|
|
Природата на материята
Всичко, което ни заобикаля (този компютър, вашето тяло, въздуха, който дишаме, водата, която пием) е изградено от различни вещества. Веществото се характеризира с маса и заема част от пространството, т.е. има обем.
Всички вещества могат да се класифицират най-общо като твърди, течни и газообразни. Твърдите вещества имат определена форма. Гумата, дървото, стъклото, желязото, памука и пясъка са твърди вещества. Необходима е значителна сила, за да се промени формата или обема на железен прът например, тъй като атомите или молекулите на твърдите вещества са плътно подредени и имат много малка възможност за движение.
Твърдите вещества от своя страна могат да се разделят на кристални и аморфни. Скалите, дървото, хартията и памука са кристални вещества. Кристалните вещества са изградени от атоми, които са подредени в строго определена последователност. Когато тези твърди вещества се нагреят, те се превръщат в течности. Този процес се нарича топене и протича при точно определени температури, които са различни за различните кристални вещества. Аморфни вещества са гумата, стъклото, сярата и др. При тях атомите не са подредени в строго определен порядък и когато се нагряват те се топят постепенно в голям температурен интервал.
За разлика от твърдите вещества, течностите не са неподвижни. Ако изсипете вода, мляко, или олио на масата, течността ще се разлее по цялата повърхност. Атомите или молекулите на течностите се привличат взаимно, което позволява на течностите да текат. Но тези атоми не са подредени в точно определен ред и могат свободно да се движат, което е причина течностите да нямат определена форма. Те приемат формата на съда, в който са поставени. Течностите обаче имат определен обем; 200 ml мляко например няма да се побере в кутия от 100 ml.
Газове са например въздуха, кислорода, въглеродния диоксид. Те нямат точно фиксирана форма или обем. Техните частици се разпределят равномерно в съда, в който са поставени, като го запълват. Ако излеете вода в автомобилна гума, тя ще се разположи на дъното й. Ако вкарате обаче въздух, той запълва цялото пространство в гумата. Разстоянията между атомите или молекулите на газовете са големи и частиците могат да се движат много бързо. Газовете или се свиват или разширяват, за да се приспособят към различните пространства.
Безкрайномалкият АТОМ
Днес на хората са известни над 5 милиона вещества. Едно от най-поразителните неща в науката е факта, че всички тези вещества са изградени от около 100 на брой различни разновидности на материята, наречени елементи. Елементи са кислорода, водорода, златото, алуминия, сярата, въглерода, хлора и много други, които се комбинират по различен начин, за да образуват повече от 5 милиона вещества. Елементите са изградени от частици, наречени молекули, твърде малки, за да бъдат видяни дори с мощен микроскоп. Молекулите са изградени от още по-малки частици, наречени атоми. Целият свят е изграден от атоми.
Идеята за атомите за първи път се появява в Древна Гърция. През 400 г. пр.н.е. древногръцкият философ Демокрит създава теория, според която материята може да се дели на по-малки и още по-малки частици, докато се стигне до частица, при която не може да има по-нататъшно делене. Тези неразрушими частици били наречени “atomos”, което на гръцки език означава неделим. Днес ние знаем, че атомите са много малки частици, толкова малки, че ако подредим 10 милиона атома един до друг, ще получим верижка дълга 1 мм. Теорията на Демокрит обаче не била възприета в древния свят, тъй като повечето хора вярвали в теорията на Аристотел, според която веществото е съставено от четири елемента: земя, огън, въздух и вода.
През Средновековието в Европа, концепцията за атомите е била считана за твърде абстрактна и съответно е била отхвърлена. Едва през 1804 г. английският учен Джон Далтон формулира атомната теория, основавайки се на своите експерименти. Той твърди, че всичко е изградено от атоми; че всички атоми на един и същ химичен елемент имат една и съща форма, размери, тегло, и свойства; и че атомите на всеки елемент се различават от атомите на който и да е друг елемент. Той казва, че при химичните реакции атомите не се създават или разрушават, а по-скоро образуват нови комбинации.
Далтон е смятал, че атомите са твърди, но днес се знае, че атомите представляват по-скоро куха сфера с плътно ядро в центъра. Размера на ядрото във вътрешността на атома е сравним с размера на мравка в центъра на футболно игрище. Всяко ядро съдържа по-малки частици протони, които имат положителен електричен заряд, и неутрони, които нямат заряд. Ядрото е заобиколено от електрони, които имат отрицателен електричен заряд. Във всеки атом броят на протоните е равен на броя на електроните и следователно целият атом е електронеутрален, т.е. няма заряд. През 1913 г. датският физик Нилс Бор предлага модел на атома, при който електроните се въртят около ядрото, както планетите се въртят около Слънцето. Днес се счита, че движението на електроните по-скоро наподобява рояк пчели около кошер.
Силата на електростатично привличане между положително натоварените протони в ядрото и отрицателно натоварените електрони, въртящи се около него, задържат електроните в техните орбити. Ядрото обаче е изградено от плътно подредени неутрони и протони. Както е известно частици с еднакъв заряд се отблъскват. Следователно съществуват сили, които преодоляват електростатичните сили на отблъскване. Това са ядрените сили. Все още няма единна теория за строежа на атомното ядро.
Каква е причината желязото да е твърдо, кислорода - газ, а живака - течност? Свойствата на елемента се определят от броя на протоните и електроните в атома, който се нарича атомен (пореден) номер. Всички атоми на един и същ елемент са еднакви. Ако сте виждали един атом кислород, все едно сте видели всички. Водорода, най-лекият елемент, има един електрон и един протон. Той е основата, върху която се е формирала цялата Вселена. Водородният атом е най-разпространеният атом във Вселената. Кислорода има осем протона и осем електрона. Той е най-разпространеният елемент на Земята. Урана, един от най-тежките елементи, има 92 протона и 92 електрона.
Целият свят е изграден от атоми. Всичко, което виждаме и знаем, че съществува е изградено от милиарди и милиарди от тези безкрайно малки частици материя. Живота съществува, защото атомите непрекъснато се движат, удрят, свързват, разделят, излъчват енергия и поглъщат енергия.
Чудните метали
Изучаването на металите започва през Средновековието, когато алхимиците търсели техника за превръщане на основни метали, като оловото, в злато. Те не успяват да получат злато, но експериментирайки с металите (за разлика от древните гърци, които само размишлявали върху тях) алхимиците направили много открития.
Всички, с изключение на 20, от над 100 известни химични елемента са метали, но само 7 от тях са широко разпространени в земната кора. Желязото, най-широко използвания метал, се среща рядко в свободно състояние (не е свързан с други метали) и трябва да бъде извлечен от срещащите се в природата съединения (руди) като хематит, магнетит и пирит. Красивите цветове на скалите се дължат почти изцяло на тези железни съединения. Всъщност железният пирит често се нарича фалшиво злато, поради приликата на цвета му с този на златото. Желязото е много силен магнит и факта, че Земята е магнит (има магнитно поле) навежда учените на мисълта, че това вероятно се дължи на факта, че желязото е главен компонент на земното ядро.
Чистото желязо е относително мек, сребрист метал, който е много активен химически (т.е., свързва се с кислорода, при което кородира (ръждясва)). Обикновено към желязото се добавят други елементи или съединения, при което се образуват сплави като стомана, неръждаема стомана, или чугун, които са по-дълготрайни и по-устойчиви срещу ръжда от чистия метал.
Алуминият е най-разпространения метал, но не е бил използван допреди един век, тъй като е много активен химически и трудно се извлича. Подобно на желязото, той е мек и сребрист, но за разлика от желязото и стоманата, алуминият е много лек и по-устойчив срещу корозия (разрушаване на метала). Тези негови качества го правят много подходящ при конструирането на самолети, влакове, автомобили и ракети.
През 40-те години на ХХ век, магнезият се оказва важен метал. Въпреки че е по-малко разпространен на Земята, по-активен химически, и по-трудно се получава от алуминия, той се съдържа в морската вода, а това означава, че има почти безкраен запас от него.
В годините на старта на космическите изследвания, изключителните свойства на титана го направиха новия чуден метал. Титанът е по-лек и по-твърд от стоманата, по-устойчив на корозия и висока температура.
Останалите значително разпространени метали са натрий, калий и калций . Всички те са толкова активни химически (реагират бурно с водата), че не могат да бъдат използвани като конструкционни материали.
Жизненонеобходимите Газове
Колко дълго човек може да оцелее без кислород? Какво щеше да се случи, ако нямаше азот във въздуха? Колко важен е водорода?
Три от най-разпространените и важни елементи са газовете кислород, азот и водород. Въпреки че те притежават много общи свойства - и трите са безцветни, без мирис и вкус при стайна температура - всеки един от тях е необходим за поддържане на живота по свой уникален начин.
Едно и също вещество е причина желязото да ръждясва, дървото да гние, боята да се втвърдява, бензина да гори. Огънят не може да пламти без него и хората не могат да живеят без него. Това вещество е кислорода - основен компонент на въздуха и водата и най-разпространеният елемент на Земята.
Кислородът е много активен химически, което означава, че лесно се свързва с други вещества в процес, наречен окисление. Например, желязото взаимодейства с кислорода от въздуха, при което се образува железен оксид или ръжда. Храната и водата се свързват с кислорода, при което храната се разлага (разваля се). Растителните масла, използвани в боите, взаимодействат с кислорода, за да се втвърдят. Всички тези процеси са примери за бавно окисление.
Бързото окисление на горивата е съпроводено с отделяне на светлина и топлина (огън). Понякога огънят се запалва спонтанно. Ако поради липса на вентилация се нагрее вещество с ниска пламна температура, като например напоени с нефт парцали, вестник или зърно, окислението може да настъпи така бързо, че веществото избухва в пламъци. Това явление се нарича спонтанно горене.
Кислород е открит в протоплазмата на всички живи организми и е крайно необходим за дишането. Хората не могат да живеят повече от пет минути без кислород. Ние вдишваме кислород, който преминава в кръвта и така се пренася до тъканите на тялото (до клетките). Там се свързва с храната, която консумираме, при което се отделя енергия, необходима за поддържане на телесната температура и зареждаща ни със сила за физическа активност.
Азота също е жизненоважен за живите организми. Всички растения и животни съдържат азотни съединения, в които азота е бил трансформиран до свободното му състояние посредством процес, наречен азотно фиксиране. Минералните торове съдържат азотни съединения, които подхранват растенията и стимулират растежа им.
За разлика от кислорода, азота е сравнително неактивен. Това означава, че азота не встъпва лесно в химични взаимодействия с други вещества. Следователно азота не поддържа горенето. Ако нямаше азот във въздуха, който да разрежда кислорода, който дишаме, изгарянето на горивата щеше да бъде необикновено бързо, металите биха се разрушавали много бързо и пушенето би било невъзможно. Когато при висока температура, под действие на електричество и катализатори, азота все пак взаимодейства с други елементи и може да бъде много мощен. Тъй като много азотни съединения са нестабилни, те се използват в експлозиви като тротил и барут. Азотни съединения са различни отрови, антибиотици, райски газ (диазотен оксид) и анестетици. Азота може да се извлече от въздуха чрез втечняването му.
Водорода е най-разпространения елемент във Вселената. Слънцето и другите звезди представляват почти чист водород. Източникът на енергия за нашето Слънце са ядрени реакции, при които става превръщане на водорода в хелий. Водород е открит в тъканите на почти всички растения и животни. В нашите организми има повече атоми водород отколкото атоми от всеки друг елемент, тъй като нашите тела са около 2/3-ти вода (молекулата на водата съдържа два атома водород и един атом кислород)! Водород се съдържа в повечето горива и във всички киселини. Той е най-лекият известен елемент и е силно запалим. Хелият е лек почти колкото водорода, но за разлика от него не гори.
Водорода и кислорода са основните съставки на водата, която пием. Азота и кислорода са главните елементи на въздуха, който дишаме. Нашето съществуване не би било възможно без присъствието и на трите елемента.
Природата на цветовете
Защо небето е синьо, а тревата зелена? Защо небето не е зелено, а тревата синя? И защо една роза е червена, а не пурпурна? Това, което виждаме като цвят е начина, по който нашия мозък реагира на различните дължини на вълните на светлината.
Светлината е форма на електромагнитна енергия, която се разпространява много бързо при различни честоти, или различни дължини на вълните, които виждаме като различни цветове. Например вълна с дължина 400 нанометра (nm) ни кара да виждаме виолетов цвят. Вълна с дължина 660 нанометра съответства на червения цвят. Кафевият цвят се индуцира от смесването на вълни с различна дължина. Жълтото има собствена вълна с определена дължина, но може да се получи и при смесването на вълни, съответстващи на червеното и зеленото. Нашето небе изглежда синьо, защото молекулите на кислорода и азота във въздуха разсейват повече вълни, съответсващи на синьото, отколкото на някой друг цвят.
Бялата светлина е резултат от смесването на дължините на вълните на всички цветове. Сър Исак Нютон открива, че когато слънчевата светлина преминава през стъклена призма, бялата светлина се разлага в спектър от цветна светлина. След това Нютон позволява на спектъра от цветове да премине през втора призма, при което цветовете отново се сливат и се получава лъч бяла светлина. Този прост експеримент демонстрира, че бялата светлина съдържа всички цветове на спектъра. Красив пример за това явление се появява когато слънчевите лъчи падат върху капки вода във въздуха след дъжд. Лъчът бяла слънчева светлина се превръща в дъга от цветове.
Съществуват и електромагнитни вълни, които са невидими за нашите очи. Вълни с дължина по-малка от тази на виолетовия цвят се наричат ултравиолетови лъчи, които причиняват потъмняването на кожата и могат да увредят кожните клетки. Рентгеновите лъчи и гама лъчите са електромагнитни вълни с още по-малка дължина. Вълни с дължина по-голяма от тази на червения цвят продуцират инфрачервени лъчи (излъчват ги всички нагрети тела) и радио вълни. Ние не можем да видим тези електромагнитни вълни, но межем да измерваме и използваме тяхната енергия.
СВЕТЛИНАТА
Повечето от знанието за света дължим на способността си да "виждаме" с нашите очи, с телескопите и микроскопите.Но как всъщност виждаме? Истината е, че светлината пътува до нашите очи. Например вие виждате страницата на книга, защото светлината от слънцето или от електрическа лампа, се отразява от хартията и достига до очите ви. Ако сте в напълно тъмно помещение, няма нищо да виждате, нито да различавате цветове.
Понякога виждаме светлина, излъчена от директен източник, като например Слънцето, огън, светкавица или електрическа крушка. През останалото време виждаме светлина, отразена от различни предмети. Например Слънцето, като всяка звезда свети със собствена светлина, т.е. излъчва светлина, докато Луната свети като отразява светлината, която достига до нея от Слънцето.
Светлината пътува с най-висока скорост. Във въздуха тя се движи със скорост 299 338 километра в секунда. Тя се движи малко по-бързо във вакуум и по-бавно в други прозрачни материали, например вода или диаманти. На светлината й трябва по-малко от една минута, за да стигне от Земята до Луната и около 15 минути, за да стигне от Слънцето до Земята.
През 1678 холандският учен Кристиян Хюйгенс пръв изказва предположението, че светлината се разпространява на вълни. По-късно трудовете на Алберт Айнщайн и шотландеца Джеймс Максуел разкриха, че в действителност светлината се състои от частици, наречени фотони и се разпространява като електромагнитни вълни. Изглежда, че светлината се разпространява в права линия. Ако включите фенерче в тъмнината, лъчът светлина изглежда прав. За сравнение звуковите вълни се разпространяват във всички посоки. Можем да чуем гласовете на хора от другата страна на стената, но не и да ги видим.
При определени условия светлината се отклонява от праволинейното си движение. Когато светлината пада върху някакъв предмет, по-голямата част от нея или се поглъща (в случай на непрозрачен предмет като например дърво или метал) или преминава през него (в случай на прозрачен материал, например стъкло или вода). Останалата част от светлината се отразява като променя посоката си на движение. Когато светлината се отразява от гладка повърхност, тя променя посоката си по определен симетричен начин, т.е. ъгъла, под който светлината се отразява е точно равен на ъгъла на падане на лъча на повърхността. Ако повърхността е неравна (грапава), светлината се отразява в много посоки.
Някои сребърни съединения (като сребърен бромид) отразяват почти цялата светлина, която пада върху тях и те съответно се използват за огледала. Образът, който се отразява в плоско огледало е идентичен на оригиналния предмет, дори по размери, с изключение на това, че образът е обърнат. Това е така, защото светлината върху равната повърхност променя посоката си.
Когато светлината преминава от една прозрачна среда в друга, тя променя скоростта си и посоката на разпространение. Този процес, наречен рефракция, обяснява видимото скъсяване на краката на човек във вода.
Светлината е форма на енергия, която може да се трансформира в топлина. Можете да докажете това като използвате лупа, за да съберете слънчевите лъчи върху парче хартия. В резултат - хартията ще се запали. Именно това е енергията от Слънцето, която затопля Земята и позволява на живите организми да растат. Растенията се снабдяват със светлинна енергия директно от Слънцето. Животните я приемат чрез растенията, с които се хранят.
Няколко идеи за ДВИЖЕНИЕТО
Кое пада по-бързо - стръкче трева или камък? Всеки може да види, че камъка пада по-бързо. Именно в това са вярвали древните гърци. Основавайки се на ежедневния опит, Аристотел определя, че тежките тела падат по-бързо от леките предмети и че телата падат със скорост, пропорционална на тяхното тегло.
Аристотел изучавал също така хоризонталното движение. Той забелязва, че когато и да бутне камък или някакво друго тяло, то винаги се търкаля известно време и след това спира да се движи, т.е. остава в покой. Той изказва хипотезата, че естественото състояние на тялото е да е в покой, а за да се движи постоянно е нужна сила. Хипотезите на Аристотел господствали около две хиляди години, защото са били в съгласие с логиката и всекидневното наблюдение.
В началото на 17 век тези твърдения са били оспорени. Галилео Галилей не бил съгласен да приеме някакви идеи без да се увери в тяхната вярност с помощта на експерименти. Той пуска различни предмети от голяма височина и записва резултатите. Опровергавайки теорията на Аристотел, Галилей установява, че всички тела падат с еднаква скорост, ако се пренебрегне съпротивленето на въздуха. Стръкче трева пада по-бавно от камък, само защото среща по-голямо съпротивление от страна на въздуха.
Галилей опровергава и хипотезата за хоризонталното движение. Той демонстрира, че тяло, търкулнато по гладка повърхност изминава по-голямо разстояние от тяло, тласнато по неравна повърхност. Когато се използва смазочно масло, почти никаква сила не се изисква, за да задържи тялото в движение. Той заключава, че ако тялото не среща съпротивление (триене), то ще продължи да се движи с постоянна скорост, дори ако не се прилага сила.
Половин век по-късно Нютон разширява идеите на Галилей и формулира теория, според която тяло в покой ще остане в покой, а тяло в движение ще продължи да се движи, освен ако не бъде приложена някаква външна сила. Тази теория е универсална и известна като Първи закон на Нютон за движението.
Нютон обяснява ДВИЖЕНИЕТО
Въпреки че, много учени са изучавали движението великият Сър Исак Нютон е този, който формулира теорията за движението, потвърждавайки и разширявайки по-ранните трудове на Галилей и Коперник. Нютон изучава хоризоталното и вертикалното движение.
Пръв Нютон изучава величината инерция - способността на тялото да се съпротивлява на промени в неговия начин на движение или посока. Например тенис топката има малка инерция - лесно е да я накарате да се движи, да спре или да промени посоката си на движение. От друга страна един камион има много голяма инерция. Нютон заключава, че тяло в покой ще остане в покой и тяло в движение ще продължи да се движи, освен ако някаква външна сила не въздейства на тялото. Този принцип се нарича закон за инерцията, или Първи закон на Нютон за движението.
Любопитството на Нютон обаче не било задоволено. Той се чудел какво причинява промяна в движението. Защо тяло в покой започва да се движи или тяло, което се движи променя посоката си. Той установява, че ако едно тяло е в покой, не му действа никаква сила; обаче ако върху тялото се приложи сила, тя ще го ускори, забави или промени посоката му на движение.
Освен това Нютон открива, че има връзка между сила и ускорение. Ако бутнете лекичко една люлка, тя ще се люлее бавно, ако я бутнете по-силно - ще се люлее по-бързо. Нютон забелязва, че ако не се отчита триенето, големината на силата директно се отнася към ускорението.
Ускорението е също така свързано с масата на тялото. Масата, която е количеството материя, съдържаща се в едно тяло, също определя инертността на едно тяло. Един камион има огромна маса, а един велосипед има доста по-малка маса. Ако се приложи една и съща сила, за да се приведат в движение двата обекта, велосипеда ще се движи по-бързо от камиона. Колкото по-голяма е масата на тялото, толкова по-голяма е неговата инертност и толкова по-малко ускорението, което получава. Всъщност ускорението на едно тяло е обратно пропорционално на неговата маса. Вторият Закон на Нютон за движението гласи, че ускорението(а) на едно тяло е пряко свързано със силата(F), която действа върху него и е обратно пропорционално на неговата маса(m): F=ma. Посоката на ускорението съвпада с посоката на приложената сила.
Накрая Нютон изучава въпроса за източника на силата. Той забелязва, че силата действаща на едно тяло идва от друго тяло. Но тази идея сама по себе си не била в съгласие с неговото виждане за една хармонична и симетрична вселена. Затова той заключил, че всеки път когато се прилага сила в една посока, има друга сила, която действа в обратна посока и със същата големина. Вероятно тази идея e трудна за възприемане, но опитайте се да дръпнете гумено ластиче и ще усетите как то се стреми да се върне към вас. Телата могат да упражняват сила, тъй като всички материали са еластични до известна степен, въпреки че еластичността на някои тела е слаба. Например когато допрете с ръце или крака стената на плувен басейн, започвате да се отдалечавате от нея. Стената упражнява върху вас сила, която ви тласка в противоположната посока. А ако мислите, че пода не отблъсква вашите стъпала, защо тогава се износват обувките ви, и защо ви болят краката след като сте били на крак дълго време? По този начин Нютон изказва своя Трети закон: когато едно тяло упражнява сила върху друго тяло, второто тяло упражнява равна по големина и с обратна посока сила върху първото.
Движението на космическата ракета също се базира на този закон. Ракетата изхвърля газове, които пък упражняват равна по големина и противоположна по посока сила, като по този начин тласкат ракетата напред. В космоса, космическите кораби могат да променят скоростта си или посоката на движение като изхвърлят ракети в противоположната посока.
Законите на Нютон са приложими навсякъде във Вселената и синтезират и вертикалното и хоризонталното движение. Идеята, че Вселената функционира според логически, системни природни закони оказва влияние не само върху научния свят, но и върху социалното, политическо и философско мислене на Западния свят за двеста години напред.
Видовете ЕНЕРГИЯ
Енергията е способността да се върши работа. Когато чук забива пирон, той упражнява сила върху гвоздея, която го кара да се движи. Движението на чука има способността да върши работа и следователно притежава форма на енергия, която наричаме кинетична енергия. Кинетичната енергия е енергията на движението.
Едно тяло може да притежава енергия не само в следствие на движенето си, но също и поради своята позиция или форма. Например когато часовникова пружина е навита, тя съхранява енергия. Когато тази енергия се освобождава, тя ще върши работа, движейки стрелките на часовника. Тази форма на енергия се нарича потенциална енергия. Потенциалната енергия е съхранена енергия. Водата в язовир е друг пример за потенциална енергия.
Има много видове кинетична и потенциална енергия, включително химична, топлинна, механична, електрическа и ядрена енергия.
Химическата енергия е потенциална енергия, която се съхранява в бензина, храната, маслото. Точно както часовниковата пружина трябва да бъде освободена, за да се задвижат стрелките на часовника, така и енергията, съхранена в молекулите на храната, трябва да бъде освободена с помощта на ензими или други вещества в организма, а енергията, съдържащата се в бензина, трябва да бъде освободена от свещите, за да извърши своята работа, задвижвайки автомобила напред.
Топлинната енергия може да се дефинира като кинетична енергия на молекулите. Когато едно вещество се нагрее, молекулите му започват да се движат по-бързо.
Механичната енергия е енергията, която се отнася до движението на телата.
Eлектрическата енергия е енергията, която е резултат от действието на електрически заряди.
Ядрената енергия е енергията, която се съхранява в ядрата на определени атоми, като уран, плутоний и др.
Е=mc2
Енергията може да се преобразува от един вид енергия в друг. Например една ябълка, висяща на дървото притежава потенциална енергия, или енергия, която се определя от положението на обекта. Падайки на земята, тя губи потенциална енергия, понеже намалява височината, на която се намира. В същото време тя печели кинетична енергия, т.е. енергия на движението, тъй като расте нейната скорост. Потенциалната енергия се трансформира в кинетична енергия.
Много често преобразуването на енергията включва пренос на енергия от едно тяло към друго. Когато вдигате камък, преобразувате химичната енергия на храната, която сте изяли, в мускулна енергия, като в същото време вашата мускулна енергия се използва за повишаване на потенциална енергия на скалата. Когато пък карате велосипед мускулната енергия се преобразува в механична енергия.
Когато енергията се трансформира от един вид в друг или се предава от едно тяло на друго, не се губи никаква енергия. Когато се измери енергията, откриваме, че пълната сума остава непроменена. Представете си, че приготвяте и след това изяждате някаква храна. Ако измерим внимателно цялата енергия, която остава в края на този процес (като например потенциална, кинетична, и топлинна), винаги бихме открили точно същото количество енергия, с което сме започнали (като например химична и потенциална енергия). Енергията може да се превръща от един вид в друг, но не е възможно енергия да се създава или унищожава.Това се нарича Закон за запазване на енергията.
Материята, подобно на енергията, също може да се преобразува от един вид в друг, но нито може да се създава от нищото, нито да се разрушава. През 1785 г. френският химик Антоан Лавоазие демонстрира, че няма печалба или загуба на маса при химически процес. Например, когато изгаря парче дърво, остава пепел. В същото време при горенето дървото взаимодейства с кислорода във въздуха, при което се образува въглероден диоксид и водни пари, които преминават в атмосферата. Ако въглеродният диоксид, водните пари и пепелта се съберат заедно, масата им ще бъде равна на сумата от масата на дървото и масата на кислорода, използван при горенето. Така че, няма никаква промяна в общата маса. Това се нарича Закон за запазване на масата.
Много години по-късно, Алберт Айнщайн създава теория, според която запазването на енергията не може да се разглежда отделно от запазването на масата, т.е. има един единствен закон, свързващ енергия и маса. Той смята, че материята може да се превръща в енергия и обратното. Тази концепция намира израз в неговото прочуто уравнение Е=mc2, където Е е енергията, m е масата, а c e константа, равна на скоростта на светлината.
Теорията на Айнщайн се потвърждава през 1939 г., когато са открити ядрените процеси. Установява се, че при разпадането на уранови атоми може да се отдели огромно количество енергия. Този процес се нарича делене на ядрото на атома. Когато уранов или плутониев атом се разпада, при този процес се отделя неутрон, който от своя страна предизвиква деленето на други атоми и т.н. Тази верижна реакция протича много бързо и се отделя огромно количество енергия. Верижните реакции са управляеми и неуправляеми. Взривът на атомната бомба е неуправляема реакция. Устройствата, в които се осъществява и поддържа управляема верижна реакция, се наричат ядрени реактори. Такива реактори се използват в АЕЦ.
Въпреки че може да изглежда странно, процес, точно обратен на деленето на ядрата, също може да бъде източник на колосално количество енергия. Този процес се нарича ядрен синтез. При условията на много високи температури, каквито са например в центъра на Слънцето, водородните атоми се сливат, за да се образуват хелиеви атоми. При този ядрен синтез, водородните атоми губят малко количество маса, която се трансформира в енергия. Такъв тип реакции се наричат термоядрени. Те са един от основните източници на енергия за Слънцето и звездите. Процес на ядрен синтез протича във Водородната (термоядрена) бомба, която е много по-мощна от атомната бомба. Принципът на ядрен синтез обаче може да се използва и за мирни цели - производство на енергия, която да осигури нуждите на хората за дълго време.
Влиянието на ТЕМПЕРАТУРАТА
Температурата оказва влияние върху материята по много различни начини. Когато веществото се нагрява, неговите молекули започват да се движат по-бързо и неговите свойства се променят. Агрегатното състояние на веществата зависи от температурата. Например при 0oС или под тази температура, водата е твърда (лед), над 0oС тя е течност, а при 100oС се превръща в газ (пара). Почти всички останали вещества променят агрегатното си състояние по подобен начин в зависимост от температурата.
Температурата променя и цвета на веществата. Например с повишаване на температурата желязото става червено, после оранжево и накрая бяло (вероятно сте виждали как се зачервява котлона на печката). Електрическата лампа с нажежаема жичка е друг пример за промяна на цвета, тъй като волфрамовата жичка излъчва бяла светлина, когато е гореща.
Размера на едно тяло също зависи от температурата. Повечето тела се разширяват при нагряване и се свиват при охлаждане. По тази причина железопътната линия е с различна дължина през лятото и зимата.
Температурата също влияе върху газовото налягане. Когато газ се нагрее, неговите молекули започват да се движат бързо и удряйки се в стените на съда, указват натиск върху тях. Ако затворен стъклен съд се нагрее, нарастващото налягане вътре в съда ще доведе до счупването му.
Съпротивлението на металните проводници също зависи от температурата. С нарастване на температурата съпротивлението расте. Установено е, че съпротивлението на много метали и техните сплави при много ниски температури, намалява до нула. Това явление се нарича свръхпроводимост. Зависимостта на съпротивлението от температурата се използва за направата на термометри, измерващи температурата с много голяма точност.
Живите организми са много чувствителни към сравнително слаби температурни промени. Когато докоснем нещо много горещо или много студено изпитваме болка. Болката ни служи за защита, защото живите същества не могат да понасят екстремни температури. Използвайки този принцип, ние пастьоризираме млякото и печем месото, за да убием опасни бактерии и други микроорганизми, които не понасят жега, но биха навредили на здравето ни.
Как се пренася ТОПЛИНАТА
Топлината е енергията, която стопля нашите домове и обработва храната. Това е преноса на енергия от едно по-топло към едно по-студено тяло. Как обаче се осъществява този топлинен пренос?
Един от начините за топлинен пренос се осъществява когато има разлика в температурите на две тела и се нарича топлопроводност. Например, ако потопим сребърна лъжичка в чаша с горещ чай, нейната дръжка моментално ще се загрее. Причината е, че молекулите в потопената част на лъжичката се ускоряват и карат бавно движещите се молекули в студената дръжка да се движат по-бързо. По този начин топлинната енергията се предава от топло към студено тяло. Процеса на топлопренос протича докато температурите на двете тела се изравнят.
Металите са добри проводници, защото при тях топлината се предава лесно от една молекула на друга. Всички вещества провеждат някаква топлина, но стъклото, пластмасата и дървото например действат като изолатори, тъй като техните молекули предават енергията много бавно. Газовете и течностите са лоши проводници, защото молекулите им се срещат рядко, за да предадат енергията една на друга. Най-топлите материали са тези, които впримчват въздушни мехурчета, като например вълна, стъклопласт, азбест и пух. Вакуумът е идеалният изолатор, тъй като няма молекули, които да пренасят топлината.
Въпреки че, молекулите на течностите не предават много добре топлина една на друга, те все пак пренасят топлина посредством конвекция. Конвекцията е насочен нагоре поток от течност или газови молекули, когато тези флуиди се нагряват отдолу. Топлият въздух, който се издига над радиатора е пример за конвекция. Топлината причинява разширение на въздуха, като по този начин намалява неговата плътност и той се издига нагоре. Конвекцията се прилага в различни уреди за отопление. Ветровете и океанските течения са пример за конвекция в природата.
Излъчването е третият метод за пренос на топлина. Живота на земята зависи от слънчевата топлина и светлинна енергия. Един изумителен аспект на слънчевата радиация е, че електромагнитните лъчи, които носят топлина и светлина до Земята са невидими и "студени". Това е сигурно, тъй като пространството между Земята и Слънцето е тъмно и студено, но когато лъчите достигнат Земята осветяват атмосферата и стоплят планетата. За разлика от топлопроводността и конвекцията, излъчената топлинна енергия преминава през вакуума.
Всички тела излъчват електромагнитна енергия. Например когато две тела са близо едно до друго, това което е по-топло ще излъчва повече енергия от по-студеното тяло. По този начин се предава енергия от едното към другото тяло. Обикновено, обектите не абсорбират цялата енергия, а отразяват част от нея. Светлите цветове отразяват повече енергия от тъмните. Идеално полираните повърхности отразява повече енергия от матовите.
ЕЛЕКТРИЧЕСТВО
Древните гърци забелязали, че когато потъркат парче кехлибар с вълна или пера, по него се полепват малки частици листа или прах. Това се дължи на възникващи сили на привличане, наречени електрически сили. Думата електричество идва от гръцката дума electron, което означава кехлибар. За да демонстрирате този ефект, извършете следния експеримент:
- Накъсайте парче хартия на малки парченца и ги поставете върху масата.
- Потъркайте пластмасов гребен с вълнено парче плат.
- Зъдръжте гребена над парченцата хартия и наблюдавайте какво се случва. Би трябвало хартията да полепне по гребена.
През 18 век учените открива, че има два типа електрически заряди. Американецът Бенджамин Франклин нарича тези заряди положителни и отрицателни. Установява се, че едноименните заряди се отблъскват помежду си, а разноименните се привличат. Всяко незаредено тяло притежава еднакъв брой положителни и отрицателни заряди. Носители на заряди са два вида градивни частици - протони (положителни) и електрони (отрицателни).
При наелектризиране чрез триене винаги се зареждат двете тела, при това с еднакви по големина разноименни заряди. В експеримента, описан по-горе, ефекта на привличане се дължи на това, че натриването на гребена предизвиква преминаване на електрони от плата върху гребена. В резултат на това плата притежава по-малко електрони и по този начин е зареден положително. Следователно гребена, получил допълнителни електрони, се зарежда отрицателно. Гребена привлича хартията, тъй като противоположните заряди се привличат. По подобен начин вероятно сте усещали малък електрически удар когато сте сресвали косата си, или сте събличали изкуствени наелектризирани дрехи (в тъмна стая дори може да видите искри), или докосвайки металната дръжка на вратата, след като сте минали по дебел килим.
Електрическият ток представлява движение на заредени частици в определена посока. За да протича постоянен ток е нужно електрическата верига да е свързана с устройство, наречено източник на ток. Такова устройство например е батерията. В зависимост от способността си да провеждат електрически ток веществата се делят на проводници и изолатори. За да бъде едно вещество проводник на електричество трябва да притежава заредени частици, които да могат да се движат свободно. При металите, които са добри проводници, носители на тока са свободните електрони. Разтворите на някои вещества, които съдържат заредени частици, наречени йони, също са проводници на електричество. Дървото, гумата, пластмасата са изолатори. Газовете по принцип също са изолатори. Но при определени условия е възможно част от газовите молекули да се йонизират, при което газът започва да провежда електричество.
Грандиозна демонстрация на това явление може да наблюдаваме по време на буря. Мълнията представлява протичане на електрически ток през атмосферата между буреносен облак и земната повърхност или между два облака. При този процес се отделя голямо количество енергия и температурата достига 18 000 градуса, на което се дължи ослепителния блясък (светкавица) и мощния гръм при мълнията.
Магията на МАГНИТА
Каква е силата, която позволява на магнита да вдигне железен пирон, но не и дървен молив, гумичка или медна монета? Магнетизмът, получил името си от древногръцкия град Магнезия, е природна сила, която се проявява по различен начин при различните материали. Въпреки че всяко вещество е магнетик в някаква степен, магнитните ефекти са много по-силни при желязото и неговите сплави, отколкото при материали като дърво, гума, мед и стъкло.
Ако някога сте си играли с два магнита, познавате мощната сила, с която определени части на магнитите се привличат, а други два края се отблъскват. Всеки магнит има два полюса - северен (N) и южен (S). Винаги едноименните магнитни полюси се отблъскват, а разноименните се привличат.
Физиците винаги са били заинтригувани от факта, че когато един магнит се разреже на две, се образуват два нови магнита, всеки със северен и южен полюс. Ако разрежем тези два магнита, ще получим четири магнита. Северният полюс не може да се отдели от южния. Магнитните полюси не могат да съществуват самостоятелно.
Способността на железни руди да привличат желязо или други вещества е била позната още на древните гърци. По-късно, около 1100 г., китайците откриват, че ако парченце магнетит (желязна руда) се окачи на нишка, ще се завърти така, че ще сочи посоките север и юг. По този начин е направен много точен компас. Този феномен е обяснен през 1600 г. от Уилям Гилбърт - лекар на кралица Елизабет І. Той смята, че Земята сама по себе си е един гигантски магнит.
Земния магнетизъм е една от големите мистерии в науката, която никой не е могъл да обясни. Въпреки че Земята има желязно ядро, това ядро не може да бъде магнит, защото при високи температури (над 1000оC в центъра на Земята) желязото губи магнитните си свойства. В действителност магнитните полюси са разположени на хиляди мили от географските Северен и Южен полюс и дори не са разположени точно на противоположни страни на Земята. Магнитните Северен и Южен полюс не съвпадат с географските полюси и променят своето положение с течение на времето. В момента Северния магнитен полюс се намира в Канада, на 1600 км. южно от географския Северен полюс. Освен това, изучавайки възрастта на скалите, учените откриват, че от време на време в историята на Земята, земното магнитно поле се обръща наопаки, като магнитния Северен полюс става магнитен Южен полюс и обратно.
Когато парче желязо се разглежда под електронен микроскоп, изглежда като че ли е изградено от много миниатюрни магнитни зони, наречени домейни. Когато тези домейни са подредени по строго определен начин, желязото е намагнетизирано. Когато домейните са разположени хаотично, желязото няма да действа като магнит. Това обяснява защо магнит ще повдигне немагнетизирани частици метал, като например кламери. Магнитните сили са причина всички миниатюрни магнитни домейни на кламерите да се подредят по определен начин, при което кламера се превръща в магнит. Тогава северния полюс на кламера се привлича към южния полюс на магнита, а южния полюс на кламера се привлича от северния полюс на магнита.
През 1832 г. англичанинът Майкъл Фарадей и американеца Джоузеф Хенри едновременно откриват връзката между магнетизъм и електричество. Те установяват, че когато магнит се движи през намотка от проводник, поражда електрически ток в проводника. Явлението се нарича електромагнитна индукция. Причината е, че проводника съдържа свободни електрони. Магнитното поле, което се движи в близост до проводника, придвижва тези електрони по дължината на проводника, създавайки електричен ток.
Не само движещото се магнитно поле индуцира електричество, но и обратното също е вярно. Електрическият ток поражда магнетизъм. Когато по проводник тече ток, около него се създава магнитно поле. По този начин от електричен ток се индуцира магнитно поле. Учените вярват, че всички магнитни полета се дължат на електрически токове. Това е истинската магия на магнита.
НАЛЯГАНЕТО: ударът на молекулите
Всичко което ни заобикаля е изградено от атоми - земята, нашите тела, морето, въздуха. Малки групи от атоми образуват молекулите. При газовете молекулите се движат свободно като се удрят една в друга и във всяка повърхност, която докосват. Това постоянно барабанене на молекулите върху дадена повърхност се нарича налягане.
За нас най-познатата газова смес това е въздуха. Тъй като газовете се разширяват, докато изпълнят дадено пространство, вероятно се чудите защо въздуха не изчезва в космическото пространство. Отговорът е, че гравитацията задържа атмосферата близо да земята. Всъщност поради гравитационното привличане, газовете в нашата атмосфера се натрупват в близост до земната повърхност. Въздухът постепенно изтънява с нарастване на височината. На много големи височини, в Хималаите например , въздуха е толкова разреден, че се налага алпинистите да си носят кислородни бутилки, за да подпомагат дишането си. (Поради това днес връх Еверест се е превърнал в сметище от кислородни бутилки.)
Древните гърци са знаели, че въздуха съдържа вещество, т.е. не е само празно пространство. Векове по-късно Галилео доказва, че въздуха има тегло. При нормални климатични условия, плътността на въздуха на морското равнище е около 1,2 kg на кубичен метър. Това означава, че въздуха в една средна по размери стая може да тежи десетки килограми. Защо все пак не усещаме това огромно налягане върху нашите тела? Причината е, че атмосферното налягане е универсално, то действа във всички посоки, върху всички повърхности, така че всичко на Земята е в баланс.
Налягането вътре в телата се изравнява с външното (атмосферно) налягане. Когато се издигате с асансьор или самолет, усещате ушите си да заглъхват и туптят. С нарастване на височината въздуха се разрежда и броя на молекулите, които се удрят вътре в ушите ви надвишава броя на молекулите, които удрят от външна страна, докато броя на тези молекули има възможността да се изравни.
Тъй като в течностите молекулите се намират по-близо една до друга, отколкото при газовете, те се плъзгат една над друга, упражнявайки налягане върху стените на съда. Може да усетите това налягане, когато се гмурнете под водната повърхност. Налягането на водата е пропорционално на дълбочината. Понеже водата е една по-плътна среда от въздуха, упражняваното налягане е по-голямо. Налягането на всеки 10 m воден стълб се равнява на една атмосфера. Налягането, което се упражнява върху гмурец е равно на атмосферното плюс налягането на водата над него.
Какво кара предметите да плават ?
Като деца вероятно сте си играли с различни предмети във ваната, забелязвайки че сапуна потъва на дъното на ваната, докато пластмасовата сапунерка остава на повърхността. Защо толкова много тела, като се започне от коркова тапа и се стигне до презокеански кораб, плават на повърхността, докато други потъват?
Силата, която кара телата да плават се нарича подемна сила. Тази представа е въведена от великия гръцки математик Архимед. Той забелязал, че когато се потопи във ваната си, нивото на водата се повдига и част от нея се изплисква навън. Архимед установява, че всяко тяло, потопено в течност, бива изтласквано нагоре от сила, равна на теглото на течността, изместена при потапянето на тялото. Обема на изместената течност е равен на обема на потопеното тяло. Този принцип е известен като Закон на Архимед, а силата се нарича Архимедова сила.
Подемната сила на течност зависи от нейната плътност. Дадено тяло ще плава ако плътността му е по-малка от плътността на течността, в която е потопено. Ако плътността му е по-голяма, то ще потъне. Леда има по-малка плътност от водата, ето защо айсбергите плават на повърхността на океана. Стоманените кораби са направени с много пространства, пълни с въздух, така че тяхната плътност е по-малка от тази на водата и освен това се конструират с такава форма, при която изместената вода залива само долната част на съда.
Плътността се пресмята като се раздели масата на обема. Морската вода е с плътност по-висока от плътността на чистата вода, тъй като в нея са разтворени различни соли. Следователно подемната сила на солената вода е по-голяма от подемната сила на чистата вода, което обяснява защо за един плувец е по-лесно да плува в морето, отколкото в езеро. Например парче лед плава в чаша с вода. Същото парче лед обаче ще потъне в чаша с чист алкохол, защото алкохола има по-малка плътност от леда. Дали ще плава, или ще потъне парче лед в чаша с алкохолно питие зависи от съотношението вода към алкохол. Затова внимавайте когато сложите кубче лед в питие и то потъне на дъното!
Относителното тегло е отношението на плътността на веществото към плътността на водата. Хората имат относително тегло приблизително 1.0, което е същото като на водата. Това не трябва да ни учудва, тъй като 2/3 от нашето тяло е вода. Обаче един дебел човек има по-ниско относително тегло от слаб човек и следователно ще му е по-лесно да плава.
ЗЕМЯТА
 Земята е кръгла. Изследователите от 15 и 16 век, като Колумб и Магелан, го доказаха. Всъщност още древните гърци са го знаели преди две хиляди години. Те са виждали как корабите изчезват зад хоризонта и са наблюдавали извитата сянка на Земята върху Луната по време на лунно затъмнение. Тогава, 200 г. пр.н.е., древногръцкият астроном Ератостен забелязва, че точно на обяд на първия летен ден, когато Слънцето се намира на най-високата си точка на хоризонта, то цялото се отразява на дъното на кладенец в град Сиене, Египет. В същото време в Александрия, град който се намира на петстотин мили на север, един вертикален стълб хвърля сянка. Ако Земята е плоска, стълбът нямаше да хвърля сянка точно по същото време.
Земята се завърта около своята ос за 24 часа, като по този начин се редуват ден и нощ. На тази част от Земята, която е обърната към Слънцето е ден, а на другата, която не се огрява от Слънцето е нощ. Въпреки че, Земята се върти около оста си със скорост около 1600 километра в час, ние не усещаме това движението, защото всичко около нас, включително атмосферата се движи със същата скорост.
Освен че се върти около собствената си ос, Земята се върти и около Слънцето, като прави една пълна обиколка за една година. Това годишно въртене е причината на Земята да има сезони. Освен това, земната ос е леко наклонена и не променя положението си при въртенето на Земята около Слънцето. Сезоните не се определят от близостта на Земята до Слънцето, а от начина по който падат слънчевите лъчи върху земната повърхност. Когато слънчевите лъчи падат почти отвесно над главата, и дните са дълги, голямо количество от слънчевата радиация се абсорбира и времето е горещо. На двата полюса е винаги студено, защото лъчите падат под най-малък ъгъл. Докато в зоните около екватора наклона на слънчевите лъчи е най-голям - около 90o и там е винаги топло. От Април до Септември Северният полюс е насочен към Слънцето и в северното полукълбо е лято, докато в южното полукълбо е зима. Следващите месеци Северният полюс е наклонен в обратната посока (не към Слънцето) и сезоните се сменят - в северното полукълбо настъпва зима, а в южното - лято. На 21 март и на 23 септември Земята е в такова положение, че денят и нощта са равни на всяко място на планетата (т.е. продължителността им е 12 часа), като границата светло-тъмно (ден-нощ) минава точно през двата полюса.
Прогнозата за ВРЕМЕТО
Времето винаги е интригувало хората и ги е насърчавало да предсказват непредсказуемото. Векове наред земевладелците наблюдавали облаците, за да разберат дали ще вали дъжд. Мореплавателите изучавали променящото се небе и носените от вятъра облаци, за да предскажат посоката на вятъра и бурите. Днес науката метеорология е много сложна. Тя включва събиране на данни от уреди, които измерват температурата, атмосферното налягане, скоростта на вятър, облачността и количеството на валежите. Следенето и регистрирането на информация за времето по целия свят е възможно благодарение на сателитите и компютрите. Посредством анализирането на получените данни, метеоролозите определят общата схема на времето за изминалите няколко дни и правят прогноза за следващите няколко дни. Разбира се прогнозата за времето все още не е безпогрешна и може би никога няма да бъде.
Всички промени във времето се предизвикват от температурните промени в различни слоеве на атмосферата. Слънцето контролира нашия живот и времето като изпраща енергия до Земята. Областите около екватора получават повече топлина от Слънцето отколкото тези в близост до Северния и Южния полюс. Топлият въздух при екватора се разширява и издига, движейки се в посока към полюсите. Като се охлажда, въздуха се спуска надолу, замествайки хладния въздух на повърхността, който се е преместил към екватора на мястото на издигащия се топъл въздух. Това неравномерно нагряване на земната повърхност поражда северни и южни ветрове. Ветровете изток-запад се пораждат от въртенето на Земята.
Атмосферното налягане, измерено с барометър, е друг индикатор на времето. Влажността на въздуха е също важен фактор. Топлият въздух поема повече водни пари, отколкото студения въздух, точно както горещият чай разтваря повече захар от студения. Момента, при който въздуха не може да задържа повече вода се нарича точка на насищане. В топъл ден, ако въздуха e наситен с влага и температурата се понижи, излишъка от вода се "изцежда" от въздуха. Тази излишна влага се появява като роса, мълга или облаци. Ако излишъка от влага е по-голям, вали дъжд или сняг (при температури под точката на замръзване).
В днешни дни съществува заплаха за климата на планетата в резултат от изхвърлянето на химически отпадъци в околната среда. Учените от дълго време знаят, че Земята преминава през цикли на затопляне и охлаждане. Планетата постепенно се затопля след последния ледников период, настъпил преди около 18 000 години. Напоследък обаче, учените установиха, че техническата/индустриална цивилизация вероятно причинява промени в атмосферата, които биха могли да доведат до промени в климата и че тези промени вероятно са опасни и необратими.
Един от проблемите е озоновата дупка . Стратосферата (горен слой на атмосферата) съдържа озон. Озона е газ, който предпазва Земята от вредната ултравиолетова слънчева радиация. Преди години, концентрациите на озон над Антарктида се понижиха до тревожни нива. Изследователите откриха, че група химични съединения, наречени фреони (хлорофлуоровъглеводороди) проникват във високите слоеве на атмосферата, реагират с озона и го разрушават. Поради това днес употребата им е ограничена.
Вторият проблем е така наречения парников ефект. В резултат на него температурата на Земята бавно се повишава. Въглеродният диоксид се натрупва в по-ниските слоеве на атмосферата и пречи на свободния топлообмен. Концентрацията на въглероден диоксид във въздуха може да нарасне до степен, при която този газ ще покрие Земята и тя ще се загрее до опасни нива, застрашаващи екологичното равновесие. Това налага ограничаване на употребата на органични горива и увеличаване на зелените площи.
Остава да видим дали тази тенденция на затопляне ще продължи и ако да, дали хората ще са способни да направят нещо навреме, за да предотвратят катастрофата.
ЛУНАТА
Луната е описвана от поети и певци като място за романтично бягство. Днес обаче, ние знаем, че Луната предлага изключително неблагоприятна среда за хората.
Луната е напълно лишена от вода, защото гравитационната й сила е много по-малка от тази на Земята.(Луната е много по-малка по размери; нейната повърхност е приблизително колкото повърхността на Африка.) Ако някога е имало вода на Луната, липсата на силно гравитационно привличане е причината, тя да се е разпръснала в космическото пространство през всичките 4,6 милиарда години, през които Луната е съществувала. Естествено, щом няма вода, няма и растителност. Така че, ако сте решили да посетите това място, вземете си храна.
На Луната няма въздух, тъй като гравитацията й е недостатъчна, за да задържи атмосфера. Следователно, пътешествениците до Луната се нуждаят освен от кислород и вода, но и от защита срещу космическите лъчи, които не са филтрирани от атмосфера. Липсата на атмосфера означава още, че на Луната няма вятър, няма дъжд, няма облаци.
Температурите на Луната са доста екстремни. Варират от -173 градуса до 110 градуса по Целзий. Това е така, защото няма атмосфера, която да филтрира лъчите на Слънцето, когато то грее и след това да обгръща планетата с топъл въздух, когато Слънцето залезе. Тази температурна разлика е особено голяма по време на слънчево затъмнение, когато Земята преминава точно между Слънцето и Луната, скривайки временно слънчевата светлина. В такива моменти температурата на Луната спада много бързо и се покачва веднага щом Слънцето излезе от сянката на Земята. Промяната в температурата може да бъде 200оС за един час. Това може да причини разрушаване на скалите поради периодичното разширение и свиване. Така че, ако сте решили да посетите Луната, ще ви бъде много трудно да решите какво да облечете.
На Луната няма здрач, нито зора. Както Земята, така и Луната не свети със собствена светлина; тя отразява слънчевата, т.е. свети с отразена светлина. За разлика от Земята обаче, на Луната няма атмосфера, която да разсейва светлината когато деня става нощ и нощта се сменя с ден. Промените от светло към тъмно и от тъмно към светло стават внезапно.
Лунното небе е черно. (Синьото небе на Земята се дължи на разпръскване на синя светлина от частиците на въздуха.) На Луната звездите са видими и през деня. Но, за да ги видите ще ви трябва щит, с който да защитите очите си от нефилтрираната слънчева светлина.
На Луната няма звук. Звуците се разпространяват на вълни от въздушни молекули. Тъй като на Луната няма въздух, няма как да се предава звука. Оставете радиото си вкъщи. Също така, Луната не е магнит по начина, по който Земята е. Така че, компас също не ви е нужен.
Луната е спътник на Земята и прави пълна обиколка около нашата планета за 29 дни и половина. Тя се върти и около оста си, но много бавно. Затова за нас е видима винаги една и съща страна на Луната. За да се доберете до Луната, ще трябва да пропътувате 240 000 мили - разстояние, което е приблизително равно на пътя, който ще изминете, ако обиколите десет пъти Земята при екватора.
Ясно е, че ако ще пътувате до Луната, ще имате нужда от нещо повече от четка за зъби и бельо. Неблагоприятните условия там, правят посещението много трудно за един земен жител.
Слънцето и другите ЗВЕЗДИ
Слънцето е звезда. То е пламтяща топка от изключително горещи газове. Температурата на повърхността на Слънцето е около 6 000 градуса Целзий, достатъчна да изпари всяко твърдо вещество, но относително ниска в сравнение с температурата в центъра на звездата - 15 000 000 градуса.
Слънцето се намира на около 150 милиона километра от Земята. Неговият диаметър е приблизително 109 пъти по-голям от земния, а масата му е около 330 000 пъти по-голяма от масата на Земята.
Слънцето е естественият източник на светлина и топлина за нашата планета. То е изградено главно от водород, въпреки че съдържа почти всички други видове атоми, които се срещат на Земята. Слънцето получава своята енергия в резултат на процес на ядрен синтез, при който водородните атоми се сливат и се образуват хелиеви атоми. Този процес протича при екстремно високи температури и налягане и предизвиква страхотен шум, но ние не можем да го чуем, защото звукът не се пренася през празното космическо пространство.
В сравнение с другите звезди, нашето Слънце не е особено голямо или ярко. Звездите варират по размер от по-малки от Земята до достатъчно огромни, за да поберат голяма част от нашата Слънчева система! Най-многобройни в нашата галактика са малките по размер звезди, а най-рядко се срещат звездите-гиганти. Вероятно такова е положението и в цялата Вселена. Цветът на звездите зависи от тяхната температура - червени (най-"студените"), жълти (като Слънцето), бели, и сини (най-горещите).
 Най-близката звезда (като изключим Слънцето) се намира на 4,3 светлинни години от Земята. Светлинна година е разстоянието, което изминава светлината за една година, или около 9 500 000 000 000 километра. Най-отдалечените звезди се намират на милиарди светлинни години. Някои от тях са толкова далече, че ако днес колапсират, тяхната светлина ще продължи да се вижда от Земята още милиони години.
Слънцето е част от огромна галактика от над 100 милиарда звезди, наречена Млечен път. Заедно с другите звезди Слънцето се върти около центъра на нашата галактиката, като прави пълна обиколка за 250 милиона години.
Във Вселената има милиарди галактики, които са в обхвата на нашите телескопи, и безброй милиарди извън него. Огромните размери на Космоса надхвърлят възможностите на човешкото възприятие.
ЕВОЛЮЦИЯ на ЗВЕЗДИТЕ
От раждането си до своята гибел звездите претърпяват редица промени, като в края на еволюцията си преминават през най-екзотичните фази на своя живот – бяло джудже, неутронна звезда или черна дупка. Хода на изменение на звездите несъмнено е много бавен, тъй като възрастта им е от порядъка на милиони и милиарди години. Продължителността на живота на една звезда е толкова по-малка, колкото по-голяма е нейната маса. Звезди от ранга на нашето Слънце живеят около 10 милиарда години. Звезди с маса m=5ms (ms е масата на Слънцето) живеят около 70 милиона години, а звезди с маса m=15ms – около 10 милиона години
 Звездите се образуват от междузвездна среда. Пространството между звездите съвсем не е празно. То е запълнено от газове и прашинки, които се групират в облаци. Плътността в мъглявините е не по-висока от 15000 частици в cm3. Като знаем, че в един cm3 от земната атмосфера броя на частиците е 3.1019, това е фантастично ниска плътност. Очевидно веществото от междузвездните облаци трябва да измине дълъг път преди от него да се образува толкова плътен обект, какъвто е една звезда.
Веществото постепенно се уплътнява все повече и повече, облаците нарастват по размери и маса и облакът започва да се свива гравитационно. Част от освобождаващата се при свиването потенциална енергия се превръща в топлина. Веществото продължава да се загрява, температурата и налягането във вътрешните области на протозвездата нарастват до такива стойности, че започват термоядрени процеси, в резултат, на които се отделя огромно количество енергия. Тази енергия се противопоставя на гравитационното привличане и свиването спира. Настъпва равновесие и пред нас с цялото с
|
teensait.dir.bg 
