизительно равные части, были древние египтяне. Они создали лунный (месячный) кален­дарь, в основу которого было положено появле­ние новой луны каждые двадцать девять — тридцать дней. Но этот календарь был не совсем точным.

Римляне тоже приняли лунный календарь, и, чтобы согласовать его с солнечным годом, они по необходимости должны были добавлять дополни­тельные месяцы. В конце концов Юлий Цезарь утвердил календарь, принимающий долготу сол­нечного года за 365 дней. Были сделаны некото­рые изменения в единицах, на которые делился год,— месяцах — чтобы добиться большей точно­сти календаря. Вот какие изменения относительно месяцев были сделаны Цезарем и другими рим­скими императорами.

Январь раньше был одиннадцатым месяцем и имел двадцать девять дней. Цезарь сделал его первым месяцем года и увеличил его до тридцати одного дня. В его календаре февраль имел двад­цать девять дней, а в високосные года — тридцать. Император Август забрал у этого месяца один день и прибавил его к месяцу, названному в его честь августом.

Количество дней в марте всегда равнялось тридцати одному. Апрель как лунный месяц имел двадцать девять дней. Цезарь добавил к нему еще один день и получил тридцать. В мае всегда был тридцать один день, и это осталось без измене­ния. В июне было двадцать девять дней, и Цезарь сделал тридцать. Длительность июля (этот месяц был назван в честь Юлия Цезаря) он установил тридцать один день.

Когда август был лунным месяцем, в нем было двадцать девять дней. Цезарь увеличил его до тридцати. Император Август, который назвал этот месяц в свою честь, добавил к нему еще один день, отобранный у февраля, чтобы сделать его равным июлю, названному в честь Юлия Цезаря. В сентябре было двадцать девять дней, когда он был месяцем лунного года. Цезарь увеличил его до тридцати одного, но Август сократил его до тридцати дней.

Октябрь, имевший в юлианском календаре тридцать дней, был увеличен Августом до тридца­ти одного дня. В ноябре, согласно юлианскому календарю, был тридцать один день, а Август со­кратил его до тридцати. Первоначально в декабре было двадцать девять дней, Цезарь сделал трид­цать, а потом Август добавил еще один день, до­ведя их число до тридцати одного.

Чтобы календарь был удобным, надо исходить из предпосылки, что общее количество дней в го­ду — триста шестьдесят пять. Количество дней в месяцах, как вы видите, было произвольно уста­новлено сначала Юлием Цезарем, а затем — Авгу­стом. Наш календарь мы позаимствовали у римлян.

Называя точное время, англичане добавляют к цифрам две буквы латинского алфавита: A.M. или P.M.,— которыми они указывают, имеется ли в виду время до полудня или после полудня. Знаете ли вы, какие латинские слова скрываются за эти­ми буквами и что они обозначают?

Как известно, вращение Земли создает иллю­зию, что Солнце и другие небесные тела движут­ся по небу. И мы говорим, что день начинается, когда солнце «встает» на востоке, и кончается, когда оно «садится» на западе. А нахождение сол­нца высоко в небе, между этими двумя положе­ниями, означает, что прошла половина дня.

По положению солнца в небе уже древние лю­ди могли определять время дня. А ночью это де­лалось по положению звезд.

Для определения времени очень важно знать в точности, когда будет (или уже был) полдень. Для каждого из нас, где бы мы ни находились, полдень — это когда солнце стоит прямо над го­ловой. Представьте себе воображаемую линию, меридиан, проведенный по небу начиная с север­ной точки вашего горизонта и кончая южной точ­кой.

Когда Солнце пересекает этот ваш меридиан, наступает полдень. Пока Солнце находится вос­точнее этой линии меридиана, длится дополуден­ное время. После того, как Солнце пересекает этот меридиан, наступает послеполуденное время.

По-латыни полдень называется «меридиес», и от этого слова произошло слово меридиан. Со­кращение A.M. расшифровывается как «анте меридием», что означает «до полудня», a P.M.— «пост меридием», то есть «после полудня».

Каждый из временных поясов Земли имеет ширину в пятнадцать градусов долготы, что при­мерно равняется тому расстоянию, которое солн­це проходит по небу за час. Все люди, живущие в одном временном поясе, наблюдают полдень в одно и то же время. Поэтому поясное время из­меняется на час, когда вы передвигаетесь из од­ного временного пояса в другой.

Две основные единицы времени, которыми мы пользуемся,— это сутки и год. Обе они определя­ются они Земли. Вращение Земли вокруг своей оси дает нам солнечные сутки. Вращение ее вок­руг Солнца дает солнечный год.

Солнечные сутки делятся на двадцать четыре часа. Час делится' на шестьдесят минут, а мину­та — на шестьдесят секунд. Тем не менее долгота солнечных суток изменяется. Одна из причин этого — изменение скорости, с которой Земля вращается вокруг Солнца. Но несмотря на то, что солнечные сутки иногда длиннее, а иногда коро­че, чем ровно двадцать четыре часа, можно счи­тать, что средняя продолжительность суток — двадцать четыре часа.

Для того, чтобы было удобнее определять мес­тонахождение географических точек на Земле, человек разметил ее с помощью меридианов — окружностей, проходящих через полюса. Места, расположенные на одном и том же меридиане, имеют одно и то же солнечное время. Разница в солнечном времени — один час на каждый мери­диан.

Есть меридиан с номером 0, проходящий через город Гринвич в Англии. Он называется началь­ным меридианом. Это точка отсчета для всех ос­тальных меридианов, которые отмечаются как расположенные восточнее или западнее Гринвич­ского.

Астрономическое время по всей Земле ориен­тируется на среднее солнечное время в Гринвиче. Астрономы из Гринвичской обсерватории сверяют свои часы с Солнцем или какой-нибудь определенной звездой. Они проверяют точность време­ни, когда Солнце или звезда пересекает мериди­ан.

В обсерваториях других стран тоже следят за точностью времени. Они передают сигналы точ­ного времени по радио. В Соединенных Штатах точное время определяет Навигационная обсерва­тория в Вашингтоне. Для определения точного времени используются специальные часы. В этой обсерватории используются часы на кварцевых кристаллах, колебания которых контролируют ра­боту электрического механизма часов. Погреш­ность этих часов в сутки составляет лишь 1/500 секунды.

Можете ли вы себе представить нечто абсо­лютно необходимое для жизни, находящееся по­всеместно вокруг нас, но которое нужно «захва­тить», чтобы использовать? Это азот.

Примерно четыре пятых воздуха, которым мы дышим, состоит из газа азота. И выдыхаем мы его обратно таким же, каким и вдохнули, исполь­зовав азот только для того, чтобы разбавить кис­лород, не вдыхать его слишком много за раз.

Протоплазме, то есть веществу, из которого со­стоят все живые клетки, требуется кислород для ее формирования. А протеин, основная питатель­ная материя, образуется на основе азотных со­ставляющих

Итак, возможность выделять азот из воздуха имеет жизненно важное значение. Этот процесс называется фиксацией азота. Большую часть это­го процесса выполняют за нас бактерии.

Существует два типа азотофиксирующих бак­терий. Один из них живет на корнях растений, а другой — в почве в свободном виде. Как же они «фиксируют» азот? Эти бактерии берут азот пря­мо из воздуха, соединяют его с кислородом, а по­том на основе этой комбинации строят протеины.

Живущие в корнях бактерии селятся только на корнях таких растений, как бобы, клевер, лю­церна и горох. Но они фиксируют больше азота, чем нужно этим растениям, и в результате этого в корнях накапливаются излишки азота. Когда растение погибает или его верхняя часть срезает­ся во время уборки урожая, излишки азота пере­ходят в землю.

Когда поле в течение многих лет используется под сельскохозяйственные культуры и урожай ре­гулярно убирается, азот не возвращается в почву. Почва из-за этого теряет способность питать рас­тения. Именно поэтому фермерам приходится ис­пользовать удобрения.

Удобрениями, замещающими азот в почве, яв­ляются натриевая селитра, сульфат аммония и по­мет животных и птиц, например навоз.

В наши дни существуют также и искусствен­ные методы фиксации азота для восстановления нужного его количества в почве.