Самодельные приборы по физике. Часть 1 - Албычев П.В.

Автор: Албычев П.В.

Теги: физика самоделки учебное пособие

Год: 1950

Похожие

Физика на самодельных приборах. Книга 3.

Самодельные демонстрационные приборы по физике и опыты с ними

Знай и умей. Самодельные оптические и электрохимические приборы

Основные детали самодельных и упрощенных приборов Т.3

Текст

ЛМИСИФ Oil
HdOOTdll
ЯИИЧЕЯГГОМУЭ
ushraairva п
П. В. АЛБЫЧЕВ
САМОДЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
ФИЗИКЕ
ПОСОБИЕ ДЛЯ УЧИТЕЛЕЙ
ЧАСТЬ I
ГОСУДАРСТВЕННОЕ
УЧЕБНО-ПЕДАГОГИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
МИНИСТЕРСТВА ПРОСВЕЩЕНИЯ РСФСР
МОСКВА - 1950
В книге даны указания, как изготовить в школьной кружке самодельные
физические приборы и как пользоваться ими. Книга содержит следующие
главы: Измерительные приборы (с включением геодезических), Приборы по
механике (с включением рецептов изготовления механических игрушек),
Приборы, демонстрирующие колебания и волны (с включением приборов по
акустике), Приборы по гидростатике, газовым законам и теплоте. Книга на-
писана в помощь учителям при организации кружковой работы в школах,
но ею же будут пользоваться и ученики в процессе выполнения того или
иного задания учителя.
ОТ РЕДАКЦИИ
Книга П. В. Албычева предназначена для облегчения организации в школе
кружковой работы по изготовлению самодельных приборов. Она окажет помощь
учителям, но ею же будут пользоваться и ученики в процессе выполнения
полученного ими задания.
Книга написана автором на основании его личного опыта по изготовле-
нию в кружке и использованию самодельных приборов на уроках физики.
В ней почти не приведено описаний приборов, которых бы сам он не изго-
товлял и не испытывал. Этим объясняется некоторая неравномерность от-
дельных глав книги, то более полных, то более кратких, а также и то, что
в книге почти не нашли места приборы по гидро- и аэродинамике.
ВВЕДЕНИЕ
В 1922 г. осенью мне предложили взять уроки физики в школе № 12
МОНО „Памяти декабристов" (опытно-показательной).
Признаюсь, я не без колебаний согласился взять эту работу,
а когда познакомился с физическим кабинетом, у меня просто опу-
стились руки. В двух шкафах, стоящих к тому же не в специальном
кабинете, я нашёл несколько десятков приборов Цветкова, Трындина,
вятских земских мастерских и других фирм, поставлявших школьное
оборудование в дореволюционную школу. И в каком виде! Наборы
были разрознены, и большинство приборов полуразрушены. В опти-
ческих приборах нехватало линз, с электрических были сняты клеммы,
и даже намотка была использована для каких-то хозяйственных надоб-
ностей.
До занятий оставались считанные дни, а я всё ходил и думал
о том, как же вести физику в опытно-показательной школе на голом
месте, когда в моём распоряжении были только мел и доска.
1 сентября, в первый день занятий, познакомившись с ребятами,
я в двух последних классах (VIII и IX) объявил, чтобы те, кто инте-
ресуется физикой, остались после уроков на небольшое совещание.
Я рассчитывал, что в лучшем случае таких наберётся 5—10 человек,
и они составят тот актив, с которым я предполагал начать работу.
Но к великому удивлению своему, придя в зал, где было назначено
совещание, я насчитал более пяти десятков ребят, причём среди них
оказались и младшеклассники. Вместо интимной беседы, которую я на-
метил, пришлось провести собрание, выбирать президиум с пред-
седателем, секретарём, повесткой заседания и ведением протокола.
Собрание в качестве председателя выдвинуло было меня, но я отка-
зался, ссылаясь на то, что я на этом совещании выступаю докладчиком.
Этим я хотел показать с самого начала, что в этом деле я выступаю
только инициатором и старшим товарищем, и этой линии я держался
во всё время работы.
Прежде всего мне пришлось рассказать, в каком положении нахо-
дится физический кабинет, и затем я спросил, желают ли мои слуша-
тели изучать физику при помощи зубрёжки с мелом в руках или они
предпочитают в результате опыта выводить законы физики и на прак-
тике познакомиться с её замечательными техническими приложе-
ниями.
Разумеется, ответом было дружное заявление, что аудитория пред-
почитает второй путь.
— Но как это осуществить? — спросили меня ребята.
1*
3
В ответ на это я рассказал нм, как я сам с товарищами изучал
физику, как мы строили приборы, какие нас преследовали неудачи,
как мы преодолевали собственное неуменье и технические трудности,
как велики были наши разочарования и как мы радовались, если доби-
вались удачного решения. Я говорил о том, что такую науку,
как физика, нельзя изучать только по книге и пассивно наблюдать
демонстрации опытного преподавателя. Необходимо непосредственно
самим принимать активное участие в опыте по изготовлению приборов
собственными руками. Я напомнил ребятам о том, что многие великие
открытия в области науки и техники были сделаны самоучками, при
использовании ими же сделанных приборов. Ампер свои классические
опыты по электричеству провёл с самодельными приборами. Самоучка
Фарадей свои величайшие открытия делал на самодельных приборах.
Гершель сам для себя шлифовал стёкла. Определение силы давления
света наш русский физик Лебедев сделал также на самодельном при-
боре. А. С. Попов собрал сам первый искровой телеграф. Одним
словом, значительная часть открытий и подавляющее большинство
изобретений связано с попутным созданием самодельных приборов. В нашей
стране вопрос о приобретении технических навыков получает особенно
важное значение.
На мой вопрос, какие же практические выводы сделает собрание
из моего доклада, ребята единогласно решили: организовать кружок
для постройки физических приборов.
Это решение было подсказано им тем обстоятельством, что эта
форма работы была им хорошо знакома — при школе работало не-
сколько кружков. Конечно, некоторые числились только на бумаге,
но были и такие, которые пользовались вниманием учащихся. *
Решение об организации кружка, после оживлённого обмена мнений,
в протоколе заседания было записано так:
„1) Для поднятия теоретической квалификации в области физики
и приобретения технических навыков в обработке материалов и уменья
пользоваться инструментами, — при школе № 12 МОНО „Памяти
декабристов“ учреждается физический кружок.
2) Намеченные цели в кружке осуществляются путём теорети-
ческой работы (с книгой) над избранной темой и посредством
постройки физических приборов, для чего при кружке открывается
мастерская.
3) Все члены кружка обязуются принимать активное участие
в изготовлении приборов индивидуально или объединяясь в группы.
При этом каждый, пользуясь инструментами, а также материалом
кружка, частично может изготовлять приборы или модели и для
личного пользования.
4) В помощь руководителю кружка, преподавателю физики, изби-
рается правление в составе председателя, его заместителя, секре-
таря и заведующего хозяйством (инструментом и материалами).
Правление разрабатывает правила внутреннего распорядка
в кружке, решает вопросы дисциплинарного порядка, распределяет
4
работу среди членов и заботится о своевременном пополнении инст-
рументального и материального складов».
Признаюсь, тогда я скептически отнёсся к этому протоколу, хотя
и делал вид, что принимаю участие в обсуждении этого документа.
Действительность показала, что мои опасения не были обоснованы.
Намеченные кружком цели выполнялись неукоснительно, а в лице
первого председателя Миши Высоцкого, завхоза Васи Лисицына и лабо-
ранта Бори Одинцова я нашёл таких чудесных помощников, что для
меня не существовало вопросов дисциплины, я никогда це заботился
о наличии наших инструментов и материалов и за всё время работы
в школе у нас не пропало ни одного прибора; последнее обстоятель-
ство, может быть, объяснялось и тем, что все члены кружка, согласно
постановлению организационного собрания, могли свободно пользоваться
как инструментами кружка, так и его материалами.
Когда кончилось это собрание, ко мне подошли новоизбранные
правленцы и попросили остаться на первое заседание правления. На этом
заседании обсуждался только один вопрос — об инструментах и мате-
риалах. Оказалось, что раньше в школе была учебная мастерская,
и Вася Лисицын заявил, что кое-какое оборудование ещё уцелело, и
если я „нажму* на заведующего школой, то кружок может получить
этот инвентарь, а что касается материалов, то было бы неплохо полу-
чить хотя бы небольшую ассигновку от школы. — „Если этого нельзя,
то Вы, Павел Викторинович, не беспокойтесь,—закончил Вася Лиси-
цын,— мы и без заведующего школой всё достанем, только вы сде-
лайте нам список необходимых материалов*.
Я переговорил с заведующим школой, и он охотно пошёл нам
навстречу: я получил от него все инструменты, какие были в его рас-
поряжении, и небольшую сумму денег на первое обзаведение. Список
материалов на другой день я вручил завхозу, и он прочитал его во всех
классах с просьбой тащить всякое „барахло* в школу и сдавать его
ученику 9-й группы Василию Лисицыну. С этого дня наш склад всегда
был загружён самыми необходимыми материалами.
Специального помещения (в первый год), к сожалению, для нас
не оказалось: заведующий позволил нам работать в 9-м классе с обя-
зательством убирать его после занятий. Около класса в коридоре мы
поставили большой шкаф с инструментами и материалами, выработали
расписание, и началась моя семилетняя работа в этом кружке вплоть
до того момента, когда работа в высшей школе целиком поглотила
моё время.
Спустя два года, такую же работу я начал на Курсах трудовых
навыков при МОНО. Здесь были уже две группы — одна из москов-
ских школьников, а другая из педагогов разных школ Краснопреснен-
ского района. Опыт с последними оказался удачным. В Наркомпросе
было решено его расширить, и работа с самодельными приборами была
включена в программу Центрального института повышения квалифика-
ции кадров народного образования. В течение 5 лет, вплоть до рас-
формирования Института, я с педагогами, съезжавшимися в Москву
5
со всех концов Союза, строил самодельные приборы. Затем в 1933 г.
принял на себя заведование физическим кабинетом Научно-исследова-
тельского методического института МОНО и провёл такую же работу
с педагогами. Наконец, начиная с 1934 г., в Центральном институте
политехнического образования при Нарком просе я вёл уже исследова-
тельскую работу о самодельных приборах, используя для этого в ка-
честве основного материала детали „Металлоконструктора*.
Результаты этих работ своевременно публиковались в повременных
изданиях и выходили в свет отдельные монографии. Этой последней
работой мне хотелось бы подвести итоги двадцатилетней практики, а
описанием новых моделей и некоторыми советами помочь молодым
педагогам в их трудной повседневной работе.
ГЛАВА 1
РАБОТА В КРУЖКЕ
Когда я начинал работу в кружке школы № 12 и рассказывал
ребятам о самодельных приборах, я ещё не представлял себе всего
значения этой работы. Только мои дальнейшие наблюдения и опыт
показали в полном объёме все положительные качества этого вида
педагогической работы. Теперь, суммируя многолетние впечатления,
я могу сказать, что работа в физических кружках, помимо приобре-
тения технических навыков, развивает руку, техническую смётку, глазо-
мер и наблюдательность. Эта работа знакомит с целым рядом приёмов
и способов обработки разнообразных материалов, их технологическими
особенностями, производственными секретами и технической рецептурой.
На этой работе ребята, может бцть, даже впервые встречаются на
практике с техническими расчётами, впервые применяют свои графи-
ческие навыки, набрасывая эскиз, затем составляя проект и вычерчи-
вая рабочий чертёж. Начиная с момента решения задачи на бумаге,
встаёт вопрос о конструкции модели, и он остаётся в центре внима-
ния до конца, развивая этим самым конструктивные способности. Затем,
при первых же опытах с готовыми приборами, когда вскрываются не-
достатки конструкции, естественно возникает вопрос о переделке при-
бора; и при дальнейшем усовершенствовании в целях экономии средств,.
материалов, труда или поглощаемой прибором энергии, для чего при-
ходится усложнять или, наоборот, упрощать конструкцию, ребята
вплотную подходят к изобретательской, творческой работе. Кроме того,
в этом сложном трудовом процессе ребята получают представление
и о той сумме физического и умственного труда и усилий, в резуль-
тате которых получается тот или иной прибор или машина.
Говоря о значении самодельного прибора, я не могу не отметить
ещё одного наблюдения, проверенного на протяжении многих лет нашей
школой и кружковой работой, заключающегося в следующем: часто
приборы фабричного производства, покрытые лаком и никелем, а ста-
ринные приборы — даже позолотой, уже своим блестящим, нарядным
видом внушают к себе в детях некоторый как бы страх. С самодельным
прибором они оперируют смело, не боятся его сломать; если же он
и сломается, то это не беда, его легко исправить и притом так,
чтобы этого больше не повторялось; во время работы со своим при-
бором ребята довольно естественно приходят к мысли об усовершен-
ствовании своей модели, о замене одной части другой и т. п.
7
Наконец, последнее соображение об изготовлении самодельных при-
боров диктуется и практически. В результате развития нашей школь-
ной сети, промышленность, поставляющая предметы школьного обору-
дования, не вполне успевает справиться с поставленными задачами.
Некоторые школы не имеют нужного комплекта приборов. Другие хотя
и имеют оборудование, но оно не отвечает полностью требованиям
школьной программы. На данном отрезке времени самодеятельность
учащихся, не говоря уже о её педагогической ценности, имеет нема-
лое значение.
§ 1. Организация кружка
Итак, деятельность кружка начинается с общего организационного
собрания, на котором будущий руководитель выступает с небольшим
докладом. В этом выступлении он в доступной форме излагает цель
и задачи кружка и в общих чертах набрасывает содержание и форму
работы. Лучше всего, если докладчик привлекает внимание своих
слушателей не столько рассказом, сколько показом. На ряде простых,
но достаточно убедительных опытов руководитель должен показать
положительные качества самодельного прибора, причём это желательно
сделать параллельно на фабричных и самодельных приборах. Далее
можно показать и такие приборы, какие не выпускаются на рынок,
но представляют большой теоретический и практический интерес и
к тому же вполне доступны для изготовления в кружке. Например,
стеноп, т. е. фотографический аппарат с отверстием вместо линзы;
зеркальный стереоскоп; прибор, демонстрирующий преломление луча
на границе вода — воздух и т. п.
Наряду с показом таких приборов очень полезно провести демон-
страцию нескольких опытов. Например, показать горение электрической
лампочки, соединённой с городской сетью небольшой стеклянной тру-
бочкой, накаливаемой газовой или спиртовой горелкой. Этот опыт
с проводимостью стекла, накалённого до красного каления, обычно
всегда поражает аудиторию своей неожиданностью, разбивая не всег-
да верные представления о сопротивлении проводников (И том). Можно
показать электризацию гребёнки, но не с лёгкими кусочками бума-
ги, что проделывают все с детского возраста, а с тяжёлой палкой
или большой линейкой, — для этого её следует уравновесить на каком-
нибудь гладком основании (например, на выпуклом стеклянном абажуре)
и затем привести её в движение, приближая к ней наэлектризованную
гребёнку. Или использовать патефон как физический прибор, таким
образом: на вращающуюся пластинку вместо мембраны поставить целый
фанерный лист с вбитой в один из углов патефонной иглой. Вибрация
большого листа фанеры вполне достаточна для отчётливой передачи
записанного на пластинку звука.
В заключение председатель собрания предлагает заранее разрабо-
танный проект устава кружка и после обсуждения его проект утвер-
ждается общим собранием ’). Собрание заканчивается выбором правления
О Я не считаю возможным рекомендовать какой-нибудь типовой устав
для такой организации, так как в зависимости от местных условий, обору-
5
или „должностных лиц* в составе: председателя, секретаря и заве-
дующего материальным и инструментальным складом.
Если кружок состоит из нескольких групп, то в каждой группе
должно быть ответственное лицо за склад с инструментами и материа-
лами.
Председателем кружка ни в коем случае не следует быть руково-
дителю кружка на основании следующих соображений: руководитель,
ведя работу в коллективе, организованном на принципе добровольности,
никогда не должен упускать из виду того, что он является только
старшим товарищем по работе, но отнюдь не классным педагогом.
Оставаясь рядовым членом коллектива, руководитель этим самым только
повышает инициативу членов кружка, не стесняет свободы суждений,
и рабочая дисциплина в кружке поддерживается не мерами администра-
тивного воздействия, а его авторитетом и личным примером. Как пока-
зал наш опыт, очень полезно, если руководитель сам возьмёт себе
какую-нибудь тему и будет работать над ней наравне с остальными
учениками. В хорошо налаженном кружке только первое время руко-
водитель обычно бывает загружен работой и часто действительно не
успевает не только давать подробные разъяснения, но и отвечать на
вопросы; но потом, когда работа войдёт в спокойное русло, у руко-
водителя всегда останется свободное время. Автор этих строк часто
пользовался им как в детских кружках, так и при ведении практиче-
ских занятий со взрослыми, для того чтобы наряду с остальными чле-
нами кружка строить какой-нибудь прибор, налаживать очередной опыт
и т. п. и это никогда не мешало общей работе; пример руководителя
всегда поучителен.
Что же касается авторитета, то он никогда не может быть завоёван
только строгостью, а приобретается руководителем в основном благо-
даря его квалификации. Руководитель не только должен знать физику,
что вполне достаточно для классной работы, но и должен обладать
трудовыми навыками. От него не требуется профессионального мастер-
ства, но он должен быть хорошо знаком с обработкой дерева, металла,
стекла и картона при помощи обычных ручных инструментов. Если же
кружок располагает токарными, строгальными, сверлильными станками,
то руководитель должен не только ознакомиться с их включением и
управлением, но обязан и поучиться работать на них.
Задачи кружка. 1. Поднятие уровня теоретических знаний членов
кружка по точным наукам и техническим дисциплинам. 2. Овладение
техникой самостоятельного экспериментирования. 3. Приобретение по-
литехнических навыков в обработке материалов и уменья пользоваться
инструментом. 4. Самостоятельное изготовление и ремонт приборов для
физического кабинета. 5. Стимулирование изобретательской мысли.
дования кружка и школы, степени подготовленности ребят и, наконец,
склонностей самого руководителя здесь возможно большое разнообразие,
но в качестве примера позволю себе привести „Устав физического кружка
школы № 1 Джапаридзевского района города Баку*, как он приведён в книжке
руководителя кружка, см. Н. Шишкин, «Кружок юных физиков», М. 1941.
9
Структура кружка, 1. В кружок принимают учащихся на основе
полной добровольности. 2. Руководителем кружка является преподава-
тель физики. 3. Члены кружка на общем собрании избирают:
а) старосту кружка,
б) бригадиров отдельных бригад,
в) заведующего материальной частью,
г) двух инструментальщиков по столярному и слесарному инстру-
менту,
д) ответственного за состояние рабочих мест и всего помещения
мастерских,
е) редакционную коллегию внутрикружковой газеты,
ж) редакционную коллегию научно-технического бюллетеня.
Примечание. Инструментальщики имеют право, в случае необходи-
мости исправления инструмента, поставить на ремонт инструмента любого из
членов кружка.
Организация работы кружка. 1. Работа по изготовлению и ремонту
приборов в кружке ведётся по принципу добровольного объединения
членов кружка в бригады или индивидуально.
2. Состав бригады сохраняется только на время изготовления того
или иного прибора, после чего бригада может остаться в прежнем со-
ставе или изменить его.
3. Распределение работы в основном производится согласно жела-
нию отдельных бригад, но в случае предложения работы руководите-
лем кружка её исполнение является обязательным.
4. Работа в лаборатории и мастерских производится членами кружка
в их свободное от занятий время во все дни недели с 10 часов утра
до 10 часов вечера.
5. После изготовления приборов последние демонстрируются на об-
щем собрании кружка бригадой, их изготовившей.
6. Членам кружка вменяется в обязанность, помимо ведения прак-
тической работы, участвовать в подготовке и проведении научных до-
кладов.
7. Каждый член кружка обязан к концу учебного года представить
к отчётной выставке не менее одного прибора, изготовленного им лично.
8. Каждому члену кружка предоставляется право исполыования обо-
рудования мастерских и лаборатории для его личных работ.
9. В конце учебного года кружок организует выставку и демонст-
рацию сделанных приборов.
§ 2. Программа работы
Несмотря на то что кружок работает на принципе добровольности,
т. е. свободного вступления и выхода из него и свободы выбора тем,
над которыми работают члены кружка, а также методов и формы ра-
боты, руководитель, прежде чем приступить к организации работы, дол-
жен серьёзно подумать и заранее наметить основные моменты рабочей
10
программы и те вопросы, которые должны и могут быть разрешены в
процессе работы. В этот момент неминуемо возникают некоторые за-
труднения, так как две главные причины, обусловившие возникновение
кружка—• недооборудование физического кабинета и запросы ребят,
вызванные техническим интересом,—сталкиваются между собой. Нель-
зя отказать себе в том, чтобы не пополнять кабинет необходимыми при-
борами, но в то же время нельзя пренебрегать и запросами ребят. Поэ-
тому при составлении рабочей программы от руководителя требуется
большой такт, изобретательность и выдержка, чтобы при решении во-
проса о программе примирить эти могущие возникнуть противоречия,
не нарушая равновесия между ними. Поэтому, чтобы безболезненно ре-
шить эту задачу, полезно заранее условиться о рабочем времени кружка,
необходимом для ремонта и приведения в порядок фабричных приборов
физического кабинета, затем периодической проверки и подготовки их
для демонстраций и лабораторных работ на практических занятиях.
Разумеется, при планировании этой части работы её нужно распреде-
лить таким образом, чтобы каждый класс часть своего рабочего вре-
мени уделял для работы с теми приборами, какие потребуются им для
классного изучения курса физики. *
Следующая часть программы должна удовлетворить уже собствен-
ные запросы ребят. При этом не нужно забывать, что ребята, не зная
своих технических возможностей, часто ставят перед собой явно непо-
сильные задачи. Было бы ошибкой целиком и полностью включать в
программу все их требования. Совершенно правильно говорит Н. Шиш-
кин J), что „надо предостеречь от излишне преувеличенного представ-
ления о возможностях ребят». Конечно, решение сложных проблем в
приборостроении, создание вполне оригинальных конструкций недоступно
им, однако они хорошо могут справиться с самостоятельным констру-
ированием отдельных узлов и деталей прибора, различных приспособ-
лений, облегчающих и ускоряющих работу. Именно в этом направлении
и надо заставлять работать их мысль.
Решение отдельных технических задач в относительно небольшой
промежуток времени создаёт чувство большой удовлетворённости; юный
автор видит конкретные результаты своей творческой экспериментальной
и рационализаторской работы, и интерес к ней растёт.
Наоборот, этот интерес можно убить, если дать подростку непо-
сильную для него задачу. А 15-летний юноша, вступая в кружок, с
места в карьер желает ни больше, ни меньше, как построить шести-
ламиовый приёмник. Разумеется, из готовых деталей по данной схеме
собрать такой'приёмник при опытном руководителе — дело нехитрое,
но велика ли педагогическая ценность такой работы? Мы с полным пра-
вом ответим: невелика. Вопросы не только физических основ и сущно-
сти радио, но даже и техники монтажа не усваиваются в такой работе,
и если после этого поручить такому „инженеру11 самостоятельно, по
готовой схеме собрать простой регенератор — он не спразится с этой
работой. I)
I) См. сноску на стр. 9.
11
Поэтому не надо забывать уже при составлении программы, что
первое и основное требование, которое должно преследоваться в каждом
правильно организованном педагогическом процессе (а работа в кружке
и есть такой процесс), — это путь от простого к сложному. А как
часто руководители, желая блеснуть работой кружка или подчиняясь
требованиям ребят, ставят или соглашаются на решение непосильных
задач.
Разумеется, это недопустимо, во-первых, потому, что не приводит
к намеченной цели, а во-вторых, как это показывает опыт, ребята, не
справившись с заданием, разочаровываются в своих силах, у них опу-
скаются руки, и они уходят из кружка. Последствия этого получаются
самые нежелательные: во-первых, у них надолго, если не навсегда, про-
падает охота к изучению техники, а во-вторых, они нездорово дейст-
вуют на окружающую массу, и в результате кружок начинает рассы-
паться. От этой опасности мы особенно предупреждаем молодых
руководителей. Такое же предупреждение делает и Н. Шишкин в своей
интересной работе. Он говорит1), что при удовлетворении запросов ре-
бят „надо учесть и то, что интерес, проявленный подростком к тому
или иному разделу науки, часто бывает случайным, основанным на об-
щем „модном* увлечении*. Допустим, если ребята особенно увлекаются
радиотехникой, то некоторые из них, не имея даже начатков знания в
этой области, никогда не строив даже простейшего радиоприёмника, будут
стремиться взять явно непосильную им тему по радиотехнике.
Часто, проводя беседы в простой, ничем не стесняемой обстановке,
я объясняю ребятам, что в данном случае изучение радиотехники надо
начинать с азов, а свои способности, своё желание работать переклю-
чить на другую тему. Я рассказываю, как самые простые физические
законы находят себе применение в сложнейших современных машинах,
показываю интересные, внешне эффектные, опыты и прошу объяснить их.
Учащийся быстро убеждается в том, что он не знает многих простых
вещей, а знать их не только интересно, но и нужно.
Как правило, после таких бесед не возникает уже больше разгово-
ров о темах, подсказываемых простым, ничем не обоснованным увле-
чением, и учащийся просит помочь ему избрать для работы другую
тему.
Вторая опасность при составлении рабочей программы заключается
в перегруженности её чисто техническими прикладными темами в ущерб
физическому прибору. Многочисленные обследования школьных кружков
в детских технических станций показали нам, что в подавляющем боль-
шинстве случаев в этих внешкольных организациях преобладает голый
техницизм и очень редко уделяется внимание собственно физике. Да и
само название кружков указывает нам на преобладание техники Мы
имеем большое число авиамодельных, радиотехнических кружков, име-
ются кружки по электротехнике, кружки связи, фотокружки и очень
мало кружков по физике. И даже в таком ведущем учреждении, как
Центральная детская техническая станция, имеющая в своём распоря-
1) См. сноску на стр. 9.
12
жении большое число лабораторий и богатое оборудование, до послед-
него времени не было кружка по физике.
разумеется, в этих кружках говорят о физических законах, но
они как правило, принимаются на веру, догматически и не подвер-
гаются ни теоретическому анализу, ни опытной проверке. А это не-
правильно и в школьном кружке недопустимо. Не нужно забывать,
что теория и практика находятся в теснейшей зависимости друг от
друга и развиваются параллельно. Поэтому было бы такой же ошиб-
кой заняться в школьных кружках изучением одной теории. Это не-
приемлемо и потому, что конкретное мышление, свойственное подрост-
кам, не потерпит исключительной абстракции, и работа в кружке может
получить форму плохого урока, если кружок не распадётся в самом
начале занятий. Для того чтобы сочетать эти два острых вопроса, ру-
ководитель кружка должен быть всесторонне образованным человеком
и обладать большим запасом и технических навыков. К сожалению, в
большинстве случаев этого не наблюдается. И руководители кружков,
научив ребят разбираться в радиосхемах, познакомив с некоторыми при-
ёмами сборки или научив механически делать удовлетворительные снимки,
считают свою задачу выполненной, не коснувшись даже физической
сущности явлений. С этим нам пришлось столкнуться даже в одном
из центральных учреждений Москвы. Юные техники, изучающие кон-
структорскую работу в технических кружках, часто совершенно не
подготовлены теоретически и не отдают себе отчёта в тех физических
явлениях, которые они пытаются использовать для своего изобретения.
Их проекты иногда поражают своей безграмотностью. Например, один
изобретатель при мне предлагал построить цельнометаллический дири-
жабль и затем для подъёма выкачать из него воздух, тогда де он бу-
дет ещё легче, чем наполненный водородом. Это показывает, что ру-
ководство было недостаточно глубоко и грамотно.
Поэтому при составлении программы, т. е. выбора тем, руководителю
необходимо принять во внимание эти соображения.
Наконец, программа составлена, темы намечены; тогда возникает
вопрос, как спланировать эту работу, т. е. как распределить темы
между членами кружка так, чтобы не было перегруженности одних и
недогрузки других, а это обязательно произойдёт в том случае, если
руководитель по неопытности понадеется на свои силы и одновременно
начнёт работу со всем кружком. Мы это говорим потому, что наш
опыт и наблюдения показали, что в кружки обычно записывается много
желающих. И вести работу одновременно со всеми вступившими в кру-
жок не под силу одному руководителю, и если помещение для работы
большого кружка вполне достаточное, то делу не поможет и большое
число руководителей — они будут только мешать один другому. Как
норма число работающих одновременно в одной группе не должно пре-
вышать 15 человек (на это число нами составлены и списки инструментов).
Поэтому при планировании работы в многочисленном кружке, прежде
чем начать работу, необходимо разбить его на группы, руководясь
возрастом и интересами, затем составить твёрдое расписание для всех
групп и только тогда приступить к работе.
13
§ 3. Рабочий проект
Всякая идея, связанная с технологическим процессом, прежде чем
получить материальное оформление, должна пройти через эскиз, проект,
конструкцию и, наконец, рабочий чертёж, и только после этого начи-
нается обработка материала. Работа в кружках при изготовлении фи-
зических приборов и технических моделей должна проходить эти же
этапы. Обычно руководители кружков при проектировании идут в сто-
рону наименьшего сопротивления и за это расплачиваются потом, когда,
в процессе изготовления прибора, встречаются с большими затрудне-
ниями. Происходит это потому, что руководители очень часто упускают
из виду, что технологический процесс при постройке самодельных при-
боров резко отличается от технологического процесса на заводе. При
бедности нашей литературы по самодельному прибору, руководитель
для составления проекта обращается к учебнику физики или фабрич-
ному каталогу и по ним, часто без объяснений, составляет проект при-
бора. Нередко приходится встречаться с такими случаями, когда препо-
даватель физики, он же и руководитель кружка, берёт готовый прибор
из физического кабинета, разбирает его с ребятами, и затем они ко-
пируют его с небольшими изменениями.
Составить проект таким образом, конечно, дело сравнительно про-
стое, но затем выполнить прибор по этому проекту—дело почти не-
возможное.
При постройке прибора на заводе инженер-конструктор из необхо-
димых материалов выбирает прежде всего те, которые являются на-
иболее пригодными для решения данной технической задачи; при этом
он руководствуется, во-первых, их техническими свойствами, во-вторых,
экономическими условиями, в-третьих, собственным вооружением, т. е.
он здесь имеет в виду оборудование своего завода (применительно к
своим станкам он составляет проект), и, наконец, в-четвёртых, он при-
нимает во внимание принцип разделения труда.
Условия для изготовления приборов в кружках совершенно другие.
Здесь мы чаще всего не имеем под руками необходимых материалов,
почему волей-неволей приходится пользоваться суррогатами, утильсырьём
и другими материалами. Со стороны оборудования мы в лучшем слу-
чае можем рассчитывать на токарный и сверлильный станки, а всё
остальное изготовляется вручную; наконец, мы ке можем провести стро-
гого распределения труда — в кружке один и тот же человек является
и слесарем, и столяром и маляром и в то же время инженером-копст-
руктором. Эти условия необходимо учесть при разработке проекта.
Поясним это на примере. Допустим, необходимо построить электро-
магнит. Как известно, для сердечника электромагнита нужно мягкое,
чистое железо, способное быстро размагничиваться. Разумеется, в на-
шем складе материалов не всегда найдётся такое железо необходимого
сечения. Следовательно, придётся его заменить чем-то другим: листо-
вым железом или жестью. Для этого их нужно отжечь, обить окалину
и затем, нарезав прямоугольные полоски, положить их друг на друга,
чтобы они образовали призму требуемого сечения. Затем эту призму
14
согнуть в три колена, чтобы образовать II-образный сердечник. После
этого полюсы следует тщательно опилить в тисках под одну плоскость
(рис. 1 #)• Для намотки обычно на сердечник надевают деревянные
точёные катушки, но в данном случае такие катушки нам не подойдут,
а изготовить их из дерева или даже картона — дело сложное. Поэтому,
для того чтобы проволока не сползала с сердечника при намотке, сде-
лаем такое приспособление: нарежем из той же жести три пластинки —
одну несколько длиннее, а две приблизительно равные половине пла-
стинок сердечника. Длинную вставим внутрь сердечника и отогнём её
концы сверху навстречу друг другу, меньшие приложим к бокам и
отогнём их концы в сто-
роны, а затем обмотаем
с клеем двумя-тремя слоями
бумаги и получим сердечник
из отпущенного мягкого же-
леза, без деревянных кату-
шек, но с бортами, предо-
храняющими обмотку от спол-
зания (рис. 1 Ь, с и d).
Если электромагнит при-
дётся укреплять на подставке
полюсами вверх, то для этого
можно до намотки с обеих
сторон поставить отогнутые
в сторону пластинки с отвер-
стиями для винтов.
Следовательно, можно
спроектировать и построить
электромагнит, технологический процесс изготовления которого будет
резко отличаться от электромагнита, сделанного на заводе.
Возьмём ещё один простой пример, когда приходится изменять тех-
нологический процесс исключительно из-за отсутствия необходимого
оборудования.
Требуется, допустим, построить самую, обыкновенную кнопку для
электрического звонка. Как известно, этот контакт состоит из двух
пружинок, заключённых в деревянный точёный корпус, состоящий из
двух половинок, навинчивающихся одна на другую. Для изготовления
этого корпуса необходим токарный станок и притом такой, на котором
можно производить винтовую нарезку по дереву. Разумеется, не всякий
кружок располагает таким станком. В этом случае поступим так. вы-
пилим из фанеры детали Д, В и С (рис. 2), а затем из латуни выре-
жем две пластинки D. На одну пластинку шурупом прикрепим кнопку
и затем соберём прибор таким образом: на кружок С прикрепим одну
пластинку, а на кружок В — другую и затем все три детали (рис. 3)
соединим винтами. Пластинки D будут служить контактами.
Возьмём ещё один пример удачной конструкции, решённой юнтех-
ником Юрием Голубевым из г. Алапаевска на Урале при устройстве
электрического звонка. В деревянный брус вбиваются два толстых про-
15
водочных гвоздя или железных винта, соединённых с противоположной
стороны железной пластинкой. Гвозди обматываются изолированной
проволокой. Затем на левый бок бруска прикрепляется якорь из ли-
Рис. 4
А В CD
Рис. 2
стового железа указанной на чертеже формы с молоточком и железной
пластинкой сверху, чтобы увеличить массу якоря. На противоположном
конце бруска укрепляется чашечка звонка, к которой прикасается мо-
лоточек (рис. 4).
Для включения звонка в сеть на бруске необходимо укрепить две
клеммы, и прибор готов.
Приводя эти конструкции в качестве примеров, я совсем не наме-
рен утверждать, что это единственно правильные решения и других
быть не может. Наоборот, можно придумать ещё десятки вариантов,
но нужно помнить при этом,
что хорошее решение задачи
заключается не только в её
верном ответе, но и в том,
что из всех возможных реше-
ний это — самое простое.
При решении новых кон-
структивных задач, как пра-
вило, первые решения всег-
да получаются громоздкими,
сложными и неуклюжими.
Например, первые машины
Ползунова и Джемса Уатта
были много сложнее машин,
построенных впоследствии.
При этом машины с каждым
годом приобретали более
простые и изящные очерта-
ния. Повышался также ко-
эфициент полезного действия.
Припомните историю велосипеда. Какое это было неуклюжее, не-
удобное и хрупкое сооружение и как затем из года в год совершен-
ствовалось, пока не приобрело простые очертания в наши дни. То же
самое можно сказать о паровозе, автомобиле, граммофоне, самолёте
и сотне других машин.
16
При проектировании, а затем при постройке самодельных приборов
нельзя останавливаться на одной форуме. Её необходимо упрощать, так
как самая наглядная и самая убедительная форма в педагогическом
процессе—-это самая простая форма. Но это упрощение, конечно,
должно совершаться не за счёт коэфициента полезного действия, а на-
оборот, изменять форму следует таким образом, чтобы коэфициент
полезного действия увеличивался с каждой новой моделью.
Эти два требования стоят как будто в противоречии друг к другу;
от настоящего изобретателя и конструктора требуется уменье, талант
и техническая смётка, чтобы найти наиболее целесообразное решение
задачи. Поэтому в нашей работе никогда не может быть окончатель-
ного решения. Каждый прибор следует рассматривать только как
временную форму. При моделировании каждое отдельное улучшение
автору часто кажется окончательным, последним штрихом в решении
задачи; в действительности же это улучшение следует рассматривать
только как отдельный шаг в общем потоке поступательного дви-
жения.
Такое отношение к работе прививается с большим трудом. Когда
я начал работу в Центральном институте политехнического образова-
ния, мой лаборант, служивший там ещё до меня, на первых порах
категорически забраковал мои методы работы. Ему казалось, что ре-
шение технической задачи заключается только в том, чтобы построить
действующий прибор. И часто бывало так: я рассказываю ему идею
прибора, набрасываю чертёж, объясняю, из каких материалов и как
построить. Он выполняет прибор в натуре. Прибор работает и пока-
зывает то, что от него требуется, но во время опытов я замечаю
сложность конструкции, перерасход материалов и энергии и после испы-
таний говорю: „Ломай, будем строить новый".
Моё приказание на первых порах встречалось моим помощником
категорическим отказом с репликами о том, что „строить только для
того, чтобы потом ломать, есть вредительство".
Но я ломал приборы и потом строил новые. Мои последующие
модели действовали с каждым разом всё лучше и отчётливее. Наконец,
мой сотрудник убедился, что я был прав. Он увидел, что я не „вре-
дительствовал", а наоборот, стремился с наименьшей затратой средств
и энергии добиться наилучших результатов. Дальше мои замечания
встречались уже без всяких возражений.
Если простота желательна в каждой конструкции, то для самодель-
ного прибора она обязательна. Но в то же время нужно оговориться,
что в поисках наиболее простого решения не следует упускать из виду
повышения коэфициента полезного действия или отчётливости работы
прибора. С этой точки зрения, может быть, и не плохие и выполнен-
ные с большим вниманием некоторые приборы Дубровского, Дрентельна,
Точидловского, Красикова и др. очень хороши для преподавателя-оди-
ночки, не имеющего в своём распоряжении помощников и требующих
для своего исполнения минимальных средств и времени, но для круж-
ковой работы оци не годятся. Это только вещественные иллюстрации,
„летучие схемы" по выражению Н. Шишкина, а не приборы.
2
-С<МЬде.1ьные прибовд по
17
В качестве примера на наших рисунках (рис. 5 и 6) представлены
рычаг из книги проф. Точидловского и прибор из книги Красикова
для демонстрации условий равновесия плавающего тела. Первая уста-
новка, как видно, состоит из планки, гири и пружинных весов, в ка-
честве штативов использованы стол и стул, второй прибор сделан из
одной половинки деревянного яйца, дроби и кусочка проволоки с во-
сковым шариком т). Этим приборам нельзя отказать в остроумии, они
достаточно наглядны, и, наконец, если преподаватель не имеет в своём
распоряжении ни помощников, ни наглядных пособий, они до некоторой
степени восполняют этот пробел, так как собрать такие установки из
подручного материала — дело пяти минут, но для нашей цели они
не подходят. В самом деле, кого из ребят могут увлечь такие при-
боры. Не нужно забывать, что ребят привлекает в наш кружок возмож-
ность строить машины, почему они всегда и задаются вначале гранди-
озными планами, а им вместо этого предлагают деревянное яйцо.
Рис. 6
Приборы, выходящие из нашей мастерской, должны быть действительно
приборами, а не отвлечёнными схемами, наскоро сколоченными из пер-
вого попавшегося материала.
Но при этом не нужно забывать, что центр тяжести наших занятий
в кружке лежит в опытном изучении физики, и, следовательно, при
постройке приборов мы заинтересованы в том, чтобы для этого экономить
время. К сожалению, большинство физических приборов трудоёмки и
при изготовлении требуют большого числа рабочих часов, особенно
при слабых технических навыках. Поэтому необходимо при всяком
удобном случае пользоваться готовыми деталями, полуфабрикатами и
заготовками, сделанными в столярных и слесарных мастерских. Жела-
тельно постройку приборов делать уже из готового стандарта.
г) Нужно сказать, что этот прибор — не оригинальная выдумка Краси-
кова, он заимствован из книги Дубровского.
18
Школа обязана не на словах только, а на деле практически пока-
зать ребятам положительные стороны стандартизации; проще всего это
сделать в кружковой работе. Кто из преподавателей физики, занимав-
шихся когда-нибудь изготовлением приборов, не знает, как много дра-
гоценного времени отнимает устройство какой-нибудь подставки, стойки,
планки и т. п. и какой досадной помехой служит иногда отсутствие
простой линзы, изолированной проволоки необходимого сечения и т. п.
Введение стандартизации в кружке в значительной степени упрощает
дело. В самом деле, имея в своём распоряжении набор полуфабрика-
тов и при конструировании учитывая необходимость пользоваться одной
и той же линзой, электромагнитом, блоком, передаточным колесом
в целом ряде приборов, мы в значительной степени сбережём себе
время, труд и деньги, а кроме того, благодаря взаимозаменимости де-
талей можем пользоваться ими из приборов, вышедших из употребления.
Для дерева в Центральном институте политехнического образования
в 1933 г. был разработан стандарт, утверждённый секцией учебных
пособий ГУС’а (31 июля 1932 г.) и проверенный на массовой работе.
Этот набор может быть выполнен в деревообделочных мастерских школы
или заказан на стороне.
№№ Название стандарт- ного материала Размеры в миллиметрах Порода дерева
Толщина Ширина Длина
1
1. Брусок 5 5 500—1500 Липа, ольха, сосна
2. 10 10 1500 То же
3. 4. 15 15 1500 » »
. ..... 20 20 1500 Липа, ель, сосна
5. 30 30 1500 То же
6. 40 40 1500
7. Планка 5 10 500—1500
8. 5 20 1500
9. 10 20 1500 » В
10. 10 30 1500
11. . 10 40 1500
12. Доска 10 60 1500
13. 10 80 1500
14. 15 100 1500
15. 15 150 1500
16. 20 120 1500
17. 20 180 1500
18. Кругляки (цилинд- 5 1500 Липа, сосна,
19. 20. ры диаметром) . То же 5 10 1500 1500 берёза То же
21 20 1500 П 9
22. 30 1500 91 »
40 1500 Я И
2*
19
Сюда полезно прибавить набор блоков, выточенных из дерева или
выпиленных из фанеры (рис. 7). Наиболее подходящими по диаметрам
являются следующие (размеры даны для внутреннего диаметра): № 1
2,5 см, № 2 5 см, № 3 10 см, № 4 15 см, № 5 20 см и Ns 6
25 см.
Из этих деталей можно составлять установки для демонстрации
блоков, рычагов, наклонной плоскости, ворота, передач и т. п.
Рис. 7
Н~Н о
Рис. 8
Рис. 9
20
Рис. 12
Рис. 14
В качестве прекрасного стандартного материала мы горячо реко-
мендуем детали „ Метал локонструктора*. В этих наборах имеется зна-
чительный ассортимент деталей, которыми мы можем пользоваться
в широких пределах.
Стандарт состоит из следующих
1. Полосовое железо (3, 5, 7,
9, И и 25 отверстий).
2. Широкое полосовое железо.
3. Угловое железо (5, 11 и 25
отверстий).
4. Большая плоская плита.
деталей (рис. 8—14).
5. Малая плоская плита.
6. Большая коробочная плита.
7. Малая коробочная плита.
8. Накладка.
9. Уголок.
10. Бугель (П-образная скоба).
Рис. 15
Рис. 16
11. Зетовая скоба. 23. Детали, заменяющие подтип
12. Косынка (уголок). ники.
13. Косынка. 24. Шарнирная муфта.
14. Г-образная косынка. 25. Колесо с плоским ободом.
15. Скоба. 26. Блок.
16. Бугель. 27. Диски (планшайбы).
17. Бугель. 28. Железнодорожные колёса.
18. Зетовая скоба. 29. Ролик со свободной втулкой.
19. Уголок. 30. Зубчатое колесо.
20. Прямая ось (вал. 50, 65, 90, 31. Червяк.
115 и 205 мм). 32. Зубчатая рейка.
21. Коленчатый вал (рукоят- 33. Шестерня.
ка). 34. Торцовое зубчатое колесо.
22. Установочное кольцо. 35, 36. Торцовая шестерёнка.
uppv i™ Ает.?лн являются прекрасным материалом для постройки физи-
ческих приборов и особенно технических моделей (рис. 15 и 16).
23
§ 4. Выполнение задания
Когда проект составлен, его полезно подвергнуть общей критике.
Как показал мой опыт, очень часто ребята вносят хорошие предложе-
ния, упрощающие и улучшающие первоначальную конструкцию пли
технологический процесс. Целесообразность этого подтверждается и
опытом других педагогов; причём обсуждение темы начинается даже
раньше составления проекта. Так, например, Н. Шишкин в цитирован-
ной нами книжке говорит:
«После того, как тема выбрана, мы проводим обсуждение основ-
ных требований, каким должен отвечать прибор. Затем в обяза-
тельном порядке учащийся или вся бригада знакомится с соответ-
ствующей литературой, не только с научно-популярными статьями,
брошюрами и учебниками, но и другими работами.
Изготовление прибора сразу, так сказать, с учётом всех дета-
лей конструкции и их взаимодействия, в силу недостаточно разви-
того пространственного воображения, недоступно учащимся. Кроме
того, проводить экспериментальную работу, выявляющую все недо-
статки конструкции на готовом приборе, нерационально, так как
приходится изменять уже вполне отделанные детали. Поэтому почти
всегда предварительно собирается так называемая „летучая схема“
из неотделанных деталей.
На „летучей схеме* выявляются все недостатки прибора, устра-
няются ошибки и находятся правильные конструктивные решения,
производятся необходимые измерения.
При разборе хотя бы и очевидных ошибок требуется большой
педагогический такт. С одной стороны, нужно доказать их неиз-
бежность в силу совокупности тех или иных причин, с другой —
помочь найти путь правильного решения, не подсказывая его цели-
ком, а лишь намечая вехи к достижению цели...* *).
Чаще всего каждый проект в натуре выполняется одним кружков-
цем, но в том случае, если задание сложное и требуется много вре-
мени на выполнение, то работу следует распределить среди нескольких
участников. Эго, во-первых, сбережёт время на постройку (вернее,
ускорит процесс, так как количество человеко-часов остаётся то же
самое), а во-вторых, это даст возможность на живом опыте познако-
мить учащихся с принципом разделения труда.
Здесь необходимо сделать оговорку. Производить разделение труда,
как это делается на большом производстве, недопустимо. Мы из круж-
ковцев не готовим узких специалистов, наша цель заключается в по-
вышении и углублении знаний, даваемых школой, основная цель которой
состоит в воспитании разносторонней гармонической личности; эта цель
остаётся для нас обязательной. Поэтому, знакомя ребят с такой орга-
’) И. LU и ш к и и, «Кружок юных физиков», см. стр. 8 настоящей работы.
24
низацией работы, где разделение труда даёт наибольший производст-
венный эффект, руководители кружков должны возможно чаще перево-
дить каждого из кружковцев с одного вида работы на другой. У нас
не может быть столяров, краснодеревцев, слесарей, токарей, полиров-
щиков и т. п., но все ребята должны пройти через все виды работы,
встречающиеся при моделировании и постройке приборов, т. е. каждый
из участников нашей кооперации должен быть ознакомлен со всеми
технологическими процессами, имеющими место в нашей лаборатории.
„Но поручая известное задание, требуя доброкачественной ра-
боты надо учитывать реальные возможности ученика—его возраст,
уменье организовать свой труд и т. д. — и всемерно помогать уча-
щимся приобретать ремесленные навыки.
Часто новички, получив задание, стремятся немедленно взяться
за инструмент и приступить к работе; строгать, пилить, забивать
гвозди, — словом, проявить свою активность, которая, кстати ска-
зать, недолговечна. В результате и появляются приборы, сделанные
неряшливо и непродуманно* *).
К сожалению, изучение работы кружков показывает, что в боль-
шинстве случаев слишком мало обращается внимания на внешность
изготовляемых моделей. Ещё очень многие руководители придержива-
ются совершенно неправильного взгляда, что единственное назначение
модели заключается в том, чтобы показать физическое явление или
имитировать работу машины, и если модель хорошо действует, то
больше от неё ничего не требуется, и работа считается выполненной.
Этот взгляд совершенно неверен по существу. Шлифовка, поли-
ровка, окраска, хромирование и вообще всякая внешняя отделка при-
боров и деталей производится не только для придания им красивой
внешности, но главным образом для прочности и повышенной сопро-
тивляемости.
Металл мы окрашиваем и покры аем никелем для того, чтобы
предохранить его от коррозий. Когда этого сделать нельзя, мы тща-
тельно шлифуем и затем полируем поверхность, так как при этих
операциях изделие как бы покрывается уплотнённым слоем того же
металла, предохраняя его от ржавчины.
Внешняя отделка трущихся частей вызывается необходимостью
уменьшить трение — цапфы, валы, вкладыши подшипников пришабри-
ваются, а шарики и кольца в шарикоподшипниках полируются до зер-
кального блеска совсем не для красоты, а для того, чтобы уменьшить
трение, сделать плавным ход машины, увеличить её прочность и срок
службы, уменьшить количество смазкй; одним словом, все эти про-
цессы внешней отделки вещи вызываются главным образом экономи-
ческими причинами.
То же самое нужно сказать и о дереве. Шлифовка, окраска, лаки-
ровка и полировка увеличивают срок службы готовых изделий.
О Н. Ш и щ кин, «Кружок юных физиков», см. стр. 8 настоящей работы.
25
Техника в настоящее время дала нам множество красок и лаков,
предохраняющих дерево и металл от порчи.
Если эти покрытия являются необходимыми для таких изделий, как
мебель, утварь и предметы домашнего обихода, то ещё в большей
степени эти предохранительные средства следует применять строителям
машин и физических приборов, они обходятся дорого, а следовательно,
и нуждаются в более надёжной защите. До открытия никеля в XVIII
и в первой половине
XIX в. дорогие физиче-
ские приборы очень
часто покрывались зо-
лотом, да и теперь
многие заводы золотят
или серебрят ответ-
ственные части прибо-
ров.
В работе наших
кружков условия оста-
ются те же самые,
а выполнение этих тре-
бований, к сожалению,
мы наблюдаем только
в виде исключения. Го-
раздо чаще мы видим
обратное: например,
Рис. 17 сплошь и рядом в ра-
диотехнических круж-
ках монтаж сложных радиоприёмников ведётся на фанере, причём
фанера даже не шлифуется и не окрашивается, а употребляется в
таком виде, в каком она получена с завода. Недопустимо, чтобы доро-
гие детали, как лампы, конденсаторы переменной ёмкости, катушки
самоиндукции были кое-как прикреплены к грязной коробящейся
фанере, не защищающей эти детали от поломок.
То же самое относится и к другим приборам. Чтобы убедиться
в этом, взгляните на приложенные фотографии (рис. 17, 18, 19). На
первой из них мы видим паровую машину с качающимся цилиндром.
Машина эта действует, следовательно, паровпускное окно и выхлопные
отверстия хорошо подогнаны, одним словом, наиболее трудная часть
работы выполнена удовлетворительно, а внешность прибора оставляет
желать много лучшего. То же самое нужно сказать и об электро-
магнитном и механическом молотках.
Мало того, что неряшливо построенный прибор не только не радует
глаз, он обязательно и плохо, и недолго работает. Небрежно подог-
нанные детали скоро рассыпаются, в трещины попадает сырость, на-
бивается пыль и грязь, трущиеся части очень скоро отказываются
работать. Поэтому с самого начала работы в кружке необходимо при-
учить ребят к тщательной подготовке и отделке всех частей прибора.
Необходимо, чтобы так называемая бархатная пила, шкурка, наждак,
26
воронило, цикля и малярная кисть вместе с красками и лаками являлись
в кружке такими же важными инструментами и материалами в нашем
технологическом процессе, как и первичные и основные орудия труда.
Наряду с грубой обработкой металла и дерева необходимо ознакомить
Рис. 18
Рис. 19
ребят с окончательной отделкой
что эта часть технологического
предшествующая.
изделий и воспитать в них сознание,
процесса так же необходима, как и
„Оформление прибора, его отделка имеет в условиях кружка
громадное воспитательное значение.
Если при изготовлении прибора и постановке эксперимента
учащимся руководит стремление добиться того или иного эффекта,
то для отделки и внешнего оформления требуется уменье делать
хорошие, красивые вещи, которое сразу не приходит, а достигается
упорным трудом. Следует подчеркнуть, что именно в этой части
работы, над прибором воспитываются такие ценные качества, как
терпение, настойчивость, усидчивость, любовь к самостоятельной
работе.
Убеждаясь на собственном опыте, как много усилий требует
изготовление прибора, учащийся начинает ценить труд другого
и бережно относиться к готовым вещам. Так воспитываются хо-
зяйственное, бережное отношение к общественной собственности
и добросовестность в отношении задания* *).
l) Н. Шишкин, «Кружок юных физиков», см. стр. 8 настоящей работы.
27
Наконец, последнее замечание. Несмотря на то что в наши дни
кружковая работа получила большой размах, для наших педагогов
это новое дело: его организация, методика, содержание и тематика,
наконец, формы работы вызывают целый ряд вопросов, ещё далеко не
решённых и неясных для лиц, руководящих этим делом; поэтому
в целях накопления материала необходимо вести точный учёт работы.
Это необходимо также с точки зрения педагогического воздействия
на ребят, чтобы они видели и могли оценить рост своих знаний, на-
выков и опыта, а это возможно только при наличии тщательного и
систематического учёта работы.
Текущий учёт ведёт секретарь кружка, он аккуратно, без пропусков
фиксирует всю текущую работу кружка. При этом учёт не следует
усложнять громоздкими формами, а лучше воспользоваться следующей
простой схемой.
№№ Дата Фамилия и класс * Что делал Время Замечания руководителя
1 !
На вопрос, что делал? желательно получить исчерпывающий ответ.
То же следует сказать и о последней гр^фе, где руководитель своими
замечаниями дополняет летопись кружка. Если этот дневник будет
вестись с педантичной точностью, то уже в конце первого учебного
года будет иметься ценнейший материал для подытоживания опыта
работы кружка.
§ 5. Массовая работа кружка
Всякая общественная организация только тогда жизнеспособна,
когда она в своей работе опирается на массы. Эта аксиома является
обязательной и для кружковой работы. Ведь каждый кружок органи-
зуется в массе учащихся, живёт в этой среде и из этой же среды
черпает новые кадры. Поэтому будет неправильным, если члены кружка
замкнутся в своей работе. Связь кружка с жизнью школы даст
возможность участникам кружка на полезной практической работе
применить знания и опыт, полученные в кружке, — починить школьную
электропроводку, изготовить ряд приборов для физического кабинета
и химической лаборатории, устроить в школе электрическую сигнализа-
цию, оборудовать аудиторию проекционными фонарями, поставить ра-
дио и т. п.
Для осуществления технической пропаганды кружок прежде всего
демонстрирует результаты своей работы в классе.
28
Когда прибор изготовлен и испытан, его следует со всеми опытами
показать кружку. После демонстрации снова, как и в начале работы,
должен быть поставлен вопрос о качестве работы, какие конструктив-
ные особенности можно внести в модель, что можно в ней упростить,
чтобы добиться ещё большей отчётливости опытов и т. д. Обычно
в связи с этими вопросами разгораются страстные споры, и модель
подвергается жестокой критике. Среди этих замечаний могут быть
очень дельные соображения, на основании которых можно внести кор-
рективы в прибор. Зате*м после исправлений, если они потребуются,
следует прибор показать в соответствующем классе на уроке физики.
Здесь на первом же опыте вы убедитесь, что самодельный прибор
доходчивее до массы учащихся, чем готовый фабричный, так как он
вызывает больший интерес, как исполненный своими же товарищами.
Очень полезно участвовать в стенной газете, отражая там деятель-
ность кружка, устраивать среди учащихся, не охваченных кружком,
технические вечера, каждый учебный год заканчивать выставкой-кон-
ференцией с привлечением представителей соседних школ и общест-
венности.
Приложение 1
ОХРАНА ТРУДА
Если советские законы уделяют так много внимания охране труда
взрослых рабочих на производственных предприятиях, то это ещё
в большей степени относится к созданию таких условий работы с под-
ростками, чтобы они ни в какой степени не отражались на их здо-
ровье. Говоря о руководстве физическим кружком, мы не можем
обойти и этот вопрос.
Все механические станки, если они имеются в распоряжении кружка,
при неосторожном обращении с ними представляют опасность; то же
самое нужно сказать и про электрический ток городской сети.
Если вы будете касаться проводников сухими руками, стоять на
сухом полу и кроме того в галошах, не пропускающих электрического
тока, то сопротивление будет настолько велико, что ток не достигнет
опасной величины. Но не всегда так бывает на практике.
Наши руки почти всегда покрыты влагой. Никогда вы не можете
также поручиться за то, что пол и стены, к которым вы прикасаетесь,
сухи. Поэтому нельзя прикасаться к проводам под напряжением сы-
рыми руками. И было бы не плохо, если бы при работе с током вы
употребляли резиновые перчатки и в то же время надевали резиновые
с этими ме.рами предосторожности нельзя до-
к электропроводке. Нужно поставить себе за
прикасаться к проводам, находящимся под на-
галоши. Но даже и
пускать подростков
правило: никогда не
пряжением.
Мы решительно
настаиваем на том, чтобы при всякой работе
с электрическими проводами они были отключены от сети.
29
Если в школе нет общего выключателя для всей сети, то прежде
чем приступить к новой проводке или ремонту, необходимо из распре-
делительной коробки вывинтить и вынуть предохранительные пробки,
и не одну, а обе.
Если вы работаете с выключателем, то для того чтобы не про-
пустить через себя ток, необходимо вывинтить лампу, с которой он
связан. Если же работаете с патроном лампы, то необходимо сначала
убедиться в том, что выключатель не пропускает тока в патрон.
Особенно опасным местом при ремонте сети является штепсель,
так как при случайном контакте в нём возможно короткое замыкание.
Поэтому, устанавливая штепсель, обязательно выключайте ток. И во-
обще нужно принять за правило: при работе с проводами ток должен
быть выключен в двух проводах, и только в этом случае вы будете
гарантированы от всяких случайностей.
Итак, при работе с электротоком будем придерживаться следую-
щих правил:
1. Установка моторов и приборов включения должна производиться
специалистами —монтёрами.
2. Ток в проводах при работе с ними должен быть выключен.
. 3. Перед работой насухо вытирайте руки, и если работаете в сы-
ром помещении, то на ноги обязательно надевайте резиновые галоши
и на руки резиновые перчатки.
4. Все соединения тщательно изолируйте резиновой лентой и сле-
дите за тем, чтобы провода нигде не касались стен или балок.
5. При соединениях, там, где это возможно, спаивайте провода
без применения кислоты.
6. При опытах и проводке ток включайте только при помощи
рубильников.
7. Есле вы пользуетесь для своих опытов током из городской
сети, то никогда не включайте ток непосредственно в своп приборы
от штепселя, а всегда последовательно со своими приборами включайте
электрическую лампу. Этим вы предотвратите короткое замыкание,
в случае неисправности прибора.
8. При всех опытах с током обязательно ставьте двухполюсные
предохранители.
Ограждение мотора. Хотя из всех двигателей электромотор пред-
ставляет наименьшую опасность, тем не менее оградить его необхо-
димо. Несмотря на то что все моторы выпускаются с закрытыми ко-
жухами, около них, если они устанавливаются на полу, необходимо
устроить заграждение, чтобы дети не могли до них добраться. Конечно,
если моторы установлены на стенах, на кронштейнах и достаточно
высоко, то никаких предохранительных приспособлений делать около
них не следует.
Когда мотор тщательно закрыт, связанную с ним трансмиссию или
станки необходимо огородить. Для того чтобы неопытные кружковцы
не могли бесцельно включить ток и пустить механизмы в действие,
коробку с предохранителями необходимо поставить в доступном месте
и по окончании работы вынимать предохранители, чтобы рубильником
30
не мог быть включён ток в мотор. С этой же целью рубильник
может запираться на замок, а ключ храниться у руководителя.
В том случае, когда станки приводятся в действие от ножного
привода, с них по окончании работы следует снять передаточные ремни
и запереть в шкаф.
Ограждение передаточных механизмов. Шкивы, трансмиссии,
вращающиеся с большой скоростью и ведущие их передаточные ремни,
представляют большую опасность. Опасность в данном случае грозит
нам с двух сторон. Во-первых, ремень может втянуть одежду или
руку в промежуток между собой и шкивом, а во-вторых иногда слу-
чается, что ремень рвётся во время работы, наматывается на работаю-
щий вал и начинает им бить в плоскости вращения. Пишущий эти
строки сам был свидетелем, как лопнувший ремень с большой машины
на паровальцовой мельнице запутался в шкиве машины и начал бить
с такой силой, что разрушил каменную стену машинного отделения.
Правда, к таким серьёзным последствиям не может повести авария,
с нашими моторами, но при большой скорости вращения лопнувший
ремень может наделать много неприятностей. Поэтому как шкивы,
так и передаточные ремни должны быть закрыты со всех сторон дере-
вянными футлярами. Разумеется, эти ограждения должны быть съём-
ными, чтобы в любой момент можно было подойти к передаче для
смазки подшипников и текущего ремонта.
Санитарные правила. Почти каждая обработка материала сопро-
вождается выделением большего или меньшего количества пыли, пред-
ставляющей серьёзную опасность для глаз и лёгких ещё не окрепшего
организма. Поэтому необходимо, чтобы помещение, где производится
работа, было хорошо освещено и легко вентилировалось. Для этого
окна должны быть снабжены форточками или фрамугами, а ещё
лучше — вытяжными электрическими вентиляторами.
Особенно это требование должно выполняться при работе лобзи-
ком. Несмотря на то что этот инструмент обладает большим числом
положительных качеств, есть у него и отрицательные. Сюда, во-первых,
необходимо отнести медлительность работы и затем вредные условия,
а именно: сидячее положение, да ещё с наклоном корпуса к выпили-
ваемым деталям, в раннем возрасте вредно отражается на развитие
позвоночного столба. Во-вторых, мелкая пыль, сдуваемая с предмета,
разносится по воздуху, попадает в лёгкие, где и оседает. В-третьих,
пристальное разглядывание фигурной черты, по которой идёт пилка,
при долгой работе утомляет глаза и является причиной развития ран-
ней дальнозоркости. Поэтому, отдавая дань положительным качествам
лобзика, нельзя обойти без внимания эту сторону работы с ним и
рекомендовать увлечение этим инструментом. Эта работа может до-
пускаться на короткие отрезки времени и обязательно должна закан-
чиваться лёгкой гимнастикой на открытом воздухе. Помещение, где
производится такая работа, должно быть просторным, легко проветри-
ваемым и хорошо освещённым. Длительная работа при искусственном
свете совершенно не рекомендуется.
31
Приложение 2
ЛАБОРАТОРИЯ КРУЖКА
1. Помещение. Для работы кружка желательно иметь отдельную
комнату около 100 м2, где помимо изготовления приборов можно
было бы читать лекции, делать доклады, демонстрации и вести лабо-
раторные занятия. Комната должна быть сухая и хорошо освещённая
естественным светом. Желательно, чтобы она не соприкасалась с клас-
сными комнатами, так как неизбежные стук и шум во время работы
будут мешать классным занятиям. Для постановки опытов по свету
и демонстраций с проекционным фонарём помещение должно быть
оборудовано затемнением из плотных двойных штор и, кроме того,
для вентиляции необходимо иметь в окнах фрамуги, а ещё лучше
электрический вентилятор.
2. Рабочие столы и рабочее место. Столы для монтирования
приборов должны быть тяжёлыми, с толстыми крышками, с выдающи-
мися краями, чтобы к ним можно .было прикреплять маленькие сле-
сарные тиски и выпиловочные столики для лобзика. Столы должны
быть двухместными: 200 см X 75 см, с двумя выдвижными ящиками.
3. Монтажные инструменты должны быть укреплены на щитах
с гнёздами. Эти щиты (рис. 20) снабжаются двумя вертикальными
планками, при помощи которых они устанавливаются при рабочих
столах.
4. Для обработки дерева необходимо иметь хотя бы один верстак
средних размеров обычного типа с двумя деревянными зажимными
винтами.
5. Для опиловки, резки и рубки металла следует поставить на
специальном слесарном верстаке тиски.
6. Паяльный столик может быть оборудован электрическими па-
яльниками самими кружковцами.
7. Так как при испытании приборов и во время докладов и лек-
ций часто придётся пользоваться электрическим током, необходимо
поставить распределительный щит, который может быть построен чле-
нами кружка. Ток от щита необходимо подать на каждый рабочий
стол.
8. Помимо рабочих столов, для демонстраций и лекций необхо-
димо поставить большой демонстрационный стол вышиной 100 см,
с наглухо закрытыми (передняя и две боковые) стенками. Стол должен
быть снабжён ящиками и полками для хранения очередных приборов.
К столу должен быть подведён ток, а если в школьном помещении
есть газопровод и водопровод,—то газ и вода.
9. Лаборатория должна быть снабжена достаточно сильным проек-
ционным фонарём. В том случае, если кружок не имеет возможности
приобрести фабричный прибор, он может быть построен своими силами.
10. Для лекций и докладов сзади демонстрационного стола сле-
дует повесить чёрную доску для писания мелом и подъёмный белый
экран для демонстраций.
32
Рис. 21
3 Самодельные приборы по физике
33
11. Для хранения физических приборов, инструментов и материа-
лов необходимо поставить достаточное количество шкафов. Шкафы
для приборов в верхней части должны быть застеклены» а нижняя»
глухая часть может быть использована для хранения инструментов и
материалов.
Кроме этого обязательного оборудования для нормальной работы
кружка желательно иметь в лаборатории:
12. Токарный станок по металлу.
13* Сверлильный станок.
Примерное расположение оборудования лаборатории показано на
приложенной схеме (рис. 21).
Приложение 3
СПИСОК ОСНОВНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
ПРИБОРОВ
1, Штангенциркуль.
2. Микрометр.
3. Метровая линейка.
4. Набор мензурок.
5. Пикнометры.
6. Весы технические с набором
разновеса.
7. Весы химические.
8. Набор ареометров.
9. Часы.
10. Секундомер.
11. Счётчик оборотов.
12. Барометр ргутный.
13. Барометр-анероид.
14. Психрометр.
15. Манометры для определения
давлений больших и меньших
одной атмосферы.
16. Набор термометров.
17. Электрометры Кольбе.
18. Амперметры для постоянного
тока.
19. Амперметры для переменного
тока.
20. Вольтметр для постоянного
тока.
21. Вольтметр для переменного
тока.
22. Миллиамперметры.
23. Милливольтметры.
24. Эталоны сопротивлений.
25. Набор реостатов.
26. Зеркальный гальванометр.
27. Сирена Каньяр-Латура с ме-
хами.
28. Набор камертонов.
29. Масляный воздушный насос с
мотором.
30. Умформер для получения по-
стоянного тока.
31. Трансформатор.
32. Батарея аккумуляторов.
33. Проекционный фонарь.
34. Микроскоп.
35. Фотографический аппарат.
36. Электрофорная машина.
37. Спектроскоп.
38. Спираль Румкорфа с набором
гейслеровых, круксовых и
рентгеновских трубок.
39. Платиноспнеродистый экран.
40. Призмы стеклянные равносто-
ронние (60°).
41. Большая оборотная призма
(45°).
42. Неоновая лампа.
34
Приложение 4
список ИНСТРУМЕНТОВ, НЕОБХОДИМЫХ ДЛЯ ПОСТРОЙКИ
ФИЗИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ
Лобзик представляет собой деревянную пли металлическую П-об-'
разную раму, на концах которой прикреплены железные пли стальные
зажимы для закрепления пилок (на рис. 22 пилка показана через лупу).
Обычно в дешёвых лобзиках эти зажимы прикрепляются к раме
наглухо, но иногда их делают выдвижными — или один верхний зажим,
или оба.
В первом случае зажим прикрепляется к вертикальному винту и
пропускается сквозь отверстие в верхнем конце рамы, где прикреп-
ляется барашек для перемещения
зажима. Во втором случае нижний
Рис. 22
зажим (рис. 23) прикрепляется к длинному винту; последний пропу-
скается сквозь отверстие в нижнем конце рамы, внутрь деревянной
ручки, и там захватывается металлической гайкой, соединённой с регу-
лятором, при помощи которого можно изменять расстояние между
зажимами. Лобзики с таким устройством стоят несколько дороже, но '
благодаря тому что они позволяют пользоваться сломанными пилками,
они довольно быстро окупают разницу в цене.
Расстояние между зажимами у продажных лобзиков более или ме-
нее стандартное, но что касается самой рамы, то здесь встречается
большое разнообразие: имеются лобзики, глубина которых не превы-
шает 10 мм,—такие инструменты предназначаются для мелких часо-
вых и ювелирных работ, и лобзики, имеющие полуметровые рамы,
применяемые для инкрустационных работ в мебельном производстве,
ти крайности для физика не нужны, и потому лучше покупать лоб-
зик средних размеров.
При покупке следует обращать внимание на то, чтобы зажимы
ыли хорошо подогнаны друг к другу, а также на то, чтобы зажим-
ные винты имели глубокую и чистую нарезку. Часто бывает так, что
кустари, изготовляющие лобзики, делают плохую нарезку, и если ма-
териалом для них взято мягкое железо, то такие винты очень быстро
срываются, и лобзик приходит в негодность.
К недостаткам лобзиков ещё нужно отнести слабые рамы, легко
гнущиеся при натяжении пилок, что ведёт к слабому натяжению и ча-
стой поломке пилок; поэтому при покупке лобзика следует обращать
внимание и на эту сторону.
Для успешной работы с лобзиком считаю необходимым сообщить
главные приёмы обращения с этим инструментом:
1. Не нажимать на пилку.
2. Держать её строго вертикально без наклона.
3. По возможности избегать вращения рамы.
4. Движения лобзика производить ритмичным сгибанием и разгиба-
нием правой руки в локтевом сочленении.
5. Материал подавать только в те моменты, когда пила идёт вверх.
6. На крутых поворотах надо замедлять подачу материалов, чтобы
пилка двигалась почти на одном месте, пока пропил не будет достаточ-
ным для поворота.
7. В очень острых углах никогда не прокалывать фанеру или дру-
гой материал шилом или сверлом, а дойдя до угла, вернуться обратно
на полсантиметра, сделать плавный поворот и продолжать пилить
дальше, и когда эта часть выпадет, тогда с другой стороны пройти
пилой до вершины острого угла.
8. Тонкие детали, которые легко могут сломаться при работе,
выпиливать в самом узком месте выреза выпиловочной струбцины.
9. Когда внутренняя выпиловка закончена, выпиливается наружный
контур.
10. Ни под каким видом не спешить в работе.
Ещё одно замечание: пилка вставляется в нижний зажим зубцами
книзу (рис. 22 под лупой), а затем она проводится сквозь отверстие
в материале, натягивается и закрепляется в верхнем зажиме.
Этот инструмент мы поставили первым, потому что при моделиро-
вании он является совершенно незаменимым инструментом.
Всякий, впервые взявший этот инструмент в руку, уже в течение
первого часа работы овладевает «тайной» первых приёмов и через ко-
роткий срок получает в свои руки изготовленную им вещь.
Но не только этим объясняется популярность лобзика с пилкой —
она кроется в его универсальности. При помощи лобзика мы можем
обрабатывать не только плоские фигуры и простейшие модели, но при
известном навыке получать рельефные вещи, вплоть до частичной за-
мены им токарного станка. По мере развития навыков, мастер от лёг-
кого материала—дерева—постепенно переходит к более трудно
обрабатываемому материалу, как-то: целлулоид, фибра, каучук, грам-
мофонные пластинки, а из металлов: алюминий, цинк, латунь, железо
и, наконец, красная медь (самый трудный материал).
Как видите, не только характер приёмов работы, но и сорта обра-
батываемого материала и их разнообразие делают лобзик действительно
универсальным инструментом.
36
Выпиловочный столик. Представляет собой деревянную площадку
с треугольным вырезом (рис. 24), снабжённую струбциной для при-
крепления столика к столу. Лучшие выпиловочные столики делаются
из бука с таким же зажимным винтом.
Лучковая пила. При наших работах обойтись только лобзиком для
распиловки дерева, конечно, нельзя. Толстые доски для прямолинейной
распиловки потребуют лучко-
вую пилу (рис. 25). Полотен
для лучковой пилы различных
форм и насечек существует
очень много. Для нас лучшей будет так называемая „мелкозубка*4
с рамой не более 60 см.
Рубанок. Для обработки поверхностей досок служит рубанок
(рис. 26).
При моделировании лучшим рубанком является целиком сделанный
из металла с установочным винтом, позволяющим изменить угол на-
клона лезвия к обрабатываемой поверхности.
Плоская стамеска. Для выбивания углублений или прямоуголь-
ных отверстий в дереве нам нужна плоская стамеска (рис. 27). Так
же как и предыдущие инструмен-
ты, её не следует брать с широ-
ким лезвием — вполне достаточно,
если её ширина будет 1 см.
Рис. 26
Рис. 27
Для скорости работы, а главным образом для её чистоты, необхо- ’
димо, чтобы пилка, рубанок и стамеска всегда были в исправности:
зубья пилы наточены и разведены, лезвия рубанка и стамески не
должны иметь зазубрин и также должны быть остро отточены. При
наточке леззий следует обращать внимание на то, чтобы фаска лезвия
имела совершенно плоскую поверхность, а не выдавалась бы горбом.
. Для соединения деревянных частей в нашей работе мы
часто удем пользоваться столярным клеем. Клей не утрачивает своих
связывающих свойств только в том случае, если он не пригорел во
37
время варки. Для того чтобы избежать этого, следует построить для
его варки специальную клеянку. Она может быть сделана из двух
консервных банок—одной побольше, а другой поменьше. К верхнему
краю меньшей банки припаивается кольцо
из жести для того, чтобы внутренняя банка
не проваливалась и чтобы между донышками
банок оставался небольшой промежуток
(рис. 28).
Клей (лучший — прозрачный) раздробляет-
ся молотком, закладывается во внутреннюю
банку и на сутки заливается водой. О г этого
он разбухает, увеличивается в объёме, и края
его делаются полужидкими. Перед варкой
лишняя вода сливается, в промежуток между
банками наливается чистая вода, клеянка
ставится на огонь, и когда вода закипит,
клей начнёт распускаться в водяной бане.
Варку нужно продолжать до тех пор, пока
Рис. 28 клеевая масса не станет однородной и слегка
тягучей; тогда клей готов к употреблению.
Употреблять его следует в горячем виде, и чтобы он не остывал во
время работы, его необходимо держать на слабом огне.
Тиски. Для укрепления обрабатываемого материала употребляются
тиски. Они бщвают „столовые*, наглухо прикрепляемые к столярному
верстаку, и небольшие „съёмные* тиски со струбцинкой (рис. 29 и
Рис. 29
Рис. 30
30). Для наших работ удобнее последние. Тиски по устройству за-
жима имеются двух родов: чаще всего попадаются тиски, у которых
губы, зажимающие материал, перемещаются под некоторым углом друг
к другу, в лучших же тисках губы перемещаются параллельно друг
другу, отчего эти тиски и получили название параллельных тисков.
Последние для нас в работе гораздо удобнее и поэтому если придётся
38
чистоту и
нарезки зажим-
Рис. 31
31). Слесаря делят напильники
покупать тиски, то лучше приобрести параллельные. При покупке сле-
дует обратить внимание на то, чтобы их губы были сделаны из от-
дельных кусков стали, а также и на
ного винта.
Наковальня. Для обрубки
толстых пластинок металла, рас-
плющивания и холодной ковки
желательно иметь хотя бы неболь-
шой обрезок рельса или двутавро-
вой балки.
Напильники. Ввиду того что
наши работы будут довольно раз-
нообразны, следует обзавестись
несколькими напильниками различ-
ных сечений средних размеров.
Наиболее подходящими сечениями
для нас будут плоский, трёхгран-
ный, полукруглый и круглый (рис.
или, как они их называют, „слесарные пилы* на две категории:
пилы „драчёвые* и пилы „личные*. Различаются они величиной на-
сечки — первые имеют более грубую насечку и применяются для
более грубой первичной обработки металла. По характеру наших ра-
бот нужда в них будет невелика, и если их не будет в нашем рас-
поряжении, мы вполне можем обойтись и без них — одними
(Ь личными пилами.
В Большую пользу могут нам принести при мелких работах
В так называемые бархатные пилы с очень мелкой, почти
И незаметной для глаз насечкой.
3 Наконец, при моделировании нельзя обойтись без надфи-
К лей — очень мелких напильников таких же профилей.
1 Слесарные ножницы. Для разрезания листового металла
употребляются слесарные ножницы. При покупке их следует
обращать внимание на хорошую и плотную пригонку ножей
(рис. 32).
При работе ножницами следует одну ручку зажимать в тис-
ки, левой рукой подавать материал, а правой — действовать
на верхнюю ручку ножниц.
Слесарная ножовка. Для разрезания толстых кусков ме-
талла служит ножовка, представляющая собой мелкозубчатую
Рис. 32 ПИЛУ из закалённой стали, натягиваемую в металлическую
раму. Рамы бывают двух родов — постоянные с неизменяемым
расстоянием между зажимами и шарнирные. Последние удобнее, так
как позволяют пользоваться полотнами различной длины и даже облом-
ками полотен.
Зубило. Этот инструмент служит для рубки металла и представ-
ляет собой стержень с плоским лезвием (рис. 33).
ак как нам не придётся рубить больших поверхностей, для нас
вполне достаточно зубило с лезвием в 1 см. Если нам не удастся
39
достать такое на рынке, то его можно заказать любому куз-
нецу.
Керн, Для пометки на металле мест, которые следует просверлить,
служит керн. Он представляет собой стальной цилиндр с одним кон-
цом, заточенным на конус. Он также мо-
жет быть заказан кузнецу.
Настольная дрель. Для просверлива-
ния отверстий в металле (и других мате-
риалах) наиболее удобным инструментом
является настольная дрель, представляю-
щая собой небольшой сверлильный станок,
прикрепляющийся к столу и приводимый в
движение небольшой рукояткой, соединён-
ной с парой конических зубчатых колёс.
Рунная дрель. Для просверливания
мелких отверстий как в металле, так и в
дереве хорошим инструментом является
дрель, представляющая собой винт с очень
крутой круглой нарезкой (рис. 34). Верх-
ний конец этого винта вращается в дере-
О9 г. п, вянной головке, служащей ручкой, а к
Рис. 33 Рис. 34
нижнему концу прикрепляется зажим для
пёрок. По винту скользит гайка, которая приводит дрель в движение.
Лучшими дрелями являются двухходовые, в которых гайка приводит
дрель в движение и при опускании её вниз и при подъёме
вверх. Для просверливания небольших отверстий хороши
также дрели с балансиром — их гайка устраивается таким
образом, что обратный ход вверх у неё делается холостым,
а дрель продолжает по инерции вращаться в рабочем напра-
влении (по часовой стрелке).
При покупке дрели следует обращать внимание на
мягкость хода винта в головке и на нарезку зажим-
мой гайки-—нарезка должна быть чистой и глубокой, в |
Для сверления по дереву употребляются пёрки, W Ш
представляющие собой стальные стерженьки с ром- 111 И
бическим расширением на рабочем конце (рис. 35). si Ш
Часто такой же формы делаются свёрла и для ме- В
талла, но очи делаются из более твёрдой и закалённой В Гл
стали, и поэтому вследствие хрупкости их не следует В /I
употреблять для сверления дерева, так как в вязком ЕД
материале они легко ломаются. Для сверления ме- И ufl
талла лучше употреблять винтовые спиральные свёрла V 1Я
(рис. 36), вырабатываемые из высших сортов стали. 1
При сверлении мягких металлов, как красная медь, и
алюминий, свинец, цинк и мягкое железо, необхо- Рис. 35. Рис. 36
дпмо место сверления поливать маслом, в крайнем
случае керосином, иначе металлическая стружка будет наматываться
на сверло, легко ломающееся от этого. *
40
Винторезная доска. Представляет собой стальную пластинку с на-
резанными отверстиями для винтов различных сечений и затем закалён-
ную. Обычно для одного и того же размера в доске делаются две
нарезки — одна для первого прохода по винту, а вторая несколько
меньшего размера для окончательной нарезки винта.
Чтобы не испортить инструмент и получить хороший винт, при
нарезке необходимо соблюдать следующие условия: стержень, на ко-
тором делается нарезка, должен быть несколько больше отверстия, и
его конец должен быть чуть-чуть опущен на конус, чтобы нарезная
гайка захватила металл. Нарезываемый стержень закрепляется возможно
ниже в тисках, на него надевается винторезная доска соответствую-
щим номером и поворачивается при слабом нажимании вниз по часо-
вой стрелке. Если диаметр стержня соответствует отверстию в доске,
то последняя, срезая металл, сравнительно легко вращается на стержне,
постепенно опускаясь вниз. Если же доску „заедает*, это значит, что
диаметр стержня велик, и может случиться следующее: или сорвётся
нарезка в доске и доска будет испорчена\ или же сломается стер-
жень, перекрутившись вокруг своей оси; часть его застрянет в доске.
Придётся впоследствии её высверливать оттуда, а эта операция может
испортить нарезку в доске. Чтобы не случилось поломки стержня,
следует доску сейчас же свинтить со стержня и затем в тисках опи-
лить его до нужного диаметра и снова попытаться нарезать винт.
Если на этот раз доска пойдёт, то необходимо на режущее отверстие
капнуть каплю масла и начать нарезку. Если винт длинный, то, дойдя
до тисков, следует стержень несколько поднять и далее продолжать
нарезку до тех пор, пока весь винт не будет нарезан. Затем свинтить
доску и снова пройти весь винт следующим, несколько меньшим от-
верстием в доске того же номера. Когда доска пройдёт весь винт
сверху вниз и .обратно, нарезка будет готова.
Для нарезки соответствующих гаек к каждой винторезной доске
прилагается набор метчиков тех же номеров. При покупке следует
обращать внимание именно на метчики, чтобы нарезка на них была
глубокая, чистая и острая.
Плоскогубцы, круглогубцы и кусачки. Для работы с металлом не-
обходимы перечисленные инструменты. Самое название их указывает
на то, что зажимные губы первого инструмента (рис. 37) представляют
собой плоские поверхности, у вторых (рис. 38) — круглые, а у тре-
тьих- острые (рис. 39) для кусания гвоздей и проволоки.
При покупке их следует обращать внимание на чистоту отделки,
а главным образом на точную подгонку рабочих частей инстру-
ментов.
Паяльник. Для соединения отдельных металлических частей необ-
ходим паяльник (рис. 40). Паяльники различаются между собой по
назначению для паяния поверхностных (а) и внутренних частей какого-
нибудь сосуда (Ь). Затем они различаются по весу. Для нас будет
вполне достаточен паяльник в 100—200 а весом.
При работе паяльником напоминаем неопытным мастерам, что нака-
ливать у паяльника нужно пятку, а не носок.
41
Рис. 39
Рис. 37
Рис. 38
Нечего и говорить, что в нашей школьной практике наиболее
удобным паяльником является электрический. Если в вашем распоря-
жении имеется электрический гок и если вы не можете приобрести
заводского паяльника, то его необходимо построить собственными силами.
Отвёртка. Для чистой
работы желательно, чтобы её
размеры точно соответство-
вали головке винта.
Молоток. При всех ра-
ботах и по дереву, и по ме-
таллу этот инструмент необ-
ходим. Лучше всего иметь
слесарный молоток с плоской
пяткой и острым концом с
Рис. 40
Наконец, при монтажных работах
бытовых инструментов, как ножницы
жести, прямого шила с ромбическим
другой стороны. Вес его в
500 г для нас будет вполне
достаточен.
мы не можем обойтись без таких
для картона и бумаги и тонкой
сечением. При работе с картоном
нам будет очень нужен так называемый переплётный нож.
Приложение 5
БЫТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ В ФИЗИЧЕСКОМ КРУЖКЕ
Мы здесь не приводим полного списка материалов для физического
кружка — он слишком велик, а ограничимся указанием на материалы,
встречающиеся в домашнем обиходе и годные для использования при
работе физического кружка.
42
Алюминиевая посуда (кружки, кастрюли, сковородки) — ценный
материал при постройке моделей.
Банки стеклянные (лучше аптекарские, гладкие, разных размеров)
имеют- применение почти во всех отделах физики.
Бумага газетная, для изготовления папье-маше, папиросная, цвет-
ная для электростатики, переплётная для оклейки многих приборов.
Бутылки разных размеров для изготовления стаканов, цилинд-
ров и пр.
Воск, парафин для заливки приборов; для пропитки деревянных
дощечек, для придания им некоторых изоляционных свойств и для
матовой полировки деревянных частей приборов.
Гайки разных размеров, как грузы для опытов по механике, как
образцы металлов при определении теплоёмкости.
Гильзы медные от ружейных патронов разных калибров—чрезвы-
чайно ценный материал, который при отсутствии медных трубок может
быть использован во всех отделах физики.
Граммофонные пластинки. Пластинки легко размягчаются на го-
рячей, но не раскалённой плите, режутся ножницами, свёртываются
в трубки, сгибаются, швы оплавляются на пламени спиртовой горелки
и легко запаиваются. В холодном виде легко опиливаются лобзиком,
напильниками, шлифуются шкуркой и полируются.
Графит (карандаши) имеет применение в электричестве в качестве
материала с большим сопротивлением. Размельчённый до степени пудры,
применяется как сухая смазка трущихся частей из дерева.
Дермантин для оклейки приборов.
Дробь как тара и материал для отливок.
Железная проволока (печная и с упаковочных ящиков). Имеет
применение во всех отделах физики.
Жесть (коробки и банки из-под консервов) применяется во всех
отделах физики.
Зеркала (обломки): свет, электричество.
Зубчатые колёса (от сломанных часов, граммофонов и заводных
детских игрушек) имеют применение главным образом в механике при
постройке технических моделей и в некоторых других отделах физики;
например, в электричестве могут быть использованы в качестве пре-
рывателей.
Картон (коробки, старые переплёты) — во всех отделах физики.
Катушки (деревянные из-под ниток и железные из-под лент пи-
шущих машин): в механике и при моделировании в электричестве.
Лампочки электрические. Из цоколей выделываются патроны
и штепселя, а стеклянные баллончики имеют применение в отделе газов;
наполненные водой, могут быть использованы как световые конденсоры.
Лезвия безопасных бритв: магнетизм, электричество, свет.
Линзы стеклянные (сломанные детские игрушки, разрозненные
приборы и лупы): свет.
Монеты (серебряные, никелевые, медные и алюминиевой бронзы).
Первые как материал, а последние как граммовый разновес — копейка
весит грамм и т. д, а пять копеек — пять граммов.
43
Опилки металлические: магнетизм и электричество.
Пломбы свинцовые — как материал для отливок.
Подсолнечная мякоть. Высушенная, она легко режется острой
бритвой и заменяет не везде имеющуюся бузинную сердцевину для
опытов по электростатике.
Призмы стеклянные (ламповые подвески): свет.
Пробирки (как сосуды для хранения различных медикаментов, фо-
тохимикалий) применяются во многих отделах физики.
Пробки корковые — почти во всех отделах физики.
Проволока изолированная различных сечений (испорченные звонки,
физические приборы и пр.) — в отделе электричество.
Пружины стальные (из сломанных часов, граммофонов и детских
игрушек) — в механике, электричестве, звуке и моделировании.
Пули (главным образом военного образца) — во многих отделах
физики.
Свинцовый лом — как материал для отливки.
Слюда: свет и электричество.
Стальные иглы (швейные и вязальные) — в магнетизме, электри-
честве и моделировании.
Стекло листовое (испорченные негативы и оконное стекло): оптика,
гидростатика, электричество.
Струны железные и стальные: звук, моделирование.
Сургут; газы, жидкости, электричество.
Очковые стёкла (вогнутые и выпуклые) — прекрасный материал
для оптических приборов и технических моделей.
Угольные палочки (из дуговых фонарей и карманных батарей):
электричество.
Фанера: все отделы физики и моделирование.
Фибра — прекрасный изоляционный материал.
Флаконы гранёные (из-под духов и одеколона): для хранения хи-
мических реактивов и как материал для постройки некоторых приборов
по свету.
Целофан (упаковочный материал) —обладает двусветопреломляю-
щими свойствами.
Целлулоид (киноплёнки и фотоплёнки). Если снять эмульсию, то
мы получим хороший, небьющийся, прозрачный материал для защиты
шкал измерительных приборов. Растворив в ацетоне или грушевой эс-
сенции, получим клей для целлулоида. Важное замечание: ни-
когда не забывайте, что плёнки и всё производное от них в высшей
степени огнеопасны.
Цинк (коробки, электроды из элементов) — во многих отделах фи-
зики и как материал для отливок.
Цепи часовые: механика, электричество и моделирование.
Шёлковые нити и ткань: электричество.
Ящики (упаковочные) — как материал для всех отделов физики.
ГЛАВА ll
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
§ 1. Измерительный клин
Модель клина для измерения диаметра отверстий можно сделать
таким образом: из тонкой фанеры выпилим клин (рис. 41) и тщательно
на тонкой шкурке (№ 00) отшлифуем его рёбра, чтобы они были со-
вершенно ровными. Затем оклеим его миллиметровой бумагой.
Для измерения диаметра введём клин в отверстие доотказа и заме-
тим, до какого деления он вошёл. Причём отсчёт делений производить
по данному катету. Очевидно, этот диаметр при помощи такого клина
может быть измерен с точностью до 0,1 мм, так как отношение вы-
соты клина к его длине 1:10.
Для измерения внешних диаметров выпилим из той же фанеры две
линейки В и С и деталь А в двух экземплярах (рис. 42). Тщательно
Рис. 42
отшлифуем их края и сложим их таким образом, чтобы линейки при-
касались плотно друг к другу в нулевой точке и на десятом санти-
метре расстояние между ними равнялось бы ровно 10 мм. Затем на-
клеим на эти линейки с обеих сторон деталь А. Когда клей подсохнет,
отшлифуем модель и на одну линейку наклеим миллиметровую бумагу.
Для измерения диаметра нужно ввести предмет в клин доотказа
и заметить, против какого деления он окажется.
45
§ 2. Модель нониуса
Для того чтобы познакомить учащихся с нониусом, применяемым
для измерения длин, следует построить большую классную модель
этого важного измерительного прибора.
Сначала сделаем дощечку Л = 25 сму^\№ см в качестве основа-
ния прибора, затем из фанеры выпилим линейки D= 10 см X 45 см,
f = 12 гл/ X 45 гл/, В = 12 гл/ X 106 гл/, С — 11 см X 106 гл/, 0 =
= 3 см X Юб см и / = 2 см X 106 гл/. Линейки D и Е склеим вместе
Рис. 43
(рис. 43), а остальные линейки В, С, G и J наклеим на основание
в таком порядке, как это показано на рисунке. Это соединение дета-
лей нужно сделать таким образом, чтобы двойная линейка DE могла
с лёгким трением передвигаться в пазу между линейкой GJ и ВС.
Разумеется, это может быть только в том случае, если все детали
тщательно отшлифованы.
Когда это сделано, на линейку В— масштаб — наносятся деления
через 5 гл/, а линейка D — нониус — делится на 10 частей, т. е. каждое
Рис. 44
деление будет равно 4,5 гл/. Эти деления можно нанести на бумагу
и затем наклеить на линейку или при помощи краски непосредственно
нанести на линейку.
Для того чтобы нониус не выпадал из масштаба, следует с бокоз
вклеить небольшие, 3 см%\2 см, планочки из фанеры (рис. 44).
Помимо большой демонстрационной модели, следует сделать не-
большие модели нониусов для раздачи их на руки учащимся. Эги
46
раздаточные модельки можно сделать по этой же системе, но деления
масштаба взять по 1 см. а деления нониуса по 9 мм. Следовательно,
при помощи такого нониуса можно будет делать отсчёты длин с точ-
ностью до 1 ЛЛ.
§ 3. Мерная лента
Помимо приборов для физического кабинета, следует построить
измерительные инструменты для практических занятий по геодезии
в поле.
Для измерения прямых линий на местности употребляется мерная
лента, которую мы можем заменить проволокой сечением около 2 мм
и длиной около И м. Эта проволока укрепляется между двумя ме-
таллическими крючками таким образом, чтобы расстояние от одного
1 м
10 м-
Рис. 45
Рис. 45а
крючка до другого равнялось точно Юл/. Через каждый метр на про-
волоку напаиваются ободочки из медных ленточек. Чтобы измеритель-
ную проволоку было удобно держать в руках, следует сделать дере-
вянные цилиндрические ручки с желобком посредине для прикрепления
их небольшим куском проволоки к крючкам (рис. 45).
Для измерения линий в поле необходимо ещё иметь 11 железных
колышков, сделанных из толстой (3—4 мм диаметром) проволоки и за-
гнутых, как указано на рисунке (рис. 45а). Как работать с мерной
лентой в поле см. задачи 1, 2, 3, стр. 68.
§ 4. Дальномер
Для этого прибора нужно достать две медные гильзы, распилить
их поперёк и затем попарно спаять по длине. В задней части (где
вставляется пистон) дрелью просверлить сквозное отверстие — диамет-
Рис. 46
ром в 2 леле, а в другую половину впаять две параллельные проволочки
и одну по средине перпендикулярно двум первым (рис. 46). По тол-
щине гильз выстругать круглую деревянную палочку около метра
47
длиной; задние части гильз укрепить наглухо на одном конце палки,
а передние с лёгким трением надеть на палку.
Прибор градуируется таким образом: делается шест в 2 м высоты,
устанавливается вертикально, и от него по прямой линии отмеривается
расстояние в 10, 20, 30 и т. д. метров. Наблюдатель берёт в руку
дальномер, смотрит через отверстие в задней части гильзы на шест,
а правой рукой передвигает гильзы с нитями до тех пор, пока гори-
зонтальные нити промежутка а не совпадут с концами шеста. Перочин-
ным ножом делается небольшая зарубка на палке и пишется цифра 10.
Затем наблюдатель становится на расстоянии 20 м от шеста и снова
проделывает то же самое, отмечая зарубкой новое положение гильзы,
и т. д. Градуировка продолжается до тех пор, пока делениями не бу-
дет заполнена вся палка.
Из самой градуировки должно быть понято, как пользоваться таким
дальномером в поле. Помощник землемера с шестом в 2 м вышины
уходит в противоположный конец измеряемой линии, ставит шест вер-
тикально, а землемер, направив инструмент на шест, перемещает нити
до тех пор, пока они не совместятся с его концами. После этого он
замечает на палке положение муфты и этим определяет расстояние.
§ 5. Эккер
Для проектирования прямых углов в поле служит эккер, представ-
ляющий собой деревянный крест из планок (20 см X 3 см X 1 см).
В середине этого креста укрепляется ружейная медная гильза (лучше
большого калибра), а на другой стороне по
|ИП средним линиям планок вычерчиваются две вза-
| I имно перпендикулярные линии, на концах кото-
рых перпендикулярно плоскости эккера вста-
вляются четыре иглы (рис. 47). Эту часть работы
ВЕН SSHl необходимо выполнить особенно тщательно, до-
IIJ биваясь того, чтобы линии, проходящие через
|К| каждую пару игл, были строго перпендикулярны,
Щ друг другу.
Затем к инструменту подбирается палка
вышиной в 120—130 см, один конец её за-
остряется, чтобы его можно было втыкать в
| 1 I землю, а другой обтачивается, чтобы на него
gssssKgMjpgsasa легко было надеть ружейный патрон.
|П| Для того чтобы иметь возможность проек-
И тировать в поле углы в 45°, употребляются
Рис. 47 восьмигранные эккеры. Проще всего такой эккер
сделать целиком из фанеры. Для этого из
фанеры выпилим фигуры А, В, С и D (рис. 48) и затем из этих
четырёх деталей соберём каркас эккера (рис. 49). Основания раз-
делим на 8 равных частей, в точках деления просверлим сквозные
отверстия и натянем в них 8 нитей, и прибор готов. Нижнее отвер-
48
стие сделано для того, чтобы прибор укреплять на палку при
проектировании углов в поле. Как работать в поле с эккером, см.
задачи 4, 5, 6, 7, 8, стр. 69, 70.
Рис. 48
Рис. 49
§ 6. Буссоль
Для этого инструмента необходимо достать хороший компас с лим-
бом, разделённым на 360°. Для укрепления компаса выпиливается де-
ревянная линейка 20 см X 2,5 см (рис. 50), с кружком в средней части
для укрепления компаса. На нижней стороне укрепляется ружейная
4 Самодельные приборы по физике
49
гильза, а на верхней — компас таким образом, чтобы линия, проведён-
ная через нулевую точку и 180-е деление, проходила по длинной оси
линейки. На концах линейки прикрепляются два диоптра, представляю-
щие собой две медные пластинки (60 мм X Ю ил«) с прорезами по
средней линии. В одном диоптре делается узкий прорез — глазное от-
MBMII.I I I I им
верстие, а в другом более широ-
кий около 2—3 лиг шириной с
двумя отверстиями на концах, в
которых укрепляется волос — это
предметное отверстие (на рисунке
показаны компас в плане, в про-
филь и оба вида диоптров).
При постройке буссоли нужно
принять во внимание следующее.
1. Чтобы показания магнитной
стрелки были правильными, т. е.
чтобы она всегда находилась в
плоскости магнитного меридиана,
необходимо полное отсутствие в
приборе железных частей. Поэтому
все скрепления нужно производить
медными винтами.
2. Вертикальная плоскость,
Рис.
51
проходящая через диоптры, должна
быть строго перпендикулярна к
плоскости кольца буссоли. Чтобы
проверить это условие, поступают
таким образом: приводят буссоль
в горизонтальное положение]),
затем впереди по линии диоптров
вешают шнур с отвесом и прове-
ряют: совпадает ли вертикальная
плоскость, проходящая через
диоптры, с отвесом или -нет. Если
совпадения нет, значит диоптры
привинчены косо, их следует пе-
ревинтить, подложив полоску бу-
маги с той стороны, которую сле-
дует приподнять.
Если же вам не удаётся достать настоящий компас с лимбом, раз-
делённым на градусы, то для того чтобы познакомиться с этой в высшей
степени интересной компасной съёмкой, вы можете построить компас
сами. Для этого на листе ватмана начертите окружность в 12 см диа-
метром и, разделив её на 360°, наклейте на деревянный кружок в 140 мм
диаметром; затем к этому кругу прикрепите вертикально (через
90°—270°) дугу из медной (обязательно медной, а не железной) про-
!) По водяному уровню.
50
волоки к которой подвесьте магнитную стрелку, сделанную из сталь-
ной вязальной спицы (рис. 51).
Если к этому компасу вы не сделаете диоптров, то проволочная
дуга вполне их заменит, — вы можете определять румбы1), совмещая
плоскость дуги с визируемой линией. При этом нужно дугу установить
таким образом, чтобы нить совпадала с плоскостью дуги и чтобы се-
редина стрелки всегда стояла над центром лимба. Как работать в поле
с буссолью, см. задачи №№ 9, 10, И, стр. 72.
§ 7. Планшет и визир
Этот прибор позволяет без определения углов на местности непо-
средственно наносить их на бумагу.
Планшет представляет собой квадратную доску, устанавливаемую
на штативе строго горизонталь-
но2) (рис. 52).
Эту доску необходимо сде-
лать из хорошо просушенного
дерева (30 см X 30 см X 2 см)
с тщательно выстроганной верхней
поверхностью; с нижней стороны
врезываются или просто привин-
чиваются две планки. Для укре-
пления планшета на штативе с
нижней стороны в середине вде-
лывается ружейная гильза.
Затем . изготовляется визир,
представляющий собой деревянную
линейку (25 сМ X 2,5 см X 0,5 см)
трами на концах линейки. Диоптры делаются того же типа, что и
в компасе и также проверяются по отвесу. Но кроме того, здесь необ-
Рис. 52
со скошенным краем и двумя дноп-
Рис. 54
ходимо выполнить ещё одно условие, а именно вертикальная плоскость
должна быть параллельна скошенному (рабочему) ребру линейки
(рис. 53, 54).
21 ПпппаЛ называется угол между геодезической линией и меридианом.
) проверять по водяному уровню.
4*
5/
Для проверки этого условия приводят планшет в горизонтальное
положение, направляют визир на какой-нибудь отдалённый предмет и
проводят по краю линейки черту. Затем снимают с планшета, а на
концах черты втыкают отвесно иголки и визируют уже по этим иголкам;
если линия визирования по иголкам указывает на тот же предмет, зна-
чит условие выполнено.
Во время работы в поле планшет устанавливается в горизонталь-
ной плоскости.
Как работать в поле с планшетом и визиром, см. задачи №№ 12,
13, 14, 15, 16, стр. 74—76.
§ 8. Астролябия
Этот инструмент служит для определения углов в поле.
Из хорошо просушенного дерева выстругаем доску и затем выре-
жем из неё круг диаметром в 21 см, С нижней стороны привинтим
брусок. В нём против центра просверлим отверстие в 2 см диаметром
для штатива (рис. 55).
Затем на листе ватмана начертим круг диаметром в 20 см. разде-
лим его на 360° и затем жидким
Рис. 55
столярным клеем приклеим к дере-
вянному кругу. Когда клей высох-
нет, покроем бумагу слоем бес-
цветного лака, чтобы сделать бу-
магу непромокаемой. Эта часть
астролябии называется лимбом.
Затем из деревянной линейки в
5 мм толщины, 170 мм длины и
30 мм ширины сделаем визир (§7).
Рис. 56
Он одним винтом прикрепляется к центру лимба. Прикреплять
нужно так, чтобы визир с лёгким трением свободно вращался на винте
(рис. 56). Практическое применение астролябии в поле дано в за-
даче 17, стр. 78.
§ 9. Высотомер
Сущность его устройства видна из чертежа 571. Картонный или де-
ревянный прямоугольник abed держат в руках так, чтобы, глядя вдоль
!) Я. И. Перельман, .Занимательная геометрия на вольном воздухе и до-
ма-, Л. 1925.
52
края ab, видеть на одной линии с ним вершину дерева В. В точке b
привешен на нити грузик q. Замечают точку п, в которой нить пере-
секает линию de. Треугольники ЬВс и Ьпс подобны, так как оба пря-
моугольные и имеют равные острые углы ЬВс и nbc (с взаимно перпен-
дикулярными сторонами). Значит, мы вправе написагь пропорцию
ВС: пс = ЬС: Ьс*,
отсюда
ВС = ЬС~
Так как ЬС. пс и Ьс можно измерить непосредственно, то легко
получить искомую высоту дерева, прибавив длину нижней части CD
ствола (высоту прибора над почвой).
Рис. 57
Рис. 58
Остаётся добавить несколько подробностей. Если край Ьс дощечки
сделать, например, ровно в 10 см, а на краю de нанести сантимет-
ровые деления, то отношение nc.bc будет всегда выражаться в виде
десятичной дроби, прямо указывающей, какую долю расстояния ЬС
доставляет высота ВС дерева. Пусть, например, нить остановилась
против 7-го деления (т. е. пс=1 см). Это значит, что высота
дерева над уровнем глаза составляет 0,7 расстояния наблюдателя от
ствола.
Второе улучшение относится к способу наблюдения; чтобы удобно
было смотреть вдоль линии ab, можно отогнуть у верхних углов кар-
тонного прямоугольника два квадратика с просверленными в них ды-
рочками: одна поменьше — у глаза, другая побольше — для наведения
на верхушку дерева (рис. 57).
Видоизменение высотомера представляет собой эклиметр. Он служит
для определения угловой величины предмета. Его устройство и дейст-
вие с ним ясно из рисунка 58.
53
§ 10. Секстант
Для астрономических наблюдений следует построить один из древ-
нейших измерительных инструментов — секстант. Он служит для измере-
ния углов между двумя светилами.
На секстанте имеются два зеркала
(рис. 59) А и В. Зеркало А
установлено на вращающейся линейке, конец которой D скользит по
дуге. Зеркало В неподвижно; в верхней половине его амальгама снята.
Глядя через трубу С, мы можем одновременно видеть звёзды jV и
обусловлено исключительно
Если линейка установлена на нулевом
делении, то зеркала А и В парал-
лельны и в трубу мы видим и са-
мую звезду /V и её отражение. Мы
можем повернуть линейку, а вместе
с ней и зеркало А так, чтобы уви-
деть отражённое изображение звезды
М по направлению CN. Согласно за-
конам отражения света от плоских
зеркал, поворот линейки должен быть
вдвое меньше, чем угол между напра-
влениями /V и Л4. В данном случае
перемещение изображений в зеркале В
поворотом зеркала А. Пусть / — началь-
ное положение зеркала Д, SO (рис. 60) — падающий луч, ОР — пер-
пендикуляр в точке падения, OSX—отражённый луч. Повернём зеркало
54
на угол а (положение II, тогда направление перпендикуляра будет ОР2
а отражение луча OS2),
Обозначим угол SOP через /, тогда /505, = 2f: / S0P9 = a-\-i
и ^/_SOS2 = 2a-l~2i.
При повороте зеркала на угол а отражённый луч повернётся на
угол 5ЛО52
/ Sy OS2j= / SOS2 — / SOS у = 2a 4- 2z — 2z = 2a.
Таким образом, при повороте зеркала на какой-нибудь угол, отражён-
ный луч поворачивается на угол вдвое больший. Поэтому деления по
дуге EF отмечены числами вдвое большими, чем центральные углы.
Рис. 61
Постройку секстанта начнём с трубы, для этого необходимы две
линзы с фокусными расстояниями: для объектива около 10 см и для
окуляра 5 см\ можно воспользоваться очковыми стёклами; если же
в вашем распоряжении окажутся только длиннофокусные линзы, то
соберите из них сложную линзу, сложив два-три стекла, чтобы полу-
чить необходимое фокусное расстояние. Затем из плотной бумаги
склейте сначала трубку для окуляра длиной в 10 см и по ней уже
склейте трубку для объектива с таким расчётом, чтобы первая с лёг-
ким трением двигалась во второй.
Затем из фанеры в 5 мм толщиной выпилите фигуры А и В
(рис. 61). На сектор В наклейте бумажную ленточку с полуградус-
ными делениями, обозначенными от 0° до 120° (взять угол в 60° и
разделить его на 120 частей), и полоску бумаги с одной чертой по-
средине подвижной линейки. Далее на сектор В прикрепите линейку,
55
чтобы она с лёгким трением скользила вокруг него. Затем при помощи
деревянной трёхгранной призмы или кусочка фанеры укрепите в центре
вращения плоское зеркало по направлению оси линейки и такое же
зеркало со снятой в верхней половине амальгамой таким же способом
укрепите на левой планочке.
Если вы определите фокусные расстояния линз, то сложную линзу можно
рассчитать по формуле:
р___ fafz
fi +/2 ’
где fx и /2 фокусы данных линз, причём /2 берётся со знаком плюс( + ) при
собирательной линзе и со знаком минус (—) при рассеивающей.
Это зеркало, как мы уже говорили, должно быть параллельно
первому в том случае, когда подвижная линейка стоит на нулевом де-
Рис. 62
лении сектора. Когда это сделано, при помощи двух полосок из жести
укрепите трубу на правой планочке сектора, и прибор, после тщатель-
ной проверки, готов к употреблению (рис. 62.) Сам процесс измерения
угловых расстояний ясен из рисунка 59.
§ 11. Нивелир
Этот прибор вместе с рейками служит для измерения разностей
высот точек земной поверхности.
Для его изготовления нужно достать: стеклянную трубку диаметром
около 5—10 мм и около 40 см длиной. Трубку следует согнуть в три
56
колена, чтобы получилась П-об-
разная фигура; затем её нужно
укрепить на
Рис.
64.
подкрашенная
красной краской.
деревянном осно-
вании (рис. 63) с
медной гильзой
внизу для уста-
новки на штатив.
Для пользования
нивелиром в труб-
ку наливается вода,
Рейка для нивелира делается из дерева в 2 м вышины
и разделяется на 20 частей по 10 см каждая. Деления
наносятся чёрной или красной краской и затем проставля-
ются цифры (рис. 64). Как работать с нивелиром в поле,
указано в задаче 18,
стр. 78.
12. Планиметр
§
Для определения
ваться простейшим планиметром ]). Он известен под именем
планиметра-топорика и имеет форму растянутой буквы
П. Главное преимущество этого прибора заключается в
том, что его можно изготовить самостоятельно почти без
всяких инструментов. Делается он из металлической про-
волоки диаметром около 5 мм. Один конец его заострён
(рис. 65); на другом конце проволока расплющивается в
пластинку и напильником ей придаётся форма лезвия
топора.
Лезвие должно быть настолько острым, чтобы делать
черту на бумаге, не прорезая её насквозь. Плоскость
лезвия должна проходить через другой заострённый конец
планиметра. Расстояние самой нижней точки лезвия от
острия представляет собой постоянную величину прибора
и должно быть известно. Пусть оно равно а мм (выгодно
сделать это расстояние равным круглому числу милли-
метров, например, 100 или 200).
Применение планиметра для измерения площади отли-
чается необычайной простотой. Чтобы вычислить пло-
щадь, ограниченную замкнутой кривой, прежде всего
находим на глаз центр измеряемой площади; пусть это
будет точка Л (рис. 65). Соединяем прямой линией эту
точку с произвольной точкой контура С. Затем помещаем
остриё планиметра в точке Л, а лезвие — вне фи-
гуры в любую точку В и его положение отмечаем на бумаге, нажимая
площади на плане можно воспользо-
!) Д. Д. Галанин и др. „Физический эксперимент в школе4, том II,
сгр. 41.
57
лезвие. Надавливая левой рукой ножку планиметра с лезвием, правой
рукой берём остриё и проводим его сперва по прямой АС, далее об-
водим весь контур, а придя в точку С,— опять по прямой СА возвра-
щаемся в исходную точку А. При таком действии лезвие планиметра
совершит сложное движение, начертив на бумаге зигзагообразную
линию и займёт, в конце концов, положение D, Его отмечаем на бу-
маге нажимом лезвия.
В результате этих двух отметок мы получим на бумаге два штриха
В и D. Измеряем расстояние между ними в миллиметрах. Произведение
этого расстояния BD на постоянную прибора а даёт искомую площадь 5.
В большинстве случаев трудно найти центр фигуры; тогда для до-
стижения большей точности поступают одним из следующих способов.
1. Продолжают прямую С А до противоположной стороны фигуры
и повторяют измерение, ведя остриё от точки А по вновь проведённой
прямой и обводя контур в обратном направлении.
2. Повторяют измерение при различных установках планиметра не-
сколько раз и берут среднее.
Если площадь так велика, что лезвие устанавливается почти у са-
мого контура, то площадь разбивают на ряд небольших площадей и
производят измерение каждой из них в отдельности.
§ 13. Пантограф
Прибор служит для переноса контуров с изменением масштаба. Его
можно выполнить целиком из деталей „ Конструктора
Возьмём три большие полосы и одну полосу с 11 отверстиями и
свяжем из них болтами с контргайками подвижной параллелограм
(рис. 66). На полосу FE наденем ползунок с муфтой Лик ней под-
берём твёрдый карандаш. На конец второй большой полосы DB прикре-
58
Рис. 67
пим полосу с тремя отверстиями и муфтой (деталь В), в неё вставим де-
ревянную чертилку в 4 мм диаметром и заострённую, как карандаш.
Соединения четырёх линеек должны быть свободными, для чего и
ставятся контргайки. Этот подвижной параллслограм связывается при
помощи угловой косынки с большой плитой К.
Рис. 68
Прибором этим пользуются таким образом: рисунок или чертёж,
который мы желаем уменьшить, наколем кнопками на ровную поверх-
ность стола, а так же и чистую бумагу, как указано на рисунке 67,
а затем поставим пантограф с таким расчётом, чтобы чертилка В легла
на чертёж, а карандаш А на чистую бумагу (рис. 67). Затем положим
на плигу какой-нибудь тяжёлый предмет (утюг, камень) и осторожно,
чтобы не сдвинуть точку С, обведём чертилкой В контур чертежа;
в это время карандаш А повторит рисунок на бумаге, но в другом
масштабе.
60
Второй вариант пантографа можно собрать из пяти линеек
(рис. 68). Эта конструкция удобнее для изменения масштаба. При отсут-
ствии деталей конструктора их можно заменить деревянными планками.
§ 14. Весы
При лабораторных работах употребляются главным образом весы
с коромыслом, представляющим собой равноплечий симметричный ры-
чаг, в середине которого помещена треугольная призма, обращённая
книзу острым ребром, опирающимся на подставку так, что оно служит
опорой коромысла и осью его вращения. На концах коромысла нахо-
дятся ещё две призмы, обращённые рёбрами кверху, на них навеши-
ваются крючки или пластинки,
к которым прикрепляются чашки _ г~д--------------—-—Q_.
весов. Я- ~
Для устойчивости весов коро-
мысло должно само собой уста- ^ис*
навлпваться так, чтобы точка
опоры и точки привеса чашек, т. е. рёбра всех трёх призм, лежали
на одной горизонтальной линии (рис. 69), и должно возвращаться
к этому положению, будучи выведено из него; для этого коромысло
должно быть устроено так, чтобы центр тяжести коромысла лежал не-
сколько ниже опорного ребра средней призмы. Но в то же время,
если центр тяжести будет лежать далеко от линии опоры, то весы
не будут отмечать незначительного веса, прибавленного на одну из
чашек; поэтому для чувствительности весов, что особенно важно при
лабораторных работах, необходимо, чтобы центр тяжести лежал воз-
можно ближе к линии опоры и в то же время несколько ниже её.
В самодельных весах коромысло
делается из тонкой дощечки,
указанной на рисунке 70 формы,
затем из жести • вырезываются
два кружка по 3 см диаметром,
в них просверливаются отвер-
стия и затем в одно из них
вставляется железный гвоздь и
припаивается. В центре коро-
мысла, немного выше средней
линии, соединяющей точки при-
веса грузов, просверливается
Рис. 70
отверстие, туда вставляется гвоздь с кружком, и закрывается вторым
кружком с обратной стороны; таким образом, коромысло оказывается
зажатым между двумя кружками.
Когда это сделано, гвоздь с обеих сторон спиливают подпилком,
придавая ему призматическое сечение, при этом так, чтобы острое
(опорное) ребро было обращено вниз и лежало строго на одной пря-
мой с точками привесов чашек. Затем от стальной вязальной спицы
отламываются два стерженька по 2 см длиной и с клеем туго встав-
61
ляются в точках привеса чашек. Конечно, и в данном случае их лучше
закрепить при помощи металлических кружков (рис. 70).
Подставка делается из толстой доски 40 см X 20 см и в середине
её укрепляется стойка, сделанная из дерева высотой около 20 см и
шириной 3—4 см. Вверху её на одном винте укрепляется металличе-
ская пластинка для опоры коромысла (рис. 71). Делается она из до-
статочно упругой железной
пластинки (3 см X 9 см), в
середине просверливается отвер-
стие для винта и по бокам
делаются два полукруглых
углубления для помещения в
них опорной призмы коромысла
и затем изгибается, как пока-
зано на рисунке.
Чашки для этих весов де-
лаются из алюминиевых или
жестяных кружков в 10 см
Рис. 71
диаметром и к ним прикрепля-
ются проволочные дуги (рис. 71). Но здесь нужно сделать предупре-
ждение: алюминий нельзя паять обычным способом — к нему припои,
которыми мы чаще всего пользуемся, не пристают; поэтому поступают
так: на место спая капают насыщенный раствор медного купороса, а
чтобы он не растекался, делают из воска или парафина „берега".
Затем берут электроэлемент и отрицательный полюс соединяют с алю-
минием, а к положительному присоединяют медную пластинку и по-
Рис. 72
следнюю погружают в купоросное „озеро", не касаясь алюминия. Во
время прохождения тока медный купорос CuSO4 будет разлагаться и
медь из раствора осядет на алюминий прочным ]) тонким слоем,
к которому уже пристаёт обычный припой, в том числе и тиноль.
1) Для того чтобы выделившаяся медь прочно пристала к алюминию,
необходимо это место очистить шкуркой, затем промыть едким натром или
содой, не касаясь руками. Если же на это место попадёт грязь или жир,
всегда имеющиеся на наших руках, то прочного отложения меди на алюминии
не получится.
62
Для увеличения чувствительности весов опорную призму можно
сделать из стали, отточить её, а затем отполировать; вырезать из латуни
или алюминия пластинку в форме знака Н (рис. 72), прикрепить к
стойке и в верхних ножках вставить две прямоугольные пластинки из
стекла и в их торцах круглым
пропилить полукруглые уг-
лубления для призмы коро-
мысла. Такое устройство зна-
чительно увеличит чувстви-
тельность весов.
§ 15. Верёвочные весы
К полке прикреплена
тонкая верёвка или нить, к
которой в двух точках при-
вешены чашки (рис. 73). Их
можно сделать из фанеры или
картона. Точно посредине
верёвки сделан узелок, кото-
рый при равновесии обеих
чашек приходится против
вертикальной черты, нане-
сённой на неподвижном куске
картона. На одну чашку
весов кладётся взвешиваемое
напильником, смоченным в скипидаре»
Рис. 73
тело, на другую — гири. Если гиря пере-
тянет, как это показано на рисунке, то узелок перемещается в её
сторону. Для равновесия необходимо, чтобы узел встал как раз
против вертикальной черты.
§ 16. Солнечные часы (гномон)
Определение полуденной линии. Для устройства солнеч-
ных часов необходимо определить положение полуденной линии. Для
этого можно было бы укрепить где-нибудь на открытом месте верти-
кальный шест и отметить направление тени в тот момент, когда она
будет наиболее короткой. Однако практически этот способ слишком
неточен, так как вблизи полудня, когда тень самая короткая, её длина
меняется очень медленно, почти незаметно, а направление тени меняется
быстро. Поэтому для определения положения полуденной линии вос-
пользуемся более точным способом. На ровной поверхности укрепим
вертикально (строго по отвесу) стержень (рис. 74). Утром отметим на
этой поверхности положение конца тени стержня А и от основания
стержня S, как из центра, начертим окружность радиусом &4, равным
длине тени. Тень от стержня постепенно станет укорачиваться и повора-
чиваться к северу. После полудня она станет удлиняться, продолжая
поворачиваться. Отметим на нашей окружности точку В, в которой к
вечеру конец тени снова её коснётся. Точки Л и В соединим прямой
63
линией, середина которой Л/, будучи соединена с основанием стержня,
п даст положение полуденной линии.
Этот шест, при помощи которого может быть определено направле-
ние полуденной линии, в сущности
Рис. 74
является простейшими солнечными
часами, а падающая от него тень
является подвижной стрелкой, ука-
зывающей солнечное время. Но
такие часы неудобны тем, что ве-
личина тени сильно изменяется в
зависимости от времени года —
зимой она, вследствие низкого
положения солнца в наших широ-
тах, слишком длинная, а летом,
наоборот, короткая. Но если
стержень поставить не вертикаль-
но, а параллельно земной оси, то
тень от него будет мало изменять
свою длину в разные времена
года.
Солнечные часы могут быть различных типов, но стержень их всегда
должен быть направлен к полюсу мира. Чаще всего строят экваториаль-
ные или же горизонтальные солнечные часы.
Экваториальные солнечные часы устроить всего проще.
Для этого берём доску (рис. 75) и из точки пересечения диагоналей
Рис. 75
чертим на ней линии, расходящиеся во все стороны так, чтобы углы
между соседними из них составляли 15°, и отмечаем на них 12 час.,
1 час, 2 часа и т. д. В точке пересечения этих пиний перпендикулярно
к доске укрепляем стержень, проходящий через доску насквозь.
Наклонив доску со стержнем к горизонту на угол равный 90° — tp,
где у — географическая широта места наблюдения, закрепляем её гак,
64
чтобы линия на доске с отметкой 12 час. пришлась как раз над полу-
денной линией. Последнюю определяют и прочерчивают на месте уста-
новки солнечных часов заранее, так, как это описано выше.
Неудобство подобных часов состоит в том, что с 21 марта по
23 сентября тень стержня натает на циферблат снизу.
Горизонтальные солнечные часы в этом отношении удоб-
нее (рис. 76). Берём доску и устанавливаем перпендикулярно к ней
прямоугольный треугольник с острым углом, разным шпроте у. Как
продолжение основания треугольника чертим линию и надписываем возле
Рис. 76
неё 12 час. Линии, соответствующие другим часам, проводим под
углами х к этой линии, в зависимости от географической широты, вы-
числяя их по формуле:
tg х — sin a tg t,
где вместо t, равного 1 часу, 2 час., 3 час. и т. д. подставляют 15°,
30°, 45° и т. д. Углы х между последовательными часами не равны 15°,
как в экваториальных часах, потому что при равномерном изменении
часового угла солнца t тень стержня на горизонтальной плоскости пере-
мещается неравномерно.
Полуденную линию циферблата горизонтальных солнечных часов
также паю установить по направлению север — юг !).
Так как солнечные часы всегда устанавливаются на открытом месте,
то из фанеры их строить не имеет смысла, так как от фанеры, хотя
бы и хорошо проклеенной и покрытой краской, через несколько месяцев
ничего не останется; поэтому часы лучше сделать из железа, цинка
или меди и покрыть масляной краской.
Второй вариант. Но несмотря на то, что наклонная ось удобнее
вертикальной, она ранним утром и поздним вечером, когда солнце стоит
низко над горизонтом, даёт всё же слишком длинные тени. Гораздо
удобнее в этом отношении часы с полуцилпндрическим циферблатом.
0 Б. А. В о р о и ц о в - В е л ь я м и и о в, Астрономия, М. 1947.
5 Самодельные приборы по физике 65
Для устройства этих часов нам опять необходимо знать широту места
для определения угла наклона подставки под эти часы.
Определив угол наклона, прежде всего выпилим из чурочки прямо-
угольник со сторонами 12 см X 7 см и затем постепенно будем ска-
лывать одну из широких сторон таким образом, чтобы угол наклона
постепенно приближался к определённому нами углу. Точную подгонку
сделаем уже рубанком и, наконец, рашпилем, всё время проверяя угол
по транспортиру, а ещё лучше по шаблону, вырезанному из картона.
Далее из деревянной дощечки выпилим два полукруга радиусом в 5 см.
Затем из латуни вырежем прямоугольник 150 мм'у^ 157 мм, и вдоль
нижней и верхней стороны просверлим 10 отверстий для винтов, затем
нагреем его на спиртовой лампочке и покроем тонким слоем воска и
когда воск застынет, иглой, или, ещё лучше, шилом прочертим до
металла линии MN и АВ, деля-
щие прямоугольник на четыре
равных прямоугольника. Затем,
отступая на 43 мм от черты АВ
вверх и вниз, прочертим линии
CD и EF. Эти линии разделим
на 12 равных частей и против
делений процарапаем на воске
(до металла) арабские или рим-
ские цифры в том порядке, как
это показано на рисунке (рис. 77).
Когда это сделано при помощи
кисточки, покроем азотной кисло-
той процарапанные места. На ме-
стах соприкосновения кислоты
с металлом начнётся усиленное
выделение газа и жидкость будет
окрашиваться в зеленоватый цвет. Когда прекратится это выделение,
осторожно ваткой снимем отработанную кислоту и покроем снова
свежей порцией кислоты. Проделаем это несколько раз. Если же где-
нибудь на черте не будет происходить реакции, это значит, что в дан-
ном месте остриё не сняло воск до металла; нужно процарапать снова
до металла и покрыть это место кислотой. После того, как вы убеди-
тесь, а это будет видно, что кислота оставила достаточно глубокие
следы, можно прекратить травление и, нагрев латунь, снять воск и
затем самой мелкой наждачной шкуркой тщательно отполировать ме-
талл. Не бойтесь при этом за ваши надписи, они достаточно глубоки
и не пострадают при полировке.
Теперь остаётся только собрать часы и установить на место. Для
этого загнём прямоугольник в полуцилиндр; при стороне в 157 мм, у
нас получится полуцилиндр с радиусом в 50 мм, т. е. совпадающий
с деревянными полукругами, к ним-то и привинчивается циферблат
надписями внутрь.
Затем нужно сделать ось часов, тень от которой будет служить
стрелкой наших часов. Ось делается из вязальной спицы длиной 15 см,
с<
со
со
"Г
7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5
7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5
4-Д-4-Л А А 4-
N
157’
Рис. 77
D
А
в
2
F
66
как раз на середине её к ней припаивается диск из латуни в 100 мм
диаметром, строго перпендикулярно спице. Это необходимо выверить,
поворачивая диск около угольника.
Ось укрепляется в центре оснований по-
луцилиндра так, что латунный диск оси делит
полуцилиндр пополам (рис. 78).
Теперь, чтобы пользоваться такими ча-
сами, нужно установить их на косой под-
ставке с таким расчётом, чтобы в день ве-
сеннего и осеннего равноденствия в 12 часов
дня диск не давал тени.
Летом солнце будет освещать верхний
круг, а зимой нижний.
Два раза в году солнечные лучи будут
падать параллельно плоскости кружка, так
что от него будет ложиться только узенькая
полоска тени, — это и будут точные числа
равноденствия. В эти дни спица при восходе
и заходе солнца будет бросать тень прямо
на 6 часов. В прочее время года от диска
Рис. 78
будет ложиться тень в сторону циферблата—
летом под кружок, а зимой поверх кружка, и когда эта тень дойдёт
до линии EF или CD, это будет означать самый длинный, а зимой
самый короткий день в году (рис. 79).
б* 67
Приложение 6
РАБОТЫ С МЕЖЕВЫМИ ИНСТРУМЕНТАМИ В ПОЛЕ
Описанные выше межевые инструменты являются ценнейшими по-
собиями, дающими возможность преподавателям применить на деле
школьные теоремы и решить в поле ряд задач из практической гео-
дезии.
1-я задача. Измерение расстояния. При измерении расстояний в
поле требуются два человека. Приступая к измерению, передний берёт
в одну руку конец ленты и деся!ь проволочных колышков, а задний,
с лентой в левой руке, одиннадцатый колышек втыкает в начальной
точке линии и укрепляет конец ленты в этой точке. Затем передний
идёт но направлению линии и, когда вся лента развернётся, встряхивает
её, чтобы она легла ровно, и, где уляжется конец ленты, ставит колы-
шек в крючок ленты и идёт дальше, а задний переносит свой конец
ленты в место стояния первого колышка и зацепляет за него ленту.
После того как передний укрепит новый колышек, задний вынимает
свой и идёт дальше. Таким образом поступают и далее, причём ста-
раются не сойти с линии, для чего направляют друг друга по ней.
Когда длина линии измерена, то, если она была меньше 100 м, пере-
считывают число колышков у заднего и по числу их узнают, сколько
раз ложилась лента по линии.
2-я задача. Измерение угла. Для того чтобы определить угол в
поле при помощи мерной лен гы, поступают таким образом. Из вершины
на сторонах угла откладывают равное число лент, положим, по 2 ленты,
т. е. по 20 м (чем больше брать стороны треугольника, тем точнее
измерение), и затем измеряют основание этого равнобедренного тре-
угольника и в соответствующем масштабе наносят этот треугольник
на бумагу (рис. 80), а зная стороны равнобедренного треугольника,
легко определить и угол при его вершине.
3-я задача. Построение прямого угла. Для этого при данной
точке строится треугольник со сторонами 3, 4 и 5 м (рис. 81). Такой
треугольник, как известно, прямоугольный, так как З2 — 42 — 52, следо-
вательно, угол, лежащий против стороны в 5 м, как против гипотенузы,
будет прямой.
68
4-я задача. Восстановление перпендикуляра к линии. Для этого
устанавливают эккер в точке А (рис. 82) и направляют одну пару иголок на
вехи М и N, а по напра-
влению другой пары иго-
лок ставят веху В, тогда
линия АВ будет перпен-
дикулярна к линии MN.
5-я задача. Требует-
ся опустить перпенди-
куляр из точки А на ли-
нию MN. В этом случае
идут с эккером по линии
MN и устанавливают его,
положим, в точке В, и
когда замечают, что перпендикулярная тара иголок не совпадает
с направлением на А, передвигают эккер до тех пор, пока не будет
совпадения. Пусть это совпадение осуществится в С. Линия АС будет
перпендикулярна линии MV. (Рис. 83.)
6-я задача. Через точку В провести линию, параллельную
данной. (Рис. 84.)
Решение этой задачи должно быть понятно из приложенного чертежа.
Допустим, что нам необходимо через заданную точку В провести ли-
69
нию CD, параллельную данной линии Af/V. Для этого мы на линии ALV
отыскиваем при помощи эккера такую точку А, из которой точка В
будет видна под прямым углом по отношению к линии AfV (см. пре-
дыдущую задачу). Затем в точке В устанавливается эккер так, чтобы
одна пара иголок совпала с направлением AW, а затем по другой паре
иголок провешивают линию CD,
7-я задача. Измерить расстояние между двумя недоступными
точками А и В.
Первый способ.
В этом случае в точках А и В восстанавливают перпендикуляры,
откладывают на них одинаковое число лент и затем измеряют расстоя-
ние между конечными точками С и D (рис. 85).
Рис. 85
Второй способ.
Допустим, что нам требуется определить расстояние между точ-
ками А и В (рис. 86).
Для этого в точке В при помощи эккера строят прямой угол’ЛВ/).
Линию BD делят пополам и в точке С укрепляют веху. Затем в
точке D строят прямой угол BDF ина линии DF отыскивают точку Е,
которая лежала бы на продолжении линии АС. В этом случае отрезок DE
будет равен недоступному расстоянию АВ.
8-я задача. Съёмка участков при помощи эккера.
Полевые участки могут представлять собой геометрические фигуры,
ограниченные прямыми линиями, но часто бывает, что границей участка
является овраг, берег реки, ручья, моря и т. п. Поэтому при обходе
межи прежде всего следует поучиться снимать такие криволинейные
контуры.
Положим, что занимаемый участок ограничен с одной стороны пря-
мыми линиями аА, AC, CD, DE, EF\\ Ff, с другой стороны его граница
проходит по берегу реки (рис. 87).
Для съемки такого участка прокладывают прямую АВ и через каж-
дые 100 м восстанавливают перпендикуляры 1, 2, 3... 6-й и затем
измеряют их, тогда мы получим точки a, b, с, d, е и /, определяю-
щие положение криволинейной границы участка.
70
Когда это сделано, из точек CDE и F опускают опять при помощи
эккера перпендикуляры на линию АВ и затем измеряют эти перпен-
дикуляры, и тогда все точки, определяющие снимаемый участок, будут
в вашем распоряжении для нанесения их на план.
Рис. 87
Разумеется, при всех этих измерениях вами будут допущены ошибки,
поэтому для проверки себя необходимо линии Да, ДС, CD, DE, EF и
Ff измерить в поле.
71
9-я задача. Съёмка участка методом обхода. J\q сих нор мы
при определении углов пользовались эккером для прямых п лентой для
тупых и острых углов. Компа: позволяет, во-первых, определять углы
в градусах и, во-вторых, направление каждой линии относительно стран
света, т. е. определять тот угол, который составляет данная линия с
линией магнитного меридиана. Угол, отсчитанный от северного конца стрел-
ки (направо) до направления линии, в геодезии называется азимутным углом,
или ашмутом. На рисунке 88 представлено несколько азимутов. Азимуты
записываются таким образом: АЗ:60°, АЗ: 100°, АЗ:220°, если же
записывается и длина линии, то запись примет такой вид: АЗ:60° = 180,
АЗ: 100°= 140, АЗ:220° -—170 или дробный, как на рис. 89.
Начинают съёмку из какой-нибудь точки, например, А (рис. 89),
определяют азимут линии АВ, измеряют её и переходят в точку В,
визируют на точку С; определяют азимут ВС, измеряют самую линию
ВС, переходят в точку С и т. д.
Затем полевые данные накладывают на план.
Этот способ применяется в том случае, если участок занят посевами
пли трудно проходимым лесом, болотом, строениями.
10-я задача. Съёмка участка полярным способом. Если же уча-
сток открыт, то проще применить полярный способ. Для этою выби-
рают какую-нибудь точку О внутри, участка (рис. 90), из которой
видны все точки снимаемой площади.
В точке О устанавливается буссоль и, визируя на все выдающиеся
точки А, В, С и £), определяют их азимуты и промеряют линии ОА,
ОВ, ОС и OD. При переносе данных на план выбирают точку О и
от неё строят азимуты всех линий, отложив их по масштабу, затем
соединяют точки А, В, С и D и получают фигуру, подобную снимае-
мому участку.
11-я задача. Съёмка полигона способом засечек. Этот способ
основан на определении третьей точки по двум данным и производится
72 .
Рис. 90
таким образом: выбирают внутри фигуры такие две точки /И и N
(рис. 91), из которых были бы видны все выдающиеся точки фигуры.
Провешивают линию MN и тщательно её измеряют, линия эта назы-
вается базисом. Затем ставят буссоль в точке Й4 и, визируя её на все
выдающиеся точки фигуры, записывают азимуты этих направлений.
Далее переходят в точку 7V и здесь таким же образом, визируя буссоль
на те же выдающиеся точки, записывают азимуты этих направлений.
Придя домой, строят по масштабу линию MN и при точке М
азимуты линий Л4Л, МВ, МС и MD и при точке 7V азимуты NA, NB,
NC и ND. Получившиеся пересечения соединяют, прямыми, причём
окончательная фигура ABCDA будет подобна снимаемой фигуре на
местности.
Этот способ, как видите, наиболее выгодный (но не более точный),
так как в данном случае в участке мы промеряем только одну линию —
базис MN, остальные линии определяются сами, при переносе данных
на план.
12-я задача. Нанести на планшет угол, данный на местности.
Перед выходом в поле на планшет наклеивается лист чистой бумаги.
Юн устанавливается в вершине угла А, при этом планшет по уровню
приводится в горизонтальное положение, а стороны его ориентируют
компасом по странам света и на планшете помечают карандашом точку А
(рис. 92); прикладывают к этой точке визир; визируя её на точку В,
проводят карандашом черту по краю визирной линейки, затем пере-
двигают его к линии АС и снова проводят черту. На бумаге, таким
74
образом, без градусного измерения сразу получается угол, равный
данному.
Благодаря такому простому способу нанесения углов на планшет
в значительной степени упрощается определение недоступных расстояний.
Рис. 93
13-я задача. Нанести ручей на планшет. Для этого на контуре
в натуре намечаются какие-нибудь точки (при помощи флажков). Затем
провешивается базис АВ, и из крайних точек его наносятся на планы
все точки (флажки) контура (рис. 93).
14-я задача. Съёмка участка визированием. Пусть нам надо снять
четырёхугольник ABCD. Берём планшет. Ориентируем на нём линию
75
север-юг и из точки четырёхугольника А визируем на В в откладываем
на планшете отрезок АВ, пользуясь масштабом (рис. 94), измерив,
конечно, предварительно отрезок АВ на самом участке. Затем из точки
В, снова ориентировав планшет по линии север-юг, визируем на С и
накосим на планшет ВС и т. д., пока не получим на планшете зам-
кнутой фигуры abCd, подобной ABCD.
15-я задача. Съёмка межа полярным способом. Для этого выби-
рают на местности такую точку О, из которой видны все вершины
углов полигона. Над этой точкой устанавливают планшет и, выбрав на
планшете точку О, из неё визируют линии на все выдающиеся точки
полигона, отмечают их направление и затем, измерив их на местности,
откладывают эти линии по масштабу на планшете. Соединив крайние
точки прямыми, голучаем фигуру, подобную данкой (рис. 95). Планшет
при этом должен быть всё время ориентирован по направлению север-юг.
. 16-я задача. Съёмка плана способом засечек. Предыдущий спо-
соб при всей своей простоте требует всё-таки большого числа проме-
ров на местности, что не всегда бывает возможно, поэтому, если уча-
сток занят какой-нибудь культурой и по нему нельзя ходить, то съёмку
межи можно заменить способом засечек (рис. 96).
Для этого внутри (или даже вне участка) выбирают две точки М
и N, из которых видны все вершины углов, провешивают между ними
линию и тщательно её измеряют. Затем устанавливают планшет над
точкой /И, из неё визируют на все вершины участка. Эти линии на
местности не измеряются.
76
Рис. 96
Затем переходят в точку N, установив планшет так, чтобы линия MV
на планшете совпала с линией MN на местности, из точки N визируют
на те же самые точки, на которые мы визировали из пункта Af.
Точки Л, В, С и D пересечения линий визирования будут соответ-
ствовать точкам abc и d на местности. Соединив эти точки прямыми,
мы получим фигуру, подобную данной.
Как видите, этот способ требует только одного промера базиса на
местности, остальные линии получаются в процессе съёмки. Надо не
забывать планшет держать во всё время визирования ориентированным
по направлению север-юг.
Рис. 97
77-я задача, Для того чтобы измерить угол в градусах, астролябию
устанавливают в вершине угла и выверяют горизонтальность лимба.
Затем направляют визир вдоль одной стороны угла и записывают по-
ложение визира на лимбе.
Далее направляют визир по другой стороне угла и опять отмечают
его положение на лимбе. Разность между двумя измерениями даёт нам
угол, выраженный в градусах.
18-я задача. Определить разность высот на местности. Допу-
стим, что нам необходимо определить, на сколько точка свыше точки а
(рис. 97). Для этого устанавливаем нивелир между этими точками и,
поставив рейку в точку а, визируем нивелир на рейку и отмечаем по-
ложение горизонтальной линии по уровню жидкости в обоих коленах
трубки, таким образом получаем линию bd на высоте ab\ затем, не
трогая нивелира, переносим рейку в точку с. Линия bd будет на одной
высоте, т. е. линия горизонта, db — превышение точки с над а.
ГЛАВА III
МЕХАНИКА
§ I. Монтажный материал
Штатив. Для большинства опытов ио механике как для демон-
страций, так и для лабораторных работ, может быть использована рама.
Её можно сделать из дерева 100 сму^ 100 см и укрепить на массив-
ной доске.
На левой стойке рамы следует сделать точку опоры для рычагов.
Сделаем это так: сначала на половине высоты просверлим сквозное
отверстие в 5 мм диаметром и затем из толстого железа вырежем две
Рис. 98
Рис. 99
пластинки А и В (рис. 98). На верху этих пластинок круглым напиль-
ником пропилим полукруглые углубления, а в нижней части просвер-
лим два отверстия для винтов. Пластинку В согнём в три колена в
виде буквы Z и затем обе эти детали прикрепим к стойке с таким
расчётом, чтобы центры полукруглых вырезов в пластинках совпали с
центром отверстия в стойке (рис. 99).
Экран. Для демонстрации опытов по механике необходимо, по-
строить экран, представляющий из себя квадратную доску 50 см X 50 см*
толщина около 1,5 см. Эту доску следует укрепить на подставках,
сделанных из углового железа „Конструктора*, для установки её на
демонстрационном столе. Для укрепления в доске приборов для опы-
тов следует в соответствующих местах насверлить 13 отверстий по
1 мм диаметромпо диаметру валов „Конструктора".
Этот экран представлен нами в многочисленных рисунках и чита-
тель по ним должен сообразить, в каких местах и с каким расчётом
79
следует сделать эти отверстия. В эти отверстия вставляются с тре-
нием валы и на них уже крепятся детали приборов.
Так же в качестве экрана для демонстрации опытов может быть
использована чертёжная доска средних размеров. К ней можно при-
крепить две петли для подвешивания её на стену и просверлить ряд
отверстий по 4 мм диаметром для укрепления валов в соответствую-
щих местах.
Блоки. Колёса для блоков выпилива отся из трёхслойной фанеры
таким образом: сначала выпиливается внутреннее колесо немного бо-
лее 40 мм диаметром и затем рашпилем и шкуркой ему придаётся
правильная цилиндрическая поверхность. При этом вам не раз будет
казаться, что все изломы обода диска исправлены, но положите кру-
жок на бумагу и остро очиненным карандашом обведите его контур,
вы увидите, получилась ли у вас правильная окружность или нет.
Рис. 100
Рис. 101
Затем при помощи циркуля найдите центр и тонким шилом просвер-
лите сквозное отверстие. Желательно, чтобы после отделки у вас по-
лучился круг в 40 мм диаметром. Теперь выпилите два кружка в
45 мм диаметром, проколите в их центрах отверстия и склейте все три
кружка вместе, надев их предварительно на проволоку, затем зажмите
в струбцинку. Когда клей высохнет, таким же образом отшлифуйте
кромки внешних кругов и покройте блок бейсом или отполируйте.
Обоймицу для подвижного блока можно сделать из железной про-
волоки диаметром около 1,5—2 мм, указанной на рисунке формы
(рис. 100).
Для демонстрации некоторых опытов необходима съёмная обоймица
с тремя крючками. При этом желательно колесо блока зажать между
двумя жестяными кружками. Как это сделать, видно из рисунка 101.
Помимо этих блоков в 40 мм диаметром, следует сделать блоки
в 50, 60 и 120 мм диаметром. Таких блоков нужно изготовить
столько, чтобы ими можно было обеспечить все демонстрации и лабо-
раторные работы.
Значительно проще решается этот вопрос при наличии деталей
„Конструктора*.
80
Грузы. Грузы могут быть отлиты из свинца. Для этого делается
деревянная форма таким образом: из фанеры выпиливаются три квад-
рата (рис. 102, В), и в одном из них делается круглое отверстие с
боковым прорезом (рис. 102, Л). Все эти три квадрата стягиваются
болтами (рис. 102, С), и
затем в отверстие нали-
вается расплавленный сви-
нец. В получившихся от-
ливках отпиливается лиш-
няя часть и пропиливается
щель до центра груза
(рис. 102, D).
Затем делаются под-
весы. Из латуни вырезают
кружок по диаметру гру-
зов и в центре припаи- рис iq2
вают проволоку с петлёй.
Эти подвесы подгоняются под вес одной гирьки (рис. 102, Е).
Необходимо, чтобы грузы имели вес 25 и 50 г. Рассчитать их диа-
метр, если известна толщина фанеры литейной формы и удельный вес
Рис. 103
Рис. 104
свинца,— будет хорошей практической
задачей.
Рычагиз „Конструктора*.
Для постройки рычага берётся по-
лоса в 25 отверстий и к ней прикре-
пляется двумя болтами дисковое ко-
лесо.
Для того чтобы рычаг сделать
более устойчивым, можно сделать
полукруглую вырезку против сред-
него (13-го) отверстия и круглым
напильником распилить соседние
боковые отверстия таким образом,
чтобы шайба, поставленная в сред-
нюю вырезку, могла быть связа-
на с полосой двумя болтами
(рис. 103).
Для некоторых опытов по статике
придётся закреплять полосы концами
на панели (экране), для этою следует круглую планшайбу закрепить
болтами на концах полосы с 25 отверстиями (рис. 104).
§ 2. Параллелограм сил
Сделаем такое приспособление: на ватманской бумаге начертим
круг в 10 см диаметром, разделим его на 360° и затем из тонкой
жести или алюминия вырежем пластинку (рис. 105, а) с круглым отверсти-
ем посередине, затем её концы, отогнутые под прямым углом (рис. 105, Ь),
6 Самодельные приборы по физике
81
пропустим через этот круг так, чтобы его отверстие совпало с цент-
ром круга, а с другой стороны загнём эти концы (рис. 105, £) и при-
крепим к нему три прочные нити
таким способом, чтобы круг
мог вращаться в петлях нитей
(рис. 106). На концах нитей сде-
лаем петли для навеса грузов.
На раме при помощи штифтов
укрепим неподвижные блоки
и, перекинув через них нитку
с грузами, продёрнутую через
градусный круг, получим комби-
Рис. 105
нации, указанные на рисунке 107; зная составляющие Р и Q, урав-
новешивающую R и / а. можно проверить формулу
= Р2 Q2 4. 2PQ cos а.
Рис. 107
Примеры.
Опыт 1.
При силах Р=100 г, Q = 75 и уравновешивающей /? = 125 г
четырёхкратное измерение угла а оказалось 88°, 92°, 90° и 90°.
Отсюда средняя величина а — 90°. Подставим данные в уравнение:
1252 1002 4- 752 2.100 • 75 cos 90°.
82
А так как cos 90 — 0, следова-
тельно,
1252=10024-752 пли
15 625=15 625.
Опыт 2.
При силах Р—125, Q = 75
и уравновешивающей R— 175 из-
мерение угла а дало: 62°, 60°,
55° и 62°. Отсюда средняя вели-
чина а = 60°. Подставим данные
в уравнение:
1752=12524-752 +
+ 2.125-75 cos 60°,
так как cos 60 = 0,5, следова-
тельно, Рис. 108
1752=12524-752 + 2.125-75-0,5, или 30625 = 30625.
На рисунке 108 показана разновидность того же опыта на панели из
„Конструктора".
§ 3. Строительный подъёмный кран
Строительный подъёмный кран представляет собой жёсткий тре-
угольник, вращающийся вокруг вертикальной стороны (рис. 109). До-
пустим, что растяжка АВ равняется 0,9 л/, укосина ВС =1,5 м и
вертикальный стержень АС =1,2 лг, и кран поднимает 400 кг. Под
влиянием этой силы связь АВ испытывает растягивающие усилия, а
укосина, как говорят техники, работает на сжатие. Требуется опреде-
лить эти силы.
Укрепим на доске три вала и поставим на них ролики, на роликах
блоки; затем возьмём тройную нить, перекинем её через блоки и на
верхний конец подвесим груз в 400 г. Теперь, чтобы уравновесить эту
силу и в то же время сохранить углы между составляющими нитями
соответственно углам треугольника АВС, нам придётся на правую нить
подвесить 300 г, а на левую 500 г. Эти грузы и будут служить нам
ответом на поставленную задачу. Таким образом, растягивающее уси-
лие будет 300 г, что в действительности соответствует 300 кг, а
усилие, работающее на сжатие укосины, будет равняться 500 кг.
§ 4. Многоугольник сил
Из правила параллелограма сил следует: если на какую-либо
точку действует несколько сил, то равнодействующая их выразится
по величине и направлению замыкающей стороной многоугольника,
стороны которого параллельны и равны действующим силам (рис. 110).
6* 83
Чтобы продемонстрировать на нашей установке эту теорему, укре-
пим на экране несколько валов с блоками,
соединим концами некоторое число шнуров,
проведём их через ролики и будем отягощать
грузами. В случае равновесия системы векторы
этих сил должны образовать замкнутый много-
угольник, что и видно из рисунка 110.
§ 5. Наклонная плоскость
Укрепим на
затем наклонно
500
Рис. 109
400 кг
раме два неподвижных блока,
к горизонту, допустим, под
углом в 30°, натянем про-
волоку АВ. На неё поста-
вим блок с наглухо за-
креплённой осью с двумя
обоймицами, к одной при-
ложим силу Р, а к другой
силу Q (рис. 111). В дан-
ном случае удобнее всего
взять грузы в отношении
4:8.
Теперь, если мы най-
дём подсчётом равнодей-
ствующую (она будет рав-
на почти целым числам) и
осуществим схему распо-
ложения грузов, как по ри-
сунку 112, то этим самым
проверим, что она дейст-
вительно равна )/48 ве-
совых единиц. По величине равно-
действующая равна уравновешиваю-
щей, что мы и должны принять во
внимание при опенке рисунка 112.
Представим самим кружковцам
осуществить подобный опыт в том
случае, когда сила Q действует не
параллельно длине наклонной пло-
скости, а параллельно её основанию
(рис. ИЗ, 114).
Меняя высоту наклонной плоскости
и величины грузов при равновесии
системы, можно проверить утвержде-
ние, что сила, действующая вдоль
наклонной плоскости, во столько раз
меньше силы веса, во сколько высота
Рис. 110
меньше длины наклонной плоскости.
84
Рис. 115
Если в кружке имеются детали w Конструктора то опыты можно
осуществить так: из двух больших полос и двух бугелей сделаем
Рис. 116
ферму и поставим на неё два железно-
дорожных колеса на общем вале в каче-
стве катящегося тела (рис. 115). Далее
из жести, а лучше алюминия, сделаем
диск диаметром 10 мм с боковым вы-
резом и тремя отверстиями (рис. 116),
к которым прикрепим три нити.
Укрепим ферму под углом в 30°,
поставим на неё железнодорожные ко-
леса, наденем на их ось алюминиевый
диск с нитями и, перекинув одну через
блок в правой части экрана, нагрузим
два конца нитей в отношении 1:2
(рис. 117). Затем поставим в левой
верхней части экрана вал с роликом,
перекинем через него третью нить и нагрузим её гирями соответ-
ственно уравновешивающей силе (рис. 118). Теперь мы можем
Рис. 117
Рис. 118
снять колеса и ферму, и система из лёгкого диска с приложен-
ными к нему тремя силами останется в состоянии равновесия
(рис. 119).
Поставим наклонную плоскость под другим углом и повторим опыт.
Хорошо получается опыт, если вес взять равным 200 г, силу, дейст-
86
вующую параллельно наклонной плоскости, в 100 а и уравновешиваю-
щую в 75 г.
Случай, когда сила действует параллельно основанию наклонной
плоскости (рис. 120), предлагаем осуществить самим кружковцам и
Рис. 119
проверить, что здесь сила, параллельная основанию, во столько раз
меньше силы веса тела, во сколько раз высота наклонной плоскости
меньше её основания. Совет: попробуйте укрепить ферму под углом
36°Ю' и взять грузы в отношении 3:4. Найдите уравновешивающую.
Проверьте полученный результат вычислением.
§ 6. Параллельные силы
Для того чтобы на опытах убедиться в справедливости теоремы
о параллельных силах, укрепим на раме два неподвижных блока; на-
весим на них лёгкую деревянную линейку и, нагружая нити (рис. 121),
произведём ряд опытов, подтверждающих теорему. Мы видим, что рав-
нодействующая равна сумме составляющих, параллельна или направ-
лена в ту же сторону, и точка её приложения делит отрезок АВ на
расстояния, обратно пропорциональные силам, т. е.
P*AD = Q-DB.
Рисунок 122 говорит о том, как можно осуществить опыт по сло-
жению двух параллельных противоположно направленных сил Р и Q.
87
Равнодействующая R равна их разности, параллельна им и направлена
в сторону большей силы. Далее проверяем, что точка приложения рав-
нодействующей R лежит на продолжении прямой BZ), соединяющей
точки приложения составляющих Р и Q за большей силой и на рас-
стояниях, обратно пропорциональ-
ных составляющим силам:
Q.AB = P-AD.
Если в кружке имеются де-
тали „ Конструктора **, то опыты
можно произвести так: на панели
устанавливаются два вала с роли-
ками, через них перекидывают-
ся шнуры с полосой и грузами
на концах шнуров, уравновеши-
вающих вес планки. Следует
заметить, что большая полоса
с 25 отверстиями в „Конструкто-
ре*4 весит приблизительно 25 г
(рис. 123).
§ 7. Рычаги
Из прочной фанеры сделаем линейку 780 мм X 30 мм и через
каждые 30 мм просверлим отверстия (всего 25 отверстий, следова-
тельно, будет 24 промежутка).
Ось сделаем из стальной проволоки и припаяем к ней металличе-
ские кружки таким образом, чтобы они зажали линейку. Если линейка
будет шататься по оси, то можно небольшими болтами зажать линейку
между этими кружками (рис. 124). Для того чтобы облегчить отсчёт
88
ж
Рис. 124
плеч, следует рычаг через одно деление окрасить чёрной и белой
краской.
Для опытов поставим рычаг в стремя, укреплённое в левой стойке
рамы (рис. 125), и поставим один неподвижный блок над правым кон-
цом рычага, и прибор готов для демонстрации рычагов различных
видов (рис. 126).
§ 8. Шайба как рычаг
Проверим закон о равенстве моментов сил на подвижной шайбе.
Для этого выпилим из фанеры диск в 300 мм диаметром, в центре
его укрепим болтами планшайбу из „ Конструктора“ или приклеим
с обеих сторон к нему фанер- ____
ные кружки в 20 мм диамет- ______ui
ром и, когда клей подсохнет,
просверлим в центре отверстие
диаметром в 5 мм, затем вы- Рис. 127
режем из железа два диска в
20 мм диаметром и в центре их просверлим отверстие в 3 мм диа-
метром и прикрепим эти кружки к диску (рис. 127), наконец, разде-
лим диск радиусами на 8 равных секторов и по радиусам насверлим
отверстий для закрепления в них нитей.
89
Рис. 128
Диск этот укрепляется наверху
рамы или экрана, а под ним на
боковых стойках укрепляется мил-
лиметровая линейка для определе-
ния величины плеч (рис. 128).
Так как все количественные
опыты по физике, подтверждаю-
щие теоретические выводы, тре-
буют многократных измерений, в
результате которых выводятся
средние величины, то и в данном
случае мы рекомендуем, определив
длины плеч, повернуть шайбу на
небольшой угол и затем опустить
её, чтобы она под действием при-
ложенных к ней сил пришла в со-
стояние равновесия, и снова оце-
нить длины плеч. Повторить эти
наблюдения несколько раз, запи-
сывая результаты опыта, вывести средние арифметические и проверить
формулу момента сил.
На рисунке 129 представлена эта же установка, сделанная цели-
ком из деталей „Конструктора".
Рис. 129
Рис. 130
90
§ 9. Равновесие произвольно направленных сил
Постройте по чертежу (рис. 130) модель и опытами на ней убе-
дитесь, что при условии равновесия сумма моментов, вращающих рычаг
вправо, должна быть равна сумме моментов, вращающих его влево.
Этот опыт имеет важное значение, так как он в наглядной форме
подтверждает то, что плечом ры-
чага называется перпендикуляр,
опущенный из точки опоры на на-
правление силы. Напоминаем это
потому, что большинство ошибок
при решении задачи о рычагах
происходит потому, что плечом
считают расстояние от точки опо-
ры до точки приложения силы не
по перпендикуляру.
§ 10. Блоки
Чтобы показать условия рав-
новесия неподвижного и подвиж-
ного блоков, соберём их на раме
(рис. 131) таким образом; укре- РиСв 131
пим неподвижный блок и переки-
нем через него нить с одинаковыми грузами. Мы видим, что в случае
неподвижного блока равновесие наступает при равенстве грузов. При
наличии одного подвижного блока, а другого неподвижного, это
условие не соблюдается (рис. 131, Ь).
§ 11. Полиспасты
Из одного неподвижного и двух, трёх, четырёх подвижных блоков
соберите полиспаст (рис. 132). Уравновесьте систему и затем нагру-
зите полиспаст грузами и обратите внимание на то, что такой полис-
паст даёт выигрыш в силе в 2я раза, где л — число подвижных блоков.
Так как предыдущим полиспастом очень неудобно (почему?) пользо-
ваться на практике, то обычно применяется полиспаст (рис. 133), имею-
щий такую конструкцию: три одинаковых блока' надеваются на одну
общую ось из проволоки в 2 мм диаметром, затем эта проволока
сгибается так, что образует собой рамку (обоймицу), концы этой про-
волоки закручиваются, и делается петля для подвески грузов. Блоки
нужно сделать в двух экземплярах: одна система навешивается на раму
и при помощи гибкой нити связывается со второй системой блоков и
затем уравновешивается грузами.
Опыт и теория показывают, что такой полиспаст даёт выигрыш в силе
в 2/z раз, где п — число подвижных блоков.
91
Рис. 133
§ 12. Ворот
Из фанеры выпиливаются два диска Л, один В, два экземпляра С
и три колеса D, а затем из этих деталей собирается ворот (рис. 134),
который демонстрируется на раме (рис. 135).
Рис. 134
§ 13. Дифференциальный блок
Из фанеры выпиливается кружок А в одном экземпляре и кружки
В и С в двух экземплярах и затем они все склеиваются друг с дру-
гом (рис. 136). Блок укрепляется на раме (рис. 137), и через него
перекидывается нить с подвижным блоком. Блок и свободные концы
нитей нагружаются тремя грузами Q2 и Q8 для того, чтобы соз-
92
Рис. 135
Рис. 136
дать необходимое равновесие. Когда система приведена в состояние
равновесия, в неё вводят нагрузку Q и действующую силу Р.
Отношение работающей силы Q к весу поднимаемого груза Р
в идеальном случае равно:
Q _R-r
2R '
Выбирая соответствующим образом R и г, можно достигнуть того,
чтобы груз Р удерживался на любой высоте одним трением на блоке.
§ 14. Набор пластинок для определения центра тяжести
Выпилим из фанеры группу правильных и неправильных геометри-
ческих фигур (рис. 138), при этом в некоторых правильных .фигурах
сделаем несимметрично расположенные вырезки, а в других, наоборот,
сделаем наклейки из той же фанеры для того, чтобы сместить центр
тяжести.
Для определения центра тяжести необходимо в фигурах на краях
просверлить ряд отверстий и приложить к этой коллекции отвес, сде-
ланный из пули от винтовки.
Пользуясь набором пластинок, проверьте, что центр тяжести пло-
ской фигуры лежит в точке пересечения двух отвесных линий, прове-
дённых через две любые точки подвеса фигуры (рис. 139).
93
Рис. 138
Рис. 139
§ 15. Блочные весы
Для этого прибора следует построить блок в 300 мм диаметром,
выпилить в нём круглое отверстие до 50 мм диаметром (рис. 140) и
затем залить его свинцом. Потом сделать штатив из вертикальной
стойки и укрепить блок на оси, проходящей через его центр.
Чашку небольшим гвоздиком прикрепить к блоку при помощи нити
и, наконец, приделать к стойке указатель в виде заострённой пластинки,
вырезанной из жести.
Чтобы проградуировать эти весы, положим на чашку 10 г, отметим
на бумажной ленте, приклеенной к диску, положение указателя, затем
положим 20, 30, 40 и т. д. граммов. Когда это сделано, деления
вычертим тушью.
94
Как весы этот прибор годится только для грубых определений,
так как трение на оси слишком велико и точных отсчётов на них про-
изводить нельзя. Но эти весы всё
же следует построить, так как они
являются прекрасной иллюстрацией
для определения плеч рычага.
Учащиеся всегда склонны назы-
вать плечом рычага расстояние от
точки опоры до точки приложения
силы. Если бы это определение
соответствовало действительности,
то на этих весах диск отклонялся
бы на один и тот же угол, при I
последовательной нагрузке в 1, 2,
3 и т. д. единиц веса. На самом
же деле угол отклонения посте-
пенно уменьшается с нагрузкой,
так как увеличивается правое
плечо рычага (начиная с его зна-
чения, равного нулю).
После этого опыта учащимся
должно быть понятно, что пле-
чом рычага называется расстояние
действия силы по перпендикуляру.
Рис. 140
от точки опоры до направления
§ 16. Закон инерции
Для демонстрации закона инерции можно смонтировать прибор,
состоящий из двух тележек (рис. 141), собранных из деталей
.Конструктора". Для этого следует взять две полосы углового железа,
Рис. 141
95
четыре малые полосы по три отверстия, четыре ролика, четыре желез-
нодорожных колеса, восемь валов и соединительные детали и затем
собрать прибор из • двух тележек с таким расчётом, чтобы верхняя
тележка каталась по нижней, по большим полосам, как по рельсам.
Сообщая нижней тележке отрывистым толчком движение, мы за-
метим, что верхняя тележка остаётся на месте. Она сохраняет состоя-
ние покоя. Если теперь плавно приведём нижнюю тележку в равно-
мерное движение и затем внезапно её остановим, верхняя тележка бу-
дет при этом продолжать движение. Почему?
§ 17. Жолоб Галилея
На этой машине в изящной форме можно показать законы падения
тел по наклонной плоскости. Наклонной плоскостью служит доска
длиной немного более 2,5 м (рис. 142 — остальные размеры могут быть
Рис. 142
произвольные), с остроугольным жолобом по продольной оси. В ка-
честве падающего тела берут стальной шарик. При помощи металли-
ческой дуги со щелью и зажимным винтом доске можно придавать
различные углы наклона относительно горизонта. К верхнему краю
доски прикрепляется электромагнит, ось которого направлена по жолобу.
Пропуская через электромагнит ток, можно удержать шарик в покое
при любом наклоне жолоба, а при размыкании тока шарик в любой
момент может начать катиться по жолобу. Замкнув ток, проводят по
доске черту через центр шарика, примыкающего к сердечнику элек-
тромагнита, и считают её за начало расстояний.
Для счёта времени служит секундный маятник.
Градуировку доски производят следующим образом: сначала опытным
путём находят расстояние, проходимое шариком в первую секунду,
преграждая ему путь и передвигая преграду до тех пор, пока удар
96
об неё шарика не совпадёт со вторым ударом маятника. На найденном
таким образом месте проводят (через центр задержанного преградой
шарика) черту поперёк доски. Остальные расстояния легко находятся
вычислением по закону расстояний: если первое расстояние - - а. то
52--Зл, 53 = 5а и т. д. Убеждаются, совпадает ли опыт с вычисле-
нием; при аккуратном изготовлении жолоба ошибка не должна дости-
гать сколько-нибудь значительной величины.
Отметив таким образом расстояния, например, для 5 секунд, на-
клеивают по проведённым на поверхности доски чертам полоски ста-
ниоля и доводят их до середины боковой грани доски. После этого
боковые грани доски охватывают звонковой проволокой, ввинчивая
в концы станиолевых полосок шурупы и обводя проволокой вокруг
них. Концы проволок присоединяют к клеммам, поставленным на ниж-
нем конце доски.
По граням жолоба наклеивают станиолевые полоски, рассчитанные
так, чтобы катящийся шарик замыкал собой в нужный момент прост-
Рис. 144
ранство между ними. При этом весьма важно, чтобы последовательные
длины продольных накладок относились, как 1:2:3:4, потому что в
том же отношении возрастает скорость катящегося шарика, в противном
случае при слишком кратковременном контакте может не получиться
звонка. Теперь для опытов следует собрать цепь из источника тока,
жолоба, звонка и рубильника по приложенной схеме (рис. 143).
Установив всё по описанной схеме, остаётся только объяснить
аудитории устройство прибора и приступить копытам (рис. 144). Если
установка сделана правильно, то сигналы электрического звонка будут
в точности совпадать с ударами маятника.
7 Самодельные приборы по физике
97
§ 18. Прибор для демонстрации свободного падения тел
Прибор этот состоит из вертикальной доски (рис. 145), на попе-
речных брусьях которой натянуты две проволоки с помощью колков.
Внизу проволока обматывается пружинами, служащими аммортизато-
рами падающего тела. Падающим телом служит массивная деревянная
доска, снабжённая по углам уголковыми накладками, надетыми на
Рис. 146
направляющие проволоки. К верхней стороне доски прикреплена пружи-
на из ножовочного полотна, к свободному концу которой припаяна
трубочка из жести с акварельной кисточкой. Пружина перед началом
опыта отводится в сторону и закрепляется защёлкой. На доску кноп-
ками накалывается лист бумаги.
Во время опыта пружину освобождают из защёлки, и доска начи-
нает падать, пружина приходит в колебание; при этом кисточка, смо-
ченная разжиженными чернилами, чертит на бумаге кривую (рис. 146).
Период колебаний пружины — постоянный и может быть определён из
98
предварительного опыта. Через точки перегибов кривой проводят по-
перечные прямые, расстояния между ними падающее тело проходит
в одинаковые промежутки времени. Меняя бумагу, можно повторять
опыты.
§ 19. Прибор для демонстрации кажущегося
изменения веса тела при падении
Для демонстрации этого явления придумано
большое число приборов, но наиболее простым
и в то же время изящным является прибор
с магнитом, который прикрепляется к доске
(рис. 147). На нижнем крае доски устраивается
полочка, на которую кладётся якорь на таком рас-
стоянии от магнита, что он не притягивается маг-
нитом.
Если этот прибор прикрепить к падающему
телу, хотя бы к доске предыдущего опыта, то во
время падения якорь притягивается магнитом.
Рис. 147
§ 20. Шнур для демонстрации закона
свободного падения тел
Шнур представляет собой простейший прибор для
демонстрации закона падения тел. На него навязывают
гайки и, пользуясь узлами, укрепляют их на рас-
стояниях, относящихся между собой, как ряд нечётных
чисел: 1:3:5:7 (рис. 148). Шнур держат так, чтобы
нижняя гайка касалась пола, и выпускают из рук
верхний конец. Гайки, ударяясь о пол, равномерно
отбивают такт.
Полезно наряду с этим опытом показать второй
шнур, на котором грузы закреплены на равных рас-
стояниях.
§ 21. Траектория брошенного тела
° Чтобы показать параболу, по которой падает
тело, брошенное под углом к горизонту, сделаем
гр длинную линейку и через равные промежутки, соот-
з ветствующие равным промежуткам времени, просвер-
1 лим отверстия, через которые прикрепим нити с от-
о весами. Длина этих нитей должна относиться между
I собой, как пути, пройденные падающим телом в одну
секунду, две секунды, три и т. д., т. е. они должны
удовлетворять отношению квадратов натурального
Рис. 148 ряда: 1:4:9:16 и т. д. Линейка перед демонстрацией
7*
99
прикрепляется одним винтом к доске» а к другому концу прикре-
пляется шнур, перекидываемый через блок. Изменяя наклон линейки
можно показать путь падающего тела, брошенного наклонно. Сле-
дует обратить внимание на путь
тела, брошенного иод углом в 45°,
и сравншь его с расстояниями,
полученными от бросания тела
под другими углами (рис. 149).
§ 22. Тележки для демонстрации
3-го закона Ньютона
Третий закон Ньютона, трудно
понимаемый начинающими, удобно
объяснить при помощи двух низ-
ких, по возможности лишённых
трения. тележек на горизонталь-
ном полу. На каждой тележке
стоит по человеку, и оба соеди-
нены верёвкой (рис. 150). С этими
приспособлениями можно произве-
сти следующие опыты.
Первый опыт. Оба человека тянут верёвк\' одновременно.
Второй опыт. Тянет только правый человек. Только он рабо-
тает как двигатель; левый человек просто держит верёвку в руке или
обвязывается ею вокруг тела.
Третий опыт. Тянет только левый человек, только он рабо-
тает как двигатель.
Во всех трёх опытах обе тележки встречаются в одном и том же
месте. При одинаковой массе тележек п людей точка встречи лежит
посередине между исходными поло-
жениями тележек.
Заменив верёвку палкой достаточ-
ной длины, можно повторить тот
же опыт с обратным направлением
ускорений.
Четвёртый опыт. Если на
тележки поставить людей разного
веса, то место встречи тележек бу-
дет ближе к тележке с большей
выражающую этот закон:
z
Рис. 150
массой, подтверждая формулу
/??2 - ^2 • | *
Детали „Конструктора* также позволяют произвести эти опыты,
если в качестве платформы для тележек воспользоваться деревянной
доской и поставить её на дисковые колёса большого размера. Для
того чтобы увеличить площадь опоры колёс, каждое из них сделаем
из двух дисковых колёс, скрепив их болтами, и поставим на валы,
100
прилагаемые к ,, Конструктору*; они делаются из стали и при среднем
весе человека в 60 кг они вполне выдерживают нагрузку, так как на
каждый из четырёх валон приходится всего только ио 15 ягг, а на
каждое колесо - 7,5 кг.
§ 23. Ещё тележки для демонстрации
3-го закона Ньютона
Эти тележки соберём целиком
из деталей „ Конструктора \ Ма-
лую прямоугольную плиту поста-
вим на железнодорожные колёса и
при помощи соединительной .муфты
вдоль по оси тележек укрепим вал
(рис. 151). Поставим iслежки на
гладкую поверхность, например,
стекло, наденем на оба пала пру- Рис- 151
жину, стянем её и свяжем их ниткой.
Затем нитку пережжём, и если тележки одинакового веса, то они
оз толкнутся друг от друга на одинаковое расстояние.
Нагрузим одну из тележек и снова повторим опыт. Тележка с
большей массой пройдёт путь, меньший во столько раз, во сколько
её масса больше другол тележки.
Можно поставить опыт и так.
Рис. 152
чтобы тележки двигались навстречу
друг к другу. Для этого из полосо-
вого и углового железа построим
эстакаду, в середине которой по-
ставим два ролика вдоль рельс.
На концы эстакады поставим тележ-
ки, свяжем их длинной ниткой,
петлю от которой пропустим между
роликами и наденем на неё блок
Рис. 153
101
с грузом (рис. 152), и укрепим всё это на экране. Теперь, если опу-
стить тележки, то они под влиянием груза будут двигаться по эста-
каде навстречу друг другу.
Результаты опытов будут те же, что и в предыдущей установке.
§ 24. Паровая пушка
Сделаем из прямоугольной плиты и колёс тележку, укрепим на
ней стойку из полосового железа, в которую вставим пробирку с по-
догнанной пробкой (рис. 153).
В пробирку нальём горячей воды (на 1/4), закроем пробкой и под
вей зажжём кусочек ваты, смоченной в спирте (этот кусок лучше
укрепить сбоку на штативе, но с таким расчётом, чтобы штатив не
мешал движению тележки).
Когда вода закипит и в пробирке увеличится давление, пары вы-
бросят пробку, одновременно с этим тележка откатится назад.
Повторим опыт, взяв более тяжёлую пробку из резины. Отметим
в том и другом случае расстояние, пройденное пушкой при отдаче.
§ 25. Центробежная машина
Центробежная машина представляет собой соединение бесконечным
ремнём двух шкивов разного диаметра. При вращении большого ко-
Рис. 154
102
леса во время его полного оборота малый шкив делает столько обо-
ротов, сколько раз его диаметр укладывается в диаметре большого
колеса. Машина эта служит для изучения центробежной силы и свя-
занных с ней явлений и по-
этому называется центро-
бежной.
Для основания центро-
бежной машины возьмём
массивную доску из креп-
кого дерева и на одной
стороне (рис. 154) укрепим
болт, с верхней части кото-
рого на 85 мм высотой спи-
лена нарезка до диаметра
в 7 мм. На этот болт надеваем катушку из-под ниток, соединённую
со второй катушкой такого же диаметра.
Одна катушка будет служить малым шкивом машины, а вторая —
втулкой для укрепления в ней приборов.
Второй шкив делается из трёх слоёв фанеры и укрепляется болтом
с контргайками на круглой дощечке, соединённой с основанием ма-
Рис. 156
шины. Для вращения шкива к нему на болту прикрепляется катушка
из-под ниток в качестве рукоятки.
Чтобы закончить машину, остаётся только надеть привод. Для
этого лучше всего употребить круглый ремень от ножной швейной
машины. Его следует натянуть по жолобу шкива и катушке, попро-
бовать, вращается ли катушка достаточно хорошо, и отрегулировать
натяжение.
103
Центробежная машина может быть построена целиком из деталей
„КонструктораОснованием этой машины служат две большие плиты,
связанные угловым железом. На одной плите прикрепляется скоба
с подшипником; в эту скобу ставится ролик и установочным винтом
закрепляется на валу. На другой плите прикрепляется дисковое ко-
лесо с закреплённым в ней валом. На вал ставится большая круглая
плита с дисковым колесом и ручкой для вращения. Через ролик и
плиту перекидывается бесконечный ремень (рис. 155).
Наконец, эчу же машину можно co6paib на экране. Для этого
прикрепим бугель к боковой стороне экрана (рис. 156), вставим в него
вал с роликом, затем на верхнем ребре экрана просверлим отверстие
в 4 мм диаметром, вставим в него вал, наденем на него установоч-
ную муфту и затем на ось наденем большую круглую плиту с диско-
вым колесом (планшайбой) и ручкой для вращения колеса, сделанной
из большого болта с контргайками. Через плиту и ролик перенесём
бесконечный ремень из нитки с пружинкой для растяжки, и машина
готова.
§ 26. Прибор для демонстрации центробежной силы
Из фанеры вы шлпм основание прибора со штырём внизу для за-
крепления его в центробежной машине. Между стойками вверху на-
тянем проволоку, на которую наденем две одинаково тяжёлые бусы
(или просто гайки) и свяжем их
ниткой (рис. 157).
Рис. 157
Рис. 158
При вращении прибора пе-
ретягивает тот шарик, который
находился далее от оси враще-
ния. Если перед началом вра-
щения шарики располагались
на одинаковом расстоянии от
осп вращения, то они останутся
в покое относительно проволо-
ки, на которую нанизаны. Цен-
тробежная сила возрастает
с возрастанием расстояния вра-
щающегося тела от оси враще-
ния. Согласно формуле F =
— ttfinr, где F—центробежная
сила, tn — масса тела, г — рас-
стояние от оси вращения.
Если на проволоку надеть два шарика различных масс (рис. 158),
расположенных но разные стороны от оси вращения на равных рас-
стояниях, то при вращении шарики передвинутся в сторону большего.
Почему?
104
§ 27. Регулятор Уатта
Этот прибор служит для доказательства изменения центробежной
силы в зависимости от скорости вращения.
Для устройства этого прибора выстрогаем из дерева круглую па-
лочку, а наверху укрепим две проволочные петли, затем из толстой,
проволоки сделаем два стерженька с грузами на концах и двумя пет-
лями— одна петля наверху, а другая посередине. Далее из той же
проволоки изготовим два стерженька вдвое меньшей величины с пет-
лями на концах. На палочку наденем обрезок латунной трубки та-
кого диаметра, чтобы он свободно скользил по этой палочке, к этой
трубке предварительно припаяем две петли и затем все эти детали
соединим так, как это показано на рисунке (рис. 159).
Чтобы построить этот прибор из деталей „Конструктора", следует
взять два дисковых колеса и с двух сторон по диаметру прикрепить
п(> две уголковых накладки. С одного колеса снять установочный
винт и надеть его на вал снизу уголковыми накладками вверх, а дру-
гое колесо закрепить наглухо наверху — накладками вниз. Затем сле-
дует взять две полосы по 11 отверстий, две по 6 отверстий и соста-
вить из них подвижной параллелограм, связав его с дисковыми колёсами
(рис. 160).
На нижние концы длинных полос два дисковых колеса прикреп-
ляются в качестве грузов.
§ 28. Прибор для доказательства сплющивания Земли у полюсов
Выстругаем круглую деревянную палочку и затем вырежем из
жести две ленты с круглыми отверстиями посередине, -с диаметром
несколько большим, чем у палочки. Наденем на неё эти ленты, за-
105
гнём их кверху, чтобы образовались два взаимно перпендикулярных
кольца, и все четыре конца наверху прикрепим одним винтом к па-
лочке (рис. 161).
При вращении увидим, что нижние, свободно передвигающиеся
по вертикальному стержню кольца будут подниматься, а обручи сплю-
щиваться.
Рис. 161
Точно такой же прибор можно по-
строить из деталей „Конструктора". Вы-
режем из жести четыре одинаковые полосы
и прикрепим их болтами к двум дисковым
колёсам (рис. 162). Одно колесо (верхнее)
прикрепим установочным винтом к валу
наглухо, а со второго (нижнего) снимем
установочный винт.
§ 29. Вращающийся сосуд с жидкостями
Нетрудно также показать известный
опыт с вращающимся сосудом, наполнен-
ным несмешивающимися жидкостями с раз-
ными удельными весами (например, ртуть
и подкрашенная вода). Для этого возьмём
небольшую шарообразную короткогорлую
колбочку, наполним её жидкостями до половины,
плотно закроем
пробкой и затем укрепим её на центробежной машине горлом вниз
(рис. 163).
Рис. 162 Рис. 163
При вращении ртуть как жидкость, обладающая большей плотно-
стью, расположится по среднему кольцу, а вода разделится на два
слоя, которые расположатся снизу и сверху ртути.
106
§ 30. Модель центрифуги
На концах полосы подвесим на
несколько расширяющиеся наверху,
этой цели не годятся, так как
они могут вырваться во время
опыта (рис. 164).
Для того чтобы показать дей-
ствие центрифуги, налейте в про-
бирку воды с какой-нибудь взбол-
танной взвесью (например, с зуб-
ным порошком). Затем поставьте
модель на центробежную машину
и приведите последнюю в движе-
ние на некоторое время. При этом
движении взвесь осаждается или,
наоборот, всплывает (смотря по
её удельному весу по отношению
к воде, например, если перед
опытом была приготовлена эмульсия воды и масла, то масло ока-
жется наверху). Часть жидкости нужно отлить в пробирку и оставить
без движения, чтобы сравнить с ней результаты опыта.
проволочных петлях две пробирки,
Совершенно гладкие пробирки для
Рис. 164
§31. Модель центробежной сушилки
Для постройки этой модели воспользуемся двумя низкими цилин-
дрическими консервными банками, входящими одна в другую (рис. 165).
В меньшей банке по всей её боковой (цилиндрической) поверхности
пробьём в несколько рядов большое количество отверстий — эти от-
верстия желательно пробивать изнутри
Рис. 165
банки наружу и возможно чаще друг
к другу, как это делается в кухонной
тёрке.
Далее возьмём планшайбу из „Кон-
структора" и свяжем обе банки с план-
шайбой на одной оси, но так, чтобы
внутренняя банка своим дном не касалась
наружной, для этого можно между бан-
ками поставить вторую планшайбу.
Во внутреннюю камеру закладывается
мокрая тряпка, и модель приводится в
быстрое вращение на центробежной ма-
шине. Через некоторое время, остановив
машину, можно убедиться, что если тряп-
ка и не оказалась совершенно сухой, то
во всяком случае большая часть воды
из неё будет выброшена центробежной
силой.
107
§ 32» Маятник Максвелла
Переход потенциальной энергии в кинетическую и обратно сле-
дует показать на маятнике Максвелла.
Прибор этот представляет собой диск на оси. Диск выпилим из
фанеры и в центре его
двумя болтами с обеих сторон укрепим две
круглые планшайбы, в которые вставим
вал. Затем привяжем к концам этого
Рис. 166
вала две нити и привесим .маятник
на раму (рис. 166). Ось маятника
должна висеть строго горизонтально.
Для осуществления этого следует при-
крепить нити к раме колками такими
же, какие употребляются для натяже-
ния струн на скрипке или виолончели.
Когда вал прибора установлен гори-
зон!ально, на него наматывают нити
и затем опускают диск. При хорошей
регулировке, т. е. при полной перпен-
дикулярности оси к. плоскости дискаj
при её горизонтальности и симметрич-
ности прибора, маятник может работать
несколько минут.
§ 33. Диск, катящийся по магниту
Разновидностью опыта с маятником Максвелла
является следующий: на круглую железную ось на-
денем медный или свинцовый (но не железный) мас-
сивный диск и затем пустим её катиться вниз по
длинному подковообразному магниту, расположенному
вертикально (рис. 167). Катясь вниз, колесо получает
настолько значительный запас движения, что, пройдя
через концы полюсов магнита, поднимается по другой
стороне его вверх.
Рис. 167
§ 34. Трибометр
Из вопросов, возникающих при изучении грения, наиболее важным
является вопрос зависимости величины силы трения от нагрузки, от
характера трущихся поверхностей и от величины трущихся поверх-
ностей.
Трение скольжения. Возьмём доску 80 гл<Х12 см (рис. 168),
выстрогаем её тщательно с обеих сторон, одну сторону отшлифуем,
а на другую прикрепим винтами две полосы из железа. Необходимо
изготовить полосы из достаточно толстого железа и не сгибать их
по краям доски, от чего на нём неминуемо образуются незаметные
108
для глаза выпуклости, значительно искажающие результаты опыта.
Эти полосы следует прикрепить винтами с плоскими головками, для
чего необходимо отверстия раззенковать, чтобы головки винтов не
выдавались над поверхностью, и затем опилить полосы напильником,
далее отшлифовать их сначала крупным наждаком и затем докончить
отделку наждачной шкуркой № 0 и 00. На выступающий конец
доски надо прикрепить ролик, как указано на рисунке.
Ползунки 'для исследования трения следует сделать из разных по-
род дерева в виде прямоугольных дощечек 150 мм X Ю0 мм < 15 мм,
Рис. 168
с одной стороны прикрепить к ним железные плитки 150-юг X Ю0 мм
и затем обе поверхности — металлическую и деревянную—тщательно
отшлифовать, а к узким сторонам посредине прикрепить к одной пе-
тельку, а к другой крючок для сцепки отдельных ползунков друг
с другом (рис. 169). Для удобства измерений желательно вес пол-
зунка вместе со сцепным устройством сделать выражающимся в круг-
лых цифрах, чего можно добиться спиливанием и шлифовкой, или же
сбоку ползунков просверлить отверстия, залить их свинцом и подо-
гнать под требуемый вес. Окончательный вес ползунка проставляется
на нём где-нибудь сбоку масляной краской или наносится выжигатель-
ным инструментом.
Для определения силы трения к ползункам следует прикрепить
чашку для разновеса. Её можно устроить из металлического диска
с проволочной дугой, взвесить и эту цифру проставить краской на
чашке. И в этом случае желательно заранее получить вес чашки,
выражающийся в круглых цифрах, чего можно добиться прибавлением
припоя и последующей опиловкой.
Две различные поверхности — деревянная и металлическая—на
платформе и ползунках позволят поставить опыты по исследованию
трения первого рода: дерево о дерево, дерево о металл, металл о
металл, а введение смазок даёт возможность познакомиться на опыте
с их ролью при работе машин и станков.
109
Определив силу
лить и коэфициент
трения, вес трущегося тела, мы можем опреде-
трения, как отношение силы трения к весу тела:
К=
.F
Р ’
где К—коэфициент трения, F—сила трения, Р—вес тела. Если на
ползунки (рис. 169) сверху накладывать гирьки, то увидим, что коэ-
фициент трения не зависит от этого.
. Опыт говорит нам, что коэфициент трения зависит от характера
поверхности трущихся частей. Разные сорта дерева при перемещении
вдоль волокон и поперёк волокон, различные ме-
Рис. 170
таллы, по отношению к разным поверхностям, дают
различное значение коэфициента трения. Для того
чтобы провести опыты с различными поверхностя-
ми, можно на нашей платформе укрепить деревян-
ные линейки из разных пород дерева или с по-
верхностями, отделанными различными способами —
пилёное дерево, шлифованное и, наконец, по-
лированные поверхности (рис. 172). При этих же
опытах можно изучить значение смазок: сухого
мыла, графита, жидкого мыла, смазочных масел и т. п. С хорошими
смазочными маслами трение уменьшается примерно в 10 раз.
Трибометр можно собрать и из деталей „ Конструктора как это
сделать — видно по рисунку 173.
Трение качения. Для изучения этого вида трения выточим из де-
рева цилиндр диаметром 6 см и высотой 15—20 см\ путём шлифовки
подгоним его вес под вес ползунка (рис. 170).
Рис. 171
Для опытов с цилиндром чашка, изготовленная для ползунков, бу-
дет слишком тяжела и приведёт цилиндр в движение без всякой до-
бавочной нагрузки, поэтому придётся сделать новую, более лёгкую
чашку из алюминия или тонкой листовой жести.
Для производства опытов платформа должна быть установлена
горизонтально. Это лучше всего производить установочными винтами
по уровню, но при этом не следует забывать, что у платформы обе
поверхности являются работающими, поэтому винты необходимо вы-
вести в сторону, чтобы они не мешали движению ползунков и цилиндра.
110
Взявши тонкую нить, наматывают её на цилиндр в средней части,
как наматываются нитки на катушку, на свободный конец прикреп-
ляют чашку и, пропустив нитку
Рис. 172
в щель доски, кладут цилиндр на
трибометр и затем нагружают чаш-
ку до тех пор, пока цилиндр
не начнёт катиться равномерно
(рис. 171).
Надо помнить, что сила тре-
ния равняется весу грузиков на
чашке (плюс вес самой чашки)
только тогда, когда этими гру-
зиками ползунки или цилиндрик
приводятся в равномерное движе-
ние. Если движение ускоренное,
то часть веса грузиков идёт на
создание ускорения.
§ 35. Угол трения
Если мы возьмём наклонную
плоскость и поставим на неё ка-
кое-нибудь тело (не колесо и не
шар), то при отсутствии трения
такое тело должно соскользнуть
вниз, но благодаря наличию тре-
ния оно удерживается на наклон-
. ной поверхности при небольшом угле до некоторого предела. Этот
предельный угол необходимо знать заранее при расчёте сооружений,
при укладке сыпучих материалов и т. п.
Рис. 173
Чтобы определить угол трения, воспользуемся следующей установ-
кой. Возьмём платформу, соединим её (не жёстко) с транспортиром,
11J
как указано на рисунке 174, и, положив на неё ползунок, будем по-
степенно приподнимать её левый конец. Как только ползунок wпоедет*,
заметим угол по транспортиру. Это и есть угол трения.
Рис. 174
§ 36. Трение в цапфах
От предыдущих опытов естественно перейти к изучению трения
цапф или осей в подшипниках. В этом случае трение скольжения по
цилиндрической поверхности несколько расходится с величиной трения
плоских поверхностей.
Для того чтобы познакомиться с трением в цапфах, возьмём фа-
нерный диск, взвесим его на весах и установим на экране (рис. 175).
Затем при помощи грузов определим его вращающий момент, т. е.
произведение силы на плечо (нужно приложить такую силу, чтобы за-
ставить шайбу равномерно вращаться). Чтобы избежать возможных
ошибок в уравновешивании шайбы, повторим этот опыт, приложив груз
на противоположной стороне шайбы, чтобы заставить вращающий мо-
мент действовать в обратном направлении. Рекомендуется затем повер-
нуть шайбу на 90° и повторить в этом положении оба опыта.
№
Опыт можно видоизменить, сделав шайбу более тяжёлой при по-
мощи симметрично укреплённых на ней роликов. И, наконец, повторить
эти опыты со смазкой.
§ 37. Трение передаточного ремня
Из большой круглой плиты и дискового колеса соберём шайбу и
установим её на экране. При помощи установочного винта на доске
закрепим шайбу непод-
вижно на оси. Возьмём
шнур и уложим его так,
чтобы он охватывал часть
окружности шайбы, к од-
ному концу шнура подве-
сим груз Q и определим,
какой груз Р нужно при-
ложить к другому концу,
чтобы помешать скольже-
нию шнура (рис. 176). Это
Рис. 177
нужно проделать для раз-
личных дуг охвата от 45°
до 270°. На основании этих опы-
тов можно определить коэфициент
трения между шнуром и шайбой.
§ 38. Трансмиссия
Для определения силы трения
ремённой передачи сделаем такую
установку. Из двух дисков и двух
роликов сделаем два ворота и уста-
новим их при помощи валов на
экране, затем свяжем их передаточ-
ным ремнём с пружинкой (рис. 177).
Теперь, чтобы определить силу
трения в этой системе, возьмём
две бечевы, одну навьём на сво-
бодный ролик, а другую на сво-_
бодный диск и затем при помощи
грузов уравновесим эту систему,
для чего необходимо, чтобы соб-
людалось равенство моментов сил.
А для определения силы трения
теперь будем нагружать одну из Рис. 178
систем добавочными нагрузками до
тех пор, пока трансмиссия не придёт в движение (рис. 178). При опре-
делении этой силы следует обратить внимание на то, какое значение
в данном случае имеет хорошая смазка.
8 Самодельные приборы по физике
113
§ 39. Блоки и полиспасты
Определим к.п.д. блоков и полиспастов.
Для этого надо знать отношение полезной работы ко всей затра-
ченной работе, т. е.
К.П.Д.=А1ОО0/о>
где А — полезная работа, Л1 — затраченная работа.
Решение задачи начнём уравновешиванием собственного веса под-
вижных блоков. Затем приложим какой-нибудь груз и уравновесим его.
Рис. 179
Наконец, при помощи добавочных нагрузок определим
к.п.д. этой системы, для чего надо знать величины гру-
зов и высоты опускания одного и поднятия другого. На
рисунке 179 приведён внешний вид полиспаста.
Но такой полиспаст, хотя и обладающий большой
наглядностью, мало применяется на практике; гораздо
чаще все ролики как подвижные, так и неподвижные,
делают одинаковой величины и насаживают на общую
ось. Несмотря на низкий к.п.д. из-за большого трения
роликов об оси и верёвок о ролики, этот полиспаст
(или тали) имеет применение на морских и речных судах
и в строительной практике.
§ 40. Клин, как наклонная плоскость
Клин представляет собой видоизменение наклонной
плоскости. Он может быть составлен из трёх полос
(рис. 180). Для движения клина поставим его на два ро-
лика а и укреплённых на экране на одной и той же
горизонтали, и несколько правее укрепим неподвижный
блок. На наклонную плоскость клина ставится подвиж-
ный блок, к которому подвешивается груз Q. Этот же
блок при помощи нити оттягивается влево, и конец нити
закрепляется.
'Если движение роликов и блока достаточно свободно,
то под влиянием нагрузки клин должен перемещаться
влево. Чтобы удержать его в состоянии равновесия и при
том так, чтобы нить, оттягивающая блок влево, распо-
ложилась параллельно основанию наклонной плоскости,
необходимо с правой стороны привязать нитку, переки-
нуть её через блок и привесить соответствующую на-
грузку Р. Как известно, в данном случае при отсутствии
трения должна иметь место пропорция:
P:Q = /r./,
где h и I — высота и основание наклонной плоскости,
114
Обратите внимание при этих опытах на большую величину трения.
Повторите их, изменив высоту, с подвижным блоком таким образом,
чтобы и при действии силы Р он начинал двигаться при малейшей до-
бавочной нагрузке. Теперь поставьте груз Q и уравновесьте его си-
лой Р. Сделайте новые расчёты и подсчитайте работу на обоих концах
установки.
§ 41. Винт как наклонная плоскость
Вырежем из жести (алюминия) прямоугольный треугольник с боль-
шим катетом в 28,5 см. согнём его, чтобы образовалась цилиндриче-
Рис. 181
ская поверхность, поставим эту модель винта на дисковое колесо
(рис. 181).
8*
115
Рис. 182
Вокруг дискового колеса обернём гибкую нить по углублению, пере-
несём её через неподвижный блок. В средней части доски сделаем
стойку из полосы, уголковой накладки и дискового колеса с валом
Рис. 183
в качестве оси. На эту ось наде-
нем разноплечий рычаг с двумя
роликами на концах (второй ролик,
правый, ставится для того, чтобы
уравновесить рычаг). Рычаг ста-
вится с таким расчётом, чтобы
его левый ролик лёг на винтовую
поверхность. Когда вы сделаете
эту установку, то вам станет по-
нятно, что движение винтовой
поверхности по левому ролику
должно совершаться свободно и
с наименьшим трением. Поэтому
все трущиеся поверхности полезно
смазать машинным маслом.
Теперь приложим к рычагу
нагрузку Q и определим вели-
чину груза Р, который необхо-
дим для того, чтобы равномерно
вращать винтовую поверхность.
Добившись этого, следует сооб-
разить, какой можно сделать
вывод
Если проделать этот опыт с
винтовыми поверхностями, отличаю-
116
щимися между собой шагом винта, то можно убедиться, что при малом
шаге винта без груза Р шайба с винтовой поверхностью при любой
нагрузке Q останется в состоянии равновесия. Наоборот, при большом
шаге винта, т. е. при крутом подъёме, сила Q будет повёртывать
шайбу вокруг оси, и для того чтобы уравновесить систему, необхо-
димо приложить силу Р. Для определения к.п.д. винта добиваемся
равномерного вращения и измеряем соответствующие работы сил Р и Q.
Эту же установку можно собрать и другим образом, как видно из
рисунков 182 и 183.
§ 42. Домкрат
Для этой модели необходим длинный винт: если его нет в наборе
„ Конструкторато его нетрудно нарезать на стержне в 4 мм диаметром
(рис. 184, а) и затем в
толстой латунной пла-
стинке (Ь) просверлить
соответствующее отвер-
стие и сделать нарезку
по винту. Эту пластин-
ку следует прикрепить
к раме или экрану
(рис. 184) и вставить
в неё винт. На верх
винта поставить малую
круглую плиту, а на
нижний конец поставить
кольца с петлёй (от
шарнира Гука) для при-
ложения полезной на-
грузки Р. С лезой сто- Рис. 184
роны на верхнюю кром-
ку рамы поставить ось с роликом, затем привязать нить к плите
(головке винта), несколько раз обернуть её по желобку, перетянуть
конец через ролик и приложить к нему действующую силу Q.
Определим силу, необходимую для разномерного вращения круг-
лой плиты, когда на неё положен груз Р, или же подвешен внизу.
Подсчитываем работу подъёма груза и работу силы Q. Деля полезную
работу на затраченную, найдём к.п.д.
§ 43. Простейшая модель водяного колеса
Водяные колёса могут быть сведены к трём основным типам: под-
ливное колесо, среднебойное и верхненаливное. Эти колёса различа-
ются друг от друга только в способе иодачи воды на их лопатки
(рис. 185).
В первом случае вода подаётся на нижние лопатки колеса и застав-
ляет его вращаться против часовой стрелки. Такие колёса ставят там,
где река имеет быстрое течение. Второй тип колёс отличается от пер-
117
вого тем, что вода бьёт примерно против оси колеса и, нагружая ло-
патки своей тяжестью, заставляет вращаться его в том же направле-
нии, как и подливное колесо. Такие колёса ставят по небольшим реч-
кам, где имеется возможность поднять воду на некоторую высоту. И,
наконец, на последний тип колёс — верхненаливные — вода подаётся
там, где имеется возможность поднять
сверху. Такие колёса ставят
части собьём гвоздями так,
плотиной воду на значительную
высоту и бросить её сверху на
колесо.
Простейшую модель водя-
ного колеса можно сделать из
четырёх спичечных коробок,
сложив их последовательно
одна в другую так, как это
показано на рисунке 186. Это
колесо следует надеть на ось
из проволоки и затем тщатель-
но покрыть два-три раза эма-
левой или масляной краской,
чтобы коробки не размокли в
воде. Затем нужно сделать ста-
нок из фанеры, деревянных до-
щечек и жести. Из фанеры
выпилим две детали (рис. 187)
и выстругаем две продолгова-
тые дощечки. Все эти четыре
чтобы между фанерными
вертикально
стоящими стойками наверху образовался наклонный жолоб для стока
воды (рис. 188) (одна дощечка идёт на образование жолоба, а другая
скрепляет боковые стенки внизу, образуя подставку). Затем из жести
сделаем „подшипники* таким образом: вырежем две пластинки с тремя
118
углублениями, как указано на рис. 187, для помещения в них оси ко-
леса и мелкими гвоздиками прикрепим их к боковым стенкам, а затем
этот станок, как и колёса, покроем эмалевой краской.
Эта модель, несмотря на её примитивность, позволяет показать дей-
ствие колёс всех трёх типов.
Рис. 188
Рис. 187
В наливное колесо вода подаётся сверху и нагружает своим весом
верхние ковши; к среднебойному колесу вода подаётся на высоте оси
и, наконец, бьёт в нижние лопатки подливного колеса, действуя не
весом, а главным образом ударом. Наша модель благодаря трём вы-
резкам, сделанным в боковых стенках, позволяет показать все эти
типы: поставив колесо в верхнюю пару отверстий, мы получаем под-
ливное колесо; в среднюю пару —
среднебойное и в нижнюю — на-
ливное колесо.
Рис. 189
Рис. 190
Более эффективную модель колеса можно устроить, как показано
на рисунках 189 и 190. Все коробки приклеиваются к фанерному ди-
ску столярным клеем, и внутренние их части покрываются масляной
краской или эмалью, после чего сверху наклеивается второй фанерный
круг.
119
§ 44» Турбина, построенная на принципе использования удара
струи
Модель двигателя, использующего силу удара движущейся воды,
можно построить из спичечных коробок. Коробки вкладываются одна
в другую так, как это показано на рисунке 191, а затем они
заклеиваются в два фанерных диска и, наконец, колесо тщательно
Рис. 191
Рис. 192
покрывается эмалевой или масляной краской. Колесо укрепляется на
проволочной оси и устанавливается на штативе в подшипниках. Вода
при помощи резиновой трубки со стеклянным наконечником (рис. 192)
подаётся прямо из водопровода или какого-нибудь сосуда, поднятого
на 2—3 м над турбиной для получения необходимого давления.
§ 45. Водяное колесо для установки на ручье
На чертеже 193 указан способ разбивки боковых сторон и ло-
паток водяного колеса. Этих чертежей вполне достаточно, чтобы
понять устройство подобного водяного колеса. Лопаток делается столько,
сколько пропиливается пазов в дисках, затем лопатки вставляются в пазы
и заклеиваются, а колесо укрепляется на оси и покрывается краской
(рис. 194). Это же колесо можно собрать без пропилок щелей в ди-
сках, если воспользовался уголковыми накладками и болтами из „Кон-
структора*. В этом случае мы можем обойтись без склейки, что зна-
чительно улучшает прочность водяного колеса (рис. 195).
Подобные двигатели могут быть построены больших размеров и
вполне пригодны для установки на ручье.
§ 46. Реактивная турбина
Изучив на практике действие обыкновенных водяных колёс, по-
лезно познакомиться и с турбинами, представляющими интерес в том
отношении, что они являются прекрасной иллюстрацией 3-го закона
Ньютона.
Реактивная турбина может быть изготовлена из жестяной цилин-
дрической банки из-под мыльного порошка для бритья. Такая банка
120
снабжена двумя крышками; одна крышка с отверстиями для вытряхи-
вания порошка, а другая — наружная — глухая крышка.
Прежде всего у обеих крышек отрежем донышки, чтобы у нас
образовалось два кольца, и отрежем донышко у самой банки, чтобы
Рис. 195
Рис. 194
получить полую трубу; эта труба будет служить кожухом турбины.
Когда это сделано, вырежем из жести кружок по диаметру турбины
и затем ножницами сделаем надрезы, не доходящие до центра на рав-
ных расстояниях друг от друга (рис. 196). Число их может быть 12—18.
121
197) Это
неподвиж-
называется
Затем согнём эти лопасти в одном направлении, как это делается в
оконных вентиляторах. Поставим это колесо в полую нашу трубу на
тот конец, на который надевается
крышка и припаяем к её стенкам
кончики лопаток (рис.
колесо, прикреплённое
но к кожуху турбины,
направляющим.
Точно такое же колесо, но с
лопастями, отогнутыми в обратную
сторону, изготовим по диаметру
.______________кольца, полученного из внутрен-
MWWfcMM ней крышки баночки. Вставим его
Рис. 196
в это кольцо и кончики лопаток
припаяем к кольцу. В качестве
оси воспользуемся вязальной спицей, пропустим её сквозь центр
колеса и припаяем. Это колесо будет приводиться в движение проте-
кающей водой, назовём
его ротором турбины.
Для того чтобы уста-
новить ротор в турбине,
нужно сделать два под-
шипника вверху и внизу
турбины. Для верхнего
подшипника вырежем из
жести пластинку, просвер-
лим в середине отверстие
по диаметру оси, обогнём
по верхнему краю банки
и припаяем (рис. 198,
верх). Второй подшипник,
вернее подпятник, выре-
жем также из жести с
небольшим отростком по-
средине. В этом отростке
просверлим отверстие по
оси и затем, согнув его,
как указано на рисунке,
припаяем по диаметру к
кольцу от наружной крыш-
ки банки. Такое устрой-
ство позволит нам снимать
и надевать подпятник с
кожуха турбины.
Теперь, чтобы собрать
Рис. 197
турбину, проденем ось ротора через центральное отверстие напра-
вляющего колеса и вставим её в верхний подшипник; несущий конец
оси укрепим в подпятнике и наденем его на кожух турбины.
122
Собственно турбина уже готова, но прежде чем приступить к ис-
пользованию, её необходимо внутри и снаружи покрыть эмалевой кра-
ской, чтобы предохранить от ржавчины. И, наконец, чтобы не
держать её в руках во время опытов, следует сделать какой-нибудь
штатив или припаять к ней из жести три ножки, чтобы ставить её во
время опытов в тарелку для приёма воды.
§ 47. Более совершенная модель водяного колеса
Для этой цели возьмите фанеру, начертите на ней две окружности,
одну радиусом в 20 см, другую в 15 см, и затем разделите окруж-
ность на 24 части и через точки деления проведите радиусы; от точек
пересечения этих радиусов с внутренней окружностью проведите на-
клонные линии и выпилите зубья, как указано на рисунке 199. Затем
из жести вырежьте 24 пластинки 25 мм X 55 мм, укрепите их на
зубьях деревянного колеса, а круглогубцами отогните все свободные
концы пластинок с обеих сторон и придайте им полу цилиндрическую
форму, как это показано на рисунке 200. Готовое колесо наденьте
на ось из стальной проволоки и покройте эмалевой краской.
Это колесо даёт большое число оборотов в минуту и сильно раз-
брызгивает воду, поэтому его необходимо заключить в кожух. Из
толстой фанеры выпилите две боковые стенки (рис. 201), а в центрах
полученных квадратов просверлите отверстия для оси и сделайте для
уменьшения трения металлические подшипники. Затем по величине
боковых стенок сделайте три дощечки в 1 см толщины и затем на
них как на остове соберите кожух колеса. Для укрепления сопла
в верхней стенке просверлите отверстие (рис. 201) и вставьте в него
123
стеклянную трубку так, чтобы струя воды попадала как раз внутрь
вогнутой поверхности лопаток и, разумеется, в то же время таким
образом, чтобы колесо при своём движении не задевало трубки и могло
свободно вращаться.
Когда это сделано и колесо отрегулировано, деревянный кожух
нужно внутри покрыть эмалевой краской и затем уже закрыть турбину.
Рис. 201
Рис. 202
Для этого из жести вырежем полосу по ширине кожуха, обогнём её
по кривой части кожуха, прибьём её к дереву и снаружи весь кожух
покроем эмалевой краской.
Теперь, если на трубку надеть резиновый рукав и соединить его
с каким-нибудь баком (рис. 202), расположенным достаточно высоко,
а ещё лучше с водопроводным краном, то вырывающаяся с большой
скоростью из сопла струя воды приведёт колесо в быстрое вращение.
§ 48. Модель парусного судна
Изобретением паруса для движения судов древний человек положил на-
чачо использованию энергии ветра для замены мускульного труда. Построим
небольшую модель парусного судна.
Для основной части этой модели берётся брусок 45 см длиной, 15 см ши-
риной и 5,5 см высотой (рис. 203). Отстругав его по этим размерам, делаем
на его поверхности разметку по чертежу и высверливаем, выдалб-
ливаем и выпил тваем середину насквозь. После этого снизу просверливаем
и прибиваем гвоздями доску, служащую дном. Её размер я по длине и ширине
одинаковы с бруском толщ шой в 2 см. Сверху таким же способом прикре-
пляется палуба из дощечки в 1 см толщиной и две клинообразные накладки
на нос и на корму. Когда всё это готово, можно обделывать наружные об-
воды судна, работая пилой, py6ai ком, стамеской и напильником. Стенки
корпуса оставляются достаточно толстыми. Поперечный профиль и профиль
носа изображены на р хунке внизу, справа. Корпус судна должен быть сделан
совершенно симметрично, для чего на то обязательно сделать разметку и за-
теи, рабогая, точно придерживаться её. В носовой части в урезывается и при-
бивается форштевень, продолжением которого служит киль из планочки, при-
124
Рис. 203
125
битый точно посредине снизу дна (рис. 204). Кормовая часть снизу срезается
и в ней просверливается отверстие для руля. Точно так же надо просверлить
гнёзда для мачт в палубе и дне для бушприта в носовой накладке корпуса
над форштевнем.
Рис. 204
Следующим делом будет отливка и прикрепление балласта с обеих сто-
рон киля. Балласт делается из свинца, которого пойдёт около 430 г, по 200 г
на каждую отливку. Форму делаем из двух дощечек, сбитых на ребро. Концы
получившегося лотка закрываем брусочками или кусками глины, в ребро до-
щечек изнутри слегка вбиваем три гвоздя и затем заливаем форму (рис. 203).
Когда полоса застынет, мы её вынимаем и приколачиваем сбоку киля. С дру-
126
Рис. 205
гой стороны накладывается вторая полоса. Теперь можно заняться оснащением
судна. В корме укрепляем на деревянной оси, туго входящей в отверстие,
руль из железной пластинки. Над форштевнем ставим бушприт из палочки
в 15 см длиной (свободная часть), а на палубе три мачты. Их длина указана
на чертеже, толщина равна 12—15 мм. Мачта растягивается вантами из креп-
127
ких шнурочков. Между передней мачтой и бушпритом устанавливается кабе-
стан из катушки.
Корпус судна надо прошпаклевать суриковой шпаклёвкой и закрасить
подводную часть до ватерлинии также сур жом. Борта красятся зелёной или
белой краской, палуба, мачты, и бушприт — жёлтой. Концы („ноки-) мачт, рей
и бушприта должны быть белыми. Паруса (рис. 205) шьются из тонкой мате-
рии, например, батиста. Их размеры, форма и способы крепления показаны
на чертежах. На передней мачте и бушприте укрепляются косые „кливера*,
на мачтах прямые паруса на реях (марсели). Задняя мачта несет, кроле
того, большой парус („грот“). Его реи (гофэль и гик) снабжены на концах
проволочными ушками, надеваемыми на мачту.
§ 49. Ветряное колесо
Для изготовления этого двигателя берут прежде всего деревян-
ный брусок в виде прямоугольного параллелепипеда с квадратным
основанием и опиливают его по рисунку
трёхгранной призмы была равна одной
трети, а боковая сторона—двум тре-
тям стороны основания бруска. Раз-
метка для опиловки дана на ри-
сунке 207.
На образовавшиеся наклонные по-
верхности винтами прикрепляются
206 так, чтобы высота каждой
Рис. 206
четыре крыла, сделанные из фанеры, но лучше для этой цели восполь-
зоваться твёрдой гарнированной жестью, которая позволит придать
крыльям винтовую поверхность, для чего каждую лопасть следует
несколько согнуть, повернув её около продольной оси.
Для действия ветряного колеса ось его должна быть расположена
по направлению ветра; для этого в небольших мельницах верхнюю
часть делают подвижной и во время работы устанавливают плоскость
вращения колеса перпендикулярно направлению ветра, а в воздушных
турбинах делают направляющее крыло — руль, автоматически устанав-
ливающее колесо в рабочее положение.
Руль представляет собой симметричную лопасть, укреплённую на
горизонтальном стержне, на котором, как на оси, устанавливается вет-
ряное колесо.
Чтобы уменьшить трение колеса о стержень, следует на эту же ось
надеть бусинку или шайбу.
128
Когда это сделано, двигатель ставится на вертикальную ось, поз-
воляющую устанавливать его в рабочее положение. Для того чтобы
найти место прикрепления оси, следует опытным путём определить
центр тяжести руля вместе с прикреплённым к нему двигателем; для
этого следует положить руль на остриё ножа, перпендикулярно по-
Рис. 208
следнему и уравновесив на нём, отметить карандашом место точки опоры,
в этом месте просверлить сквозное отверстие и при помощи винта
(оси) прикрепить двигатель к вертикальному шесту (рис. 208).
Поставив это сооружение на открытом месте, вы получите дви-
гатель, который даже при слабом ветре всегда будет находиться в ра-
бочем положении.
§ 50. Ветряная турбина
Собирается она из деталей „ Конструктора“ и фанеры.
К планшайбе прикрепляется 8 полос по 11 или 25 отверстий и
затем эти полосы несколько изгибаются вдоль продольной оси все
в одну сторону и на одинаковый угол. Затем из тонкой фанеры выпи-
ливаются 8 лопастей указанной формы и каждая двумя винтами при-
крепляется к пластинке (рис. 209).
Для того чтобы передать работу с этого колеса на другие меха-
низмы, можно воспользоваться зубчатыми или червячными передачами.
§51. Эффект Магнуса
В результате исследования влияния вращения орудийного снаряда
на траекторию его полёта при боковом ветре было установлено, что
на вращающийся цилиндр действует некоторая сила, если струя воз-
9 Самодельные приборы по физике 129
Рис. 209
духа обтекает его перпендикулярно
к его оси. Эта сила возникает бла-
годаря тому, что когда цилиндр вра-
щается, стенка его, оказывается, за-
хватывает тонкий слой воздуха и вра-
щает его вместе с собой, причём,
если цилиндр вращается на ветру,
то на одной стороне цилиндра струи
ветра сталкиваются со слоем воздуха,
захваченным стенкой цилиндра. Бла-
годаря постоянной встрече двух воз-
душных потоков (рис. 210) они дол-
жны образовать на этой стороне
стенки цилиндра сгущение воздуха
или повышение давления, а на про-
тивоположной стороне цилиндра те-
чение воздуха направлено одинаково
с движением воздушного слоя, захва-
ченного стенкой цилиндра. Слой
воздуха, вращающийся вокруг ци-
линдра, захватывает с собой частицы
воздушно.”! струи и увлекает их за
собой, поэтому на этой стороне ци-
линдра образуется некоторый недо-
статок воздуха (—), давление
его понижается, и цилиндр должен
Рис. 2а0
130
двигаться в сторону меньшего давления. Это явление носит название
эффекта Магнуса.
Демонстрация эффекта Магнуса может быть произведена так: склеим
из плотной бумаги цилиндр в 30—40 см длиной и около 5 мм диа-
метром. Края цилиндра заклеим (рис. 211). Положим этот цилиндр на
верхний конец сильно наклонённой доски и пустим
его катиться вниз; казалось бы, что докатившись до
конца, цилиндр должен был пролететь некоторое
время в воздухе по тому же направлению, в каком
стоит доска, между тем цилиндр, скатившись с доски,
довольно круто повернёт вниз под доску.
§ 52. Вингротор
Эффект Магнуса использовали для конструкции
двигателя, пригодного для установки на морских
судах. Это изобретение привлекло к себе внимание
всего технического мира и в том числе и русских
инженеров. Но наши конструкторы этот двигатель
превратили в стационарный, и таким образом техника
получила в своё распоряжение новый двигатель, по-
Рис. 211
лучивший название вингротор.
Ротор этого двигателя представляет собой два полуцилиндра, ук-
реплённых параллельно друг другу в двух основаниях таким образом,
что их оси оказываются
несколько сдвинутыми относительно друг друга
(рис. 212). Ротор, установленный на откры-
том месте, начинает работать даже при сла-
бом ветре, всегда оказывающем давление на
открытый в его сторону полуцилиндр. Пер-
вые же опыты с этим двигателем показали,
что при равной площади с ветряными
крыльями он даёт больший к. п. д. и, кроме
Рис. 212
Рис. 213
9*
131
того, обладает ещё одним достоинством, которого не имеют обычные
ветряные колёса. Для того чтобы привести в действие ветряное коле-
со, необходимо его ось вращения поставить по направлению ветра,
что в небольших мельницах достигается простым поворачиванием
верхней части мельницы вместе с колесом, а в более совершенных мель-
ницах это происходит автоматически при помощи руля. Все эти при-
способления как ручные, так и автоматические, не нужны в этом
роторе. Двигатель всегда стоит в рабочем
положении как метеорологические вертушки,
регистрирующие скорость ветра.
Постройка вангротора. Выпилите из фа-
неры два диска, проведите в них диаметры
и отложите от центра по одной прямой
расстояния, равные ’/e R (рис. 212); из этих
точек как из центров опишите две полу-
окружности и затем по этим чертам пропилите лобзиком полукруг-
лые щели. Далее из жести вырежьте два прямоугольника, причём
узкая сторона должна в точности равняться длине полуокружности на
диске. Затем ножницами сделайте надрезы на узких сторонах прямо-
угольника и загните эти зубчики под прямым углом через один (рис. 213).
Далее согните эти прямоугольники в полуцилиндры, выступающие
зубчики вставьте в полукруглую щель, а сверху загните их до фа-
неры; таким образом у вас получится довольно прочное соединение
двух полуцилиндров с фанерными шайбами.
Поставьте затем вингротор на вертикальную ось, вращение которой
может быть передано при помощи зубчатки или червяка той или дру-
гой модели.
Башня может быть сделана целиком из деталей „Конструктора"
или из тонких деревянных планок (рис. 214).
132
§ S3. Вингротор с винтовой поверхностью
Энергия ветра, совершая механическую работу при помощи ветро-
двигателя, создаёт на его валу некоторый крутящий момент. Этот
крутящий момент имеет постоянную величину у крыльчатых ветряков
и непостоянную у двигателей типа вингротора. Так, при том положе-
нии, когда направление ветра становится перпендикулярно линии, сое-
диняющей центры полуцилиндров, крутящий момент достигает макси-
мальной величины (рис. 215), и когда вингротор становится так, что ли-
нии, соединяющие центры полуцилиндров,
совпадают с направлением ветра, крутящий
момент падает до минимума. Это обстоятель-
ство делает работу двигателя неспокойной,
сопровождающейся ударами и толчками
воздуха.
Рис. 217
Описанный недостаток меньше в многоярусных вингроторах (рис. 216),
так как там толчки следуют в два, три раза чаще и потому ход винг-
ротора, как и от увеличения числа цилиндров в двигателе внутреннего
сгорания, делается более плавным и равномерным.
Для того чтобы устранить толчки в одноярусном вингроторе,
Б. Комолов и Летов придали лопастям вингротора винтообразную форму,
благодаря которой давление ветра действует на лопасти непрерывно
(рис. 217).
Из этого вытекает ряд преимуществ: 1) мягкое трогание с места,
2) равномерный крутящий момент, 3) более полное использование по-
рывов ветра.
В конструктивном отношении этот ветродвигатель не сложнее обыч-
ного вингротора, кроме разве того, что выкройка лопастей имеет не
прямоугольную форму, а выпиливается в виде параллелограма. Мощ-
ность обоих вингроторов одинакова при равной высоте и равном диаметре.
133
§ 54. Флюгер
Для проведения опытов с определением к. п. д. ветродвигателя
необходимо знать скорость воздушного потока — эту задачу можно
решить при помощи флюгера с откидной планочкой.
Флюгер представляет собой двукрылую стрелку (указатель направ-
ления ветра), которая может быть собрана из фанеры, листового же-
леза и деталей „Конструктора*. Выполнить это можно таким образом:
укрепите на планшайбе полосу углового железа и затем через два
отверстия с обеих сторон поставьте ещё две такие же балки под уг-
лом в 30° друг к другу (рис. 218). К этим балкам прикрепите трапе-
ции из фанеры длиной в 25 см и с большим основанием 8 см. На
Рис. 218
конец передней полосы прикрепите свинцовый противовес с таким
расчётом, чтобы центр тяжести всей системы приходился как раз
в* центре планшайбы.
Эту стрелку (указатель направления ветра) поставьте на ось дли-
ной не меньше 50 см. Наверху этой оси поставьте дискозое колесо
(планшайбу) и перпендикулярно стрелке прикрепите к нему полосу
с И отверстиями с двумя уголковыми накладками на концах. Это
крепление нужно сделать с таким расчётом, чтобы расстояние между
свешивающимися концами накладок было не меньше 15,5 см. В отвер-
стия этих накладок вставляется откидная пластинка с осью из прово-
локи (рис. 219). Эта пластинка нам будет служить стрелкой дчя оп-
ределения скорости ветра. Пластинка должна быть 30 см длиной,
15 см шириной и должна весить 200 г. В случае надобности вес её
можно увеличить при помощи равномерно нанесённого слоя полуды.
Все эти данные, т. е. длина, ширина и вес, обязательно должны быть
соблюдены, как общепринятые.
131
Под давлением воздушного потока планочка будет отклоняться от
вертикального положения на тем больший угол, чем больше скорость
ветра. Чтобы определить величину отклонения, необходимо сделать
шкалу в форме дуги. Дуга эта может быть выпилена из железа со
впаянными в неё делениями из проволоки или целиком вырезана из
жести. Нулевое деление соответствует вертикальному положению доски,
что бывает при безветрии. Следующие деления должны быть распо-
ложены под углами и отмечены римскими цифрами (баллами) по следую-
щей шкале:
Балл по шкале Скорость ветра
Угол в м/сек
0 0° 0
1 4° 1
11 15,5° 2—3
III 31° 4—5
IV 45,5° 6—8
V 58° 9-10
VI 72° 11 — 13
VII 80,5° 14—17
Пользуясь этим прибором, мы сможем определять скорость воздуш-
ного потока, необходимую нам ниже для определения к. п. д. вет-
родвигателей.
135
Для того чтобы определять направление ветра, следует флюгер
снабжать шкалой, разделённой на 8 равных частей по кругу и распо-
ложенной по странам света.
§ 55. Нажии Прони
Этот прибор основан на принципе рычажных весов и в технике
применяется для измерения мощности двигателей.
Машину заставляют расходовать всю свою энергию на преодоление
некоторого измеримого сопротивления (трения), следя за тем, чтобы
машина делала известное число оборотов. Следовательно, при пользо-
вании этим прибором надо: 1) заставить машину преодолевать неко-
торое сопротивление, 2) измерить это сопротивление, 3) подсчитать
число оборотов за единицу времени.
Рис. 220
Нажим Прони (рис. 220) состоит из двух симметричных частей
М и Л41, которые охватывают вал машины, действуя как тормозные
колодки, и заставляют машину преодолевать сопротивление. Для этой
цели завинчивают винты V и до тех пор, пока машина не прио-
бретёт требуемого числа оборотов. Энергия, которая затрачивается на
то, чтобы заставить вал вращаться, делая п оборотов в секунду, вся
целиком идёт на преодоление трения (если бы приток энергии к ма-
шине прекратился, то вал сейчас же бы остановился). Колодки М и Л1г
прочно соединены с рычагом, заканчивающимся чашкой весов. Плечо
рычага с чашкой служит для измерения статического момента вращаю-
щегося вала. Нагружают чашку весов до тех пор, пока плечо рычага
не придёт в равновесие.
Посмотрим, при каких условиях наступает это равновесие. Силы
трения по всей окружности вала стремятся захватить и увлечь тормоз-
ные колодки и рычаги и вращать их вместе с валом. Мы можем счи-
тать, что все моменты сил трения сложены и их сумма равна некото-
рому равнодействующему моменту, сила которого приложена в одной
точке на окружности колодок. Если мы обозначим эту силу через F,
а радиус вала через г, то статический момент силы, стремящейся
вращать нажим в направлении вращения вала, будет равен Fr. Груз Р
стремится повернуть рычаг нажима вокруг оси вала в противополож-
136
ную сторону; момент силы, стремящейся вращать нажим в противопо-
ложном направлении, равен статическому моменту на чашке весов,
сложенному с моментом собственного веса нажима, он равен Pl-\-pd,
где Р—груз, положенный на чашку, I — плечо этой силы, р —вес
нажима Прони, d— расстояние центра тяжести S нажима от оси вала.
Так как подбором груза нажим приведён в равновесие, то: Fr—Pl-\~pd.
Если (о есть угловая скорость вала, то точка на поверхности вала
проходит в секунду путь по, т. е. за одну секунду на пути по произ-
водится работа:
А = Fr<o = to (Pl рd) кгм.
Если длины выражены в м, а сила в кг, работа, совершаемая в одну
секунду, и определяет мощность. Если п есть число оборотов вала
« 2яя
в 1 минуту, то очевидно: <о = -^-, и, следовательно,
60 ' 1 г 1 сек
Силу трения между нажимом и валом при измерении знать не нужно,
так как в окончательную формулу она не входит. Нажим Прони яв-
ляется по существу дина-
мометром; он принадле-
жит к тормозным динамо-
метрам.
Модель нажима Прони
для исследования мощно-
сти небольших двигателей —
можно сделать из деталей
„Конструктора* таким об-
разом: между двумя поло-
сами N и (рис. 221)
зажмём болтами вал дви-
гателя, но предварительно
внутренние стороны полос
(на три отверстия) заклеим в
конец прикрепим уголковую накладку, к которой подвесим чашку для
гирь. Затем на весах определим вес р нажима (без чашки) и вес этот
проставим краской на нажиме. Затем на лезвии ножа найдем центр
тяжести нажима и эту точку отметим, измерим плечо и это измерение,
как постоянное, также запишем на нажиме.
Для того чтобы ограничить колебания нажима при испытании дви-
гателей, около него укрепим вилку, сделанную из бугеля и полосового
железа, и прикрепим её к подставке двигателя так, чтобы рычаг на-
жима оказался внутри вилки. При равновесии рычаг не должен ка-
саться вилок.
Для определения числа оборотов можно воспользоваться диском
с чёрными секторами и неоновой лампой.
137
§ 56. Ленточный тормоз
Ленточный тормоз представляет собой ленту, охватывающую шкив
мотора, подвешенную к раме посредством двух динамометров (рис. 222).
Пока мотор не вращается, показания обоих динамометров одина-
ковы. При вращении мотора лента сдвигается трением в одну сторону
и показания одного из них увеличиваются, а другого — уменьшаются
(чтобы стрелки динамометра не дрожали, следует посыпать ленту таль-
ком или графитом). Затем отмечают показания обоих динамометров
Q1 и Q2. Посредством диска и нео-
новой лампы измеряют число оборо-
тов мотора в секунду л, определяют
диаметр шкива d (его надо выразить
в метрах). Тогда механическая мощ-
ность двигателя будет равна:
N^Q.-Q^dnn^
Рис. 222
§ 57. Определение работы
и мощности посредством груза
Описанные выше способы опреде-
ления мощности двигателей требуют
точных измерений, которые трудно
сделать для маленьких двигателей,
и колебания погрешности при измерениях приводят к неверному ре-
зультату в конечном выводе. Но тем не менее такие работы следует
поставить в лаборатории, чтобы познакомить учащихся с техникой по-
добного рода исследований. Эти задачи являются прекрасной трениров-
кой в технике эксперимента.
Более надёжным, а главное более наглядным, способом определения
работы, мощности и коэфициента полезного действия (к. п. д.) является
установка с поднимающимся грузом. Для этого на ось двигателя при-
вязывается нитка, при работе двигателя она накручивается на ось и
через блок поднимает наибольший груз.
Чтобы определить мощность двигателя в этой установке, мы легко
получаем все необходимые данные и притом в отчётливой и очевидной
форме. Зная вес груза в килограммах, расстояние, которое он прохо-
дит, в метрах, и время, затраченное на эту работу, в секундах, поль-
зуясь обычной формулой в общем виде, получаем:
где F—сила (вес груза); 5—путь (высота поднятия); t — время.
Не определяя даже числа оборотов, мы легко можем измерить мощ-
ность двигателя в кгм/сек, а если полученный результат разделим на
75 или 102, то ответ получим в л. с. пли в киловаттах.
138
§ 58. Опыты по определению к. п. д. водяных и ветряных
двигателей
Для исследования моделей водяных двигателей на стене устанавли-
вается кронштейн, составленный из деталей „Конструктора*, на кото-
рый ставится градуированный стеклянный сосуд
с резиновым рукавом, запираощимся химическим
зажимом и подведённым при помощи сопла (сте-
клянной трубки) к двигатело, стоящему на полу.
Модель нужно установить в водоприёмнике, затем
к его оси привязать нить и перекинуть её через
блок, прикреплённый к кронштейну (рис. 223).
Во время опытов нить нагружается гирькой. Пу-
стив воду из верхнего сосуда при помощи секун-
домера или секундного маятника, засекаем время,
высоту подъёма груза измеряем рейкой, устано-
вленной параллельно пути груза. Таким образом,
благодаря градуированному сосуду, находящемуся
на известной высоте над двигателем, мы имеем
возможность определить всю работу, а груз и вы-
сота подъёма дают нам полезную работу. По этим
данным представляется возможность вычислить
работу, мощность и к. п. д.
Разумеется, такая постановка опыта не даёт
точных результатов, но тем не менее эти опыты
с различными моделями дают возможность обна-
ружить преимущество одной модели перед другой.
Поэтому полезно провести эти опыты с колёсами
различного диаметра, количеством лопаток и раз-
ным наклоном лопаток к радиусу и найти среди
них такую модель, которая отличается наибольшим
Рис. 223
к. п. д.
§ 59. Бумажный планёр
Мы сделаем планёр в виде моноплана, т. е. прибора с одной плоскостью
крыльев. И сделаем его не из алюминия, шёлка и дерева, а из одного куска
плотной бумаги, как делают бумажных голубей.
Возьмите для этого кусок бумаги abdc (рис. 224) размерами примерно
16 см. Отложив кватрат по его длине (так, чтобы ад = а/), перегните
бумагу по линии Ы\ кроме того, надо её сложить, а потом расправить по дру-
гой диагонали аН по средней линии тп. После сближения между собой
точек п и т, вы должны их наложить на точку х (середина kl), тогда точки
а и b совпадут с точками I и k и у вас получится то, что изображено на
следующей фигуре.
Отогнув углы а и b так, чтобы они совместились с точкой о, вы получите
то, что показано на следующем рисунке.
Дальнейшая работа сводится к тому, чтобы сделать „клюв* и „голову*
нашей птицы. Для этого загните угол так, чтобы их совпало с ах, тогда у
вас получится точка пересечения этих двух линий перегиба. Если вы теперь
перегнёте угол ещё по линии иг (только до точки z) и совместите треуголь-
ники azu и игх с треугольником azxy то у вас получится выступ uzx, кото-
рый должен изображать половину „клюва*. Другую же половину вы получите,
139
если проделаете с противоположным треугольником то же самое, что и с тре-
угольником о их. Свободная часть вашего прямоугольника, т. b.lcdk, послужит
вам для образования хвоста птицы; стоит только вырезать форму, показанную
пунктиром на рисунке.
Теперь нам остаётся загнуть угол О по линии zu или zv так, чтобы z и t
остались снаружи, а затем всю фигуру по линии pg, и птица готова.
Возьмите ее за середину тупой части и бросьте в воздух, как это делают
дети, запуская бумажных голубей. Ваш планёр, поднявшись несколько вверх,
140
будет очень медленно по кривой опускаться на пол. Если он хорошо рассчи-
тан, т е. не слишком тяжёл для своих крыльев, то движения его в воздухе
чрезвычайно грациозны и полёт довольно продолжителен. Во всяком случае
такой планёр летает лучше других форм бумажных планёров.
Наблюдая поведение этой модели, вы можете познакомиться со скользя-
щим полётом, падением на хвост и, если это происходит на улице, то и
с ролью воздушных течений в авиаполёте.
§ 60. Воздушный винт1)
В пропеллере различают ступицу —-его среднюю часть и ло-
пасти. Расстояние от конца лопасти до конца другой называется диа-
метром пропеллера. Другой характеристикой винта является его шаг,
это то расстояние, на которое перемещается в направлении оси винта
любая точка лопасти при полном обороте пропеллера.
В винте надо различать две стороны: рабочую, или внутреннюю,
обращённую назад, ту, которая „загребает" воздух, и наружную, или
внешнюю, которая рассекает воздух. С рабочей стороны лопасти обычно
делаются плоскими или несколько вогнутыми, а с наружной — выпук-
лыми. Поперечное сечение винта в любом месте может быть названо
дужкой. Лопасть винта в любом поперечном сечении её имеет свой
угол атаки — это угол между хордой, стягивающей дужку, и пло-
скостью вращения винта.
Усилие, создаваемое работой винта, называется его тягой. Эту тягу
можно измерить на лёгких пружинных весах, привязывая к ним гото-
вую модель за хвостовую часть и пуская в ход пропеллер с полного
завода (рис. 225). В грубом приближении тяга составляет около чет-
верти веса самого самолёта. Эту, нужную для полёта тягу, можно по-
лучить от пропеллера разных характеристик, с разными диаметрами и
разными шагами. Тому и другому отвечают разные скорости вращения.
Винт с шагом, в 2—3 раза большим диаметра, будет тяжёлым, обо-
роты его будут сравнительно медленными. Винт с небольшим шагом
С/г — 1 диаметр) будет лёгким, и от того же мотора будет' вертеться
быстрее.
!) К. Е. Вейгелин, Занимательная авиация, 1934, стр. 201—205.
141
Опытный винт сделаем из сухой доски толщиной в 1]/г — 2 см^
конечно, без сучков и иных дефектов. Материалом берётся ольха или
липа, которые легче поддаются обработке. На одной стороне гладко
обстроганной доски вычерчивается осевая линия лл (рис. 226, Л). По
контуру винт аккуратно опиливается или обстругивается ножом и ста-
месками, лучше с небольшим запасом; отделанный край должен быть
перпендикулярен к плоскостям доски. В полученной болванке — точно
на пересечении диагоналей делается отверстие в точке О для оси; су-
Рис. 226
После этого остаётся самая
щественно важно, чтобы напра вле-
ние её было строго перпендику-
лярно к доске.
Затем болванка кладётся на
стол так, чтобы при вращении
винта в плоскости стола по часо-
вой стрелке воздух рассекался
прямолинейными кромками; такой
винт (правого вращения) будет
иметь свою рабочую сторону
сверху, а наружную снизу. На
рабочей поверхности наносятся
очертания ступицы и аккуратно
проводятся перпендикулярно к осе-
вой линии 5 поперечных прямых,
отстающих от центра на 10, 30,
50, 70 и 90 маг, затем от концов
этих поперечин на рантах болванки
по столярному угольнику начерчи-
ваются вниз прямые линии, перпен-
дикулярные плоскости доски. На
этих линиях откладываются сверху
отрезки, указанные на рисунке
226, В.
По этим границам излишки де-
рева состругиваются ножом на
обеих лопастях (рис. 226, D).
деликатная часть работы. В рабочей
поверхности болванки винта до конца работы должны остаться нетро-
нутыми две прямолинейные кромки, идущие параллельно кромке схода,
ЛСС, по которым юздух стекает с лопастей при вращении винта (они
были зачерчены на доске перед опиловкой болванки (рис. 226, Л и D).
Эти прямолинейные кромки схода на самых концах обеих лопастей
должны быть соединены карандашом по ранту с теми криволинейными
кромками атаки наружной поверхности пропеллера, которые (т. е. кромки
атаки) лежат в отношении к первым кромкам по диагонали линиями
Лаа. Обводы этих лопастей будут очерчены уже в окончательном
виде, и задача последней обработки пропеллера сведётся к тому,
чтобы очистить от лишнего дерева уголки с обеих сторон болванки
(рис. 227).
142
Рабочая поверхность лопастей может остаться чуть вогнутой, почти
плоской, а наружная сторона с некоторой выпуклинкой. Делать это
надо постепенно и весьма осторожно, сперва ножом и стамеской, рав-
няясь всё время по контуру на рамку. Небольшая выпуклость лопастей
должна приходиться ближе к атакующей криволинейной кромке лопасти
(примерно в от неё). Для большей точности в работе полезно изго-
товить шаблоны для пяти поперечных сечений (на рисунке силуэтом
указаны и размеры лопастей по ширине в разных сечениях). Когда
толщина лопастей будет приближаться к требуемой, лучше работать
стеклом, рашпилем и шкуркой.
По окончании винт надо сбалансировать, т. е. убедиться, что обе4
лопасти его одинаковы. Приводимый во вращение винт должен одинаково
останавливаться во всех положе-
ниях, не уклоняясь при этом ни-
куда. Гладко вычищенный пропел-
лер следует ещё покрыть лаком;
полезно его и отполировать. В
окончательном виде его надо снова
сбалансировать.
Для исследования винта сле-
дует построить из деталей „Кон-
структора11 специальный станок
с резиновым мотором.
Маленький пропеллер, как
игрушку, следует сделать и для
своих младших товарищей.
Для этого из сосновой дощечки
в 10 см X 2 см X см выстру-
гайте перочинным ножом деревянный винт, в середине перпендикулярно
к нему прикрепите круглую палочку в 20 см длиной и около 0,7 см
диаметром и, взяв её между ладонями, быстро закрутите. Пропеллер,
выпущенный из рук, с характерным жужжанием плавно поднимается
на воздух и обыкновенно, описав вверху кривую, опускается на пол.
Для того чтобы пропеллер запускать на большую высоту, нужно сде-
лать из толстой проволоки крючок (рис. 228) и запускать при помощи
нитки, как это делается при запускании волчка. Делать это нужно,
143
конечно, не в комнате, а на дворе. Если пропеллер слишком тяжёл,
то он вовсе не будет подниматься; если же, наоборот, хвост его слиш-
ком лёгок, то он будет перевёртываться и стремительно падать. То же
случится, если он не симметричен. Все эти недостатки нужно испра-
вить.
§ 61. Модель аэромобиля
К лёгкой сосновой дощечке (20 см X 2 см X 1 см) приделаем
с обоих концов из жести (или из дерева) стоечки для натягивания ре-
зинового шнура у установки винта (рис. 229). Пропеллер сделаем
также из сосновой дощечки и наглухо вделаем в него проволочную
Рис. 229
ось с крючком для прикрепления
резины. Для облегчения движения
между пропеллером и стоечкой
наденем на ось стеклянную бу-
синку и затем, укрепив такой же
крючок на задней стойке, натянем
между ними резиновый шнур. За-
тем из той же проволоки сделаем
оси для „шасси" и наденем на них
лёгкие „колёсики* из алюминия
(или тонкой фанеры) и, закрутив
пропеллер, пустим нашу машину
по гладкому полу. Пропеллер,
ввинчиваясь в воздух, потянет
за собой аэромобиль, и это дви-
жение кончится только тогда, когда кончится завод.
Моделька эта очень удобна для сравнения силы тяги воздушных
винтов. Поэтому сделайте несколько образцов двухлопастных, трёх- и
многолопастных винтов из металла
(алюминий) и дерева и затем иссле-
дуйте их на этой тележке. Для
больших винтов можно использо-
вать детали „Конструктора* и
электрическую тягу.
§ 62. Модель глиссера
Выдолбите из сосновой коры
лодку и поставьте свой мотор на
это судёнышко. Чтобы лодка не
переворачивалась, так как центр рис 2зо
тяжести этого сооружения будет
находиться довольно высоко, вам придётся снабдить её килем, лучше всего
из железной пластинки. Стойки мотора нельзя укреплять непосредственно
в коре, она слишком хрупка для этого, поэтому на дне лодки придётся ук-
репить деревянную планку и уже на ней поставить стойки мотора (рис. 230).
На этой модели можно выяснить условия равновесия плавающих
тел и значение руля.
144
§ 63. Равновесие тел
На рисунке 231 показаны три вида равновесия тел: тело, имеющее
площадь опоры, дано на рисунке под литерой а, точку опоры под
литерой b и тело, находящееся в положении безразличного равновесия, — с.
Изготовим теперь тело, с которым продемонстрируем, что опроки-
нуть тело, имеющее площадь опоры, тем труднее, чем ниже его
Рис. 231
центр тяжести. Для этого в прямоугольном деревянном бруске
10 rjf\10 см'Х.З см внизу около одного из углов высверливается
широким сверлом сквозное отверстие и заливается свинцом.
Таким образом получают тело с центром тяжести, расположенным
несимметрично относительно оси бруска и очень низко. Находят опыт-
ным путём центр тяжести и в точку центра вбивают гвоздь и подве-
шивают небольшой отвес (стрелку, вырезанную из жести). На боко-
вых поверхностях делают три углубления — одно на уровне центра
тяжести, другое на середине и третье выше середины (рис. 232). На
каждое отверстие вбивают заподлицо проволочную скобу. За неё за-
тем зацепляют проволочным крючком, связанным с чашкой для гирь.
10 Самодельные приборы по физике
145
1. С этим прибором можно показать, что для опрокидывания этого
тела нужна тем большая сила, чем ниже она приложена.
2. При прочих равных условиях опрокинуть тело легче тогда,
когда центр тяжести расположен выше и ближе к ребру основания,
служащему осью вращения.
Для демонстрации этого опыта тело ставят на специальную под-
ставку, прикреплённую к раме, с небольшим порогом, чтобы избежать
скольжения (рис. 233).
§ 64. Сложение движений
Основанием для прибора служит брус 200 мм и 50 мм, соответ-
ствующий толщине рамы или экрана (рис. 234).
К этому брусу двумя винтами прикрепляется планшайба № 24,
справа от неё уголковая накладка и две полосы по 5 отверстий. При
Рис. 234
таком устройстве, положив брусок на раму, его можно будет пере-
двигать слева направо. На бруске просверлим 5 отверстий в 4 мм диа-
метром по кругу на расстоянии 25 мм, считая от центра шайбы, как
показано на рисунке 234.
В качестве линейки возьмём большую полосу и ка третьем отвер-
стии прикрепим к ней болтами планшайбу № 24, а на линейку наденем
ползунок с установочным кольцом. Для демонстрации сложения движе-
ний на левом углу рамы укрепим небольшой валик для ролика, брус
положим на экран и подвесим на него линейку (рис. 235).
Чтобы показать сложение движений по прямой и направленных
в одну сторону, прикрепим один конец нитки к валику на экране,
146
второй конец проденем через петельку угловой накладки на приборе
и этот конец закрепим на движке линейки, установленной горизон-
тально (рис. 236, 1).
Для того чтобы движение ползунка сделать более наглядным, на
ползунок при помощи маленького валика прикрепим планшайбу № 24.
Теперь, если мы будем двигать прибор слева направо, то к ско-
рости прибора прибавится скорость ползунка.
Чтобы показать сложение движений, направленных по одной прямой,
но в разные стороны, перевернём линейку и снова закрепим её в го-
ризонтальном положении. Один конец нити прикрепим к уголковой
накладке на приборе, перекинем её через ролик на экране, а другой
конец прикрепим к движку на линейке (рис. 236, П).
Рис. 235
При движении прибора направо движок будет иметь собственное
движение налево.
Чтобы показать сложение движений, направленных под углом,
поставим линейку перпендикулярно к направлению движения и при-
крепим один конец нити к валику на экране, второй конец проденем
через петлю на приборе и прикрепим этот конец к движку.
При движении прибора направо движок будет подниматься по
вертикали с такой же скоростью, в результате чего его окончательная
скорость выразится диагональю параллелограма (в данном случае
квадрата), составленного из данных скоростей (рис. 236, ill).
Теперь возьмём разные скорости, направленные под прямым углом
друг к другу. Для этого прикрепим один конец нити к валику на
раме, второй проденем через петлю на приборе, захватим в петлю
движок и конец нити прикрепим к прибору.
Теперь, при движении прибора направо, движок будет двигаться
вдвое медленнее прибора и его окончательная скорость выразится
10* 147
диагональю параллелограма (прямоугольника), направленного под не-
большим (около 27°) углом к горизонту (рис. 236, IV). Теперь один
конец нити закрепим за петельку на приборе, нить перекинем через
ролик на экране и другой конец прикрепим к движку на линейке
(рис. 236, V).
При движении прибора направо, движок будет подниматься по
линейке в два раза быстрее, чем прибор, и его окончательная скорость
выразится вектором, направленным под углом (около 63э).
Чтобы показать сложение движений, направленных под острым или
тупым углом, линейку необходимо закрепить на приборе под углом
в 45° в ту или другую сторону (рис. 235).
Прибор позволяет воспроизвести графически его движение, для
этого нужно движок перевернуть на линейке, снять с него планшайбу
148
с валиком и вместо него поставить остро очинённый, лучше мягкий,
карандаш, а на экран наколоть лист миллиметровой бумаги, и тогда
при движении прибора карандаш, закреплённый в движке, отметит
свой след на бумаге.
§ 65. Передача движений
1, Ремённая передача. Возьмём два блока в 40 мм диам'етром и два
блока в 120 мм и склеим их попарно, т. е. больший с меньшим.
Поставим эти шкивы на раму и покажем открытую передачу трёх видов
(рис. 237).
Колесо, связанное с двигателем, называется ведущим, а то, которое при-
водится от него в движение, — ведомым. Расчёт делается по правилу: число
Рис. 237
оборотов в минуту, которое совершают два вала, обратно пропорционально
радиусам насаженных на них колёс, т. е.
: п2 = г 2: /*1»
где п — число оборотов, а г — радиус.
Последнее отношение в этой пропорции, т. е. r2:rb называется переда-
точным числом. Это число непосредственно позволяет-нам решать задачи для
определения числа оборотов одного колеса, если нам известно число оборо-
тов другого. Для этого стоит только число оборотов умножить на переда-
точное число.
Работу ремённых передач можно показать на моделях, собранных из де-
талей „ Конструктора “.
2. Фрикционная передача. Постройка этой передачи потребует от
конструктора большой аккуратности и терпения, так как колёса должны
иметь правильную цилиндрическую поверхность и, кроме того, они должны
быть хорошо центрированы на осях. Если в кружке есть токарный станок,
то задача решается просто, если же его нет, то колёса придётся выпиливать
лобзиком из трёхслойной, а лучше пятислойной фанеры.
149
Для увеличения трения работающие части дисков следует оклеить рези-
ной (на рисунке 238 она заштрихована клеткой); если меньший шкив не ве-
лик, на него для лучшего сцепления с другим шкивом можно надеть резино-
Рис. 238
вую трубку; если же размер шкива не позволяет этого, то можно надеть
резиновое кольцо, вырезанное из старой велосипедной камеры, или в край-
нем случае оклеить мелкой стеклянной или наждачной бумагой.
Для демонстрации фрикционной передачи с обода на обод построим её
модель. Сделаем сначала из твёрдого дерева две оси в 40 мм длиной и 20 мм
диаметром; на эти оси посредине наде-
нем два шкива — один 80 мм диамет-
ром, а другой 40 мм и толщиной 10 мм
и затем оба оклеим резиной (рис. 238).
Для приложения сил наденем на эти же
оси два блока — один 80 мм диаметром,
а другой 40 мм и с обеих сторон в оси
вобьём железные цапфы.
общем станочке, сделанном из дерева
в
Рис. 239
Теперь соберём эти колёса
в виде прямоугольной рамы. Чтобы уменьшить трение осей, сделаем подшип-
ники таким образом: в боковых планках рамы просверлим отверстия в 4 мм
ники таким образом: в боковых
Рис. 240
диаметром и закроем их медными пластинками (рис. 239), в которых просвер-
лим отверстия по диаметру осей и затем эту раму можно укрепить на де-
монстрационной раме и к блокам приложить силы (рис. 240).
150
Чтобы осуществить фрикционную передачу с диска на обод, сделаем та-
кую' модель: из пятислойной фанеры или дощечки в 10 мм толщиной выпи-
лим два шкива диаметром в 80 мм и 40 мм, Больший шкив поставим на
ось в 20 мм диаметром и 30 мм длиной; свободную сторону диска оклеим
листовой резиной, а в другой конец оси вобьём проволочную рукоятку для
вращения; второй шкив наденем на ось, сделанную из проволоки длиной
300 мм и оклеим резиной его обод. Прибор соберём в прямоугольной рамке,
сделанной также из пятислойной фанеры с основанием 120 мм X100 мм.
Для уменьшения трения горизонтальной проволочной оси в боковых сторо-
нах рамки поставим медные подшипники, а для того чтобы большой диск не
выскакивал из гнезда, сверху на выступающий конец оси наклеим небольшое
кольцо из фанеры (рис. 241).
3. Зубчатые колёса. Ремённая и фрикционная передачи хотя и имеют
большое распространение благодаря простоте своего устройства, однако они
обе обладают одним недостатком — они иногда буксуют; этот недостаток от-
сутствует у зубчатых передач.
Расчёт числа оборотов ведомого и ведущего валов в зубчатой передаче
производится по правилу: число оборотов ведущего вала во столько раз
больше числа оборотов ведомого, во сколько раз число зубцов ведомого
больше числа зубцов ведущего, т. е.
151
Здесь wj —число оборотов ведущего колеса, л2 —то же ведомого; Z2 — число
зубцов ведомого колеса, Zx — то же ведущего.
В том случае, если мы имеем несколько пар зубчатых колёс, расчёт
числа оборотов легко вывести из предыдущей формулы:
_ =я z‘z^8
2 1
Здесь -гхг2г8 — числа зубцов ведущих колёс, ZXZ2Z3— числа зубцов ведомых
колёс.
Для демонстрации увеличения или уменьшения числа оборотов на зубча-
той передаче можно построить прибор, изображённый на рисунке и смонти-
рованный на большой плите из зубчатых колёс, круглых планшайб, полосо-
вого железа, косынок, валов и установочных колец (рис. 242).
Рис. 242
Но в том случае, если под руками нет деталей „Конструктора", можно
воспользоваться колёсами от стенных часов или механических игрушек, но
при моделировании в кружке может встретиться нужда в более крупных
колёсах, поэтому надо научиться изготовлять такие колёса самостоятельно.
Довольно подходящим материалом для такой работы будет хорошая фа-
нера. В медных шестернях карманных часов зубцы измеряются долями мил-
лиметров, например, в медной шестерёнке „ходиков" зубцы делаются шири-
ной около 0,5 мм. Конечно, из дерева сделать такое колесо немыслимо —
здесь зубцы могут быть не менее 3 мм, с промежутками между ними в 4 мм.
Таким образом, для колеса, например, в 66 зубцов, придётся взять окруж-
ность:
3 мм X 66 (зубцов)-|-4 мм X 66 (промежутков) — 462 мм, а так как длина
окружности равна 3,14 D, то, следовательно, отсюда
£>=462 мм:3,14 = 147,1 мм.
152
Но может быть и обратная задача: по диаметру и числу зубцов найти их
величину. Пусть, например, для колеса диаметром 119 мм с 56 зубцами тре-
буется определить величину зубца плюс один промежуток; для этого сначала
определим длину окружности 3,14 X И9 = 373,66 мм\ тогда ширина зубца
плюс один промежуток будет равна 373,66:56 = 6,67 мм.
Для изготовления зубчатых колёс сначала выпиливаются кружки опреде-
лённого диаметра. Затем на выпиленном кружке прочерчивается окружность
радиусом на 1 см меньше внешнего и эта окружность делится на число зуб-
цов. В точках деления очень аккуратно просверливаются сквозные отверстия.
Затем изготовляется небольшой станочек, который заменит собою „фрез“
для вырезки зубцов (рис. 243). Конечно, такое приспособление ничего не
имеет общего с настоящим фревом, но оно даёт возможность решить нашу
техническую задачу. Из миллиметрового железа вырезывается прямоугольная
пластинка 40 мм X 25 мм. Затем в ней выпиливаются две трапеции с основа-
ниями в 4 и 2 мм при высоте в 5 мм и другая (для храпового колеса часов,
Рис. 243
Рис. 244
о чём будем говорить ниже) с основаниями 3 и 8 мм при той же высоте
в 5 мм. Эта пластинка прикрепляется двумя винтами к деревянной дощечке.
Против вырезок, отступя от края на 10 мм, в пластинке просверливаются
сквозные отверстия. Дощечка эта прикрепляется к рабочему столу, на неё
кладётся обрабатываемый кружок и закрепляется в центре винтом с таким
расчётом, чтобы его можно было вращать и чтобы его край совпадал с краем
пластинки, а отверстия, насверлённые на колесе, совпадали бы с отверстием
на железной пластинке. Теперь должно быть понятно, почему деления круга
и отверстия в точках деления необходимо сделать точно и аккуратно. Когда
это сделано, подберите тонкий гвоздик по отверстию в пластинке, закрепите
кружок в пластинке и затем лобзиком выпилите в кружке первый промежу-
ток, строго следуя за вырезкой в пластинке. После пропиловки тонким напиль-
ником (надфилем) сравняйте края будущих зубцов, выньте гвоздик, поверните
кружок на одно деление и пропилите новый промежуток. Если круг был раз-
делён правильно, то, обойдя всю окружность, вы получите зубчатое колесо
с совершенно одинаковыми промежутками и одинаковыми зубцами. Но если
деления были сделаны неправильно, то правильными и одинаковыми окажутся
одни промежутки; зубцы же получатся различной величины.
Что же касается шестерёнок, т. е. малых зубчатых колёс с шестью спи-
цами, то они делаются так: из фанеры выпиливаются два кружка в 21 мм
диаметром, затем проводится окружность радиусом в 6,7 мм и делится на
шесть равных частей. В точках деления просверливаются отверстия и
в центре выпиливается кружок по диаметру оси; получившиеся деревянные
кольца надеваются на деревянную ось и приклеиваются к ней на расстоянии
6 мм друг от друга, но так, чтобы отверстия одного кружка строго совпа-
дали с отверстиями другого. Когда клей подсохнет, сквозь эти отверстия
пропускаются спицы из толстой проволоки, а для того чтобы они не выпа-
153
дали из своих гнёзд, их с обеих сторон заклеивают новыми кружками из
тонкой миллиметровой фанеры (рис. 244).
Оси делаются из крепкого, хорошо просушенного дерева, и на концах
их в торцы загоняются железные цапфы, а для того чтобы деревянные оси
не касались подшипников и этим не увеличивали бы трения, на цапфы наде-
ваются небольшие шайбы.
Рис. 245
4. Зубчатая передача под прямым углом. При помощи торцовых зуб-
чатых колёс „Конструктора* легко осуществить передачу и под прямым
углом. Для этого необходимо на большой прямоугольной плите собрать тор-
цовые колёса шестерёнки, планшайбы, бугеля, Г-образные косынки и валы
с установочными кольцами так, как это показано па рисунке 245.
Рис. 246
5. Шарнир Гука. Но иногда приходится передавать вращательное движе-
ние с одного вала на другой, причём валы расположены под тупым углом
друг к другу.
Чтобы показать эту передачу на приборе, можно построить шарнир Гука
на большой прямоугольной плите из Г-образных косынок, валов шарнирных
муфт и дискового колеса (планшайбы), как это показано на рисунке 246.
6. Червячная передача. Для передачи вращательного движения валов,
расположенных под прямым углом, применяется передача при помощи чер-
154
вяка, дающего большой выигрыш в силе и в то же время сообщающего
системе очень плавный ход.
Червячная передача собирается на большой прямоугольной плите из
Г-образных косынок, червяка, шестерни, валов, планшайбы и установочных
колец (рис. 247).
Расчёт числа оборотов червячной передачи чрезвычайно прост: однохо-
довой червяк при полном обороте перемещает зубчатое колесо
на один зубец, отсюда и получается выигрыш в силе.
Ведущий вал обычно связывается с червяком, а ведомый
с зубчатым колесом. В качестве исключения мы можем указать
на спиральную дрель, где сила, приводящая в движение ин-
струмент, прикладывается к очень крутой шестерне, приводя-
щей в движение червяк с очень большим ходом (рис. 248).
7. Дифференциал. Среди зубчатых передач дифферен-
циал имеет важное значение, так как при помощи его пере-
даётся движение от мотора к задним колёсам автомобиля. Без
действующей модели понять его сложное действие очень
трудно. Рекомендуем собрать его из деталей „Констр” ора-
но приложенной фотографии (рис. 16).
всего только
Рис. 248
Рис. 247
8. Кривошип. Простейшей моделью для преобразования кругового движе-
ния в прямолинейное является кривошип.
Кривошип можно собрать из деталей „Конструктора*. Для этого нужна
большая плита, два бугеля, две планшайбы, полосовое железо, соединительная
муфта и один вал. Конструкция показана на фотографии (рис. 249).
На этой модели можно показать, как криволинейное движение преобра-
зуется в прямолинейное и наоборот.
9. Коленчатый вал. В простейшей форме коленчатый вал целиком может
быть сделай из одного куска проволоки, но в ответственных и тонких моде-
лях, от которых требуется точная работа, изготовить такой вал, чтобы обе
ветви его лежали на одной прямой, чрезвычайно трудно, и поэтому его при-
ходится делать составным из отдельных частей. Делается это так: сначала из
металла выпиливаются две пластинки, затем зажимают их вместе в тиски или
даже спаивают и просверливают отверстия в двух местах; таким образом, они
получаются на обеих пластинках на совершенно одинаковых расстояниях друг
155
от друга. Затем из проволоки по диаметру отверстий делаются два вала (рис. 250)
надеваются на пластинки и припаиваются медью или оловом; затем вал пропи-
ливается до пластинок.
Рис. 249
Рис. 251
В менее ответственных моделях коленчатый вал можно собрать из деталей
„Конструктора*. Для этого берутся три вала и соединяются двумя муфтами
(рис. 251). Такой же вал можно собрать, пользуясь планшайбами.
Употребление его такое же, как и кривошипа.
10. Эксцентрик, В простей-
______________________________________________JbgA-"шей форме эксцентрик представ-
[ | ляет собой блок, насаженный таким
образом, что его центр вращения
не совпадает с его геометрическим
центром. На блок надевается хо-
мутик, соединённый с шатуном,
передающим колебательное движе-
ние на прямолинейно двигающийся
шток.
Модель эксцентрика может
быть сделана таким образом: из
фанеры выпиливается блок А и В
(рис. 252) и насаживается на ось
таким образом, что центр оси не
совпадает с центром блока. По
величине блока из той же фанеры
выпиливается хомутик С с шату-
ном, и последний при сборке бло-
ка надевается на него. Шатун со-
единяется со штоком D и Е той
или иной формы, в зависимости
от его назначения.
Чтобы показать эту модель в действии, на деревянной подставке укрепим
две двойные стойки из фанеры — в левую поставим ось с проволочной рукоят-
кой для вращения, а в правой сделаем паз, соответствующий сечению штока
(рис. 253).
156
Рис. 253
Эксцентрик может найти применение при постройке паровых машин, у
которых обычно золотниковое парораспределение производится при его помощи.
11. Кулачный механизм. В
этом механизме стержень (или
толкатель), движущийся в напра-
вляющих, опирается на кулачную
шайбу, имеющую особую форму.
Чтобы конец толкателя легко
скользил по поверхности кулака,
он снабжается роликом.
Рис. 254
Рис. 255
157
Для получения равномерно-поступательного движения контур кулачной
шайбы должен быть очерчен по форме кордиоиды. Способ построения этой
кривой см. на рисунке 254. Её можно выпилить из фанеры и укрепить на де-
ревянном штативе, использовав для сборки этого механизма детали „Конструк-
тора •—вал, ролики, бугеля, соединительные муфты и ручку для вращения
кулачной шайбы (рис. 255).
§ 66. Игрушки
„Делу время, а потехе час* — говорит народная мудрость, показывая этим
самым, что разумное чередование труда и отдыха только увеличивает трудо-
способность и нисколько не вредит делу. Поэтому, занимаясь игрушками, мы
не только не принесём вреда нашей работе над физическими опытами, наобо-
рот, принесём этим пользу себе и удовольствие младшим товарищам.
1. Акробаты на проволоке. Построим из фанеры двух акробатов (рис. 256),
затем прикрепим к их рукам по куску проволоки с тяжёлыми сравнительно
Рис. 256
с весом тела акробатов грузами, отлитыми из свинца. Затем из фанеры выпилим
две стойки в виде обращённой буквы V и, укрепив их на подставке, натянем
через них проволоку или прочную нить и затем поставим этих акробатов на
проволоку. Так как центр тяжести этих фигур значительно ниже точки опоры,
то они будут устойчиво стоять один на голове, другой на ногах, покачиваясь
из стороны в сторону.
Прекрасными иллюстрациями устойчивого равновесия являются установки,
собранные из бытовых предметов, приведённые на следующих рисунках
(рис. 257, 258).
2. Гимнаст на турнике. Эта общеизвестная и очень нравящаяся детям
игрушка основана на остроумном применении неравноплечего рычага. Гимнаста
лучше всего укрепить на подставке (рис. 259), которая для устойчивости должна
быть достаточно тяжёлой. К нижнему поперечному брусочку с каждого конца
прибиваются двумя гвоздиками стойки трапеции” в 40 см длиной и 2,5 см
шириной. В верхних концах стоек надо просверлить по два небольших отвер-
158
Рис. 258
Рис. 257
стия. Стойки к подставке прибиваются не наглухо, а так, чтобы верхние концы
их могли расходиться при нажатии на нижние.
Туловище гимнаста, руки и ноги выпиливаются из фанеры (рис. 260). Ноги
и руки прикрепляются к туловищу или шнурком с завязанными узелками, или
кусочком тонкой проволоки с загнутыми
ушками. Во всяком случае они должны бол-
таться совершенно свободно. Между руками
и туловищем надо поместить кружки из
фанеры для того, чтобы руки были шире
расставлены. К стойкам гимнаст прикре-
пляется дважды перекрещёнными шнурками.
Как это сделать, ясно из рисунка. Между
моделями рук надо („в кистях") вставить
кусочек дерева в 2,5 см длиной. При сжа-
тии нижних концов стоек верхние будут рас-
ходиться и шнур, раскручиваясь, заставит
фигуру кувыркаться.
3. Клоун на брусьях. Его фигура вы-
пиливается из фанеры и затем раскраши-
вается яркими красками. Через отверстие в
руках проходит ось с небольшими шкивами
на концах. Ось делается из проволоки или
ровно выструганной круглой палочки и
вращается в отверстиях, просверлённых в
параллельных брусьях (рис. 261).
Тележка делается из доски толщиной
около 1 см. Колёса выпиливаются из фане-
ры, причём задние делаются с желобком
так как они служат шкивами для передачи
движения. Оси их можно сделать из винтов.
Параллельные брусья делаются из планок,
а ещё проще выпиливаются целиком из фа-
неры и вклеиваются концами стоек в гнёзда,
выпиленные в тележке. Размеры их сущест-
венного значения не имеют, за исключением
Рис. 259
И
й
I
а
159
Рис. 261
высоты — высота их должна быть такова, чтобы клоун свободно кувыркался,
не цепляясь за доску тележки.
Игрушка получится достаточно забавная. Изменяя соотношения диаметров
задних колёс и шкивов, можно сделать кувыркание клоуна или быстрым, или
медленным. Соединив задние колёса и шкивы перекрещёнными шнурками,
заставим клоуна вращаться в обратном направлении.
160
4. Карусель. Ну, кому же это интересно, кроме разве самых маленьких
детей? А почему бы нам не сделать и для них эту занимательную игрушку?
Если мы строим игрушки для взрослых, то маленькие на них имеют больше
прав. Сделаем и для них, вернее, исключительно для них, эту игрушку так: на
ось, выпиленную из деревянной дощечки размером 8 сл<Х2 слс><8 см, при-
крепим два колеса по 8—10 см диаметром (рис. 262) и палочку, за которую
будем возить эту тетежку (она не показана на рисунке).
На 4,5 см отступя от одного края оси, прикрепим хорошо выструганную
круглую деревянную палочку толщиной около 1 см, а на неё посадим два
диска из фанеры, в 8 см диаметром нижний и 20 см верхний.
Благодаря тому что вертикальная ось барабана будет стоять не посередине
оси тележки, нижний диск ляжет на одно из боковых колёс, и когда мы будем
Рис. 262 Рис.’ 263
везти тележку, движение нагруженного колеса будет путём трения переда-
ваться на нижний диск и он тоже будет вращаться, а вместе с ним и верхний.
И если мы на верхний диск по его окружности навесим различных зверей,
которые будут вращаться вместе с диском, у нас получится «карусель», при-
водимая в движение фрикционными колёсами.
5. Прозрачные шары. Вы, вероятно, не раз встречали эту игрушку в про-
даже. Действие её основано на червячной передаче. С характерным жужжа-
нием поднимаются, вращаясь, цветные кольца по винту и наверху останавли-
ваются, превращаясь в цветные прозрачные шары, похожие на мыльныедтузыри.
Игрушку эту можно построить так: из толстой (около 1,5 мм толщиной
и 1,5 м длиной) проволоки делается петля и её концы прочно закрепляются
на гвоздях, способных выдержать тяжесть человека. В петлю вставляется круг-
лая палка, за концы её берётся сам мастер и повиснув, закручивает проволоку.
При таком способе получается совершенно ровный проволочный винт, похожий
на винт дрели.
На этот винт надевается отрезок стеклянной или латунной трубки длиной
в 5 см и затем из жестяных полосок шириной в 0,8 см делаются два кольца
в 5 и % см диаметром. Кольца эти имеют достаточно широкие отверстия в диа-
метрально противоположных точках. В эти отверстия продевается винт; кольца
запаиваются и раскрашиваются в яркие цвета.
11 Самодельные приборы по физике
161
Для вращения колец из латуни толщиной в 1—1,5 мм делается гайка в форме
прямоугольной трапеции (рис. 263), острый конец её загибается под прямым
углом, а в середине её просверливаются рядом два отверстия по диаметру про-
волоки. Круглые дыры подпилком соединяются в одно продолговатое отвер-
стие, равное сечению проволочного винта. Эта гайка должна свободно дви-
гаться по винту, вращаясь при этом по винтовой линии. Если же эта гайка
получится у вас настолько свободной, что будет сниматься с винта без вра-
щения, то она не годится. Она надевается на винт внутри нижнего кольца, и
игрушка готова.
Теперь возьмитесь левой рукой за кольцо винта (рис. 263), а правой резким
движением поднимите трубку. При этом движении вверх, кольца благодаря
зацеплению гайки придут в быстрое вращательное движение, и вы увидите два
цветных прозрачных шара, входящих один в другой.
6. Велосипедист. Выпилите из фанеры отдельные части, приведённые на
рисунке 264, и затем соберите их вместе, но при этом не забудьте, что
для приведения в действие велосипедиста необходимо, чтобы проволочная ось
в большом колесе была заделана наглухо, т. е. чтобы она вращалась вместе
Рис. 264
с ним. На ось наденьте раму, затем согните проволоку так, чтобы с обеих
сторон образовалось по кривошипу, па них наденьте ноги велосипедиста и
прикрепите их к туловищу. Что касается остальных частей игрушки, то изготов-
ление их не представляет никакого труда.
7. Канатный циклист. Этот артист — единственный в своём роде. Он
смело и безошибочно едет по канату, натянутому на любой высоте, отлично
управляясь со своим единственным колесом. Сделать такого искусника не
особенно трудно. Сетка, в которой нарисованы все его части (рис. 265), берётся
со стороной квадратов в 5—6 мм. Прежде всего сделаем колесо с желобком
(рис. 266) (/) диаметром в 10 см. Его можно сделать из тонкой (авиационной)
фанеры или в крайнем случае из трёх кружков картона, из которых средний
несколько меньшего диаметра, чем боковые. Затем выпилим две подставки (2),
которые наглухо соединим с нижним концом туловища (3) их прямоугольными
концами. Между этими подставками вращается колесо, поэтому надо проложить
между подставками и стержнем туловища кусочки картона.
Ось делается с двумя кривошипами, неподвижно закрепляется в колесе и
соединяется с ногами циклиста (4). Присоединяя бёдра (5) и (6) к туловищу,
надо не забыть поставить шайбы такой толщины, чтобы ноги не цеплялись за
подставку. Соединения ног и рук с туловищем и голени с бедром (4 и 5) де-
лаются свободными при помощи проволоки. Когда все части готовы, к подставке
прикрепляются два конца проволоки, закручиваются, и к ним приделывается
162
груз, чтобы переместить центр тяжести ниже точки опоры. Если вашциклист
хорошо уравновешен и все соединения подвижных частей сделаны правильно
и свободно, то он отлично будет катиться по всякой наклонной проволоке
Рис. 265
(рис.^267). В руки артисту можно дать зонтик ш картона, приклеив его к под-
нятой руке. Окраска игрушки должна быть пёстрой: все яркие цвета тут вполне
уместная.
8. Кролик. Эта игрушка изображена на рисунках 263 и 269. Если повезти
её, то кролик будет подпрыгивать, как настоящий, потому что его задние ноги
наложены на коленчатый вал.
Рис. 268
Рис. 269
Фигура кролика, его задние и передние лапки (рис. 269) выпиливаются из
фанеры, и затем делается тележка с валом. Последний изготовляется из толстой
проволоки; концы вала закрепляются неподвижно в колёсах, а задние ноги
кролика свободно вращаются на валу. Следует надеть на вал задние ноги, вста-
11*
163
вив между ними шайбу из обрезка труоки для того, чтобы ноги отстояли одна
от другой на некотором расстоянии. Чтобы воспрепятствовать ногам раздви-
гаться, надо подставить на валу шайбы и шплинты из кусочка проволоки. Такие
же шайбы накладываются с внутренней стороны рамы, Соединяющей заднюю
и переднюю оси. Передние ноги прикрепляются к туловищу неподвижно; через
них проходит передняя ось, сделать которую будет нетрудно.
Рис. 270
9. Утка. Эта игрушка благодаря кривошипам и рычажному соединению
довольно хорошо подражает неуклюжей походке настоящей птицы — при дви-
жении она забавно шлёпает лапами по полу.
Для туловища надо взять довольно толстую доску (в 4—5 см). Чтобы вы-
пилить его из такой толстой доски, надо иметь узкую, так называемую вы-
кружную столярную пилу. Большая
толщина туловища необходима для
того, чтобы игрушка твёрдо стояла
на колёсах и не валилась бы из сто-
роны в сторону. Затеи из фанеры
выпиливаются два крыла (рис. 270)
и по две подкладки под каждое крыло
(см. пунктир на чертеже). Теперь
остаётся сделать лапы, рычажки, иду-
щие от колёс к лапам, и два колеса.
Колёса хорошо сделать из толстого
материала (в 2—2,5 см). Ноги и ры-
чажки должны быть немного более
чем вдвое тоньше подкладок, к кото-
рым прикреплены крылья, чтобы они
могли свободно двигаться в простран-
стве между туловищем и крыльями.
Все движущиеся части прикрепляются
гвоздиками или винтиками.
Соединить рычажок с ногой луч-
ше всего или мягкой заклёпкой, или
небольшой осью из кусочка крепкого
дерева, вклеенной одним концом в
отверстие рычажка, а другим свободно входящей в соответствующую дырочку
в лапке и срезанной заподлицо с противоположной стороны лапки. В этом слу-
чае промежуток между крылом и туловищем должен быть лишь немного
больше толщины лапки и рычажка, чтобы не допустить соскакивания лапки
с оси. Спереди в туловище надо вставить или деревянную палочку, или прут
из толстой проволоки. Это будет служить рукояткой, посредством которой
можно будет катать игрушку.
Когда игрушка будет собрана, её следует раскрасить (рис. 271).
164
10. Кузнецы. Для построения этой всем известной игрушки используется
принцип подвижного параллелограма. Выпилите из фанеры отдельные части
игрушки, раскрасьте их и затем при помощи небольших винтов соберите, как
указано на рисунке 272.
Рис. 272
1. 1. Черепаха. Очень остроумный и целиком деревянный механизм у че-
репахи поворачивает то в одну, то в другую сторону головную и хвостовую
части игрушки, довольно хорошо подражая при этом движению живой черепахи.
Все части игрушки (рис. 273, сторону клетки следует взять 25 мм) выре-
зываются из доски толщиной 1—1,5 мм. Движущий механизм делается из
катушки, разрезанной наискось и насаженной плотно на ось, вращающуюся
в подставке. Подставка при-
крепляется к нижней по-
верхности щита клеем и
гвоздями без шляпок, вби-
тыми сверху. Между полови-
нами катушек оставляется
пространство, в которое
входят вклеенные в голов-
ную и хвостовую части в
наклонном виде-деревянные
стерженьки. Наклон стер-
женьков делается таким,
чтобы они упирались в ось
катушки, когда игрушка бу-
дет собрана. Рисунки вполне
разъясняют устройство это-
го механизма. Подвижные
части прикрепляются к щиту
снизу винтами. Для умень-
шения трения нужно проло-
жить между щитом и дви-
жущейся частью шайбочку
из металла или картона. Та-
кие же шайбочки ставятся
между подставками и катушкой на оси. Окраску лучше всего сделать так:
загрунтовать сначала сероватой краской, затем нанести щитки, которые
обычно бывают черно-зелёного цвета. На щитках надо серожёлтой краской
обвести тоненькие линии соответственно контурам щитков и можно поста-
вить мелкие неяркие точечки. Головную и хвостовую части можно сразу закра-
165
сить в жёлто-серый цвет и уже потом отделать черно-зелёным цветом рисунок
(рис. 274).
12. Клоун на брусьях. Выпилите из фанеры фигуру клоуна (рис. 275),
покройте её красками, насадите на ось из толстой железной проволоки на-
глухо и затем из той же фанеры сделайте пару параллельных брусьев (рис. 276),
Рис. 274
Положите клоуна осью па брусья и закрутите ось. Клоун будет смешно
кувыркаться, медленно передвигаясь на брусьях. Действие этой игрушки ос-
новано на явлении инерции.
13. Падающий клоун. Из нашей коллекции цирковых артистов этот, по-
жалуй, самый замечательный. Клоун может кувырком слететь вниз по отвес-
ной лестнице.
Рис. 275
Рис. 276
Сперва сделаем лестницу, которая прикрепляется концами к двум квад-
ратным кускам дерева размерами 10 см % 10 см X 2,5 см (рис. 277). Эти де-
ревяшки сообщат лестнице необходимую устойчивость. Лестница прикрепляется
несколько наклонно. Величина наклона 2,5 см на каждые 2Ъсм. Этот наклон
можно определить или с помощью отвеса, опущенного к основанию лестницы,
166
или посредством достаточно длинного угольника, поставленного на подстав-
ку лестницы вершиной прямого угла к её основанию. Длина лестницы на
рисунке 60 см. Она может быть и изменена, но зато расстояние между пере-
кладинами должно быть точно в 7,1 см, считая между серединами перекладин,
которые делаются ^мму^Змм в сечении.
Длина их 4,5 см. Точно должна быть сде-
лана фигура самого акробата (рис. 277).
В этом будет заключаться главная трудность
изготовления этой игрушки. Высота фигуры
акробата, считая от пятки до конца вытя-,
нутых рук, равна 7,8см. Фигура вырезы-’
вается из куска дерева в 2 см толщиной.
Пилой выпиливаются её наружные очерта-
ния, а также вырезы ног и головы. Следую-
щая за этим работа требует особой точно-
сти. На расстоянии 1,9 см от концов фигу-
ры надо просверлить два отверстия диамет-
ром в мм. Сначала надо отметить на ребре
нашего куска среднюю линию, затем сделать
на ней на указанном расстоянии две отмет-
ки, в которые и поставить центр сверла.
При сверлении надо следить за тем, чтобы
сверло не отклонялось в стороны. От отвер-
стий к концам фигуры надо аккуратно про-
резать пропилы шириной в Ьмм, закруглив
снаружи края пропилов и отшлифовав их.
на 250мм |
высоты
i
3’в«70мм|
Рис. 277
Надо, чтобы фигура свободно вращалась на перекладинах, которые должны
без всякой задержки проходить через оба пропила. Когда всё отделано, поме-
щаем акробата на верхнюю перекладину лестницы. Он оттуда кубарем ска-
тится вниз, если всё сделано правильно, отверстия просверлены и прорезаны
посередине, перекладины укреплены на должном расстоянии и все размеры
соблюдены. Если лестницу перевернуть, акробат опять стремительно спустится
167
вниз. Исправно действующую игрушку остаётся только покрасить, причём
отверстия и ступеньки лестницы лучше оставить незакрашенными.
14. Волчок. Эта любимая игрушка детей может быть сделана из фанеры
и деревянной палочки. Чтобы сообщить большую инерцию волчку, следует
выпилить несколько кружков с уменьшающимся диаметром и наклеить их друг
на друга, чтобы образовался ступенчатый диск, уменьшающийся кверху и кни-
зу, и затем надеть его на ось, заострённую снизу, из какого-нибудь твёрдого
дерева (рис. 278).
Для запускания этого волчка следует сделать станочек из толстой про-
волоки в виде скобки с двумя петельками на концах. Верхняя часть волчка
продевается в эти петельки, на ось наматывается достаточно длинная, гибкая
и прочная нить и затем плавным движением, ускоряя, нитка выдёргивается;
этим самым волчку сообщается быстрое вращательное движение, и он начи-
нает «гулять“ по полу.
Рис. 278
Разумеется, эту игрушку следует раскрасить поярче.
15. Ещё одна игрушка. Построив модели ветряков, построим ветряной
двигатель для младших товарищей.
Выпилим сначала из фанеры контуры, из которых потом соберём фигуру
мальчика, приводимого в движение ветряком (рис. 279). Ветряк для этой иг-
рушки может быть построен из фигуры в форме пропеллера (рис. 280). Если
он окажется слабосильным, то его можно или сделать большего размера, или
увеличить число лопастей до четырёх. Двигатель насаживается на проволоч-
ную ось с маленьким шкивом, с которого движение при помощи бесконеч-
ного ремня передаётся на вторую ось с большим шкивом. Эта ось на конце
снабжается кривошипом, связанным с мальчиком (рис. 281). Основание двигателя с
двумя стойками снабжается хвостом, чтобы двигатель устанавливался в ра-
бочее положение, и затем игрушка насаживается на вертикальную ось.
16. Змей (условия его полёта) !). Основной принцип летания воздушного
змея тот же самый, как и самолёта 1 2). Более того, воздушный змей и самолёт пред-
1) Этот и последующий разделы заимствованы из книги К. Е. Вейгелина
.Как делать и пускать воздушные змеи*, «Научное издательство*, Л.—М. 1934.
2) Разница лишь в том, что змей не может летать при угле атаки, равном
нулю, в то время как крыло самолёта, благодаря его специфичному профилю,
и в этом случае развивает подъёмную скорость.
168
ставляют собой совершенно однородные сооружения, разнящиеся лишь тем,
что первый держится на привязи, а второй свободен. Каждый самолёт или
планёр способен прекрасно летать, как змей, лишь был бы ветер достаточной
силы, и каждый змей можно превратить в самолёт, устроив на нём собствен-
ную тягу.
Рис. 280
Та подъёмная сила, которая обеспечивает летание змея и самолёта, со-
здаётся одинаково за счёт силы сопротивления воздуха. В том, что воздух при
всей его разрежённости обладает всё же сопротивлением или реакцией, нетрудно
Рис. 281
убедиться, например, опуская плашмя лист бумаги: он будет колыхаться,
раскачиваться, скользить и упадёт на пол много медленнее, чем если бы его
бросить с той же высоты в скомканном виде. Ясно, что разница в этих двух
явлениях происходит потому, что для большой поверхности листа воздух при
169
падении представляет большее сопротивление, чем бумажному комочку. Это
сопротивление можно ощущать непосредственно мускулами руки, если быстро
двигать из стороны в сторону, например, тонкой книжкой или тетрадкой.
При этом можно обнаружить и второй закон сопротивления воздуха: помимо
зависимости от размеров поверхности, сопротивление воздуха зависит ещё от
скорости движения. Сила сопротивления увеличивается пропорционально квад-
рату скорости движения.
Поддерживающая (несущая) поверхность как змея, так и самолёта, испы-
тывает одинаково сопротивление воздуха: в первом случае от ветра, во вто-
ром — от собственного движения, вследствие винтомоторной тяги. Как пока-
зывает опыт, сила такого сопротивления воздуха направлена почти перпен-
дикулярно к самой несущей поверхности и зависит ещё от пусковой величины—
от угла наклона поверхности к направлению относительно перемещения (т. е.
ветра или собственного движения); угол этого уклона именуется углом встречи
(атаки) поверхности крыла. Величина угла встречи определяет ещё точку
приложения силы сопротивления воздуха: в поверхности змейковой или аэро-
планной она лежи г ближе к передней (атакующей) кромке.
Зная эти основные элементы, нетрудно разобраться в механических усло-
виях пребывания змея в воздухе. На рисунке 282 линия АВ представляет собой
поверхность змея, наклонённого под углом а к направлению ветра (горизон-
тального). В точке q из центра тяжести змея действует сила Q — собственный
вес змея. Линии АС и ВС — уздечка змея, в которой в точке С укреплён
шнур или леер СТ, Здесь действует сила тяги Т. Действием ветра создаётся
давление, приложенное в точке О и направленное вверх перпендикулярно к
поверхности АВ\ сила этого давления обозначена буквой R.
Для уравновешенности змея требуется, чтобы все три упомянутые силы
QR и Г взаимно уравновешивались. Для проверки этого сила Q продолжена
до пересечения в точке К с силой /?, и обе эти силы перенесены по своим
направлениям в эту точку К\ на полученных отрезках KN (сила Q) и KL
(сила R) очерчен параллелограм, диагональ которого КМ является равнодей-
ствующей обеих сил.
170
Итак, для равновесия змея необходимо, чтобы тяга леера была бы: 1) по
направлению продолжением равнодействующей 2) по силе — не менее
величины Л7И и 3) по приложению силы — не миновала бы точку D.
В условиях соотношения сил Q и R, изображённого на рисунке 282, сила
тяги составляет с горизонтом положительный угол Ь, а в таком случае подъём
змея вполне возможен. Другая картина изображена па рисунке 283, где при
меньшей относительно силе давления (слабее ветер) равнодействующая этой
силы с силой тяжести змея получает уклоны вниз, составляя с горизонтом
отрицательный угол (Ь)\ ясно, что в таком случае змей не полетит. Предель-
ным положением будет то, когда равнодействующая будет горизонтальна
(угол b — 0°); чем угол (#) будет больше, тем змей взлетает легче и скорее.
Помимо силы ветра при том же собственном весе змея, будет играть роль
площадь змейковой поверхности (так как чем она больше, тем больше и дав-
ление). В конечном счёте для выяснения условий равновесия важно знать не
абсолютный вес змея, а, так сказать, удельный, относительно его площади (>),
т. е. величину (иначе её можно называть ещё поверхностной нагрузкой).
Чем меньше удельный вес змея, тем он взлетает при более слабом ветре, и
наоборот. И для каждого змея можно определить тот предельный ветер (по
слабости), который ещё в состоянии его поднять; это и будет па пределе го-
ризонтального положения равнодействующей силы тяжести и давления (Л7И).
Надо отметить, наконец, что соотношение сил Q и R зависит ещё от угла
встречи змейковой поверхности (а), влияющего на силу давления воздуха.
Сам угол обусловливается удельным весом змея и относительным расположе-
нием в нём центра тяжести (q), центра давления (О) и точки прикрепления ле-
ера (£)). Имея известную связь с углом (Ь}, угол («) получает определённое
предельное значение при минимальном ветре, нужном для взлёта, когда угол
(Ь) делается отличным от нуля (со знаком-|-). Исследования обнаружили, что
предельным углом встречи для змея будет угол около 35°: при большем угле
змеи взлетать не могут. Обычно змеи держатся в воздухе под углами встречи
от 15° до 25°.
Из этих основных Э1еменгов выведена формула, определяющая предель-
ное значение силы этого минимального ветра, который способен поднять змей
в воздух. В общем виде эта формула такова:
V=V(Q:S)A4ga,
где V—скорость ветра, а К — коэфициент сопротивления воздуха. При под-
становке значений К и tg ч (беря средний угол около 20°) получим, что в
171
среднем У=5}/Л(?:3 (уклонения могут быть в обе стороны в пределах до
15°). Вот какова та минимальная скорость ветра, которая нужна для всякого
змея в зависимости от его удельного веса.
17. Лётные качества змеев. Чем змей легче, тем при меньшем ветре он
способен подниматься. Но лёгкость не должна быть в ущерб прочности.
Практика выяснила, что змеи получаются достаточно прочные при удельном
весе от 0,2 до 1. Из формул, приведённых выше, следует, что для таких
змеев нужен ветер от 2,44 до 5м[сек.
Для лёгкости конструкции нужно применять наиболее лёгкие и прочные
материалы. С помощью клея, разных креплений и растяжек конструкция змея
получает достаточную жёсткость при небольшом весе. В простых бумажных
змеях применяются деревянные планки наиболее лёгкие, например, дранка.
В других конструкциях применяются ель, сосна, бамбук, камыш. Бумага го-
дится для покрытия лишь небольших змеев (до 1 м2); для больших лёгкая
и по возможности плотная тканы коленкор, перкаль, батист, шёлк. Для боль-
ших змеев покрышку полезно покрыть лаком.
Крепления применяются самые различные. Растяжки — бечева, тросы или
проволока — применяются для окантования плоских поверхностей и расчали-
вания коробочных конструкций.
Для устойчивого стояния в воздухе воздушный змей должен иметь пра-
вильно сконструированную поверхность, правильное крепление её к лееру и
иногда специальные приспособления для устойчивости.
Правильность самой конструкции выражается в том, что поверхность змея
достаточно прочна и в отношении к продольной оси своей симметрична и
однородна по весу. Без этих условий змей вообще никогда не будет держаться
в равновесии. Но этого ещё мало: желательно, чтобы сама же конструкция
обеспечивала бы до некоторой степени и восстановление равновесия при его
нарушении. Для этого змейковой поверхности часто форму дают не плоскую,
а изогнутую (с выпуклостью вниз), а для больших змеев применяют с той
же целью не одну поверхность, а целый ряд их, в самой различной комби-
нации. В этом последнем отношении воздушный змей вполне уподобляется
самолетной конструкции: коробчатое расположение отдельных поверх-
ностей и применение двух коробок одна за другой (как хвост за глав-
ными крыльями самолёта) дают наилучшие результаты.
Правильным креплением леера будет такое, когда сила тяги не минует
точки D (рис. 282). Но крепить шнур в самой точке D нельзя, потому что по-
ложение её не постоянно. Для этого и делается уздечка (ЛСВ). В общем слу-
чае длина обоих пут её (4С-|-ВС) делается примерно вдвое больше, чем рас-
стояние между точками их крепления (ЛВ); длина каждого пута в отдельно-
сти подгоняется уже практически в зависимости от типа змея и наиболее вы-
годного для него угла наклона к горизонту. Обычно уздечки делаются из
двух или из трёх путов.
И, наконец, для устойчивости почти все плоские змеи снабжаются хво-
стом. Обычно хвост делается из бечёвок или мочалы, к которой привязыва-
ются лоскутки, смятые наподобие веера. Вес и длина хвоста определяются
практически: если змей «ковыляет*, то значит хвост мал или лёгок, а утяже-
лённый хвост проявляется излишней грузностью.
18. Простейшие змеи. Прямоугольные змеи могут быть самых небольших
размеров — хотя бы в один лист писчей бумаги. Но такие змеи поднимаются
невысоко. Лучше их делать из двух или четырёх писчих листов площадью
от 1/4 до
Для каркаса такого змея заготовляются планки толщиной около 2 мм и
шириной 15 мм. Материал берётся либо в виде досок еловых или сосновых,
либо лубок или дранка. Если последних материалов нет под руками, то доски
надо выбирать без дефектов (без сучков и кривослоя) и планки из них нужно
делать щеплением, а не распиловкой, так как в последнем случае они легче
ломаются.
Змей, изображённый на рисунке 284, имеет всего три планки: две на-
крест по диагоналям и одна на верхней кромке. При больших размерах змея
делается ещё одна поперечная планка или две по диагоналям и четыре но кром-
172
кам. Диагоналевые планки в 3 жж толщиной—имеют длину в 71— 77 см с остав-
лением с каждой стороны выпускных концов - длиной в 2—3 см, для этого
надо резать куски длиной в 75—80гж; верхняя планка имеет в длину око-
ло 45 см. Затем по отводу змея натягивается тонкий шнурок, при этом надо
строго следить, чтобы противоположные стороны вышли бы равными, а все
углы прямыми.
Остов змея, приготовленный таким образом, должен быть склеен с по-
крышкой. Лучше всего покрышку изготовить заранее, обогнув притом её
полоски: с верхней стороны в 3—ЗУ^см, а с боков и снизу по Х^см. И лучше
всего подгонку основы делать непосредственно по самой покрышке, уже скле-
енной и разложенной с отогнуты-
ми кверху краями.
Сцепление концов с покрыш-
кой производится с помощью клея
(из муки — лучше картофельная).
При заклеивании краёв, чтобы
клей не остывал, можно отогнутые
полоски прижимать по частям, надрезая их поперёк. Когда это будет сде-
лано, нужно оставить змей на несколько часов под прессом.
Для лучшей устойчивости змея полезно верхнюю часть скоробить. Для
этого верхняя планка стягивается прочным шнурком, образуя выпуклость
внизу и вогнутость в сшитой части. Концы стягивающего шнура завязыва-
ются па зарубках верхней планки так, чтобы стрелка прогиба её получилась
примерно в 3—4 см.
Для снаряжения змея ему нужны ещё уздечка, хвост и леер.
Уздечка делается из трёх нитей. Нижний пут крепится к центру: две
верхние нити составляются из одного шнурка, привязанного своими концами
к верхним концам диагональных планок, середину этого шнурка увязывают
со вторым концом нижнего пут_а. Все нити уздечки в готовом виде должны
иметь такую длину: нижний пут — в половину длины змейковой поверхно-
сти, а верхние путы — строго равные — по половине диагонали той же поверх-
ности. Подгонка и проверка делается очень просто: вершина уздечки, оттяну-
тая по змейковой поверхности вниз, должна лечь ровно в центре, а оттяну-
тая вверх — должна прийтись в середине верхней планки.
Хвост змея привязывается к нижним концам диагональных планок. Две
нити (его уздечка) имеют длину (каждая) раза в 2—21/2 больше, чем длина
173
змейковой поверхности; дальше идёт одинарная нить ещё несколько более
длинная (это определяется практически — в зависимости от удельного веса
змея и от собственного веса хвоста).
На следующем рисунке 285 изображена разновидность косоуголь-
ного змея с кривым очертанием головной части. Для его изготовления возь-
мите еловую планку шириной около 2—21/2 см и толщиной около 0,8—1 см,
приблизительно на !/7 её длины привяжите крестообразно тростниковый или
ивовый прут. Длина самой поперечины должна быть около 7'8 длины основ-
ной планки, длину которой делайте не меньше х/2 м. Потом на обеих поло-
винках поперечины сделайте зарубинки; первые две делаются па расстоянии
Vn длины каждой половинки, считая от середины и на той стороне, в которую
придётся потом сгибать поперечину, т. е. снизу. Вторые зарубки делаются по
концам на 1 см о г края с обратной стороны. На 2 см от нижнего конца ос-
новной планки тоже сделайте зарубку, а потом крепко притяните концы по-
перечины снизу так, чтобы расстояние равнялось 2/3 вышины змея. Конечно,
эти бокозые линии должны быть одинаковой длины. Потом такую же крепкую
нитку привяжите к первым
зарубкам поперечины и пе-
рекиньте нить через верхний
конец основной планки. Об-
тянуть^ лучше лёгкой, но
плотной материей, не про-
пускающей воздуха, покры-
той для этого лаком. Когда
материя просохнет, надо
привязать „основу", т. е.
нигь, к которой привязать
нитку для спуска. Одним
концом она прикрепляется
к нижнему концу змея, а
другим к месту пересечения
прута с планкой. На этой
основе площадь змея первым
делом приводится в равнове-
сие, что следует выполнить
особенно тщательно. Пере-
кинув основу через палец,
отыскивают на ней то место,
на котором продольная план-
ка висящего змея принимает горизонтальное положение. Также и по другую
сторону найденного таким образом места на основе сделайте два узла друг
о<оло друга.
Хвост не должен быть тяжёлый, но длинный, не меньше чем в 8 раз
длиннее змея.
Уздечка косоугольного змея делается обычно из двух путов, которые
привязываются так: верхний к пересечению обеих планок, а нижний к вер-
тикальной планке, несколько выше её нижнего конца. Можно ещё крепить
оба пута непосредственно к концам вертикальной планки. Длина путов делается
в соответствии с длинами двух неравных сторон змейковой поверхности,
составляя примерно сумму их; вершина уздечек определяется на практике.
19. Бабочка. Модель самолёта изготовим в виде бабочки (рис. 286). Для
этого возьмите две планки миллиметров по 5 шириной и склейте их концами
параллельно друг другу в две половинки самой лучшей пробки. Толщина про-
бок должна быть 3—А мм. К этому основанию и к тоненьким лучинкам при-
клейте большие крылья из папиросной бумаги так, чтобы бумага не была
очень натянута, отчего крылья лучше захватывают воздух. Эти лучинки со-
гнуть легко; опустите их на сутки в воду, потом положите их на несколько
минут в кипяток и изогните, как вам нужно, завяжите в согнутом состоянии
и высушите их быстро, хотя бы на сковороде; они должны быть совершенно
одинаково изогнуты и одной длины. Затем воткните их с клеем симметрично
174
в пробку. Голова и усики составляют летательный аппарат бабочки. Усики
делаются так же, как и лучинки, и плотно обтягиваются папиросной бумагой.
Плоскости их должны быть повёрнуты друг к другу под прямым углом, как
лопасти воздушного винта. Сделайте крючок из проволоки (в 1/2 мм диамет-
ром) и, просверлив пробки, пропустите проволоку сначала через пробку на
будущем моторе, а затем через пробку, на которой укреплён винт, и за-
крепите, осторожно загнув конец проволоки. В пробке проволока должна
легко вращаться, и чтобы облегчить трение при вращении головы, вставьте
между пробками стеклянную бисеринку или две. металлические шайбочки.
В другой конец мотора в пробку вставьте такой же крючок и закрепите его.
Между крючком натяните 2—3 резиновых тонких кольца.
Теперь, когда бабочка готова, возьмите её двумя пальцами левой руки
за хвост, а правой закрутите резинки, вертя за голову. Когда вы опустите
головку, резинки начнут раскручиваться, и с ними начнёт вращаться и винт,
который поднимет вашу бабочку вверх.
ГЛАВА /V
КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ
§ 1. Колебания упругого тела, происходящие по вертикали
и горизонтали
Для того чтобы показать колебания упругого тела, проще всего
воспользоваться резиновым шнуром или трансмиссионной спиралью
из „Конструктора". Для этого укрепим её в демонстрационной ра-
ме (рис. 287) и подвесим на ней небольшой груз; оттянув его вниз,
опустим, и тогда он начнёт колебаться по вертикали.
Рис. 287
При помощи таких же шнуров
или спиралей можно осуществить ко-
лебания в горизонтальном направле-
нии (рис. 288).
§ 2. Эллиптические колебания
На этой же установке может быть
показан способ получения эллиптиче-
ских колебаний при помощи сложе-
ния двух колебаний, совершающихся
в одной плоскости. Для этого на
раме грузик подвешивается на трёх
пружинах под углами в 120° (рис. 289).
При толчке в вертикальном на-
правлении грузик колеблется только
вертикально, при горизонтальном толч-
ке в направлении перпендикулярном к плоскости чертежа — горизонтально.
В обоих случаях частота одинакова. В результате двух взаимно перпен-
дикулярных толчков мы получаем движение грузика по эллиптической
траектории.
§ 3. Крутильные колебания
На длинной проволоке подвесим стержень (полосу из „Конструк-
тора") и укрепим на нём два груза таким образом, чтобы стержень
при колебаниях сохранял горизонтальное положение (рис. 290).
Чтобы показать колебания, повернём стержень на некоторый угол
и отпустим; тогда он будет совершать крутильные колебания. Меняя
176
положение грузов, можно продемонстрировать изменение периода коле-
баний. Также надо показать изменение периода колебаний при изме-
нении длины проволоки.
Рис. 288 Рис. 289
§ 4. Математический маятник
Теория говорит, что время одного простого колебания не зависит
от амплитуды и массы маятника, а зависит от его длины и широты
места, что выражается такой формулой:
откуда видим, что для увеличения периода в два, три и т. д. раз не-
обходимо длину маятника увеличивать в квадрат этих чисел, т. е. в 4,
Рис. 290 Рис. 291
9, 16 и т. д. раз. Чтобы убедиться в этом, сделаем ряд маятников
и подвесим их на рамке на гибких нитях длиной в 4 см. 9 см. 16 лк
и т. д. (рис. 291).
12 Самодельные приборы по физике
177
В качестве грузов для этих маятников нужно воспользоваться тя-
жёлыми шариками, подбирая их так, чтобы радиус каждого был много
меньше длины его нити подвеса.
§ 5. Секундный маятник
Из всех физических маятников к математическому бли-
же всех подходит нитяной маятник, так как его стержень
(нить) имеет ничтожный вес но сравнению с его нагрузкой.
Возьмите гибкую, тонкую и в то же время достаточно
прочную нить, нагрузите её на конце и подвесьте (рис. 292).
Определите его период путём вычислений, а затем при
Рис. 292
помощи секундомера определите действительное время его
простого колебания. Из-
меняя его длину, добей-
тесь, чтобы одно его
колебание совершалось
в одну секунду. Про-
верьте формулу:
§ 6. Маятник
с переменным центром
тяжести
Возьмём большую
полосу и на один конец
прикрепим две больших
планшайбы, наденем пол-
зунок и на другой конец
дисковое колесо. Поста-
вим вал на экран, под-
весим маятник и опреде-
лим период колебания по
секундомеру (рис. 293).
Рис. 293
Переставляя движок и нагружая его роликами, убедимся на ряде
опытов, что перемещение центра тяжести изменяет период колебания
маятника (рис. 294).
§ 7. Механический резонанс
Всякое упругое тело может совершать колебания, если оно под-
вержено действию периодической силы, а в случае совпадения действия
силы с периодом собственных колебаний тела амплитуда колебаний
может достигнуть значительной величины. Например, если периодически
дуть на тяжёлую гирю, подвешенную на нити в такт её свободным
колебаниям, то её можно сильно раскачать. Ещё пример: мост может
178
разрушиться в том случае, если по нему пройдёт мерным шагом „в ногу*
воинская часть, отбивающая такт, совпадающий с собственными колеба-
ниями фермы. Такие случаи бывали; поэтому, во избежание разруше-
Рис. 294
ния мостовых ферм, отдаётся команда, чтобы часть шла не в ногу.
Также мост может разрушиться от периодической нагрузки, происхо-
дящей от качания шатунов, идущего по мосту паровоза. Такой случай
был в Калифорнии, когда обрушился только что построенный мост,
выдержавший серьёзные предвари-
тельные испытания. Во избежание
печальной случайности достаточно
машинисту немного увеличить или
уменьшить скорость поезда, если
он чувствует вибрацию мостовой
фермы.
При помощи шнуровых маят-
ников познакомиться с механиче-
ским резонансом очень просто.
Для этого натянем проволоку в
демонстрационной раме и затем
подвесим на неё несколько шнуро-
вых маятников (рис. 295), причём
два маятника сделаем одинаковой
длины и приведём один из них в
колебание. Все маятники получат
Рис. 295
слабые колебания или останутся в покое за исключением того, у кото-
рого собственный период колебания совпадает с качающимся. Послед-
ний через некоторое время остановится; затем начнётся обратный про-
цесс, второй маятник будет раскачивать первый и т. д. Здесь проис-
ходит обмен энергией до тех пор, пока она вся не будет израсходована
на преодоление сопротивлений.
§ 8. Сопряжённые колебания
Обмен энергией двух маятников лучше всего показать на следую-
щей установке.
Сделаем из двух полос и больших планшайб дза маятника, подзесим
их на экране и затем свяжем их свободно на одинаковой высоте ниткой,
12* 179
на которую наденем лёгкий по сравнению с массой маятников грузик
(рис. 296).
Теперь, если раскачать один из маятников, то и второй будет по-
степенно раскачиваться всё сильнее и сильнее до тех пор, пока не
начнёт двигаться только он один, а первый совсем остановится. Далее
тот же процесс пойдёт в обратном направлении, причём энергия будет
снова переноситься на первый маятник.
§ 9. Спиральная машина Поля
Возьмём две круглые малые плиты (рис. 297), разделим их окруж-
ности на шестнадцать равных частей и затем по бортам в точках де-
ления просверлим отверстия.
Поставим плиты на дисковые
колёса и при помощи вала
закрепим их на расстоянии
81 jlu друг от друга (креп-
ление надо сделать прочным
и даже можно диск припаять
к валу). Затем между пли-
тами натянем прочные нити,
предварительно надев на ка-
ждую нить маленький шарик (шарики скатать из мякиша чёрного
хлеба и затем покрыть лаком). Шарики эти расположим вдоль всего
цилиндра на равных расстояниях ’ по винтовой линии. Затем сделаем
180
подставку из большой прямоугольной плиты и двух полос и наверху
её поставим цилиндр со спиралью.
Показывать этот прибор следует на экране, освещённом проекцион-
ным фонарём. При движении цилиндра на экране получается тень от
шариков в форме синусоиды, состоящей из 16 точек, при быстром дви-
жении цилиндра получается впечатление бегущей волны. Заслонив при-
бор ширмой с одной щелью, можно выделить один шарик и увидеть,
что он совершает простое колебание вверх и вниз по прямой.
§ 10. Стробограммы
Очень хорошее представление о продольных и поперечных коле-
баниях дают стробограммы (рис. 298 и 299). Для этого опыта чертежи
следует увеличить фотографическим путём или же начертить их в уве-
личенном виде на ватмане и затем рассматривать их при помощи стро-
боскопа.
§ 11. Сложение колебаний
(Графический метод)
Сложение двух простых гармонических колебаний может быть ил-
люстрировано наглядным образом на приборе, называемом гармоногра-
фом. Эгот прибор состоит из двух маятников, колеблющихся во взаимно
перпендикулярных плоскостях; колебания обоих маятников передаются
точке, движение которой зачерчивается на листе бумаги или на закоп-
чённой пластинке.
На рисунке 300 вектор А означает путь острия, вызванный дви-
жением первого маятника, и вектор В — путь, вызванный движением
второго. Если оба маятника вызывают такие движения, то при
181
Рис. 300
Рис. 301
одновременном движении от О к А и от О к В результирующее пе-
ремещение будет направлено к точке С (рис. 301). Следовательно, если
одна полоса
Рис. 302
периоды обоих движений оди-
наковы, то путь представит
собой прямую CCV Если в
направлении ОА точка дошла
до крайнего правого поло-
жения, в то время как в
вертикальном движении вдоль
ОВ она только начала подни-
маться от нуля к В, то ре-
зультирующее движение ока-
жется движением по окруж-
ности в направлении, проти-
воположном часовой стрелке.
Если колебание по оси ОА
изменит свою фазу на 180°,
а колебание по оси ОВ оста-
нется без изменения, то ре-
зультирующим движением
точки будет движение по
Рис. 303
182
окружности по часовой стрелке. Таким образом, в случае одинаковых
амплитуд результирующее колебание происходит по прямой, если раз-
ность фаз между слагаемыми колебаниями равна 0° или 180°, и по
окружности, если разность фаз равна 90° или 270°.
Если амплитуды обоих колебаний не равны между собой, а фазы
имеют те же соотношения, как и в предыдущих случаях, то резуль-
тирующее колебание будет прямолинейным (вдоль прямой, образующей
тот или иной угол с направлением первоначальных колебаний в зави-
симости от отношения амплитуд) или эллиптическим. Эллиптическое
движение получается и при равных амплитудах, если только разность фаз
не имеет одного из приведённых выше значений. Таким образом, если
относительная разность фаз меняется, то меняется и фигура колебания.
Рис. 304
Для этого опыта сначала из одной, а потом двух полос сделаем
два маятника, поместим их на дисковые колёса, а для грузов отольём
тяжёлые свинцовые гири. Затем на квадратную толстую доску укрепим
два бугеля и в них при помощи коротких валов поставим маятники,
чтобы они колебались в двух взаимно перпендикулярных направле-
ниях (рис. 302).
Для записи этих колебаний сделаем такое приспособление: из тон-
кой фанеры выпилим две линейки, в одной из них укрепим круглый
карандаш с металлическим остриём вместо графита, а в другой —
сквозной цилиндр из плотной бумаги по диаметру карандаша, а на про-
тивоположных концах просверлим отверстия по 3 мм. Затем на верх-
ние концы маятников поставим уголковые накладки с болтами, закреп-
лёнными вертикально двумя гайками Эти болты будут служить осями
для деревянных пластинок. Поставим эти пластинки на места (рис. 303)
и заставим маятники колебаться. Тогда их колебания в сумме дадут
нам результирующее движение 'острия, укреплённого на концах пла-
стинок. Это движение можно закрепить на стеклянной закопчённой
пластинке, подложенной под остриё (рис. 304).
183
§ 12. Сложение колебаний
(Оптический метод)
Приборы для этой демонстрации соберём из деталей „Конструктора
Из трёх полос с отверстиями и деревянной планки соберём квад-
ратную рамку и при помощи дискового колеса, соединительной муфты
и вала поставим эту рамку на половину большой прямоугольной плиты.
Таких рамок нужно два экземпляра, различаться они будут только
тем, что в одной раме деревянная
планка расположена сверху (рис.
305), а в другой — сбоку (рис. 306).
Далее вырежем два квадратных
зеркала 15 мм/^ХЬ мм, а из же-
сти — два прямоугольника, поло-
жим на них зеркала и края обож-
мём с двух сторон. Затем от вя-
зальной спицы отрежем два стер-
женька длиной 40 мм и припаяем
их к жестяной оправе и, наконец,
между оправой и зеркалом пропу-
стим прочную нитку с петлей
(рис. 307), при помощи которой
подвесим зеркало посередине рам-
ки Чтобы регулировать натяже-
ние нитей, на деревянную планку
Рис. 307 поставим колок, подобный таким,
какие применяются в струнных му-
зыкальных инструментах. Как видно по рисункам, одно зеркало может со-
вершать колебания в горизонтальной, а другое в вертикальной плоскости.
184
Период колебания можно изменять путём натяжения нити и измене-
ния длины стерженьков.
Для демонстрации фигур Лиссажу (рис. 301 и 304) воспользуемся
проекционным фонарём S (рис. 308). Между объективом О и конден-
Рис. 308
сором поставим диафрагму D\ чтобы получить узкий пучок лучей, направим
его на зеркало Zb а с него отбросим луч на зеркало Z2 и уже с по-
следнего на экран Е Фокусируя, добьёмся резкого изображения „зай-
чика" и затем заставим коле-
баться зеркала.
Изменяя период ампли-
туды и фазы колебаний,
можно получить разнообраз-
ные фигуры Лиссажу; наи-
более простые получаются в
том случае, если число ко-
лебаний зеркал в секунду
имеет отношения 1:1; 1:2;
1:3; 2:3.
Рис. 309
§ 13. Водяные волны
Прибором для наблюде-
ния за водяными волнами
служит ванна со стеклянным
дном. Для этой ванны пре-
жде всего сделаем квадрат-
ную раму из деревянных
брусков сечением 30 мм X
X 30 мм и длиной 400 мм
каждый. Соединить их сле-
дует в шип. Затем из фане-
ры выпилить четыре линейки в 40 мм шириной и длиной по 400 мм и
прибить их к раме так, чтобы они выставлялись длинным краем внутрь
рамы, образовав собой выступ, на который укладывается стекло, со-
ответствующее внутренним размерам рамы. Когда это сделано, следует
устроить „берега" нашего искусственного озера. Для эюго из дерева
сделаем четыре линейки треугольного сечения шириной около 30 мм
185
и длиной по внутреннему размеру рамы и при помощи их закрепить
стекло в раме (рис. 309). Такая форма „берегов11 необходима для того,
чтобы колебания затухали „у берегов", а не давали отражённых волн.
Затем все швы следует покрыть жидким варом и потом при помощи
паяльной лампы оплавить поверхность вара, чтобы сделать её гладкой
Рис. 310
и блестящей. Конечно, необходимо
добиться того, чтобы ванна нигде не
протекала.
Очень полезно ванну снабдить
установочными винтами, для приведе-
ния её в строго горизонтальное по-
ложение.
Теперь, если поставим ванну в
затемнённой комнате, нальём в неё
воды и, поместив под неё сильный
источник -света (дугу Петрова), кос-
нёмся слегка поверхности воды, то
от точки возмущения мы получим волны, которые концентрическими
кольцами побегут по поверхности воды. Свет, проходящий через воду,
будет преломляться в волнах так, что вершины волн будут действовать,
как собирающие линзы, а углубления, как рассеивающие (рис. 310);
на потолке комнаты мы увидим ряд тёмных и светлых расходящихся
полос.
Для получения волн сделаем вибратор; он может быть выполнен
целиком из деталей „Конструктора". Для этого на борту ванны по-
ставим два бугеля (рис. 311) и затем в горизонтальном направлении
прикрепим к ним две полосы, а на 5-м или 6-м отверстии наденем
на полосы ползунок с натягивающими кольцами, в которых укрепим
валы с соединительными муфтами внизу, к ним прикрепим полосу
с таким расчётом, чтобы нижний край этой полосы лежал строго па-
раллельно поверхности воды на расстоянии 1 мм от неё. Тогда малей-
шее нарушение равновесия заставит полосу касаться поверхности воды
и по ней побегут волны.
186
Опыт первый. Отражение волн. Поставим в ванну плоский экран
(полоса углового железа) под некоторым углом к вибратору и, заста-
вив вибратор колебаться, увидим на потолке картину отражения волн
(рис. 312).
Опыт второй. Преломление волн плоско параллельной пластинкой.
Вырежем из толстого стекла пластинку и положим её на дно ванны,
Рис. 313
Рис. 315
чтобы над ней оставался тонкий слой воды. Приведя в действие виб-
ратор, мы получим картину преломлённых волн (рис. 313).
Опыт третий. Чтобы показать преломление волн призмой, сделаем
из того же стекла треугольную пластинку и погрузим её в воду.
В этом случае полезно у преломляющего угла призмы поставить
экран, выступающий из воды, чтобы отклонить волны, обходящие
призму и тем нарушающие картину преломления (рис. 314).
187
Рис. 316
Опыт четвёртый. Преломле-
ние волн в двояковыпуклой линзе.
Для этого из тдго же стекла выре-
жем пластинку с выпуклыми боками
и; погрузив её в воду между двумя
экранами, поставленными несколь-
ко наклонно к вибратору, приве-
дём его в движение и тогда полу-
чим на потолке картину сходящих-
ся волн за линзой, аналогично
световым лучам, проходящим сквозь
собирающую линзу (рис. 315).
Опыт пятый, показывающий
преломление волн двояковогнутой
линзой, производится подобно пре-
дыдущему, только вместо выпук-
лой линзы ставится пластинка
с вогнутыми боками (рис. 316).
Опыт тестой. В этой же ванне можно показать и явление диф-
ракции волн. Для этого поставим в ванну два выступающих из воды
Рис. 317а
Рис. 3176
Рис. 317в
Рис. 317г
188
экрана так, чтобы между ними оставалась небольшая щель; тогда явле-
ние дифракции можно наблюдать на потолке — экране.
Некоторые из этих опытов мы приводим на наших рисунках
317 а, б, в, г.
§ 14. Маятник со спуском
Чтобы показать незатухающие колебания маятника, из деталей
„Конструктора" построим маятник со спуском, качающийся, пока не
кончится завод.
Прибор имеет следующее устройство: на конец большой полосы (а)
прикрепляются две большие планшайбы (Ь) со свинцовым диском
между ними для увеличения на-
грузки и смещений центра тяжести
в нижнюю часть маятника. К верх-
нему концу маятника прикрепляет-
ся двумя болтами Т-образная ко-
сынка (с), на которую наклады-
вается полоса и бугель, служащий
подшипником. Затем из большой
планшайбы и восьми полос (по три
отверстия каждая) делается храпо-
вое колесо (рис. 318). Маятник
и завод монтируются на большой
прямоугольной плите (е) таким
образом: в верхней части прикреп-
ляются две косынки (/), которые
стягиваются соединительным буге-
лем (^). Через втброе и четвёр-
тое отверстия вставляются валы
и закрепляются установочными
кольцами. На один из валов
надевается храповое колесо и за-
крепляется наглухо, на другой ко-
нец ставится небольшая шестерёнка
(п), а на другой вал — зубчатое
колесо (k), цепляющееся за шесте-
рёнку и ролик для нити с грузом.
Для маятника на пятом отвер-
стии снизу против храпового колеса
укрепляется подшипниковая вилка,
в неё вставляется вал и закреп-
ляется наглухо при помощи устано-
вочных муфт пли дисковых колёс.
На эту ось надевается маятник,
верхней части маятника, следует
таким образом,
чтобы образовавшаяся скобка
Рис. 318
Далее полосу, прикреплённую к
согнуть в двух местах и опилить
входила своими концами
в промежуток между зубцами храпового колеса с таким расчётом, чтобы
при отклонении маятника в сторону освобождался только один зубец
189
колеса, а другой в это время сообщал скобе толчок и этим под-
держивал бы колебания маятника. Когда это сделано, следует отре-
гулировать время одного колебания. Из большой полосы получается
полусекундный маятник, т. е. такой, который делает два простых коле-
бания в одну секунду. Для его регулировки следует груз перемещать
вниз или вверх; сверяя ход маятника с секундомером, можно добиться,
что он будет отбивать точно полусекунды.
Для того чтобы он „отбивал*
только секунды, следует одну нож-
ку скобы оклеить мягкой материей,
и тогда его колебания будут слыш-
ны только через удар.
Благодаря небольшой длине
маятника, он при помощи длин-
ных болтов может быть прикреп-
лён к демонстрационному экрану
(рис. 319).
§ 15. Часы
Можно ли построить самодельные
часы? Ответом на этот вопрос являют-
ся деревянные часы, висящие в Мо-
скве в Политехническом музее.
Но прежде чем браться за изго-
товление, достаньте где-нибудь „ хо-
дики “ и рассмотрите их устройство.
Внутри футляра вы видите две
деревянные дощечки, скреплённые по
четырём углам болтами (рис. 320).
Между ними, упираясь в них кон-
цами (цапфами), движутся три оси
(7, 2 и .?); на этих осях расположены:
на нижней — валик (4) для наматыва-
ния цепи и большое зубчатое колесо
(5); это колесо цепляется за шестерёнку (б) на 2-й оси, и на ней прикреплено
второе зубчатое колесо (7), которое в свою очередь цепляется за шестерню
(8) па верхней оси с храповым колесом (9) на ней; движение этого колеса
задерживается спуском (10). Спуск в этих часах устроен так: маятник соеди-
нён с дужкой, имеющей два зубца на концах; когда маятник отклоняется вле-
во, левый зубец спуска приподнимается и освобождает храповое колесо; оно
повернётся по часовой стрелке и ударит по правому зубцу спуска и этим
откачнёт маятник вправо, а левый зубец задержит движение храпового
колеса. При следующем колебании маятника влево освободится следующий
зубец храповика и сообщит новый толчок маятнику, поддерживая таким об-
разом колебания маятника. Так в современных часах при помощи маятника,
спуска, храповика и системы зубчатых колёс быстрое и равномерноускоренное
движение падающего тела (гири) превращается в медленное и равномер-
ное. Это движение с первой (нижней) оси передаётся на стрелку. Можно
добиться того, что часовая ось сделает один полный оборот в течение 12 ча-
сов, а минутная 12 оборотов. Для движения этих осей в передней части коробки
имеется ещё четыре зубчатых колеса.
Рассмотрим, как осуществляется это движение. Благодаря грузу на валике
(4), колесо (5), имеющее 66 зубцов, стремится двигаться по часовой стрелке;
оно цепляется за шестерёнку (б), имеющую 6 зубцов. Эта ось с колесом (7),
190
имеющим также 66 зубцов, движется против часовой стрелки. Оно цепляется
за шестерёнку (5) с 6 зубцами храпового колеса (.9) с 35 зубцами, движение
которого регулируется спуском (10) и
колебанием маятника; таким образом,
медленнее всего движется нижняя ось;
но в передней части коробки на эту ось
насаживается ещё два колеса: одно (11)
с 36 зубцами и другое поменьше (12) с 7
зубцами. Первое колесо цепляется за
колесо (13), имеющее 24 зубца, а вто-
рое — за колесо (14), имеющее 56 зубцов.
Таким образом, колесо (14) в течение
полных 8 оборотов колеса (11 и 12) сде-
лает один полный оборот, а колесо (13)
12 оборотов за это же время. Теперь,
если мы отрегулируем часы так, чтобы
колесо (13) сделало один полный оборот
в течение часа, то колесо (14) сделает 3
полный оборот только через 12 часов,
или в течение часа повернётся только на
1/i2 часть окружности.
Пользуясь этими колёсами (13) и (14),
мы можем насадить на них минутную и
часовую стрелки и заставить их двигать-
ся по циферблату.
Зубчатые колёса. Зубчатые колёса
надо сделать из хорошей пятислойной
фанеры. Расчёт и способ изготовления
дан в § 65, гл. III, рис. 243.
Если остановиться на размере зубцов
(в 3 мм) и промежутков (4 мм) между
ними, то мы получим следующие разме-
ры колёс:
2 колеса с 65 зубц. диаметром 147,1 мм
1 колесо с 56 зубц. диаметром 119,0 „
1 колесо с 36 зубц. диаметром 80,3 „
Рис. 320
Храповое колесо имеет диаметр несколько иной; зубец вместе с соседним
промежутком лучше сделать в 10 мм, таким образом его диаметр будет
111,5 мм.
Что же касается шестерёнок, то они делаются из расчёта:
1 шестеренка с 24 зубцами диаметром 61 мм
1 шестерёнка с 7 зубцами диаметром 23 „
2 шестерёнки с 6 зубцами диаметром 21 „
Способом, указанным на рисунке 321, приготовляется и храповое колесо,
только промежутки в нём делаются при помощи второй вырезки в железной
пластинке „фрезерного" станочка.
Шестерни. Выпиливаются кружки по два д 1я каждой шестерёнки; затем
остро очинённым карандашом в кружках диаметром в 61 мм проводится
окружность радиусом в 26,7 мм и делится на 24 равные части; в кружках
с диаметром в 23 мм проводится окружность радиусом в 7,8 мм и делится
на 7 равных частей и, наконец, в четырёх кружках для одинаковых шестерё-
нок с диаметром в 21 мм проводится окружность радиусом в 6,7 мм и де-
191
лится на 6 равных частей. В точках деления просверливаются дрелью отвер-
стия, и в центрах пропиливаются отверстия в 8 мм диаметром, затем эти
кружки надеваются па оси на расстоянии 6 мм друг от друга, но так, чтобы
отверстия одного кружка
строго совпадали с отвер-
стиями другого. В осталь-
ном поступают так же, как
описано в § 65, гл. III.
Оси делаются из креп-
кого, хорошо просушенного
дерева, например, берёзы,
дуба, длиной в 50 мм, на
концах их в центрах заго-
няются стальные спицы в
2 мм толщиной, а для того
чтобы деревянные оси не
касались подшипников и
этим не увеличивали трения,
на них, как обычно, наде-
ваются небольшие проволоч-
Рис. 321
ные колечки.
Оси для часовой и минутной стрелок делаются из металла. Для этого
подбираются две с лёгким трением входящие друг в друга трубки, на их
концы напаиваются жестяные кружки в 30 мм диаметром, и к ним маленьки-
ми винтами прикрепляются шестерёнки
с 24 зубцами для минутной стрелки и зуб-
чатое колесо с 56 зубцами для часовой.
Затем по меньшей трубке подбирается
железная проволока, с одного конца её
делается нарезка, и затем эта ось двумя
гайками ставится в передней части часо-
вой коробки на указанное место.
Спуск делается из железной пла-
стинки в 6 мм шириной и загибается
согласно рисунку 322. Во время регу-
лировки часов вам, возможно, придётся
изменить наклон отогнутых концов по-
лоски, чтобы колебания маятника не
были затухающими. Эта полоска припаи-
вается к железной оси, а к ней прово-
лочный крючок, ведущий маятник.
Вал для шнура с гирей (рис. 320) (4)
делается целиком из фанерных колец
по 40 мм диаметром, склеенных друг
с другом; крайние кружки делаются не-
сколько большего диаметра, в 50 мм,
для того чтобы шнур, играющий роль
цепочки, не соскочил с вала. Этот вал со-
бирается на нижней оси (7).
Маятник делается из фанерной ли-
нейки в 3 см шириной и 50 см длиной.
Сверху на линейку надевается проволоч-
ная скобочка, вращающаяся в двух прово-
лочных петельках, укреплённых в по- Рис. 322
толке часовой коробки, а на нижнем
конце помещается чечевица, сделанная из дерева диаметром в 70—80 мм,
с жестяной коробочкой для передвижения по линейке (рис. 323). Её вес и
положение подбирается опытным путём.
Рама. Для монтажа рама делается из дерева толщиной в 10 мм. Сначала
заготовляются две дощечки (140 мм X 280 мм), по краям просверливаются
/92
круглые отверстия в 10 мм диаметром. Затем проводится прямая посередине
и, отступя от нижнего края на 90 мм, отмечается точка — положение под-
шипника для оси нижнего колеса. От этой точки кверху на расстоянии 113 мм
отмечается положение подшипника храпового колеса (рис. 324).
Далее из этих точек как из центров описываются две дуги радиусом
в 78,8 мм, место пересечения этих дуг будет местом для подшипников оси
среднего колеса. Наконец, от точки храпового колеса на расстоянии 60 мм
по средней линии отмечается четвёртая точка — место подшипника для спуска
маятника. В первых трёх точках просверливается отверстие в 5 мм диаметром,
а для спуска — в 15 мм. Точно по этому образцу делается и вторая дощечка,
Рис. 324
Рис. 323
только на ней по средней линии между первой и второй осями на рассто-
янии 65 мм от нижней оси намечается точка для укрепления оси стрелки.
Когда дощечки приготовлены, из латуни в 1 мм толщиной вырезываются
шесть кружков в 20 мм диаметром, по краям их просверливаются по три
отверстия, и эти кружки (подшипники) привинчиваются на отверстия, при-
готовленные для осей. Затем ещё раз на латуни точно отмечаются места
осей и затем кружки в этих точках просверливаются сверлом по толщине
цапф.
Когда отверстия просверлены на одной доске, опа накладывается на вто-
рую внутрь латунными пластинками, и дощечки скрепляются по углам заранее
приготовленными деревянными клиньями, и затем тем же сверлом насверливаются
отверстия и во второй доске. Само собой разумеется, что сверло в данном
случае наставляется через отверстия, сделанные в первой доске, это делается
для того, чтобы отверстия в подшипниках обеих дощечек точно совпадали.
Для спуска маятника приготовляется подшипник из той же латуни в виде
пластинки (45 мм X 5 мм), в середине её просверливается отверстие для оси
13 Самодельные приборы по физике 193
спуска, а по краям — отверстия для винтов. Пластинки эти прикрепляются
к дошечкам с наружной стороны. Это делается для того, чтобы удобнее
было отрегулировать спуск маятника; может случиться, что придётся изменять
наклон или углы собачек, или даже поднять или, наоборот, опустить ось ниже
намеченного места.
Для скрепления рамы выстругиваются четыре круглые или квадратные
палочки из сухого дерева в 20 мм диаметром и 100 мм длиной, концы их
стачиваются на цилиндр в 10 мм диаметром, при этом так, что на одном
конце цилиндр делается в 10 мм высотой, а на другом в 20 мм, с таким
расчётом, чтобы средняя утолщённая часть имела в длину точно 70 мм. На
более длинных (20 мм) цилиндрах, отступя от края на 10 мм, просверли-
ваются сквозные отверстия. И затем эти палочки короткими цилиндрами
вклеиваются в переднюю дощечку.
Монтаж. Когда изготовлены детали, приступаем к сборке часов. Прежде
всего наденьте шестерёнки и колёса на оси в том порядке, как это указано
на рисунке 320, вставьте оси в переднюю стенку* рамы и затем осторожно
закройте задней стенкой так, чтобы
все оси встали в гнёзда своих под-
шипников. При этом не упустите из
виду подвести под колёса соответ-
ствующие им шестерёнки. Когда зад-
няя стенка встанет на место, тогда
вставьте куски проволоки в отвер-
стия, сделанные в скрепляющих раму
палочках, и проверьте, как вращаются
колёса на своих осях и хорошо ли
захватываются шестерни. Вращение
колёс должно быть свободно, правиль-
но рассчитанные зубцы должны плавно
захватывать сцепы шестерёнок, нигде
не упираясь в них по внешней окруж-
ности. Если случится, что где-нибудь
шестерёнки „заедает*, колёса нужно
разобрать и переставить подшипники,
а может быть и переделать либо
колесо, либо шестерёнку. Когда до-
стигнута плавность хода, колёса и
шестерёнки размещаются на осях, рам-
Рис. 325
ка разбирается, и шестерни с колё-
сами приклеиваются к осям. Когда клей подсохнет, всё собирается снова, и
спуск ставится на своё место. К задней стенке сверху перпендикулярно к ней
прибивается небольшая дощечка, а к ней прикрепляется на двух проволочных
петельках маятник. Механизм вешается на стенку, на валик наматывается
шнур, к нему подвешивается груз и приступают к проверке спускового
механизма. Маятник заставляют колебаться и следят, как работает спуск: если
он пропускает по два зубца, крылья его опускают, если же, наоборот, он не
пропускает ни одного зубца, крылья приподнимают или даже перемещают
подшипники до тех пор, пока спуск не будет при каждом взмахе освобождать
один зубец. Если же его колебания будут затухающими, следовательно, он
получает со стороны храповика недостаточно сильные удары, нужно левое
крыло приблизить к центру качания или же увеличить груз. Но для того
чтобы заставить часы идти, нельзя слишком перегружать нижнюю ось — это
может повести к её деформации, и тогда часы совсем не пойдут.
Когда вы добьётесь плавности хода, тогда только вы можете поставить
на своё место четыре колеса и снова выверить плавность хода. (Полезно
оси смазать хорошим машинным маслом.)
Теперь можно сделать и стрелку, но сначала построим футляр. Конечно,
можно обойтись и без футляра, а просто прикрепить на стерженьках к перед-
ней стенке фанерную дощечку, наклеить на неё бумагу и на ней тушью
начертить циферблат (рис. 325), но лучше сделать футляр из какого-нибудь
194
красивого дерева — дуба, ореха, чинара. Минутных делений можно совсем не
делать. Из латуни или алюминия сделать стрелки и поставить их на место.
Регулировка часов. Часы окончены. Повесьте их на стенку, качните
маятник и заметьте по другим часам время. Если ваши часы будут отставать,
поднимите чечевицу выше, от этого они пойдут быстрее. Если же, наоборот,
они будут уходить вперёд, придётся удлинить маятник. При затухающих коле-
баниях— увеличить нагрузку. Когда всё отрегулировано по весу груза, сле-
дует отлить из свинца гирю.
§ 16. Качающийся мальчик
Эту игрушку следует построить для младших товарищей. Из фанеры
выпилим фигуру мальчика (рис. 326) и подставку для него, затем, соединив
эти две части при помощи клея, из достаточно толстой проволоки сделаем
стержень маятника с тяжёлым свинцовым грузом на конце, соединим маят-
ник с мальчиком (рис. 327), поставим его на край стола и заставим качаться.
13*
ГЛАВА V
АКУСТИКА
Как известно из физики, в разделе „Акустика" изучаются звуко-
вые явления. Необходимо отличать два понятия о звуке. Звук как
явление субъективное, или психофизиологическое, есть определённого
рода ощущение; воспринимаемое нашим органом слуха.
Звук как явление объективное, или физическое, заключается в
распространении колебаний частиц, происходящих в воздухе, воде или
в других физических телах. Те из колебаний, которые воспринимаются
нашим ухом, называются звуковыми, их частота не может быть меньше
16 в секунду и больше 40 000—колебания, лежащие вне этого пре-
дела, не воспринимаются нашим органом слуха.
Благодаря тому что звуковые колебания имеют большую частоту
и малую амплитуду по сравнению, скажем, с колебаниями маятника,
мы не можем их наблюдать непосредственно, а поэтому приходится
прибегать к различного рода ухищрениям, чтобы сделать эти колеба-
ния наблюдаемыми.
§ 1. Ниточный телефон
Для этого прибора «возьмём две цилиндрические консервные банки
и свяжем их длинной ниткой (рис. 328). Нитку можно укрепить так:
в дне банки просверлить ма-
ленькое отверстие и затем при
помощи бусинки закрепить нить,
но лучше в центре дна при-
паять из тонкой проволоки не-
большую петельку.
Для того чтобы убедиться
в том, что звуковые волны пе-
редаются таким телефоном,
пусть один из наблюдателей
приложит одну банку к своему
Рис. 328
уху, а другой, отойдя от пер-
вого на такое расстояние, чтобы нитка не касалась земли, а вся цели-
ком была на весу, станет говорить перед второй банкой, как перед
микрофоном, то первый услышит не только громкую речь, но даже
и слабые звуки.
§ 2. Хладниевы фигуры
Для закрепления пластинок сделаем болт с гайкой (рис. 329),
а пластинки можно сделать из стекла, металла и даже из дерева.
Перед опытом стержень с пластинкой следует закрепить в сту-
ловых тисках; для возбуждения
вибраций воспользуемся обыкно-
венным смычком, а для получения
фигур запасёмся мелким, чисто
вымытым и затем просеянным реч-
ным песком. Этот песок ровным
тонким слоем рассыпим по поверх-
ности пластинки. Когда пластинка
будет приведена в колебание, пе-
сок скопится в узлах, т. е. тех
частях её, которые остаются непод-
вижными во время вибрации.
Замечательный пример появле-
ния узлов в вибрирующем теле
может быть показан на большой
рюмке из тонкого и хорошо пере-
дающего звук стекла. Для этого
наполним его водой почти до са-
Рис. 329
мых краёв, а на края положим вырезанный из бумаги правильный
крест с загнутыми под прямым углом концами.
Потрём теперь мокрым пальцем внешнюю стенку сосуда (рис. 330)
так, чтобы он начал издавать
звук. Если тереть под одним из
концов креста, то он останется
неподвижным. Если же тереть в
промежутке между концами креста,
то он начнёт медленно двигаться
и остановится, когда ваш палец
придётся опять под одним из его
концов.
§ 3. Передача колебаний
в воздухе
Для этого построим две дере-
вянные рамы 200 мм X 300 мм
(рис. 331) и натянем на них пере-
Рис. 330
понки из ватманской бумаги, предварительно размочив перед этим
бумагу в воде. Затем эти рамы прикрепим к двум деревянным под-
ставкам и установим их одну против другой. На одну раму подвесим
мелкий бузиновый или пробковый шарик и затем ударим по другой
деревянным молоточком; воздушный толчок передаётся на другую
мембрану, и шарик отскочит.
191
Если перед мембраной с шариком установить рупор и громко
говорить или петь, то шарик также придёт в беспрерывное движение.
§ 4. Прибор для записи звука
Точнее это прибор для записи кривой звуковых колебаний. По-
строим его таким образом: выпилим из фанеры детали Л, С, £), Е и
деталь В в двух экземпля-
рах (рис. 332); затем из
деревянной дощечки в 10 мм
толщиной две детали F и
подставку 70 мм X 70 мм.
Из плотной бумаги склеим
цилиндр 60 мм высотой по
наружному диаметру колец
А и С и вклеим их, как
основания, в этот цилиндр,
а затем кольцо А заклеим
ватманской бумагой, смочив
её водой перед наклейкой.
Когда бумага высохнет, она туго натянется на кольце, как барабанная
перепонка, и таким образом мы получим очень чувствительную
мембрану, так и будем называть её дальше.
Рис. 332
198
Стойки В укрепим в подставке вертикально на расстоянии 75 мм
друг от друга и затем между ними на булавках укрепим цилиндр
с мембраной с таким расчё-
том, чтобы он мог легко
поворачиваться на этих бу-
лавках, как на осях (рис. 333).
Затем построим линейку:
на дощечку D прикрепим
вдоль длинного края с одной
стороны линейку f, и с дру-
гой (нижней) стороны брусок
F и в конце этой части
вобьём гвоздик или петельку.
Перед опытом в центре
мембраны сургучом укрепим
„писатель", представляющий
собой пблоску тонкой жести
сторонами 80 мм и 3 мм.
Рис. 333
в виде очень вытянутого треугольника со
„Писатель« согнём в дугу, примерно в
Рис. 334
четверть окружности, и поставим цилиндр перпендикулярно к линейке
(рис. 334), а на неё положим
с ниткой, прикреплённой к нему
Рис. 335
роны его укрепить булавку (рис. 333).
Теперь, если говорить перед мембраной цилиндра и в это же
закопчённое стекло 200 мм X 40 мм
при помощи сургуча, а другой конец
перекинем через гвоздик, вбитый в
конце линейки. При таком устрой-
стве если потянуть за нитку, то
стеклянная пластинка будет сколь-
зить по линейке перпендикулярно
„писателю". Чтобы последний, бла-
годаря трению, не увлекался за
пластинкой, следует с одной сто-
время при помощи нигкп передвигать пластинку под „писателем", то
199
последний на пластинке оставит след в виде кривой волнистой линии
(рис. 335). На одной и той же пластинке, как видим, можно полу-
чить целый ряд таких кривых.
Проведите опыты таким образом; сначала запишите звук а в раз-
ных тонах, затем, сохраняя один и тот же тон, запишите на пластинке
кривые всех гласных русского произношения, т. е. а и я, э и е. ы
и я, у и ю и, наконец, сделайте запись какого-нибудь звука, усили-
вая его или ослабляя, чтобы получить запись изменения амплитуды
колебания.
§ 5. Патефон
Очень полезно после записи звуковых колебаний на закопчённой
пластинке показать воспроизведение звуков при помощи мембраны.
Для этого воспользуемся обыкновенным патефоном, на который
положим какую-нибудь пластинку, обратив внимание аудитории на то,
что на этой пластинке кривая закреплена более прочно, чем на закоп-
чённом стекле, затем вместо маленькой мембраны репродуктора на
пластинку поставим целый лист фанеры, в углу которого укрепим иглу
от патефона (рис. 336). Поставив иглу на вращающийся диск, будем
держать лист фанеры за противоположный угол по диагонали; мы
услышим, как вибрации этой большой мембраны, т. е. листа фанеры,
совершенно отчётливо передадут музыкальную запись на пластинке.
Опыт весьма эффектен.
§ 6. Зеркала Пикте
В качестве вогнутых зеркал подберём две фаянсовые тарелки, по
своей форме приближающиеся к шаровой поверхности. Для них сде-
лаем два штатива; для этого воспользуемся двумя дощечками
(20 см X 20 см X 1 см) и укрепим на них две стойки (25 см X 2 см X
X 1 ^). Затем в центре каждой тарелки очень осторожно, отрыви-
стыми ударами хорошо закалённого подпилка собьём с одной стороны
стеклянный слой и затем дрелью просверлим в тарелке отверстия
(фаянс легко поддаётся сверлению). Эти отверстия расширим настолько,
чтобы в них прошёл винт в 3 мм диаметром, и при помощи его при-
200
крепим тарелки к стойкам (рис. 337). Далее сделаем столик для
часов. На стойке (в 25 см X 1 см X 1 £•<) укрепим кружок из фанеры
(Р = Ьсм) и поставим этот столик на одной из подставок, прибли-
зительно в фокусе „зеркала".
Теперь, расположив „зеркала" на некотором расстоянии (1—2 м),
как указано на рисунке, положим на столик карманные часы. Поме-
стив наше ухо в фокус второго „вогнутого зеркала", мы отчётливо
услышим тиканье часов. Разумеется, это может получиться только
в том случае, если хорошо найден фокус этих „зеркал".
§ 7. Монохорд
Этот очень важный прибор для изучения музыкальной гаммы сле-
дует сделать из хвойного дерева, лучше всего из мелкослойной сосны.
Сначала вырежем дощечку (500 мм X 60 мм X Ю мм) с прямоуголь-
ной вырезкой (рис. 338, В) и наклеим на неё сверху дощечку (500 мм X
X 60 зм/X 1 мм) (рис. 338, Д) с круглым отверстием по середине, а
снизу дощечку С. Получим резонирующий ящик. Далее сделаем из ка-
кого-нибудь твёрдого дерева — дуба, бука — три одинаковые кобылки
в виде трёхгранных призм. Две кобылки закрепим наглухо на концах
резонирующего ящика на расстоянии 45 см друг от друга; третью
кобылку прикреплять не следует, так как её придётся передвигать во
время опытов. Далее сделаем один колок, для которого просверлим
отверстие на одном конце ящика и с этой же стороны прикрепим
скобу из „Конструктора" и поставим на неё ролик на валу (рис. 339).
Как известно, частота колебаний струны определяется из формулы.
n=~ V
где N—число колебаний в I сек., I — длина струны, k — сила натя-
жения и а —масса единицы длины струны.
201
Из этой формулы мы видим, что частота колебаний струны обратно
пропорциональна её длине и прямо пропорциональна корню квадрат-
ному из силы натяжения. Оба эти утверждения могут быть под-
тверждены на опыте с нашим прибором.
Первый опыт. Для доказательства зависимости частоты колебаний
струны от её длины и для удобства проведения опыта лучше всего
Рис. 338
сделать шкалу (рис. 339), в которой для основного тона do принять
длину струны, равную 45 см\ считая от левой кобылки, точно на
45 делений поставить подвижную кобылку и настроить струну по
камертону или роялю на тон do в среднем регистре, т. е. в средней
части клавиатуры рояля. Передвинув кобылку на 40-е деление, полу-
чим тон ге, на 36-м mi, на 31 на 30 — sol, на 27 — 1а, на
24 — si и на 22 — do.
Рис. 339
р
Второй опыт. Для проверки зависимости частоты колебаний струны
от силы её натяжения поставим на монохорд новую струну, переки-
нем её через блок и подвесим к ней гирю, положим, в 1 кг, и опре-
делим её тон при этом натяжении по струнам рояля; допустим, что
у нас получился тон fa, теперь если мы подвесим гирю в 4 кг, то
мы снова получим тон fa, но октавой выше.
202
только вы возьмёте
И далее проверим всю гамму, пользуясь разновесом, подбирая
натяжение в таком отношении: do = 1,00; re = 1,27; mi = 1,56;
/я=1,77; soZ = 2,25;/а = 2,77; sZ = 3,51 иЖ> = 4,00.
Третий опыт. Чтобы проверить зависимость частоты колебаний струны
от её массы, поставим опыт с разными струнами из стальной и мед-
ной проволоки, а также жильной струны и, определив их массу на
1 см, будем производить опыты с одинаковым натяжением и одина-
ковой длиной. Для этого следует убрать совсем подвижной колок
и струны натягивать при помощи грузов. Частоту колебаний опреде-
лить по роялю при Z = 45 и k — взяв из опыта, мы получим все
данные для проверки формулы.
Четвёртый опыт. На этом же приборе поставим ещё опыт с зву-
ковым резонансом. Для этого навейте струну на колок (как для пер-
вого опыта) и настройте её точно в унисон с каким-нибудь тоном на
рояле, допустим, mi. Затем посадите на струну „наездника“ из согну-
той под углом лёгкой полоски бумаги. Поставьте монохорд на рояль
и затем переберите все клавиши рояля, кроме mi, наездник при
хорошей настройке останется в покое, но как
на рояле тон mi и особенно в том
регистре, в котором настроен мо-
нохорд, наездник сейчас же со-
скочит со струны. Возьмите тот же
тон mi, но в других регистрах, и
вы увидите, что и в этих случаях
наездник придёт в движение, ука-
зывая на то, что струна монохорда
пришла в колебание. -
В том случае, если в вашем 1
распоряжении нет рояля, то явле- I
ние резонанса вы можете показать |
на одном и тОхМ же монохорде, если В
поставить две струны и настроить I
их в унисон друг другу. В
§ 8. Звуковой резонанс |Г
Чтобы показать звуковой ре- II
зонанс, нужны два камертона одной lUr
и той же частоты. Их следует по- ।i'liillllliliillM
ставить на штативы.
На малой плите в середине ^ис* $40
укрепим планшайбу и в ней за-
крепим ножку камертона (рис. 340). Для второго камертона возьмём
большую круглую плиту и на ней закрепим камертон и про-
волочную Г-образную стойку, к которой подвесим какой-нибудь
лёгкий шарик с таким расчётом, чтобы он касался ножки ка-
мертона .
Если теперь при помощи молоточка заставить колебаться первый
203
камертон, то вследствие резонанса придёт в колебание и второй, что
обнаруживается отскакиванием шарика от этого камертона.
Явление резонанса чрезвычайно изящно и наглядно можно пока-
зать, если воспользоваться двумя тонкостенными большими бокалами;
для этого в них следует до !/3 налить воды, на один положить лёг-
кую полоску бумаги и затем, водя по краю второго бокала мокрым
пальцем, добиться резонанса во втором бокале. Для настройки следует
по капле прибавлять воду в тот или другой бокал (рис. 341). При
хорошей настройке на резонирующем бокале полоска бумаги будет
двигаться к узлу.
§ 9. Резонаторы
рис. 341
Для опытов с резонансом и при изучении гаммы очень полезно
иметь в кабинете набор резонаторов. Их легко сделать из плотной
бумаги и фанеры. Для этого выпи-
лим из пятислойной файеры кольца
с наружными диаметрами 30 мм,
50 мм, 70 мм и 100 мм и внутрен-
ними по 10 мм. На этих кольцах
укрепим при помощи клея цилинд-
ры из плотной бумаги в несколько
слоёв с высотами от 150 мм до
400 мм-, причём в каждый цилиндр
вклеим только одно кольцо, как
основание, а другой конец оставим
открытым. Затем, пользуясь набо-
ром камертонов, подстроим каждый
цилиндр на какой-нибудь опре-
делённый тон, для чего лезвием
безопасной бритвы будем понемногу снимать бумагу
конца, пока не добьёмся достаточно отчётливого резо-
нанса (рис. 342); затем на цилиндре тушью проста-
вим тон и число колебаний. Настройку можно про-
изводить и при помощи рояля.
§ 10. Органные трубы
Частота колебаний в открытой органной трубе
выражается формулой:
где — скорость распространения звука в воздухе
или вообще в том газе, который наполняет трубу,
а I—длина трубы; для закрытой же трубы:
с открытого
Рис. 342
204
Для проверки этих законов органные трубы можно построить в
форме цилиндров из плотной (и даже газетной) бумаги. Лучше всего
воспользоваться жид-
Рис. 343
ким столярным клеем
и цилиндрической па-
лочкой, на которую и
навивать бумагу при
склеивании, а когда
клей просохнет, ост-
рым ножом придать ей
тот профиль, который
показан на нашем ри-
сунке 343.
Чтобы проверить первый закон для открытых труб, нам придётся
построить ряд труб одинакового диаметра, но разной длины, в соот-
ветствии с формулой:
Рис. 344
Что же касается закона закрытых
труб, то в этом случае следует сделать
поршень, при помощи которого очень
легко и в любых пределах можно бу-
дет изменять длину трубы.
Между прочим, автору этой работы
удалось построить хорошую коллекцию
органных труб из бамбука, как будто
бы самой природой предназначенного
для изготовления органных труб
§ 11. Музыкальные игрушки
1. Музыкальный ящик. Для того чтобы
построить его, сначала сделаем пластинки,
из которых мы будем извлекать звук. Для
этого лучше всего воспользоваться сталь-
ной полосовой пружиной, отпустить её,
т. е. нагреть до красного каления, а затем
медленно охладить и выпилить из неё пла-
стинки с несколько расширенным основа-
нием. Размеры этих пластинок шириною
около 3 мм указаны на чертеже
(рис. 344). В основаниях пластинок следует
просверлить отверстия и затем пластинки
опять закалить, т. е. вновь их нагреть до
яркокрасного каления и быстро опустить в
масло. Для укрепления пластинок сделаем
из берёзы.стержень около 10 мм X 1<> мм X
Х70л/лг, одной из сторон придадим цилинд-
рическую форму в 35 мм радиусом. Разде-
лим этот стержень па семь равных частей и затем винтами прикрепим к нему
стальные пластинки. Далее из толстой бумаги склеим цилиндр по высоте
205
Рис. 345
Рис. 346
стержня с планшайбами, поставим внутри его стержень с пластинками, при-
крепив его сбоку винтами, и затем закроем основания фанерными дисками.
(Вместо того чтобы клеить цилиндр, можно воспользоваться готовой кон-
сервной банкой подходящей величины (рис. 345).
Для того чтобы привести эти пластинки в колеба-
ние, сделаем из дерева вал диаметром в 15 мм и по
высоте цилиндра. Разделим его на 7 равных частей и в
каждом делении по винтовой линии вобьём стержни из
толстой проволоки, чтобы они выставлялись наружу на
7 мм, В центр нижнего основания вала вобьём корот-
кий штифт из толстой железной проволоки, а в верх-
нее из той же проволоки кусок около 50 мм\ поставим
вал на место и проверим, совпадают ли выступающие
стерженьки со звучащими пластинками, и только после
этого укрепим окончательно фанерные основания в кор-
пусе игрушки, а затем из выпущенного конца прово-
локи согнём рукоятку для вращения вала. Чтобы сде-
лать эту игрушку более нарядной, оклеим её цветной
бумагой.
Теперь подумайте сами, как построить музыкальный
ящик, который может передавать целую мелодию, а
не одно „трезвучие", данное на нашей игрушке.
Сделать это не так уж трудно, а соответствующие формулы у вас уже есть.
2. Ксилофон. Познакомившись с гаммой и построив игрушку, теперь
используем наши знания и технические навыки для того, чтобы построить
музыкальные инструменты для школьного джаз-оркесгра. Начнём с ксило-
фона, т. е. инструмента со звучащими
деревянными палочками. Сначала по-
строим опытный образец для изуче-
ния этого прибора.
Из хорошо просушенных дере-
вянных дощечек сечением 10 мм X
X 40 мм сделаем восемь планок раз-
личной длины: do = 480 мм, ге =
=427 мм, mi = 384 мм, fa = 360 мм,
sol — 320 мм, 1а = 288 мм, si—256 мм
и do = 240 мм. Затем, просверлив по
два отверстия в каждом отрезке на
концах, нанижем их на два шнурка
с узелками (рис. 346). Для игры обе-
ими руками на таком инструменте
следует сделать два деревянных мо-
лоточка.
Но прежде чем играть на таком
инструменте, его нужно настроить,
так как, если при изготовлении пла-
нок мы в точности выдержим указан-
ные размеры, это ещё не значит, что
каждый стержень строго будет давать
необходимое число колебаний. Чтобы
получить музыкальную гамму, нам
придётся опиливать с концов или с
боков некоторые стержни, а некото-
рые, может быть, и заменить други-
ми, прежде чем мы получим требуемый
звукоряд. Когда это будет выполнено, числа колебний планок будут находить-
ся в отношении чисел натуральной гаммы: 1; 9/s, ^/4, 4/gJ 3/г*, 5/sJ 2.
Продолжим нашй опыты дальше по изучению музыкальной гаммы. Как -
известно, современная музыка пользуется помимо^ чистых тонов, ещё полу-
тонами— „диэзами* и „бемолями", число колебаний которых составляет 25/24
206
и 2</25 от основного тона. Таким образом, помимо основных тонов, мы можем
получить ещё четырнадцать полутонов; все они могут быть воспроизведены
на смычковых инструментах. Но если бы мы построили рояль со всеми чи-
стыми полутонами, то клавиатура получилась бы столь длинной, что играть
на таком инструменте было бы весьма неудобно. Поэтому, чтобы один человек
мог охватить своими руками такую клавиатуру с полутонами, музыканты
пошли на компромисс и создали так называемую „темперированную гамму*,
число колебаний в которой располагается в других отношениях и, следова-
тельно, длины струн, а в нашем приборе — планок, будут другие, приближён-
ные, по сравнению с теми величинами, которые требуются для получения
физической гаммы. Для такой темперированной гаммы сделаем ещё пять пла-
нок длиной 453 -и.и, 400 мм, 339 мм, 302 мм и 268 мм, и укрепив их в соот-
ветствующих местах, мы получим инструмент, охватывающий 13 тонов тем-
перированной гаммы.
Окончательные размеры планок указаны в нижеследующей таблице:
Тон Относительное число колебаний Длина планки
do 24,00 480
# ь 25,43 453
ге 26,94 427
# ь 28,55 400
mi 30,25 384
fa 32,05 360
ft b 33,96 339
Sol 35,98 320
ft b 38,12 302
la 40,38 288
ft b 42,80 268
si 45,33 256
do 48,00 240
Игра на этом инструменте, как уже было указано, производится при
помощи двух молоточков.
3. Ксилофон для оркестра. Познакомившись и теоретически, и практи-
чески с принципом построения ксилофона, теперь сделаем этот инструмент
уже специально для школьного джаз-оркестра 1).
Для постройки этого ксилофона нужна хорошая сухая еловая или сосно-
вая доска без сучков. Самый лучший звук даёт еловая. Из неё нарезаются
бруски сечением 50 мм\2§ мм и затем от одного из них отпиливают планку
длиной около 20 см, кладут её концами на что-нибудь мягкое, затем берут
на рояле ноту do и сравнивают её с тоном планки. Если планка звучит выше,
чем тон do, её пока откладывают в сторону и отрезают другую, более длин-
ную. Так поступают до тех пор, пока отрезанная планка не будет давать более
низкий тон, чем нота, взятая на рояле. Как только такая планка найдена, то
её опиливают рашпилем до тех пор, пока она не будет давать в точности такой
тон, какой берут на рояле. Когда это достигнуто, планку можно считать
настроенной, на ней пишут „№ 1 do“; точно таким же образом настраиваются
следующие более короткие: re, mi, fa, sol, la, si и т. д.; на планках пишут
номера и названия тонов. Таких планок в количестве 18—19 номеров вполне
достаточно для очень многих музыкальных произведений.
Ч В дальнейшем изложении о музыкальных инструментах мы пользуемся
работой В. Десмана, „Самодельные музыкальные инструменты*, М. 1935.
207
Кроме этих планок, настроенных под „чистые* тона (белые клавиши рояля),
можно изготовить планки промежуточных тонов (чёрные клавиши); их обозна-
чают дробями.
Рис. 348
Рис. 349
Когда все планки настроены, в каждой из них, отступя примерно санти-
метра на два от концов, просверливают отверстия и затем нанизывают их на
верёвочку (рис. 347); а для того чтобы они не передвигались и не соприка-
сались между собой, на верёвке навязывают узлы так, чтобы у каждой планки
они приходились с обеих сторон. Слева нанизывают планки чистых тонов
1, 2, 3 и т. д., а справа полутона 1'2, 2/з, 4(&...
208
только утолщены, но
После того как планки связаны, из толстого сукна, а ещё лучше войлока,
делается ложе ксилофона. Для этого из сукна вырезаются полосы шириной
около 3—4 см, которые прикрепляются к толстой доске, а на них ксилофон
укладывается так, чтобы верёвочки, связывающие планки, пришлись как раз
на войлоке.
На ксилофоне играют палочками, какие применяются для игры на бара-
бане. Очень хороший звук получается, если палочки не
и несколько изогнуты (рис. 348). Такая палочка не-
много пружинит и при ударе сама отскакивает от
планок, благодаря чему легко выбивается дробь.
4. Металлофон. Этот инструмент также принад-
лежит к числу ударных и строится так же, как кси-
лофон, с тем отличием, что его звучащие пластинки
изготовляются не из дерева, а из полосового же-
леза в 2 см шириной и в 1—1,5 мм толщиной.
Высота таких пластинок зависит от их длины. Звук
do даёт пластинка длиной примерно 7 см. По этой
пластинке и по роялю настраиваются и остальные
так же, как это мы делали с деревянными планками.
Для укрепления пластинок следует сделать ящик
(16 сл/Х40 смУ^о см). Он может быть сделан и из
фанеры, но его верхняя крышка „дека* должна быть изготовлена обязательно
из одинарной еловой или сосновой дощечки с двумя прорезами, как это
показано на рисунке 349. На этой доске при помощи восьми гвоздиков на-
тягивается толстая шерстяная нитка, и на неё накладываются пластинки в
том порядке, как это показано на рисунке, и затем прикрепляются малень-
кими гвоздиками; при этом
мали пластинок, иначе они
на ксилофоне, деревянными
нужно следить за тем, чтобы гвоздики не прижи-
не будут звучать. Играют на металлофоне, как и
молоточками.
50
Рис. 351
5. Треугольник. К ударным инструментам относится и треугольник, даю-
щий только один тон, но необходимый в каждом оркестре. Этот инструмент
сгибается из толстой около 3—4 мм толщиной проволоки со сторонами
около 20 см и затем вешается за крючок; ударяют по нему железной палоч-
кой (рис. 350).
6. Однострунная скрипка. Теперь перейдём к смычковым инструментам.
Сначала из консервной банки построим однострунную скрипку. Из деревян-
ного бруска сделаем гриф с одним колком для’натягивания струны. Гриф
укрепим в круглой, а ещё лучше овальной консервной банке, у которой уда-
14 Самодельные приборы по физике
209
лена верхняя жестяная крышка и заменена деревянной (из ели или сосны)
декой. (Размеры даны на рисунке 351.) В деке прорезается отверстие для
резонанса, в нижней части из какого-нибудь твёрдого дерева укрепляется
кобылка, и затем натягивается струна. Играют на такой скрипке при помощи
Рис. 352
смычка, сделанного из упругого, хорошо пружинящего дерева (для этой цели
хороша акация или черёмуха), на прутик натягивается конский волос, который
перед игрой натирается канифолью (рис. 352).
7. Однострунная виолончель. Для этого инструмента сначала сделаем
гриф указанных размеров (рис. 353) и затем из фанеры, кроме деки, — резо-
нирующий ящик в виде трапеции. Ввиду того что фанеру соединять по углам
трудно, рекомендуется основания этой трапеции, т. е. боковые стенки парал-
20
----- 40
Рис. 353
лельных сторон, сделать из сосновых дощечек
толщиной около 1 см, связать их грифом и
затем уже оклеить фанерой дно и непарал-
лельные стороны, а для деки, т. е. верхней
крышки, воспользоваться сосновой или еловой
тонкослойной без сучков дощечкой. В деке по
бокам для резонанса выпилить два отверстия
„эфа“, как их называют музыканты. Желатель-
но, чтобы дека касалась грифа меньшим числом
точек, для этого следует в нём с внутренней
стороны снять слой дерева в 2—3 мм толщиной.
На деку затем ставится кобылка из какого-ни-
будь твёрдого дерева и натягивается жильная
струна. Играют на инструменте смычком. Звук
на таком инструменте получается приятный,
но, разумеется, несколько глуше, чем у настоя-
щей виолончели.
Для оркестра следует сделать несколько
однострунных скрипок и виолончелей, а когда
вы овладеете этим мастерством, то нетрудно
перейти и к четырёхструнным.
8. Обыкновенная дудочка. Примитивная
дудочка может быть с успехом использована в
оркестре самодельных инструментов. Для из-
готовления её нужно достать деревянную па-
лочку длиной 20—30 см, диаметром 2—3 см.
Лучше всего для этого подходит камыш, бузи-
на или бамбук. Камыш и бамбук самой приро-
дой изготовлены для музыкальных инструмен-
тов, а что касается бузины, то её сердцевина
очень мягкая и её легко вытолкнуть из твёр-
дой оболочки.
На одном конце трубки, примерно отступя
2—3 см от края, прорезают отверстие, какое
бывает у свистулек, затем из пробки вырезают
цилиндр длиной 2—3 см, срезают с него слой
приблизительно в 1—2 мм и затем его вста-
вляют с клеем в трубку до отверстия. Таким
образом, между пробкой и внутренней стенкой трубки образуется полукруглая
щель (рис. 354).
Затем па поверхности трубки на расстоянии 2—3 см друг от друга
высверливается шесть отверстий по 5 мм диаметром (рис. 355). Настроить
210
деревянную дудочку точно по гамме — дело чрезвычайно трудное; необхо-
димо несколько раз пробовать, прежде чем получить приемлемый для оркестра
инструмент. Если дудочка не подойдёт к оркестру, то её придётся использо-
вать как сольный инструмент и
играть уже по слуху.
При игре дудочка берётся в
обе руки и её лады закрываются
пальцами. Открывая один из ладов
или несколько сразу, можно полу-
чить тона различной высоты. После
небольшой практики легко удаётся
получить на этом инструменте
несложные мелодии по слуху, важ-
но только запомнить комбинации,
при которых получаются те или
Рис. 354
иные тона.
9. Камышёвая сопелка, или волынка. Волынка — инструмент очень рас-
пространённый среди пастухов. Сделать её очень легко. Из сухого тростника
или камыша срезается трубочка длиной и толщиной с карайдаш. Оба конца
её тщательно обтачиваются шкуркой; на одном из концов, отступя 1—1,5 см,
прорезается небольшая поперечная щель — это можно сделать лезвием безо-
пасной бритвы. От концов этой щели проводят два параллельных продольных
Рис. 355
разреза длиной около 3 см так, чтобы на трубке образовался „язычок*
(рис. 356). Язычок тщательно шлифуют подпилком и шкуркой, чтобы сделать
его по возможности гибким. Особенно хорошо нужно обточить самое осно-
вание язычка. Благодаря этому приспособлению мы познакомимся на опыте и
с язычковыми инструментами, имеющими применение в современной музыке.
Если взять трубку так, чтобы во рту был почти весь язычок, и затем, плотно
закрыв язычковое верхнее отверстие, начать вдувать в трубку воздух, волынка
станет издавать дребезжащий звук, отдалённо напоминающий звук гобоя—духо-
вого инструмента, применяемого в оркестре.
Остаётся только просверлить в трубке три или четыре лада, и инстру-
мент готов.
Настройка инструмента производится укорачиванием трубки до тех пор,
пока основной тон её (звук, который даёт трубка, когда все лады закрыты
14*
211
пальцами) не будет точно совпадать с каким-либо произвольно выбранным
чистым тоном гаммы. Такой примитивной настройки часто бывает достаточно,
чтобы подыгрывать оркестру.
Для усиления звука к нижней части сопелок можно приделать рупор из
коровьего рога или свёрнутой бересты.
Если сделать у сопелки 5—6 ладов и поупражняться в игре на ней, то
можно научиться извлекать из этого несложного инструмента довольно боль-
шое число тонов.
10. Свирель. Свирель можно сделать
из нескольких деревянных трубочек раз-
ной длины, одно отверстие которых за-
крыто пробкой, а другое открыто; в эти
трубки дуют сбоку таким образом, как
обычно свистят в ключ.
Прежде всего заготовляют 13 тру-
бочек из бузины, длина их разная, а
диаметр не должен превышать 2—3 см.
Мягкую сердцевину следует удалить
гвоздём и затем внутренние стенки очи-
стить раскалённым железным стержнем.
Самую длинную трубку делают в 18 см,
а самую короткую — в 9 см. Трубки свя-
зываются при помощи ленты из плотной
бумаги (рис. 357).
В нижние отверстия трубки вставля-
ются небольшие пробки, плотно закры-
вающие отверстия, но в то же время
с таким расчётом, чтобы их по желанию
Рис. 357 можно было передвигать внутри трубки.
Настройка производится передвиже-
нием пробки. Свирель настраивается таким образом: № 1 — dO; № 1/2 - do —
(refr), Ха 2 — re, № 3/$ —re # № 3 — mi; № 4 — /а:№ 4/5 fa # (solh),
№5 — sol', Xa 6/6 — sol # (la b)J № 6—la, Ха 6/? — la # (si [>); №7 — si, X° 8 — do.
Таким образом, свирель настраивается под все 8 тонов гаммы с полутонами
от do второй октавы до do — третьей.
Звук свирели очень приятный, мелодичный, напоминающий флейту.
Самое главное затруднение при игре на ней заключается в том, что музы-
кант вначале никак не может быстро и точно передвигать трубку перед
губами так, чтобы сразу попадать на нужный тон, но после небольшой
практики можно научиться играть на свирели даже быстрые пассажи.
ГЛАВА VI
ТВЁРДОЕ ТЕЛО
§ 1. Кристаллическое тело
До последнего времени в элементарной физике обращалось мало
внимания на кристаллическое строение большинства тел, а между тем
оно обусловливает собой целый ряд физических свойств твердого тела,
как его прочность, теплопроводность, электропроводность, все хими-
ческие свойства и пр. Поэтому в физическом кружке следует обратить
внимание и на строение кристаллов.
Прежде всего учащихся необходимо познакомить с кристалличе-
скими системами на моделях, склеенных из бумаги (рис. 358, 359).
Далее следует собрать коллекцию естественных кристаллов — слюды,
кварца, полевого шпата, каменной соли, медного колчедана; рассмотреть
Рис. 358
Рис. 359
строение гранита, гнейса и пр. Полезно также поставить опыты с по-
лучением искусственных кристаллов из растворов. Для этого особенно
хороши: обыкновенные алюминиевокалиевые квасцы, дающие большие
бесцветные октаэдры; селитра, очень легко кристаллизующаяся в виде
игол; медный купорос — образует кристаллы красивого синего цвета-
железный купорос — сернокислая закись железа — даёт призмы зелё-
ного цвета; двухромокалиевая соль — хромпик — кристаллизуется приз-
мами оранжевого цвета.
213
Для получения отдельных кристаллов берут насыщенный раствор
избранной соли, фильтруют его и выливают в стакан. На верхние края
стакана помещают палочку (рис. 360) с ниточкой, опущенной в рас-
твор; через день-два осматривают ниточку, удаляют все наросшие на
Рис. 360
Рис. 361
ней кристаллы, кроме одного, и вновь погружают нитку в раствор.
Подобный осмотр следует производить ежедневно, следя за тем, чтобы
на нитке не было больше одного кристалла, который в этом случае
Рис. 362
будет быстро расти и может
быть доведен до значительных
размеров.
Когда будет замечено обра-
зование кристаллов на дне сосу-
да или у поверхности жидкости,
раствор следует профильтровать
в другой стакан и туда пере-
нести кристалл, растущий на
нитке.
* Полученные кристаллы луч-
ше всего сохранять в широко-
горлых банках висящими на нит-
ках над тем раствором, из кото-
рого они получены; такие банки
должны быть тщательно заку-
порены и пробки залиты воском,
сургучом или смолою.
В таком виде кристаллы не
выветриваются, не теряют своей
кристаллизационной воды и, следовательно, не теряют цвета и не рас-
сыпаются в течение долгого времени.
Следует познакомить учащихся с пространственными решётками.
Для этого можно эти решётки представить в виде стереограмм для
рассматривания в стереоскоп или же сделать анаглифы для рассматри-
вания в цветные очки (рис. 361, 362).
214
Способы построения стереоскопических изображений не предста-
вляют особых затруднений и они очень хорошо и достаточно элемен-
тарно изложены в работе Г. А. Владимирского, куда мы и отсылаем
заинтересованных читателей *). Этим же способом могут быть построены
и стереоскопические изображения отдельных кристаллов, а если один
чертёж сделать чёрным на белом фоне, а другой белым на чёрном
фоне, то при рассматривании, вследствие так называемого „стереоско-
пического блеска", такие изображения нам будут казаться точно сде-
ланными из прозрачного материала (рис. 363).
Рис. 364
□
Рис. 365
1) Г. А. Владимирский, Построение стереоскопических проекций
геометрических фигур, вып. 9, „Математическое просвещение*, ОНТИ, 1936.
215
§ 2. Растяжение
Обычно основные опыты по деформации материалов ставятся
с растяжением резинки, пружинки, нитки и др. легко растягивающи-
мися материалами; между тем упругие деформации свойственны
и таким телам, как стальная проволока, железная балка и др.
Растяжение проволоки можно осуществить таким образом: возьмите
из „Конструктора" бугель с тремя боковыми отверстиями и двумя вин-
тами, прикрепите его к деревянной дощечке, которую в свою очередь
прикрепите на высоте Р/2 м от пола. Через крайние отверстия бугеля
протяните вал, на конец которого поставьте соединительную муфту
с продольным прорезом до середины, в эту щель поставьте плоское
зеркальце 40 мм X 40 мм и, наконец, над этой частью прибора на
стене, примерно на высоте З1^ м, укрепите достаточно толстый болт
или шпиль; к нему привяжите конец исследуемой проволоки, а другой
конец перекиньте (рис. 364) через вал и прикрепите к нему чашечку
или накладку с грузами. Затем возьмите проекционный фонарь с длин-
нофокусным объективом; в диапозитивную рамку поставьте фигуру,
вырезанную из чёрной бумаги (рис. 365), и затем проекцию этой
„стрелки" отбросьте на зеркало. На противоположной стене вы увидите
зайчика с этой чёрной стрелкой, облегчающей отсчёты на шкале.
Теперь если подвес постепенно нагружать сравнительно небольшими
грузами, то зайчик будет скользить по шкале, позволяя делать наблю-
дение всей аудитории.
§ 3. Прибор для определения прочности нити
Этот прибор, сконструированный проф. П. И. Поповым, предста-
вляет собой упрощённый тип аппарата для исследования прочности
пряжи, являющегося необходимой принадлежностью технической лабо-
ратории при текстильном производстве ^). Подобный же прибор служит
и для определения крепости бумаги, нарезаемой определёнными полосами.
Сконструированный прибор состоит из комбинации рычажного динамо-
метра и ворота; главную часть его составляет неравноплечий рычаг,
вращающийся на оси. К крючку короткого плеча привязывается испы-
туемая нить, другой конец её идёт к валику ворота, установленного
в нижней части прибора. К крючку длинного плеча привешивается
груз от 200 до 400 г. При вращении ручки ворота нить наматывается
на валик, натягивается, начинает опускать конец короткого плеча и
приподнимать конец длинного плеча с грузом. Натяжение нити всё уве-
личивается, и, наконец, она обрывается. Чтобы установить, при каком
положении рычага нить оборвалась, на оси вращения рычага пристроен
указатель, вращающийся с некоторым трением. Рычаг, поворачиваясь,
двигает и указатель, который останавливается на месте, когда рычаг
с грузом падает при обрыве нити (рис. 366).
т) Технический аппарат определяет также и способность нити к растяги-
ванию, от чего зависит качество пряжи.
216
Это и даёт возможность поставить ряд
пор,
Рис. 366
Прочность нити или степень сопротивления её разрыву и опреде-
ляется той силой, под действием которой пряжа начинает разрываться.
Величина же этой силы будет находиться в известном соотношении
с грузом, в зависимости от отношения плеч и положения рычага по
правилу равенства момента сил.
задач с измерением и расчётом.
Опыт по определению силы
натяжения нити при её обрыве
производится в таком порядке:
1. Испытуемая нить (напри-
мер, от обыкновенной катушки
№ 30—40) привязывается одним
концом к крючку короткого ры-
чага, другим — к валику ворота.
Замечание. Чтобы нить
не обрывалась на изгибах прик-
реплений, можно её привязать
к крючку, сложив вдвое, а прик-
репление к валику пустить сна-
чала свободно, чтобы при вра-
щении она облегала валик ещё
до натяжения.
2. Подвести указатель вплот-
ную к рычагу, к концу которого
подвешен груз.
3. Вращать медленно и рав-
номерно ручку ворота, наматы-
вая на валик нить до тех
пока нить не оборвётся.
Снявши груз, под-
вести рычаг обратно к
указателю, не сдвигая
последний с его места.
4. Измерить рас-
стояние в миллиметрах
от точки привеса длинного
до вертикальной линии, проходящей через ось рычага (вертикальная
линия может быть определена при помощи отвеса от оси рычага).
5. Также измерить расстояние (/?) от точки привеса короткого
рычага до вертикальной линии, проходящей через ось.
Вывесить груз (Р).
Теперь по этим данным определить силу натяжения нити из равенства
моментов:
рычага (а) по горизонтальному направлению
ра = xb,
где х — искомая сила натяжения.
Второй вариант измерений таков: зная длину плеча рычага I от оси
вращения до точки привеса и измеряя в градусах угол поворота (а),
217
можно определить момент силы по формуле:
М = pl cos а,
откуда
М I
х = т=ртсоза.
§ 4. Приборы для определения прочности бумаги
Предыдущий прибор можно приспособить и для определения проч-
ности бумаги. Для этого вырезают из бумаги образец (рис. 367).
Края его зажимают между двумя кусочками картона и затем свинчи-
вают между двумя пластинками с тремя отверстиями из „Конструктора".
Рис. 367
Против средних отверстий в картонках делают дырочки, через которые
продевают верёвочку, один конец привязывают к правому плечу выше-
описанного прибора, а другой — наматывают на вал.
Измерив толщину бумаги, определяют площадь поперечного сечения
и затем напряжение, приводящее к разрыву.
§ 5. Деформация прогиба
Простейшим прибором для демонстрации прогиба является лук, сде-
ланный из испытуемого материала, укреплённый на деревянной стойке,
снабжённой шкалой из миллиметровой бумаги. К луку подвешивается
чашка для нагрузки, снабжённая указателем из проволоки (рис. 368).
Для того чтобы эти опыты сделать более наглядными, построим
из деталей „ Конструктора * коллекцию балок различных сечений, для
чего используем угловое и полосовое железо, соединив его болтами
(рис. 369); мы получим балки в 320 мм длиной и наиболее употреби-
тельных сечений, т. е. угловое железо, зетовое, швеллер, тавровую
и двутавровую балки. Для демонстрации их прогиба к балкам следует
прикрепить два отрезка углового железа на пятых отверстиях от кон-
цов балки в качестве точек опоры, а на концах балок навстречу друг
другу поставить при помощи валов и соединительных муфт (рис. 370)
два плоских зеркала.
Демонстрация прогиба в данном случае ведётся при помощи проек-
ционного фонаря (рис. 371), от которого луч света с изображением
стрелки отбрасывается сначала на правое зеркало, зайчик от него пе-
рехватывается левым зеркалом и с него луч уже отбрасывается на
экран со шкалой. Благодаря большой длине светового указателя чув-
218
Рис. 368
ствительность установки очень велика, и достаточно небольшой на-
грузки, чтобы вызвать значительное перемещение по шкале светового
зайчика.
Эти опыты следует провести с такими статическими сооружениями
из „Конструктора \ как мосты, стрелы кранов и др. (рис. 372).
219
Л
6
I
Рис. 371
Рис. 372
Рис. 373
§ 7. Деформация кручения
Для этого опыта левый конец полосового железа с уголковой на-
кладкой закрепим при помощи муфты и вала наверху демонстрационной
рамы, а в правый конец укрепим муфту с валом, последний проденем
сквозь верхнее отверстие полосового (или углового) железа с семью
отверстиями, укреплённого сбоку рамы (рис. 373); на выступающий
конец вала поставим среднюю круглую плиту и соединительную муфту
с зеркалом.
Теперь, если к плите прикрепим нить, затем перекинем её через
желобок и станем её нагружать, то получим кручение. Установка до-
статочно чувствительна: луч света, отброшенный от проекционного
фонаря на зеркало, даёт световой зайчик, перемещающийся по шкале
в зависимости от нагрузки.
ГЛАВА VII
ГИДРОСТАТИКА
§ 1. Гидравлический пресс
Этот важный технический прибор служит для получения больших
сил при помощи малых давлений. Р. Поль предлагает его выполнить
таким образом: на массивной деревянной подставке укрепляется гори-
зонтально толстый деревянный брус при помощи двух длинных желез-
ных болтов; между болтами на под-
ставку ставится железное ведро с вхо-
дящей в него футбольной камерой,
которая при помощи резиновой трубки
соединяется с водопроводом. Для из-
мерения давлений эту трубку (рис. 374)
можно соединить со ртутным мано-
метром для больших давлений. На
футбольную камеру сверху опускается
цилиндрический деревянный поршень,
соответствующий диаметру ведра, он
должен входить свободно, так как
просачивания жидкости между ним и
стенками сосуда здесь быть не может.
Поль говорит, что при диаметре ре-
Рис. 374 зиновой камеры в 30 см и давлении
водопровода в 4 #г/см он получал
давление до 3 /п, а на таком же прессе, выполненном в лаборатории
ЦНИИ11 при давлении в 2 кг/см и площади 500 см2, удалось получить
давление до 1 tn.
§ 2. Прибор Паскаля
Чтобы показать, что давление жидкости на дно сосуда не зависит
от формы сосуда, построим прибор с упругой мембраной в качестве
дна сосуда. Возьмём для этого небольшую жестяную баночку (напри-
мер, из-под перца), вырежем у неё дно, но так, чтобы при этом со-
хранить боковой валик. Затем из твёрдой жести припаяем с боков две
пластинки аа (рис. 376), согнутые под прямым углом. Далее подберём
корковую пробку, плотно закрывающую ее до половины и, наконец,
из тонкой резины сделаем дно (можно воспользоваться животным пузы-
рём или несколькими слоями детского воздушного шара).
222
н+НШв
В качестве сосудов для наполнения водой возьмём стеклянную
химическую воронку вышиной около 20—25 см, затем подберём
стеклянную трубку такого же диаметра и по этому диаметру про-
сверлим в пробке отверстие, чтобы воронка и трубка входили в неё
со значительным трением. Когда эти главные части прибора готовы,
можно его собрать. Для этого на деревянной подставке укрепим две
вертикальные стойки (рис. 375, 376),
банку. В них же на горизонтальной
Рис. 377
на которые поставим железную
оси укрепим рычажок, снабжён-
ный небольшим отростком,
упирающимся в дно, и про-
тивовесом на противополож-
ной стороне. На этой же
подставке против конца стрел-
ки следует поставить шкалу;
что же касается определения
высоты жидкости, то можно
сделать соответствующий ука-
затель, но можно измерять
и простой линейкой. Чувст-
вительность прибора зависит
от эластичности мембраны.
Поэтому при постройке сле-
дует отдать предпочтение
резине.
На рисунке 376 справа
изображён набор сосудов для
опытов с прибором Паскаля.
Диаметр трубок не дол-
жен быть слишком мал, что-
бы можно было пренебречь
капиллярными силами.
Для выливания воды из прибора можно сбоку в жестяную банку
впаять короткую латунную трубочку с резиновым наконечником, запи-
рающимся химическим зажимом, или стеклянный кран.
§ 3. Давление жидкости снизу вверх
Для демонстрации этого явления берётся воронка с длинной труб-
кой и широкий конец её закрывается тонкой резиновой перепонкой (от
детского воздушного шара). Трубка при помощи жестяных пластинок
прикрепляется к деревянной пропарафиненной дощечке с миллиметро-
вой бумагой. Для демоне грации воронка соединяется резиновой труб-
кой с открытым манометром (рис. 377).
§ 4. Боковое давление жидкости
Стеклянная воронка с длинной трубкой сгибается, и затем отверстие
закрывается тонкой резиновой перепонкой. Воронка прикрепляется жес-
224
тяными пластинками к деревянной шкале с миллиметровой бумагой.
Как и в первом случае, для демонстрации прибор соединяется с
открытым манометром (рис. 378).
§ 5. Демонстрация вытекающей струи
Для постройки этого прибора возьмём консервную банку, просвер-
лим круглое отверстие в середине дна и затем впаяем в него латунную
трубку, закрытую снизу. В трубке в трёх местах на разной высоте
просверлим три небольших отверстия и затем консервную банку и сна-
ружи, и внутри покроем в два слоя масляной или эмалевой краской.
Прибор укрепим на штативе, состоящем из подставки и широкой
стойки, оклеенной миллиметровой бумагой (рис. 379). Для приёма
воды на подставку следует поставить ванну, сделанную из жести или
цинка.
Если достать латунную трубку не удаётся, то трубку можно сде-
лать из бумаги. Делается это так: на какой-нибудь деревянной палочке
с клеем наматывается лист бумаги, затем трубка снимается с палочки и
проваривается в парафине
или покрывается лаком и
затем при помощи пробки
соединяется с консервной
банкой.
§ 6. Реакция вытекающей
струи
Этот простой, но чрез-
вычайно важный прибор
состоит всего из трёх
частей: стеклянной ворон-
ки, резиновой трубки и
стеклянной трубки, согну-
той под углом (рис. 380).
§ 7. Сегнерово колесо
Этот прибор состоит
Рис. 378
из консервной банки, со-
единённой со стеклянной
трубкой, несущей на ниж-
нем конце пробку с двумя стеклянными же трубочками, согнутыми
под прямым углом (рис. 381).
Для демонстрации банка при помощи нитки подвешивается к Г-об-
разному штативу.
15 Самодельные приборы по физике
225
Рис. 380
Рис. 379
Рис. 383
Рис. 384
226
§ 8. Сообщающиеся сосуды
Сообщающиеся сосуды для определения удельных весов жидкостей
могут быть сделаны в виде U-образных трубок, согнутых в три колена
(рис. 382) или соединённых каучуковой трубкой и укреплённых на
вертикальной доске со шкалой из миллиметровой бумаги (рис. 383, 384).
§ 9. Фонтан
На деревянной подставке надо построить башню, наверху которой
укрепить большую
Для этого трубка
отверстие, в него
консервную банку с водомерным стеклом сбоку,
загибается в два колена, в банке просверливается
впаивается короткая трубочка и в неё с пробкой
вставляется трубка. В дно банки также при
помощи пробки вставляется стеклянная трубка,
которая под доской загибается (или соеди-
няется резиновой трубкой) и затем выводится
опять наружу с оттянутым концом. Конец этот
с пробкой проходит внутри низкой консервной
банки, служащей резервуаром для фонтана
(рис. 385).
Рис. 385
Между прочим, для некоторых опытов (по механике — демонстрация
струи на экране, по электричеству — заряжение струи) нам потребуется
высокий фонтан; для этого большую консервную банку можно прикре-
пить к стене и от неё отвести длинную резиновую трубку со стеклян-
ным наконечником и оттянутым концом.
§ 10. Гидравлический таран
Этот прибор, являющийся хорошей иллюстрацией закона Ньютона
и демонстрирующий гидравлический удар, может быть выполнен очень
просто: в трубку из водонапорного бака в нижней части при помощи
резиновых трубок включён тройник с оттянутым концом. На нижний
конец тройника надевается кусок резиновой трубки с химическим за-
жимом (или ставится кран, рис. 386). Открывают кран и дают воде
свободно вытекать из крана широкой струёй; затем внезапно закрывают
15*
227
кран, тогда струя воды, вследствие инерции движения, устремляется
в верхний открытый конец тройника и на мгновенье поднимается выше
уровня воды в верхнем сосуде.
§11. Гидростатические весы
Можно показать на опыте, что „всякое тело, погружённое в
жидкость, теряет в своём весе столько, сколько весит вытесненная
жидкость44; но на основании 3-го закона Ньютона можно утверждать, что
и тело, погружённое в жидкость, давит на
неё с такой силой, с какой жидкость давит
на него.
Чтобы показать на опыте эту вторую
половину закона, построим Г-образную стойку
для подвешивания к ней тела, погружаемого
в жидкость, уравновешенную перед этим на весах. Для того чтобы
снова уравновесить весы, придётся правую чашку нагрузить гирями,
соответствующими весу вытесненной жидкости (рис. 387).
§ 12. Капиллярные трубки
Чтобы показать явление волосности, проще всего воспользоваться
готовыми капиллярами, но можно это же самое явление показать при
помощи обыкновенных соломинок, представляющих собой естественные
капилляры.
Для этого подберём коллекцию различного сечения соломинок,
обрежем их бритвой (по величине диапозитива) и при помощи лака на-
клеим их на диапозитивное стекло.. Затем из куска жести сделаем
продолговатую ванночку (размер диапозитива 8 ся X 8 см). наполним
эту ванночку подкрашенной водой, опустим туда стекло с соломинками
и поставим прибор в проекционный фонарь.
228
Для того чтобы показать высоту поднятия воды в капиллярах,
полезно на стекло с другой стороны наклеить прозрачную миллимет-
ровую бумагу (рис. 388).
Чтобы ярче показать явление, лучше, поставив капилляры в фонарь,
отфокуспрозать прибор на экране и затем уже в ванночку пипеткой
налить подкрашенную воду, тогда зритель увидит, как жидкость бу-
дет подниматься по капиллярам.
Этот же опыт можно на экране показать ещё следующим образом:
возьмём два диапозитивных стекла, тщательно промоем их водой с мылом
и содой, затем на одно стекло наклеим прозрачную миллиметровую бу-
магу и, сложив оба стекла (чистыми поверхностями друг к другу),
Рис. 389
Рис. 388
вставим с одной стороны, сбоку, узенькую полоску картона, чтобы между
стёклами образовалась клиновидная щель; стянем оба стекла резин-
ками или нитками. Теперь опустим эти пластинки в ванночку с под-
крашенной водой, установленную в проекционном фонаре, и мы на эк-
ране увидим картину, изображённую на рисунке 389.
Необходимо соблюсти чистоту стеклянных поверхностей.
§ 13» Водяные часы
Водяные часы принадлежат к древнейшим физическим приборам.
Вначале их устраивали так, что вода из сосуда вытекала через кро-
шечное отверстие каплями через определённый промежуток времени;
позже для этого использовали явление волосности; так же поступим и мы.
Сначала проделайте такой опыт: возьмите два стакана, поставьте
их рядом, но один выше другого, затем отрежьте узенькую ленточку
из сукна (фитиль) и положите её в верхний стакан так, чтобы другой
конец её свисал и касался воды в нижнем, и затем в верхний налейте
воды. Через некоторое время фитиль смочится водой, и вода будет
постепенно переливаться по капиллярам, аналогично сифону, в нижний
сосуд. Вот это явление мы используем для постройки часов с неболь-
шим усовершенствованием для поддержания постоянного уровня в верх-
нем сосуде, что необходимо для равномерного стекания воды, для
этого в верхний сосуд опустим колбу с водой горлышком вниз, из
229
которого вода будет постепенно вытекать и держать воду в среднем
сосуде на уровне отверстия горла колбы.
Прежде всего для часов подберём две банки — одну высокую срав-
нительно с небольшим диаметром, а вторую, наоборот, низенькую с
с большим диаметром и, наконец, колбу.
Все эти три сосуда поместим в корпус часов, сделанный из дерева
и фанеры (рис. 390). Высокий цилиндр поставим на дно, широкий — на
среднюю полосу и колбу укрепим в верхней полочке с соответствую-
щим вырезом. Для наполнения водой сосудов необходимо заднюю
стенку часов сделать подъёмной. Теперь, если мы в средний сосуд
опустим фитиль из пряжи или шерстяных ниток и наполним два верх-
них сосуда водой,
фитилю будет переходить в
нижний. Этот фитиль, кстати
сказать, является в то же
время и регулятором: чтобы
вода вытекала быстрее, при-
бавьте в фитиль несколько
ниток; наоборот, чтобы часы
не забегали вперёд, нужно
сделать фитиль потоньше.
Теперь, чтобы изменение
уровня воды в нижнем сосуде
использовать для измерения
времени, сделаем передаточ-
ный механизм и циферблат.
Для этого на верхней крыш-
ке укрепим деревянную сто-
ечку с металлическим подшип-
ником, представляющим со-
бой пластинку с отверстиями
для оси. К
прикрепим
и в центре
подшипник,
по
то она постепенно
Рис. 390
передней
диск из
поставим
а затем
крышке
фанеры
второй
в эти
подшипники поставим ось с небольшим роликом (можно из „ Конструк-
тора"). Через этот ролик перекинем прочную нить два раза, чтобы
ролик не буксовал, и на один конец этой нити прикрепим деревянный
поплавок; его опустим в нижний сосуд, а на другой конец — грузик
из свинца (противовес). На диск наклеим циферблат, а на ось при-
крепим лёгкую стрелку. Стрелку обязательно нужно сделать двухконеч-
ную с таким расчётом, чтобы её центр тяжести точно совпадал с осью
вращения, в противном случае ролик при ходе часов будет буксовать.
Во избежание этого полезно ролик потереть канифолью, как это де-
лают с передаточными ремнями.
Градуировка часов производится при помощи фитиля, при большей
его толщине вода будет вытекать быстрее, при меньшей — медленнее.
Следовательно, можно подобрать такую толщину фитиля, при которой
за час стрелка повернётся только на 1/12 часть окружности.
230
§ 14. Цепной водоподъёмник
По идее этот прибор чрезвычайно прост: действие его основано на
молекулярном сцеплении, где оно проявляется в такой убедительной
форме, что поражает своей неожиданностью. В этом насосе нет никаких
цилиндров, поршней, клапанов, а следовательно, и атмосферное давле-
ние не играет никакой роли, а поэтому этот водоподъёмник в полном
смысле слова называть „насосом* мы не можем.
Прибор состоит из бесконечной цепи, перекинутой через два блока,
расположенных относительно друг j _
друга на вертикальной прямой; они
приводятся в движение при помо-
щи рукоятки у верхнего блока;
нижний блок опущен в воду. При
движении цепь (звенья которой
составлены из спирально загнутых
пружин или резиновых дисков)
проходит по нижнему блоку, сма-
чивается водой и несёт её кверху
беспрерывным потоком, а вверху,
Рис. 391
Рис. 392
когда цепь обходит по верхнему блоку, вследствие центробежной силы
вода сбрызгивается с цепи и попадает на подставленный металлический
лоток. В этом лотке устроены два отверстия, в которых движется
цепь (для того чтобы вода не могла скатываться в эти отверстия, на
них напаиваются два небольших цилиндра). Когда мы видим этот насос
в бездействии, то кажется невероятным, чтобы он мог поднять воду,
но как только его приводят в движение, то сейчас же вслед за первым
проходом цепи по воде последняя начинает бежать непрерывной
струёй (рис. 391).
Более совершенный тип насоса представляет собой металлический
трос, на который надевается целый ряд твёрдых кружков, разделённых
между собой небольшими по диаметру каучуковыми шайбами. Вода,
попав в эти промежутки, удерживается в них под влиянием молекуляр-
ных сил. Такой насос может действовать даже при медленном движе-
нии троса, благодаря чему вал, по которому скользит трос, можно
вращать от руки без всяких передаточных приспособлений. Поднятая
наверх вода выливается из промежутков между кружками (когда по-
231
следние принимают вертикальное положение). При медленном движении
это происходит просто в силу собственной тяжести воды, в том же случае,
когда насос приводится в быстрое движение, то вода выливается под
действием центробежной силы (рис. 392).
В упрощённой установке металл можно заменить деревом, а пода-
ющий трос с шайбами — простой бечёвкой. При описании этой модели
я буду придерживаться тех данных, которые у нас получились при
её постройке, но они, конечно, не являются обязательными, и их в за-
висимости от скорости движе-
ния можно изменять в ту или
другую сторону.
Из доски толщиной в 1 см
вырежем два кружка для бло-
ков диаметром 20 см; для того
чтобы образовать желобок на
блоке, из фанеры выпилим че-
тыре кружка диаметром 21 см;
эти кружки прикрепим к тол-
стым колёсам и затем, чтобы
фанера не размокла в воде, по-
кроем эти блоки несколько раз
масляной краской или асфаль-
товым лаком. Затем построим
прямоугольную раму из планок
сечением 5 см X 13 см и длиной
в 40 см. Планок этих нужно
четыре—две укрепляются вверху
друг против друга, отступя
Рис. 393 Рис. 394 j см от Края, н две планки
внизу, отступя от низа 33 см;
к нижним планкам прикрепим перпендикулярно ещё две планки та-
кого же сечения длиной 13 см (рис. 393). Для устойчивости рамы
внизу к ней прикрепляем два бруска 5 см X 5 см и длиной 45 см
(на рисунке не показаны).
В качестве оси для нижнего блока воспользуемся обыкновенным
проволочным гвоздём, для оси верхнего блока употребим проволоку
диаметром 8 мм> из которой согнём рукоятку для вращения блока.
В качестве цепи для подачи воды воспользуемся обыкновенной бе-
чёвкой, которую перекинем через оба блока несколько раз (в зави-
симости от её толщины), а для лучшего захватывания воды через
каждые 10 см навяжем узлы и когда, поставив ведро с водой под
нижний блок, приведём нашу машину в движение, то, вследствие сцеп-
ления, вода будет подниматься кверху.
Для сбора этой воды изготовим из листового железа лоток и при-
крепим его несколько наклонно непосредственно под верхним блоком.
На краях отверстий, пропускающих верёвку, навяжем небольшие ко-
лечки, а чтобы защититься от этого брызжущего во все стороны сна-
ряда, всю верхнюю часть обошьём листовым железом (рис. 394).
232
Приложение 7
ОБРАБОТКА СТЕКЛА
Приборы для опытов с жидкостями и газами в значительной части
делаются из стекла, поэтому необходимо научиться обрабатывать стекло.
Стекло обрабатывают холодным и горячим способом.
Работа с плоским стеклом в наших условиях сводится к разре-
зыванию стекла, вырезыванию из него кругов, обтачиванию кромок и
просверливанию отверстий.
Резка выполняется при помощи алмаза, осколок этого минерала
с острой гранью вставлен в медную оправу. При покупке необходимо
алмаз испробовать, среди них всречаются осколки с затупленной гранью;
такой алмаз не может чисто резать.
Работа с алмазом требует осторожности, если мы не хотим быстро
привести его в негодность. Алмаз должен легко скользить по стеклу
с характерным режущим звуком, хж
оставляя ровные края и не очень __________ _______ д»
грубую черту. Стекло разрезают
по прямой линии, прикладывая ли- Ш II а
нейку около 5 мм толщиной (чер- |И В J
тёжные линейки для этой цели не Ц
годятся) и повернув к себе алмаз И ____________ В_____9
той стороной, где на ручке имеется —
круглое пятнышко, белое на чёр-
ной или чёрное на белой. Разрез ^ис*
ведут слева направо легко, отнюдь
не нажимая алмаз и не доводят до края стекла, так как иначе алмаз,
срываясь со стекла, быстро приходит в негодность.
Такое стекло разламывается по черте просто в руках, если же
стекло толстое, то под линию обреза подкладывают совершенно ров-
ную линейку или просто кладут на край стола и слегка надавливают
вниз, на свешивающуюся часть.
Если для резки стёкол нет алмаза, то можно воспользоваться кварцем,
который твёрже стекла. Из разновидностей кварца более всего приго-
ден горный хрусталь, представляющий собой кристаллы в виде шести-
гранных призм — встречается он довольно часто и его можно найти в
любой школьной коллекции. Для резки выбирают более острый угол и
им проводят черту.
Вырезывание кругов производится при помощи небольшого станочка
очень простого устройства. На деревянной подставке укрепляется
Г-образная стойка, на конце её просверливается круглое отверстие,
в него вставляется деревянная ось, которая с лёгким трением, но без
колебаний может вращаться. Эта ось на нижнем конце имеет продол-
говатый пропил, в котором перемещается плоская линейка. При по-
мощи винта линейку можно закреплять в любом положении. К концу
линейки прикрепляется алмаз (рис. 395).
Для резания стекла в этом станке стекло кладётся на подставку,
линейка закрепляется таким образом, чтобы расстояние алмаза от оси
233
вращения равнялось радиусу нужного нам стеклянного круга, алмаз
опускается до соприкосновения со стеклом и легко без нажима прочер-
чивается круговая черта только один раз, и затем ненужные части
обламываются, для чего проводится ещё несколько касательных линий
к окружности алмазом (рис. 396).
Обтачивание и обравнивание стекла делается напильником с мел-
кой насечкой, смоченным в растворе канифоли в скипидаре или на
наждачном круге.
Сверление маленьких отверстий в стекле в 1—2 мм совер-
шается при помощи сверла, употребляемого оптиками; оно состоит из де-
ревянного стержня, в который вставляется сверло из стали, на нижней
трети стержня укрепляется тяжёлый маховик, отлитый из свинца. Для
приведения его в действие из 5 мм фанеры выпиливается дощечка,
указанной на рисунке формы, с круглым отверстием в середине, со-
вершенно свободно скользящим по стержню. Затем берётся прочная
нитка и концами укрепляется на концах дощечек, а середина её при-
крепляется к верху стержня (рис. 397).
Теперь, если левой рукой упереться в дощечку и затем правой
рукой повернуть несколько раз сверло, то нитка с обеих сторон намо-
тается на стержень, отчего дощечка поднимется кверху. Далее следует
сверло установить на точку, где необходимо просверлить отверстие.
Стекло в этом месте смочить скипидаром, в крайнем случае можно и
водой с наждаком, затем убрать левую руку, а правой нажимать вниз,
отчего нитка будет раскручиваться и приведёт сверло в движение.
Когда нитка раскрутится, следует ослабить давление на дощечку, и
сверло благодаря тяжёлому маховику будет продолжать движение, отчего
нитка будет наматываться на стержень снова, но в обратную сторону,
и когда дощечка опять поднимется до верха, следует снова усилить на
ней давление, и сверло остановится и начнёт движение, но уже в об-
ратную сторону и т. д., пока не будет просверлено отверстие.
При сверлении начальную точку отмечают алмазом и сверлят, всё
время смачивая сверло скипидаром с канифолью, и если нужно, под-
234
тачивают время от времени сверло при помощи точильного камня.
Вместо сверла можно взять трёхгранный или круглый напильник ма-
ленького размера, так называемый „крысиный хвост“. Надавливать на
сверло нельзя; под просверливаемое место нужно положить кусочек
свинцовой пластинки или совершенно ровную дощечку. Работа эта
требует большого терпения, причём лучше, просверлив до половины
с одной стороны, перевернуть стекло и закончить с другой стороны,
иначе возможна поломка стекла.
Просверливание больших дыр в плоском стекле совершается при
помощи несложного станочка (рис. 398). В массивной деревянной
подставке укрепляются две дере-
вянные стойки в 10 см высотой.
Между этими стойками укрепля-
ются винтами два бруска из твёр-
дого дерева (дуб, бук, боккаут).
Первый укрепляется на верху
стоек, а второй на высоте 2 см
от основания. В обоих брусках
по середине просверливаются от-
верстия для оси сверла. Ось также
может быть сделана из какого-
нибудь твёрдого дерева. На верх!
колесо (лучше всего отлить его
Рис. 398
<й её конец укрепляется тяжёлое
из свинца) с рукояткой для вра-
щения.
Свёрла делаются из железных трубочек (в крайнем случае можно
пользоваться и латунными трубками). На эти трубки с одного конца
по кромке наносятся напильником нарезы в виде зубчиков, и чем
мельче будут эти зубчики, т. е. чем больше их число, тем лучше.
Стекло кладётся на совершенно гладкую дощечку или кусок свинца
и подводится в станок под трубку, в которую наливают скипидар и
посыпают наждак. Вращая маховик с небольшой скоростью, которую
даёт только практика, и подсыпая наждак, можно сравнительно в ко-
роткий срок высверлить отверстие. Необходимо следить, чтобы трубка
была перпендикулярна к плоскости стекла, иначе сверление пойдёт вкось.
Лучше просверлить с одной стороны стекло до половины, перевернуть
стекло и докончить с другой стороны.
Разрезание бутылок. Бутылки представляют собой очень ценный
материал в физическом кабинете. Они пригодны для химических опытов
и постройки физических приборов. Для этого их иногда приходится
подвергать некоторой обработке. В одних случаях мы пользуемся гор-
лышками, как воронками, в других средней цилиндрической частью —
для устройства насосов, водяных турбин и т. п., и, наконец, в третьих,
нижней частью—для устройства элементов, аккумуляторов и пр. Всё
это требует умелой резки. В литературе имеется большое число спо-
собов этой операции. Как показывает опыт, наиболее совершенный
способ заключается в следующем: возьмите прочную бечёвку, привя-
жите её к дверной ручке или гвоздю в стене, а другой конец — к
своему поясу или обмотайте вокруг себя. Затем оберните этот шнур
235
один раз вокруг бутылки и, натянув верёвку, водите бутылку взад
и вперёд с тем, чтобы верёвка тёрлась об одно и тоже место бутылки
(рис. 399). Для того чтобы верёвка не соскользнула во время этой
операции, необходимо к бутылке с обеих сторон места разреза при-
вязать или даже приклеить картонные кольца. Когда от этого трения
место разреза на бутылке нагреется, быстро выньте бутылку из петли
и облейте её холодной водой, от этого бутылка лопнет по линии на-
грева. Если линия разреза получится неровной, то её можно сгладить
хорошо закалённым напильником или наждачным камнем.
Чистый разрез бутылки достигается и при помощи электрического
тока. Для этого возьмите небольшой, около 30 см, отрезок тонкой
железной проволоки и оберните ею бутылку по черте разреза, но так,
чтобы концы этой проволоки не соприкасались друг с другом (рис. 400).
Затем проволоку включите в сеть городского освещения через лампу,
а ещё лучше через ламповый реостат, и включите ток. Через некото-
рое время проволока накалится докрасна (если она не будет накаливаться,
значит проволока слишком толста, нужно взять тоньше, или же лам-
почка представляет собой слишком большое сопротивление, следует
включить две, три такие лампочки параллельно друг другу). Как
только проволока накалится и нагреет стекло бутылки, быстро выклю-
чите ток и облейте бутылку холодной водой. Результат будет тот же,
что и в предыдущем опыте.
Обработка трубок. Теперь мы переходим к описанию горячих
способов обработки стекла. Такой обработке в обычных условиях под-
даются трубки, являющиеся незаменимым материалом при собирании
химических приборов и некоторых физических установок.
236
В продаже имеется много сортов трубок, но далеко не все они
годятся для наших работ. Самыми подходящими сортами для нас будут
легкоплавкие трубки из свинцового или натрового стекла. Такие
трубки—белого или слегка желтоватого цвета (зеленоватый цвет —
признак тугоплавкого калиевого стекла). Трубки, у которых при внеш-
нем диаметре 5—10 мм внутренний канал не больше 2 мм, назы-
ваются барометрическими и для наших работ непригодны, так как
допускают только резку, да и то с трудом, при всех же остальных
операциях лопаются. Также непригодны нам и широкие, толстостенные
трубки, которые вследствие дурной закалки почти всегда лопаются,
даже при холодной обработке. Есть ещё один признак непригодных
для работы трубок—это тонкие блестящие полоски, идущие во мно-
жестве вдоль трубок. Эти полоски не что иное, как канальцы с воз-
духом, образовавшиеся во время вытягивания трубок. При нагревании
в этих канальцах воздух расширяется и трубки лопаются.
Работа с трубками довольно сложная и тонкая, и потому необхо-
димо очень внимательно отнестись к тем мелочам, которые подчас
могут нам принести неприятность. Эта несложная
на первый взгляд работа требует некоторого
опыта.
Уже одно то,- что при обработке трубок тре-
буется незначительное оборудование, указывает на
то, что эта работа опирается целиком на искусство и
навык мастера. К этому оборудованию мы отнесём
в первую очередь горелку, обычно газовую (но
мы будем пользоваться спиртовой лампочкой), на- Рис. 401
Пильняки и, наконец, обугленные палочки.
Спиртовая лампочка. Подберём низкий и широкий стеклянный
флакончик из-под чернил пли туши. Проколем в жести отверстие,
затем при помощи напильника рассверлим его до диаметра в 5—7 мм.
Затем вырежем из этой жести кружок в 40 мм диаметром так, чтобы
дырка пришлась как раз в середине кружка. Обрежем латунную
трубочку по диаметру отверстия и длиной в 40—50 мм, вставим
трубку в кружок, припаяем и, сделав из ваты или бумажных ниток
фитиль по толщине трубки, вставим его в трубку, и лампочка готова
(рис. 401).
Если вам не удастся найти подходящей латунной трубочки, то
из жести вырежьте прямоугольник 15 мм X 40 мм и согните из него
трубочку; запаивать её шов совсем не нужно. Не смущайтесь, если
она у вас получится не круглой, наоборот, лучше, если она будет
иметь продолговатый разрез. Гораздо лучше для стеклодувных работ
пользоваться не круглым, а плоским фитилём, поэтому, если вам
удастся найти готовую латунную трубку, то и такую рекомен-
дуется слегка расплющить для плоского фитиля. Теперь остаётся
только из этой же жести сделать колпачок для тушения огня.
В работе такая лампочка не уступает покупной, но у неё есть
неустранимый недостаток: её нельзя плотно закрыть, поэтому спирт
из неё быстро испарится. Чтобы не тратить его зря, каждый раз
237
Рис. 402
следует наливать спирт в таком количестве, сколько нужно для дан-
ного опыта; если же он остаётся, то лучше сливать обратно в плотно
закрывающийся флакон с притёртой пробкой.
Ещё замечание: если почему-либо спирт вспыхнет, то лучше его
не заливать водой, а гасить песком, который необходимо всегда иметь
под руками. Фитиль должен доходить до дна лампочки; загрязнённый
чем-нибудь конец его следует, загасив предварительно лампочку, не-
медленно срезывать. Чтобы погасить лампочку, следует пользоваться
колпачком.
Резка стеклянных трубок. Возьмём левой рукой стеклянную
трубку, положим её на спичечную коробку так, чтобы на коробке
лежала та часть трубки, которую мы хотим обломать. В правую возь-
мём трёхгранный напильник, обмакнём его в скипидар и ребром
напильника несколько раз проведём
взад п вперёд поперёк трубки. На
трубке от этого получится небольшая
чёрточка. (Надо помнить, что тонкую
трубку очень легко раздавить на-
пильником, поэтому нельзя сильно
нажимать на трубку.) Затем возьмём
трубку обеими руками так, чтобы ногти
больших пальцев правой и левой руки
упирались в трубку против сделанной
напильником черты. Постараемся те-
перь разорвать трубку; для этого
концами больших пальцев надавим на
трубку вниз, а остальными пальцами будем тянуть концы обратно,
т. е. будем ломать трубку так же, как мы ломаем деревянную
палочку. Трубка разломится там, где мы напильником сделаем
черту.
Как согнуть стеклянную трубку. Если стеклянную трубку
сильно нагреть на огне, она делается мягкой. Такую размягчённую
в каком-нибудь месте трубку можно как угодно согнуть; тонкие и
очень легкоплавкие трубки удаётся сгибать просто на свечке. Для
этого возьмём трубку обеими руками и то место, в котором мы хотим
согнуть трубку, поместим в пламень спиртовой лампы. Самый боль-
шой жар будет не у фитиля, а выше, примерно на высоте 2/3 пламени.
В этом месте мы и будем держать трубку. Если мы будем её дер-
жать неподвижно на огне, то она снизу будет сильно нагреваться,
а сверху мало. Чтобы трубка вся кругом прогревалась и лучше согну-
лась, её надо всё время вращать и немного передвигать по огню то
в одну, то в другую сторону. Когда трубка хорошо прогреется, она
станет мягкой и сама может гнуться (рис. 402). Теперь прекратим
вращение и начнём её сгибать. Сгибать трубку нужно, поднимая её
концы осторожно вверх, а то место, которое сгибается, надо держать
на огне и немного передвигать из стороны в сторону.
Сгибание трубок на первых порах сопровождается такими неприят-
ными сюрпризами: трубка на месте сгиба либо сплющивается, либо
238
с внутренней стороны угла на ней появляются складки. Первый недо-
статок получается вследствие того, что трубка при нагревании не
передвигалась в пламени и благодаря этому размягчился слишком
небольшой участок, чтобы он мог образовать плавный изгиб. Второй
недостаток получается вследствие неравномерного нагревания по окруж-
ности трубки — одна из сторон размягчилась гораздо больше, чем дру-
гая, а потому на внутренней стороне образовалась складка. Чтобы
избежать того и другого, следует один конец трубки закрыть плотно
пробкой и, размягчив сгибаемое место, вдувать воздух с другого
конца, тогда внутреннее давление воздуха может исправить эти
недостатки.
Когда трубка согнётся так, как это нам нужно, вынем её из огня
и подержим некоторое время в руках, чтобы она затвердела. Затем
надо ей дать остыть; для этого не следует класть её на стол — она
может выжечь пятно и сама треснуть. Лучше подержать её в руках.
Оттягивание концов трубки. ____________ . < ____
Физику часто бывают нужны трубки * __ — ' ’*
с суженным концом; для этого её 1|нГ ~
нагревают и когда она размягчится,
разводят руки в противоположные JraS*
стороны (рис. 403). Степенью размяг-
чения и быстрого растягивания можно __
регулировать диаметр и длину наи-
более узкого места, получая оттяну-
тые концы с небольшими отверстиями. рис. 403
Нагревать трубку при этой операции
вначале нужно сильнее, чем при сгибании, а затем ослаблять нагрева-
ние, чтобы оттянутый конец не дал слишком тонких, а следовательно,
и легколомких стенок. Острые концы оттянутых трубок следует опла-
вить в пламени горелок.
Оплавление острых краёв делается в том случае, если на стеклян-
ную трубку надевается резиновая трубка, и для того чтобы об острые
края не разрезать рук при работе. Оплавленный кончик трубки дер-
жать в пламени до размягчения, непрерывно вращая трубку, следить,
насколько сгладились края, и в то же время не допускать сужения
внутреннего канала трубки.
Оплавление может быть соединено с расширением оплавленного
конца и даже придания ему воронкообразного вида. В этом случае,
нагрев конец трубки до размягчения, вводят внутрь обугленную па-
лочку с заострённым концом, всё время вращая трубку. Для развёр-
тывания краёв трубок следует сделать несколько развёрток из электро-
литического угля, сточив концы его в виде многогранных пирамид или
конусов разной вышины. Когда работа окончена, необходимо развёр-
нутый край ещё раз нагреть до размягчения и дать ему медленно
остыть, иначе он может лопнуть.
Запаивание конца. Когда трубка растянута, она имеет на оття-
нутом конце заплавленный хвостик, отломив кончик которого, можем
получить маленькое отверстие. Такой кончик очень ломок, и потому,
239
если нужен глухой конец, трубку запаивают. Трубку, предназначенную
для запаивания, лучше оттянуть быстро, чтобы кончик получился воз-
можно короче и тупее. Чтобы заплавленный конец приобрёл круглую
форму, следует при нагревании вдувать воздух с противоположного
конца, регулируя силу давления воздуха в зависимости от получаю-
щейся формы конца.
Выдувание отверстия. Если в трубке необходимо иметь боковое
отверстие, то для этого пользуются таким приёмом: запаивают один
конец трубки или просто затыкают пробкой, чтобы вдуваемый в труб-
ку воздух не выходил наружу, и затем нагревают до размягчения (не
поворачивая) в том месте, где нужно получить отверстие, и, наконец,
вдувают в трубку воздух, который сначала выпячивает наружу размягчён-
ную часть, а затем разрывает. Образовавшееся отверстие затем оплав-
ляют на пламени.
ГЛАВА VIII
ГАЗЫ
В элементарной физике в отделе „Газы* главными вопросами
являются вес воздуха, и сжимаемость газов и вытекающие отсюда след-
ствия — атмосферное давление и закон Бойля-Мариотта, следовательно,
на эти вопросы и должно быть обращено главное внимание.
§ 1. Определение удельного веса воздуха
Если в кабинете школы нет воздушного насоса, то определение
удельного веса воздуха можно сделать таким путём: берётся колба
ёмкостью 1 000 см* (не меньше 500 см*), закрывается плотно пробкой,
в которую вставляется стеклянная трубка с резиновым рукавом, запираю-
щимся химическим зажимом. Все эти соединения трубок и пробок
с колбой должны хорошо держать воздух.
Затем колба тщательно взвешивается (рх)\ воздух в колбе надевается
на пламени газовой или спиртовой горелки. Он от этого расширяется,
и часть его выходит наружу. Резиновый рукав закрывается зажимом,
и колба снова взвешивается (р2)« Если колба хорошо держит, то
второй вес окажется меньше веса колбы с воздухом. Чтобы определить
объём удалённого воздуха, рукав погружают в воду и открывают
зажим, вода под давлением наружного воздуха устремляется в колбу
с пониженным давлением и заполняет часть её, соответствующую
удалённому воздуху. После этого колба снова взвешивается (р3), чтобы
по весу воды определить объём эвакуированного воздуха, и тогда
удельный вес воздуха (d) будет равен:
d=p-^-S^.
Pi—Pl
Между прочим, очень хорошие результаты получаются, если в ка-
честве разреженного сосуда воспользоваться пустотной лампочкой
накаливания. Для этого она обёртывается марлей или кисеёй и взве-
шивается (р2), затем лампочка погружается целиком в воду, и там
под водой плоскогубцами отламывается острый кончик, через который
производилось откачивание воздуха, и лампочка взвешивается с водой
(р3); наконец, вода удаляется; баллончик тщательно высушивается, и
определяется вес лампочки с воздухом. Так как • пустотные лампочки
имеют очень высокий вакуум, то результаты, особенно, если поль-
зоваться большими лампочками, получаются очень хорошие.
16 Самодельные приборы по физике
241
§ 2. Чашечный барометр
с каналом около о мм
Рис. 404
Чтобы повторить опыт Торичелли, необходимо иметь около 1 —
1,5 кг чистой ртути. Ртуть очищается пропусканием через слабую
азотную кислоту, прополаскивается несколько раз водой и затем тща-
тельно высушивается.
Трубки для этого опыта употребляются с толстыми стенками,
диаметром и длиной около 800 мм\ один
конец такой трубки запаивается. Однако
обрезать такую трубку и затем запаять
один конец — дело довольно хлопотливое,
и поэтому лучше приобрести готовые
трубки, тем более, что они стоят недорого.
Трубки перед опытом промываются
азотной кислотой, водой и спиртом и затем
тщательно высушиваются; хорошо просыха-
ют трубки на батареях парового отопления.
Станок для опытов следует сделать
целиком из дерева таким образом: в мас-
gC-ивной, не менее 40 мм толщиной доске
посредине полукруглой стамеской выби-
рается овальное углубление около 30 мм
глубиной и в 60 мм длиной. Это углубле-
ние будет служить резервуаром для ртути.
Затем к этой подставке прикрепляется
Г-образная стойка с полукруглым вырезом
по диаметру барометрической трубки и
медным крючком для её закрепления
(рис. 404).
Опыт следует вести в таком порядке:
наполнить углубление в подставке ртутью,
затем налить ртуть в барометрическую
трубку, всё время слегка ударяя по ней
пальцами, чтобы выгнать весь воздух, при-
липший к стенкам, после этого закрыть
указательным пальцем правой руки труб-
ку, перевернуть её, опустить в углубле-
ние и уже там, под ртутью, отнять палец
и, наконец, поставить трубку на место и закрепить при помощи крючка.
Если для опыта была употреблена чистая ртуть, трубка хорошо
промыта и затем высушена и если во время опыта из трубки тща-
тельно удалён воздух, то ртуть в барометрической трубке устанав-
ливается на том же почти уровне, на котором в данный момент стоит
выверенный барометр.
Замечание. Чтобы во время переливания ртути не терять этой
дорогой жидкости и не отравлять воздуха лаборатории парами ртути,
следует все опыты проводить над железным подносом или большой
фотографической кюветой.
242
§ 3. Сифонный ртутный барометр
Чашечный барометр хранить неудобно — он громоздок,
из чашки легко пролить ртуть, поверхность ртути в чашке
слишком велика, она быстро загрязняется. Поэтому в каче-
стве постоянного барометра построим сифонный барометр,
который гораздо удобнее и его проще изготовить.
Для этого нужно достать готовую барометрическую
трубку, подобрать по её диаметру небольшую стеклянную
и соединительную резиновую. При помощи последней
соединим обе стеклянные трубки и места соединения туго
обвяжем тонкой, но крепкой суровой ниткой в несколько
оборотов, а для большей прочности нитку сверху покроем
лаком.
К открытой стеклянной трубке присоединим воронку и
через неё наполним трубку ртутью. Разумеется, перед этим
трубки должны быть хорошо промыты и тщательно высуше-
ны. Ртуть наливайте до тех пор, пока она, заполнив сте-
клянную и резиновую трубки, не покажется в воронке.
При наполнении трубок ртутью по временам встряхивайте
и сдавливайте резиновую трубку. Затем поставьте трубки
вертикально и, слегка постукивая по трубке пальцами, ста-
райтесь удалить из стеклянной и резиновой трубки остав-
шиеся пузырьки воздуха.
После этого наполненную запаянную трубку переверните
запаянным концом вверх, изогнув резиновую трубку в виде
колена, снимите с неё воронку и, надев её на один конец
открытой трубки, прикрепите трубки при помощи металли-
ческих скобочек к ранее заготовленной доске с милли-
метровой шкалой (рис. 405).
Барометр следует повесить на капитальную стенку в
таком месте, где его не могут случайно сломать, и дальше
от окон и печей, чтобы колебания температуры не оказы-
вали влияния на его показания.
Рис. 405
и
§ 4. Модель анероида
Возьмите жестяную банку из-под гуталина, без крышки, и затяните
её упругой резиновой перепонкой. В центре этой мембраны укрепите
нитку при помощи небольшого кусочка резины, приклеиваемого рези-
новым клеем, и перекиньте её через блок, снабжённый стрелкой-
указателем, укреплённой в небольшом штативе, на другой конец нити
привяжите небольшой груз (рис. 406) и поместите модель под колокол
воздушного насоса. При эластичной перепонке достаточно и слабого
разрежения, чтобы стрелка давала заметнее отклонения, поэтому для
этого опыта можно пользоваться простейшими насосами или даже от-
тягивать воздух ртом.
16*
243
§ 5. Трубка Мельде
Прибор, обычно употребляемый для демонстрации закона Бойля-
Мариотта, хотя и не сложен по конструкции и легко может быть
выполнен самостоятельно, но требует слишком много дефицитного
металла — ртути; кроме того, прибор слишком громоздок.
Трубка же Мельде требует такого незначительного количества
ртути и так проста по своей конструкции, что её необходимо построить
для лабораторной проработки закона
Бойля-Мариотта, тем более, что она позво-
ляет довольно точно определить бароме-
трическое давление.
Возьмите стеклянную трубку около
50—70 см длиной и с просветом 2—3 мм.
Тщательно промойте трубку, просушите
и затем запаяйте один конец и прогрейте
трубку, чтобы удалить из неё часть воз-
духа. Затем опустите её в ртуть для того,
чтобы после остывания в горизонтальном
Рис. 406
Рис. 407
положении, в трубке, приблизительно в средней её части, образовался
столбик в 10—20 см длиной. Это нужно сделать очень осторожно,
чтобы не разбить ртуть внутри трубки на отдельные капельки; если же
это случится, то постарайтесь соединить её с помощью железной
проволоки.
Далее сделаем основание для этой трубки в виде линейки с милли-
метровыми делениями, к этой линейке сзади прикрепляем планшайбу
из „ Конструктора“ и затем двумя скобочками приделываем трубку к
линейке. Поворачивать трубку во время опытов следует осторожно,
244
без толчков, чтобы не разбить ртуть, и не притрагиваясь к самой
трубке руками (рис. 407).
Опыты.
1. Прежде всего заметьте барометрическое давление (Ро) по ба-
рометру и длину ргутного столбика в трубке.
2. Положите трубку горизонтально и измерьте длину воздушного
столбика, запертого ртутью, которая будет выражать условно объём
воздуха в трубке (^0): данные объёма и давления занесите в таблицу
и подсчитайте произведение объёма на давление (строка I).
№№ измерения Объём воздушного столба Давление в мм ртути Произведение
1 V» Ро VoPo
11 Pl VlPl
III Pi V2P2
3, Осторожно поверните трубку и поставьте её вертикально откры-
тым концом вверх. Проверьте вертикальность по отвесу. Измерьте
длину воздушного столбика (объём определите давление
(рг—р0Л), запишите эти данные в строку II.
4. Поверните трубку отверстием вниз, проверьте вертикальность и
определите новый объём воздуха (т/2), вычислите давление (р2 = Ро — ^)-
Запишите данные в строку III.
Должно получиться: vQp0 ^^Рг-
Хорошо калиброванная сухая трубка Мельде с чистой ртутью
даёт возможность определить атмосферное давление в данный мо-
мент таким образом: сначала определяется длина воздушного столбика,
когда трубка стоит строго по отвесу открытым концом вверх (т^), и,
во-вторых, длина этого же столбика, когда трубка стоит отверстием
вниз (v2Y, тогда при длине (А) ртутного столбика в трубке атмосфер-
ное давление р0 может быть определено из уравнения:
(Ро + Л)®1=(Ро—А)®2-
§ 6. Открытый манометр
При демонстрациях могут потребоваться манометры для определе-
ния небольших давлений, в этом случае они могут быть сделаны из
стеклянных трубок.
Для этого трубка сгибается в три колена и укрепляется на штативе
(рис. 408), представляющем деревянную подставку с широкой стойкой,
на которую наклеивается миллиметровая бумага. Трубку прикрепляют
узкими полосками из жести и затем наполняют подкрашенной водой.
Для более высоких давлений (разряжений) трубку следует напол-
нить ртутью.
245
§ 7. Закрытый манометр
Для измерения больших давлений разряжений, пользуются закры
тым манометром. Делается он таким же образом из толстостенной
трубки, с той лишь разницей, что одно колено запаивается (рис. 409).
В этом случае манометр заполняется ртутью.
Рис. 408 Рис. 409
§ 8. Всасывающий насос
Для большей наглядности, конечно, можно собрать водяной насос
из стекла, но в настоящее время они так дёшево стоят, что не имеет
смысла тратить время на их изготовление. Гораздо лучше сделать во-
дяные насосы из цилиндрических консервных банок, которые будут зна-
чительно проще и прочнее стеклянных, а главное дадут более мощную
водяную струю.
Для всасывающего насоса выпилим из фанеры (рис. 410) в двух
экземплярах кружок А (один экземпляр без среднего отверстия) и в
одном экземпляре кружок Е и по одному экземпляру сделаем из доще-
чек в 1,5 см кружки В и F. Затем из твёрдого дерева выстрогаем
круглый стержень с цилиндрическим расширением на конце. На широ-
кую часть наденем толстый кружок, затем сверху и снизу закроем
его фанерными кружками (рис. 411) и, наконец, все эти детали сое-
диним винтами. Образовавшийся желобок по краю обмотаем ватой и
нитками и затем пропитаем и дерево, и вату, и нитки растопленным
салом. Далее из толстой кожи вырежем фигуру С с клапаном (на
246
рисунке С клапан показан сбоку центрального отверстия, его следует
пропилить лобзиком), наденем её сверху на поршень, прикрепим вин-
тами и прижмём клапан стальной пружиной £), и, наконец, на верхнем
конце стержня укрепим рукоятку (рис. 412).
Мы сознательно не привели размеров всех этих деталей, так как они
зависят от диаметра цилиндрической банки, имеющейся в вашем рас-
поряжении, но следует заметить, что поршень должен свободно дви-
гаться в цилиндре, и в то же время необходимо, чтобы он плотно
прилегал к стенкам банок, без просветов.
Затем просверлим дно банки и впаяем туда отрезок (20—25 мм)
латунной трубки и затем построим второй клапан: из фанеры выпилим
фигуру Е, прикрепим к ней кружок G из кожи с клапаном и пружи-
ной Н, вставим клапан на дно и прикрепим винтами к банке. И эту
часть также пропитаем растопленным салом, чтобы, во-первых, сделать
247
его водонепроницаемым, а во-вторых, чтобы придать эластичность
коже.
Подставку для насоса сделаем двойную, чтобы получить доступ к
нижней трубке.
Из сантиметровой доски выпилим два прямоугольника 170 ммУ^ 120 мм
и двумя брусками сечением 20лм<Х20 мм соединим их по узким
сторонам и на этой двойной подставке большими шурупами укрепим
цилиндр (рис. 412).
Для слива воды в верхней части цилиндра припаяем жестяной ло-
ток (не показан на чертеже, он имеет направление, перпендикулярное
к плоскости чертежа).
Чтобы показать насос в действии, на нижнюю трубку надевается
резиновая трубка и опускается в сосуд с водой, насос работает без
отказа, прочен и даёт много воды.
§ 9. Нагнетательный насос
Для постройки этого насоса нужны две цилиндрические консервные
банки. Поршень для этого насоса гораздо проще, так как он не имеет
Рис. 413
клапана, следовательно, мы
его сделаем из деталей Е
и F стержня с рукояткой и
обмоткой (рис. 410). Затем
впаяем трубку в дно банки
и сделаем всасывающий кла-
пан, подобный нижнему кла-
пану предыдущей модели.
Затем на высоте этого кла-
пана в обеих банках про-
сверлим отверстия и соединим
обе банки латунной трубоч-
кой, которую тщательно при-
паяем. Далее из деталей Н
и F сделаем второй клапан,
опустим его почти до соеди-
нительной трубки и там укрепим его винтами по боковой поверхности
цилиндра, а ниже просверлим сбоку в этом цилиндре отверстие и
впаяем в него латунную трубку. Наконец, из жести вырежем кружок
несколько большего диаметра, чем у консервной банки, загнём его
края и сверху припаяем к этому цилиндру — таким образом превратим
его в компрессор (рис. 413).
Насос также укрепим на двойной подставке (рис. 414).
Для того чтобы показать этот насос в действии, на всасывающую
трубку наденем резиновую.трубку и опустим её конец в сосуд с водой;
такую же трубку наденем и на трубку компрессора и на её конец на-
денем стеклянную трубку с оттянутым концом (брандспойт). Во время
работы насоса вода будет поступать в большом количестве в правый
цилиндр и сжимать находящийся там воздух, который будет выталки-
248
вать воду через нагнетательную трубку, и в то время, когда поршнем
вы будете всасывать воду из брандспойта, вода будет вытекать непре-
рывной и почти ровной струёй. Последнее замечание: цилиндры сна-
ружи и подставки следует тщательно покрыть масляной краской.
§ 10. Модель сифона
Сифон представляет собой изогнутую трубку с двумя неравными
коленами. Сделать сифон можно из стеклянной трубки, согнув её в
двух местах, а ещё проще воспользоваться для этой демонстрации
резиновой трубкой.
Но несмотря на простоту устройства сифона, действие его, как
показывает педагогический опыт, становится понятным учащимся да-
Рис. 414 Рис. 415
леко не сразу. Хорошей иллюстрацией принципа действия сифона яв-
ляется модель из цепочки. Для этого укрепим на раме ролик на валу,
перетянем через него цепочку и поставим под её концы стаканы на
разных высотах. Тот конец, который (рис. 415) опущен в ниже стоя-
щий стакан, перетянет, и цепочка будет передвигаться из верхнего
стакана в нижний.
§ 11. Воздушный насос с клапанами Бунзена
Даже в том случае, если кабинет физического кружка имеет в
своём распоряжении фабричный воздушный насос, следует построить
несколько воздушных насосов простейшего устройства, чтобы у уча-
щихся сложилось, во-первых, ясное представление о принципе дейст-
вия воздушных насосов, во-вторых, чтобы они познакомились с теми
техническими требованиями, которые предъявляются к ним, и, в-третьих,
249
чтобы при постройке этих приборов приобрели некоторые технические
навыки. В этом отношении чрезвычайно интересен насос Бунзена,
вполне достаточный для большого числа опытов.
Для этого насоса потребуется толстостенная стеклянная трубка
диаметром около 2,5 — 3 см. Отрежем от неё два куска, один длиной
около 30 см и другой 10 см. К большой трубке сделаем поршень из
пряжи и кожи, пропитанных парафином, салом или вазелиновым мас-
лом. Также поршень можно сделать и из мягкой резинки, плотно
Рис. 416
подогнанной к стенкам цилиндра. Рукоятку сделаем с перекладиной.
Один конец цилиндра плотно закроем пробкой, проваренной в пара-
фине для лучшей непроницаемости; в эту пробку вставим короткую
стеклянную трубку и наденем на неё толстостенную резиновую трубку
(*рис. 416, А) с продольным разрезом, сделанным обязательно очень
острым ножом (лезвием от безопасной бритвы), — это и есть „бунзе-
новский клапан®, который при помощи второй стеклянной трубки сое-
диняется со второй толстой широкой трубкой через пропарафиниро-
ванную пробку. Внутри этой трубки заключён второй „бунзеновский
Рис. 417
клапан", соединённый с короткой (правой) стеклянной трубкой; другой
конец клапана (на чертеже — левый) закрыт пропарафинированной
пробкой и перевязан ниткой, покрываемой затем для лучшей герметич-
ности лаком. Также для лучшей непроницаемости резиновые клапаны
на местах соединения со стеклянными трубками перевязываются в не-
сколько слоёв прочной ниткой, и она покрывается лаком.
Работать этим насосом надо следующим образом: на край стола
кладётся насос так, что рукоятка поршня свешивается со стола. Насос
крепко придерживают левой рукой, а правой следует двигать поршень,
осторожно доводить его до упора в пробку цилиндра и не до-
водить при обратном движении до заднего обреза цилиндра, чтобы
поршень не выскочил. Концевая стеклянная трубка при помощи рези-
250
новой трубки соединяется с прибором или сосудом, из которого вы-
качивается воздух (рис. 417).
Работа насоса происходит так: при движении поршня к себе воз-
дух идёт из сосуда, в котором мы понижаем давление, по трубкам в
насос, проходя через щель в клапане В, так как давление внутри со-
суда выше, чем в цилиндре насоса, воздух которого
разрядился/ При обратном движении поршня воздух,
гонимый поршнем, сжимается и запирает щель В,
открывая щель в клапане А (так как давление внутри
цилиндра оказывается выше, чем давление наружного
воздуха), и выходит наружу через щель А. Таким
образом эти щели А и В заменяют нам клапаны.
§ 12. Водоструйный насос Бунзена
Если в кабинете школы есть водопровод с да-
влением от 2 до 6 атмосфер, то есть возможность ---
построить чрезвычайно простой водоструйный насос. /г—
Обычно такой насос делается целиком из стекла, мы у
же сделаем его из металла, лучше нержавеющего \ (
(цинка, меди, латуни). Изготовим цилиндр длиной
около 60 мм и 20 мм диаметром, в верхнюю крышку
впаяем медную трубку А (рис. 418) около 3 — 5 мм g
диаметром и опустим её в глубь насоса примерно до
3/4. Против этой трубки в нижнюю крышку впаяем
трубку В с воронкой наверху. Трубки должны прохо- '
дить в центре цилиндра и совпадать с его продольной рИс. 418
осью (если мы приложим конец одной трубки к глазу,
то противоположный выход трубки должен быть ясно виден). Сбоку ци-
линдра припаяем третью трубку С, к которой затем мы будем при-
соединять те сосуды или приборы, из которых придётся выкачивать
воздух. Нужно заметить, что чем меньше цилиндр и сильнее
ток воды или уже трубки А и В, тем лучше будет разрежать насос.
Работает он так: если трубку А соединить с водопроводным кра-
ном и пустить воду, то последняя, проходя из трубки А в трубку В,
будет увлекать с собой воздух из насоса, подсасывая его всё время
из трубки С и из того прибора, который соединён с насосом.
§13. Прибор для демонстрации опытов с разреженным воздухом
Для демонстрации опытов с разреженным воздухом построим та-
релку с колоколом. Для этого воспользуемся толстым зеркальным
стеклом 150 жж X 150 мм. в середине которого просверлим отверстие.
Подставку сделаем из деревянной доски 170 жж X 1 ^0 жж X 20 жж,
лучше на шпунтах. В середине доски просверлим отверстие по диа-
метру имеющейся в нашем распоряжении медной трубки, согнём один
её конец под прямым углом и вставим его снизу в это отверстие, а
медной пластинкой с винтами прикрепим трубку к нижней поверхно-
251
стп доски (рис. 419); другой конец выведем наружу. Затем на дере-
вянное основание при помощи канифолевой замазки наклеивается
стеклянный квадрат. Замазка эта приготовляется так: в эмалирован-
ную кастрюлю положите столько канифоли, сколько вам потребуется
по ходу работы, и прибавьте несколько капель олифы; поставьте на
лёгкий огонь и обязательно закройте листом жести или железа. Об-
разующуюся при плавлении пену снимайте ложкой. Когда канифоль
расплавится, держите её на очень слабом огне, пока не исчезнет пена.
Наливать эту замазку надо ложкой, причём заливаемые части надо
подогреть и работать быстро, так как замазка эта скоро стынет. При
заливании больших поверхностей
рис. 419
можно наливать прямо из кастрюли.
В данном случае при изготовлении
тарелки можно на деревянной до-
ске сделать по краям невысокие
бортики из фанеры. При этой
операции не залейте отверстия в
трубке, в противном случае вы
разобщите трубку с тарелкой. Для
колокола необходимо достать
широкогорлую склянку и отрезать
у неё дно и затем осторожно
опилить края смоченным в скипи-
даре напильником, водя его не-
сколько наискось к стенкам со-
суда, а не перпендикулярно, иначе
может расколоться стекло. Возь-
мите теперь кусок стекла, налейте
на него немного скипидара, по-
сыпьте наждачным порошком или
очень мелким просеянным песком
и поставьте склянку обрезанным краем на это стекло, лежащее
на ровной поверхности, начните, слегка нажимая, водить склян-
ку потихоньку со скипидаром, чтобы пришлифовать края. Минут
через 30 оботрите стекло и сосуд и поставьте сосуд на стекло.
Если в момент соприкосновения сосуд как бы слегка „прилипнет" к
стеклу, оно пришлифовано, если нет, продолжайте работу, пока не
добьётесь этого. Горлышко заткните пробкой, чтобы она ушла до-
статочно глубоко (предварительно пропустите через неё две Г-образ-
ные проволоки с ушками на нижних концах, а на верхние поставьте
клеммы для включения тока). Затем пробку сверху залейте канифо-
левой замазкой. И когда это сделано и проверено, что тарелка и ко-
локол „держат“ воздух, можно поставить ряд опытов с разреженным
воздухом.
§14. Фонтан в разреженном пространстве
Этот опыт не требует воздушного колокола. Возьмите ламповое
стекло или широкую трубку (рис. 420), заткните её пробками с обеих
сторон и в одну вставьте стеклянную трубку с оттянутым концом и
252
затем для лучшей непроницаемости залейте все места соединений ка-
нифолью или парафином. Перед опытом наденьте на стеклянную трубку
резиновую такого же диаметра с зажимом. Соедините её
с насосом и откачайте из прибора часть воздуха. Закройте
зажим, опустите конец резиновой трубки в воду и откройте
кран. Вода под внешним атмосферным давлением устре-
мится в трубку, образуя фонтан.
§ 15. Бароскоп
Для того чтобы показать, хотя бы с качественной сто-
роны, закон Архимеда в газах, можно построить бароскоп,
представляющий собой весы, на которых уравновешено
лёгкое тело. Непременным условием для чёткой работы
этого прибора необходимо, чтобы, во-первых, тело имело
возможно больший объём при незначительном весе и, во-
вторых, чтобы трение коромысла весов было ничтожным.
Наши опыты показали, что в качестве лёгкого тела
с успехом может быть использована большая пробка, обли-
тая парафином, но ещё лучше опыт удаётся в том случае,
если вместо пробки взять баллончик электрической лампочки
Рис. 420
со снятым цоколем.
Прибор соберём из деталей „ Конструктора“, перегоревшей лампочки
и фанеры. Для штатива возьмём круглую плиту, на которой при
помощи дискового колеса укрепим вал со скобой наверху от шарнира
Рис. 421
Гука, затем из авиационной тонкой
фанеры сделаем коромысло 120Л/Л/Х
\5мм, в которое поставим тонкую
иголку в качестве опорной призмы на
расстоянии 70 мм от одного конца,
и на этом конце сделаем крючок для
подвешивания стеклянного баллончика
электрической лампы и затем уравно-
весим эту систему (рис. 421).
Теперь, если поставить прибор
под колокол воздушного насоса и
затем выкачивать воздух, то равно-
весие довольно скоро будет нару-
шено, и стеклянный баллончик лам-
почки перетянет груз на другом пле-
че, имеющий по сравнению с ним
незначительный объём.
§ 16. „Магдебургские полушария44
Для этого прибора у широкогорлой низкой банки с толстыми стен-
ками отрежем дно и затем обрез тщательно отшлифуем под плоскость,
как это мы делали у воздушного колокола. Затем подберём пластинку
253
из толстого стекла и пришлифуем банку к этой поверхности. Эту
пришлифовку нужно довести до такой степени, чтобы при небольшом
смачивании соприкасающихся поверхностей пластинка при надвигании её
на банку так прилипала бы к банке, чтобы удерживалась на весу.
Затем подберём хорошую пробку к банке, вставив в неё стеклян-
ную трубку с резиновым отростком и зажимом; покрыв тонким слоем
Рис. 422
Рис. 423
сала пластинку, поставим на неё банку и выкачаем из неё часть воз-
духа. Если прибор хорошо „держит*, то помещённая внутри его
перед выкачиванием воздуха тяжёлая гиря (рис. 422) не отрывает
стеклянную банку от пластинки.
§ 17. Пульверизатор
Обычный пульверизатор по своему действию походит на водоструй-
ный насос. Сделать его очень просто: возьмём две стеклянные трубки
с оттянутыми концами (или два гусиных пера), вставим их в пробку
(рис. 423), в которой сделана боковая вырезка, и прибор готов. Опу-
стив вертикальную трубку в воду и с силой вдувая воздух в горизон-
тальную трубку, мы этим самым будем создавать разрежение в вер-
тикальной трубке. Жидкость под влиянием внешнего давления будет
подниматься вверх и здесь, встречая боковую струю воздуха, будет
разбиваться на мелкие капельки.
ГЛАВА IX
ТЕПЛОТА
§ 1. Пирометр
Этот прибор служит для доказательства расширения твёрдых тел
от нагревания. На деревянной подставке укрепляются две стойки на
1 см выше имеющейся в нашем распоряжении спиртовой лампочки.
Из толстой проволоки отрезается стержень на 4 см больше расстояния
между стойками, и на одной стороне его загибается крючок. Стерже-
нёк этим крючком забивается в верхнюю часть одной стойки, а другой
Рис. 424
конец кладётся на вторую стойку; под него подкладывается стальная
швейная иголка.
Теперь, если мы под проволочкой зажжём лампочку и будем на-
гревать стержень, то он от этого расширится и несколько удлинится
255
и повернёт на некоторый угол иголку. Конечно, этот поворот иголки
с сечением на долю миллиметра на глаз будет совершенно незаметен;
чтобы обнаружить его, следует на иголку надеть лёгкий указатель —
стрелку из бумаги или лёгкую соломинку (рис. 424). Чтобы отмечать
углы отклонения стрелки, нужно из фанеры сделать шкалу.
§ 2. Прибор Дубровского
Один из русских пионеров самодельного прибора, покойный Дуб-
ровский предложил любопытную простую установку для демонстрации ,
явления расширения тел от нагре-
вания при помощи пятикопеечной
монеты. Для этого в медной пла-
стинке выпиливается щель, равная
толщине и диаметру монеты в пять
копеек. Если монета слишком
легко проходит в щель, пластинку
можно несколько согнуть с таким
расчётом, чтобы монета с лёгким
трением под влиянием собствен-
ного веса проваливалась вниз.
Затем делается деревянная под-
Рис. 425 ставка со стойкой, на которой
укрепляется пластинка (рис. 425).
Монета, нагретая в пламени спиртовой лампы, не проходит сквозь
щель, пока не охладится.
§ 3. Установка для наблюдения расширения твёрдых тел при
небольших колебаниях температуры
Для демонстрации линейного расширения твёрдых тел предыдущие
приборы требуют сравнительно высоких изменений температуры и не
отмечают колебаний в пределах нескольких градусов. Для того чтобы
показать учащимся, что и незначительные колебания также вызывают
изменение длины твёрдого тела, нами была натянута медная проволока
длиной в 3 м, одним концом она была закреплена в стене в таком
помещении, где температура, особенно летом, может колебаться даже
в промежутке дня, а к другому концу была прикреплена прочная нить
и перекинута через блок со стрелкой и указателем (рис. 426), а за-
тем нить соответствующим образом была нагружена, чтобы натянуть
проволоку. Сзади стрелки-указателя на стол была укреплена круглая
шкала с делениями. Благодаря большой длине проволок и небольшому
радиусу блока прибор отличался большой чувствительностью; он за-
метно отмечал колебания температуры до одного градуса. Но пользо-
ваться этим прибором в качестве термометра, как показали наши на-
блюдения, нельзя, так как проволока, а особенно нить, с течением
времени вытягивается, и прибор очень часто приходится свержь с по-
казаниями термометра; но представляет интерес как прибор, показы-
255
вающий с увеличением температуры удлинение металлических кон-
струкций, рельс, стропильных балок, ферм мостов.
Эту же демонстрацию можно провести несколько иначе. Для этого
натянем тонкую железную проволоку поперёк класса и, пропустив
второй конец через блок с нагрузкой, приклеим на этот же конец не-
большой указатель^ а под ним шкалу с миллиметровыми делениями и
затем пропустим по проволоке электрический ток: проволока нагреется,
удлинится, и стрелка сейчас же отметит это удлинение.
§ 4. Прибор для определения коэфициента линейного расширения
Предыдущие приборы дают возможность наблюдать расширение
твёрдых тел только с качественной стороны. Но можно построить при-
боры, позволяющие довольно точно измерить величину удлинения при
повышении температуры на определённое число градусов и вычислить
коэфициент линейного расширения.
Рис. 427
Для этого воспользуемся металлической трубкой длиной несколько
больше метра (105—ПОсл*). Трубка укрепляется на массивной под-
ставке с двумя брусками, имеющими полукруглые вырезки по диаметру
трубки. Один конец трубки при помощи металлической скобы прикре-
пляется наглухо, а другой лежит свободно в полукруглой выемке.
К нему прикрепляется небольшой зубец, сделанный из железа или ла-
туни. Точно такой же зубец винтом прикрепляется на бруске, на ко-
тором лежит трубка (рис. 427)» Если мы через трубку будем пропускать
пар из кипятильника и нагреем её до 100° от комнатной температуры,
то трубка удлинится и приращение длины стержня Д может быть оп-
17 Самодельные приборы по физике 257
ределено при помощи микрометра или в крайнем случае штанген-цир-
куля: Д = а2— аи где
аг — расстояние между зубцами перед опытом и а2 — расстояние после
нагревания трубки водяным паром.
§ 5. Биметаллическая пластинка
Биметаллическая пластинка состоит из двух металлов с различными
коэфициентами линейного расширения. Наиболее подходящие цинк
(а = 0,000029) и железо (а = 0,000012). Из листового железа и цинка
сделаем две пластинки 25 см X 3 см
ШЙЯШКШ
и соединим их при помощи заклё-
пок (рис. 428). При нагревании
такой двойной пластинки в пламе-
ни спиртовой или газовой горелки
* мы увидим, что она заметно со-
гнётся в дугу.
Рис. 428 Если нет под рукой листового
цинка, то этот же прибор можно
сделать и пользуясь оловом; его коэфициент расширения также больше
коэфициента расширения железа (а = 0,000023). Чтобы построить эту
биметаллическую пластинку, вырежем из тонкого железа полоску
25 см X 3 см и покроем её с одной стороны слоем олова около 1 мм
толщиной.
При нагревании этой пластинки не выше температуры плавления
олова (223°) мы будем наблюдать то же явление.
§ 6. Прибор для демонстрации расширения жидкостей при
нагревании
Для этой демонстрации возьмём колбу не менее 500 см3 и стек-
лянную трубку около 50 см длиной с просветом в 2—Ъмм диаметром,
наполним колбу подкрашенной водой и закроем пробкой, в которую
вставим стеклянную трубку (рис. 429). Чтобы показать этот прибор
в действии, достаточно нагреть колбу руками или на самом слабом
пламени.
§ 7. Прибор для определения коэфициента расширения жидкостей
Возьмите стеклянную трубку около 120 см длиной и согните её
в виде буквы U с таким расчётом, чтобы расстояние между коленами
было около 15 см. Эту трубку при помощи пробок укрепите в двух
широких трубках длиной около 45 см каждая и диаметром около 3 см.
Затем металлическими скобочками укрепите эти трубки на вертикаль-
ном штативе, разделённом деревянным экраном во избежение теплооб-
мена между трубками. За большими трубками вставьте миллиметровые
линейки в качестве шкал. Одну широкую трубку снабдите двумя
(вверху и внизу) небольшими стеклянными трубочками — верхняя для
приёма пара, а нижняя для отвода образовавшейся воды. В другую
253
трубку вставьте термометр и затем СУ-образную трубку заполните под-
крашенным керосином (рис. 430).
При пропускании пара керосин в правой трубке будет нагреваться,
расширяться, а удельный вес его от этого будет уменьшаться, и
вследствие этого его уровень будет постепенно повышаться, пока он
Рис. 429
Рис. 430
Рис. 431
не примет температуру пара. Теперь, чтобы определить его коэфи-
циент расширения, воспользуемся приближённой формулой:
q__ foe fol
р foi^-'i)’
где р — коэфициент расширения керосина, h2 — высота керосина в пра-
вой трубке, hx — высота керосина в левой, t2 — температура пара,
определяемая по атмосферному давлению и — температура керосина
в левой трубке.
§ 8. Прибор для демонстрации расширения газов
Этот прибор делается таким же образом, как и прибор для демон-
страции расширения жидкостей, с той лишь разницей, что ёмкость
колбочки может быть взята меньше (250 мм9) и жидкость наливается
только на дно колбы. Для прибора трубку следует взять значительно
17*
259
длинней, так как газы по сравнению с жидкостями сильно расширяются
и во время опыта жидкость так быстро вытесняется воздухом, что
при большом объёме колбы и узком канале трубки вода бьёт из неё
фонтанчиком, поэтому часто этот прибор снабжается воронкой для со-
бирания жидкости (рис. 431).
§ 9. Термоскоп
Термоскоп — прибор, служащий для опытов с лучистой энергией.
Простейший термоскоп может быть изготовлен в виде колбы ёмкостью
500 см\ поверхность которой надо
закоптить в пламени керосиновой лам-
почки. В пробку в горле колбы надо
вставить трубку, согнутую в три колена.
В колена трубки наливают подкрашен-
ную воду (рис. 432). Для хорошей ра-
боты прибора следует все соединения
залить воском или парафином. Сам опыт
с термоскопом проводится так: вблизи
его помещают какое-либо нагретое тело,
например, утюг, и наблюдают переме-
щение жидкости в трубке прибора.
§ 10. Прибор для определения
коэфициента расширения воздуха
Этот прибор имеет большое значе-
ние для изучения газовых законов,
устройство его очень простое, и опыты
с ним обязательно должны быть проде-
ланы в физической лаборатории.
Состоит он из двух стеклянных тру-
бок, входящих одна в другую (около
60 см длины). Внутренняя трубка (жела-
тельно, чтобы она была калибрирована)
с диаметром 3—4 мм запаивается с одно-
Рис. 432 го К0Н1*а и на не^ наносятся миллимет-
ровые деления. Можно тонким оселком
сделать матовую полосу по всей длине трубки в */4 окружности и на неё
чертёжным карандашом нанести деления. Эта трубка укрепляется в проб-
Рис. 433
260
ках внутри большой трубы, которая снабжается двумя стеклянными
Г-образными трубками для пропускания пара. Затем во внутреннюю
трубку впускается столбик ртути (см. трубку Мельде), в большую
трубку вставляется термометр, и прибор монтируется на деревянной
подставке (рис. 433).
Опыты проводятся таким образом:
1) замечается объём воздуха в трубке, заключённый между закры-
тым концом её и столбиком ртути. Если трубка хорошо калибрирована,
то вместо объёма вполне можно взять длину столбика Л.
2) Замечается начальная температура tx и затем через наружную
трубку в течение нескольких минут пропускается сухой пар.
3) Замечается его температура /2.
4) Измеряется воздушный столбик при этой температуре Л2.
Эти данные позволят нам определить термический коэфициент
объёмного расширения воздуха (при постоянном давлении) по формуле:
. д= А2 —Й1
§ 11. Прибор для определения термического коэфициента
упругости воздуха
Этот прибор также необходим для физической лаборатории, тем
более, что этот вопрос в большинстве наших школ всё ещё находится
в „меловом44 периоде.
Для прибора необходима трубка с резервуаром на конце (придётся
заказать стеклодуву) ’); Две стеклянные трубки с просветом в 2—3 мм
диаметром, длиной 100 и 70 см и резиновая трубка для соединения
этих деталей.
Большую трубку металлическими скобочками укрепим на линейке
с миллиметровыми делениями. Все эти детали соберём на вертикальном
штативе, причём меньшую трубку можно непосредственно соединить
со штативом, а большую со шкалой, прикрепим при помощи четырёх
зетовых скобок с таким расчётом, чтобы линейка с лёгким трением
могла перемещаться вверх и вниз. Трубки и резервуар соединим между
собой при помощи двух резиновых трубок и затем трубки наполним
ртутью (рис. 434).
Опыт ведётся таким образом: сначала резервуар погружается в таю-
щий лёд и через несколько минут большая линейка поднимается
с таким расчётом, чтобы уровень ртути в обоих коленах был на од-
ной горизонтали. Это положение отмечается по левому колену. При
этом отмечается:
1) барометрическое давление в данный момент—р0.
2) резервуар из снега вынимается и помещается в кипятиль-
ник с водой и через несколько минут отмечается температура кипе-
ния воды с поправкой на барометрическое давление — при этом
х) Её может заменить небольшая колбочка.
261
правая линейка всё время постепенно поднимается, чтобы в левом
колене уровень ртути оставался неизменным.
3) Через несколько минут после того как вода начала кипеть и
когда можно быть уверенным, что воздух в резервуаре нагрелся до
температуры кипящей воды и колебание ртути прекратилось, следует
снова перемещением линейки привести уровень ртути в левом колене
к первоначальному положению и отме-
тить разность уровней ртути Др.
Когда это сделано, потушите огонь
под кипятильником и сейчас же (поче-
му?) начинайте постепенно опускать
правую линейку и затем удалите резер-
вуар из кипятильника.
Данных, полученных во время опыта,
вполне достаточно, чтобы определить
термический коэфициент упругости воз-
духа. Для этого воспользуемся фор-
мулой:
Ответ обязательно будет меньше
0,00367, так как мы не приняли во
внимание расширение самого резервуа-
ра. Можно ввести соответствующую
поправку, исходя из значения коэфици-
ента расширения стекла.
§ 12. Модель для демонстрации
теплопроводности
Первый вариант. Чтобы показать,
что металлы не одинаково передают
теплоту, можно построить простой при-
Рис. 434 бор. Возьмите для этого проволоки: же-
лезную и медную (как показано на
рисунке), с более или менее одинаковым сечением около 2 мм.
Отрежьте от этих проволок концы в 20 см. Сложите их вместе, за-
жмите в тиски и скрутите их концы в один пучок, а затем, раз-
двинув свободные концы, укрепите пучок на штативе (рис. 435). На
каждом конце проволоки при помощи воска укрепите лучинку или
обожжённую спичку. ♦ При нагревании связки проволок воск будет
плавиться скорее на том металле, который обладает большей тепло-
проводностью, и спички будут падать в том же порядке.
Второй вариант. В консервной банке просверлим 3—4 отверстия
диаметром в 10 мм, вставим в них латунные трубки длиной около
15 мм и припаяем их к банкам. Затем при помощи пробок укрепим
262
в них стержни около 5 мм диаметром из меди, латуни, железа, алю-
миния и стекла (рис. 436).
При демонстрации этот прибор наполняется водой и затем ставится
на огонь. По мере нагревания воды начинают нагреваться и стержни;
для того чтобы обнаружить, как они проводят тепло, можно восполь-
зоваться кусками спичек и парафином, но ещё лучше их покрыть
теплочувствительной краской.
Рис. 435 Рис. 436
§ 13. Термос
Для постройки термоса потребуется кастрюля без ручек цилин-
дрической формы с крышкой, лист толстого картона, лист фанеры, дере-
вянная доска, фланель и газетная бумага.
Прежде всего из дерева и фанеры построим плотный ящик с хорошо
подогнанной крышкой с таким расчётом, что от кастрюли, помещённой
в середине такого ящика, до любой стенки и до дна и крышки оста-
валось бы пустое пространство не меньше 15 см. Изнутри весь ящик
оклеивается какой-нибудь плотной бумагой с тем, чтобы закрыть все
щели, через которые может проникнуть воздух, снаружи ящик хорошо
пропитывается олифой и покрывается масляной краской. Из картона
склеивается цилиндрический футляр на кастрюлю и затем на дно ящика
накладывается смятая газетная бумага слоем до 15 см высотой. На этот
слой устанавливается посередине картонный футляр, а промежуток между
ним и стенками ящика заполняется также газетной бумагой (рис. 437).
Ещё лучше этот промежуток в термосе заполнить пустотными элек-
трическими лампочками, а щели между ними заполнить пробочными
опилками. При такой изоляции потеря тепла через стенки будет ми-
нимальной. Когда это сделано, верх ящика закрывается листом фанеры
с круглой вырезкой по диаметру футляра, и затем’ футляр и верхняя
покрышка заклеиваются фланелью. Далее таким же образом заполняется
263
мятой газетной бумагой крышка ящика, затем забивается листом кар-
тона с углублением для крышки кастрюли и оклеивается фланелью,
а крышка прикрепляется шарнирами к ящику.
Опыты с термосом. Нальём в кастрюлю кипяток, поставим её
в своё гнездо и закроем крышкой. Измерьте температуру через 1, 2,
3 и т. д. часов после того, как вы поставили воду в термос, и вы
убедитесь, что потеря тепла в таком
приборе совершается крайне медлен-
но. Так, например, если кастрюлю
с вечера налить очень горячим чаем,
то к утру он ещё будет настолько
тёплым, что его можно пить не по-
догревая.
Каша и суп сохраняются в таком
термосе ещё лучше, так как в боль-
шинстве случаев эти кушанья мы не
употребляем в таком горячем виде,
как чай. Но этого мало. Термос
не только сохраняет тепло, но и
доваривает пищу. Поставьте кастрюлю
на керосинку, опустите крупу, залей-
те водой и доведите воду до точки
кипения. Всем известно, что этого
мало для каши, нужно, чтобы крупа
ршить огонь и переносить явно недо-
Рис. 437
разварилась, но вы можете уже
варенную крупу в термос. Через 2 — 3 часа откройте крышку и попро-
буйте кушанье — оно готово. Каша „дошла*1 и в то же время ещё
достаточно тепла, чтобы можно было её подавать на стол. Также можно
поступить и с картофелем. Что же касается мяса, то оно также „дохо-
дит • в таком термосе, но его при-
ходится на огне держать несколько
дольше.
§ 14. Конвекция в жидкостях
Чтобы показать явление кон-
векции в жидкостях, достаточно
поставить на огонь колбу с водой,
на дно которой при помощи стек-
лянной трубки опустить несколько
кристаллов марганцевокислого ка-
лия. При нагревании нижнего слоя
воды явление конвекции выступит
очень отчётливо. Но гораздо
эффектнее этот опыт получается,
если его показать на экране.
Для
80 мм X 80 мм и
Рис. 438
этого построим плоскопараллельную ванну из двух стёкол
фанеры. Из последней выпилим П-образную фи-
264
гуру и затем при помощи воска и парафина прикрепим её сначала
к одному стеклу. Далее сделаем нагревательную часть прибора. Для
этого из никелина (нихрома, реотана и в крайнем случае из тонкого
железа) сделаем спираль и при помощи медной проволоки укрепим её
в ванне, для чего в боковых фанерных стенках придётся вырезать со-
ответствующие углубления. Затем закроем нагреватель вто-
рым стеклом и швы зальём воском или парафином, а затем
боковые стенки стянем изолировочной лентой (рис. 438). Для
того чтобы показать .этот прибор в действии, нальём воды,
опустим на дно кристалл марганцевокислого калия, поставим
его перед конденсором проекционного фонаря и, включив
ток от карманной батареи, при помощи объектива добьёмся
чёткого изображения ванночки на экране, и тогда мы увидим
яркую картину конвекционных токов. Опыт лучше показы-
вать, пользуясь оборотной призмой.
§ 15. Модель центрального отопления
Первый вариант. Эту модель можно собрать из колбы,
воронки, сделанной из широкогорлой склянки, и двух сте-
клянных трубок, причём одну из них для большей наглядности
следует согнуть, как указано на рисунке (рис. 439), и
затем, собрав прибор, укрепить его на штативе.
Для того чтобы сделать видимыми конвекционные токи,
следует в расширительный бак капнуть чернил, тогда будет
ясно видно, как совершается движение воды из «котла* Рис. 439
в „расширительный бак* и обратно.
Второй вариант. Из стеклянной трубки длиной около 60 см со-
гнём прямоугольную раму с промежутками в 100 мм с одной стороны
Рис. 440
Рис. 441
(рис. 440). Затем из такой же
(если нет готового, рис. 441); i
трубки и пробки сделаем тройник
при помощи отрезков от резиновой
трубки этот тройник вставим в промежуток, оставленный в верхней
части рамки и, наконец, всё сооружение прикрепим скобочками к вер-
тикальной стойке на высоте пламени спиртовой лампочки (рис. 442).
18 Самодельные приборы по физике 265
Для опыта заполним всю
рамку водой, а в верхний от-
росток тройника опустим кусо-
чек анилиновой краски и заж-
жём лампочку. Через несколь-
ко секунд мы увидим, как
окрашенная жидкость начнёт
двигаться влево, затем спустится
вниз, далее по нижнему участку
трубы пойдёт вправо, а дойдя
до лампочки, начнёт поднимать-
ся
жидкость в рамке, пока горит лампочка,
случае против часовой стрелки.
вверх. Таким образом, вся
будет двигаться, в данном
§16. Конвекция в газах
Чтобы показать конвекцию в газах, вырежем из жести два кружка
около 50 мм диаметром. Затем в центрах этих кружков тупым гвоз-
дём сделаем углубления (не насквозь, а именно углубления) и дальше
в одном сделаем радиальные над-
резы, а в другом прорежем спи-
ральную линию. Теперь поставим
эти кружки, т. е. мельничку и
змейку, на остро заточённые кон-
цы железной проволочки (рис.
443, 444) и подведём под них
какой-нибудь источник теплоты —
проще всего керосиновую лампу, и
кружок сейчас же придёт в дви-
жение.
§ 17. Вращающийся фонарь
Используя конвекционные токи
воздуха для школьных праздников,
можно построить изящные и эф-
фектные вращающиеся фонари,
материалами для них послужит
толстая и папиросная цветная бу-
мага.
Рис. 443 Рис. 444
Сначала из толстой бумаги
вырежем круг в 20 см диаметром, затем проведём внутри его две
концентрические окружности радиусом в 2 см и 7 см, затем разделим
эти окружности на 12 равных частей и острым ножом по линии деле-
ний вырежем клапаны, а затем все их отогнём в одну сторону
(рис. 445). В центре этого круга укрепим небольшой жестяной диск
с двумя отростками и в нём сделаем углубление при помощи тупого
266
гвоздя. Затем из этой же бумаги вырежем две полоски в 2 см ши-
риной и склеим из них два кольца по 15 см диаметром; одно из них
приклеим к диску с клапанами. Далее из папиросной бумаги вырежем
прямоугольник 30 см X 50 см, из которого склеим цилиндр диаметром
в 30 см и прикрепим его к кольцу верхнего диска, а для прочности
снизу приклеим второе бумажное кольцо.
Рис. 445
Рис. 446
Для освещения и приведения в действие фонаря воспользуемся по-
луваттной лампочкой, которую укрепим на деревянной подставке, а на ней
сделаем из проволоки стойку с заострённым верхним концом; на это
осгриё и наденем фонарь.
При включении тока воздух в фонаре быстро нагреется, так как полу-
ваттные лампы, благодаря заключённому в них газу, хорошо передают теп-
лоту в воздух; последний, выходя через верх-
нее отверстие в кружке, приведёт фонарь в
движение. Разумеется, для того чтобы дви-
жение фонаря сделать заметным, его поверх-
ность необходимо сделать пёстрой, т. е, при
помощи красок разрисовать его или же,
пользуясь цветной бумагой, сделать те или
иные апликации (рис. 446).
§ 18. Демонстрация тяги
Несмотря на предельную простоту кон-
струкции этого прибора, он заслуживает осо-
бенного внимания.
Если зажжённую свечу покрыть ламповым
Рис. 447
стеклом, оставив между стеклом и столом
щель, то горение будет продолжаться благодаря доступу воздуха
снизу (самый ток воздуха делается заметным внутри стекла по колы-
18*
267
ханию пламени). Но если поставить стекло краями плотно на стол, то
свеча скоро погаснет; приподняв стекло, тотчас же после этого уви-
дим, что дым угасшей свечи быстро поднимается и выбрасывается из
стекла, как из печной трубы.
Но если верхнюю часть цилиндра разгородить вдоль прямоугольной
плоской жести (рис. 447), то встречному току будет дан более удоб-
ный путь, и свеча будет гореть даже и в том случае, если стекло
будет совершенно плотно прикасаться к столу.
§19. Воздушный шар
Сделаем модель воздушного шара, поднимающегося с помощью на-
гретого воздуха. Такую модель надо склеить из папиросной бумаги. Сна-
чала из плотной бумаги по размерам,
А В данным на чертеже (рис. 448, Д), сделаем
Рис. 443
Рис. 449
отдельные части друг с другом нужно таким образом: согнём один
клин пополам и затем положим на него другой так, чтобы край нижнего
клина выступал сбоку (рис. 448, В). Намазав (тонким, ровным слоем)
выступающий край нижнего клина, загнём его кверху на верхний клин и,
сильно нажимая, разгладим его рукой через бумагу до тех пор, пока
оба края не схватятся друг с другом.
Далее согнём пополам верхний из двух склеенных между собой
клиньев и положим на него третий клин, приклеим его ко второму
так же, как второй к первому и т. д., пока не склеим все 12 клиньев
268
друг с другом. Так как края верхнего и нижнего клина ещё сво-
бодны, соединим их и склеим.
Сделаем из камыша или другого лёгкого упругого растения очень
тонкое кольцо (рис. 448, С), равное по величине нижнему отверстию
шара, приклеим его к последнему, обогнув бумагу вокруг кольца.
Верхние концы клиньев сошлись не очень плотно, наверху образо-
валось крошечное отверстие — заклеим его круглым куском бумаги.
Теперь внутри камышового кольца пропустим крест-накрест две
тоненькие проволочки и на их пересечении прикрепим туго скручен-
ный кусочек ваты, смоченной спиртом (этот тампон нужно располагать
и зажигать так, чтобы не сжечь шара (рис. 449). Воздух в шаре
будет нагреваться. Удельный вес его становится меньше веса окружа-
ющего воздуха, и он начнёт подниматься вверх.
§ 20. Калориметр
Этот прибор состоит из двух сосудов, свободно входящих один
в другой (рис. 450). Лучше всего для этой цели воспользоваться
и смонтировать
двумя разной величины алюминиевыми кастрюлями
Рис. 452
их на общей подставке. Хотя алюминий обладает большой удельной
теплоёмкостью, но этот недостаток искупается его малой плотностью,
а кроме того, он легко моется и не окисляется, что очень важно для
данного прибора. Ёмкость калориметрического стакана должна быть
не меньше одного литра. Но если достать алюминиевые кастрюли не
удастся, то калориметр следует склепать из жести, и, наконец, если
и это будет затруднительно, то в крайнем случае можно воспользо-
ваться двумя большими цилиндрическими консервными банками разных
размеров. Устройство последнего варианта мы и опишем. Положим,
в нашем распоряжении оказались наиболее распространённые банки
с Такими размерами: внешняя банка 9 см диаметром и 12 см высотой
и внутренняя, т. е. собственно калориметрический стакан, 7,5 см диа-
метром и 9,5 см высотой. Чтобы внутренняя банка не прикасалась
к наружной, из фанеры сделаем дно с тремя подставками, на которые
и устанавливается калориметрический стакан (рис. 451). Наружную
банку также укрепим на специальной подставке из досок и фанерного
269
кольца. Затем на этой же подставке укрепим вертикальную стойку для
термометра. Наверху стойки винтом укрепим фанерный рычаг в 10 см
длиной, расширяющийся на конце, на который наклеим два фанерных
кольца (рис. 452) сверху и снизу, и затем внутренний канал заклеим
пробкой, в которой просверлим отверстие по диаметру термометра.
§ 21. Кипятильник
Наиболее подходящим сосудом для этого прибора будет консервная
банка из-под сгущенного молока. Не вскрывайте её обычным способом,
Рис. 453
а пробейте в верхней крышке три отверстия, выпу-
стите молоко, тщательно промойте её и, наконец,
просушите. Затем рассверлите отверстия и вставьте
в одно из них медную гильзу от охотничьего
ружья 12-го калибра, а в остальные отверстия — два
отрезка латунных трубок около 7—8 мм диаметром
и тщательно их припаяйте. Но прежде чем при-
паивать гильзу, необходимо её верхнюю кромку
расчеканить таким образом, чтобы образовалась за-
крепка в 3 мм шириной, и затем уже посадить на
место и припаять. Гильза эта будет служить кар-
маном для нагревания тел при определении удель-
ной теплоёмкости. Что же касается трубок, то
одна из них будет необходима для наливания воды
в кипятильник, а из второй мы будем брать пар
для получения дистиллированной воды и для опре-
деления скрытой теплоты парообразования (рис. 453).
§ 22. Сухопарник
Для того чтобы сконденсированная вода не попадала в калориметр
при определении скрытой теплоты парообразования, необходимо между
кипятильником и калориметром
поставить сухопарник. Этот прибор
можно сделать из стеклянных тру-
бок таким образом: в короткую
широкую трубку через пробки
Рис. 454
введём с обеих сторон две трубки
(рис. 454) и поставим этот прибор вертикально, чтобы вода от конден-
сации пара не могла попасть в калориметр. Сухопарник необходимо
помещать вблизи самого калориметра.
§ 23. Перегонный куб
Для перегонки воды необходимо иметь кипятильник и холодильник
(конденсатор). Кипятильник мы уже построили. Остаётся сделать хо-
лодильник. Он может быть выполнен из стеклянной трубки и жести.
Прежде всего в пламени спиртовой лампочки согнём трубку, состоя-
270
Шую из ломаной линии (рис. 455), и затем из жести свернём цилиндр
около 30 см высотой, диаметр же его должен быть таким, чтобы в нём
свободна поместилась согнутая трубка. Подбирают по диаметру две
пробки, просверливают в каждой по два отверстия, затем вставляют
изогнутую Трубку и с обеих сторон короткие трубочки по 8—10 см
для пропускания воды.
Рис. 455
Для перегонки воды холодильник зажимают в штатив несколько
наклонно, верхний конец трубки (перегонной) соединяют резиновой
трубкой с кипятильником, а под другой конец подставляют стакан
для приёма дистиллированной воды; верхнюю короткую трубку рези-
новой трубкой соединяют с водопроводным краном, а нижнюю корот-
Рис. 456
кую — с раковиной для отвода воды. Затем кипятят воду в кипятиль-
нике, открывают кран с водой, и тогда вода из водопровода будет
охлаждать стенки змеевика, а проходящий через него пар будет сгу-
щаться в воду и в виде капель будет вытекать из нижней трубки.
В простейшем виде холодильник представлен на рисунке 456.
§ 24. Паровая турбина
Для того чтобы показать, как тепловая энергия переходит в меха-
ническую, построим турбину. Для этого из тонкой жести вырежем
кружок около 6—8 см диаметром, разделим его на 16 равных частей,
по радиусам сделаем надрезы и затем, загнув лопасти (рис. 457),
припаяем этот ротор на ось из проволоки. Ход можно сделать на
271
конусах, для этого концы оси следует заточить, а в стойках из
жести при помощи тупого гвоздя сделать соответствующие углуб-
ления, или же, как это показано
на рисунке, в стойках сделать ввер-
ху сквозные отверстия и загнуть,
чтобы ротор не вывалился из под-
шипников.
Рис. 458
Рис. 459
Затем из дерева сделать две подставки: одну
для турбины, а другую для котла, т. е. колбы
со стеклянной трубкой, с оттянутым концом,
укреплённым при помощи пробки. Остальное
должно быть понятно из нашего рисунка (рис. 458).
§ 25. Волосяной гигрометр
Для непосредственного определения относи-
тельной влажности очень удобен волосяной ги-
грометр. Прядь женских волос, обезжиренная
в чистом спирте, закрепляется в верхней пере-
кладине рамки, а нижний конец с грузом пере-
кидывается через лёгкий блок со стрелкой,
скользящей по дуговой шкале.
Рамку легко собрать из деталей „Конструк-
тора*. Для этого две полосы углового железа
стянем двумя бугелями по пяти отверстий.
Прядь (5—10) женских волос укрепим при по-
мощи уголковой накладки в верхней части при-
бора, а нижний конец с грузом перекинем через
маленький блок с лёгким указателем-стрелкой,
укреплённым в среднем бугеле (рис. 459).
Чтобы градуировать прибор, поставим его в истопленную печь,
когда в ней температура уже достаточно понизилась, и через 30 минут
272
осторожно вынем гигрометр и отметим положение стрелок на временной
бумажной шкале, укреплённой против верхнего конца стрелки, и, от-
метив это положение, поставим цифру 0. Затем поставим гигрометр
на большую тарелку с водой и закроем его стеклянным колпаком или
окружим его со всех сторон бумагой или тканью, пропитанной водой.
Через час отметим на шкале положение стрелки и поставим 100, т. е.
1ОО°/о насыщения. Когда установлены основные точки гигрометра, т. е.
расстояние между ними, сделаем постоянную шкалу на ватманской
бумаге, разделим это расстояние на 100 равных частей, покроем чер-
тёж бесцветным лаком и укрепим шкалу на рамку гигрометра.
Чтобы использовать такой гигрометр для определения относительной
влажности, выраженной в процентах, воспользуемся следующей таблицей:
Деления гигрометра 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
Относительная влаж иость в процентах 0 2 5 8 9 12 15 18 21 24 28 32 36 41 47 54 61 70 79 89 100
§ 26. Гигрометр из еловой шишки
При изменении погоды чешуйки шишек
ели меняют своё положение ио отношению
к центру шишки. На этом свойстве и
основано устройство гигрометра. С этой
целью шишка укрепляется на доске и к
одной из чешуек прикрепляется соломен-
ный указатель, скользящий по шкале,
градуированной согласно показателям во-
лосяного гигрометра (рис. 460).
§ 27. Гигроскоп-домик
Большим успехом среди широкой пуб-
лики в начале нашего века пользовался
этот прибор. Популярность его объясняется
тем, что он довольно остроумно оформлен.
Построен он из фанеры с башенкой
наверху и с выступом спереди в виде бал-
кона (рис. 461, 462).
Механизм, приводящий гигроскоп в
движение, состоит из скрипичной струны,
которая при набухании раскручивается, а
при высыхании, наоборот, закручивается.
Эта струна скрыта за столбом, разделяю-
щим двери. К круглой деревянной палоч-
ке А прикрепляется один конец короткой
струны, к нижнему концу приделывается
Рис. 460
дощечка 10 см\3 см. С нижней стороны дощечки делается посереди-
273
не конусообразное углубление, против которого в дно домика вбивается
гвоздь, чтобы струна гигрометра была параллельна вертикальным сте-
нам домика. К концам дощечек приклеиваются две деревянные фи-
гурки, например, медведя и девочки или волка и Красной Шапочки,
выпиленные из фанеры или вырезан-
ные из дерева (рис. 462).
На крышке домика укрепляется
квадратная дощечка с круглым от-
верстием посередине. В это отвер-
стие вставляется пробка, в которой
укрепляется верхний конец струны.
Для градуирования прибора по-
местите его сначала в сухую тёплую
Рис. 461 Рис. 462
(но не жаркую) печь, и когда движение кукол прекратится, поверните
пробку так, чтобы снаружи у вас оказалась девочка. А затем поме-
стите гигроскоп под какой-нибудь колпак или под стеклянную банку
и туда же поместите чашку с водой и оставьте на ночь. Испаряющаяся
вода под колпаком насытит пространство, и куклы займут новое по-
ложение: должен показаться медведь. Возможно, что вы сразу не
угадаете, и у вас девочка ещё дальше повернётся, а медведь совсем
спрячется в домике. В этом случае куклы следует поменять местами
и поворачиванием пробки добиться такого положения струны, чтобы
в сухую погоду выходила девочка, а в сырую — медведь.
§ 28. Химический гигроскоп
Помимо этих инструментов с действием, основанным на влиянии
влаги на вещество, существует целый ряд любопытных приборчиков,
действие которых объясняется изменением химической окраски под
влиянием колебания влажности.
274
Правда, эти приборы градуировать нельзя и на метеорологических
станциях они не употребляются, но они настолько любопытны и так
хорошо предсказывают погоду, что их сле-
дует сделать.
Для этого надо изготовить (точно со-
блюдая пропорции) следующий раствор: в
100 частях воды растворить 19 частей
желатина и одну часть хлористого кобаль-
та и этим раствором пропитать лучше
всего фильтровальную бумагу. В сырость,
перед дождём кобальтовая бумага стано-
вится яркорозовой, при переменной пого-
де—-красной, а при наступлении хорошей,
сухой погоды — небесноголубой.
Такой изменяющий свой цвет гигроскоп
можно сделать таким образом. Начертите
на белой бумаге круг около 10 см диа-
Рис. 463
метром, разделите его на три равных сектора, на одном напишите
„сыро", на другом „переменно" и на третьем „сухо". Затем раскрасьте
акварельными красками: первый
сектор в розовый цвет, второй—
в красный, а третий — в голубой,
после этого, вырезав из кобаль-
товой бумаги кружок в 5 см
диаметром, наклейте его в центре
большого, и гигроскоп готов
(рис. 463).
Кобальтовая окраска может
быть применена в разных видах,
давая предлог для любителей
мелких декоративных вещей изо-
щрять свой вкус и рукодельную
сноровку. Например, можно изго-
товить целый букет бумажных
цветов, окрашенных кобальтом.
Рекомендуется сделать эти цветы
не из одной только белой, но и
из цветной бумаги: пусть, напри-
мер, один цветок будет белый,
розочка — розовая, хризантема —
белая, листья у всех цветов жёлтые.
И всё это пропитано кобальтом.
В сырую погоду цветы из ро-
зовой бумаги становятся бледно-
пурпуровыми, из белой — розовыми, а жёлтые листья — оранжевыми. В
хорошую погоду белые цветы станут яркоголубыми, розовые — фио-
летовыми, а листья — светлозелёными, так что только в хорошую по-
году листья приобретут свой живой, естественный цвет.
275
Можно ещё больше разнообразить этот же приём, взяв вместо
одного три разных раствора. Первый из них — желатино-кобальтовый
раствор, уже указанного состава, второй состоит из 200 частей воды,
1 части хлористого кобальта и 25 частей хлористой меди и, наконец,
третий раствор, которым надо запастись, составляется из 100 частей
воды, 1 части хлористой меди и 10 частей желатина. Этими растворами
пропитываются части картины, которую любитель может сам нарисовать.
Положим, что он создал нечто вроде обыкновенного пейзажа (рис. 464):
дом, река, нивы, луг, небо. Все эти части надо резко очертить по их
контурам острым твёрдым карандашом и потом вырезать ножницами.
Затем каждая часть вымачивается в соответствующем растворе: небо
и вода — в первом, зелень, леса, луга— во втором, дом, нива, скалы —
в третьем. Дайте бумаге высохнуть, а потом наклейте их на картон,
каждую часть на своё место. Потом эту картину можно заделать
в рамку, только держать её надо не под стеклом, а так, чтобы воздух
всегда прямо прикасался к ней. Эта картина в сырую погоду вся ок-
рашивается в однообразный почти однотонный бледнорозовый цвет, по
мере улучшения погоды краски дифференцируются, а когда погода
совсем выровняется, все части пейзажа приобретают их натуральный
цвет: небо станет синим, растительность — зелёной, дом, нива — жёл-
той. Картина будет соответствовать природе только в хорошую погоду.
СОДЕРЖАН ИЕ
Стр.
Введение ................................ 3
Глава I. Работа в кружке
§ 1. Организация кружка ... 8
§ 2. Программа работы .... 10
§ 3. Рабочий проект.........14
§ 4. Выполнение задания ... 24
§ 5. Массовая работа кружка . 28
Приложение 1. Охрана труда . 29
Приложение 2. Лаборатория
кружка...................... 32
Приложение 3. Список основных
физических и измерительных
приборов ....................34
Приложение 4. Список инстру-
ментов, необходимых для пост-
ройки физических приборов . 35
Приложение 5. Бытовые материа-
лы в физическом кружке ... 42
Глава П. Измерительные
приборы
§ 1. Измерительный клин ... 45
§ 2. Модель нониуса.........46
§ 3. Мерная лента.............47
§ 4. Дальномер.................—
§ 5. Эккер..............................48
§ 6. Буссоль..................49
§ 7. Планшет и визир........51
§ 8. Астролябия ........................52
§ 9. Высотомер...........................—
§ 10. Секстант...........................54
§11. Нивелир............................56
§ 12. Планиметр..........................57
§ 13. Пантограф...............58
§ 14. Весы ..............................61
§ 15. Верёвочные весы........63
§ 16. Солнечные часы (гномон) . —
Приложение 6. Работа с межевы-
ми инструментами в поле . . 68
Глава III. Механика
§ 1. Монтажный материал ... 79
§ 2. Параллелограм сил .... 81
§ 3. Строительный подъёмный
кран............................83
Стр.
§ 4. Многоугольник сил .... 83
§ 5. Наклонная плоскость ... 84
§ 6. Параллельные силы .... 87
§ 7. Рычаги ....................88
§ 8. Шайба как рычаг........89
§ 9. Равновесие произвольно
направленных сил .... 91
§ 10. Блоки..................—
§11. Полиспасты.............—
§ 12. Ворот..................92
§ 13. Дифференциальный блок . —
§ 14. Набор пластинок для опре-
деления центра тяжести . 93
§ 15. Блочные весы...94
§ 16. Закон инерции.95
§ 17. Жолоб Галилея.96
§ 18. Прибор для демонстрации
свободного падения тел . . 98
§ 19. Прибор для демонстрации
кажущегося изменения веса
тела при падении...............99
§ 20. Шнур для демонстрации за-
кона свободного падения тел —
§ 21. Траектория брошенного
тела......................—
§ 22. Тележки для демонстрации
3-го закона Ньютона . . .100
§ 23. Ещё тележки для демонстра-
ции 3-го закона Ньютона . 101
§ 24. Паровая пушка .........102
§ 25. Центробежная машина . . —
§ 26. Прибор для демонстрации
центробежной силы . . . .104
§ 27. Регулятор Уатта........105
§ 28. Прибор, для доказательства
сплющивания Земли у по-
люсов ..................... . —
§ 29. Вращающийся сосуд с
жидкостями....................106
§ 30. Модель центрифуги ... 107
§ 31. Модель центробежной су-
шилки ..........................—
§ 32. Маятник Максвелла .... 108
§ 33. Диск, катящийся по магниту —
§ 34. Трибометр...............—-
§ 35. Угол трения............111
§ 36. Трение в цапфах........112
277
Стр.
§ 37. Трение передаточного ремня 113
§ 38. Трансмиссия...........—
§ 39. Блоки и полиспасты . . .114
§ 40. Клип как наклонная пло-
скость ........................—
§41. Винт как наклонная пло-
скость .................. / . 115
§ 42. Домкрат....................117
§ 43. Простейшая модель водяно-
го колеса .................... —
§ 44. Турбинка, построенная на
принципе использования
удара струи..................120
§ 45. Водяное колесо для уста-
новки на ручье —
§ 46. Реактивная турбина ... —
§ 47. Более совершенная модель
водяного колеса ........... 123
§ 48. Модель парусного судна . 124
§ 49. Ветряное колесо......128
§ 50. Ветряная турбина.....129
§51. Эффект Магнуса........—
§ 52. Вингротор . "........131
§ 53. Вингротор с винтовой по-
верхностью ..................133
§ 54. Флюгер...............134
§ 55. Нажим Прони..........136
§ 56. Ленточный тормоз . . . .138
§ 57. Определение работы и мощ-
ности посредством груза . —
§ 58. Опыты по определению
к. п. д. водяных и ветряных
двигателей...................139
§ 59. Бумажный планёр .... —
§ 60. Воздушный винт ... 141
§ 61. Модель аэро мобил я ... 144
§ 62. Модель глиссера........—
§ 63. Равновесие тел.............145
§ 64. Сложение движений ... 146
§ 65. Передача движений ... 149
1. Ремённая передача ... —
2. Фрикционная передача . —
3. Зубчатые колёса . . . .151
4. Зубчатая передача пол пря-
мым углом..............154
5. Шарнир Гука.................—
6. Червячная передача ... —
7. Дифференциал .............155
8. Кривошип....................—
9. Коленчатый вал..............—
10. Эксцентрик............156
11. Кулачный механизм . . . 157
§ 66. Игрушки ...................158
1. Акробаты на проволоке . —
2. Гимнаст па турнике . . . —
3. Клоун на брусьях . . . .159
4. Карусель..................161
5. Прозрачные шары .... —
Стр.
6. Велосипедист..........162
7. Канатный цикл ист .... —
8. Кролик.................163
9. Утка ..................164
10. Кузнецы ..............165
11. Черепаха................—
12. Клоун на брусьях .... 166
13. Падающий клоун .... —
14. Волчок................168
15. Ещё одна игрушка ... —
16. Змей (условия его иолёта) . . —
17. Лётные качества змеев . . 172
18. Простейшие змеи .... —
19. Бабочка...............174
Глава IV. Колебания и волны
§ 1. Колебания упругого тела, происхо-
дящие по вертикали и горизонтали! 76
§ 2. Эллиптические колебания . —
§ 3. Крутильные колебания . . —
§ 4. Математический маятник . 177
§ 5. Секундный маятник . . .178
§ 6. Мая тник с переменным цент-
ром тяжести................—
§ 7. Механический резонанс . . —
§ 8. Сопряжённые колебания . 179
§ 9. Спиральная машина Поля . 180
§ 10. Стробограммы.........181
§ 11. Сложение колебаний (гра-
фический метод) .......... —
§ 12. Сложение колебаний (опти-
ческий метод)............184
§ 13. Водяные волны .......185
§ 14. ^Маятник со спуском ... 189
§ 15. Часы ................190
§ 16. Качающийся мальчик . . . 195
Глава V. Акустика
§ 1. Ниточный телефон .... 196-
§ 2. Хладниевые фигуры ... 197
§ 3. Передача колебаний в воз-
духе .........................—
§ 4. Прибор для записи звука . 198
§ 5. Патефон...................200
§ 6. Зеркала Пикте....................—
§ 7. Монохорд...................201
§ 8. Звуковой резонанс .... 203
§ 9. Резонаторы...................204
§ 10. Органные трубы.........................—
§11. Музыкальные игрушки . . 205
1. Музыкальный ящик ... —
2. Ксилофон .....................................................206
3. Ксилофон для оркестра . 207
4. Металлофон....................................................209
5. Треугольник ....................................................—
6. Однострунная скрипка . . —
7. Однострунная виолончель 210
278
Стр.
Стр.
8. Обыкновенная дудочка . . 210
9. Камышёвая сопелка или
волынка..................211
10. Свирель ..............212
Глава VI. Твёрдое тело
§ 1. Кристаллическое тело . .213
§ 2. Растяжение ............216
§ 3. Прибор для определения
прочности нити ................—
§ 4. Прибор для определения
прочности бумаги .... 218
§ 5. Деформация" прогиба . . . —
§ 6. Деформация кручения . .221
Глава VII. Гидростатика
§ 1. Гидравлический пресс . . 222
§ 2. Прибор Паскаля.........—
§ 3. Давление жидкости снизу
вверх........................224
§ 4. Боковое давление жидкости —
§ 5. Демонстрация вытекающей
струи...................... 225
§ 6. Реакция вытекающей струи —
§ 7. Сегнерово колесо .... —
§ 8. Сообщающиеся сосуды . . 227
§ 9. Фонтан....................—
§ 10. Гидравлический таран . . —
§ 11. Гидростатические весы . . 228
§ 12. Капиллярные трубки . . . —
§ 13. Водяные часы...........229
§ 14. Цепной водоподъёмник . . 231
Приложение. Обработка стекла . 233
Глава VIII. Газы
§ 1. Определение удельного ве-
са воздуха..................241
§ 2. Чашечный барометр . . . 242
§ 3. Сифонный ртутный барометр 243
§ 4. Модель анероида........—
§ 5. Трубка Мельде..........244
§ 6. Открытый манометр . . . 245
§ 7. Закрытый манометр . . . 246
§ 8. Всасывающий насос ... —
§ 9. Нагнетательный насос . . 248
§ 10. Модель сифона........*249
§ И. Воздушный насос с клапа-
нами Бунзена ............—
§ 12. Водоструйный насос Бун-
зена .......................251
§ 13. Прибор для демонстрации
опытов с разреженным воз-
духом ........................251
§ 14. Фонтан в разреженном
пространстве ....... 252
§ 15. Бароскоп ........ 253
§ 16. „Магдебургские полушария" —
§17. Пульверизатор...........254
Глава IX. Теплота
§ 1. Пирометр................255
§ 2. Прибор Дубровского . . . 256
§ 3. Установка для наблюдения
расширения твёрдых тел при
небольших колебаниях тем-
пературы ......................—
§ 4. Прибор для определения
коэфициента линейного рас-
ширения .....................257
§ 5. Биметаллическая пластинка 258
§ 6. Прибор для демонстрации
расширения жидкостей при
нагревании .............. —
§ 7. Прибор для определения
коэфициента расширения
жидкостей......................—
§ 8. Прибор для демонстрации
расширения газов .... 259
§ 9. Термоскоп..............260
§ 10. Прибор для определения
коэфициента расширения
воздуха ...................... —
§ 11. Прибор для определения х
термического коэфициента
упругости воздуха .... 261
§ 12. Модель для демонстрации
теплопроводности .... 262
§ 13. Термос ................263
§ 14. Конвекция в жидкостях . 264
§ 15. Модель центрального отоп-
ления .......................265
§ 16. Конвекция в газах .... 266
§ 17. Вращающийся фонарь . . —
§ 18. Демонстрация гяги .... 267
§ 19. Воздушный шар...........268
§ 20. Калориметр.............269
§ 21. Кипятильник............270
§ 22. Сухопарник...............—
§ 23. Перегонный куб..........—
§ 24. Паровая турбина ...... 271
§ 25. Волосяной гигрометр . . . 272
§ 26. Гигрометр из еловой шишки 273
§ 27. Гигроскоп-домик.........—
§ 28. Химический гигроскоп . . 274
Редактор М. А. Сахаров.
Техн, редактор В. П. Ромейн.
Подписано к печати 10/ТП 1950 г. А00342.
Печ. листов 17V2- Учётно-изд. листов 18,93.
Цена без переплёта 5 р. 70 к. Переплёт 75 к.
Отпечатано в тип. Т-31
с матриц Первой Образцовой типографии
имени А. А. Жданова Главполиграфиздата
при Совете Миниогров СССР.
Москва.
Школьные учебники (((Р
SHEBA.SPB.&U/SHKOLA