Космос у тебя дома
Шрифт:
Наполните стакан до краев водой и продолжайте пипеткой осторожно по капле добавлять воду. Вы увидите, как поверхность воды в стакане начнет подниматься над краями и вздуется, как бы удерживаемая незримой пленкой. Вы добавляете воду, «пленка» не выдерживает напора, и вода течет по краю стакана.
Вы, наверное, наблюдали летом, как по поверхности открытых водоемов со стоячей водой, а иногда и просто луж бегают насекомые — водомерки. Поверхность воды под их ножками хотя и вдавливается, но никогда не прорывается.
Даже тяжелые по сравнению с водой предметы, такие, как иголка и лезвие безопасной бритвы, могут лежать на ее поверхности. Нужно только предварительно смазать их очень тонким слоем жира, чтобы вода не могла их смочить. Положите осторожно лезвие на поверхность воды, и оно будет плавать; будет видно, что водная поверхность слегка вдавилась под его тяжестью.
Чтобы проследить, как ведут себя силы поверхностного натяжения, если их в одном каком-то месте ослабить, проделаем такой опыт.
Припудрим поверхность воды в стакане зубным порошком, хорошо перетирая его пальцами. Получится ровная белая поверхность. Наберите в пипетку мыльную воду (она имеет очень слабое поверхностное натяжение) и капните в центр белого круга одну каплю. На ваших глазах в месте падения капли образуется свободное от порошка темное круглое пространство. Мыльная капля ослабила в месте своего падения поверхностное натяжение, покрытой порошком воды, и поверхность воды передвинулась к краям стакана.
Частичная потеря веса
Когда вы купаетесь в бассейне, реке или море, вы чувствуете, что ваше тело стало легче, вы даже можете лежать на спине, затрачивая небольшие усилия, чтобы держаться на поверхности воды.
Проделаем опыт, который покажет, как физическое тело может стать легче.
Возьмите пружинные весы, а если их у вас нет, приспособьте для опыта тугую резиновую полоску, прикрепленную к верхнему концу дощечки, на которой карандашом можно будет сделать отметки при растяжении резины.
Прицепите к весам какой-либо груз, например камень. Допустим, вес его два килограмма. Если вы пользуетесь самодельным прибором, то отметьте карандашом, насколько растянулась резина.
Затем возьмите ведро, наполните его до краев водой и поставьте в таз. В ведро опустите груз, подвешенный к весам. Как только груз полностью опустится в воду, из ведра перестанет вытекать вода. Весы или натяжение резины покажут, что вес груза значительно уменьшился.
Но это уменьшение веса произошло за счет веса той воды, которую вытеснил из ведра груз. Если взвесить вылившуюся из ведра в таз воду, то окажется, что она весит как раз столько, на сколько легче стал груз, когда он очутился в воде.
Как вы уже догадались, этот опыт иллюстрирует закон Архимеда.
Описанным способом можно легко определить объем какого-либо предмета, если иначе его объем не определишь. Нужно только полностью погрузить этот предмет в воду (конечно, при условии, что вода его не испортит), а затем замерить объем вылившейся воды. Если предмет небольшой, то вода из сосуда может не выливаться. Измерив уровни воды до погружения предмета и после, можно подсчитать ее объем.
Жидкий шар
Вы знаете, что жидкости всегда принимают форму тех сосудов или водоемов, где они находятся. Большое количество воды под влиянием своего веса моментально растечется, если ее вылить из сосуда.
Ну, а если вода вдруг станет невесомой, какую форму она примет при удалении ее из сосуда, в котором она хранилась?
Рассмотрим сначала маленькие количества воды — капли. Капли очень легкие, вес почти не искажает их шарообразную форму или искажает мало, делая их чуть приплюснутыми. Водяные шарики — капли можно наблюдать на листьях растений или на материи, которая не впитывает воду. Чем меньше по размеру капля, тем она шарообразнее. В воздухе капли дождя почти шарики. Во время свободного падения они находятся в состоянии невесомости, а поверхностное натяжение, стремясь создать наименьшую поверхность, придает им почти шарообразную форму.
Проделаем интересный старинный опыт. Для жидкости будут созданы такие же условия, какие бывают при состоянии невесомости. Во время этого опыта вы сможете наблюдать естественную форму жидкости уже не на маленьких капельках, а на шарике около двух сантиметров в диаметре.
Для этого опыта нам понадобятся: денатурированный спирт, а если его нет, тройной одеколон, вода, немного подсолнечного или хлопкового масла, пипетка и небольшая рюмка.
Накапайте в рюмку несколько капель масла, затем налейте в нее до половины денатурированного спирта или тройного одеколона. Масло тяжелее спирта, поэтому оно соберется на дне рюмки. Теперь понемногу подливайте в рюмку воду, осторожно помешивая спирт палочкой, чтобы он равномерно смешался с водой. Скоро вы увидите, как масляный шарик, оторвавшись от дна, станет медленно подниматься. Теперь прекратите подливать воду и добавьте в рюмку немного спирта или одеколона. Нужно добиться, чтобы масляный шарик немного опустился, «повис» в рюмке на некоторой глубине.
Это произойдет, когда удельные веса масла и смеси спирта с водой станут одинаковыми.
Наберите в пипетку немного масла и введите его в масляный шарик. Проделав это несколько раз, вы увидите, что шарик в рюмке становится все больше и больше. Наблюдать его лучше всего сверху, а не через изогнутое, искажающее форму стекло рюмки.
Если вы попытаетесь палочкой изменить форму шара в рюмке, он через несколько секунд снова примет прежнюю форму.
Под действием силы поверхностного натяжения масло образует самую маленькую поверхность — поверхность шара.
Но давайте немного пофантазируем. Представим себе, что мы находимся в кабине космического корабля или на орбитальной станции, где все находится в состоянии невесомости.
Для этого воображаемого опыта, который собираемся проделать, мы захватили с собой стакан, наполненный водой. Но как бы мы ни переворачивали стакан, вода из него не выльется. Поэтому нам придется слегка тряхнуть стакан, не очень сильно, но чтобы вода «вылезла» из него. Поколыхавшись в воздухе, вода примет форму шара. В состоянии невесомости даже большое количество воды, ну, например, такое, какое помещается в ведре, может принять форму шара. И если нет никакого движения воздуха, в кабине корабля будет плавать большой водяной шар. Вода, освобожденная от веса, наконец примет свою естественную форму.