Здравствуй, физика!
Шрифт:
Ну, а нельзя ли все-таки перевернуть бутылку так, чтобы вода из открытого горлышка не выливалась?
Давай попробуем. Только не в комнате, выйдем лучше во двор. Для нашего опыта нужно много места. Ведь мы не просто станем переворачивать бутылку, а поставим ее в хозяйственную сетку, с которой ходят за покупками.
Постепенно раскачай бутылку в сетке и — раз! Бутылка делает полный оборот… второй… третий… десятый… И каждый раз она переворачивается дном вверх, а горлышком
Вода выливается вверх
Теперь вместо бутылки возьми пустую консервную банку. В ней легко пробивать дырки гвоздем. И если у, тебя нет подходящей сетки, можешь пробить две дырки у верхнего края банки, пропустить в них концы веревки и завязать толстыми узлами, чтобы не вырвались. А за середину веревки вертеть. Можешь для проверки повторить предыдущий опыт с этой банкой, налив ее примерно на две трети. Вода и здесь не будет выливаться при вращении.
Ну, а теперь пробей в дне банки маленькую дырочку. Пробил? Наливай воды и раскручивай. Оборот… два… три… Из дырочки в дне бьет струя воды. Бьет вниз — это понятно. Бьет вбок… Это уже странно. Бьет вверх! Прямо вверх, каждый раз, как банка окажется наверху!
Отчего же так странно ведет себя вода в этой вращающейся по кругу банке? Почему из настежь открытой верхней части не выливается ни капли, а из маленькой дырочки в дне бьет фонтан?
Ты, верно, уже понимаешь, что все дело именно во вращении. Ведь из неподвижной банки вода вверх не бьет ни через верхнюю часть, ни через дырочку. А как только ты начинаешь банку раскручивать, вода словно стремится убежать от центра, вокруг которого происходит вращение.
Бежит от центра… Силу, которая отбрасывает вращающееся тело от центра вращения, назвали центробежной.
Но назвать, даже и самым удачным словечком, — это еще мало. Главное — понять, в чем дело.
Когда банка движется, вода движется вместе с ней. Движется по инерции. Но ты, конечно, уже заметил, что тела, движущиеся по инерции, сами по себе не сворачивают в сторону. Вратарю, например, пришлось потрудиться, чтобы мяч отклонился. Веревка, которая удерживает банку, порядком тянет твою руку. Тянет вниз, когда банка внизу, это понятно. Но вот когда банка вверху— и тяга тоже вверх!
Банка стремится лететь прямо, лететь по инерции. А веревка не пускает, заворачивает по кругу. Банка сопротивляется, натягивает веревку.
Вода в банке тоже стремится двигаться по инерции, прямо. Но банка (или бутылка) не пускает, заворачивает по кругу. Вода сопротивляется, давит на дно. И если в дне дырочка, из нее бьет фонтан!
Значит, центробежная сила тоже происходит от инерции!
Зонтик и сепаратор
Раскрой зонтик, упри его концом в пол и раскрути. Внутрь зонтика брось мячик. Пусть покатается на карусели!
Но мячик не хочет кататься. Он ползет вверх, к краю зонтика. При сильном вращении он вылетает на пол и далеко откатывается в сторону. Ты уже знаешь почему. На мячик действует центробежная сила.
Интересно, что на этом же явлении основано действие сепаратора для молока. Латинское слово «сепаратор» означает «отделитель». И он действительно очень хорошо отделяет от молока жирные сливки.
Ты, конечно, знаешь, что в молоке есть жир. Он не смешивается с водянистой частью молока, он плавает в ней в виде крошечных капелек, которые можно увидеть только в микроскоп. Если дать молоку спокойно постоять несколько часов, более легкие капельки жира постепенно всплывут и соберутся в верхней части посуды. Если из этой верхней части жидкость слить, получим уже не молоко, а сливки. В них больше жира, чем в молоке. А внизу останется молоко тощее, или обрат.
Но на больших молочно-товарных фермах и на молочных заводах нужно перерабатывать слишком много молока. Некогда ждать, пока сливки сами отстоятся. Вот тут и нужен сепаратор. Это сосуд, который вращается очень быстро. Сосуд похож на бочонок. Под действием центробежной силы молоко отбрасывается к его стенкам. Вспомни, как в опыте с вращающейся консервной банкой струйка воды била вбок!
Вода — тяжелая часть молока. Поэтому она прижимается к стенкам сильнее, чем более легкий жир. Вода выжимает, вытесняет жир к середине бочонка. И там, в середине, собираются сливки, а на окружности — обрат.
Сепаратор устроен так, что молоко можно все время подливать, не останавливая вращения. А сливки и обрат все время вытекают по особым трубкам. Сливок получается меньше, их желтоватая струйка гораздо тоньше на вид. А голубоватый обрат льется толстой струей.
Есть еще большие сепараторы, в которых делают сливочное масло. Из них уходит только обрат, а сливки не сливают. Они вращаются в сепараторе до тех пор, пока все крошечные жиринки не слипнутся в один сплошной масляный ком!
Только тогда заканчивается работа центробежной силы. Готовое масло вынимают из сепаратора, промывают и прессуют.
Легче на поворотах!
Когда вагон или автомобиль делает поворот, тебя что-то толкает к наружной стенке. Ты уже знаешь, чьи это шутки. Здесь работает центробежная сила, сила инерции, которая заставляет двигаться дальше прямо.
Но ведь сила инерции действует и на весь вагон, на весь автомобиль. Значит, она и его стремится свалить наружу? Да, стремится. Вот почему автомобиль на повороте обычно сбавляет скорость. Как бы не перевернуться! А на трамвайных линиях и железных дорогах в местах поворотов наружный рельс укладывают выше внутреннего. И вагон на повороте слегка наклоняется внутрь. Выходит, что вагон, покосившийся набок, здесь устойчивее, чем стоящий прямо!
Да ты и сам, катаясь на велосипеде, при поворотах наклоняешься внутрь. Ты делаешь это бессознательно, не задумываясь о силе инерции. Иначе просто не получается, иначе ты опрокинешься наружу!
Шоссейные дороги обычно на поворотах делают наклонными. Наружный край выше внутреннего, чтобы автомобили не переворачивались.
На треках для велосипедных и мотоциклетных гонок наклон пути на поворотах особенно заметен. Там ведь скорость движения очень велика. А в цирке иногда можно видеть даже такой аттракцион: мотогонки по вертикальной стене. Трек устроен вроде стенок барабана. Мотоциклисты сначала разгоняются на земле, в середине, описывают круги все быстрее и быстрее, наклоняются все больше и больше… И вот они уже въезжают на стенку, и мчатся по ней, лежа в воздухе горизонтально!