Физика для чайников. Почему не выливается?

Из опытов Якова Перельмана:

«Описываемый далее опыт – один из самых лёгких для исполнения. Это первый физический опыт, который я проделал в дни моей юности. Наполните стакан водой, покройте его почтовой карточкой или бумажкой и, слегка придерживая карточку пальцами, переверните стакан вверх дном. Теперь можете руку убрать: бумажка не отпадёт, вода не выльется, – если только бумажка в горизонтальном положении.
Вы думаете, бумажка просто прилипла к краям стакана? Нет; если проделаете тот же опыт с пустым стаканом, края которого смочены, то убедитесь, что бумажка держаться не будет. В нашем же опыте на неё ещё давит сверху вес полного стакана воды, т.е. около полфунта, и всё-таки она держится.
В таком виде можно смело переносить стакан с места на место, даже, пожалуй, с большим удобством, чем в обычных условиях. При случае вам нетрудно будет изумить ваших знакомых, принеся – в ответ на просьбу дать напиться – воду в опрокинутом стакане…
Что же удерживает карточку от падения, преодолевая вес стоящей над ней воды? Давление воздуха: оно давит на карточку снаружи с силою, которая, как легко рассчитать, гораздо больше, чем полфунта.
Это объяснение я узнал в школе от учителя. Он указал также на одно необходимое условие успешности опыта: вода должна наполнять стакан весь, от дна до краёв. Если она занимает часть стакана, а остальное занять воздухом, то опыт не удастся: воздух внутри стакана будет давить на бумажку, уравновешивая давление наружного воздуха, и, следовательно, она должна отпасть.
Придя домой, я решил тотчас же проделать опыт с неполным стаканом, чтобы увидеть, как бумажка отпадёт. Представьте же моё удивление, когда я увидел, что она и тогда не отпадает! Повторив опыт несколько раз, я убедился, что карточка держится так же хорошо, как и при полном стакане.
Это послужило для меня наглядным уроком того, как следует изучать явления природы. Высшим, непререкаемым судьёй в естествознании должен быть опыт. Каждую теорию, какой бы ясной и правдоподобной она ни представлялась нашему уму, следует проверять опытом. «Поверяя и проверяя» – таково было правило первых исследований природы (флорентийских академиков) в XVII веке, таково оно и для физика XX века. И если при поверке теории окажется, что опыт её не подтверждает, то надо доискаться, в чём именно теория погрешает.
В нашем случае нетрудно найти ошибку в рассуждении, на первый взгляд таком убедительном и ясном. Отогнём осторожно один угол бумажки в тот момент, когда она закрывает отверстие опрокинутого стакана, только частью занятого водой. Мы увидим, что через воду пройдёт воздушный пузырь. Что это показывает? Конечно, то, что воздух в стакане более разрежен, чем воздух снаружи: иначе наружный воздух не устремлялся бы в пространство над водой. В этом и вся разгадка: в стакане хотя и остаётся воздух, но меньшей плотности, чем наружный, и, следовательно, давящий слабее него. Очевидно, при опрокидывании стакана вода, опускаясь вниз, вытесняет из него часть воздуха; оставшаяся часть, распространяясь в прежнем объёме, разрежается и давит слабее.
Вы видите, что даже простейшие физические опыты, при внимательном к ним отношении, могут навести на серьёзные размышления. Это те малые вещи, которые поучают великому.»


Контрольные вопросы к данному опыту Перельмана:

1. Наполните бутылку водой. Переверните вверх дном (в рукомойник). Вода выливается порциями. Почему?

2. Ту же бутылку, наполненную водой, накройте двумя слоями марли и обтяните марлю резинкой, чтобы не спадала с горлышка. Переверните бутылку вверх дном. Вода не выливается. Почему?
Снизу в марлю запустите внутрь бутылки зубочистку. Она всплывёт вверх. Почему?