Юный техник, 2001 № 11
Шрифт:
Техническая характеристика:
Масса электровоза… 138 т
Напряжение сети… 25 000 В
Мощность двигателей… 4140 кВт
Сила тяги… 32 тс
Скорость… до 100 км/ч
Длина… ок. 29 000 мм
Ширина… ок. 3500 мм
Высота… ок. 6500 мм
ФИЗИКА ВОКРУГ НАС
Гидравлика пластиковых бутылок
Не
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
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.