Гало  — оп­ти­че­ское яв­ле­ние, за­клю­ча­ю­ще­е­ся в об­ра­зо­ва­нии све­тя­ще­го­ся коль­ца во­круг ис­точ­ни­ка света. Тер­мин про­изо­шел от фр. halo и греч. halos -«све­то­вое коль­цо».

Гало обыч­но воз­ни­ка­ют во­круг Солн­ца или Луны, ино­гда  — во­круг дру­гих мощ­ных ис­точ­ни­ков света, таких как улич­ные огни. Они вы­зва­ны пре­иму­ще­ствен­но от­ра­же­ни­ем и пре­лом­ле­ни­ем света ле­дя­ны­ми кри­стал­ла­ми в пе­ри­стых об­ла­ках и ту­ма­нах. Для воз­ник­но­ве­ния не­ко­то­рых гало не­об­хо­ди­мо, чтобы ле­дя­ные кри­стал­лы, име­ю­щие форму ше­сти­гран­ных призм, были ори­ен­ти­ро­ва­ны по от­но­ше­нию к вер­ти­ка­ли оди­на­ко­вым или хотя бы пре­иму­ще­ствен­ным об­ра­зом.

От­ра­жен­ный и пре­лом­лен­ный ле­дя­ны­ми кри­стал­ла­ми свет не­ред­ко раз­ла­га­ет­ся в спектр, что де­ла­ет гало по­хо­жим на ра­ду­гу, од­на­ко гало в усло­ви­ях низ­кой осве­щен­но­сти имеет малую цвет­ность. Окра­шен­ные гало об­ра­зу­ют­ся при пре­лом­ле­нии света в ше­сти­гран­ных кри­стал­лах ле­дя­ных об­ла­ков; не­окра­шен­ные (бес­цвет­ные) формы  — при его от­ра­же­нии от гра­ней кри­стал­лов. Ино­гда в мо­роз­ную по­го­ду гало об­ра­зу­ет­ся очень близ­ко к зем­ной по­верх­но­сти. В этом слу­чае кри­стал­лы на­по­ми­на­ют си­я­ю­щие дра­го­цен­ные камни.

Вид на­блю­да­е­мо­го гало за­ви­сит от формы и рас­по­ло­же­ния кри­стал­лов. Наи­бо­лее обыч­ные формы гало: ра­дуж­ные круги во­круг диска Солн­ца или Луны; пар­ге­лии, или «лож­ные Солн­ца», - слег­ка окра­шен­ные свет­лые пятна на одном уров­не с Солн­цем спра­ва и слева от него; пар­ге­ли­че­ский круг  — белый го­ри­зон­таль­ный круг, про­хо­дя­щий через диск све­ти­ла; столб  — часть бе­ло­го вер­ти­каль­но­го круга, про­хо­дя­ще­го через диск све­ти­ла; он в со­че­та­нии с пар­ге­ли­че­ским кру­гом об­ра­зу­ет белый крест.

Гало сле­ду­ет от­ли­чать от вен­цов, ко­то­рые внеш­не схожи с ним, но имеют дру­гое про­ис­хож­де­ние. Венцы воз­ни­ка­ют в тон­ких во­дя­ных об­ла­ках, со­сто­я­щих из мел­ких од­но­род­ных ка­пель (обыч­но это вы­со­ко­ку­че­вые об­ла­ка) и за­кры­ва­ю­щих диск све­ти­ла, за счет ди­фрак­ции. Они могут по­явить­ся также в ту­ма­не около ис­кус­ствен­ных ис­точ­ни­ков света. Ос­нов­ная, а часто един­ствен­ная часть венца  — свет­лый круг не­боль­шо­го ра­ди­у­са, окру­жа­ю­щий вплот­ную диск све­ти­ла (или ис­кус­ствен­ный ис­точ­ник света). Круг в ос­нов­ном имеет го­лу­бо­ва­тый цвет и лишь по внеш­не­му краю  — крас­но­ва­тый. Его на­зы­ва­ют также орео­лом. Он может быть окру­жен одним или не­сколь­ки­ми до­пол­ни­тель­ны­ми коль­ца­ми такой же, но более свет­лой окрас­ки, не при­мы­ка­ю­щи­ми вплот­ную к кругу и друг к другу.

Чи­стая руда почти ни­ко­гда не встре­ча­ет­ся в при­ро­де. Почти все­гда по­лез­ное ис­ко­па­е­мое пе­ре­ме­ша­но с «пу­стой», не­нуж­ной гор­ной по­ро­дой. Про­цесс от­де­ле­ния пу­стой по­ро­ды от по­лез­но­го ис­ко­па­е­мо­го на­зы­ва­ют обо­га­ще­ни­ем руды.

Одним из спо­со­бов обо­га­ще­ния руды, ос­но­ван­ным на яв­ле­нии сма­чи­ва­ния, яв­ля­ет­ся фло­та­ция. Сущ­ность фло­та­ции со­сто­ит в сле­ду­ю­щем. Раз­дроб­лен­ная в мел­кий по­ро­шок руда взбал­ты­ва­ет­ся в воде. Туда же до­бав­ля­ет­ся не­боль­шое ко­ли­че­ство ве­ще­ства, об­ла­да­ю­ще­го спо­соб­но­стью сма­чи­вать одну из под­ле­жа­щих раз­де­ле­нию ча­стей, на­при­мер кру­пи­цы по­лез­но­го ис­ко­па­е­мо­го, и не сма­чи­вать дру­гую часть  — кру­пи­цы пу­стой по­ро­ды. Кроме того, до­бав­ля­е­мое ве­ще­ство не долж­но рас­тво­рять­ся в воде. При этом вода не будет сма­чи­вать по­верх­ность кру­пи­цы руды, по­кры­тую слоем до­бав­ки. Обыч­но при­ме­ня­ют какое-ни­будь масло.

В ре­зуль­та­те пе­ре­ме­ши­ва­ния кру­пи­цы по­лез­но­го ис­ко­па­е­мо­го об­во­ла­ки­ва­ют­ся тон­кой плен­кой масла, а кру­пи­цы пу­стой по­ро­ды оста­ют­ся сво­бод­ны­ми. В по­лу­чив­шу­ю­ся смесь очень мел­ки­ми пор­ци­я­ми вду­ва­ют воз­дух. Пу­зырь­ки воз­ду­ха, при­шед­шие в со­при­кос­но­ве­ние с кру­пи­цей по­лез­ной по­ро­ды, по­кры­той слоем масла и по­то­му не сма­чи­ва­е­мой водой, при­ли­па­ют к ней. Это про­ис­хо­дит по­то­му, что тон­кая плен­ка воды между пу­зырь­ка­ми воз­ду­ха и не сма­чи­ва­е­мой ею по­верх­но­стью кру­пи­цы стре­мит­ся умень­шить свою пло­щадь, по­доб­но капле воды на про­мас­лен­ной бу­ма­ге, и об­на­жа­ет по­верх­ность кру­пи­цы.

Кру­пи­цы по­лез­ной руды с пу­зырь­ка­ми воз­ду­ха под­ни­ма­ют­ся вверх, а кру­пи­цы пу­стой по­ро­ды опус­ка­ют­ся вниз. Таким об­ра­зом, про­ис­хо­дит более или менее пол­ное от­де­ле­ние пу­стой по­ро­ды и по­лу­ча­ет­ся так на­зы­ва­е­мый кон­цен­трат, бо­га­тый по­лез­ной рудой.

Из­вест­но, что по мере спус­ка в недра Земли тем­пе­ра­ту­ра по­сте­пен­но по­вы­ша­ет­ся. Это об­сто­я­тель­ство и сам факт из­вер­же­ния вул­ка­на­ми жид­кой лавы не­воль­но на­тал­ки­ва­ли на мысль, что на опре­де­лен­ных глу­би­нах ве­ще­ство зем­но­го шара на­хо­дит­ся в рас­плав­лен­ном со­сто­я­нии. Од­на­ко на самом деле все не так про­сто. Од­но­вре­мен­но с по­вы­ше­ни­ем тем­пе­ра­ту­ры рас­тет дав­ле­ние в зем­ных глу­би­нах. А ведь чем боль­ше дав­ле­ние, тем выше тем­пе­ра­ту­ра плав­ле­ния (см. рис.).

Со­глас­но со­вре­мен­ным пред­став­ле­ни­ям боль­шая часть зем­ных недр со­хра­ня­ет твер­дое со­сто­я­ние. Од­на­ко ве­ще­ство асте­но­сфе­ры (обо­лоч­ка Земли от 100 км до 300 км в глу­би­ну) на­хо­дит­ся в почти рас­плав­лен­ном со­сто­я­нии. Так на­зы­ва­ют твер­дое со­сто­я­ние, ко­то­рое легко пе­ре­хо­дит в жид­кое (рас­плав­лен­ное) при не­боль­шом по­вы­ше­нии тем­пе­ра­ту­ры (про­цесс 1) или по­ни­же­нии дав­ле­ния (про­цесс 2).

Ис­точ­ни­ком пер­вич­ных рас­пла­вов магмы яв­ля­ет­ся асте­но­сфе­ра. Если в каком-то рай­о­не сни­жа­ет­ся дав­ле­ние (на­при­мер, при сме­ще­нии участ­ков ли­то­сфе­ры), то твер­дое ве­ще­ство асте­но­сфе­ры тот­час пре­вра­ща­ет­ся в жид­кий рас­плав, то есть в магму.

Но какие фи­зи­че­ские при­чи­ны при­во­дят в дей­ствие ме­ха­низм из­вер­же­ния вул­ка­на?

В магме на­ря­ду с па­ра­ми воды со­дер­жат­ся раз­лич­ные газы (уг­ле­кис­лый газ, хло­ри­стый и фто­ри­стый во­до­род, ок­си­ды серы, метан и дру­гие). Кон­цен­тра­ция рас­тво­рен­ных газов со­от­вет­ству­ет внеш­не­му дав­ле­нию. В фи­зи­ке из­ве­стен закон Генри: кон­цен­тра­ция газа, рас­тво­рен­но­го в жид­ко­сти, про­пор­ци­о­наль­на его дав­ле­нию над жид­ко­стью. Те­перь пред­ста­вим, что дав­ле­ние на глу­би­не умень­ши­лось. Газы, рас­тво­рен­ные в магме, пе­ре­хо­дят в га­зо­об­раз­ное со­сто­я­ние. Магма уве­ли­чи­ва­ет­ся в объ­е­ме, вспе­ни­ва­ет­ся и на­чи­на­ет под­ни­мать­ся вверх. По мере подъ­ема магмы дав­ле­ние па­да­ет еще боль­ше, по­это­му про­цесс вы­де­ле­ния газов уси­ли­ва­ет­ся, что, в свою оче­редь, при­во­дит к уско­ре­нию подъ­ема.

Ре­ак­тив­ным на­зы­ва­ет­ся дви­же­ние, ко­то­рое про­ис­хо­дит под дей­стви­ем силы ре­ак­ции, дей­ству­ю­щей на дви­жу­ще­е­ся тело со сто­ро­ны струи ве­ще­ства, вы­бра­сы­ва­е­мо­го из дви­га­те­ля. По­яс­нить прин­цип ре­ак­тив­но­го дви­же­ния можно на при­ме­ре дви­же­ния ра­ке­ты.

Пусть в дви­га­те­ле, уста­нов­лен­ном на ра­ке­те, про­ис­хо­дит сго­ра­ние топ­ли­ва и про­дук­ты го­ре­ния (го­ря­чие газы) под вы­со­ким дав­ле­ни­ем вы­бра­сы­ва­ют­ся из сопла дви­га­те­ля. На каж­дую пор­цию газов, вы­бро­шен­ных из сопла, со сто­ро­ны дви­га­те­ля дей­ству­ет не­ко­то­рая сила, ко­то­рая при­во­дит эту пор­цию газов в дви­же­ние. В со­от­вет­ствии с тре­тьим за­ко­ном Нью­то­на, на дви­га­тель со сто­ро­ны вы­бра­сы­ва­е­мых газов дей­ству­ет сила, такая же по мо­ду­лю и про­ти­во­по­лож­ная по на­прав­ле­нию. Эта сила на­зы­ва­ет­ся ре­ак­тив­ной. Под ее дей­стви­ем ра­ке­та при­об­ре­та­ет уско­ре­ние и раз­го­ня­ет­ся в на­прав­ле­нии, про­ти­во­по­лож­ном на­прав­ле­нию вы­бра­сы­ва­ния газов. Мо­дуль F ре­ак­тив­ной силы может быть вы­чис­лен при по­мо­щи про­стой фор­му­лы:

где u  — мо­дуль ско­ро­сти ис­те­че­ния газов из сопла дви­га­те­ля от­но­си­тель­но ра­ке­ты, а μ  — ско­рость рас­хо­да топ­ли­ва (масса ве­ще­ства, вы­бра­сы­ва­е­мо­го дви­га­те­лем в еди­ни­цу вре­ме­ни, из­ме­ря­ет­ся в кг/с). На­прав­ле­на ре­ак­тив­ная сила все­гда в на­прав­ле­нии, про­ти­во­по­лож­ном на­прав­ле­нию ис­те­че­ния га­зо­вой струи. Ре­ак­тив­ное дви­же­ние также можно объ­яс­нить и при по­мо­щи за­ко­на со­хра­не­ния им­пуль­са.

Прин­цип ре­ак­тив­но­го дви­же­ния ши­ро­ко ис­поль­зу­ет­ся в тех­ни­ке. По­ми­мо ракет ре­ак­тив­ные дви­га­те­ли при­во­дят в дви­же­ние са­мо­ле­ты и вод­ные ка­те­ра. На ос­но­ва­нии этого прин­ци­па кон­стру­и­ру­ют раз­лич­ные при­спо­соб­ле­ния  — по­ли­валь­ные устрой­ства с вер­туш­ка­ми, на­зы­ва­е­мы­ми «се­гне­ро­вым» ко­ле­сом, иг­руш­ки и т. п. Ре­ак­тив­ное дви­же­ние встре­ча­ет­ся и в живой при­ро­де. Не­ко­то­рые мор­ские ор­га­низ­мы (каль­ма­ры, ка­ра­ка­ти­цы) дви­га­ют­ся, вы­бра­сы­вая пред­ва­ри­тель­но за­со­сан­ные внутрь себя пор­ции воды. В ка­че­стве лю­бо­пыт­но­го при­ме­ра из мира рас­те­ний можно при­ве­сти так на­зы­ва­е­мый «бе­ше­ный огу­рец». После со­зре­ва­ния семян из плода этого рас­те­ния под боль­шим дав­ле­ни­ем вы­бра­сы­ва­ет­ся жид­кость, в ре­зуль­та­те чего огу­рец от­ле­та­ет на не­ко­то­рое рас­сто­я­ние от места сво­е­го про­из­рас­та­ния.

При ре­ак­тив­ном дви­же­нии ра­ке­ты ее масса не­пре­рыв­но умень­ша­ет­ся из-за сго­ра­ния топ­ли­ва и вы­бра­сы­ва­ния на­ру­жу про­дук­тов сго­ра­ния. По этой при­чи­не мо­дуль уско­ре­ния ра­ке­ты все время из­ме­ня­ет­ся, а ско­рость ра­ке­ты не­ли­ней­но за­ви­сит от массы сго­рев­ше­го топ­ли­ва. Впер­вые за­да­ча об отыс­ка­нии мо­ду­ля ко­неч­ной ско­ро­сти v ра­ке­ты, масса ко­то­рой из­ме­ни­лась от зна­че­ния m₀ до ве­ли­чи­ны m, была ре­ше­на рус­ским уче­ным, пи­о­не­ром кос­мо­нав­ти­ки К. Э. Циол­ков­ским. Гра­фик за­ви­си­мо­сти, ил­лю­стри­ру­ю­щей по­лу­чен­ную им фор­му­лу, по­ка­зан на ри­сун­ке.

Из гра­фи­ка видно, что по­лу­чен­ная Циол­ков­ским за­ко­но­мер­ность может быть крат­ко сфор­му­ли­ро­ва­на сле­ду­ю­щим об­ра­зом: если ско­рость ис­те­че­ния газов из сопла дви­га­те­ля по­сто­ян­на, то при умень­ше­нии массы ра­ке­ты в гео­мет­ри­че­ской про­грес­сии мо­дуль ско­ро­сти ра­ке­ты воз­рас­та­ет в ариф­ме­ти­че­ской про­грес­сии. Иными сло­ва­ми, если при умень­ше­нии массы ра­ке­ты в 2 раза мо­дуль ско­ро­сти ра­ке­ты уве­ли­чи­ва­ет­ся на 1 км/с, то при умень­ше­нии массы ра­ке­ты в 4 раза мо­дуль ско­ро­сти ра­ке­ты воз­рас­тет еще на 1 км/с. Из-за такой за­ко­но­мер­но­сти раз­гон ра­ке­ты до вы­со­кой ско­ро­сти тре­бу­ет очень боль­шо­го рас­хо­да топ­ли­ва.

Этот важ­ный закон был от­крыт в 1738 году Да­ни­и­лом Бер­нул­ли  — швей­цар­ским фи­зи­ком, ме­ха­ни­ком и ма­те­ма­ти­ком, ака­де­ми­ком и ино­стран­ным по­чет­ным чле­ном Пе­тер­бург­ской ака­де­мии наук. Закон Бер­нул­ли поз­во­ля­ет по­нять не­ко­то­рые яв­ле­ния, на­блю­да­е­мые при те­че­нии по­то­ка жид­ко­сти или газа.

В ка­че­стве при­ме­ра рас­смот­рим поток жид­ко­сти плот­но­стью ρ, те­ку­щей по на­кло­нен­ной под углом к го­ри­зон­ту трубе. Если жид­кость пол­но­стью за­пол­ня­ет трубу, то закон Бер­нул­ли вы­ра­жа­ет­ся сле­ду­ю­щим про­стым

урав­не­ни­ем:

ρgh + ρv²/2 + p = const

В этом урав­не­нии h – вы­со­та, на ко­то­рой на­хо­дит­ся вы­де­лен­ный объем жид­ко­сти, v  — ско­рость этого объ­е­ма, p  — дав­ле­ние внут­ри по­то­ка жид­ко­сти на дан­ной вы­со­те. За­пи­сан­ное урав­не­ние сви­де­тель­ству­ет о том, что сумма трех ве­ли­чин, пер­вая из ко­то­рых за­ви­сит от вы­со­ты, вто­рая  — от квад­ра­та ско­ро­сти, а тре­тья  — от дав­ле­ния, есть ве­ли­чи­на по­сто­ян­ная.

В част­но­сти, если жид­кость течет вдоль го­ри­зон­та­ли (то есть вы­со­та h не из­ме­ня­ет­ся), то участ­кам по­то­ка, ко­то­рые дви­жут­ся с боль­шей ско­ро­стью, со­от­вет­ству­ет мень­шее дав­ле­ние, и на­о­бо­рот. Это можно

про­де­мон­стри­ро­вать при по­мо­щи сле­ду­ю­ще­го про­сто­го при­бо­ра.

Про­те­ка­ние жид­ко­сти

через трубу с суже­ни­ем

Возь­мем го­ри­зон­таль­ную стек­лян­ную трубу, в цен­траль­ной части ко­то­рой сде­ла­но суже­ние (см. рис.). При­па­я­ем к от­вер­сти­ям в этой трубе три тон­ких стек­лян­ных тру­боч­ки – две около краев трубы (там, где она толще) и одну – в цен­траль­ной части трубы (там, где на­хо­дит­ся суже­ние). Рас­по­ло­жим эту трубу го­ри­зон­таль­но и будем про­пус­кать через нее воду под дав­ле­ни­ем – так, как по­ка­за­но стрел­кой на ри­сун­ке. Из на­прав­лен­ных вверх тру­бо­чек нач­нут бить фон­тан­чи­ки. По­сколь­ку пло­щадь по­пе­реч­но­го се­че­ния цен­траль­ной части трубы мень­ше, то ско­рость про­те­ка­ния воды через эту часть будет боль­ше, чем через левый и пра­вый участ­ки трубы. По этой при­чи­не в со­от­вет­ствии с за­ко­ном Бер­нул­ли дав­ле­ние в жид­ко­сти в цен­траль­ной части трубы будет мень­ше, чем в осталь­ных ча­стях трубы, и вы­со­та сред­не­го фон­тан­чи­ка будет мень­ше, чем край­них фон­тан­чи­ков.

Опи­сан­ное яв­ле­ние легко объ­яс­ня­ет­ся и с по­мо­щью вто­ро­го за­ко­на Нью­то­на. Дей­стви­тель­но, ча­сти­цы жид­ко­сти при пе­ре­хо­де из на­чаль­но­го участ­ка трубы в цен­траль­ный долж­ны уве­ли­чить свою ско­рость, то есть уско­рить­ся. Для этого на них долж­на дей­ство­вать сила, на­прав­лен­ная в сто­ро­ну цен­траль­ной части трубы. Эта сила пред­став­ля­ет собой раз­ность сил дав­ле­ния. Сле­до­ва­тель­но, дав­ле­ние в цен­траль­ной части трубы долж­но быть мень­ше, чем в ее на­чаль­ной части. Со­вер­шен­но ана­ло­гич­но рас­смат­ри­ва­ет­ся и пе­ре­ход жид­ко­сти из цен­траль­ной части трубы в ее ко­неч­ную часть, при ко­то­ром ча­сти­цы жид­ко­сти за­мед­ля­ют­ся.

При по­мо­щи за­ко­на Бер­нул­ли могут быть объ­яс­не­ны раз­но­об­раз­ные яв­ле­ния, воз­ни­ка­ю­щие при те­че­нии по­то­ков жид­ко­сти или газа. На­при­мер, из­вест­но, что двум боль­шим ко­раб­лям, дви­жу­щим­ся по­пут­ны­ми кур­са­ми, за­пре­ща­ет­ся про­хо­дить близ­ко друг от друга. При таком дви­же­нии между близ­ки­ми бор­та­ми ко­раб­лей воз­ни­ка­ет более быст­рый поток дви­жу­щей­ся воды, чем со сто­ро­ны внеш­них бор­тов. Вслед­ствие этого дав­ле­ние в по­то­ке воды между ко­раб­ля­ми ста­но­вит­ся мень­ше, чем сна­ру­жи, и воз­ни­ка­ет сила, ко­то­рая на­чи­на­ет под­тал­ки­вать ко­раб­ли друг к другу. Если рас­сто­я­ние между ко­раб­ля­ми мало, то может про­изой­ти их столк­но­ве­ние.

Ме­ха­ни­че­ские волны, рас­про­стра­ня­ю­щи­е­ся в Земле от оча­гов зем­ле­тря­се­ний или каких-ни­будь мощ­ных взры­вов, на­зы­ва­ют­ся сей­сми­че­ски­ми вол­на­ми.

Для ис­сле­до­ва­ния зем­ле­тря­се­ний и внут­рен­не­го стро­е­ния Земли наи­боль­ший ин­те­рес вы­зы­ва­ют два вида сей­сми­че­ских волн: про­доль­ные (волны сжа­тия) и по­пе­реч­ные. В от­ли­чие от про­доль­ных волн, по­пе­реч­ные волны не рас­про­стра­ня­ют­ся внут­ри жид­ко­стей и газов. Ско­рость этих волн в одном и том же ве­ще­стве раз­ная: про­доль­ные рас­про­стра­ня­ют­ся быст­рее по­пе­реч­ных. На­при­мер, на глу­би­не 500 км ско­рость по­пе­реч­ных сей­сми­че­ских волн при­мер­но 5 км/с, а ско­рость про­доль­ных волн: 10 км/с

Рас­про­стра­ня­ясь из очага зем­ле­тря­се­ния, пер­вы­ми на сей­сми­че­скую стан­цию при­хо­дят про­доль­ные волны, а спу­стя не­ко­то­рое время  — по­пе­реч­ные. Зная ско­рость рас­про­стра­не­ния сей­сми­че­ских волн в зем­ной коре и время за­паз­ды­ва­ния по­пе­реч­ной волны, можно опре­де­лить рас­сто­я­ние до цен­тра зем­ле­тря­се­ния. Для более точ­ных из­ме­ре­ний ис­поль­зу­ют дан­ные не­сколь­ких сей­сми­че­ских стан­ций. Еже­год­но на зем­ном шаре ре­ги­стри­ру­ют сотни тысяч зем­ле­тря­се­ний.

Сей­сми­че­ские волны ис­поль­зу­ют­ся для ис­сле­до­ва­ния глу­бо­ких слоев Земли. Когда сей­сми­че­ские волны про­хо­дят через среду, плот­ность и со­став ко­то­рой из­ме­ня­ют­ся, то ско­ро­сти волн также ме­ня­ют­ся, что про­яв­ля­ет­ся в пре­лом­ле­нии волн. В более плот­ных слоях Земли ско­рость волн воз­рас­та­ет; со­от­вет­ствен­но, воз­рас­та­ет угол пре­лом­ле­ния. Ха­рак­тер пре­лом­ле­ния сей­сми­че­ских волн поз­во­ля­ет ис­сле­до­вать плот­ность и внут­рен­нее стро­е­ние Земли. От­сут­ствие по­пе­реч­ных волн, про­шед­ших через цен­траль­ную об­ласть Земли, поз­во­ли­ло ан­глий­ско­му сей­смо­ло­гу Ол­дге­му сде­лать вывод о су­ще­ство­ва­нии жид­ко­го ядра Земли.

Сей­сми­че­ский метод от­ра­жен­ных волн ис­поль­зу­ет­ся для по­ис­ка по­лез­ных ис­ко­па­е­мых (на­при­мер, ме­сто­рож­де­ний нефти и газа). Этот метод ос­но­ван на от­ра­же­нии ис­кус­ствен­но со­здан­ной сей­сми­че­ской волны на гра­ни­це пород с раз­ны­ми плот­но­стя­ми. В сква­жи­не, про­бу­рен­ной в ис­сле­ду­е­мом рай­о­не, взры­ва­ют не­боль­шой заряд. Воз­ни­ка­ю­щая сей­сми­че­ская волна рас­про­стра­ня­ет­ся по всем на­прав­ле­ни­ям. До­стиг­нув гра­ниц ис­сле­ду­е­мой по­ро­ды, волна от­ра­жа­ет­ся и воз­вра­ща­ет­ся об­рат­но к зем­ной по­верх­но­сти, где ее «ловит» спе­ци­аль­ный при­бор (сей­смо­при­ем­ник).

Если взять тон­кую чи­стую стек­лян­ную труб­ку (она на­зы­ва­ет­ся ка­пил­ля­ром), рас­по­ло­жить ее вер­ти­каль­но и по­гру­зить ее ниж­ний конец в ста­кан с водой, то вода в труб­ке под­ни­мет­ся на не­ко­то­рую вы­со­ту над уров­нем воды в ста­ка­не. По­вто­ряя этот опыт с труб­ка­ми раз­ных диа­мет­ров и с раз­ны­ми жид­ко­стя­ми, можно уста­но­вить, что вы­со­та под­ня­тия жид­ко­сти в ка­пил­ля­ре по­лу­ча­ет­ся раз­лич­ной. В узких труб­ках одна и та же жид­кость под­ни­ма­ет­ся выше, чем в ши­ро­ких. При этом в одной и той же труб­ке раз­ные жид­ко­сти под­ни­ма­ют­ся на раз­ные вы­со­ты. Ре­зуль­та­ты этих опы­тов, как и еще целый ряд дру­гих эф­фек­тов и яв­ле­ний, объ­яс­ня­ют­ся на­ли­чи­ем по­верх­ност­но­го на­тя­же­ния жид­ко­стей.

Воз­ник­но­ве­ние по­верх­ност­но­го на­тя­же­ния свя­за­но с тем, что мо­ле­ку­лы жид­ко­сти могут вза­и­мо­дей­ство­вать как между собой, так и с мо­ле­ку­ла­ми дру­гих тел  — твер­дых, жид­ких и га­зо­об­раз­ных,  — с ко­то­ры­ми на­хо­дят­ся в со­при­кос­но­ве­нии. Мо­ле­ку­лы жид­ко­сти, ко­то­рые на­хо­дят­ся на ее по­верх­но­сти, «су­ще­ству­ют» в осо­бых усло­ви­ях  — они кон­так­ти­ру­ют и с дру­ги­ми мо­ле­ку­ла­ми жид­ко­сти, и с мо­ле­ку­ла­ми иных тел. По­это­му рав­но­ве­сие по­верх­но­сти жид­ко­сти до­сти­га­ет­ся тогда, когда об­ра­ща­ет­ся в ноль сумма всех сил вза­и­мо­дей­ствия мо­ле­кул, на­хо­дя­щих­ся на по­верх­но­сти жид­ко­сти, с дру­ги­ми мо­ле­ку­ла­ми. Если мо­ле­ку­лы, на­хо­дя­щи­е­ся на по­верх­но­сти жид­ко­сти, вза­и­мо­дей­ству­ют пре­иму­ще­ствен­но с мо­ле­ку­ла­ми самой жид­ко­сти, то жид­кость при­ни­ма­ет форму, име­ю­щую ми­ни­маль­ную пло­щадь сво­бод­ной по­верх­но­сти. Это свя­за­но с тем, что для уве­ли­че­ния пло­ща­ди сво­бод­ной по­верх­но­сти жид­ко­сти нужно пе­ре­ме­стить мо­ле­ку­лы жид­ко­сти из ее глу­би­ны на по­верх­ность, для чего не­об­хо­ди­мо «раз­дви­нуть» мо­ле­ку­лы, на­хо­дя­щи­е­ся на по­верх­но­сти, то есть со­вер­шить ра­бо­ту про­тив сил их вза­им­но­го при­тя­же­ния. Таким об­ра­зом, со­сто­я­ние жид­ко­сти с ми­ни­маль­ной пло­ща­дью сво­бод­ной по­верх­но­сти яв­ля­ет­ся наи­бо­лее вы­год­ным с энер­ге­ти­че­ской точки зре­ния. По­верх­ность жид­ко­сти ведет себя по­доб­но на­тя­ну­той упру­гой плен­ке  — она стре­мит­ся мак­си­маль­но со­кра­тить­ся. Имен­но с этим и свя­за­но по­яв­ле­ние тер­ми­на «по­верх­ност­ное на­тя­же­ние».

При­ве­ден­ное выше опи­са­ние можно про­ил­лю­стри­ро­вать при по­мо­щи опыта Плато. Если по­ме­стить каплю ани­ли­на в рас­твор по­ва­рен­ной соли, по­до­брав кон­цен­тра­цию рас­тво­ра так, чтобы капля пла­ва­ла внут­ри рас­тво­ра, на­хо­дясь в со­сто­я­нии без­раз­лич­но­го рав­но­ве­сия, то капля под дей­стви­ем по­верх­ност­но­го на­тя­же­ния при­мет ша­ро­об­раз­ную форму, по­сколь­ку среди

всех тел имен­но шар об­ла­да­ет ми­ни­маль­ной пло­ща­дью по­верх­но­сти при за­дан­ном объ­е­ме.

Если мо­ле­ку­лы, на­хо­дя­щи­е­ся на по­верх­но­сти жид­ко­сти, кон­так­ти­ру­ют с мо­ле­ку­ла­ми твер­до­го тела, то по­ве­де­ние жид­ко­сти будет за­ви­сеть от того, на­сколь­ко силь­но вза­и­мо­дей­ству­ют друг с дру­гом мо­ле­ку­лы жид­ко­сти и твер­до­го тела. Если силы при­тя­же­ния между мо­ле­ку­ла­ми жид­ко­сти и твер­до­го тела ве­ли­ки, то жид­кость будет стре­мить­ся рас­течь­ся по по­верх­но­сти твер­до­го тела. В этом слу­чае го­во­рят, что жид­кость хо­ро­шо сма­чи­ва­ет твер­дое тело (или пол­но­стью сма­чи­ва­ет его). При­ме­ром хо­ро­ше­го сма­чи­ва­ния может слу­жить вода, при­ве­ден­ная в кон­такт с чи­стым стек­лом. Капля воды, по­ме­щен­ная на стек­лян­ную пла­стин­ку, сразу же рас­те­ка­ет­ся по ней тон­ким слоем. Имен­но из-за хо­ро­ше­го сма­чи­ва­ния стек­ла водой и на­блю­да­ет­ся под­ня­тие уров­ня воды в тон­ких стек­лян­ных труб­ках. Если же силы при­тя­же­ния мо­ле­кул жид­ко­сти друг к другу зна­чи­тель­но пре­вы­ша­ют силы их при­тя­же­ния к мо­ле­ку­лам твер­до­го тела, то жид­кость будет стре­мить­ся при­нять такую форму, чтобы пло­щадь ее кон­так­та с твер­дым телом была как можно мень­ше. В этом слу­чае го­во­рят, что жид­кость плохо сма­чи­ва­ет твер­дое тело (или пол­но­стью не сма­чи­ва­ет его). При­ме­ром пло­хо­го сма­чи­ва­ния могут слу­жить капли ртути, по­ме­щен­ные на стек­лян­ную пла­стин­ку. Они при­ни­ма­ют форму почти сфе­ри­че­ских ка­пель, не­мно­го де­фор­ми­ро­ван­ных из-за дей­ствия силы тя­же­сти. Если опу­стить конец стек­лян­но­го ка­пил­ля­ра не в воду, а в сосуд с рту­тью, то ее уро­вень ока­жет­ся ниже уров­ня ртути в со­су­де.

Что про­изой­дет, если сосуд с не­ко­то­рым ко­ли­че­ством жид­ко­сти за­крыть крыш­кой? Наи­бо­лее быст­рые мо­ле­ку­лы воды, пре­одо­лев при­тя­же­ние со сто­ро­ны дру­гих мо­ле­кул, вы­ска­ки­ва­ют из воды и об­ра­зу­ют пар над вод­ной по­верх­но­стью. Этот про­цесс на­зы­ва­ет­ся ис­па­ре­ни­ем воды. С дру­гой сто­ро­ны, мо­ле­ку­лы во­дя­но­го пара, стал­ки­ва­ясь друг с дру­гом и с дру­ги­ми мо­ле­ку­ла­ми воз­ду­ха, слу­чай­ным об­ра­зом могут ока­зать­ся у по­верх­но­сти воды и пе­рей­ти об­рат­но в жид­кость. Это есть кон­ден­са­ция пара. В конце кон­цов при дан­ной тем­пе­ра­ту­ре про­цес­сы ис­па­ре­ния и кон­ден­са­ции вза­им­но ком­пен­си­ру­ют­ся, то есть уста­нав­ли­ва­ет­ся со­сто­я­ние тер­мо­ди­на­ми­че­ско­го рав­но­ве­сия. Во­дя­ной пар, на­хо­дя­щий­ся в этом слу­чае над по­верх­но­стью жид­ко­сти, на­зы­ва­ет­ся на­сы­щен­ным.

Дав­ле­ние на­сы­щен­но­го пара  — наи­боль­шее дав­ле­ние, ко­то­рое может иметь пар при дан­ной тем­пе­ра­ту­ре. При уве­ли­че­нии тем­пе­ра­ту­ры дав­ле­ние и плот­ность на­сы­щен­но­го пара уве­ли­чи­ва­ют­ся (см. рис.).

За­ви­си­мость плот­но­сти на­сы­щен­но­го во­дя­но­го пара от тем­пе­ра­ту­ры

Во­дя­ной пар ста­но­вит­ся на­сы­щен­ным при до­ста­точ­ном охла­жде­нии (про­цесс АВ) или в про­цес­се до­пол­ни­тель­но­го ис­па­ре­ния воды (про­цесс АС). При до­сти­же­нии со­сто­я­ния на­сы­ще­ния на­чи­на­ет­ся кон­ден­са­ция во­дя­но­го пара в воз­ду­хе и на телах, с ко­то­ры­ми он со­при­ка­са­ет­ся. Роль цен­тров кон­ден­са­ции могут иг­рать ионы, мель­чай­шие ка­пель­ки воды, пы­лин­ки, ча­стич­ки сажи и дру­гие мел­кие за­гряз­не­ния. Если убрать цен­тры кон­ден­са­ции, то можно по­лу­чить пе­ре­сы­щен­ный пар.

На свой­ствах пе­ре­сы­щен­но­го пара ос­но­ва­но дей­ствие ка­ме­ры Виль­со­на – при­бо­ра для ре­ги­стра­ции за­ря­жен­ных ча­стиц. След (трек) ча­сти­цы, вле­тев­шей в ка­ме­ру с пе­ре­сы­щен­ным паром, виден на фо­то­гра­фии как линия, вдоль ко­то­рой кон­ден­си­ру­ют­ся ка­пель­ки жид­ко­сти.

Длина трека ча­сти­цы за­ви­сит от за­ря­да, массы, на­чаль­ной энер­гии ча­сти­цы. Длина трека уве­ли­чи­ва­ет­ся с воз­рас­та­ни­ем на­чаль­ной энер­гии ча­сти­цы. Од­на­ко при оди­на­ко­вой на­чаль­ной энер­гии тя­же­лые ча­сти­цы об­ла­да­ют мень­ши­ми ско­ро­стя­ми, чем лег­кие. Мед­лен­но дви­жу­щи­е­ся ча­сти­цы вза­и­мо­дей­ству­ют с ато­ма­ми среды более эф­фек­тив­но и будут иметь мень­шую длину про­бе­га.

Уро­вень по­верх­но­сти оке­а­нов и морей пе­ри­о­ди­че­ски, при­бли­зи­тель­но два раза в те­че­ние суток, из­ме­ня­ет­ся. Эти ко­ле­ба­ния на­зы­ва­ют­ся при­ли­ва­ми и от­ли­ва­ми. Во время при­ли­ва уро­вень воды в оке­а­не по­сте­пен­но по­вы­ша­ет­ся и ста­но­вит­ся наи­выс­шим. При от­ли­ве уро­вень воды по­сте­пен­но по­ни­жа­ет­ся и ста­но­вит­ся наи­низ­шим. При при­ли­ве вода течет к бе­ре­гам, а при от­ли­ве  — от бе­ре­гов.

При­ли­вы и от­ли­вы об­ра­зу­ют­ся вслед­ствие вли­я­ния на Землю таких кос­ми­че­ских тел, как Луна и Солн­це. В со­от­вет­ствии с за­ко­ном все­мир­но­го тя­го­те­ния Луна и Земля при­тя­ги­ва­ют­ся друг к другу. Это при­тя­же­ние на­столь­ко ве­ли­ко, что по­верх­ность оке­а­на стре­мит­ся при­бли­зить­ся к Луне, про­ис­хо­дит при­лив. При дви­же­нии Луны во­круг Земли при­лив­ная волна как бы дви­жет­ся за ней. При до­ста­точ­ном уда­ле­нии Луны от того места, где был при­лив, волна отой­дет от бе­ре­га, и будет на­блю­дать­ся отлив.

При­тя­же­ние Земли Солн­цем также при­во­дит к об­ра­зо­ва­нию при­ли­вов и от­ли­вов. Од­на­ко по­сколь­ку рас­сто­я­ние от Земли до Солн­ца зна­чи­тель­но боль­ше рас­сто­я­ния от Земли до Луны, то воз­дей­ствие Солн­ца на вод­ную по­верх­ность Земли су­ще­ствен­но мень­ше.

При­ли­вы от­ли­ча­ют­ся друг от друга про­дол­жи­тель­но­стью и вы­со­той (ве­ли­чи­ной при­ли­ва).

Ве­ли­чи­на при­ли­вов до­ста­точ­но раз­но­об­раз­на. Тео­ре­ти­че­ски один лун­ный при­лив равен 0,53 м, сол­неч­ный  — 0,24 м, по­это­му самый боль­шой при­лив дол­жен быть равен 0,77 м. В от­кры­том оке­а­не, около ост­ро­вов, ве­ли­чи­на при­ли­вов близ­ка к этому зна­че­нию. У ма­те­ри­ков ве­ли­чи­на при­ли­вов ко­леб­лет­ся от 1,5 м до 2 м. Во внут­рен­них морях при­ли­вы очень не­зна­чи­тель­ны: в Чер­ном море  — 13 см, в Бал­тий­ском  — 4,8 см.

Зна­че­ние при­ли­вов очень ве­ли­ко для мор­ско­го су­до­ход­ства, для устрой­ства пор­тов. Каж­дая при­лив­ная волна несет боль­шую энер­гию, ко­то­рая может быть ис­поль­зо­ва­на.

Ле­ту­чие мыши обыч­но живут огром­ны­ми ста­я­ми в пе­ще­рах, в ко­то­рых они пре­крас­но ори­ен­ти­ру­ют­ся в пол­ной тем­но­те. Вле­тая и вы­ле­тая из пе­ще­ры, каж­дая мышь из­да­ет не­слы­ши­мые нами звуки. Од­но­вре­мен­но эти звуки из­да­ют ты­ся­чи мышей, но это никак не ме­ша­ет им пре­крас­но ори­ен­ти­ро­вать­ся в про­стран­стве в пол­ной тем­но­те и ле­тать, не стал­ки­ва­ясь друг с дру­гом. По­че­му ле­ту­чие мыши могут уве­рен­но ле­тать в пол­ней­шей тем­но­те, не на­ты­ка­ясь на пре­пят­ствия? Уди­ви­тель­ное свой­ство этих ноч­ных жи­вот­ных  — уме­ние ори­ен­ти­ро­вать­ся в про­стран­стве без по­мо­щи зре­ния  — свя­за­но с их спо­соб­но­стью ис­пус­кать и улав­ли­вать уль­тра­зву­ко­вые волны.

Ока­за­лось, что во время по­ле­та мышь из­лу­ча­ет ко­рот­кие сиг­на­лы на ча­сто­те около 80 кГц, а затем при­ни­ма­ет от­ра­жен­ные эхо-сиг­на­лы, ко­то­рые при­хо­дят к ней от бли­жай­ших пре­пят­ствий и от про­ле­та­ю­щих вб­ли­зи на­се­ко­мых.

Для того, чтобы сиг­нал был от­ра­жен пре­пят­стви­ем, наи­мень­ший ли­ней­ный раз­мер этого пре­пят­ствия дол­жен быть не мень­ше длины волны по­сы­ла­е­мо­го звука. Ис­поль­зо­ва­ние уль­тра­зву­ка поз­во­ля­ет об­на­ру­жить пред­ме­ты мень­ших раз­ме­ров, чем можно было бы об­на­ру­жить, ис­поль­зуя более низ­кие зву­ко­вые ча­сто­ты. Кроме того, ис­поль­зо­ва­ние уль­тра­зву­ко­вых сиг­на­лов свя­за­но с тем, что с умень­ше­ни­ем длины волны легче ре­а­ли­зу­ет­ся на­прав­лен­ность из­лу­че­ния, а это очень важно для эхо­ло­ка­ции.

Ре­а­ги­ро­вать на тот или иной объ­ект мышь на­чи­на­ет на рас­сто­я­нии по­ряд­ка 1 метра, при этом дли­тель­ность по­сы­ла­е­мых мышью уль­тра­зву­ко­вых сиг­на­лов умень­ша­ет­ся при­мер­но в 10 раз, а ча­сто­та их сле­до­ва­ния уве­ли­чи­ва­ет­ся до 100–200 им­пуль­сов (щелч­ков) в се­кун­ду. То есть, за­ме­тив объ­ект, мышь на­чи­на­ет щел­кать более часто, а сами щелч­ки ста­но­вят­ся более ко­рот­ки­ми. Наи­мень­шее рас­сто­я­ние, ко­то­рое мышь может опре­де­лить таким об­ра­зом, со­став­ля­ет при­мер­но 5 см.

Во время сбли­же­ния с объ­ек­том охоты ле­ту­чая мышь как бы оце­ни­ва­ет угол между на­прав­ле­ни­ем своей ско­ро­сти и на­прав­ле­ни­ем на ис­точ­ник от­ра­жен­но­го сиг­на­ла и из­ме­ня­ет на­прав­ле­ние по­ле­та так, чтобы этот угол ста­но­вил­ся все мень­ше и мень­ше.

Между дав­ле­ни­ем и точ­кой за­мер­за­ния (плав­ле­ния) воды на­блю­да­ет­ся ин­те­рес­ная за­ви­си­мость (см. таб­ли­цу).

С по­вы­ше­ни­ем дав­ле­ния до 2200 ат­мо­сфер тем­пе­ра­ту­ра плав­ле­ния па­да­ет: с уве­ли­че­ни­ем дав­ле­ния на каж­дую ат­мо­сфе­ру она по­ни­жа­ет­ся при­мер­но на 0,0075 °С. При даль­ней­шем уве­ли­че­нии дав­ле­ния точка за­мер­за­ния воды на­чи­на­ет расти: при дав­ле­нии 20 670 ат­мо­сфер вода за­мер­за­ет при 76 °С. В этом слу­чае будет на­блю­дать­ся го­ря­чий лед.

При нор­маль­ном ат­мо­сфер­ном дав­ле­нии объем воды при за­мер­за­нии вне­зап­но воз­рас­та­ет при­мер­но на 11%. В за­мкну­том про­стран­стве такой про­цесс при­во­дит к воз­ник­но­ве­нию из­бы­точ­но­го дав­ле­ния до 2500 атм. Вода, за­мер­зая, раз­ры­ва­ет гор­ные по­ро­ды, дро­бит мно­го­тон­ные глыбы.

В 1850 г ан­глий­ский физик М. Фа­ра­дей об­на­ру­жил, что два влаж­ных куска льда при 0 °С, бу­дучи при­жа­ты друг к другу, проч­но со­еди­ня­ют­ся или смер­за­ют­ся. Од­на­ко, по Фа­ра­дею, этот эф­фект не на­блю­дал­ся с су­хи­ми кус­ка­ми льда при тем­пе­ра­ту­ре ниже 0 °С. Позже он на­звал это яв­ле­ние ре­же­ля­ци­ей.

В 1871 г ан­гли­ча­нин Дж.-Т. Бот­том­ли про­де­мон­стри­ро­вал по­доб­ное яв­ле­ние на дру­гом опыте. По­ста­вив на два стол­би­ка ле­дя­ной бру­сок и пе­ре­ки­нув через него тон­кую сталь­ную про­во­ло­ку (диа­мет­ром 0,2 мм), к ко­то­рой был под­ве­шен груз мас­сой около 1 кг (рис. а), Бот­том­ли на­блю­дал при тем­пе­ра­ту­ре чуть выше нуля, как в те­че­ние не­сколь­ких часов про­во­ло­ка про­ре­за­ла лед и груз упал. При этом ле­дя­ной бру­сок остал­ся целым и не­вре­ди­мым, и лишь там, где про­хо­ди­ла про­во­ло­ка, об­ра­зо­вал­ся тон­кий слой не­про­зрач­но­го льда. Если бы мы в те­че­ние этих часов не­пре­рыв­но на­блю­да­ли за про­во­ло­кой, то уви­де­ли бы, как по­сте­пен­но она опус­ка­ет­ся, как бы раз­ре­зая лед (рис. б, в, г), при этом выше про­во­ло­ки ни­ка­ко­го раз­ре­за не оста­ет­ся  — бру­сок ока­зы­ва­ет­ся мо­но­лит­ным.

Дол­гое время ду­ма­ли, что лед под лез­ви­я­ми конь­ков тает по­то­му, что ис­пы­ты­ва­ет силь­ное дав­ле­ние, тем­пе­ра­ту­ра плав­ле­ния льда по­ни­жа­ет­ся, и лед пла­вит­ся. Од­на­ко рас­че­ты по­ка­зы­ва­ют, что че­ло­век мас­сой 60 кг, стоя на конь­ках, ока­зы­ва­ет на лед дав­ле­ние, при ко­то­ром тем­пе­ра­ту­ра плав­ле­ния льда под конь­ка­ми умень­ша­ет­ся при­мер­но на 0,1 °С, что явно не­до­ста­точ­но для ка­та­ния, на­при­мер, при –10 °С.

Ме­ха­ни­че­ские волны, рас­про­стра­ня­ю­щи­е­ся в Земле от оча­гов зем­ле­тря­се­ний или каких-ни­будь мощ­ных взры­вов, на­зы­ва­ют­ся сей­сми­че­ски­ми вол­на­ми.

Для ис­сле­до­ва­ния зем­ле­тря­се­ний и внут­рен­не­го стро­е­ния Земли наи­боль­ший ин­те­рес вы­зы­ва­ют два вида сей­сми­че­ских волн: про­доль­ные (волны сжа­тия) и по­пе­реч­ные. В от­ли­чие от про­доль­ных волн, по­пе­реч­ные волны не рас­про­стра­ня­ют­ся внут­ри жид­ко­стей и газов. Ско­рость этих волн в одном и том же ве­ще­стве раз­ная: про­доль­ные рас­про­стра­ня­ют­ся быст­рее по­пе­реч­ных. На­при­мер, на глу­би­не 500 км ско­рость по­пе­реч­ных сей­сми­че­ских волн при­мер­но 5 км/с, а ско­рость про­доль­ных волн: 10 км/с

Рас­про­стра­ня­ясь из очага зем­ле­тря­се­ния, пер­вы­ми на сей­сми­че­скую стан­цию при­хо­дят про­доль­ные волны, а спу­стя не­ко­то­рое время  — по­пе­реч­ные. Зная ско­рость рас­про­стра­не­ния сей­сми­че­ских волн в зем­ной коре и время за­паз­ды­ва­ния по­пе­реч­ной волны, можно опре­де­лить рас­сто­я­ние до цен­тра зем­ле­тря­се­ния. Для более точ­ных из­ме­ре­ний ис­поль­зу­ют дан­ные не­сколь­ких сей­сми­че­ских стан­ций. Еже­год­но на зем­ном шаре ре­ги­стри­ру­ют сотни тысяч зем­ле­тря­се­ний.

Сей­сми­че­ские волны ис­поль­зу­ют­ся для ис­сле­до­ва­ния глу­бо­ких слоев Земли. Когда сей­сми­че­ские волны про­хо­дят через среду, плот­ность и со­став ко­то­рой из­ме­ня­ют­ся, то ско­ро­сти волн также ме­ня­ют­ся, что про­яв­ля­ет­ся в пре­лом­ле­нии волн. В более плот­ных слоях Земли ско­рость волн воз­рас­та­ет; со­от­вет­ствен­но, воз­рас­та­ет угол пре­лом­ле­ния. Ха­рак­тер пре­лом­ле­ния сей­сми­че­ских волн поз­во­ля­ет ис­сле­до­вать плот­ность и внут­рен­нее стро­е­ние Земли. От­сут­ствие по­пе­реч­ных волн, про­шед­ших через цен­траль­ную об­ласть Земли, поз­во­ли­ло ан­глий­ско­му сей­смо­ло­гу Ол­дге­му сде­лать вывод о су­ще­ство­ва­нии жид­ко­го ядра Земли.

Сей­сми­че­ский метод от­ра­жен­ных волн ис­поль­зу­ет­ся для по­ис­ка по­лез­ных ис­ко­па­е­мых (на­при­мер, ме­сто­рож­де­ний нефти и газа). Этот метод ос­но­ван на от­ра­же­нии ис­кус­ствен­но со­здан­ной сей­сми­че­ской волны на гра­ни­це пород с раз­ны­ми плот­но­стя­ми. В сква­жи­не, про­бу­рен­ной в ис­сле­ду­е­мом рай­о­не, взры­ва­ют не­боль­шой заряд. Воз­ни­ка­ю­щая сей­сми­че­ская волна рас­про­стра­ня­ет­ся по всем на­прав­ле­ни­ям. До­стиг­нув гра­ниц ис­сле­ду­е­мой по­ро­ды, волна от­ра­жа­ет­ся и воз­вра­ща­ет­ся об­рат­но к зем­ной по­верх­но­сти, где ее «ловит» спе­ци­аль­ный при­бор (сей­смо­при­ем­ник).

Мер­ку­рий

Изу­че­ние пла­нет Сол­неч­ной си­сте­мы ме­ня­ло взгляд че­ло­ве­ка на мир во­круг него и по­ни­ма­ние места Земли во Все­лен­ной.

Ис­то­рия наших зна­ний о Мер­ку­рии ухо­дит кор­ня­ми в глу­бо­кую древ­ность, по сути это одна из пер­вых пла­нет, из­вест­ных че­ло­ве­че­ству. Мер­ку­рий на­блю­да­ли еще в древ­нем Шу­ме­ре, одной из пер­вых раз­ви­тых ци­ви­ли­за­ций на Земле. Про­ис­хож­де­ние на­зва­ния пла­не­ты идет от рим­лян, ко­то­рые на­зва­ли пла­не­ту в честь ан­тич­но­го бога Мер­ку­рия (в гре­че­ском ва­ри­ан­те Гер­ме­са), по­кро­ви­те­ля тор­гов­ли, ре­ме­сел, а также по­слан­ца дру­гих олим­пий­ских богов. С чем свя­за­на такая ас­со­ци­а­ция? Год на пла­не­те длит­ся всего 88 дней, Мер­ку­рий  — самая быст­рая пла­не­та.

Мер­ку­рий  — это бли­жай­шая к Солн­цу и самая ма­лень­кая пла­не­та Сол­неч­ной си­сте­мы. Не­ко­то­рые ха­рак­те­ри­сти­ки пла­не­ты пред­став­ле­ны в таб­ли­це.

Ха­рак­те­ри­сти­ки Мер­ку­рия

Сни­мок по­верх­но­сти Мер­ку­рия, сде­лан­ный с

ис­сле­до­ва­тель­ско­го зонда «Мес­сен­джер»

При про­ле­те мимо Мер­ку­рия кос­ми­че­ско­го ап­па­ра­та «Ма­ри­нер-10», за­пу­щен­но­го в 1973 году, было уста­нов­ле­но на­ли­чие у пла­не­ты пре­дель­но раз­ре­жен­ной ат­мо­сфе­ры, дав­ле­ние ко­то­рой в 5 · 10¹¹ раз мень­ше дав­ле­ния зем­ной ат­мо­сфе­ры. В таких усло­ви­ях атомы чаще стал­ки­ва­ют­ся с по­верх­но­стью пла­не­ты, чем друг с дру­гом. Ат­мо­сфе­ру со­став­ля­ют атомы, за­хва­чен­ные из сол­неч­но­го ветра или вы­би­тые сол­неч­ным вет­ром с по­верх­но­сти,  — гелий, на­трий, кис­ло­род, калий, аргон, во­до­род. Име­ю­щей­ся у Мер­ку­рия гра­ви­та­ции не­до­ста­точ­но для под­дер­жа­ния плот­ной ат­мо­сфе­ры.

По­верх­ность Мер­ку­рия ис­пещ­ре­на удар­ны­ми кра­те­ра­ми от воз­дей­ствия ме­тео­ри­тов и комет и на­по­ми­на­ет по­верх­ность Луны (см. фото).

Рыбы-брыз­гу­ны

Рыбы-брыз­гу­ны, род лу­че­пе­рых рыб се­мей­ства Toxotidae от­ря­да оку­не­об­раз­ных, от­ли­ча­ют­ся спо­соб­но­стью брыз­гать водой из-под воды в воз­дух с целью сбить и впо­след­ствии съесть на­се­ко­мых, упав­ших в воду.

Рыбы-брыз­гу­ны от­ли­ча­ют­ся мет­ко­стью, прак­ти­че­ски все­гда по­ра­жая «плев­ком» воды свою цель. Длина «вы­стре­ла» со­став­ля­ет 1−2 метра в за­ви­си­мо­сти от раз­ме­ра рыбы. Для стрель­бы водой брыз­гун за­ми­ра­ет у по­верх­но­сти воды прямо под жерт­вой вверх го­ло­вой и рез­ким дви­же­ни­ем жа­бер­ных кры­шек на­прав­ля­ет воду на жерт­ву.

Чтобы разо­брать­ся в ме­ха­низ­ме та­ко­го уни­каль­но­го спо­со­ба охоты, фи­зи­ки за­сня­ли про­цесс охоты по­ло­са­то­го брыз­гу­на на сверх­ско­рост­ную ви­део­ка­ме­ру со ско­ро­стью съем­ки 1000 кад­ров в се­кун­ду и по­лу­чи­ли ди­на­ми­че­ские ха­рак­те­ри­сти­ки струи (см. ри­су­нок). Ана­лиз ви­део­кад­ров по­ка­зал, что струя вы­ле­та­ет изо рта брыз­гу­на с боль­шим уско­ре­ни­ем. Уско­ре­ние быст­ро умень­ша­ет­ся и па­да­ет до нуля за 15 мс, ско­рость вы­плю­ну­той рыбой воды при этом до­сти­га­ет 4 м/с. В про­цес­се «плев­ка» рыба по­сте­пен­но уве­ли­чи­ва­ет ско­рость вы­пле­вы­ва­е­мой жид­ко­сти, по­лу­ча­ет­ся, что на­ча­ло вы­пу­щен­ной струи дви­жет­ся с мень­шей ско­ро­стью, чем ее окон­ча­ние. В струе можно вы­де­лить боль­шую го­лов­ную часть (дви­жу­щу­ю­ся с мень­шей ско­ро­стью) и тон­кий «хвост» (дви­жу­щий­ся с боль­шей ско­ро­стью). Перед по­па­да­ни­ем в цель масса и раз­мер го­лов­ной части струи уве­ли­чи­ва­ют­ся за счет пе­ре­те­ка­ния жид­ко­сти из хво­сто­вой части, а длина хво­сто­вой части умень­ша­ет­ся. Это поз­во­ля­ет по­ра­зить на­се­ко­мое мак­си­маль­ным ко­ли­че­ством жид­ко­сти за ми­ни­маль­ное время. По рас­че­там уче­ных струя воды в мо­мент удара о на­се­ко­мое дей­ству­ет на него с силой около 200 мН. Сред­нее на­се­ко­мое (на­при­мер, муха или клоп) мас­сой около 100 мг обыч­но цеп­ля­ет­ся за ветку с силой при­мер­но 20 мН. Таким об­ра­зом, сила струи при ударе почти на по­ря­док пре­вы­ша­ет силу, с ко­то­рой жерт­ва хва­та­ет­ся за ветку, что объ­яс­ня­ет лег­кость, с ко­то­рой сби­ва­ет­ся на­се­ко­мое.

Ад­сорб­ция

Твер­дое тело, на­хо­дя­ще­е­ся в газе, все­гда по­кры­то слоем мо­ле­кул газа, не­ко­то­рое время удер­жи­ва­ю­щих­ся на нем мо­ле­ку­ляр­ны­ми си­ла­ми. Это яв­ле­ние на­зы­ва­ет­ся ад­сорб­ция. Ко­ли­че­ство ад­сор­би­ро­ван­но­го газа за­ви­сит от пло­ща­ди по­верх­но­сти, на ко­то­рой могут ад­сор­би­ро­вать­ся мо­ле­ку­лы. Ад­сор­би­ру­ю­щая по­верх­ность осо­бен­но ве­ли­ка у по­ри­стых ве­ществ, про­ни­зан­ных мно­же­ством мел­ких ка­на­лов. Ко­ли­че­ство ад­сор­би­ро­ван­но­го газа за­ви­сит также от при­ро­ды газа и от хи­ми­че­ско­го со­ста­ва твер­до­го тела.

Одним из при­ме­ров ве­ществ-ад­сор­бен­тов яв­ля­ет­ся ак­ти­ви­ро­ван­ный уголь, то есть уголь, осво­бож­ден­ный от смо­ли­стых при­ме­сей про­ка­ли­ва­ни­ем. В про­мыш­лен­но­сти хо­ро­ший ак­ти­ви­ро­ван­ный уголь по­лу­ча­ют из оре­хо­вой скор­лу­пы (ко­ко­со­вой), из ко­сто­чек не­ко­то­рых пло­до­вых куль­тур.

Клас­си­че­ским при­ме­ром ис­поль­зо­ва­ния ад­сор­би­ру­ю­щих свойств ак­ти­ви­ро­ван­но­го угля яв­ля­ет­ся про­ти­во­газ. Филь­тры, со­дер­жа­щие ак­ти­ви­ро­ван­ный уголь, при­ме­ня­ют­ся во мно­гих со­вре­мен­ных устрой­ствах для очист­ки пи­тье­вой воды. Ак­ти­ви­ро­ван­ный уголь при­ме­ня­ет­ся в хи­ми­че­ской, фар­ма­цев­ти­че­ской и пи­ще­вой про­мыш­лен­но­сти. В ме­ди­ци­не про­цесс вы­ве­де­ния из ор­га­низ­ма чу­же­род­ных ве­ществ, по­па­да­ю­щих в него из окру­жа­ю­щей среды, или об­ра­зо­вав­ших­ся в самом ор­га­низ­ме ток­си­че­ских про­дук­тов об­ме­на, на­зы­ва­ет­ся эн­те­ро­сорб­ция. Ле­кар­ствен­ные сред­ства, по­гло­ща­ю­щие и вы­во­дя­щие из же­лу­доч­но­ки­шеч­но­го трак­та вред­ные, ток­сич­ные для ор­га­низ­ма ве­ще­ства, на­зы­ва­ют эн­те­ро­сор­бен­та­ми. Эф­фек­тив­ность эн­те­ро­сор­бен­тов за­ви­сит от пло­ща­ди их ак­тив­ной по­верх­но­сти. При за­дан­ной массе эн­те­ро­сор­бен­та пло­щадь ак­тив­ной по­верх­но­сти об­рат­но про­пор­ци­о­наль­на раз­ме­ру его ча­стиц: чем мень­ше раз­ме­ры ча­стиц, тем боль­ше сум­мар­ная пло­щадь их ак­тив­ной по­верх­но­сти.