Наглядная физика
Чем выше столб воды, тем больше ее давление. На этом принципе, например, основана работа водонапорных башен.
Взгляните на рисунок 1. Три консервные банки (две верхние — без дна) спаяны вместе и составляют высокий резервуар. У нижнего края каждой банки пробиты отверстия и впаяны латунные трубки одинаковой длины. Внутренний диаметр трубок тоже одинаков — 4—5 мм. С одной стороны к трубкам кусочками резиновых шлангов присоединены изогнутые стеклянные трубки — они показывают уровень воды. Для жесткости скрепите их между собой медной проволокой диаметром 1,5—2 мм и конец его припаяйте к верхней банке. С другой стороны заткните трубки резиновыми пробочками с приделанными к ним прочными нитками.
Налейте в резервуар воды доверху и, придерживая прибор, резким движением дерните за нитки, соединенные с пробками. Понаблюдайте за траекториями струй и за водомерными трубками.
Когда в школе изучают явление диффузии, ребята обычно трудно представляют, что движение молекул одинаково как вниз, так и вверх. Прибор, показанный на рисунке 2, помогает уяснить это явление.
Укрепите на деревянной панели проволочной держалкой три стеклянные трубки диаметром 30—45 мм и длиной 400 мм. Место установки трубок заделайте герметично, чтобы из них не вытекала жидкость Налейте в трубки раствор чистой поваренной соли в кипяченой или дистиллированной воде (1 столовая ложка соли на стакан воды). Разведите пасту от шариковых ручек (красную, зеленую и синюю) в ацетоне. Наберите растворенный краситель в ливер (это стеклянная трубочка с утолщением) или в длинную пипетку и осторожно введите в соленую воду — в первую трубку на дно, во вторую — посередине, в третью — у самой поверхности. В каждую трубку нужно ввести примерно 10—15 г растворенного красителя.
Поставьте прибор в лабораторный шкаф. Через 3—4 дня можно будет убедиться, что диффузия одинакова во всех направлениях (в данном случае вверх и вниз).
Трубки в этом приборе можно заменить большими мензурками тогда легче будет отмечать скорость диффузии.
Прибор для демонстрации отражения и поглощения лучистой энергии показан на рисунке 3. Возьмите две одинаковые консервные банки, запаяйте их наглухо предварительно выправленными крышками. В крышках проделайте отверстия и впаяйте в них трубки из латуни или меди диаметром 6—8 мм и длиной 25—40 мм. Дно одной из банок закрасьте черной краской или в крайнем случае тушью. Дно другой банки остается неокрашенным, блестящим.
Стеклянные трубки диаметром 6— 8 мм и длиной 600—700 мм согните над газовой или спиртовой горелкой, как показано на рисунке. Готовые детали прибора укрепите на 2 фанерной подставке хомутиками из медной проволоки. Хомутики нужно предварительно обмотать нитками или надеть на них кусочки хлорвиниловых трубочек. Банки на верхней панели закрепите припаянными к ним проволочными стержнями или винтами.
Налейте в стеклянные трубки одинаковое количество подкрашенной жидкости, соедините латунные трубки банок со стеклянными трубками кусочками резинового шланга.
Поместите между банками, ровно посередине, лампу мощностью 15—25 вт. Банка, дно которой окрашено в черный цвет, будет сильнее поглощать лучистую энергию и больше нагреваться, чем другая банка. Нагретый воздух в банках будет давить на поверхность жидкости в трубках, но неодинаково: в трубке, присоединенной к окрашенной банке, столбик жидкости поднимется выше.
Уберите лампочку, дайте прибору остыть и поместите между банками стакан горячей воды. Снова уровень жидкости будет неодинаков: окрашенная банка лучше поглощает не только свет, но и невидимое тепловое излучение.
Газовая турбина, изображенная на рисунке 4, помогает осмыслить движение нагретого воздуха.
На деревянной подставке укрепите патрон для лампы, присоедините шнур с вилкой для включения в сеть. На этой же подставке укрепите изогнутый держатель из стальной проволоки диаметром 5—6 мм с хорошо заостренным верхним концом. Цилиндр турбины сделайте из подходящей консервной банки. В торце ее прорубите лопасти и отогните в одну сторону под углом в 30° к горизонтали На рисунке, чтобы яснее показать разметку лопастей, художник показал отогнутыми только три из них, но вы отогните все.
Чтобы облегчить турбину, можно цилиндр склеить из плотной чертежной бумаги и только вертушку сделать из жести В центре вертушки ровне заостренной палочкой (но не гвоздем) сделайте небольшую вмятину — в нее вы вставите конец держателя.
Ввинтите в патрон лампу мощностью 150—200 вт, наденьте турбину на держатель и включите лампу. Турбина начнет вращаться.
На рисунке 5 изображен поплавок, который позволяет выяснить условия плавания тела при изменении положения его центра тяжести, а также показывает действие сил поверхностного натяжения.
Корпус поплавка сделайте из жести. Насыпьте в него мелких металлических деталей — гаек, шайб, винтов — так, чтобы он высовывался из воды на 5 — 8 мм. При этом учтите, что вы еще припаяете к поплавку крышку со стержнем, на котором укреплена шайба из тонкой жести.
Если положение грузиков в цилиндре таково, что центр тяжести поплавка находится на его оси, поплавок будет стоять прямо. Если грузики сместить, поплавок наклонится.
Погрузите поплавок под воду так, чтобы шайба на стержне соприкоснулась с поверхностью воды. Сила поверхностного натяжения окажется больше выталкивающей силы воды, и поплавок не всплывет.
Конус с балансирами (рис. 6) демонстрирует явление устойчивости при центре тяжести, расположенном ниже точки опоры.
Конус сделайте из жести. Шары балансира выточите из березы или бука. Проточите в них углубления для свинцовых грузиков.
Коромысло балансира — изогнутая стальная проволока. Там, где она проходит сквозь конус, припаяйте ее к жести.
Л. Африн.
Журнал “Юный техник”