Природоведение. Природа. Неживая и живая. 5 класс
Шрифт:
§ 17. Свойства воздуха
Приходилось ли вам когда-либо погружать в воду опрокинутый вверх дном стакан и наблюдать за уровнем воды в нем (рис. 39)?
Рис. 39. Опыт, доказывающий свойство воздуха занимать пространство
Вы не задавали себе вопроса, почему вода не заполняет стакан полностью? Да потому, что воздух занимает пространство. Свойство воздуха занимать пространство используется при различных работах под водой. Чтобы человек мог выполнять работу на дне реки, озера, водохранилища без специального костюма, ученые создали устройство – водолазный колокол (рис. 40).
Рис. 40. Водолазный колокол
Для работы под водой водолазный колокол вместе с людьми, приборами и инструментами погружают в воду посредством лебедки или подъемного крана. Под колоколом находится воздух, и он не дает воде заполнить его. Но этого воздуха для долгой работы людей под водой недостаточно. Чтобы воздух постоянно поступал, на берегу или корабле ставят мощные насосы, которые и подают воздух под колокол.
При строительстве мостов через большие водные преграды (реки, водохранилища) используют другие специальные устройства – кессоны (в переводе с французского «кессон» означает ящик). Это тяжелый, громадный ящик, открытый снизу. Его нижние края изготавливают из прочного металла и делают их острыми. Кессон опускают на дно водоема. Острыми краями, под собственной тяжестью, он заглубляется в рыхлый грунт. В кессон накачивают воздух, который не дает воде и жидкой грязи войти внутрь. Сжатым воздухом выдавливается вся вода из кессона. Работы по удалению мягкого грунта внутри него проводятся до тех пор, пока не будет достигнут твердый слой. Рабочие покидают кессон, а его заполняют бетоном. Когда бетон затвердеет, он становится фундаментом для постройки опор моста.
Воздух обладает такими свойствами, как сжимаемость и упругость.
В транспорте мы часто слышим слова: «Двери закрываются!» На следующей остановке сжатый воздух откроет их. Другой пример – воздушные тормоза. Они применяются на поездах. Воздушный тормоз приводится в движение сжатым воздухом, который имеется в камере, расположенной под вагоном. Воздух в камеру поступает из специального насоса, расположенного в электропоезде или тепловозе. Чтобы остановить поезд, машинист включает тормозное устройство. Раздается шипение, тормозные колодки, словно стальные ладони, сжимают колеса сразу всех вагонов, и поезд останавливается.
В конце XVI в. появилось духовое ружье. Его продолжают использовать и в XXI в. как незаменимое оружие для подводной охоты (рис. 41).
Рис. 41. Ружье для подводной охоты с гарпуном; оно приводится в действие сжатым воздухом
1. Докажите, что воздух занимает пространство.
2. Как вы думаете, почему в ружьях для подводной охоты используют именно сжатый воздух, а не порох?
3. Перед вами лежат два футбольных мяча. Один из них слабо накачан. Скажите, если ударить поочередно каждый из этих мячей ногой, какой из них улетит дальше и почему.
§ 18. Вес воздуха и атмосферное давление
Имеет ли воздух вес? Не спешите сказать «да» или «нет», подумайте.
Давайте проделаем такой опыт.
Возьмем весы, такие, как показаны на рисунке 42. Положим на левую чашку весов детский воздушный шарик, а на правую небольшими порциями будем сыпать песок до тех пор, пока не наступит равновесие. Наполним воздушный шарик воздухом. Завяжем его, чтобы воздух не вышел, и положим на весы. Равновесие нарушилось – чашка с надутым шариком перевесила. Значит, воздух имеет вес.
Рис. 42. Этот опыт доказывает, что воздух имеет вес
Взвешивая воздух, ученые установили, что он очень легкий. Его 1 кубический метр (сокращенно 1 м3: 1 м в ширину, 1 м в длину и 1 м в высоту) весит 1290 г. Следует запомнить, что такой вес имеет воздух только у поверхности Земли. Если взвешивать воздух на различных расстояниях от Земли, то вес 1 м3 воздуха будет уменьшаться с высотой. Чем дальше от поверхности Земли, тем воздух более разрежен, менее плотен, а значит, меньше весит.
Поскольку толщина атмосферы составляет более 1000 км, воздух оказывает значительное давление на земную поверхность: на 1 см2 поверхности Земли он давит с силой в 1 кг. Подсчитаем, какое давление воздуха испытывает человек (поверхность его тела составляет в среднем 1,5 м2, или 15 тыс. см2).
Получается, что на человека давит 15 т воздуха! Такого огромного давления, казалось бы, он не выдержит. Однако человек его не ощущает. Объясняется это тем, что кровь, другие жидкости и газы в организме сжаты до такого же давления и, действуя изнутри, уравновешивают внешнее давление.
Воздух оказывает давление на все предметы, находящиеся на поверхности Земли.
Чтобы в этом убедиться, проделаем опыт.
На поверхность стола положим тонкую рейку так, чтобы половина ее выступала за край стола. Накроем рейку листом бумаги размером с газету (можно и самой газетой). Бумага должна плотно лежать на поверхности стола. Резким ударом руки по рейке постараемся сбросить бумагу со стола. Однако рейка сломалась – бумага осталась лежать на столе. Это объясняется тем, что на бумагу воздух давит практически с одной стороны, так как к поверхности стола она плотно прилегает.
Рис. 43. Опыт, доказывающий, что воздух оказывает давление на все предметы, находящиеся на Земле. Даже сильный удар по линейке не смог поднять газету
Воздух давит на все окружающие предметы со всех сторон.
В далеком 1654 г. бургомистр города Магдебурга Отто фон Герике решил показать горожанам силу воздушного давления. Для опыта были изготовлены два металлических полушария (их впоследствии назвали «магдебургскими»). Плотно прилегая друг к другу, они образовывали полый шар. В одном из полушарий находилось отверстие для откачивания воздуха, которое затем плотно закрывалось, чтобы воздух не мог проникнуть в шар. В опыте использовались две восьмерки лошадей, впряженных в упряжки. Каждая упряжка через прочный крюк соединялась с полушарием. После того, как насосом откачивали воздух из шара, собранного из полушарий, лошади по команде тянули полушария в разные стороны, чтобы оторвать их друг от друга. Но шар только покачивался и оставался целым и невредимым. Когда же внутрь шара впустили воздух, полушария сами распались (рис. 44).