В наше время миллионы людей следят за сво­им весом, потому что они понимают, что в боль­шинстве случаев излишняя полнота вредит здо­ровью. Поэтому они неустанно «подсчитывают калории». Это означает, что они выясняют, сколько содержится калорий в различных типах пищи и стараются употреблять высококалорийные продукты как можно меньше. Конечно же, со­блюдение всех диет и «подсчет калорий» должны проводиться под наблюдением врача. Но какое же отношение имеют калории к весу и здоровью че­ловека?

Давайте же рассмотрим, что такое калория. Если две одинаковые кастрюли с водой поставить на одинаковый огонь на плите, вода в кастрюле, где ее меньше, достигнет температуры кипения первой. Хотя вода в обеих кастрюлях закипает при одинаковой температуре, кастрюле с мень­шим количеством воды требуется меньше тепла, чем кастрюле с большим количеством, чтобы вода закипела.

Количество тепла, необходимое для того, что­бы повысить температуру одного грамма воды на один градус по Цельсию, называется грамм-кало­рией. Килокалория — в тысячу раз большая еди­ница тепла.

Откуда появляется это тепло? Оно появляется в результате сгорания того или иного горючего. На кухне, например, мы используем как горючее газ. Наше тело использует в качестве «горючего» пищу, сжигая ее для того, чтобы нормально фун­кционировать. Если мы хотим измерить нашу пи­щу как «горючее», мы делаем это в калориях, ко­торые являются мерой тепла. Энергетическая ценность пищи обычно измеряется в килокалори­ях.

Различные продукты содержат в себе разное количество калорий. Например, в одном грамме белка содержится четыре калории. А в одном грамме жира — целых девять калорий! Человеческому организму все равно, откуда черпать свои калории, лишь бы их хватало для нормального функционирования. А сколько же их нужно орга­низму? Считается, что среднему взрослому в день требуется от двух до трех тысяч калорий. Но многое зависит от того, чем занимается человек. Домашней хозяйке требуется всего две с полови­ной тысячи калорий, рабочему на заводе — три—четыре тысячи, а спортсмену-атлету — четы­ре тысячи и даже больше.

Что происходит, если человек получает кало­рий больше, чем требуется организму? Пища не сгорает, а вместо этого превращается в жир. И именно поэтому многие люди теперь под наблю­дением врача «считают калории».

Во-первых, зачем нужно делать воду питье­вой? Почему мы не можем ее пить такой, какой она бывает в природе? Причина состоит в том, что в наши дни вряд ли можно найти действи­тельно чистую воду.

Самый чистый источник воды — это снег, сле­дующей по степени чистоты идет дождевая вода, но в ней уже можно обнаружить растворенные га­зы из воздуха и следы углекислоты, хлоридов, сульфатов, нитратов и аммиака. Даже вода гор­ных ручьев и озер может содержать в себе неор­ганические соли. Вода рек и озер в низменностях обычно очень сильно загрязнена. Родниковая и колодезная вода профильтровывается землей, и поэтому она вполне чистая, но в ней тоже могут содержаться неорганические соли.

Выходит, что любая вода, которую мы пьем, должна быть в той или иной степени предвари­тельно очищена. Существует много способов для этого. Один из них — это просто отстой. Когда вода хранится в резервуаре, происходят некото­рые процессы. Твердые вредные вещества оседа­ют на дно, то есть идет процесс, называемый хи­миками выпадением в осадок. Также во время от­стоя обезвреживаются многие бактерии.

Но метод отстоя не гарантирует полной очист­ки. Для лучшего выпадения в осадок вредных ве­ществ в воду добавляют химикаты. Вдобавок воду можно подвергнуть аэрации, чтобы устранить привкусы и запахи и растворенные в ней газы.

Уже давно было обнаружено, что если воду профильтровать, пропустив через песок, то можно очистить ее не только от грязи, но и от почти всех бактерий. Были разработаны различные ме­тоды фильтрации воды при помощи песка, в том числе на большой скорости.

Общепринятый метод очистки воды — деше­вое, быстрое и эффективное хлорирование. На четыре миллиона литров воды добавляется два килограмма хлорки. Этого вполне достаточно, чтобы уничтожить большую часть опасных бакте­рий, содержащихся в воде.

Акваланг — это современное приспособление для погружения на глубину. Он дает возможность ныряльщику дышать под водой, не завися при этом от подачи воздуха с корабля. Аквалангист носит свой собственный запас воздуха с собой прикрепленным к спине. Он — свободный водо­лаз.

Запас воздуха в сжатом виде находится в од­ном (или более) стальном баллоне акваланга. От клапана отходит трубка, ведущая ко рту. Она сде­лана таким образом, что ныряльщик может де­ржать ее, зажимая зубами. Нос закрыт маской, и аквалангист дышит одним ртом.

С аквалангом на спине и специальным тяже­лым поясом, удерживающим его под водой, чело­век может плавать почти так же свободно, как рыба. При плавании используются большие ласты на ногах, чтобы обходиться без помощи рук, освобождающихся, таким образом, чтобы держать камеру или гарпун. Если не погружаться на боль­шую глубину, аквалангист может оставаться под водой полчаса и даже больше.

Но даже самый современный акваланг не позволяет человеку опуститься глубже, чем на сто метров. На такой глубине тяжесть толщи воды оказывает давление в десять раз большее, чем на поверхности. Воздух в баллонах расходуется в де­сять раз быстрее, так что даже очень больших баллонов хватает всего на несколько минут.

Есть еще одна проблема, связанная с погруже­нием на очень большие глубины. Сжатый воздух в баллонах состоит, как и атмосферный воздух, на четыре пятых из азота и всего на одну пятую из кислорода. Для поддержания жизни нам необ­ходим кислород. Обычно вдыхаемый нами азот мы тут же выдыхаем обратно. Но в условиях уве­личивающегося давления воздуха часть азота рас­творяется в крови и тканях.

Когда аквалангист поднимается наверх, азот должен выйти из его крови и тканей. Если он не может достаточно быстро покинуть организм че­рез легкие, он начинает превращаться в теле с маленькие пузырьки. Пузырьки защемляют нервы и закупоривают кровеносные сосуды, и у аква­лангиста начинается кессонная болезнь, сопро­вождающаяся страшными болями. В результате тяжелых случаев кессонной болезни человек мо­жет умереть или остаться инвалидом на всю жизнь.

Именно поэтому аквалангист должен подни­маться на поверхность очень медленно, если он находился на глубине от шестидесяти до ста мет­ров. Во время подъема он должен делать частые остановки.

Ученые, изучающие море, называются океано­графами. Поскольку глубины океана темны и хо­лодны, ученые знают о них не так уж и много. Некоторые части океанского дна изучались лишь через иллюминаторы исследовательских подвод­ных лодок и через окуляры батискафов, сделан­ных специально для изучения глубин моря, но все равно этой информации явно недостаточно.

Одна из интересующих океанографов про­блем — это глубина океана. Измерение ее назы­вается «прослушиванием глубины». В старину из­мерение делалось при помощи веревки с привя­занным к ней грузом, которую опускали в воду. Позже для этого стали использовать очень тон­кую проволоку, типа той, из которой делаются фортепьянные струны.

В наши дни ученые могут составить гораздо более точное представление о глубине океанского дна при помощи одного изобретения, называемого эхолотом. В нем для исследования океанского дна используется эхо.

Устройство, установленное на борту корабля, посылает звуковой сигнал. Звук проходит сквозь толщу воды со скоростью около одной мили в се­кунду. Он отражается ото дна и улавливается на обратном пути специальным прибором. Чем глуб­же вода, тем больше времени требуется для эха, чтобы достичь борта корабля.

Современный эхолот посылает ко дну ультра­звуковые волны. Потом приборы регистрируют эхо в виде черной линии на листе специальной бумаги. Обычно эта бумага содержит в себе рас­шифровку этих знаков в морских саженях (мор­ская сажень равна 1,8 метра).

При помощи эхолота можно легко определить глубину моря. Но прибор может сделать не толь­ко это. Он может в подробностях нарисовать ли­нию морского дна под кораблем, если прослуши­вать дно через каждые несколько метров по ходу корабля.

Если корабль проходит над подводной лодкой, эхолот регистрирует ее точную форму. Если дно ровное, эхолот таким же его и изобразит. Эхолот не пропустит даже маленькой неровности дна вы­сотой меньше метра!

Когда высокие горы упоминаются в газетах или книгах, нам обычно сообщают их точную вы­соту в метрах. Откуда же люди могут знать точ­ную высоту горы, особенно если ни один человек на нее еще не забирался?

Это делается при помощи одной из самых ста­рых методик, которой издавна пользовались зем­лемеры, или, как их теперь называют, геодезисты. Геодезия — это отрасль строительного дела. Она связана с определением форм и размеров любой из частей земной поверхности.

Существуют различные виды геодезической съемки, но все они основываются на методе, из­вестном как «триангуляция». Когда вы будете за­ниматься геометрией, вы узнаете, что, зная одну сторону и два угла любого треугольника (или две стороны и один угол), можно вычислить все ос­тальные его параметры.

Этот метод остается в основе таким же вне за­висимости от размеров измеряемой площади — будь это один или тысяча гектаров. В любом слу­чае вы начинаете с измерения одной из сторон при помощи цепи, стальной проволоки или чего-нибудь в этом духе.

Эта мера становится одной из сторон треу­гольника, и обычно это ровное место между дву­мя природными ориентирами на одном уровне. Затем выбирается третий ориентир, и он стано­вится вершиной треугольника. Затем вы измеряе­те углы, которые он образует с каждым из кон­цов первой измеренной вами линии. Теперь у вас есть все условия, необходимые для измерения площади треугольника, описанные выше (одна сторона и два угла).

Прибор для измерения углов называется транспортиром. Теперь, когда у вас есть площадь этого треугольника, вы продолжаете делить ваш участок земли на треугольники до тех пор, пока не измерите весь этот участок.

Транспортиром можно измерять углы не толь­ко на горизонтальном уровне, но и по вертикали. Это называется нивелированием, так как в осно­вании инструмента для этой операции лежит ва­терпас (нивелир), с помощью которого определя­ется, насколько ровна горизонтальная поверх­ность.

Фиксируя взгляд на любой точке горы, можно использовать тот же способ измерения углов, что используется на горизонтальном уровне, и вычис­лить одну из сторон, которая является в данном случае высотой горы.

Путешествуя по земле, вы не заблудитесь, ес­ли знаете, куда ведет дорога, по которой вы иде­те. Да и путешествуя на корабле, если вам виден берег, вы легко сможете определить свое место­положение, узнавая холмы, реки, горы, леса, пля­жи и так далее.

В давние времена моряки предпочитали де­ржаться примерно на расстоянии трех—четырех километров от берега, так что им всегда было видно землю. Люди, отваживавшиеся выйти в от­крытый океан, подвергались большому риску, по­тому что у них не было надежных способов опре­деления своего местоположения.

Позднее такой способ был найден, и моряки получили возможность определять, где они нахо­дятся, узнавая широту и долготу этого места. Широта говорит вам, на каком расстоянии к севе­ру или югу от экватора находится это место. Долгота показывает, насколько это восточнее или западнее воображаемой линии, проходящей через

Гринвич. Измерения этих показаний даны в граду­сах.

Чтобы определить широту и долготу в море, штурман смотрит на положение звезд и Солнца. Днем он узнает широту, определив, как высоко поднимается Солнце в полдень. Ночью он делает это, определяя высоту ночных светил. Долгота определяется сравнением времени на борту со временем в Гринвиче (Англия). Если время на корабле более раннее, это значит, что вы находи­тесь западнее Гринвича; если более позднее — значит, восточнее. Каждый час разницы во време­ни равняется пятнадцати градусам к западу или востоку.

Секстант — это прибор, используемый штур­маном для определения положения Солнца, Лу­ны, планет и некоторых звезд. Секстант имеет форму куска круглого пирога, с градуированной шкалой на его закругленной части.

Один конец стрелки-указателя прикреплен к верхней точке секстанта, так же, как и подвижное зеркало. Другой конец указывает на шкалу. Так­же к секстанту пристроен телескоп и зеркальное стекло перед ним. Штурман глядит на горизонт через телескоп и это зеркало и двигает зеркало до тех пор, пока отражение наблюдаемого светила не попадет на него, как бы коснувшись горизонта. Свободный конец стрелки укажет на шкале высо­ту наблюдаемого светила.

Чтобы понять это, мы сначала должны разо­браться в том, какие силы позволяют самолету держаться в воздухе. Так как самолет весит боль­ше, чем такой же объем воздуха, ему требуется сила, поддерживающая его в воздухе. Она назы­вается силой подъема.

Самолет развивает эту силу, стремительно двигаясь вперед и преодолевая сопротивление воздуха. Почему это движение создает подъем­ную силу? Благодаря тому, что в процессе его воздушные массы обтекают крылья. Воздух, рас­сеченный аэропланом, проходит над и под крыль­ями. Та его часть, что проходит под крыльям, толкает самолет вверх. Крыло имеет выпуклую форму на верхней стороне, и воздух, огибая эту выпуклость, в этих точках создает зону понижен­ного давления. Таким образом, возникают две си­лы, действующие одновременно: воздух под крыльями толкает самолет вверх, а пониженное давление над крыльями способствует этому дви­жению. В результате получается подъем.

Чтобы двигаться вперед, самолету требуется сила двигателя. Пропеллеры ввинчиваются в тол­щу воздуха точно так, как шуруп — в дерево. Этот эффект становится возможен благодаря то­му, что воздух при быстром движении сквозь не­го, равно как и при быстром движении самого воздуха, начинает действовать как плотная среда. Это движение вперед называется тягой. Тяга пре­одолевает сопротивление воздуха, подъемная си­ла — силу гравитации — и самолет летит по воз­духу.

Пока подъемная сила уравновешивает силы гравитации, самолет движется все прямо на одном и том же уровне. При увеличении скорости само­лет устремится ввысь, так как подъемная сила увеличилась, и пилоту необходимо немного опу­стить нос самолета, чтобы противодействовать этой силе.

Если скорость снижается, пилот должен подни­мать нос самолета немного вверх. Если этого не делать, происходит срыв воздушного потока вок­руг крыльев, самолет теряет подъемную силу и, соответственно, скорость, рискуя войти в штопор.

Если срыв потока происходит высоко в небе, этой высоты хватает, чтобы выровнять самолет и вновь набрать скорость, но если это произойдет невысоко над землей, катастрофа неизбежна.

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.