Космитоша знакомится с физикой

Лаборатория занимательных опытов: приборы, провода, проводочки, трубки, лампочки, приборы с мудреными названиями — амперметры, вольтметры, и, конечно, маятник Фуко — единственный на всем Российском Северо-западе. И над всем

этим застыл восковой Эйнштейн, покровитель лаборатории. А вот и наш главный герой — Игорь Феодосьевич Торопов, один из основателей этой лаборатория, «колдует» над очередным опытом. Уравновешивает груз на весах-коромыслах.

КОСМИТОША: Здравствуйте, Игорь Феодосьевич, что Вы делаете?

И. ТОРОПОВ: Я готовлю очередной опыт к показу.

КОСМИТОША: А как он называется? Посмотреть можно?

И. ТОРОПОВ: Пожалуйста. Этот опыт называется «Действие магнитного поля на диамагнетик».

КОСМИТОША: А что такое «диамагнетик»?

И. ТОРОПОВ: Магнетик — вещество, способное намагничиваться во внешнем магнитном поле. По своим магнитным свойствам магнетики подразделяются на парамагнетики, диамагнетики и ферромагнетики.

Диамагнетик — вещество, способное создавать внутри себя поле, ослабляющее внешнее магнитное поле.

Парамагнетик — вещество, которое создает слабое магнитное поле, по направлению совпадающее с внешним магнитным полем.

Ферромагнетик — железо, никель, кобальт или другое вещество, которое имеет высокую магнитную проницаемость. Ферромагнетики применяются для изготовления постоянных магнитов сердечников трансформаторов, электродвигателей и т. д.

КОСМИТОША: Ладно. Об этом я подумаю потом. Сейчас вернемся скорее к опыту. Что это за большая железяка с прорезью наверху?

И. ТОРОПОВ: Это постоянный магнит, только большой. Посмотри — вот это весы-коромысло (см. Опыт I). На одной стороне коромысла на нитке подвешен металлический цилиндр, а на другой стороне коромысла висит груз, равный по весу металлическому цилиндру. Сейчас весы неподвижны, видите? Цилиндр и груз уравновешены. Придвигаем к цилиндру постоянный магнит, вот эту самую железяку с прорезью наверху. В нее-то и попадает висящий на нити цилиндрик, когда магнит придвигается.

КОСМИТОША: И что?.. Вижу, вижу! Весы потеряли равновесие, цилиндрик поднялся из прорези магнита вверх. Кто его толкнул? Я ничего не видел.

И. ТОРОПОВ: Не кто, а что. Висящий цилиндрик вытолкнуло магнитное поле постоянного магнита.

КОСМИТОША: Надо же… Цилиндрик-то ведь металлический, тяжелый.

И. ТОРОПОВ: Вот именно — металлический, из металла висмута, поэтому магнитное поле его и вытолкнуло. А теперь, Космитоша, посмотрим еще один опыт. Возьмем свечку и поставим ее вот сюда, между двумя полюсными наконечниками электромагнита (см. Опыт II).

КОСМИТОША: А что такое полюсные наконечники?

И. ТОРОПОВ: А это элемент конструкции нашей опытной установки. Они позволяют сконцентрировать магнитное поле в небольшом объеме. Итак, свечка стоит между полюсными наконечниками , зажигаем ее. Пламя горит вертикально. Игорь Феодосьевич включает прибор. Видно, как отклоняется стрелка амперметра — это значит, что по цепи пошел ток. И, следовательно, возникло электромагнитное поле. Пламя свечи, отклоняется, выталкивается из магнитного поля.

КОСМИТОША: А кто, вернее, что же отклонило огонек, тоже магнитное поле?

И. ТОРОПОВ: Да. Оно возникает между полюсными наконечниками при прохождении электрического тока и отклоняет пламя свечи.

КОСМИТОША: Значит, магнитное поле может отклонять и кусочек металла, и огонь, который состоит из мелких раскаленных частичек? Тогда это поле может отклонять и другие пылинки, например, прилетающие из космоса?

И. ТОРОПОВ: Конечно, только правильнее сказать не пылинки, а частицы, причем заряженные.

КОСМИТОША: Чем заряженные?

И. ТОРОПОВ: Как чем? Электричеством. Есть частицы положительно заряженные, есть отрицательно заряженные. Северное сияние видел?

КОСМИТОША: Нет, у нас на планете не бывает северногосияния. А на Земле его можно увидеть только на севере?

И. ТОРОПОВ: Не только. Северное сияние (его еще называют полярным, так как лучше всего оно видно в полярных областях Земли) — это заряженные частицы, прилетевшие от Солнца и взятые «в плен» магнитным полем Земли. Земное магнитное поле распределяет космические частицы в зоны с большей напряженностью магнитного поля, то есть к магнитным полюсам Земли. Это красивое сияние на небе из разноцветных полос видно не только на Северном полюсе, но и на Южном — в Антарктиде.

КОСМИТОША: Как мне хочется увидеть полярное сияние!

И. ТОРОПОВ: Еще увидишь. Такие сияния бывают видны даже в окрестностях нашего города. Посмотрим на что еще способно магнитное поле.

Игорь Феодосьевич берет три шарика и по очереди опускает их в наклонную металлопластиковую водопроводную трубу. Происходит нечто удивительное: если первые два шарика скатываются по трубе почти с одинаковой скоростью и быстро, то третий гораздо медленнее, словно какая-то неведомая сила в трубе его тормозит.

КОСМИТОША: Игорь Феодосьевич, почему один шарик отстает от других?

И. ТОРОПОВ: Все очень просто. В этой пластиковой трубе есть металл — алюминиевый вкладыш, а один из металлических шариков намагничен Когда намагниченный шарик попадает в трубу с металлическим вкладышем, в этом самом вкладыше возникают особые электрические токи, которые называются токи Фуко.

КОСМИТОША: А почему такое название — «токи Фуко»?

И. ТОРОПОВ: Они названы в честь члена Парижской, Берлинской и Петербургской Академии наук Жана Бернара Леона Фуко.

КОСМИТОША: Я уже видел в Планетарии устройство, которое называется маятник Фуко, но еще не успел узнать, что это такое.

И. ТОРОПОВ: С помощью маятника, который впоследствии получил его имя, Фуко экспериментально доказал, что Земля вращается. Но об этом опыте надо рассказывать отдельно.

КОСМИТОША: Я еще не все понял про опыт с шариками. Получается, что токи Фуко тормозят намагниченный шарик?

И. ТОРОПОВ: Нет, это не совсем верно. Это электромагнитное поле токов Фуко в трубе противодействует силе тяжести, то есть весу намагниченного шарика. Это и есть та «неведомая сила» трубы, которая тормозит шарик.

КОСМИТОША: Теперь понятно, почему первые два шарика не тормозятся: они не намагничены и своего магнитного поля не имеют!

Игорь Феодосьевич переходит к другому столу, чтобы показать еще опыт. Он берет железный стержень сердечник с намотанным на него проводом, все это вместе называется индукционная катушка, надевает на катушку алюминиевое кольцо и включает ток. Кольцо подпрыгивает и, вибрируя, зависает над катушкой (см. Опыт III).

КОСМИТОША: Кольцо висит в воздухе?! Я знаю почему: его держит электрический ток!

И. ТОРОПОВ: Хочу уточнить: ток ничего не может держать. А возникающее при его прохождении через проводник магнитное поле может. Магнитное поле катушки стремится вытолкнуть, скинуть кольцо, а ему противодействует поле тяготения Земли. А когда эти поля сравниваются, кольцо зависает в воздухе. Это и есть принцип противодействия силе тяжести с помощью токов Фуко.

КОСМИТОША: Фокус, да и только!

И. ТОРОПОВ: Такой опыт с катушкой еще называют «гробом Магомета»: по преданиям гроб Магомета висел в воздухе, приводя верующих мусульман в священный трепет.

КОСМИТОША: И там были токи Фуко, магнитные поля?

И. ТОРОПОВ: Трудно сказать. Причина этого явления до сих пор не известна.

КОСМИТОША: Спасибо, Игорь Феодосьевич, на сегодня, наверное, хватит. Я должен подумать, можно ли на моей планете Светлячок, проводить такие опыты? До свидания!

И. ТОРОПОВ: Всего хорошего! До новых встреч! Приходите. В нашей Лаборатории можно увидеть почти 200 опытов.