Юный техник, 2001 № 11
Шрифт:
Во все времена школьный курс физики начинался с изучения давления жидкостей и газов. Для опытов требовалось немало пробирок, мензурок и другой стеклянной посуды. Обычно их не хватало даже для учителя, а уж о том, чтобы дать их на откуп ученикам, не могло быть и речи. Однако на наших глазах произошла маленькая техническая революция. Появились прозрачные бутылки из пластика. Они открывают такие возможности для демонстрации физических явлений, о которых раньше не могли и мечтать.
Бутылки из пластика прочны и абсолютно безопасны. Они легко деформируются, режутся ножницами, в них без труда шилом можно сделать отверстия. Они прозрачны и имеют к тому же надежные герметичные крышки. Опыты с пластиковыми бутылками может выполнить даже ребенок.
Начнем с самого простого.
Как доказать, что существует атмосферное давление. Ополосните пластиковую бутылку горячей водой из-под крана. Воздух в бутылке нагреется, и если тотчас плотно закрыть ее крышкой, то секунд через десять случится «чудо». Бока ее начнут как бы сами собой прогибаться, и бутылка примет форму треугольной призмы (рис. 1).
Весь фокус в том, что воздух в бутылке остывает, давление в ней падает и давление атмосферы сдавливает бутылку.
Джованни Торричелли и Отто фон Герике жили в эпоху, когда мир еще был весьма молод. Им пришлось проделать немало опытов, чтобы убедиться самим и убедить современников в том, что казалось немыслимым: воздух имеет вес и с немалой силой давит на все тела.
Ум ребенка так же молод, как и мир тех времен. Поэтому для доказательства атмосферного давления одного-единственного опыта недостаточно.
Для следующего, очень убедительного, опыта вам понадобится вакуумный насос. Закройте пластиковую бутылку крышкой, имеющей патрубок, и соедините шлангом с ручным вакуумным насосом (Камовского). Достаточно нескольких оборотов маховика — и бутылка со звонким хлопком будет сжата атмосферным давлением в «лепешку» (рис. 2).
Но форма бутылки восстановится, если вновь накачать в нее воздух. Если бы в организме человека и животных не было воздуха, то атмосферное давление раздавило бы их так же, как и пластиковую бутылку.
А вот как на примере пластиковой бутылки работают наши легкие.
Отрежьте у бутылки дно. Натяните на горлышко воздушный шарик и пропихните внутрь. Отрезанное дно бутылки затяните резиновой пленкой от другого шарика и закрепите скотчем (рис. 3).
Оттягивая пленку, вы увеличиваете объем воздуха внутри бутылки, и атмосферное давление надувает шарик.
Как тут не вспомнить изречение древних «природа боится пустоты»!
Вдавливая пленку внутрь бутылки, мы объем воздуха в ней уменьшаем, давление становится больше атмосферного, и шарик сдувается.
Вот так мы и дышим (рис. 4).
Резиновая пленка — это диафрагма, воздушный шарик — легкие. Диафрагма опускается — вдох, диафрагма поднимается — выдох.
А следующий опыт напоминает фокус. Возьмите бутылку литра на полтора-два и легкую пластиковую банку из-под простокваши. Отрежьте у бутылки верх. Банка входит внутрь бутылки и закрывает ее наподобие крышки, но при этом не должна прочно держаться (рис. 5).
Налейте в бутылку воды, закройте банкой и переверните, осторожно придерживая банку. Теперь банку уже можно не держать, вода из бутылки выливаться не будет. Атмосферное давление, действующее на банку снизу, больше давления воды и воздуха, действующих сверху. При перевертывании бутылки небольшое количество воды из нее выливается, поэтому давление воздуха в бутылке меньше атмосферного. Опыт следует вести осторожно, над поддоном.
На этом принципе работают присоски животных, например, некоторых тропических ящериц. Их удерживает атмосферное давление воздуха. А по отношению к заплывшему на большую глубину кальмару роль атмосферы выполняет вода (рис. 6).
Рис. 6
Ее давление в десятки и сотни раз больше, чем давление воздуха, потому сила действия присосок значительно возрастает. Щупальца гигантского кальмара в таких условиях могут удерживать жертву с силою в десятки тонн. Не случайно их следы часто встречаются на коже кашалотов. Правда, считать их жертвами гигантских кальмаров не следует. «Нежная любовь» китов к мясу кальмара хорошо известна (рис. 7).
Рис. 7
Поскольку мы с вами немного заглянули в подводный мир, то следует вспомнить про водолазный или воздушный колокол, прибор, с помощью которого человек впервые опустился на дно моря.
Чтобы увидеть его в работе, потребуются две пластиковые бутылки. Пятилитровая с отрезанным верхом будет использоваться как сосуд с водой для наблюдения. Коническая часть бутылки меньшего объема исполнит роль водолазного колокола.
Положите на дно колокола бумажную салфетку. Поместите его в приготовленный сосуд с водой, опуская до дна. Вынув колокол из воды, вы обнаружите, что бумажная салфетка не намокла. Можно опыт видоизменить (рис. 8).
На поверхность воды положите крышку от бутылки, накройте ее воздушным колоколом. Вы увидите, что крышка опускается вместе с колоколом почти до самого дна! Большую часть колокола занимает воздух, который и вытесняет воду.