Физика для чайников. Змея

Из опытов Якова Перельмана:

«Из почтовой карточки или из другого листа картона такой же толщины вырежьте кружок величиной с отверстие стакана. Затем прорежьте его ножницами по спиральной линии в виде свернувшейся змейки, как показано на рисунке. Кончик хвостика змеи наложите, – слегка подавив его сначала, чтобы сделать маленькую выбоинку в бумаге, – на острее вязальной спицы, воткнутой в пробку. Завитки змеи при этом опустятся, образуя нечто вроде миниатюрной спиральной лестницы.
Теперь «змея» готова. Можно приступать к опытам с нею. Поместите её около топящейся кухонной плиты: змея завертится, и тем проворнее, чем плита горячее. Вообще возле всякого горячего предмета – лампы, самовара, чайника – змея будет более или менее оживлённо вращаться, вращаться без устали и остановки, пока предмет остаётся горячим. Очень быстро вертится змея, если подвесить её над керосиновой лампой, подогрев через кончик хвоста нитку с узелком, – как показано на нашем рисунке.
Что же заставляет змею вращаться? То же, что вращает крылья ветряной мельницы: ток воздуха. Возле каждого нагретого предмета есть течение тёплого воздуха, поднимающегося от него вверх. Происходит этот ток оттого, что воздух при нагревании, как и все тела (кроме ледяной воды), расширяются и, значит, становятся реже, т.е. легче. Окружающий его воздух, более холодный, а следовательно и более плотный, тяжёлый, вытесняет его, заставляет его подниматься вверх, сам заступая на его место, – чтобы тотчас же, нагревшись, разделить его участь и быть вытесненным новой порцией более холодного воздуха. Таким образом каждый нагретый предмет порождает над собою восходящее течение воздуха, которое поддерживается всё время, пока предмет теплее окружающего воздуха. Вот этот-то восходящий ток, этот незаметный тёплый ветерок, дующий вверх от каждого нагретого предмета, ударяет в завитки нашей бумажной змейки и заставляет её вертеться, как ветер – крылья мельницы.
Вместо змеи можно заставить вращаться и бумажку иной формы, например бабочку. Лучше вырезать её из папиросной бумаги и, перевязав посередине, подвесить на очень тонкой ниточке (ещё лучше – на волосе). Подвесьте такую бабочку над лампой, – и она закружится как живая. Эффект опыта усилится тем, что бабочка отбросит на потолок свою тень в виде довольно большого тёмного силуэта, который будет повторять в усиленном виде все движения вращающейся бумажной бабочки. Человеку неподготовленному покажется, что в комнату залетела крупная чёрная бабочка и судорожно порхает под самым потолком…
Можно, наконец, поступить и так: воткнуть иглу в пробку, положить бумажную бабочку на острие иглы, подперев в такой точке бумажного контура, чтобы бабочка держалась в равновесии (точку эту – «центр тяжести» нашей бумажки – придётся отыскивать рядом проб). Бабочка быстро завертится, если рядом находится какой-нибудь тёплый предмет. К такой вертушке достаточно даже приблизить ладонь руки, чтобы вызвать довольно оживлённое вращение.
С расширением воздуха при нагревании и возникающими вследствие этого восходящими течениями мы встречаемся положительно на каждом шагу. Все знают, что в натопленной комнате самый тёплый воздух скопляется у потолка, а самый холодный стекает к полу – оттого нам кажется, что дует снизу, если комната ещё недостаточно нагрелась. И оттого, если приоткрыть дверь из тёплой комнаты в холодную, холодный воздух втекает снизу, а тёплый вытекает вверху (пламя свечи возле двери укажет вам направление этих течений). Если вы хотите сохранить тепло в натопленной комнате, позаботьтесь о том, чтобы через щель под дверью не втекал холодный воздух: для этого достаточно прикрыть щель ковриком или хотя бы даже просто газетным листом. Тогда и тёплый воздух, не вытесняемый снизу холодным, не будет выходить через верхние щели комнаты.
Далее: что такое «тяга» в печи или фабричной трубе, как не восходящий ток тёплого воздуха? А бумажные воздушные шары, пускаемые во время гуляний, разве они не оттого поднимаются, что воздух, нагреваемый в них (от пропитанной спиртом зажженной ваты), легче окружающего холодного? Мы могли бы ещё сказать о тёплых и холодных воздушных течениях в нашей атмосфере, о «пассатах», «муссонах», «бризах» и т.п. ветрах, – но это увлекло бы нас слишком далеко.»

Полный текст можно найти здесь:
http://proza.ru/2025/12/06/1243