a Pjdon6(p Гиркж л Ropr Шпрок&оф
S
о
ад
S
Г "}
Чтя*
О
КСПЕрИМЕНТ
g по курсу
ЭЛЕМЕНТАРНОЙ
фИЗИКИ
ЧАСТЬ
2

Рудблбф ГиркЕ я ГЕврг Шлрокхбф
э
КСПЕрИМЕНТ
по курсу
элементарной
физики
часть
ЖИДКОСТИ
И ГАЗЫ
ПЕРЕВОД С НЕМЕЦКОГО
A. JT. А омана
ПОД Р ЕДА КЦИ Е И
проф. 31, A.3jiаменекою
npocb. 3Z.A."<PuMKe1)U4a
ГОСУДАРСТВЕННОЕ
УЧЕБНО-ПЕДАГОГИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
МИНИСТЕРСТВА ПРОСВЕЩЕНИЯ РСФСР
JfiocKea • tgsp

Rudolf Girke und Georg Sprockhoff
PHYSIKALISCHE SCHULVERSUCHE
Ein Hilfsbuch fur die Hand des Lehrers
MECHANIK UND MOLEKULARE EIGENSCHAFTEN
der Fliissigkeiten und Gase
STROMUNGSLEHRE
Рудольф Гирке, Георг Шпрокхоф
ЭКСПЕРИМЕНТ ПО КУРСУ ЭЛЕМЕНТАРНОЙ
ФИЗИКИ
ЧАСТЬ II ЖИДКОСТИ И ГАЗЫ
Редактор Т. В. Михалкевич
Переплет художн. Г. В. Смеловой
Художественный редактор Я. В. Любарский
Технический редактор И. Г. К рейс
Корректор Я. И. Котельникова
#*#
Сдано в набор 28/111-1959 г. Подписано к печати 21/Х-1959 г.
60x927ie. Печ. л. 23. Уч.-изд. л. 21,06. Тираж 15000 экз.
А 08593. Заказ № 752.
#**
Учпедгиз. Москва, 3-й проезд Марьиной рощи, 41.
Книжная ф-ка им. Фрунзе Главиздата Министерства
культуры УССР. Харьков, Донец-Захаржевская 6/8.
Цена без переплета 5 р. 70 к. Переплет 1 р. 50 к.

СОДЕРЖАНИЕ
От редакторов перевода 13
Введение 15
Глава I. Механика жидкостей
§ 1. Методическая записка 19
§ 2. Жидкость, имеющая свободную поверхность. Сообщающиеся
сосуды 27
* 1. Исследование формы и положения свободной
поверхности жидкости визированием 27
* 2. Исследование формы и положения свободной поверхности
жидкости при помощи щупа 28
* 3. Постоянство объема жидкости при ее переливании . . 29
4. Моделирование жидкостей 29
5. Демонстрация несжимаемости жидкости 30
6. Расширение жидкости при понижении внешнего
давления 30
7. Сообщающиеся сосуды на примере стеклянной трубки,
погруженной в цилиндр, наполненный водой . . . . 31
8. Уровень жидкости в трубках, соединенных резиновым
шлангом 32
9. Уровень жидкости в погруженной в воду U-образной
трубке с отверстием 33
10. Демонстрация, объясняющая действие сообщающихся
сосудов 33
11. Модель водомерного стекла 34
12. Модель уровнемера 35
13. Модель гидростатического нивелира 37
14. Модель плотницкого уровня 37
* 15. Модель камерного уровня 39
§ 3. Поршневое давление в замкнутой со всех сторон жидкости.
Передача давления. Закон Паскаля 40
16. Эксперимент по передаче давления жидкостями ... 40
17. Передача давления жидкостью во все стороны в шаровом
шприце (шар Паскаля) 41
18. Передача давления жидкостью, наполняющей резиновую
трубку 42
19. Гидростатическая передача давления в камере давления
с открытым манометром 43
20. Показ передачи давления на модели жидкости ... 44
* 21. Подъем уровней жидкости в трубках разного сечения при
одностороннем давлении 46
3

* 22. Модель гидравлического подъемника из двух трубок
разного сечения 48
23. Резиновая камера футбольного мяча в качестве
самодельного прибора для передачи давления 49
24. Модель гидравлического пресса 51
25. Передача давления велосипедной камерой, наполненной
водой 52
§ 4. Весовое давление 53
26. Зонд для измерения давления внутри жидкости ... 53
* 27. Измерение давления внутри жидкости мембранным
зондом, соединенным с открытым манометром 54
* 28. Зависимость весового давления от плотности жидкости . 56
29. Демонстрация давления на дно сосуда при помощи весов
Паскаля 57
30. Демонстрация давления на дно сосуда при помощи
прибора Хальдата 58
* 31. Демонстрация давления на дно при помощи самодельного
сборного прибора с отпадающим дном 59
32. Демонстрация давления жидкости на стенки сосуда по
вытекающим струям 64
33. Демонстрация давления жидкости на стенки сосуда
по водомерной трубке 65
34. Демонстрация направленного вверх давления внутри
жидкости 66
35. Изучение действия фонтана на самодельной модели . . 68
* 36. Определение при помощи погружаемой трубки удельного
веса жидкости, смешивающейся с водой 70
* 37. Определение при помощи открытых трубок удельного веса
жидкости, несмешивающейся с водой 72
* 38. Определение удельного веса жидкости методом
засасывания 73
* 39. Определение удельного веса ртути при помощи U-об-
разной трубки 75
§ 5. Закон Архимеда. Условия плавания тел 77
40. Плавучесть наполненной воздухом жестяной банки или
резинового мяча 77
41. Модель для демонстрации плавучести деревянного бруска 77
42. Сравнение выталкивающей силы и веса вытесненной
жидкости при помощи пружинного динамометра ... 79
* 43. Сравнение выталкивающей силы и веса вытесненной
жидкости при помощи гидростатических весов 79
* 44. Сравнение выталкивающей силы и веса вытесненной
жидкости при помощи настольных чашечных весов ... 80
45. Изменение веса и глубины погружения плавающей
зажженной свечи . . . . , 82
46. Отсутствие плавучести тел, у которых устранено
давление жидкости на их подошву 83
* 47. Определение удельного веса твердого тела
гидростатическим взвешиванием . . . , 84
* 48. Определение удельного веса жидкости по величине
выталкивающей силы, действующей на твердое тело ... 86
* 49. Определение удельного веса жидкости при помощи весов
Мора для жидкостей с удельным весом от 0 до 2 п/см3 87
50. Проведение эксперимента по исследованию плавучести
тел 90
51. Погружение, всплывание или нахождение во взвешенном
состоянии закупоренного флакона в зависимости от
изменения его веса . . 91
4

52. Подтверждение закона Архимеда на опыте с различными
телами равного объема 91
53. Самодельный «картезианский водолаз» 92
54. Тело, плавающее в холодной воде и тонущее в
нагретой 93
55. Демонстрация плавания твердых тел на модели жидкости 94
56. Плавание металлических шариков в ртути 95
57. Плавучесть твердых тел, не плавающих в обычных
условиях 95
58. Изменение положения трехгранной деревянной призмы
при плавании ее в пресной и соленой воде 96
59. Определение удельного веса янтаря по удельному весу
солевого раствора, в котором янтарь окажется во
взвешенном состоянии 97
60. Взвешенное состояние куриного яйца в солевом
растворе 97
* 61. Модель ареометра из пробирки, наполненной дробью.
Предварительный эксперимент для пользования
ареометром 98
* 62. Определение удельного веса жидкости ареометром . . 99
§ 6. Водяные двигатели 100
63. Модель наливного колеса 100
64. Модель подливного колеса . . 8 102
65. Модель активной гидравлической турбины (турбина
Пельтона) 103
66. Модель пропеллерной реактивной гидравлической
турбины (турбина Каплана) 105
Глава II. Механика газов
§ 7. Методическая записка 108
§ 8. Демонстрации, подтверждающие действие давления воздуха . .113
67. Действие давления воздуха на воду, помещенную в
закрытый с одной стороны сосуд 113
68. Показ давления воздуха при помощи колбы для
фильтрования 113
69. Демонстрация разрыва пленок или стеклянных пластинок
под действием давления воздуха 114
70. Показ равенства давления воздуха во всех направлениях
в пределах одного и того же горизонта над уровнем
моря 116
71. Действие давления воздуха на поверхность воды,
наполняющей опрокинутый отверстием вниз сосуд . . . .116
72. Показ давления воздуха на вложенных друг в друга
пробирках 117
73. Показ давления воздуха при помощи резинового баллона,
помещенного в склянку с нижним тубусом 118
74. Демонстрация упругости воздуха 119
75. Шар Герона под колоколом воздушного насоса . . .120
76. Шар Герона в склянке с притертой пробкой . . . .120
77. Демонстрация упругости воздуха при помощи
опрокинутой в сосуд с водой колбы, помещенной под колокол
насоса 121
78. Демонстрация упругости воздуха при помощи колбы,
соединенной с сосудом, из которого выкачивается воздух 122
79. Демонстрация наличия воздуха в древесине . . . .123
80. Предварительный опыт с сифоном 124
81. Простейший сифон 125
82. Сифон в разреженном пространстве 126
5

83. Эксперимент на модели сифона 128
84. Самонаполняющийся сифон 129
85. Модель сифона для переливания вредных для здоровья
веществ 131
86. Модель сифона с клапаном 132
§ 9. Измерение давления воздуха. Барометры и манометры . . .133
87. Опыт Торричелли. Ртутный барометр 133
88. Опыт Герике. Водяной барометр 135
89. Эксперимент на модели контрбарометра Гюйгенса . .136
* 90. Измерение атмосферного давления при помощи трубки
Мельде 138
91. Измерение пониженного давления при помощи
укороченного манометра 139
* 92. Показ на вариометре-высотомере зависимости давления
воздуха от высоты поднятия над землей 140
93. Показ на дифферент-барометре Бонэ изменения разницы
между атмосферным давлением и давлением газа в
городском газопроводе 142
94. Модель барометра-анероида 143
95. Измерение высоты места по показанию барометра-
анероида 145
96. Открытый манометр. Измерение повышенного давления
в городском газопроводе 146
97. Закрытый манометр. Определение давления в городском
водопроводе 147
98. Изготовление микроманометра высокой чувствительности
для измерения незначительных разностей давления . .149
§ 10. Закон Бойля 150
* 99. Подтверждение закона Бойля при помощи трубки
Мельде 150
* 100. Демонстрация закона Бойля при помощи бюретки . .152
* 101. Демонстрация закона Бойля при помощи манометра и
газоизмерительного колокола (газовой бюретки
Мюллера) 154
* 102. Демонстрация закона Бойля при помощи прибора для
взятия проб воды 156
* 103. Демонстрация закона Бойля при помощи разноплечей
U-образной трубки 158
§11. Выталкивающая сила в газах . 160
104. Всплывание тела в углекислоте 160
105. Демонстрация выталкивающей силы воздуха при помощи
дазиметра (статического плотномера — бароскопа). . .161
106. Измерение при помощи дазиметра удельного веса газа
из городского газопровода 162
107. Повышение плавучести в воздухе резинового шара при
наполнении его водяным паром 164
108. Определение подъемной силы детского воздушного
шара, наполненного водородом или городским газом 164
* 109. Определение при помощи гайдропа подъемной силы
баллона, наполненного городским газом 165
ПО. Плавучесть мыльных пузырей, наполненных городским
газом 166
111. Плавучесть в различных парах мыльных пузырей,
наполненных углекислым газом 167
112. Демонстрация подъемной силы нагретого воздуха . . 168
113. Модель монгольфьера 169
6

114. Наполнение воздушных детских шаров городским
газом 171
115. Подготовка мыльных растворов 173
§ 12. Воздушные и водяные насосы 173
116. Воздушные насосы для школ и их применение . . .173
117. Модель поршневого воздушного насоса 177
118. Модель водяного насоса. Всасывающе-нагнетающая
колодезная помпа 178
* 119. Зависимость между понижением давления в сосуде,
из которого откачивается воздух, и временем
откачивания 180
Глава III. Молекулярные свойства жидкостей и газов
§ 13. Методическая записка 182
§ 14. Молекулярное строение жидкостей и газов. Подвижность
молекул 187
* 120. Определение порядка величины диаметра молекул
масла 187
* 121. Броуновское движение в воде 189
* 122. Броуновское движение в воздухе 190
123. Предварительные опыты сравнения вязкости жидкостей 192
* 124. Измерение вязкости жидкости в пуазах при помощи
простейшего вискозиметра 193
* 125. Определение вязкости жидких масел 194
* 126. Определение вязкости глицерина 195
127. Деформация пластичных тел под действием
собственного веса 196
128. Деформация стеклянной палочки под действием
нагрузки 197
§ 15. Поверхностное натяжение и капиллярность ...••.. 197
129. Предварительный эксперимент, демонстрирующий
поверхностное натяжение воды 197
130. Демонстрация поверхностного натяжения воды при
помощи иголок или лезвий безопасных бритв . . . .198
131. Плавание алюминиевого кружочка на поверхности воды 199
132. Демонстрация поверхностного натяжения воды в U-об-
разной трубке 199
133. Образование капель анилина в воде 200
134. Получение капель анилина при его нагревании в воде 201
135. Образование круглых капель в жидкостях, делающих
капли невесомыми 201
* 136. Зависимость скорости истечения капель воды от величины
силы поверхностного натяжения 202
* 137. Изменение величины поверхностного натяжения воды
при внесении кристаллов камфары 203
138. Влияние поверхностного натяжения различных
веществ, внесенных между двумя подвижными телами . . 204
* 139. Эксперимент, демонстрирующий явление флотации . . 205
140. Вытеснение воды спиртом или эфиром 206
141. Демонстрация поверхностного натяжения мыльных
пленок на круглой рамке 206
142. Демонстрация поверхностного натяжения мыльных
пленок на рамке из ниток 208
* 143. Определение силы поверхностного натяжения
мыльных пленок по измерению предельной силы их
растяжения . , t . . . 209
7

* 144. Определение коэффициента поверхностного натяжения
мыльных пленок по измерению силы, необходимой для
их разрыва 211
145. Подъем мыльной пленки в воронке 212
146. Самосокращение поверхности мыльной пленки . . .212
* 147. Зависимость давления внутри мыльного пузыря от его
размеров 213
148. Действие давления в двух взаимосвязанных мыльных
пузырях 215
149. Образование наименьших поверхностей мыльных пленок 216
* 150. Капиллярное поднятие воды в трубках разного сечения 218
151. Капиллярная депрессия ртути 219
152. Действие силы капиллярности на два близко
подвешенных друг от друга лезвия безопасной бритвы . . 220
* 153. Зависимость величины капиллярного поднятия жидкости
от размера просвета между двумя стеклянными
пластинками 220
154. Капиллярность фильтровальной бумаги 221
* 155. Капиллярное поднятие воды в песке и пылеватых
почвах 223
§ 16. Растворы, смеси. Адсорбция и абсорбция 224
156. Растворение твердого тела в воде. Получение
насыщенных растворов сахара и поваренной соли 224
157. Зависимость растворимости твердых тел от величины
их поверхности и температуры , 226
158. Уменьшение объема при растворении твердых тел
в воде 227
159. Растворение эфира в воде 227
160. Изменение объема при сливании воды и спирта . . . 227
161. Получение эмульсии различных несмешивающихся
жидкостей 228
162. Адсорбция красителей углем 229
163. Адсорбция паров брома углем 230
164. Адсорбция паров бензола углем 230
165. Адсорбция аммиака углем 232
166. Адсорбция городского газа платиной 233
167. Абсорбция аммиака водой 234
168. Абсорбция углекислого газа резиной 236
§ 17. Диффузия и осмос 237
169. Диффузия медного купороса в воду 237
170. Демонстрация диффузии жидкости в проекции
на экран 239
171. Отделение коллоидной фракции от кристаллической
(по Граму) " 241
172. Демонстрация осмотического давления раствора сахара 243
173. Диффузия солей металла в жидком стекле .... 244
174. Демонстрация диффузии углекислого газа в воздух. . 245
175. Демонстрация диффузии городского газа и паров брома
в воздух 246
176. Сравнение скорости диффузии брома в различных
газах 247
177. Повышение давления в пористом сосуде при диффузии
в него городского (светильного) газа или водорода . . 248
178. Понижение давления в пористом сосуде при диффузии
в него углекислого газа 249
179. Изготовление шара Герона, используя диффузию
городского газа или водорода в пористый сосуд 250
180. Эксперимент на модели автоматического
газоанализатора . . . . , о е . . • , - 251
8

Глава IV. Общее учение о потоках
Из предисловия авторов руководства к главам IV, V и VI . 253
§ 18. Методическая записка 254
§ 19. Ламинарные потоки 259
181. Показ струй потока жидкости в струепотоковой камере
Поля 259
182. Показ струй потока газа в самодельной потоковой
камере 260
* 183. Показ граничного слоя между движущимися и
покоящимися частицами разнородных жидкостей 262
184. Распределение скоростей в живом сечении ламинарного
потока жидкости, движущейся в широкой трубе . . 263
185. Показ распределения скоростей в потоке жидкости
внутри трубы 264
186. Количественная характеристика распределения
скоростей по поперечному сечению воздушного потока. . . 264
187. Параболический профиль диаграммы скоростей в живом
сечении потока по форме воздушного пузырька . . . 265
§ 20. Турбулентные потоки 266
188. Завихрения в поднимающемся папиросном дымке . . 266
* 189. Ламинарность и турбулентность струй жидкости.
Определение числа Рейнольдса 266
190. Исследование потока воздуха при помощи вертушки-
индикатора и ниточного зонда 268
191. Показ при помощи ниточного зонда линий тока вокруг
помещенных в поток преград 269
192. Показ при помощи зонда-пропеллера завихрений
позади пластинки, помещенной в поток 271
193. Картина завихрений позади плоской преграды
Показ поля потока при помощи зажженных свечей . 272
194. Обтекание пластинки, помещенной наклонно к оси
потока 273
195. Показ линий тока при помощи зонда-пламени . . . 274
196. Получение замкнутых вихревых колец в воздухе . . 274
197. Проекция на экран вихревых колец в жидкости . . 275
§21. Аэро- и гидродинамическое сопротивление тел в потоках
жидкости и газа 276
198. Картины завихрений при обтекании преград в потоковой
ванне 276
199. Картины завихрений при обтекании преград в потоковом
канале специального прибора 277
200. Картины завихрений при продвижении тел различной
обтекаемости в неподвижной жидкости 278
* 201. Сравнение аэродинамического (лобового) сопротивления
тел различной формы. В эксперименте используется фен
и почтовые весы с квадрантом 280
202. Измерение аэродинамического сопротивления при
помощи самодельных од но компонентных весов . . . 282
* 203 Определение аэродинамического сопротивления при
помощи чашечных настольных весов 283
204. Градуирование шкалы чашечного анемометра . . . 285
§ 22. Измерение давления и скорости потока. Уравнение неразрывности.
Уравнение Бернулли 285
* 205. Вывод уравнения неразрывности по вытекающей струе 285
* 206. Вывод уравнения неразрывности измерением скоростей
в двух трубках разного сечения ...,.* 4 . . 288
9

207. Демонстрация падения давления в сливной трубе
однородной по поперечному сечению 289
208 Демонстрация падения давления в сливной трубе,
имеющей суженный участок 290
209. Демонстрация падения давления в сливной трубе,
имеющей сужение в различных участках 291
210. Измерение напорного (или динамического) давления
воздушного потока трубкой Пито 293
211. Измерение статического давления в воздушном потоке
трубкой-зондом 294
212. Измерение трубкой-зондом статического давления в
потоке жидкости, заключенной в трубу 294
* 213. Измерение скорости потока трубкой Прандтля . . 295
* 214. Измерение скорости воздушного потока дюзой Вен-
тури 296
* 215. Измерение расхода потока круглой диафрагмой . . . 298
* 216. Измерение статического давления в водоструйном
насосе 300
217. Измерение давления в пульверизаторе 301
§ 23. Аэродинамические и гидродинамические парадоксы . . . .301
218. Демонстрация аэродинамического парадокса на
самодельном приборе 301
219. Демонстрация гидродинамического парадокса на приборе
фабричного изготовления 302
220. Поведение бумажного конуса в воронке при продувании
воздуха 302
221. Поведение двух картонных или бумажных полосок при
продувании между ними воздуха 303
222. Сближение двух ложек в струе воды или воздуха . . 304
223. Поведение бумажного круга при продувании воздуха
через плоскодонную воронку 304
224. Поведение матерчатого зонда в краевой зоне воздушного
потока 305
225. Демонстрация аэродинамического парадокса на парящем
в воздушном потоке шарике от настольного тенниса . 306
* 226. Измерение силы втягивания воздушного потока при
помощи парящего резинового тонкостенного шарика . 307
227. Поведение нескольких детских резиновых шаров в потоке
воздуха 308
228. Поведение бумажного цилиндра при внесении его
в горизонтальный поток воздуха 309
229. Демонстрация трения воздуха в свободном и связанном
трубой потоке 309
Глава V. Движение потока вокруг самолета
§ 24. Методическая записка 311
§ 25. Поток вокруг несущей поверхности. Сопротивление и
подъемная сила несущей поверхности 314
230. Потоки вокруг модели крыла 314
231. Исследование потока вокруг модели крыла при помощи
зонда-пламени .... 314
232. Исследование потока вокруг модели крыла при
помощи ниточного зонда 315
233. Демонстрация распределения давления на модели крыла
при помощи накидного бумажного капюшона. . . . 315
* 234. Измерение распределения давления вдоль поверхности
крыла при различных углах атаки 316
10

* 235. Измерение при помощи настольных чашечных весов
сопротивления крыла потоку при различных углах
атаки 319
* 236. Измерение при помощи настольных чашечных весов
подъемной силы крыла . . 320
237. Измерение при помощи однокомпонентных весов
сопротивления крыла потоку и его подъемной силы . . . 322
* 238. Построение поляр-диаграммы модели крыла при
помощи настольных чашечных весов 323
* 239. Построение поляр-диаграммы модели крыла при
помощи двухкомпонентных весов 325
* 240. Составление поляр-диаграммы модели крыла при
помощи спирально-цилиндрической пружины 326
§ 26. Устойчивость самолета. Органы управления 328
241. Поведение потоков вокруг крыла, имеющего
предкрылок. . . - 328
242. Показ краевых завихрений у модели крыла при
помощи вертушки-индикатора и ниточного султанчика . . 329
243. Показ устойчивости самолета вокруг вертикальной оси
при стреловидном и V-образном расположении крыльев 330
244. Определение устойчивости самолета вокруг
продольной оси при V-образном расположении крыльев. . .331
245. Эксперименты с моделями органов управления самолета 332
§ 27. Воздушный винт-пропеллер 334
* 246. Измерение частоты вращения воздушного винта при
помощи стробоскопа, имеющего известное число оборотов 334
* 247. Измерение частоты вращения воздушного винта по
высоте тона 335
248. Демонстрация силы тяги воздушного винта при
помощи зонда-пропеллера 337
249. Демонстрация силы тяги воздушного винта,
насаженного на вал электродвигателя * 337
* 250. Зависимость силы тяги воздушного винта от частоты
его вращения 338
251. Поведение воздушного винта в потоке, направленном
вверх 340
252. Показ действия винта вертолета на самодельной
модели 341
253. Поведение зонда-пропеллера в горизонтальном
воздушном потоке 341
254. Эксперименты по авторотации крыла 342
Глава VI. Избранные эксперименты из различных
областей учения о потоках
§ 28. Методическая записка 344
§ 29. Моделирование «тяги» дюз. Опыты с моделью бумеранга.
Эффект Магнуса 345
* 255. Определение силы отдачи — «реакции» Еоздуходувного
аппарата. Моделирование тяги дюз 345
* 256. Опыты с моделями бумеранга 348
257. Струераспределение вокруг вращающегося цилиндра . 349
258. Показ эффекта Магнуса на скатывающемся бумажном
цилиндре 349
259. Показ эффекта Магнуса на падающем и одновременно-
вращающемся бумажном цилиндре 350
260. Отклонение катящегося шарика от нормального
направления падения 350
§ 30. Опыты на аэродинамической камере с туманообразователем , 351
261. Обтекание различных тел 352
262. Характер потоков вокруг парашюта 353
14

263. Характер потоков вокруг крыла 354
264. Характер потоков вокруг крыла с предкрылком. . . 355
265. Боковые завихрения на модели крыла 355
266. Характер потоков вокруг профилей различного вида
авто- и мототранспорта 356
Приложение I. Хранение и очистка ртути. Работа со ртутью. . . 357
Приложение II. Простейшие работы со стеклом 360
Алфавитный указатель 366
Примечание. Эксперименты, отмеченные звездочкой * могут
быть выполнены как самостоятельные лабораторные работы или как
работы, включаемые в практикумы.

ОТ РЕДАКТОРОВ ПЕРЕВОДА
Во второй части руководства Рудольфа Гирке и Георга Шпрок-
хофа излагается материал по методике и технике
демонстрационных экспериментов, относящихся к механике жидкостей и газов,
а также ряда экспериментов из учения о потоках1. В книге дано
описание 266 экспериментов.
Вторая часть руководства после смерти Рудольфа Гирке (25
декабря 1952 г.) написана целым коллективом учителей школ ГДР.
Главы I и II «Механика жидкостей и газов». Авторы: Р. Гирке
(использованы его рукописи), Йозеф Фишер, д-р Отто Йеахим,
д-р Курт Книттэр, д-р Эгон Купер, д-р Франц Мейснер, Ганс Рей-
хельт, д-р Эрнст Шнейдер, д р Карл Штойэ, Рейнгольд Вольф.
Редакторы: Ганс Рейхельт и Альфред Шуберт.
Глава III «Молекулярные свойства жидкостей и газов». Авторы:
д-р Эрнст Эстэль, Йозеф Фишер, д-р Курт Книттэр, д-р Вернер
Оберлендер, Ганс Рейхельт, д-р Эрнст Шнейдер, д-р Карл Штойэ.
Редакторы: Ганс Рейхельт и Альфред Шуберт.
Главы IV—VI «Учение о потоках». Авторы: д-р Эрнст Эстэль,
Йозеф Фишер, Урзула Киндлинг, Генрих Паукер. Редактор
Альфред Шуберт.
Свое руководство авторы назвали «Школьные физические
эксперименты». Однако его рамки значительно шире, так как
приведенный материал относится не только к курсу физики
общеобразовательных школ, но и к курсу физики специальных школ
(профшколы, техникумы, технические и ремесленные училища
различных профилей и другие средние учебные заведения), вот почему
в настоящем издании руководство получило название
«Эксперимент по курсу элементарной физики».
Многие эксперименты, отмеченные в оглавлении звездочкой *,
могут быть проведены в виде самостоятельных лабораторных работ.
В основу настоящего руководства положено широкое
применение простейших самодельных приборов, доступных любой школе.
1 Руководство выходит в Германской Демократической Республике
отдельными выпусками, Часть 2 охватывает выпуски 3, 4 и 5.—Ред.
13

Работы на самодельных приборах авторы руководства подняли
до уровня строго продуманного и обоснованного методического
принципа: «Эксперимент, проведенный на самодельном
оборудовании и в самом процессе изложения материала, более доходчив,
а значит, и педагогически более целесообразен» (введение к части 1
руководства).
В руководстве дается в систематическом порядке значительное
количество экспериментов по каждому из разделов физики, что
позволяет учителям школ самых различных профилей, исходя
из их учебного плана и программы, самим выбрать нужные
демонстрации.
В переводе и обработке автор перевода стремился сохранить
в значительной мере текст руководства.
Однако, помимо исправления отдельных случайных недочетов,
пришлось несколько переработать самый текст ряда экспериментов
и некоторые методические записки в тех случаях, когда они либо
опирались на устаревший материал, либо на недостаточно
проверенные приемы, либо, наконец, когда они были изложены слишком
схематично. Большинство оригинальных экспериментов было
осуществлено автором перевода на базе физического кабинета 149-й
средней школы Калининского района г. Ленинграда, учителем
которой он является. Все принципиальные расхождения оговорены.
Кроме того, в настоящем издании опущены ссылки авторов
руководства на те или иные классы основной школы (Gnmdschule—
начальные восемь классов) и школы высшей ступени (Oberschule—
старшие четыре класса) ГДР, так как подобные указания могли бы
дезориентировать учителей наших учебных заведений из-за
значительного расхождения программ.
Пришлось также в отдельных случаях отказаться от
применяемых авторами обозначений физических величин, заменив их
принятыми в советской школе.
В руководстве, как и во всей научной литературе ГДР и ряда
других стран, используются для обозначения единиц силы новые
наименования понд и килопонд («и кп),
соответствующие грамм-силе и килограмм-силе (Г и /сГ), их введение
устраняет путаницу в наименованиях единиц силы и массы.
Разделяя мнение авторов руководства о необходимости введения
специального наименования для единицы силы (см. ч. 1, § 7, п. 2), в
настоящем издании также используется килопонд. Следует пожелать,
чтобы это наименование вошло в нашу литературу и обиход1.
Кроме того, нами сохранено и применяемое авторами
наименование т о р р для обозначения единицы давления в 1 мм рт. ст.
Проф. Я. Л. Знаменский
Проф. Я. А, Рымкевич
1 См. также предисловие проф. Н. Малова к переводу книги Альфреда
Хенделя «Основные законы физики», Физматгиз, 1958.
14

ВВЕДЕНИЕ
1. Настоящая книга является второй частью руководства,
написанного совместно Р. Гирке и Г. Шпрокхофом. Однако после
смерти Р. Гирке, последовавшей в 1952 г., дальнейшее составление
руководства осуществлялось коллективом учителей, используя
богатое наследство Р. Гирке.
Во второй части в главах I и II рассматриваются
эксперименты по механике жидкостей и газов, в
главе III — по молекулярным свойствам жидкостей и газов.
В главах IV—VI, заключающих весь первый раздел курса физики —
механику, рассматриваются эксперименты из учения о
потоках.
В конце второй части даны два приложения, в которых описаны
работы, весьма важные при изучении физики жидкостей и газов:
приложение I «Работа со ртутью» и приложение II «Простейшие
работы со стеклом».
2. Методические принципы, положенные в основу построения
первой части руководства, полностью сохранены и во второй части.
Однако нумерация параграфов и иллюстраций второй части не
продолжает нумерацию первой части, а начата вновь. Там, где
по ходу работ необходимы ссылки на эксперименты или параграфы
первой части, перед номерами параграфов и экспериментов
поставлена римская цифра, соответствующая номеру части; например,
ссылка «1-Э —-41»—означает: часть 1, эксперимент 41.
Как и первая часть руководства, эта книга не является
учебником. Она рассчитана не на учеников, а на учителей физики
и поэтому не имеет целью сообщения теоретических сведений.
Задача книги в конечном счете — помочь учителю в выборе и
проведении экспериментов.
В тех случаях, когда отдельные эксперименты сопровождаются
примечаниями, последние преследуют цель показать
читателю, как ему наиболее целесообразно с методической точки
зрения использовать эксперимент в процессе преподавания.
Из тех же соображений в ряде экспериментов приводятся
числовые примеры и их математическая обработка.
Это имеет место особенно там, где необходимо показать различие
15

исследуемых величин, например различие между удельным весом
и плотностью, или где математический расчет является составной
частью эксперимента. Приводимые данные, сведенные в таблицу,
во многих описываемых экспериментах позволяют методом
индукции установить ту или иную физическую закономерность. Само
собой понятно, что все числовые примеры, включенные в
руководство, не должны механически переноситься на урок. Эти данные,
взятые как результат действительно проведенных экспериментов,
не будут совпадать с результатами подобных экспериментов,
проводимых на оборудовании иных габаритов и иной сборки. На уроке
должны быть использованы те численные значения той или иной
величины, которые получают учащиеся или учитель во время
демонстрации на собранных ими установках.
3. И в этой части руководства каждая глава сопровождается
методической запиской, выделенной в
самостоятельный параграф. В этих записках не рассматриваются вопросы общей
методики преподавания физики, так как это задача специальных
книг. Методические записки настоящего руководства направлены
на рассмотрение частных вопросов методики проведения
экспериментов, описанных в той главе, которой предшествует записка.
В записках даются указания на наиболее целесообразные пути
проведения экспериментов, а также выделяются узловые вопросы,
на которые учитель должен обратить внимание учащихся при
проведении работ.
4. Как и первая часть руководства, эта книга не навязывает
тем, кто ею пользуется, того или иного методического пути. В ней
отдано предпочтение индуктивному методу преподавания как в
основной школе (Grundschule), так и в значительно большей степени
в школе высшей ступени (Oberschule). Такой подход основывается,
по нашему убеждению, на том, что индуктивный метод преподавания
является наиболее эффективным во всех тех случаях, когда по нему
идет и сама наука, исследующая те же области знания. Но было
бы совершенно непростительно, если бы наше руководство в
какой-либо мере связывало в методическом отношении своих
читателей.
Возможность широкого выбора методических путей
предоставлена хотя бы тем, что материал руководства расположен не в
методической, а в систематической последовательности.
Учителям физики должна быть предоставлена полная свобода
выбора экспериментов, исходя из наиболее целесообразного, с их
точки зрения, методически оправданного расположения курса.
К этим соображениям тесно примыкает и следующее. В
руководстве, в каждом из разделов, рассматривается значительно
большее число экспериментов, чем их возможно включить в процесс
обучения. Избрав такой путь, составители исходили из мысли о
необходимости предоставить учителям широкие возможности в
выборе экспериментов, которые бы соответствовали конкретным
условиям той или иной школы.
16

Выбор экспериментов в значительной мере зависит также и от
имеющегося в распоряжении учителя оборудования. Во всех
случаях необходимо предостеречь пользующегося руководством от
ошибочного взгляда, могущего возникнуть из-за обилия материала,
представленного в руководстве, что все приведенные эксперименты
должны быть показаны учащимся. Небольшое число, но
действительно хорошо проведенных и во всех мелочах понятых учащимися
экспериментов методически более действенно, чем многочисленные,
но понятые наполовину и проведенные с несоответствующими
средствами эксперименты. Необходимо иметь в виду, что учебная
цель достигается в полной мере лишь тогда, когда сами учащиеся
принимают активное участие в проведении эксперимента.
5. При выборе и описании экспериментов составители
выдвинули на первый план такие, которые могут быть проведены на
приборах, собираемых на штативах из простейших стеклянных частей,
и другого, обычного для школ оборудования. Применение в
экспериментах сборных конструкций преследует совершенно
определенную методическую цель (см. введение к первой части
руководства) — привлечь учащихся к созданию комплексных приборов
для проведения экспериментов. Но понятно, что для проведения
многих экспериментов необходимы специальные приборы
фабричного изготовления. К ним относятся в первую очередь
гидростатические весы для проведения экспериментов по гидростатике и
хорошие насосы для экспериментов по гидро- и аэростатике.
Большую ценность в преподавании имеют простейшие
эксперименты, которые следует рассматривать как пропедевтические (Vor-
versuche), и эксперименты для самостоятельного выполнения
учащимися (Freihandversuche), хотя они и не выделены отдельно
в настоящем руководстве. Именно подобные эксперименты
пробуждают инициативу учащихся и вызывают интерес к
экспериментированию и внимательному рассмотрению окружающих их
явлений.
6. Рамки руководства были бы слишком сужены, если бы было
дано описание только обычных экспериментов. Все то, что носит
экспериментальный характер по соответствующему разделу
физики, должно найти отражение в нем. Вот почему отведено место
и изготовлению моделей. Описание моделей составлено с таким
расчетом, чтобы они могли быть изготовлены учащимися под
руководством учителя. Моделирование должно быть прежде всего
одной из задач школьных технических или физических обществ
(кружков). При этом учащиеся не только знакомятся с
физическими закономерностями, но и приобретают навыки ручного труда,
что имеет особое значение в связи с решением вопроса о
политехническом обучении.
Во избежание излишней перегрузки руководства специальными
разделами все эксперименты по моделированию включены в
соответствующие главы в зависимости от характера закономерностей,
вскрываемых моделью или положенных в основу ее конструкции,
17

а не выделены в отдельные параграфы. Все эксперименты по
моделированию имеют общий порядковый номер с обычными
экспериментами.
7. Облегчая пользование настоящей книгой тем ее читателям,
которые не имеют первой части, приводим некоторые общие
принципы построения руководства.
1) Каждый эксперимент представляет собой законченное целое
и поэтому отмечается отдельным номером.
2) Описание эксперимента сопровождается перечнем
необходимого оборудования и материалов.
3) Указания, не имеющие прямого отношения к проведению
эксперимента, даются в конце текста, описывающего эксперимент,
под рубрикой «примечание».
4) Ссылки на тот или иной эксперимент даются сокращенно.
Например, «Э—23» означает ссылку на эксперимент 23, помещенный
в настоящей части руководства, а «1-Э—41» означает ссылку на
эксперимент 41 из первой части руководства.
5) Ссылки на методические записки, например, М. 3, § 2, п. 3,
означают: «методическая записка, § 2, пункт 3».
6) Все размеры приборов и приспособлений на рисунках и в
тексте даются в миллиметрах.

ГЛАВА I
МЕХАНИКА ЖИДКОСТЕЙ
§ 1. МЕТОДИЧЕСКАЯ ЗАПИСКА
1. Изучение свойств жидкостей рекомендуется начать с
изучения жидкости, имеющей свободную поверхность.
После того как у учащихся установится четкое представление
о горизонтальности свободной поверхности жидкости, не
представит особого труда установить свойства сообщающихся
сосудов без предварительного рассмотрения вопроса о
равенстве давлений, вызванных весом столба жидкости. Можно привести
многочисленные примеры, показывающие, что свойства
сообщающихся сосудов проявляются всюду, где имеются взаимно
соединяющиеся вместилища жидкостей. Чтобы не осложнять
наблюдение, необходимо избрать такой порядок проведения экспериментов,
при котором исключается проявление капиллярности.
При демонстрации закона сообщающихся сосудов обычно
используется специальный прибор, в котором несколько трубок
различной формы впаяны в одну общую горизонтальную
соединяющую их трубку. Думается, что подобный прибор, как прибор
«застывшей формы», не целесообразен. Вот почему в Э—7, Э—8, Э—9
и Э—10 даны такие примеры проведения экспериментов, в которых
можно изменять как форму, так и соответствующее
взаиморасположение частей приборов, применяя соединяющие их части, не
связывающие движение жидкости. Этот прием позволит учащимся
понять принцип использования сообщающихся сосудов в технике
и лучше воспринять устройство подобных приборов.
Для повышения наглядности целесообразно всюду, где
необходимо, проводить наблюдение за поведением воды или другой
бесцветной жидкости, применять ее подкрашивание. Поэтому в
настоящем руководстве в отдельных случаях подчеркнута необходимость
подкрашивания жидкостей. Обычно в качестве красителя
используется марганцовокислый калий как препарат, ярко окрашивающий
воду. Достаточно нескольких кристалликов этого препарата, чтобы
окрасить целое ведро воды в интенсивно фиолетово-красный цвет.
19

Однако следует предостеречь от широкого применения
марганцовокислого калия, особенно для трудно разбираемых приборов. При
длительном использовании этого раствора выпадает окись марганца,
окрашивающая стенки сосуда в светло-коричневый цвет. Окись
марганца трудно смывается.
Для окраски воды и других жидкостей удобно использовать
водные и спиртовые растворы некоторых специальных красителей.
1) Фуксин в спиртовом растворе. Несколько капель раствора
окрашивают литр воды в ярко-красный цвет;
2) Метиленовая синь в дистиллированной воде — в темно-синий
цвет;
3) Флуоресцеин в дистиллированной воде с добавлением
нескольких капель натриевой щелочи — зеленая флуоресценция.
4) Фенолфталеин в спирту с добавкой нескольких капель
натриевой щелочи. Несколько капель этого раствора окрашивает
большое количество воды в малиново-красный цвет.
5) Драконова кровь — тропическая смола1 окрашивает бензин,
керосин, бензол в кроваво-красный цвет.
2. Особое внимание должно быть обращено на уяснение понятия
гидростатического давления (соответственно
аэростатического.— А. Л.). Необходимо провести резкое различие между
понятиями сила давления и давление. С этими
понятиями учащиеся уже встречались в механике твердых тел. При
изучении механики жидкости необходимо указать на сходство
и различие в применении этих терминов для твердых тел и
жидкостей, закрепив представление об этом различии экспериментально
(Э—20). Необходимо указать, что если на ограниченную
поверхность S твердого тела действует в произвольном направлении
некоторая сила F> то она раскладывается на две составляющие /\
и F2- Та составляющая Fly которая направлена перпендикулярно
поверхности, и есть сила давления (Druckkraft). Вторая
составляющая F2, направленная вдоль поверхности, вызывает
горизонтальное перемещение, или скольжение и есть сила
скольжения, или сила горизонтального смещения
(Schubkraft).
Частное отделения силы давления Fx на величину поверхности S,
испытывающей это давление, дает величину давления
Единицей давления при чисто физических измерениях служит
физическая атмосфера (Am)
1 Am ^760 торр (мм рт. ст.)^ 1013962 бара (дн • см"2).
1 Красная смола одного из видов древовидной драцены — Dracaena draco;
дерево высотой до 20 м со стволом до 14 м в поперечнике, доживающее до
возраста в 5—6 тысяч лет; произрастает на Канарских о-вах. — А. Л.
20

Технической единицей давления является техническая атмосфера
(am) — давление в 1 килопонд на площадь в 1 квадратный сантиметр
1 am — 1 ял • см'2 да 735 торр.
Давление, определенное таким образом, есть величина, имеющая
направление, совпадающее с направлением действующей силы.
В твердых телах действие силы давления проявляется только
в направлении действующей силы. Так, например, если молотком
забивать гвоздь в доску, то рука, держащая гвоздь, не испытывает
никакого воздействия от той большой силы, которая передается
по направлению удара.
В жидкостях и газах действие силы давления иное. Если при
помощи поршня подействовать на жидкость, замкнутую со всех
сторон стенками сосуда, приложив некую силу F, то можно
подсчитать давление, сообщаемое этой жидкости, разделив величину
силы на величину площади поршня, граничащей с жидкостью.
В этом случае давление будет направлено внутрь жидкости и
обозначается как поршневое давление (Kolbendruck).
Эксперименты показывают, что замкнутая со всех сторон жидкость ведет
себя совершенно иначе, чем твердое тело. При сообщении ей при
помощи поршня некоего давления жидкость передает его во все
стороны, и оно будет обнаружено на любом участке стенки,
замыкающей жидкость, при этом сила горизонтального смещения не
проявляется. Определяя на любом месте стенки сосуда,
замыкающего жидкость, величину действующего на стенку давления, можно
обнаружить, что его величина в любом участке имеет то же
значение, что и величина давления, сообщаемого поршнем. Таким
образом, давление, сообщенное поршнем, передается внутри
жидкости от молекулы к молекуле по всем направлениям, а сила давления
на равных площадях одна и та же (закон Паскаля).
В результате проведенных экспериментов становится очевидным,
что в любой части жидкости и в любом направлении имеет место
одна и та же величина передаваемого жидкостью давления.
Величина поршневого давления, полученного извне, остается внутри
жидкости неизменной и обнаруживается на любом участке стенки
сосуда, замыкающего жидкость, во всех случаях по направлению,
перпендикулярному стенке.
3. Но и в жидкости, ограниченной свободной поверхностью,
в которой проявляется сила тяжести, можно обнаружить силу
давления на стенки сосуда, вмещающего эту жидкость, направленную
перпендикулярно стенкам (Э—32, Э—33). Частное от деления силы
давления на величину поверхности дает величину давления
на стенки сосуда или в более общем виде —
давление на площадку внутри жидкости (Wand-
druck), проявляющуюся или как давление на дно с о с у-
Д a (Bodendruck) или как боковое давление (Seiten-
druck) или как выталкивающее давление (Aufdruck).
21

Давление на площадку внутри жидкости, как и давление яа
твердое тело, есть величина, имеющая направление.
Эксперимент позволяет установить, что при горизонтальном
положении дна давление на любом его участке одно и то же. Боковое
давление пропорционально средней высоте столба жидкости над
исследуемой поверхностью. Выталкивающее давление,
действующее на любую наклонно расположенную площадку, взятую внутри
жидкости, направлено перпендикулярно к ней; если эта
площадка расположена горизонтально, то давление подобно
давлению на дно и на любом участке также одно и то же.
Так как давление на дно, боковое давление и выталкивающее
давление обусловлены весом жидкости, то эти виды давления
называются общим термином весовое давление (Schwere-
druck).
Если для замкнутой со всех сторон жидкости, испытывающей
на себе поршневое давление, трудно исследовать ее внутреннее
состояние без специального оборудования, обеспечивающего
наглядность процессов, то для жидкости, имеющей свободную
поверхность, исследование внутреннего состояния доступно для
эксперимента. Имеющееся в этом случае распределение давления
может быть без особых трудностей показано наглядно. Для этой
цели применяются зонды-давления самых различных
видов (Э — 26 —Э — 28). При помощи таких зондов можно показать
действующие внутри жидкости силы и соответствующее давление.
Такое давление не имеет определенного направления в отличие
от давления на стенки сосуда. При любом положении зонда, когда
его мембрана направлена в любую сторону в пределах одного
горизонта жидкости, обнаруживается одна и та же величина давления.
Давление внутри жидкости в пределах каждого горизонтального
слоя одно и то же. Оно пропорционально средней высоте столба
жидкости над местом замера и численно равно давлению на
площадку, погруженную на ту же глубину.
В жидкости, замкнутой со всех сторон, не представляется
возможным экспериментальным путем отдельно выделить давление,
созданное весом жидкости, поскольку внутри нее имеет место
совместное действие как поршневого, так и весового давления.
Такое общее давление называется гидростатическим.
Это давление не имеет направления. Для показа гидростатического
давления необходимо эксперимент провести так, чтобы
испытываемая площадка могла перемещаться в любом заданном
положении.
В жидкостях со свободной поверхностью поршневое давление
отсутствует, и в этом случае гидростатическое давление
равнозначно весовому давлению.
Из методических соображений целесообразно начать
знакомство с давлением в жидкостях с экспериментов, демонстрирующих
поршневое давление, например с экспериментов с шаровым
шприцем и гидравлическим прессом.
22

Значительное затруднение в процессе преподавания в школах
вызывает термин давление, в который не во всех случаях
вкладывается однозначное содержание. Так, давление на площадку
внутри жидкости (давление на дно, боковое- давление и
выталкивающее) есть величина, имеющая направление, тогда как
гидростатическое давление — величина, не имеющая направления.
Термин «гидростатическое давление» обозначает внутреннее
состояние жидкости, которому соответствует наличие давления в ней,
а значит и сила давления, проявляющаяся в любом направлении.
Необходимо было бы для обозначения подобного внутреннего
состояния жидкости дать особое определение и особый термин,
так как с термином «давление» неразрывно связано представление
о направлении его действия, что твердо укореняется в сознании
учащихся при изучении свойств твердого тела. Возможно было бы
целесообразнее внутреннее состояние жидкости обозначить
термином «гидростатическое напряжение», однако в рамки настоящего
руководства и в его задачи не входит прокладывание новых путей
терминологии. Необходимо у учащихся создать правильное
представление о физических свойствах жидкостей. В настоящем
руководстве авторы стремятся показать все возможные проявления
свойств жидкости и, в частности, показать отсутствие направления
гидростатического давления.
Для правильного понимания гидростатического давления особое
значение имеет выведение его размерности. Здесь можно привести
следующее рассуждение.
Гидростатическое давление измеряется величиной силы,
отнесенной к единице поверхности, и поэтому подобно давлению на
площадку внутри жидкости. Его размерность вытекает из
отношения величины силы к площади:
И = [daSy = tp • L"2Je rMLT~2J • fL""2J = [ML-т-].
Сопоставляя полученную размерность давления с размерностью
энергетической плотности (или удельной
энергии жидкости. — А. Л.), можно установить их
однородность.
В этом случае энергетическая плотность будет иметь
следующую размерность:
[Е*\ = П=гЧ = [Е • L~3] = [ML2T"2] • [L~»l = [ML-iT-2].
Таким образом, размерность гидростатического давления такая же,
как и размерность энергетической плотности.
Подобное рассуждение облегчает понимание гидростатического
давления и подводит к объяснению характера давлений в потоках
жидкостей, рассматриваемых в IV н V главах.
23

4. Одной из важных задач изучения гидростатики является
установление правильного понимания того факта, что сила давления
на дно сосуда зависит только от величины поверхности дна,
удельного веса жидкости и высоты ее столба над дном и не зависит от
формы сосуда. Основным звеном в этой области является
рассмотрение гидростатического парадокса.
Однако необходимо выполнять неукоснительное требование
педагогики и вдумываться в сущность наблюдаемого явления
при проведении эксперимента по гидростатическому парадоксу.
К этому направлены и предлагаемые приборы для демонстрации
давления на дно сосуда. Такие приборы, самой разнообразной
конструкции, имеются обычно во всех школах. Наиболее
распространенной моделью прибора является модель, названная весами
Паскаля. В этом приборе дно сосуда заменено пластинкой,
соединенной с рычагом весов, прижимаемой к сосуду за счет
грузиков, помещаемых на чашку весов. Высота поверхности жидкости
в сосуде определяется по положению указателя, перемещающегося
вдоль шкалы. Однако весы Паскаля не удовлетворяют требованиям,
предъявляемым к строгому эксперименту. На большинстве
подобных приборов трудно установить момент выливания воды,
кроме того, этот момент наступает значительно раньше, чем
достигается истинное равновесие сил. В таком случае уже значительно
снижается ценность эксперимента. Некоторое улучшение
конструкции достигается тем, что исследуемые сосуды устанавливаются
на цилиндр без дна, замыкаемый снизу легкоподвижным поршнем.
Уплотнение примыкания поршня к стенке цилиндра достигается
поршневым кольцом из ртути. Сила давления на дно сосуда или,
что то же самое, на поршень передается в этих приборах на
рычаг весов.
В других моделях прибора для измерения давления на дно
укрепляется резиновая мембрана, замыкающая снизу сосуд и
заменяющая отпадающую пластинку или поршень. В этих приборах
прогибание резиновой мембраны передается на рычажные весы.
Такие приборы работают вполне удовлетворительно, однако и они
имеют некоторые недостатки. Довольно быстро резиновая мембрана
становится жесткой и легко лопается и поэтому требует частой
замены. Очень простую модель подобного прибора предложил
Хальдат. В его приборе показателем давления на дно служит
манометрическая трубка, заполненная ртутью. То обстоятельство,
что в приборе Хальдата применяется жидкостный манометр,
принцип действия которого обычно ко времени проведения
эксперимента еще не объяснен, вряд ли может вызвать методические
возражения, поскольку в этом приборе манометр служит лишь как
указатель равенства силы давления на дно и не требует рассмотрения
его иных функций. Характер расчета силы давления на приборе
Хальдата тот же, как и на других подобных моделях, и может
быть объяснен, исходя из закона о рычагах. Против такой трактовки
вряд ли можно возразить.
24

Все названные приборы имеют один общий недостаток. Они
являются приборами для качественной демонстрации только одной
из закономерностей. Стремясь расширить границы эксперимента
и предоставить возможность провести его на самодельных
приборах, особенно для экспериментов, выполняемых самими учащимися,
авторы руководства поместили описание нового прибора (Э—31).
Для него могут быть использованы сосуды от обычных приборов
(например, от весов Паскаля). Предлагаемый прибор может быть
использован не только для качественного сравнения, но и для
проведения количественного эксперимента.
Необходимо обратить внимание, что на всех этих приборах
исследуется собственно не давление на дно, а сила давления, так
как измеряется сила, действующая на всю площадь дна. Таким
образом, вывод закономерности, лежащий в основе представления
о характере давления на дно, должен быть вынесен в область
умозаключения, которое и должно быть доведено до учащихся с
предельной ясностью.
5. Определение выталкивающей1 силы жидкости
производится методом взвешивания тел, погружаемых в жидкость.
При этом должны применяться весы со специальной чашкой,
имеющей достаточное пространство под ней для подвешивания
погружаемого в жидкость тела. Лучше всего для этой цели
использовать весы, коромысло которых можно поднимать на необходимую
для данного эксперимента высоту, закрепляя держатель коромысла
в лапке штатива. Такие весы удобны в силу простоты обращения
с ними. С таким же успехом могут быть использованы и
специальные весы или с чашками, подвешенными на различной высоте, или
с перекидным мостиком над одной из чашек (рис. 1). Не менее
пригодны и обычные весы с роговыми чашками, если их снабдить
специальным устройством для подвешивания тел под чашку.
В настоящем руководстве все весы подобного типа,
предназначенные для проведения экспериментов по гидростатике, будут
впредь коротко обозначаться как гидростатические
весы.
Для вывода архимедова принципа обычно используется
специальное ведерко, к которому подвешивается сплошное тело,
погружаемое в жидкость. Объем погруженного тела должен быть строго
равен объему внутреннего пространства ведерка. Выталкивающая
сила компенсируется при заполнении ведерка жидкостью. Мы не
считаем возможным рекомендовать подобный прибор. Такой
эксперимент далеко не точен, так как обычно при заполнении ведерка
1 Термин авторов — «подъемная сила» (Aufdruckkraft)—не удачен, так как
в нашей литературе принято под термином «подъемная сила» понимать
разность между силой, действующей на погруженное в жидкость тело
(выталкивающей силой), и весом этого тела. В этом смысле, возможно, более удачным
следует считать термин «поддерживающая сила», предложенный авторами
«Курря элементарной физики», под ред. акад. Г. С. Ландсберга, Гостехиздат,
М„ Т956. — Л. Л.
25

можно влить жидкости больше, чем было рассчитано путем обмера
внутреннего пространства, за счет поверхностного натяжения.
В настоящем руководстве даны эксперименты, позволяющие на
простейших приборах достичь необходимой точности при выводе
закона Архимеда,не допуская подобной погрешности (Э—42—Э—44).
/S
h
7\
с
7*л
г*л
гт*
Ггл
Рис. 1. Весы для проведения экспериментов по гидростатике.
Гидростатические весы:
а—весы с изменяющейся высотой подвеса чашек; б—весы с одной укороченной
чашкой; в—весы с перекидным мостиком над одной из чашек.
В этой же части руководства уделяется достаточное место для
изучения удельного веса и плотности в их противопоставлении.
Как удельный вес, так и плотность — величины, имеющие
определенные и не совпадающие размерности, несмотря на их
численное совпадение, что нужно иметь
в виду во всех случаях при
определениях плотностей и удельных
весов и расчетов с ними.
Особенно существенное значение это
имеет при определении
выталкивающей силы, вот почему именно
при описании этих опытов в
руководстве даются соответствующие
указания. Подробные указания об
определении плотности приводятся
в примечении 2 к Э—36. Этот
вопрос, однако, не касается
начальных ступеней обучения, где ограничиваются понятием
удельного веса. В дальнейшем оба понятия должны использоваться
параллельно.
6. Само собой понятно, что, решая вопрос политехнического
образования, нельзя ограничиться показом рисунков водяных
двигателей и с точки зрения методики преподавания целесооб-
Рис. 2. Модель водоструйной
турбины.
26

разно найти возможность к проведению экспериментов на
действующих моделях. В этом плане необходимо широко использовать
модели, выпускаемые фабричным путем. Во многих
школах имеются модели подливных и наливных
колес, выполненные из жести. Кое-где встречаются
модели водяных турбин из жести и стекла,
которые могут быть подключены к водопроводу. Чаще
всего это модель водоструйной турбины (турбина
Пельтона, рис. 2), или реактивной турбины (рис. 3).
Там, где нет таких моделей, их необходимо
изготовить в кружках юных техников. Для
изготовления подобных моделей необходимо иметь лишь
куски фанеры или другого тонкого дерева и куски
жести, которые могут быть вырезаны из любой
консервной банки. В § 6 даны указания для
изготовления подобных моделей. Однако
приведенное описание необходимо рассматривать лишь
как одно из возможных решений вопроса.
Разумеется, можно предложить и иные конструкции; Рис- 3- Модель
здесь открываются широкие просторы для разви- реак™ишИ ТуР"
тия инициативы.
§ 2. ЖИДКОСТЬ, ИМЕЮЩАЯ СВОБОДНУЮ ПОВЕРХНОСТЬ,
СООБЩАЮЩИЕСЯ СОСУДЫ
/. Исследование формы и положения свободной
поверхности жидкости визированием
Большой кристаллизатор или аквариум, подставка,
штатив, пружинный зажим.
Большой кристаллизатор или аквариум ставится на
горизонтальную крышку стола и наполняется водой. Укрепив на штативе
пружинный деревянный зажим, вдоль его верхнего края
производят визирование на поверхность налитой жидкости и зажим
закрепляют, фиксируя визирную линию.
Перенося штатив с укрепленным зажимом на любое место стола
вокруг сосуда, проводят повторное визирование, при этом
учащиеся убеждаются, что в любом направлении визирования высота
расположения зажима остается неизменной. Тем самым
устанавливается, что поверхность жидкости параллельна крышке стола
и является горизонтальной. Само собой понятно, что до проведения
эксперимента необходимо убедиться в горизонтальном положении
крышки стола.
Изменяя положение сосуда и располагая его наклонно, оперев
один его край на подставку, при повторении описанных
экспериментов учащиеся убеждаются, что и в этом случае поверхность
жидкости сохраняет горизонтальное положение (рис. 4).
27

Рис. 4. Изучение формы и положения свободной
поверхности жидкости визированием.
Примечание
Горизонтальное положение стола необходимо установить,
не прибегая к уровню, так как в устройстве уровня
используется то свойство жидкости, которое и надлежит изучить
в процессе эксперимента. Проще всего горизонтальное
положение крышки стола определить при помощи стального
шарика. Если шарик, положенный в любом месте стола,
остается в покое и не скатывается, значит стол горизонтален.
2. Исследование формы и положения
свободной поверхности жидкости при помощи щупа
Аквариум; штатив с поперечным стержнем; муфта,
надеваемая на свободный конец стержня; заостренная
деревянная или стеклянная палочка; подставка.
На горизонтальную крышку стола устанавливается наполненный
водой аквариум или большой кристаллизатор. В муфту,
закрепленную на горизонтальном
стержне штатива,
закрепляется вертикально деревянная
или стеклянная палочка,
конец которой едва касается
воды (рис. 5). Перемещая
штатив в любом направлении,
тем самым перемещая и
деревянную палочку—щуп,
убеждаемся, что положение
поверхности жидкости не
изменяется и щуп в любом месте
также едва касается
поверхности воды.
Тот же результат мы обнаруживаем при изучении поверхности
жидкости, находящейся в наклонном сосуде (см. Э—1).
Крышка стола должна быть горизонтальной (см. примечание
к Э-1).
Рис. 5. Изучение формы и положения
свободной поверхности жидкости при
помощи щупа.
28

3. Постоянство объема жидкости при ее
переливании
Кружки (0,5 л, 1,0 л), различные мензурки (100 мл,
200 мл9 500 мл), стаканы, кастрюли, небольшой
аквариум или другие сосуды.
Различное количество жидкости отмеривается и выливается
в градуированные и неградуированные сосуды. Особенно интересно
взять одно и то же количество жидкости, а затем переливать ее
из одной мензурки в другую, применяя мензурки различной формы
и ширины.
Эксперимент позволяет установить, что объем жидкости при
переливании остается неизменным. Небольшие потери при
переливании возможны лишь за счет прилипания капель жидкости
к стенкам сосуда. Во избежание этого сосуды необходимо тщательно
встряхивать, освобождая от капель, или предварительно ополоснуть.
Необходимо показать, что жидкость принимает форму того
сосуда, в который ее переливают.
4. Моделирование жидкостей
Аквариум, галька, стеклянные бусы, свинцовая
дробь, сухой тонкий песок, горох, маковые зерна,
ликоподий, пыльца орешника или сосны,мелкие
стальные намагниченные шарики, песочные часы,
заостренная деревянная палочка.
Моделирование жидкости можно провести на различных
зернистых телах. В дополнение к описанному в части 1 руководства
эксперименту (1-Э—41) можно указать еще на одну возможность
его проведения.
Сосуд, в который насыпано одно из указанных веществ, слегка
встряхивают, при этом поверхность зернистых веществ
становится почти строго горизонтальной. Погружая в зернистые вещества
заостренную палочку, мы обнаруживаем, что частицы вещества
расступаются тем легче, чем они мельче.
Если наполнить сосуд ликоподием или пыльцой и слегка
повернуть его вокруг оси, насыпанное вещество само собой
пересыпается и вновь образует горизонтальную поверхность. Отдельные
зернышки ссыпаются по наклонной поверхности и заполняют
самые маленькие углубления до тех пор, пока поверхность не станет
строго горизонтальной.
Этот эксперимент позволяет уяснить, каким образом
сохраняется горизонтальность поверхности жидкости.
Примечания
1. При проведении эксперимента следует просмотреть
примечание к 1-Э—41.
2. Споры и пыльцу лучше всего хранить в специальном
флаконе для хранения порошков.
29

5. Демонстрация несжимаемости жидкости
Стеклянная трубка (010—15 мм, длина 250—300 мм),
2 цилиндрические пробки к ней, деревянная
палочка, входящая в трубку, подкрашенная вода.
В стеклянную трубку до ее середины проталкивается одна
из пробок (см. 1-Э—19), после чего в трубку вливается вода,
которую и замыкают второй пробкой.
Если при помощи деревянной палочки-шомпола одну из пробок
перемещать в трубке, то вслед за пробкой будет перемещаться
и весь столбик воды без заметного изменения его длины.
Эксперимент показывает,что, прикладывая подобныесилы давления к
жидкости, невозможно установить ее сжимаемость. Этот эксперимент
является лишь предварительным.
Примечания
1. Для увеличения эластичности пробок их следует
предварительно прокипятить.
2. При проведении эксперимента необходимо
просмотреть п. 1 примечания к 1-Э — 19.
6. Расширение жидкости при понижении
внешнего давления
Колба, просверленная резиновая пробка, дважды
прямоугольно изогнутая капиллярная трубка (0 1 мм),
небольшой химический стаканчик, подкрашенная свеже-
прокипяченная вода, воздушный насос с тарелкой и
большим стеклянным колоколом, несколько
деревянных брусков.
Из-за отсутствия специального оборудования показать
сжимаемость жидкости в процессе школьного эксперимента не удается.
Сжимаемость можно было бы показать на
пьезометре, предложенном Эрстедом. Но
возможно показать обратный процесс —
расширение жидкости при уменьшении
внешнего давления на ее поверхность,
пользуясь следующим, вполне доступным
школе экспериментом.
Колба, наполненная прокипяченной
подкрашенной водой, закрывается
просверленной резиновой пробкой. В пробку
вставляется дважды прямоугольно изогнутая
капиллярная трубка с горизонтальным
коленом около 70 мм (рис. 6). Короткий
конец капилляра через пробку погружается
в жидкость настолько, чтобы вытесненная
им жидкость поднялась в капилляре и едва вошла в его
горизонтальное колено. Свободный конец капилляра помещается
Рис. в- Показ объемной
упругости воды при
уменьшении внешнего давления.
30

в химический стаканчик. Таким образом собранный прибор
устанавливается под колокол насоса, при этом под дно колбы подкла-
дывается несколько деревянных брусочков, чтобы оно не
закрывало отверстия для откачивания воздуха.
При откачивании воздуха наблюдается перемещение столбика
жидкости в горизонтальном колене капиллярной трубки. Таким
образом, становится ясным, что при уменьшении внешнего
давления объем жидкости увеличивается.
Если по окончании первого наблюдения восстановить под
колоколом прежнее давление, жидкость займет прежний объем. Вода
ведет себя при изменении внешнего давления как упругое тело,
а значит можно говорить об ее объемной упругости.
Примечания
1. Описанный эксперимент может быть использован лишь
как демонстрационный. Он показывает, что относительное
изменение объема некоторого ограниченного количества
жидкости при изменении внешнего давления в пределах 1 am
очень незначительно. Для количественных измерений
необходимо было бы воспользоваться пьезометром, который, однако,
редко встречается в школах.
При исследовании на пьезометрах установлено, что
сжимаемость воды зависит от начального давления и температуры.
При давлении в 1000 am и температуре 20° С один литр воды
сжимается на 48,3 мл,
2. Для того чтобы описанный опыт удался, необходимо
предварительно прокипятить воду, тем самым удалив
воздух, кроме того, закрывая колбу, необходимо следить за
тем, чтобы под пробкой не остался воздух.
7. Сообщающиеся сосуды на примере
стеклянной трубки, погруженной в цилиндр,
наполненный водой
Стеклянный цилиндр, стеклянная трубка с широким
внутренним диаметром.
Погружая стеклянную трубку в наполненный водой цилиндр,
легко установить, что уровень воды как в трубке, так и в цилиндре
находится на одной высоте.
Трубка и цилиндр образуют единый сосуд, разделенный за счет
стенок трубки внутренней цилиндрической перегородкой. В этом
сосуде, как и во всяком сосуде, поверхность жидкости на всех
участках остается горизонтальной.
Эксперимент является предварительным для объяснения
принципа действия сообщающихся сосудов.
Примечание
Трубка для данного эксперимента должна быть достаточно
широкой, чтобы результат не нарушался силами
капиллярности.
31

8. Уровень жидкости в трубках, соединенных
резиновым шлангом
2 прямые стеклянные трубки одинакового диаметра
с утолщением на концах для надевания резинового
шланга (0 около 15 мм, длина около 500мм каждая),
большая стеклянная воронка,воронка от аппарата Кдппа,
трубка с широким шаровым вздутием, трубка с
несколькими шаровыми вздутиями, резиновый шланг.
Две стеклянные трубки одинакового просвета и длины
соединяются резиновым шлангом и наполняются подкрашенной водой.
Рис. 7. Подвижно соединенные сосуды различной формы в различных
положениях как примеры сообщающихся сосудов.
Воздушные пузырьки, могущие возникнуть в трубке, следует
удалить, поднимая или опуская по очереди стеклянные трубки
или надавливая на резиновый шланг.
Уровень воды в трубках располагается на одной
горизонтальной поверхности вне зависимости от положения резинового шланга
и наклона трубок. Уровень жидкости остается на одной
горизонтальной поверхности даже в том случае, если трубки наклонить или
даже скрестить (рис. 7, а, в). То же наблюдается, если одну из
трубок или обе заменить воронками или сосудами другой формы
(рис. 7, г, д).
Сообщающиеся сосуды, таким образом, можно рассматривать
как единый сосуд, в котором поверхность воды горизонтальна, что
было доказано в предыдущих экспериментах (Э—1 и Э—2).
Примечание
При проведении эксперимента необходимо просмотреть
примечание к Э—7.
32

9. Уровень жидкости в погруженной в воду
U-образной трубке с отверстием
U-образная трубка (0 20мм, длина колен по 160 мм),
аквариум.
В U-образной трубке на ее сгибе выдувается небольшое
отверстие. Так подготовленная трубка погружается в аквариум с
водой (рис. 8). Вода
через отверстие заполняет
трубку и вне
зависимости от ее положения
стоит на одном уровне
с уровнем воды в
аквариуме.
Закрыв под водой
нижнее отверстие
U-образной трубки, ее
вынимают из аквариума,
при этом вода остается
в обоих коленах в одной
горизонтальной
плоскости. Наклоняя трубку под любым углом, легко установить, что
при любом ее положении уровни воды в ее коленах неизменно будут
находиться в одной горизонтальной плоскости.
Примечание
Эксперимент подтверждает принцип, описанный в Э—7.
Однако его воздействие на учащихся значительно больше,
чем Э—7, в силу особенности его постановки, так как
находящаяся в U-образной трубке жидкость является как бы
своеобразным срезом жидкости, ранее налитой в аквариум. Этот
эксперимент позволяет установить
закон сообщающихся сосудов, пока не
прибегая к рассмотрению действующих
сил.
10. Демонстрация,
объясняющая действие сообщающихся
сосудов
Рис. 8. Уровень жидкости в U-образной трубке
с отверстием в нижней части.
Рас. 9. Наглядный
опыт, показывающий
одинаковость уровней
жидкости в
сообщающихся сосудах.
Аквариум, доска (по ширине
аквариума), полоска материи,
нерастворимый в воде клей.
В эксперименте необходимо использовать аквариум с
параллельными стенками. В аквариум помещается доска, при помощи которой
пространство аквариума как бы делится на два сообщающихся
у дна сосуда (рис. 9). Чтобы обеспечить плотное примыкание доски
к стедкам аквариума, на торец доски наклеивается нерастворимым
в воде клеем полоска материи. Аквариум заполняется водой.
33

Эксперимент показывает, что вода в обеих половинах
аквариума при любом положении разделяющей стенки и любом наклоне
аквариума стоит на одном горизонтальном уровне.
Примечание
При проведении эксперимента см. примечание к Э—9.
//. Модель водомерного стекла
Высокий цилиндр с тремя расположенными друг
над другом тубусами, 3 просверленные пробки, дважды
изогнутая стеклянная трубка, трубка, изогнутая под
прямым углом, короткая прямая трубка, винтовой
зажим, короткая резиновая трубка, шланг для
присоединения к водопроводному крану, штатив, сосуд,
подставка.
В качестве водяного бака с водомерным стеклом используется
высокий цилиндр с тремя боковыми тубусами, расположенными
Рис. 10. Модель водомерного стекла.
на различной высоте (такой же цилиндр используется позже
и в Э—32 для демонстрации давления на боковую стенку); верхние
тубусы снаружи соединяются дважды изогнутой стеклянной
трубкой, которая вставляется в корковые пробки, замыкающие тубусы.
Расстояние между коленами изогнутой трубки должно строго
соответствовать расстоянию между центрами двух верхних тубусов.
В нижнем тубусе укрепляется сливная трубка, на которую
надевается кусок резиновой трубки с надетым на нее винтовым
зажимом. Цилиндр заполняется водой, подводимой от
водопроводного крана (рис. 10).
Скорость вытекания воды регулируется винтовым зажимом так,
чтобы уровень жидкости в баке, а значит и в трубке, соединяющей
два верхних тубуса, оставался неизменным. Наблюдение за уров-
34

нем воды в баке ведется по уровню воды в трубке, соединяющей
тубусы, которая и служит водомерным стеклом. Если в качестве
бака применяется стеклянный цилиндр, то при демонстрации
уровня в водомерной трубке цилиндр со стороны, обращенной к
учащимся, вначале прикрывают листом картона. Затем, убрав
картон, сопоставляют положение уровней в водомерной трубке и
цилиндре.
Примерь! практического применения
сообщающихся сосудов
Лейка (модель лейки см. на рисунке 11); кофейник с горлышком,
начинающимся у дна; чайник; водопровод; водомерные стекла на
Рис. 11. Модель лейки из склянки с боковым тубусом.
баках и паровых котлах; шлюзы; сливные трубки — регуляторы
уровней.
12. Модель уровнемера
2 прямоугольно изогнутые стеклянные трубки
(010 мм,колена 90 мм и 200 мм),2 бруска (70 ммX 50 мм*
Х20 мм), 4 рейки (20 ммхЮ мм х7 мм), 2 дощечки
(50 лшхЗО ммх Ю мм), свинцовые грузики для
утяжеления, длинный резиновый шланг, подкрашенная
Ёода, 2 подкладных бруска (высота 50 мм и 100 мм),
2 пружинных зажима, 2 одинаковых сосуда с тубусом,
2 просверленные пробки, 2 прямые стеклянные трубки.
Прямоугольно изогнутые стеклянные трубки укрепляются
на утяжеленные свинцом деревянные бруски, как указано на
рисунке 12. Просветы между рейками и стеклянной трубкой в каждом
бруске целесообразно залить сургучом.
Короткие колена трубок соединяются длинным резиновым
шлангом и полученная система заполняется подкрашенной водой
так, чтобы ее уровень стоял примерно на половине высоты
длинного колена трубок. Необходимо из системы удалить пузырьки
воздуха, для чего, заткнув одну из трубок, другую нужно поднять
по возможности выше.
35

Собранная таким образом модель уровнемера устанавливается
на горизонтальной поверхности стола, и высота жидкости
фиксируется надеванием на трубку
пружинных зажимов.
Если под одну из трубок
подложить подставку, то уровень
жидкости в трубке опустится
на высоту, равную половине
высоты подставки. На такую же
высоту соответственно
поднимется уровень в другой трубке
(рис. 13).
При помощи уровнемера
можно определить разницу высот
между двумя достаточно
удаленными друг от друга точками
поверхности в том случае, если
эту разницу высот не
представляется возможным определить
прямым визированием.
ь- зсч
-70-
т
щ
-50-
Рис. 12. Измерительная трубка для
модели трубчатого подвижного
уровнемера.
Примечание
Вместо двух стеклянных трубок могут быть использованы
два сосуда с боковым нижним тубусом. В этом случае целе-
-i-JJ
h/г
7
1
EZ3
Рис. 13. Использование подвижного уровнемера.
сообразно на стенки сосудов наклеить шкалу с делениями,
начинающимися от дна. На такой шкале соседние
сантиметровые деления следует окрасить в черный и белый цвета.
Применение уровнемеров
Применение подобных уровнемеров имеет место при земляных
работах и закладке фундаментов построек.
36

/5. Модель гидростатического нивелира
Стеклянная трубка (0 10 мм, длина 1000 мм на
концах с прямоугольными коленами по 200 мм),
подкрашенная вода, штатив.
Модель гидростатического нивелира может быть изготовлена
из длинной стеклянной трубки с прямоугольными коленами на
I
Рис. 14. Стеклянная модель гидростатического нивелира.
концах, лежащими в одной плоскости (рис. 14). Трубка, коленами
вверх, в средней своей части укрепляется в лапке штатива так,
чтобы ее можно было слегка вращать вокруг горизонтальной оси.
Трубка до половины высоты ее колен заполняется подкрашенной
водой.
Визируя по поверхностям жидкостей в обоих коленах, мы тем
самым можем провесить в пространстве горизонтальную линию.
Применение гидростатических
нивелиров
Применение уровнемеров — нивелиров,—подобных
описанному, имеет место при земляных работах на местности.
14. Модель плотницкого уровня
Стеклянная трубка (0 10 мм, длина 650 мм);
деревянная планка (700 мм х 60 мм х 25 мм); 2 резиновые
пробки; 2 полоски жести; 4 шурупа; деревянный
клинышек; спирт, подкрашенный фуксином;
миллиметровая бумага (200 лшх25 мм); полоска стекла, жести
или картона; клей; микрометр или штангенциркуль.
Изготовление модели
Стеклянную длинную трубку, закрытую с одного конца
пробкой, наполняют подкрашенным спиртом, оставляя свободным около
10 мм от открытого конца. Второе отверстие также закрывается
резиновой пробкой. Если такую трубку перевести в горизонталь-
37

ное положение, то находящийся в ней пузырек воздуха
расположится где-то около ее середины. Слегка вытягивая или погружая
пробку внутрь трубки, необходимо довести размер пузырька
воздуха примерно до 40 мм.
При помощи двух жестяных скобок и шурупов Такая
стеклянная трубка укрепляется на деревянной планке, длина которой
несколько больше стеклянной трубки. Под середину трубки, между
трубкой и планкой, вбивается легкими ударами деревянный кли-
Рис. 15. Модель плотницкого уровня.
нышек шириной около 5 мм и примерно такой же высоты. При этом
стеклянная трубка слегка выгибается (рис. 15). Такой прибор
и является простейшей моделью плотницкого уровня.
Градуирование шкалы уровня
Уровень помещается на горизонтальную поверхность стола.
На деревянную планку прибора наклеивается полоска
миллиметровой бумаги длиной около 200 мм. На полоске бумаги
отмечается карандашом положение левого края воздушного пузырька, после
чего модель уровня поворачивается в горизонтальной плоскости
на 180°, и в новом положении уровня еще раз отмечается тот же
край воздушного пузырька. Средняя точка отрезка между двумя
нанесенными штрихами дает среднее положение левого края
пузырька, которое и фиксируется на шкале нанесением штриха
тушью. От этой точки определяется длина пузырька воздуха.
Положение его правого края также наносится на шкалу. Средняя
точка пузырька отмечается на шкале средним штрихом.
От краевых точек — штрихов — вправо и влево вдоль всей
длины бумажной полоски наносятся штрихи через каждые 2
миллиметра, и тем самым создается шкала уровня.
Определение чувствительности уровня
Градуированный уровень помещается на стол, и еще раз
определяется точное положение воздушного пузырька. Под планку
уровня подкладывается по-
.1 Н лоска стекла, жести или
картона, толщина которой может
быть точно измерена при
помощи штангенциркуля или
Рис. 16. Расчет чувствительности уровня, микрометра. Перемещая эту
полоску под планкой, можно
менять наклон уровня, а с изменением угла наклона
меняется и положение пузырька в трубке. Зная длину планки / и толщину
3S

подложенной полоски d, легко рассчитать величину угла наклона
по величине синуса этого угла (рис. 16) из отношения d к /.
Чувствительность уровня определяется величиной угла, при
котором пузырек перемещается на одно деление шкалы.
Пример
Толщина подкладываемой полоски d ** 2,5 мм\ длина планки
уровня до места помещения полоски / — 697 мм\ пузырек
переместился на п = 13 делений шкалы; угол наклона уровня а.
В этом случае
sin a =J? =0,00359,
что соответствует углу а = 0,205°.
Чувствительность уртэвня
f== 2^—0,016°
на каждое деление шкалы.
15. Модель камерного уровня
Кристаллизатор (0 100 мм), часовое стекло (0 88 мм),
подкрашенный фуксином спирт (150 мл), замазка,
пипетка с резиновым баллончиком, фильтровальная бумага,
циркуль, чертежная тушь, трубчатый плотницкий
уровень.
В кристаллизатор опускается часовое стекло вогнутой
поверхностью к дну сосуда и кристаллизатор заполняется
подкрашенным красной краской спир- __„
том. При помощи ножа или | ™ "1
проволоки один край стекла В ^_—. ,. :~^—^_ I
слегка приподнимается так, щ^^^^^т'-^=lZZ^S^^^
чтобы при наклоне
кристаллизатора спирт заполнил PuCt 17m Камерный
уровень из часового
почти ПОЛНОСТЬЮ Простран- стекла (с подкрашенной жидкостью).
ство под стеклом. Однако под
стеклом должен остаться пузырек воздуха с диаметром, примерно
равным диаметру 15-копеечной монеты (рис. 17). Из
кристаллизатора при помощи пипетки выбирается излишняя жидкость,
а ее остатки убираются фильтровальной или промокательной
бумагой. Край часового стекла обмазывается замазкой или
приклеивается к дну кристаллизатора клеем, нерастворимым в
спирту.
В качестве указателя горизонтального положения уровня
служит кружочек, наносимый тушью на часовое стекло. Для этой
цели такую модель камерного уровня необходимо поместить на
39

горизонтальную поверхность стола. Горизонтальность
поверхности предварительно определяют при помощи плотницкого
уровня.
Для того чтобы тушь закрепилась на часовом стекле,
необходимо над воздушным пузырьком наклеить на стекло кусочек
бумаги размером несколько меньшим, чем пузырек воздуха. На
такой листок бумаги можно опереть острие одной ножки циркуля
в точке, соответствующей центру воздушного пузырька, и после
этого нанести окружность с диаметром, равным диаметру
воздушного пузырька. Для того чтобы тушь держалась на стекле, кроме
безусловной чистоты стекла, нужно в начальную точку
вычерчиваемой окружности нанести при помощи обычного чертежного пера
небольшую капельку туши и в нее поместить пишущую лапку
циркуля. С этой точки и нужно начать вычерчивать круг. Чтобы
повысить прилипаемость туши к стеклу, в нее можно добавить
немного конторского клея. После того как окружность нанесена
и тушь подсохла, бумажную наклейку следует удалить.
§3. ПОРШНЕВОЕ ДАВЛЕНИЕ В ЗАМКНУТОЙ СО ВСЕХ СТОРОН
ЖИДКОСТИ. ПЕРЕДАЧА ДАВЛЕНИЯ (ЗАКОН ПАСКАЛЯ)
16. Эксперимент по передаче давления
жидкостями
Стеклянная трубка (010—15 мм, длина 250—300 мм),
2 хорошо пригнанные цилиндрические пробки, поршень
(т. е. такое же приспособление, что и для Э—5 и 1-Э—19),
кроме того, изогнутая трубка равномерного
внутреннего диаметра (колена трубки прямые).
Вода, налитая в стеклянную трубку, замыкается двумя
цилиндрическими пробками. Давлением деревянного поршня на одну
Рис. 18. Передача давления жидкостью.
из пробок вода без заметного изменения длины ее столбика
перемещается по трубке то в ту, то в другую сторону. Эксперимент
показывает передачу давления замкнутым столбиком жидкости.
Подобный эксперимент следует провести и с изогнутой трубкой
(рис. 18). Он позволяет установить, что давление поршня
передается жидкостью не только в направлении приложенной силы.
40

Примечание
Передача давления жидкостью имеет место и в живых
формах. Примером служит амбулакральная система,
своеобразный двигательный аппарат морских ежей и морских
звезд1.
17. Передача давления жидкостью во все
стороны в шаровом шприце {шар Паскаля)
Шаровой шприц, ведро, вода.
Шаровой шприц состоит из стеклянного шара, на поверхности
которого расположены многочисленные тубусы, в них вставлены
просверленные пробки (рис. 19). По соединенной с шаром
стеклянной трубке (0 20 мм) перемещается поршень.
В пробках тубусов помещаются короткие трубочки с
оттянутым концом (в некоторых моделях шарового поршня эти трубочки
напаиваются на тубусы. Ряд моделей выполняется из металла).
Как и обычный шприц, шаровой шприц погружают в воду,
налитую в ведро, и, вытягивая поршень наполняют водой.
Сообщая давление поршню, его перемещают в направлении
к центру шприца, при этом из всех трубок и во все стороны с
одинаковой силой выбрасываются струйки воды.
Эксперимент показывает, что возникающее внутри шара
давление жидкости передается во все стороны и притом с одинаковой
силой.
Примечания
1. Отверстия трубок должны быть столь малы, чтобы
вода до сообщения давления на поршень не могла из них
вылиться.
1 Амбулакральный аппарат иглокожих и, в частности, морской звезды
состоит из:
1) кольцевого канала, в который через каменистый канал постоянного
сечения поступает извне через поры мадрепоровой пластинки вода;
2) радиальных каналов, отходящих от кольцевого в лучи морской звезды;
3) многочисленных ампул с канальцами, входящими в так называемые
амбулакральные ножки, расположенные в бороздке с опорной стороны луча.
Ампулы с канальцами сообщаются узким проходом с радиальным каналом.
При резком сокращении ампулы находящаяся в ней вода впрыскивается
в канальцы ножек. Гидростатическим давлением ножки напрягаются и
выставляются наклонно по направлению движения. На конце ножек находится
присоска, при помощи которой ножка присасывается к субстрату. Мышечным
сокращением ножка выпрямляется и переходит в вертикальное положение.
Суммарным усилием многочисленных ножек при их выпрямлении все тело
морской звезды подтягивается вперед. После ослабления мышц ампулы вода
вновь возвращается в нее, а присоска ослабевает. Новым впрыскиванием
воды из ампулы в каналец ножка вновь выставляется вперед, и процесс
повторяется. Звезда одним из своих лучей, реже двумя, «шагает» на
амбулакральных ножках как на рычагах со скоростью до 50 см в минуту. Таким движением,
хараюерным для всех иглокожих, обеспечивается их перемещение не только
по дну, но и по наклонным и отвесным подводным скалам. —Л. Л.
4J

2. В тубусы шприца вместо стеклянных трубок с
оттянутым концом можно поместить изогнутые стеклянные
трубки, которые будут выполнять роль манометров (рис. 19,6),
что позволит показать более наглядно равенство давлений.
Рис. 19. Шаровой шприц (шар Паскаля):
а—с трубочками-шприцами по шаровой поверхности; б~-с
манометрическими трубками.
18. Передача давления жадностью,
наполняющей резиновую трубку
Резиновая трубка (длина около 2000 мм), пробка
или поворотный кран, прямоугольно изогнутая
стеклянная трубка (длинное колено около 200 мм), штатив,
деревянная планка, подкрашенная вода.
« Прямоугольно изогну-
п тую стеклянную труб-
У ку закрепляют в шта-
I теве так, чтобы ее длиц-
jLJL нре колено распрлага-
||Т лось вертикально. К ко-
^^J роткому колену присо-
jf II единяют длинную рези-
р ¦ ¦ ~J? ш—*шШт^ новую трубку,
свободный конец которой пе-
Рис. 20. Резиновый шланг, наполненный водой, рекрыт Краном ИЛИ ироб-
подключенный к манометрической трубке. кой> Избегая
возникновения в системе
воздушных пузырьков, необходимо обе трубки заполнить водой,
положив резиновую трубку на стол (рис. 20).
42

При надавливании в любом месте на резиновую трубку в
вертикальном колене стеклянной трубки возникнет покачивание уровня
воды, что и укажет на передачу давления.
Положив на резиновую трубку поблизости от ее закрытого
конца деревянную планку и ударяя по ней, можно вызвать «волны
давления», которые будут передаваться cio всей жидкости,
наполняющей трубку, и вызовут соответствующие колебания уровня
в стеклянной трубке — манометре. Таким образом, можно
передавать подобие сигналов, пользуясь азбукой Морзе.
Следует предоставить возможность одному из учеников
почувствовать на ощупь передачу толчков воды, для чего он должен
осторожно взять трубку концами пальцев. Если в это время
ударить по трубке, ученик почувствует передаваемый сигнал.
19. Гидростатическая передача давления
в камере давления с открытым манометром
2 бутыли с узким горлышком (по 1 л), 2
пробки (одна из них с двумя, другая с тремя
отверстиями), 2 открытых манометра (с коленами по 300 мм)
с длинной дополнительной трубкой, стеклянный
тройник, короткая стеклянная трубка, 2 трубки с
прямоугольным коленом, резиновая трубка (длина 1000 мм),
резиновая груша — насос, пружинный зажим или
поворотный стеклянный кран.
Рис. 21. Модель для демонстрации передачи гидростатического давления.
Две бутыли соединяются резиновой трубкой, насаженной на
стеклянные прямоугольно изогнутые трубки, идущие почти до
дна бутылей (рис. 21).
43

Оба сосуда наполовину наполняются водой. Резиновая трубка,
соединяющая сосуды, и стеклянные прямоугольно изогнутые
трубки также заполняются водой. В резиновой трубке не должно
быть пузырьков воздуха. Одна из бутылей (на рисунке левая)
закрывается пробкой с двумя отверстиями, другая — пробкой
с тремя отверстиями. На обе бутыли укрепляются два одинаковых
открытых манометра. В третье отверстие пробки одного из сосудов
(правого) помещается стеклянный тройник, на поперечный
отросток которого надевается резиновая груша — насос, а на
свободный конец — кусочек резиновой трубки, перекрытый пружинным
зажимом со стеклянным наконечником-мундштуком.
Если в бутыль с тройником накачивать воздух, в ней над
жидкостью создается повышенное давление, под действием которого
часть воды по соединительной резиновой трубке перельется в
другой сосуд. Оба манометра покажут соответствующие изменения
давлений.
Открыв зажим на тройнике и тем самым выравняв давление
в сосуде до атмосферного, производят наблюдение за манометрами.
Уровни жидкости в манометрах вернутся в нулевое положение, так
как часть воды, ранее перелившаяся из правого сосуда в левый,
тотчас же вернется обратно в правый сосуд.
Примечания
1. Если нет возможности применить резиновую грушу-насос,
то можно, открыв зажим на резиновой трубке, надетой
на тройник, повысить давление в сосуде, вдувая в него
через мундштук воздух. После достижения
определенного давления тройник необходимо перекрыть зажимом.
2. Эксперимент демонстрирует гидростатическую передачу
давления и одновременно помогает уяснить равенство
давлений в сообщающихся сосудах.
Применение в технике
Гидростатическая (гидравлическая) передача давления имеет
место в гидравлических тормозах, гидравлических прессах и в
гидравлических подъемниках-домкратах.
20. Показ передачи давления на модели
жидкостиг
Деревянный брусок (150 мм х 150 мм х 100 мм)
с двумя цилиндрическими взаимно перпендикулярными
каналами (один 0 30 мм, другой 40 мм), 4 круглых
деревянных поршня (по диаметру каналов в бруске), мелкие
стальные шарики, 4 гвоздя.
1 Этот эксперимент взят авторами руководства из «Учебника
экспериментальной физики» Бергмана и Шефера.— Авторы.
44

Задача эксперимента — показать различие в передаче давления
твердыми и жидкими телами.
Подготовка эксперимента
Деревянный брусок с прямоугольным основанием должен
иметь 2 взаимно перпендикулярных канала, один из которых
сквозной (0 30 мм) и его ось параллельна основанию, другой (0 40 мм)
перпендикулярен основанию и оси первого канала и идет сверху
вниз, но просверлен лишь несколько глубже, чем горизонтальный
канал, заканчиваясь тупиком (рис. 22,а).
* I
Рис. 22, Деревянный брусок с выдвижными вставками для демонстрации
передачи давления. Модель жидкости из мелких стальных шариков:
а—подготовка бруска со взаимно перекрещивающимися каналами; б— брусок с
вкладышами; в — брусок, заполненный стальными шариками.
Внутренние стенки каналов должны быть предельно гладкими.
В горизонтальный канал вставляются два поршня, входящие
достаточно плотно. Длина поршней должна быть равна половине
длины горизонтального канала. Для вертикального канала
подготавливаются два вкладыша — поршни, один такой длины, чтобы
он полностью заполнял вертикальный канал и несколько
выступал над бруском, другой—в два раза короче. Во все поршни,
кроме самого короткого, должны быть с одной стороны вбиты гвозди,
однако так, чтобы можно было, ухватившись за шляпку гвоздя,
вытянуть поршни из каналов.
Проведение эксперимента
1. Брусок помещается на поверхность стола отверстием
вертикального канала вверх. В вертикальный канал вкладывается
короткий вкладыш. В горизонтальный канал с обеих сторон
вставляются два изготовленных по его размеру поршня так, чтобы они
касались вкладыша, помещенного в вертикальный канал. В
вертикальный канал поверх короткого вкладыша вводится длинный
вкладыш-поршень, и на него сверху вниз оказывается все
возрастающее давление.
Однако как бы велико ни было давление на выступающую часть
вертикально установленного поршня, горизонтальные поршни
45

остаются неподвижными. Этот эксперимент позволяет утверждать,
что давление, приложенное вдоль вертикально расположенной
вставки, передается только на дно тупика в бруске и не
распространяется в стороны. Другими словами, твердые тела передают
давление только в направлении приложенной силы (рис. 22,6).
2. После проведения эксперимента с деревянным коротким
вкладышем он удаляется из вертикального канала и в бруске
остаются только поршни в горизонтальном канале.
Вертикальный канал на одну треть заполняется мелкими
стальными шариками, создающими модель жидкости (см. 1-Э— 41
и 2—Э—4). Чтобы несколько увеличить внутреннюю полость,
целесообразно помещенные в горизонтальный канал поршни также
несколько выдвинуть. После того как шарики заполнят
внутреннюю полость бруска, в вертикальный канал вводится длинный
поршень (рис. 22 ,в).
Если после этого на длинный поршень, помещенный в
вертикальный канал, произвести давление, то оно передается шарикам,
и они, подобно жидкости, передадут его во все стороны, а значит,
и на поверхности горизонтальных поршней, обращенные внутрь
полости. Под действием этого давления поршни будут смещаться
наружу и при достаточном заполнении шариками внутренней
полости могут оказаться вытолкнутыми из бруска.
Примечание
Эксперимент, естественно, не выходит за рамки любого
эксперимента на моделях. В нем место молекул жидкости
замещено стальными шариками, которые, однако, хорошо
демонстрируют передачу давления от одной частицы к другой,
но совершенно исключают имеющиеся в реальной жидкости
силы молекулярного сцепления и колебательные движения
молекул. Все же, учитывая чрезвычайную наглядность
эксперимента, демонстрирующего самый факт передачи давления,
его можно включить в число экспериментов, проводимых
в школах.
21. Подъем уровней жидкости в трубках
разного сечения при одностороннем давлении
Широкая стеклянная трубка (0 30 мм, длина
300 мм) у оттянутая с одного конца для надевация
резинового шланга; порщень, хорошо родогнанццй по
внутреннему просчету широкой трубки; тройник с боковым
краном; длинная узкая трубка (0 8 мм, длина 1000 мм),
метровая линейка; штатив.
Подготовка эксперимента
В широкую стеклянную трубку с оттянутым для надевания
резинового шланга нижним концом помещается плотно входящий
46

в нее поршень, который может быть изготовлен из деревянного
кругляша соответствующего диаметра. Для большей плотности
примыкания поршня к стенкам трубки в нем необходимо сделать
бороздку и в ней поместить шерстяную нитку, выполняющую
функцию сальника. Рукояткой поршня может служить прямая
деревянная рейка.
К нижнему концу трубки при помощи куска резинового шланга
присоединяется тройник с боковым краном, а на свободный конец
тройника надевается резиновый шланг,
соединяющий широкую трубку с узкой
стеклянной длинной трубкой.
Предварительно определяются внутренние
диаметры широкой dx и узкой d2 трубок и
рассчитываются соответствующие площади их
поперечных сечений Sj и S2, Вся установка
укрепляется на штативе при вертикальном
расположении трубок (рис. 23).
Эксперимент
Собранная система из широкой и узкой
трубок заполняется подкрашенной водой так,
чтобы широкая трубка была заполнена до ее
верхнего края. После этого в широкую
трубку вводится поршень, который перемещается
вниз примерно на одну треть ее длины.
Открывая кран на тройнике, часть воды
выпускают из системы до тех пор, пока ее
уровень в узкой трубке не совпадет с
уровнем воды в широкой трубке или, что то же
самое, с нижним краем поршня, после чего
кран перекрывается.
При помощи метровой линейки
определяется высота уровней жидкости в сосудах.
Поршень в широкой трубке опускается от
нулевого положения на некоторый отрезок Л1# При этом тотчас
же вода поднимается в узкой трубке на некоторую высоту /г2.
Сравнивая высоту поднятия жидкости в узкой трубке и соотве'г-
ственно величину опускания поршня в широкой трубке, можно
установить, что высоты обратно пропорциональны площадям
поперечных сечений
*^1 • "2 = *^2 * *->1»
или
hlSi = П2У2,
Отсюда следует, что объем жидкости, вытесненной в широкой
трубке, равен объему жидкости, поднявшейся в узкой трубке.
Рис. 23. Передача
давления в сообщающихся
сосудах различного
сечения. Зависимость
высоты поднятия
жидкости от площади
сечения трубок.
47

Примечание
В большинстве случаев точность эксперимента все же
недостаточна. Причиной этого является недостаточная
плотность примыкания поршня, не обеспечивающая такую
степень точности эксперимента, при которой он мог бы
рассматриваться как строго количественный. При описанном
устройстве поршня из деревянного бруска этот недостаток
не устранить.
22. Модель гидравлического подъемника
из двух трубок разного сечения
2 стеклянные трубки разного сечения со
стеклянными поршнями (например, шприцы для взятия проб
воды или шприцы Льюера), резиновая трубка, штатив,
2 линейки с миллиметровыми делениями, тройниковый
кран, склянка Вульфа, 2 резиновые пробки.
Этот эксперимент подобен вышеописанному эксперименту Э—21
и позволяет установить зависимость высоты поднятия жидкости
под давлением поршня от площади
поперечного сечения трубок. Кроме того, он
позволяет сравнить величины сил давления
в трубках.
Две трубки разного сечения со
стеклянными поршнями укрепляются примерно
на одинаковой высоте в лапках штатива.
Площади сечений трубок должны быть
достаточно точно определены до
проведения эксперимента. Нижние концы трубок
соединяются между собой резиновой
трубкой через тройниковый кран.
Система заполняется водой до краев,
затем в трубки вводятся поршни, а при
открывании крана часть воды выпускается
до тех пор, пока один из поршней не
опустится до половины длины трубки.
Необходимо следить за тем, чтобы под поршни
не попал воздух (рис. 24).
Пользуясь линейками с
миллиметровыми делениями, определяют высоты
уровней жидкости в обеих трубках.
Оказывая давление на один из поршней и опуская erojm
некоторую высоту Нъ тем самым поднимают поршень в другой трубке
на соответствующую высоту h2.
Сравнивая высоты поднятия с площадями сечения, легко
установить, что
tli '. Hz = *^2 • ^1*
Вис. 24. Передача
давления жидкостями в двух
трубках различного
сечения с поршнями. Модель
гидравлического пресса.
48

Эксперимент может быть несколько изменен, если на площадки,
укрепленные на рукоятках поршней, помещать гирьки,
соответствующие возникающим силам давления. Гирьки надо подбирать
так, чтобы поршни оказались уравновешенными и их перемещение
прекратилось (рис. 24).
Сравнивая веса помещенных на поршни гирь Рг и Р2>
соответствующие силам давлений, и сопоставляя эти силы с площадями
сечений, можно установить, что силы давления пропорциональны
площадям
Рх: Р2 = Sx : S2.
В этом случае вскрывается закон, по которому поршневое давление,
сообщенное жидкости, находящейся в закрытом сосуде,
передается во все стороны без изменения и вызывает силы давления,
пропорциональные площадям.
Соответственно этому из ранее приведенного уравнения может
быть выведено новое, введя соответствующий коэффициент
пропорциональности, зависящий от диаметров поршней
P = aS.
Примечание
Приведенный эксперимент является одновременно и
предварительным экспериментом на моделях гидравлического
пресса. Если рассматривать установку как модель
гидравлического пресса, целесообразно взять трубки, резко отличные
по площади поперечного сечения. Тогда одна из них будет
играть роль насоса, другая — цилиндра давления.
23. Резиновая камера футбольного мяча
в качестве самодельного прибора для передачи
давления
Камера футбольного мяча или резиновая фляжка,
открытый деревянный ящик по размерам мяча, крышка
к ящику с бортами, охватывающими его стенки,
изогнутая стеклянная трубка (длина 1000 мм), резиновая
трубка, штатив.
Подготовка эксперимента
Для проведения эксперимента берется деревянный ящик,
ширина и длина которого соответствует размерам резиновой камеры,
а высота стенок не превышает трех четвертей поперечника надутой
камеры. В боковой стенке ящика просверливается прорезь для
выведения резиновой трубки камеры. Ящик перекрывается
крышкой из прочных досок с глубокими бортами, обнимающими стенки
ящика. В одном из бортов против прорези в стенке ящика
также делается прорезь для выведения резиновой трубки камеры,
чтобы при перемещении крышки ее борт не мог зажать эту
трубку (рис. 25).
49

Сложив камеру так, чтобы она по возможности не содержала
воздуха, ее наполняют водой. Остаток воздуха выпускается через
резиновую трубку.
Резиновая трубка камеры присоединяется к
горизонтальному колену длинной стеклянной трубки. Резиновая трубка
должна достаточно плотно и хорошо надеваться на стеклянную
трубку, для чего на последней делается небольшое вздутие, а место
соединения обматывается
изоляционной лентой.
Наполненная водой камера
помещается в ящик так,
чтобы отходящая от нее трубка
помещалась в прорези стенки
ящика. Стеклянная трубка
крепится в вертикальном
положении в штативе. Ящик
закрывается крышкой.
Эксперимент
Подготовленный таким
образом прибор испытывается
Рис. 25 Камера футбольного мяча, на- прежде всего давлением руки
полненная водой, с подключенной к ней на крышку, при ЭТОМ наблю-
манометрической трубкой. дается незначительное
поднятие столбика воды в трубке.
Этот предварительный опыт позволяет утверждать, что давление
руки достаточно лишь для слабого покачивания столбика воды
в вертикально укрепленной стеклянной трубке.
После этого на крышку прибора помещается груз, например
камень весом около 20 кп. Под действием груза вода в трубке
соответственно поднимается примерно на 200 мм. Вследствие
всесторонней передачи давления жидкостями столбик воды в трубке
уравновешивает силу давления, созданную весом груза.
Рекомендуется эксперимент продолжить, увеличивая нагрузку
на крышку прибора. Эксперимент можно закончить тем, что на
крышку прибора осторожно поставить одного из учеников.
Для учеников будет поучительно и неожиданно установить
тот факт, что под действием их веса столбик воды в трубке
поднимается всего на 400—500 мм.
Примечание
Численные значения высоты поднятия жидкости
приводятся из расчета, что вес груза распределяется на площади,
равной 1000 см*. В этом случае, при весе груза 20 кпу
давление равно 0,02 кп/см2 и вызывает поднятие столбика воды
на 200 мм. Иначе говоря, давление в 1 кп/см% создает столб
воды высотой в 50 раз больший, чем в приведенном
эксперименте, т. е. 10 000 мм, или 10 м.
50

24. Модель гидравлического пресса
Готовый прибор из Э—23, но без стеклянной трубки,
а с прикрепленным к резиновой трубке камеры
резиновым шлангом; кроме того, прочная деревянная рама
(с просветом на 100 мм большим, чем внешние размеры
ящика с крышкой), 3 трехгранные призмы из твердого
дерева или металла, деревянная рейка (толщиной около
10 мм).
Эксперимент может быть проведен на приборе, изготовленном
для Э—23 при некотором изменении конструкции. Для того чтобы
моделировать гидравлический пресс, необходимо отключить от
камеры стеклянную трубку, заменив ее резиновым шлангом.
Прибор заполняется водой
настолько, чтобы крышка ящика
лежала на его бортах, после чего
резиновый щланг присоединяется к
водопроводному крану. Все места
соединения трубок и шланга должны быть
хорошо обвязаны.
Открывая постепенно
водопроводный кран, можно значительно
повысить давление в камере, тем самым
заметно увеличить силу,
действующую на крышку прибора. Таким
приемом можно приподнять на несколько
сантиметров ученика, поставленного
на крыщку.
Эксперимент может быть
расширен, если ящик с камерой,
частично заполненной водой, поместить в прочную раму (рис. 26).
В пространство между крышкой прибора и верхней перекладиной
рамы устанавливаются три трехгранные призмы, на остриях
которых помещается деревянная рейка толщиной в палец. При этом
одна из призм, своим основанием обращенная к поперечине рамы,
должна упираться острием в середину рейки.
Как только в камеру будет подана вода из водопровода, под
действием возникающей силы давления рейка будет переломлена.
Примечание
Такой эксперимент в первой своей части моделирует
гидравлический домкрат, во второй — гидравлический пресс.
Отличие этой модели от настоящих механизмов заключается
в том, что в последних действует поршневое давление,
создаваемое соответствующими насосами. На рассматриваемой
модели поршневое давление заменено давлением,
полученном от водопроводной сети.
Рис. 26. Модель
гидравлического пресса из камеры
футбольного мяча.
51

25. Передача давления велосипедной камерой,
наполненной водой
Велосипедная камера, резиновый шланг (диаметр
по вентилю камеры, длина 1000 мм), стеклянная трубка
(0 4—6 мм, длина 100 мм), деревянная площадка
(800 мм х800 мм х 100 мм), штатив, воронка,
метровая линейка с миллиметровыми делениями, сильный
пружинный зажим.
Эксперимент подобен Э—23, но в нем используется
велосипедная камера.
Велосипедная камера без ниппеля наполняется водой и
кладется на пол, рядом со столом. К вентилю камеры длинным резиновым
шлангом присоединяется
стеклянная трубка длиной около
1000 мм, укрепляемая в
вертикальном положении в
штативе, стоящем на столе. При
помощи воронки собранная
установка заполняется
дополнительно водой так, чтобы ее
уровень был виден в нижней
части стеклянной трубки.
Поверх камеры накладывается
деревянная площадка,
целиком закрывающая камеру
(рис. 27).
На деревянную площадку
становится ученик. Под
воздействием возникающего
давления вода в трубке
поднимается до тех пор, пока
давление столба жидкости не
уравновесится давлением в
велосипедной камере.
Поставив метровую линейку с миллиметровой шкалой рядом
со стеклянной трубкой, можно измерить возникающее давление
в миллиметрах водяного столба. Целесообразно установить, какое
давление вызывается под действием веса ряда учащихся.
Полученное давление можно сопоставить с данными расчета,
исходя из площади верхней поверхности велосипедной камеры
и веса учащихся.
Примечания
1. Деревянную площадку необходимо нагружать
постепенно, не давая учащимся резко толчком входить на нее.
В противном случае под действием гидравлического удара
вода может вылиться из верхнего отверстия трубки.
Велосипедная камера
Рис. 27. Измерение давления человека на
опору при помощи велосипедной камеры
и открытого манометра из стеклянной
трубки.
52

2. Чтобы получить достаточно точные результаты,
необходимо учащегося поставить строго в центре деревянной
площадки, обеспечивая равномерное распределение силы
давления на всю поверхность велосипедной камеры.
-\&г
^
За Жим.
?&
Рис. 28. Различные
формы зондов для
измерения давления
внутри жидкости.
§ 4. ВЕСОВОЕ ДАВЛЕНИЕ
26. Зонд для измерения давления
внутри жидкости
Стеклянные трубки (0 5 мм) различной формы,
высокий стеклянный цилиндр, круглая дощечка с
отверстиями (диаметр дощечки — по
размерам верхнего края цилиндра,
а диаметр отверстий в ней — по
размерам трубок), пружинный зажим,
раствор краски, пипетка,
резиновые колечки.
Эксперимент служит для демонстрации
давления жидкости под действием силы
тяжести, т. е. для демонстрации весового
давления.
Закрыв пальцем отверстие прямой
стеклянной трубки, ее погружают в воду,
налитую в высокий стеклянный
цилиндр.
Как только отверстие
трубки будет открыто, вода устремится в трубку,
и ее уровень установится на той же высоте, что
и уровень воды в цилиндре. Чтобы сделать
заметнее высоту столба жидкости внутри трубки,
выполняющей роль зонда, ее предварительно
погружают на глубину нескольких миллиметров
в водный раствор краски и, не вынимая из
краски, затыкают пальцем. В этом случае
в трубке остается небольшой столбик
окрашенной жидкости. Так подготовленный зонд
погружается в воду, налитую в цилиндр.
Поднимающийся столб воды увлечет за собой краску
вверх, и поверхность воды в трубке будет
отчетливо видна учащимся.
Кроме эксперимента с прямым зондом,
следует провести эксперимент на трубках зонда,
нижние концы которых различным образом
изогнуты (рис. 28). Как и в прямом зонде, вода во всех
трубках будет подниматься на высоту, соответствующую уровню воды
в цилиндре. Тем самым обнаруживается, что весовое давление воды
не зависит от положения нижнего отверстия и зависит лишь от
#рь/шкэ
-юж
j===?
р_г—С
EIFf
EEff
b=~-J
F
1
Ег~
.«.у/гъ
4- • ^|
^~^
И
4~-J
ч~ ~|
л— "1
ь-п
Рис. 29.
Погружение зонда для
измерения давления
в стеклянный
цилиндр,
заполненный жидкостью.
53

глубины погружения средней точки отверстия, отсчитанной от
уровня воды в цилиндре.
Чтобы долго не держать во время демонстрации зонд на одной
и той же высоте в руках, его можно закрепить в пружинном
зажиме, положив последний поверх деревянной круглой крышки,
имеющей отверстие по диаметру зонда (рис. 29).
Примечания
1. Этот эксперимент позволяет установить также, что
величина действующего внутри жидкости давления возрастает
по мере погружения зонда, так как очевидно, что это
давление во всех случаях уравновешивается возрастающим
столбиком жидкости внутри трубки.
2. При помощи подобных зондов можно показать, что в
горизонтальном слое покоящейся жидкости давление,
действующее на отверстие в зонде в пределах заданной
глубины, одно и то же и не зависит от направления и
расположения отверстия зонда. Для этого определенный слой
жидкости в цилиндре отмечается наклейкой, нанесенной
на внешней стенке цилиндра, а высота столба жидкости
в зонде отмечается резиновым колечком, срезанным с
резиновой трубки. Зонд поворачивается вокруг своей оси так,
чтобы его отверстие обращалось в различные стороны.
Кроме того, берутся зонды с различно расположенными
отверстиями. Как в том, так и в другом случае легко
установить, что в пределах одного и того же слоя жидкости
весовое давление одно и то же.
27. Измерение давления внутри жидкости
мембранным зондом, соединенным
с открытым манометром
Открытый манометр с параллельными коленами и
длинной, изогнутой внизу боковой трубкой, круглая
стеклянная воронка с короткой изогнутой под прямым
углом трубкой, тонкая резиновая мембрана, короткая
резиновая трубка, небольшая деревянная палочка,
резиновый клей, шнур, жидкость для манометра (глицерин,
хлороформ, четыреххлористый углерод, метиленйодит
или ртуть).
Изготовление мембранного зонда
Из длинной стеклянной трубки изготавливается манометр,
при зтом боковая трубка должна быть такой длины, чтобы ее можно
было погружать на всю глубину жидкости, налитой в высокий
цилиндр. Нижний конец боковой трубки сгибается под прямым
углом, образуя колено длиной около 30 мм. На боковое колено,
идущее вертикально вниз, надеваются 2 резиновых кольца
54

Мембранный зонд изготавливается из круглой стеклянной
воронки с изогнутой под прямым углом трубкой длиной до 30 мм.
Из тонкой пластовой резины вырезается круг, диаметр которого
на 20—30 мм больше внешнего диаметра круглой воронки. Такой
резиновый круг кладется на стол и на него концентрически
помещается своим отверстием круглая воронка. Края резинового круга
промазываются раствором резины (паракаучук), заворачиваются
вокруг ранта воронки и плотно приклеиваются. Для большей
прочности проклейки целесооб-
-. - > разно рант воронки обвязать
J {[(( г тонким шнуром (рис.30).
Слой рвзи-л
HQOozQknew
Тонкаярмин',?
Рис 30. Изготовление мембранного
зонда из круглой воронки. Заделка
отверстия круглой воронки резиновой
пленкой.
Рцс. 31. Соединение камеры
давления е манометрической
трубкой.
Манометрическая трубка заполняется одной из указанных
жидкостей, и к ее нижнему колену присоединяется воронка с
мембраной При присоединении воронки в ^
ее трубку и в горизонтальное колено
трубки манометра вкладывается
небольшая деревянная четырехугольная
палочка, достаточно прочно входящая в
трубки, но не закрывающая полностью
их просвета. Стеклянные трубки соеди*-
няются короткой резиновой трубкой
(рис. 31). Такое соединение трубок
позволяет вращать воронку вокруг
продольной оси ее трубки.
^
"о
Эксперимент
Первое наблюдение при проведении
эксперимента производится в
положении, когда мембрана зонда обращена
вверх. Зонд погружается в воду,
налитую в достаточно высокий и широкий
стеклянный цилиндр.
Производится наблюдение за уровнями жидкости в
манометрической трубке, отражающей давление, воспринятое мембраной за
счет столба жидкости, находящегося над ней (рис. 32). То же
наблюдение производится при погружении на одну и ту же глубину зонда
Рис. 32. Измерение давления
на. глубине с помощью зонда
из круглой воронки.
56

при различных положениях мембраны, обращенной по очереди
вниз и в стороны.
Во всех случаях устанавливается, что величина давления
зависит только от глубины погружения зонда.
Наиболее убедительное с учебной точки зрения наблюдение
за весовым давлением производится при погружении зонда на одну
и ту же глубину, но при различном положении мембраны. Для
этого при первом же погружении зонда при помощи резинового
кольца отмечается глубина его погружения; резиновое кольцо
устанавливается на высоте уровня воды в цилиндре. При всех
последующих погружениях зонда необходимо выдерживать одно и то же
положение резинового кольца по отношению к уровню жидкости.
Эксперимент, проведенный в таком варианте, показывает, что
давление в пределах одного и того же слоя действует как сверху,
так и с боков и снизу и остается неизменным.
Примечание
Чтобы изогнутые колена манометра не делать такой же
длины, как и глубина цилиндра, рекомендуется брать
для манометра жидкость, плотность которой больше
плотности воды. Слишком длинные колена манометра затрудняют
наблюдения, да и сам эксперимент убедительнее, если колено
манометра короче цилиндра.
Можно, конечно, для заполнения манометра использовать
ртуть или другие жидкости, зная их удельные веса.
Такими жидкостями для заполнения манометра могут быть:
Глицерин 7 = 1,26 п/см3
Хлороформ у = 1,49 п/см3
Четыреххлористый
углерод у = 1,59 п/см3
Метиленйодид у = 3,33 п/см3
28. Зависимость весового давления
от плотности жидкости
Солевой раствор, спирт, вода, высокий стеклянный
цилиндр, прямая стеклянная трубочка (010 мм),
резиновый баллончик, раствор резины, круглая крышка
с отверстиями (по размерам верхнего ранта цилиндра),
пружинный зажим, раствор краски.
На конец стеклянной прямоугольной трубки насаживается
и привязывается тонкостенный резиновый баллончик. Баллончик
для первого варианта эксперимента заполняется подкрашенной
водой. Погружая такой приборчик в воду, налитую в высокий
цилиндр, наблюдаем, что под действием весового давления воды,
окружающей баллончик, подкрашенная вода, находящаяся в нем,
тотчас же начинает подниматься по трубке, при этом ее уровень
56

устанавливается на такой же высоте, на какой находится уровень
воды в цилиндре. При проведении эксперимента трубку можно
укрепить на крышке, закрывающей цилиндр, так же, как и в Э—26
(рис. 33).
Равенство высот уровней в трубке и цилиндре сохраняется при
любом перемещении трубки с баллончиком по глубине до тех пор,
пока резиновый баллончик совершенно не сожмется.
О величине весового давления можно
создать некоторое представление, если
трубку с баллончиком извлечь из воды и
попробовать выдавить жидкость из
баллончика в трубку, сжимая его ладонью руки.
Для второго варианта эксперимента
баллончик наполняется раствором соли или
спиртом, и эксперимент проводится в таком
же порядке, как и в первом варианте.
Наблюдение показывает, что в этом
случае положение уровней жидкостей в
трубке прибора и в цилиндре не совпадает.
При заполнении баллончика раствором
соли уровень жидкости в трубке будет
стоять ниже уровня воды в цилиндре, а при
заполнении спиртом наоборот.
Эксперимент можно видоизменить, заполняя не
баллончик, а цилиндр соответствующими
растворами. При этом баллончик следует
заполнять подкрашенной водой.
Эксперимент показывает, что с увеличением плотности
жидкости возрастает и ее весовое давление.
Рис. '33. Трубка с
тонкостенным резиновым
шариком как зонд для
измерения весового давления
жидкости.
29. Демонстрация давления на дно сосуда
при помощи весов Паскаля
Весы Паскаля с сосудами различной формы,
разновески, метровая линейка с подвижным указателем,
мензурка, кювета.
Первый эксперимент на весах Паскаля проводится с сосудом
цилиндрической формы, который навинчивается на кольцо
подставки весов. На чашечку весов ставится гирька в 100 п, весы
устанавливаются на кювете, или под подставку весов
подставляется водоприемный сосуд.
Пластинка подставки под действием грузика прижимается
к кольцу с навинченным цилиндром, тем самым пластинка
становится дном этого цилиндра (рис. 34).
Цилиндр осторожно заполняется водой. При определенной
высоте столба налитой воды под действием силы давления на дно
пластинка отрывается от кольца, и вода выливается. Высота столба
57

налитой воды определяется в момент выливания либо по шкале,
укрепленной на самом приборе, либо по приставной метровой
линейке с указателем.
Эксперимент многократно повторяется. При этом, изменяя вес
грузика, изменяется сила, с которой пластинка-дно прижимается
к кольцу, она то увеличивается, то уменьшается.
Тот же эксперимент проводят, навинчивая на кольцо сосуды
различной формы при постоянном весе гирьки, поставленной на
чашечку весов.
Результат наблюдений позволяет установить, что сила давления
на дно при неизменной его площади зависит только от высоты
столба налитой жидкости и
не зависит от формы сосуда.
Обычно трудно уловить
момент выливания, а тем
самым точно установить и
высоту столба налитой
жидкости. Чтобы уловить этот
момент, целесообразно при
приближении уровня жидкости
к ее максимальной высоте
пластинку слегка прижать к
кольцу рукой. Приостановив
наполнение сосуда водой, не-
Рис. 34. Весы Паскаля. обходимо руку ОСТОрОЖНО
убрать и, если при этом вода
не выливается, вновь прижать пластинку и доливать воду
небольшими порциями. Таким образом можно с достаточной точностью
подойти к критической высоте столба воды.
30. Демонстрация давления на дно сосуда
при помощи прибора Хальдата
Прибор Хальдата с тремя сосудами различной формы,
ртуть, кювета.
Прибор Хальдата выполнен из стекла. Основной частью
прибора является стеклянная U-образная трубка с коленами разной
длины. Короткое колено высотой в 60 мм имеет на конце конус
со шлифованной внутренней стенкой, в который и вставляются
по очереди сосуды различной формы. Нижний рант сосудов также
имеет шлиф. Один из сосудов имеет форму цилиндра, второй
расширяется кверху, а третий кверху суживается (рис. 35). Под конусом
короткого колена U-образной трубки имеется шарообразное
расширение. Второе колено несколько длиннее и представляет собой
узкую манометрическую трубку. На эту трубку надето резиновое
кольцо. U-образная трубка укрепляется на подставке так, чтобы
ее колена были направлены отверстиями вертикально вверх.
58

Перед началом эксперимента в шарообразное расширение,
примерно до половины его высоты, наливается ртуть. (Весь
эксперимент надлежит проводить в специальной кювете для ртути.)
Стеклянный цилиндр ставится шлифом в конус короткого
колена U-образной трубки и наполняется водой до определенной
высоты, отмечаемой меткой. Под действием силы давления воды
на поверхность ртути последняя перемещается из шарообразного
расширения в узкую манометрическую трубку. Высота поднятия
ртути в манометрической трубке служит мерой силы давления на
дно. Высота ртутного столбика в
манометрической трубке отмечается
перемещением резинового колечка,
надетого на трубку.
Конус прибора, как и шлиф на
нижних концах сосудов, имеет ряд
отверстий. При установке сосудов
необходимо следить за тем, чтобы
отверстия не совпадали. Для того чтобы
снять сосуд, его нужно повернуть
вокруг вертикальной оси так, чтобы
эти отверстия совпали, тогда вода
выльется из сосуда и его можно за- п ог „ л
J Рис. 35. Прибор для измерения
менить Другим. давления на дно сосуда при по-
Заменяя цилиндрический сосуд мощи манометра (по Хальдату).
сосудами другой формы, легко
установить, что высота уровня ртути в манометрической трубке
прибора при одинаковой высоте столба воды, налитой в сосуды,
остается одной и той же.
Примечания
1. Перед проведением эксперимента необходимо
просмотреть М. 3., § 1, п. 4.
2. Рекомендуется ртуть, используемую в этом эксперименте,
хранить в отдельном сосуде и не смешивать с чистой ртутью,
так как для многих экспериментов она окажется уже
непригодной. Сразу же по окончании эксперимента ртуть
должна быть слита в специальный сосуд для ее хранения.
Вода с поверхности ртути удаляется фильтровальной
или промокательной бумагой.
3L Демонстрация давления на дно при
помощи самодельного сборного прибора
с отпадающим дном
Открытые с двух сторон 3 сосуда с пришлифованным
нижним торцом их стенок (нижний диаметр просвета
сосудов одинаков), стеклянный цилиндр несколько
меньшего диаметра, также с пришлифованным торцом,
59

круглая латунная пластинка с крючком в центре, хорошо
пришлифованная с одной из сторон (рис. 36),
пружинный динамометр (на 1 /с/г), чашечка для гирь, разновесы,
2 блока, шнур, 2 штатива, ванночка или кювета,
мензурка, метровая линейка с указателем.
Предлагаемый эксперимент имеет большие преимущества перед
аналогичными экспериментами на обычных готовых приборах.
Эксперимент позволяет установить не только
зависимость силы давления на дно сосуда от
высоты столба жидкости, но и установить за-
2 висимость этой силы от величины площади
поверхности дна. В эксперименте
используются 3 сосуда различной формы
(цилиндрический, воронкообразный с расширением
вверх и такой же суживающийся вверх),
все сосуды с одинаковым диаметром
нижнего отверстия, кроме того, еще один
цилиндрический сосуд с меньшим диаметром
нижнего отверстия (рис. 37).
Эксперимент А. Измерение силы
давления на дно при помощи пружинного
динамометра
Прежде всего исследуется сила давления
на дно в цилиндрическом сосуде, для чего
собирается установка, изображенная на
рисунке 38. При сборке установки нужно,
чтобы шлифованная латунная пластинка,
замыкающая цилиндр снизу, была прижата к
шлифованному торцу цилиндра с определенной силой, например
в 200 п. Для этой цели динамометр, подвешенный в лапке штатива,
подтягивается на соответствующую
высоту.
В цилиндр осторожно наливается
вода так, чтобы она стекала по
стенкам цилиндра и ее струя не
ударяла о приставное дно. Нужно быть
особенно внимательным в тот момент,
когда вода будет подходить к
критической высоте. Незадолго до отрыва
пластинки вода начнет выступать из-
под ранта цилиндра. Однако это
существенно не влияет на результат
эксперимента, так как выступающая
вода образует вокруг цилиндра на прижатой пластинке
валик, который в силу поверхностного натяжения послужит
своеобразным уплотнителем, предотвращающим дальнейшее
выливание.
Рис. 36. Шайбы из
легкого металла с
шлифованным краем для
прибора, измеряющего
давление на дно:
а—вид сверху; б—разрез
по 1—2.
а б в г
Рис. 37. Стеклянные сосуды со
шлифованным нижним краем к
прибору для измерения
давления на дно.
60

Как только будет достигнута граница высоты наливания воды,
пластинка слегка отойдет от ранта цилиндра, и вода сразу
выльется.
Высота воды в цилиндре в момент выливания определяется
при помощи метровой линейки и фиксируется ее указателем.
Эксперимент повторяется многократно. Каждый раз при помощи мензурки
определяется количество воды, вливаемой в цилиндр, при котором
происходит отрыв пластинки.
Проведением эксперимента с двумя другими сосудами
различной формы легко установить, что выливание воды из них
происходит при той же самой высоте
наполнения цилиндров, если нижние диаметры
сосудов одни и те же.
Этот эксперимент, какЭ—29 и Э—30,
позволяет установить, что величина силы
давления на дно не зависит от формы
сосудов.
Измерением во всех случаях
количества налитой воды устанавливается
явление гидростатического парадокса:
давление на дно сосуда не зависит от
количества налитой жидкости (оно
различно в сосудах различной формы),
а зависит только от высоты столба
налитой жидкости.
Эксперимент В. Зависимость
силы давления на дно сосуда от высоты
столба налитой жидкости
Рис. 38. Установка для
исследования зависимости
величины давления на дно от
высоты налитой в сосуд
жидкости.
Этот эксперимент можно провести
как количественный, ограничив себя
исследованием на сосуде цилиндрической формы.
Для этой цели шлифованную пластинку прижимают к
шлифованному торцу цилиндрического сосуда с различной силой в 200,
300 и 350 п. Для каждого случая определяется соответствующая
высота столба наливаемой жидкости, при которой происходит
отрыв пластинки, и рассчитывается сила, действующая на дно.
До эксперимента определяется вес пластинки Р. Для определения
силы F, действующей на дно сосуда, необходимо вес пластинки
вычесть из силы, с которой пластинка прижимается к дну цилиндра
в момент отрыва его под действием столба воды. В этом случае
F=*F0 -Р.
Результаты одного из экспериментов представлены в следующей
таблице для цилиндра с внутренним диаметром d=4,9 см и с
площадью дна 5 =18,9 см2.
61

Сила
растяжения
пружины
^0
п
200
300
350
Вес
пластинки
Р
п
20
20
20
Сила
давления
на дно
F
п
180
280
330
Среднее
Высота |
столба
воды
h
см
9,5
14,9
17,5
значение
F
1г
п • см"1
18,9
18,8
18,9
18,9
Результаты эксперимента показывают, что во всех случаях,
с очень незначительным отклонением, отношение силы давления
на дно сосуда к высоте столба жидкости остается постоянным.
В приведенном примере, в хорошем приближении
F:A= 18,9 п- см"1,
или
F = h см • 18,9 п • см"1.
Тем самым эксперимент подтверждает, что сила давления
пропорциональна высоте столба жидкости.
Эксперимент С. Зависимость силы давления на дно сосуда
от площади дна
При более подробном рассмотрении из выведенного
уравнения F =h см • 18,9 п • см"1 можно получить новое уравнение,
имеющее вид
или
F = ToAS>
где 7о — удельный вес воды.
Для подтверждения справедливости указанного уравнения
необходимо провести эксперимент с цилиндрами, имеющими
различную величину площади дна.
Приводим данные одного из экспериментов на цилиндре с
диаметром дна 4,5 см и площадью 15,9 см2 для сопоставления с
результатами ранее проведенного эксперимента.
1 Вряд ли можно согласиться с авторами руководства о возможности
применения в этом и в аналогичных случаях подобных формул, нарушающих правила
размерности. Нам кажется целесообразным уравнение для воды давать
только в полном виде F = i0hS. В последующем, без специальной оговорки
нами будут приводиться только полные формулы.—Л. Л.
62

Сила
растяжения
пружины
^0
п
200
300
350
Вес
пластинки
Р
п
20
20
20
Сила
давления
на дно
F
п
180
280
330
Высота 1
столба
воды
h
см
11,3
17,7
20.7
Среднее значение
F
Т
п • см""1
15,9
15,8
15,9
15,9
В этом эксперименте и при других численных значениях отношение
F : h в хорошем приближении остается постоянным
F :А= 15,9 п • см~1,
ИЛИ п / 1г п -1
F = Нем • 15,9 п - см \
Как и в предыдущем эксперименте, частное F \h = 15,9п • смг1.
численно равно площади дна, испытывающего давление воды.
Подобные эксперименты можно провести с сосудами любой
формы. Во всех случаях остается справедливым уравнение
F^hS.1
Необходимо иметь в виду, что это численное равенство
справедливо только в случае наполнения сосудов водой. Если сосуды будут
наполняться другой жидкостью, например концентрированным
раствором поваренной соли или иной жидкостью с удельным
весом большим, чем вес воды, высота столба такой жидкости будет
меньше, а для жидкостей с удельным весом меньшим удельного
веса воды, высота столба будет больше. Для определения силы
давления жидкости на дно сосуда в уравнение расчета необходимо
ввести в качестве сомножителя удельный вес т взятой жидкости,
и тогда уравнение примет вид:
Примечания
1. Вместо пружинного динамометра можно использовать и
разновесы. В этом случае шнур от шлифованной
пластинки, заменяющей дно, перекидывается через
неподвижный блок, и на конец шнура подвешивается чашечка от
весов, на которую и помещаются гирьки.
2. Для определения величины растяжения пружины прибор
располагают так, чтобы положение оси прибора, как и
натянутого шнура* идущего от пластинки к динамометру,
было вертикальным. Однако можно рекомендовать
динамометр расположить с небольшим наклоном, при этом
шнур также пойдет под некоторым незначительным на-
1 См. сноску на стр. 62.
63

клоном к оси цилиндра. Растяжение пружины, однако,
должно оставаться без изменения. Такое положение нити
создаст некоторую незначительную тангенциальную
составляющую силы, смещающую пластинку в сторону. В тот
момент, когда при заполнении цилиндра водой будет
достигнута граница наполнения, тангенциальная
составляющая сместит пластинку в сторону и даст вылиться воде.
В этом случае значительно удобнее уловить момент
достижения равновесия.
3. В старших классах целесообразно показать, что
отношение F : S есть не что иное, как давление на дно сосуда, а
это давление зависит только от высоты столба жидкости и
от ее удельного веса.
32. Демонстрация давления жидкости на
стенки сосуда по вытекающим струям
Стеклянный высокий цилиндр с тремя
расположенными друг над другом тубусами, 3 пробки, 3 короткие
с оттянутыми концами стеклянные трубочки,
подставка, большая кювета, шланг для подсоединения к
водопроводу, прямоугольно изогнутая трубка, штатив.
В тубусы стеклянного цилиндра, расположенные друг над
другом, вставляются на просверленных пробках короткие трубочки
с оттянутыми концами. При
наполнении цилиндра водой из этих
трубочек вытекают струйки,
дальность которых зависит от вели-
От
водопровода
Рис. 39. Демонстрация зависимости давления на стенки сосуда
от глубины расположения отверстия.
чины давления на стенки сосуда. Величина этого давления
определяется глубиной погружения центра отверстия тубусов (рис. 39).
При однократном наполнении цилиндра необходимо дать
полностью вытечь воде, следя за изменением дальности струй.
64

В том случае, если необходимо достичь непрерывного
вытекания воды, можно при помощи водопроводного шланга подвести
воду от водопроводного крана, закрепив сливную трубку в лапке
штатива, отрегулировав поступление воды так, чтобы ее уровень
в цилиндре оставался неизменным.
Примечания
1. В качестве сосуда, заменяющего стеклянный цилиндр,
можно использовать цилиндр из жести. В этом случае
достаточно пробить в его стенке
несколько отверстий одно над дру- *"
гим, а сливные трубочки
закрепить в этих отверстиях сургучом.
2. При некоторой сноровке можно
изготовить подобный сосуд из
длинной пробирки (рис. 40). Для этого
на стенку пробирки в избранном
месте направляется острое пламя
горелки и после размягчения
стекла в пробирку энергично
вдувается воздух. В разогретом месте
образуется отверстие. Первое
полученное отверстие заклеивается
воском или стеарином, после чего
выдувается следующее. Применяя
сосуд с боковыми отверстиями,
изготовленный таким образом,
картину вытекания струй можно про-
Рис. 40. Использование
пробирки в качестве
цилиндра с отверстиями.
демонстрировать в теневой проекции на экран.
33. Демонстрация давления жидкости на
стенки сосуда по водомерной трубке
Склянка с нижним тубусом (3 л), прямоугольно
изогнутая стеклянная трубка, короткая стеклянная
трубка, резиновая трубка, пробка, винтовой зажим,
подкрашенная вода.
Эксперимент А
Для демонстрации давления жидкости на стенки сосуда
собирается прибор, изображенный на рисунке 41, для чего
используется большая склянка с нижним тубусом и водомерная трубка.
Наполнив склянку водой, мы убеждаемся, что вода в
водомерной трубке поднимается до того же уровня, что и в самой склянке.
В этом случае на отверстие трубки, обращенное внутрь склянки,
действует направленная горизонтальная сила бокового давления
(давления на стенки).
65

Зависимость силы бокового давления от высоты столба
жидкости над отверстием в трубке может быть показана при доливании
или выливании воды в склянке.
Эксперимент В
Порядок проведения эксперимента может быть изменен. Для
чего в боковой тубус склянки необходимо вставить короткую
стеклянную трубку на просверленной пробке. На
стеклянную короткую трубку надевается кусок
резиновой трубки с надетым на нее зажимом.
В свободный конец резиновой трубки
вставляется длинная стеклянная водомерная трубка.
До наполнения склянки водой резиновая трубка
перекрывается зажимом.
Наполнив склянку водой, открывают зажим.
Вода тотчас же устремляется в водомерную
трубку и поднимается на ту же высоту, на какой
будет находиться уровень воды в склянке. При
наблюдении за этим движением воды становится
более наглядным действие силы бокового
давления, чем это имеет место при постепенном
и одновременном повышении уровня воды в
склянке и водомерной трубке.
Рис. 41. Склянка
с боковым тубусом
и манометрической
трубкой для
измерения давления
на стенки сосуда.
Примечание
Эксперимент в конечном счете показывает действие
сообщающихся сосудов. В § 2 была показана возможность
объяснить эти явления, не прибегая к понятию весового давления.
Однако по крайней мере в старших классах необходимо дать
объяснение действию сообщающихся сосудов как проявлен-
нию весового давления. В этом отношении настоящий
эксперимент предоставляет широкую возможность.
34. Демонстрация направленного вверх
давления внутри жидкости
Цилиндр с шлифованным нижним торцом, плоская
стеклянная или легкая металлическая шлифованная
пластинка с крючком в центре, шнур, ламповое стекло,
широкая пробка, стеклянная оттянутая на конце
трубочка, большой аквариум, подкрашенная вода.
Эксперимент А
При помощи шнура, продетого через стеклянный цилиндр, не
имеющий дна, и привязанного к крючку пришлифованной
пластинки последняя прижимается к нижнему шлифованному торцу
66

цилиндра. Так собранный прибор погружается в аквариум,
наполненный водой. Погрузив цилиндр, шнур, удерживающий
пластинку, отпускают, однако пластинка не отпадает от цилиндра, как
иногда предполагают учащиеся младших классов (рис. 42).
Если после этого цилиндр заполнить подкрашенной водой, то
как только уровень воды в цилиндре будет близок к уровню воды
в аквариуме, пластинка отпадет и погрузится на дно.
Незначительную разницу уровней легко объяснить тем, что пластинка обладает
весом.
Эксперимент может быть несколько изменен. Для этого в
пластинке должно быть проделано небольшое отверстие, через которое
после погружения цилиндра в аквариум вода постепенно будет
Рис. 43. Фонтан
в стеклянном
цилиндре,
погруженном в жидкость для
показа давления
внутри жидкости.
наполнять цилиндр. И так же, как и в основном опыте, пластинка
отпадет, как только уровень воды в цилиндре сравняется с уровнем
воды в аквариуме.
Эксперимент В
Эксперимент можно провести значительно проще и нагляднее,
применяя ламповое стекло или широкую стеклянную трубку,
нижний конец которых закрывается корковой пробкой с вставленной
в нее короткой стеклянной трубочкой, оттянутой на конце.
Такой самодельный прибор погружается в воду, налитую в
аквариум. Под действием силы давления, направленной вверх и
действующей на нижнее отверстие трубки, вода устремляется через
нее в цилиндр и в цилиндре будет бить фонтан (рис. 43). Однако
вода, постепенно наполняющая цилиндр, вскоре прекратит
фонтанирование. Через некоторое время, как и в первом эксперименте,
сравняются уровни воды в аквариуме и ламповом стекле.
Рис. 42. Цилиндр с
пластинкой, погруженный в воду для
показа силы давления
жидкости на глубине. Цилиндр
заполняется жидкостью,
доливаемой из другого сосуда.
67

35. Изучение действия фонтана
на самодельной модели
Склянка с нижним тубусом (3—5 л), 2 изогнутые
под прямым углом стеклянные трубки, 2 короткие
прямые трубки, 2 короткие оттянутые на конце
стеклянные трубочки различного просвета, длинная стеклянная
трубка (1000 мм), 2 просверленные пробки, 2 пробки с
двумя отверстиями, резиновая трубка, большая кювета,
винтовой зажим, штатив, большая подставка, цветочный
горшок среднего размера, струбцинка с муфтами для
крепления стержней, 2 стержня от штатива, короткий
металлический стержень, муфта.
Подготовка эксперимента
Большая склянка с нижним тубусом устанавливается на высокую
подставку. В нижний тубус склянки вставляется стеклянная прямо-
Рис. 44. Установка для демонстрации действия
фонтана.
угольно изогнутая трубка и к ней присоединяется длинная
резиновая сливная трубка. В свободный конец сливной трубки
вставляется стеклянный короткий наконечник с оттянутым концом —
струевыбрасыватель. Струевыбрасыватель зажимается в лапке
штатива в вертикальном положении. Штатив со струевыбрасывателем
ставится в большую кювету. Резиновая сливная трубка перекрьь
вается зажимом (рис. 44).
Вместо склянки с нижним тубусом можно применить обычный
среднего размера цветочный горшок, хорошо обвязанный и
подвешенный на высокий стержень. В отверстие дна цветочного горшка
58

на резиновой пробке вставляется короткая прямая стеклянная
трубка, на которую и надевается сливная резиновая трубка со
струевыбрасывателем (рис. 45).
Эксперимент
Сосуд наполняется примерно на 2/3 водой, после чего зажим,
надетый на сливную трубку, открывается. Вода, как из шприца,
бьет из струевыбрасывателя струей вверх, при
этом она обычно распадается на отдельные струйки,
каждая из которых при неподвижном воздухе
имеет форму параболы.
Если желательно создать длительное действие
фонтана, следует воду подавать в сосуд
непрерывной струей из городского водопровода, для чего
шланг, идущий от водопроводного крана,
оснащается прямоугольной изогнутой трубкой, конец
которой помещается в сосуд. Поступление воды
из водопровода нужно отрегулировать так, чтобы
уровень воды в сосуде оставался постоянным.
Если струевыбрасыватель слегка наклонить,
то высота струи несколько возрастает, однако при
заметном наклоне струевыбрасывателя высота струи
вновь уменьшится.
Целесообразно показать, что в фонтане
проявляется принцип сообщающихся сосудов. С этой
целью, прервав на время истечение воды, на
струевыбрасыватель при помощи резиновой трубки
следует надеть длинную стеклянную трубку. Как
только будет вновь открыт кран и пущена вода,
легко установить, что ее уровень в этой
приставной трубке поднимется до уровня воды в сосуде,
выполняющем роль водонапорного бака.
Тот факт, что высота выбрасываемой струи не достигает
высоты уровня воды в водонапорном баке, объясняется наличием трения
между частицами струи о стенки сливной трубки, о стенки
струевыбрасывателя и трения о воздух.
Сравнивая высоту струи при струевыбрасывателях различного
сечения, легко установить, что высота струи при широком отверстии
струевыбрасывателя меньше, чем при малом его отверстии.
Примечания
1. Если в качестве водонапорного бака применяется
цветочный горшок, то такое устройство кажется примитивным.
Нам думается, однако, применение наиболее простых
приспособлений дает толчок конструктивной мысли учащихся
и поможет им в изготовлении самодельных приборов.
2. Освещая струю фонтана прямым или отраженным
солнечным светом или светом яркой лампы, можно показать в
Рис. 45.
Установка для
показа фонтана с
использованием в
качестве
водяного бака
цветочного горшка.
69

теневой проекции разбивание струи на отдельные капли.
Наблюдая фонтанирующую струю в направленном
световом потоке, можно провести попутное наблюдение
образования радуги.
36. Определение при помощи погружаемой
трубки удельного веса жидкости,
смешивающейся с водой
Широкий стеклянный цилиндр, прямая стеклянная
трубка (0 10 мм, длина 300 мм) с оттянутым
наконечником, такая же трубка с загнутым вверх
наконечником, раствор соли, спирт, раствор краски, штатив,
миллиметровая линейка, не боящаяся погружения в воду.
Стеклянная прямая трубка с оттянутым наконечником
наполняется путем всасывания исследуемой жидкостью, например
подкрашенным спиртом. Закрыв
верхнее отверстие трубки, ее
погружают в воду, налитую в
цилиндр, на глубину около 200 мм и,
закрепив трубку в лапке штатива,
открывают отверстие (рис. 46).
Какая-то часть исследуемой
жидкости при этом выливается в воду.
Выливание жидкости прекратится,
как только установится равенство
весовых давлений в плоскости
нижнего отверстия трубки.
Для того чтобы выливающаяся
из трубки жидкость заметно не
изменила удельного веса воды,
D АС ХТ Л необходимо взять значительное
Рис. 46. Установка для определения
удельного веса жидкости, смеши- количество последней, используя
вающейся с водой, при помощи большие широкие цилиндры.
погруженной трубки
/ix — высота столба воды; hz —.
высота столба исследуемой жидкости.
Справа трубка для погружения с
загнутым нижним концом.
Для определения удельного веса
жидкости необходимо измерить
соотношение высоты жидкости
в трубке h2 и высоты воды в
цилиндре ftlf измеряя эти высоты
от нижнего отверстия (рис. 46) при помощи миллиметровой
линейки, погружаемой позади трубки в воду.
Численное значение удельного веса исследуемой жидкости
определяется из отношения высот столбов
Ъ^^т (п/см3),
где 7i — удельный вес воды.
70

Для жидкостей с удельным весом большим, чем удельный вес воды,
используется трубка с изогнутым вверх наконечником (см. трубку,
изображенную рядом с установкой на рисунке 46). Целесообразно
в этом случае подкрасить исследуемую жидкость.
Примечания
1. Для определения удельного веса ареометром в
противоположность указанному методу необходимо небольшое
количество жидкостей. Описанный метод, однако, может
быть предложен для самостоятельных работ учащихся.
2. В старших классах для лучшего понимания метода
необходимо привести следующее рассуждение. В плоскости
нижнего отверстия погружаемой трубки сила давления
исследуемой жидкости определяется уравнением
а со стороны воды
F2 = 72S/22,
Из равенства сил давления следует:
откуда
Ti5/zi = T2 5/z2,
hi
Т2 = ^^'
Принимая удельный вес воды равным 1 п/см3, получим:
72 = 1 у п/см2.
Численное значение удельного веса равно отношению
h± : А2.
Так как в качестве жидкости, с которой ведется
сопоставление, принимается вода и так как в одном и том же месте
проведения эксперимента (в одном и том же географическом
пункте.— А. Л.) вес тела пропорционален его массе,
численное значение удельного веса в то же время есть и
численное значение плотности.
В этом случае плотность исследуемой жидкости может
быть найдена из уравнения
р2 = Pi % г/см*.
П

37. Определение при помощи открытых
трубок удельного веса жидкости,
не смешивающейся с водой
Высокий и широкий стеклянный цилиндр, одна
прямая и одна с изогнутым U-образно нижним коротким
коленом стеклянные трубки (0 10 мм, длина по 300 мм),
небольшая чашечка, воронка для ртути, кювета для
ртути, деревянная дощечка с отверстием по внешнему
диаметру трубок, деревянный пружинный зажим,
миллиметровая линейка, ртуть, вода.
Эксперимент А
На дно стеклянного цилиндра ставится небольшая стеклянная
чашечка, наполненная ртутью (цилиндр должен быть поставлен
в кювету для ртути). Нижний конец достаточно длинной прямой
стеклянной трубки погружается в ртуть, налитую в чашечку, и
трубка закрепляется в вертикальном положении при помощи
пружинного зажима (см. рис. 29). Цилиндр заполняется водой (рис. 47).
В том случае, если в трубку попадает вода, ее необходимо выбрать,
отсасывая через воронку с предохранительным коленом.
Рис. 47. Установка для
определения удельного веса
жидкости, не смешивающейся с
водой, при помощи трубки с
чашечкой:
Ьг — высота столба воды; hz—
высота столба исследуемой
жидкости.
Рис. 48. Установка для
определения удельного веса жидкости,
не смешивающейся с водой, при
помощи U-образной разноплечей
трубки, погруженной в воду:
hx — высота столба воды; h2—
высота столба исследуемой
ЖИДКОСТИ.
Под давлением столба воды, находящейся в цилиндре, уровень
ртути в трубке несколько повысится. Высота столбика ртути в
трубке над уровнем ртути в чашечке /z2, как и высота столба воды
в цилиндре над уровнем ртути в чашечке hl9 измеряется при помощи
миллиметровой линейки.
Отношение высот обратно пропорционально отношению
удельных весов воды и ртути.
72

Эксперимент В
Как и в первом эксперименте, здесь используется высокий
стеклянный цилиндр, наполненный водой, поставленный в кювету
для ртути. В воду погружается длинная стеклянная трубка с
U-образно изогнутым нижним концом. В U-образное колено
наливается предварительно некоторое количество ртути.
При погружении трубки в воду наблюдается поднятие ртути на
некоторую высоту в длинном колене трубки (рис. 48). Трубка
укрепляется при помощи пружинного зажима. Измерив разницу
высот ртути в коротком и длинном колене h2 и определив высоту
столба воды над поверхностью ртути в коротком колене hv по
соотношению высот определяют отношение удельных весов ртути и
воды.
Примечания
1.В обоих экспериментах используется принцип
сообщающихся сосудов.
2. Оба эксперимента основаны на том же принципе, который
положен в устройство сифонных барометров. В последних
воздействие атмосферного давления заменяет воздействие
столба воды в приведенном эксперименте.
3. Описанная в эксперименте U-образная трубка,
наполненная ртутью, является в то же время и зондом для
определения давления внутри жидкости.
38. Определение удельного веса жидкости
методом засасывания
2 стеклянные трубки (0 10 мм, длина около 700 мм),
тройник (0 9 мм, длина отростков по 50 мм),
резиновая трубка (0 8 мм), 1 короткая стеклянная
трубка (0 9 мм), винтовой зажим, штатив, 2 линейки
с миллиметровой шкалой, 2 химических стакана (по
100 мл), вода, спирт, термометр.
Подготовка эксперимента
Две стеклянные трубки длиной около 700 мм с внутренним
просветом около 10 мм закрепляются вертикально в лапках штатива
на расстоянии около 70 мм друг от друга. Верхние концы трубок
соединяются тройником, на свободный конец которого надевается
при помощи резиновой трубки короткий стеклянный мундштук.
Все соединения выполняются резиновой трубкой несколько
меньшего, чем стеклянные трубки, диаметра. На резиновую трубку,
присоединяющую мундштук, надевается винтовой зажим.
Нижние концы длинных стеклянных трубок помещаются в
химические стаканы, один из которых заполнен водой, другой — иссле-
73

дуемой жидкостью, например спиртом. Позади каждой из трубок
устанавливаются линейки с миллиметровыми делениями (рис. 49).
Удобно воспользоваться линейками с подвижным указателем.
Эксперимент
Открыв винтовой зажим, жидкости засасывают через мундштук
в трубки примерно на 2/3 их длины, и зажим тотчас же закрывают.
Высоты жидкостей в трубках Ах и h2 измеряются от уровней
жидкостей в стаканах.
Эксперимент проводится многократно при различных высотах
засасывания. Полученные данные заносятся в таблицу.
Результаты одного из замеров
при засасывании воды и спирта,
имеющих температуру 19,5°С, даны
в приведенной таблице
Вода
К
мм
521
490
512
366
Спирт
К
мм
652
609
639
455
Среднее
значение
h2:hi
0,799
0,805
0,801
0,804
0,802
Отношение h2 : h± в пределах
эксперимента остается в хорошем
приближении постоянным.
Высоты поднятия жидкостей при засасывании обратно
пропорциональны удельным весам жидкостей, откуда
Л2
или
&2 = Tl
Если одной из засасываемых жидкостей является вода,
удельный вес которой равен 1 п/см3, уравнение для расчета принимает
вид:
Yi = 1 тг2 п/см3.
til
Из данных приведенного как пример эксперимента следует, что
удельный вес спирта при температуре 19,5°С равен 0,80 п/см3.
Рис 49. Установка для
определения удельного веса жидкости
по разности высот всасывания
воды и исследуемой жидкости:
^! — высота подъема воды; h2—
высота подъема исследуемой жидкости.
74

П римечание
Эксперимент позволяет определить плотность ряда
жидкостей, например: раствора поваренной соли до 20%,
раствора сахара до 60%, бензина, керосина, глицерина,
парафинового масла и др.
39- Определение удельного веса ртути
при помощи U-образной трубки
U-образная трубка (внутренний диаметр около 5 мм,
длина колен 600 мм и 200 мм), штатив, 2 линейки с
миллиметровой шкалой,
капельница для ртути, ртуть,
вода, кювета для ртути.
U-образная трубка закрепляется в
вертикальном положении в лапке
штатива. Позади обоих колен трубки
укрепляются линейки с миллиметровой
шкалой, нижний конец которых ставится
на стол. Вся установка помещается в
кювету для ртути.
Трубки наполняются ртутью на
высоту около 80 мм в каждом колене.
(Ртуть наливать из капельницы!) Ртуть
устанавливается на одинаковом уровне.
Поверх ртути в длинное колено трубки
вливается лишенная воздуха вода, под
действием которой уровень ртути в
коротком колене несколько поднимается,
соответственно опускаясь в длинном
колене (рис. 50).
Столб воды h2 в длинном колене тем
самым уравновешивается избыточным
столбиком ртути hx в коротком колене,
соответствующим по своей длине
разнице высот ртути в обоих коленах. Для определения длины столбов
воды и ртути определяется высота расположения трех уровней
над поверхностью дна кюветы или стола.
Высота уровня воды в длинной трубке —ha
Высота уровня ртути в короткой трубке —Нь
Высота уровня ртути в длинной трубке —hc
Длина столба воды А2 = ha — К
Длина избыточного столбика ртути hx = hb — hc
Рис. 50. Установка для
определения удельного веса
жидкости при помощи
U-образной трубки, наполненной
ртутью.
75

В таблице по данным одного из экспериментов при температуре
воды 20° С дается ряд замеров при постепенном увеличении
столба воды в длинном колене.
Уровни над поверхностью дна кюветы
Уровень воды
к
мм
479
557
659
718
763
! Уровень ртути
в коротком
колене
>ч
мм
252
255
259 !
261
263
Уровень ртути
в длинном
колене
hc
мм
234
231
227
225
223
Длина
воды
hi
мм
245
326
432
493
540
Среднее
столбов
ртути
hi
мм
18
24
32
36
40
значение
h2
13,6
13,6
13,5
13,7
13,5
«13,6
Отношение высоты столба воды h2 и высоты столба ртути кг во
всем ряде замеров в достаточном приближении постоянно и близко
к среднему значению, равному 13,6, что и дает численное значение
удельного веса ртути.
Удельный вес ртути равен 13,6 п/см3.
Примечание
Для проведения эксперимента в порядке лабораторной
работы целесообразно, кроме ртути, использовать и другие
жидкости, не смешивающиеся и нереагирующие с водой.
(Авторы рекомендуют: бромоформ у = 2,82 п/см3,
хлороформ ? = 1,49 п/см3 и сероуглерод т =1,27 п/см3. Однако
работа с этими веществами требует осторожности, и, кроме
того, они мало доступны школам. Несмотря на то что эти
жидкости имеют некоторые преимущества, вытекающие из
их значительных удельных весов, мы склонны отказаться от
них, во всяком случае для средней школы, и рекомендовать
ряд других жидкостей: бензол у =0,88 п/см3, касторовое
масло у = 0,97 п/см3, масло минеральное (смазочное) у =
= 0,90—0,93 п/см3, рыбий жир у = 0,95 п/см3, скипидар у =
= 0,86 п/см3. Удельные веса даны для *°=15°С.—А. Л.)
В этих случаях необходимо использовать U-образные
трубки с коленами одинаковой длины.
76

§ 5. ЗАКОН АРХИМЕДА. УСЛОВИЯ ПЛАВАНИЯ ТЕЛ.
40. Плавучесть наполненной воздухом
жестяной банки или резинового мяча
Большая жестяная банка с плотно закрывающейся
крышкой, большой резиновый мяч, ведро с водой,
лейкопласт или изоляционная лента.
Крышка большой жестяной банки тщательно пропаивается или
оклеивается лейкопластом или изоляционной лентой.
Пробуем погрузить жестяную банку в воду, налитую в ведро.
Испытываемое при этом сопротивление чрезвычайно убедительно
демонстрирует выталкивающую силу, действующую на тело,
погруженное в жидкость. Эксперимент может быть проведен также
с большим резиновым мячом.
41. Модель для демонстрации плавучести
деревянного бруска
Деревянный брусок (200 мм х 120 мм X 60 мм),
тонкие деревянные палочки.
Представим себе брусок, погруженный в жидкость так, чтобы
его боковая грань (200 мм х 60 мм) была вертикальна, а верхняя
грань (120 мм х 60 мм) горизонтальна.
Глубина погружения hx = 150 мм от по- ~~ ^~~ —
верхности воды до верхней грани.
Для удобства рассмотрения сил,
действующих на брусок, вычертим на доске
рисунок модели подобного погруженного тела,
а самую модель подвесим на гвоздь, вбитый
в доску за ввинченный в верхнюю грань
крючок (рис. 51). Легко установить, что
силы давления на боковые грани взаимно
уравновешиваются и не скажутся на
поведении бруска. Таким образом,
действующими силами остаются: силы давления на
верхнюю и нижнюю грани бруска.
Предположим, что удельный вес жидкости -[>
а площади соответственно Sx и S2 и равны
между собой.
Величины давления воды на эти грани определяются
уравнениями:
Pi = Т ¦ Ai>
Р2 = Т * h2-
Тогда нетрудно установить, что сила давления на верхнюю грань,
направленная вниз, определяется уравнением:
f 1 = A«s.
Рис. 51. Схема
распределения сил,
действующих на погруженное в
жидкость тело.
77

В то же время сила давления на нижнюю грань направлена вверх
и определяется уравнением:
Векторы этих сил можно представить на модели небольшими
стрелками из деревянных тонких палочек, вставленных в заранее
высверленные отверстия в верхнюю и нижнюю грань. Длина
стрелок должна быть взята в каком-то определенном масштабе
соответственно величинам действующих сил Fx и F2-
Так как F2 > Fl9 то и результирующая сила F будет направлена
вверх:
F = F2-Fl = ^S(h2-h1).
Но h2 — h± = h есть высота самого бруска. В этом случае
Sh = S (h2 — Ах) есть объем бруска V и тогда формула
выталкивающей силы примет вид:
F = у • V.
Но произведение ^V есть в то же время вес жидкости в объеме
бруска.
Окончательный вид формулы выталкивающей силы:
* == * вытесненной жидкости*
Выталкивающая сила равна весу жидкости в объеме, вытесненном
погруженным телом.
Примечание
В старших классах можно продолжить чисто
умозрительный эксперимент.
Представим себе в каком-то месте покоящейся жидкости
определенный ограниченный ее объем (рис. 52). Удельный
вес жидкости неизменен во всей ее
толще. Так как выделенный объем
жидкости находится в равновесии и не
всплывает и не погружается, то,
видимо, действующие на его верхнюю
грань силы компенсируются какой-то
иной силой. Нетрудно установить, что
результирующая всех внешних
действующих сил, выталкивающих этот
ограниченный объем, должна быть равна
весу жидкости в пределах этого объема
и, подобно любой силе веса, должна
быть приложена к центру тяжести
взятого объема. Если на место мысленно
выделенного объема жидкости
поместить какое-то твердое тело той же формы, что и
выделенный объем, то, так как состояние окружающей его жидкости
Рис. 52. Сила давления,
действующая на некоторый
мысленно выделенный объем
уравновешивается весом
этого объема жидкости.
78

не изменилось, на поверхность этого тела будут
по-прежнему действовать те же силы, т. е. оно будет
испытывать выталкивающую силу, равную весу жидкости в его
объеме. (Но в этом случае обычно и неравную весу этого твердого
тела. — А. Л.)
42. Сравнение выталкивающей силы и веса
вытесненной жидкости при помощи
пружинного динамометра
Пружинный динамометр, исследуемое тело (гирька
или камень), сливной сосуд1, химический стакан,
мензурка, штатив, крючок для подвеса, тонкая нитка,
подставка.
Предварительный эксперимент
Исследуемое тело — гирька или камень — подвешивается на
тонкой нити к динамометру. Держа последний в руках, погружаем
тело в воду, налитую в химический стакан, и наблюдаем за
сокращением длины пружины динамометра.
Основной эксперимент
Пружинный динамометр укрепляется в лапке штатива. К
крючку динамометра на нити подвешивается исследуемое тело. Опуская
лапку штатива, погружаем тело в воду, налитую в сливной сосуд.
Объем воды, вылившейся при этом из сливного сосуда, измеряется
мензуркой.
Эксперимент позволяет установить, что наблюдающееся
уменьшение веса тела при его погружении в жидкость соответствует
весу вытесненной им воды.
В этом эксперименте, не учитывая температурного влияния,
принимаем вес 1 мл воды равным 1 п.
Эксперимент следует провести несколько раз с телами
различной формы и объема.
43. Сравнение выталкивающей силы и веса
вытесненной жидкости при помощи
гидростатических весов
Гидростатические весы с укороченной на одной
стороне чашкой, тарировочный стакан, дробь, исследуемое
тело (гирька, камень), тонкие нитки, сливной сосуд,
небольшой химический стакан, раствор соли, подставка.
Под укороченную чашку гидростатических весов на нитке
подвешивается гирька или камешек. На ту же чашку ставится
небольшой химический стакан, и весы тарируются (рис. 53).
1 Иногда также называется отливным сосудом.— А. Л.
79

Под подвешенное тело подставляется сливной сосуд,
наполненный водой. Исследуемое тело погружается в воду. Выливающаяся
из сливного сосуда вода собирается в стаканчик.
При погружении тела в воду равновесие весов нарушается и
чашка с тарировочным стаканом перевешивает. Однако как только
вода, вылившаяся из сливного сосуда, будет перелита в химический
стакан, стоящий на укороченной чашке, весы вновь придут в
равновесие (рис. 54). Этот эксперимент показывает, что выталкивающая
сила, действующая на погруженное тело, равна весу воды,
вытесненной этим телом.
ЦтЦцц
.S
х:
Рис. 53. Тарирование тела,
подвешенного к укороченной
чашке весов.
Рис. 54. Уравновешивание выталкиваЧющей
силы доливанием вытесненной воды в сосуд,
помещенный на укороченную чашку весов.
При проведении ряда экспериментов в одном из них измерение
выталкивающей силы должно быть проведено путем помещения
разновесов на чашку весов. Тем самым выталкивающая сила будет
определена по весу вытесненной воды, определенному прямым
взвешиванием.
Примечание
Можно рекомендовать проведение подобного эксперимента
с раствором соли или иной жидкостью.
44. Сравнение выталкивающей силы и веса
вытесненной жидкости при помощи
настольных чашечных весов
Настольные чашечные весы, погружаемое тело с
удельным весом несколько большим единицы (стекло,
камень, искусственная смола), 1 большой химический
стакан, 1 маленький химический стакан, 3 тарировоч-
ных стакана, дробь, пружинный динамометр, сливной
сосуд, штатив с коротким горизонтальным стержнем.
Эксперимент построен таким образом, чтобы показать
зависимость между выталкивающей силой, действующей на тело, и весом
80

вытесненной воды. Он может служить как качественным, так и
количественным экспериментом для самостоятельной работы.
Целесообразно его провести в три приема.
Для старших классов этот эксперимент особенно поучителен,
так как служит одновременно примером проявления сил в их
противодействии (третий закой Ньютона).
Предварительный эксперимент
На чашку весов ставится наполненный водой большой
химический стакан, и производится его тарирование. После этого в воду
погружается указательный палец, и чашка весов, на которой стоит
стакан с водой, перевешивает. Перевес будет еще больше, если
погрузить в воду несколько пальцев, а то и весь кулак.
Основной эксперимент
1. Подставив штатив к чашке весов, на горизонтальном стержне
штатива укрепляют динамометр. К динамометру подвешивают тело
так, чтобы оно находилось над чашкой весов. На одну чашку весов
помещают большой химический стакан, наполненный водой на 3/4,
а на другую чашку — пустой малый химический стакан и первый
стакан для тарирования (Г). Весы тарируются (рис. 55,а).
После тарирования в воду погружается подвешенное к
динамометру тело. По шкале динамометра определяется уменьшение веса
тела, наблюдающееся при погружении его в воду, и соответственно
величина выталкивающей силы. Одновременно производится
наблюдение за проявлением противодействующей силы, под воздействием
которой чашка весов с наполненным водой стаканом опускается
(рис. 55, б).
2. Погруженное в воду тело извлекают из воды, и с чашки весов
снимают большой стакан, стараясь сохранить в нем то же количество
воды. С другой чашки весов снимается как пустой химический
стакан (2), так и первый стакан для тарирования.
На чашку весов ставится наполненный до сливного отверстия
сливной сосуд так, чтобы носик его выступал за край чашки. Под
носик сливного сосуда подставляется снятый с чашки пустой малый
химический стакан. На другую чашку весов ставится второй (2')
тарировочный стакан. Весы тарируются (рис. 55, в).
Исследуемое тело погружается в воду, налитую в сливной
сосуд. Вновь определяется величина выталкивающей силы по
показанию динамометра и одновременно производится наблюдение за
опусканием чашки весов. Во время погружения тела часть воды из
сливного сосуда выливается в подставленный малый химический
стакан. При этом в него выливается ровно столько воды, сколько
ее вытеснит погружаемое тело. Но как только выливание
прекратится, весы вновь придут в равновесие (рис. 55, г).
3. В заключение эксперимента восстанавливается
первоначальная установка и в воду, налитую в большой химический стакан,
81

погружается исследуемое тело. На правую же чашку весов ставится
первый тарировочный стакан Г без изменения в нем количества
дроби, а также химический стакан, в который вылилась вода
Рис. 55. Уравновешивание выталкивающей силы соответствующим весом
вытесненной воды, используя настольные чашечные весы:
а—тарирование стакана, наполненного водой; б—показ действия выталкивающей силы;
в—тарирование сливного сосуда; г—собирание вытекающей воды; д — уравновешивание
выталкивающей силы соответствующим весом вытесненной воды.
из сливного сосуда. Весы приходят в равновесие (рис. 55, д).
Эксперимент без проведения взвешивания наглядно показывает,
что выталкивающая сила равна весу вытесненной воды.
45. Изменение веса и глубины погружения
плавающей зажженной свечи
Свеча (высота около 10 мм), химический стакан,
небольшой гвоздь, вода.
Химический стакан наполняется наполовину водой, и на воду
пускают плавать свечу длиной около 10 мм, фитилем вверх. При
поджигании свечи она постепенно сгорает и укорачивается.
Однако пламя достигает воды только тогда, когда выгорит весь фитиль.
82

При сгорании постепенно уменьшается вес свечи, но в такой же
мере уменьшается и выталкивающая сила. Глубина погружения
будет сама собой регулироваться так, что вес свечи и величина
выталкивающей силы за все время горения будут равны друг другу.
Примечание
Желая использовать более длинную свечу, нужно ее
нижний конец утяжелить, введя в нее небольшой гвоздь, для того
чтобы свеча плавала отвесно. При этом, естественно, несколько
изменится глубина погружения.
46. Отсутствие плавучести тел, у которых
устранено давление жидкости на их подошву
Большая пробка, свободная от пор, воск или
стеарин, или парафин, или искусственная смола, круглая
пластинка из зеркального стекла или кафельная
пластинка, аквариум, спиртовка или свечка. Можно также
взять резиновую пробку и ртуть.
Подготовка эксперимента
На пламени спиртовки илисвечи осторожно разогревается
небольшое количество воска (стеарина или парафина) и из него
вылепляется округлое тело с поперечником 50—60 мм, толщиной около 10 мм.
Как подкладыш используется небольшая круглая пластинка
из зеркального стекла или плоская кафельная плитка.
Подготовленная, еще пластичная, масса круговым движением
под небольшим давлением притирается к подкладышу так, чтобы
нижняя поверхность массы стала по возможности плоской и
гладкой. Целесообразно зеркальную пластинку или кафельную
плитку перед этим осторожно подогреть, чтобы обеспечить лучшее
скольжение массы. Пока еще масса не потеряла пластичности, в
нее сверху вдавливается большая корковая пробка (желательно,
чтобы наружная поверхность ее по возможности не имела пор или
других повреждений). Таким образом, подготовленное
исследуемое тело (рис. 56, а) снимают с подкладыша, стараясь не повредить
ставшую плоской нижнюю поверхность.
Эксперимент
Подкладыш, использованный для выравнивания нижней
поверхности пластичной массы, кладется на дно аквариума, наполненного
водой.
В воду погружается исследуемое тело и под водой отпускается.
Тело в силу своей плавучести немедленно устремляется вверх,
всплывает и остается плавать на поверхности воды.
После этого тело насильственно погружается в воду и ставится
на подкладыш, при этом совершается несколько раз вращательное
движение, во время которого тело прижимается к подкладышу.
83

Если после этого тело осторожно отпустить, оно не всплывет,
несмотря на значительно меньший средний удельный вес по сравнению
с удельным весом воды. Так как под исследуемым телом нет воды, на
него и не действует сила давления, направленная вверх, а поэтому
и не появляется выталкивающая сила (рис. 56, о). Наоборот, сила
давления, направленная вниз, прижимает тело к подкладышу.
Рис. 56. Уничтожение плавучести пробки:
а—подготовка испытуемого тела из пробки и воска;
б—испытуемое тело на дне сосуда под водой.
Если подкладыш поместить с незначительным наклоном, то тело
окажется под воздействием бокового давления, несколько большего
внизу и меньшего в верхней его части. Тело постепенно поползет
по подкладышу вверх, и, как только его подошва окажется за
пределами подкладыша, оно всплывет»
Примечания
1. В качестве исследуемого тела может быть использована
маленькая коробочка из бакелита или другой
искусственной смолы. Самое важное, чтобы нижняя поверхность такой
коробочки была плоской и очень гладкой.
2. Если имеется достаточное количество ртути, такой же
эксперимент может быть проведен несколько по-иному.
К плоскому дну стеклянного открытого сосуда
прижимается своей верхней поверхностью резиновая пробка. В сосуд
наливается ртуть, не смачивающая ни стекло, ни пробку.
Ртуть должна лишь покрыть поверхность пробки. Во
время наливания ртути пробку нужно придержать
стеклянной палочкой. Если после этого осторожно пробку
отпустить, она останется лежать на дне, так как в этом случае
выпадает давление, направленное вверх.
47. Определение удельного веса твердого тела
гидростатическим взвешиванием
Гидростатические весы (или аптекарские весы с
роговыми чашками и самодельным подвесом), разновесы,
тела неправильной формы (кусочки металла, камешки,
84

кусок парафина), проволока для изготовления подвеса
(0 1 мм)у тонкая проволока, сосуд с водой, штатив,
небольшой кусочек металла.
Объем исследуемого тела определяется в этом эксперименте по
величине выталкивающей силы, испытываемой телом при
погружении в воду.
Установка для проведения эксперимента на обычных
аптекарских весах с роговыми чашками показана на рисунке 57.
Исследуемое тело подвешивается на тонкой проволоке.
Необходимо при проведении опыта строго соблюдать последовательность
в работе. Давая соответствующие объяснения к работе, нужно
указать, что выталкивающая сила есть прежде всего сила, а значит
она измеряется в пондах. При определении объема тела необходимо
исходить из того, что один миллилитр чистой воды весит один понд.
Пример проведения эксперимента
Вес кусочка свинца в воздухе Рг = 141,2 п
Вес кусочка свинца в воде Р2 = 128,7 п
Потеря в весе или выталкивающая сила F = Рг — Р2= 12,5 п
Таким образом, объем кусочка свинца V = 12,5 см3
Значение удельного веса тела
может быть получено как
отвлеченное число
141,2 п
12,5 п
п,з,
так как численное значение
удельного веса равно отношению веса
тела в воздухе к потере в весе
при погружении его в воду1
т Pi-iY
Примечания
1. Одну из чашек аптечных
весов необходимо снабдить
подвеском для
исследуемого тела (рис. 58). Подвес
изготавливается из
проволоки толщиной около
1 Нам думается, что целесообразнее
удельного веса
Tl = T2
Рис. 57. Определение удельного
веса твердого тела
гидростатическим взвешиванием. Определение
выталкивающей силы.
1 мм. При диаметре чашки
дать полную формулу определения
Pi
Pi
где ^2 — удельный вес жид кости, в
тело. — А. Л.
-ft»
которую погружается исследуемое
85

в 90 мм необходимо взять 3 куска проволоки по ПО мм.
Эти куски одним из концов скручиваются вместе на
отрезке около 30 мм и отвесно подвешиваются на
чашку так, чтобы место скручивания было несколько
ниже чашки. На нижнем конце
скрутки делается крючок. На верхних,
не скрученных, концах проволоки,
имеющих одинаковую длину,
выгибаются крючки, охватывающие
рант чашки. Чашка с подвесом
тарируется.
2. Тело, имеющее удельный вес
меньше, чем удельный вес воды,
например кусок парафина, должно
быть утяжелено, для чего к нему
подвешивается на тонкой
проволоке кусочек металла.
Предварительно каждое тело отдельно
(парафин и металл) взвешивается в
воздухе, затем определяется
выталкивающая сила для связанных
вместе тел, а вслед за этим отдельно для кусочка
металла. Выталкивающая сила, действующая на исследуемое
тело, определяется по разности выталкивающей силы,
испытываемой обоими телами, и силы, действующей на
кусочек металла.
Рис. 58. Роговая чашечка
весов с крючком для
подвеса.
48. Определение удельного веса жидкости
по величине выталкивающей силы,
действующей на твердое тело
Гидростатические весы, разновесы, металлическое
или стеклянное тело, тонкая проволока, сосуд, вода,
раствор соли, спирт.
Эксперимент строится на сопоставлении выталкивающих сил,
испытываемых каким-либо твердым телом при погружении в воду
и в исследуемую жидкость. Численное значение удельного веса
жидкости может быть найдено из отношения выталкивающей силы
в исследуемой жидкости Fx к выталкивающей силе в воде F2.
Численное значение удельного веса исследуемой жидкости равно
отношению выталкивающей силы в жидкости к выталкивающей
силе в воде:
Примечание
Математический расчет исходит из следующих
соображений. Выталкивающая сила Flf действующая на погруженное
86

тело, равна весу жидкости Рь вытесненной этим телом. Но
вес вытесненной жидкости равен произведению удельного
веса на объем этой жидкости. Выталкивающая сила в
исследуемой жидкости:
Fl = Tli/ = pv
Выталкивающая сила в воде:
F2 = Т21/ = Р2.
Откуда
или
л = ^
Т2 F2 '¦
Т1=Т2'Й'
Но удельный вес воды у2 равен 1 п/см3, в этом случае
Ti = 1 • -фп/см3.
* 2
Откуда численное значение удельного веса исследуемой жидкости
равно j±.
49* Определение удельного веса жидкости
при помощи весов Мора2 для жидкостей
с удельным весом от О до 2 п/см3.
Весы Мора и к ним: погружаемый поплавок с
термометром, 2 рейтера, вес которых равен весу поплавка
(на рисунке обозначены -И, 1 рейтер, вес которого равен
0,1 весу поплавка (на рисунке обозначено ^], 1
рейтер, вес которого равен 0,01 веса поплавка (на рисунке
1 \
tqq), мензурка или стеклянный цилиндр, исследуемые
жидкости: дистиллированная вода, спирт, бензин,
керосин, растворы щелочей разной концентрации,
водный раствор поваренной соли и медного купороса.
Поплавок подвешивается на коромысло весов, имеющее 10 равно
распределенных зарубок. Весы с подвешенным поплавком
уравновешиваются перемещением противовеса, укрепленного на конце
коромысла, противоположного поплавку. Винтом, укрепленным в
1 См. наше примечание к Э—47. —Л. Л.
2 Эти весы называют также «весами Вестфаля», а в БСЭ и
гидрологической литературе просто «гидростатические весы для определе-ния удельного
веса жидкостей».— Л. Л.
87

ножке штатива, выравнивается горизонтальное положение весов
по камерному уровню (рис. 59).
Поплавок полностью погружается в воду, налитую в мензурку
или стеклянный цилиндр. При этом поплавок испытывает
выталкивающую силу, которую уравновешивают ретером у ,
насаживая его на тот же крючок, что и поплавок.
Заменяя воду другой исследуемой жидкостью с численным
значением удельного веса от 0 до 2, убеждаемся, что для
уравновешивания поплавка недостаточно одного насаженного рейтера. В этом
случае насаживаем на коромысло второй рейтер у , помещая его на
зарубке в коромысле и последовательно переставляя с зарубки на
Рис. 59. Гидростатические весы Мора.
зарубку, идя от первого деления у стойки весов к наружному концу
коромысла. Оставляем рейтер на той зарубке, при насаживании
на которую поплавок еще несколько всплывает. После этого
насаживаем рейтер jx и перемещаем его, как и первый рейтер. При
надобности так же поступаем и с рейтером -^.
Численное значение удельного веса исследуемой жидкости
может быть найдено путем определения положения рейтеров.
Пример.
Первый рейтер у на крючке для подвеса
поплавка 1,0
Второй рейтер — на седьмой зарубке .
Третий рейтер -^- на второй зарубке . .
Четвертый рейтер у^г на пятой зарубке .
0,7
0,02
0,005
Удельный вес исследуемой жидкости 1,725 п/см3
88

Для жидкостей с удельным весом меньше единицы поступают
1
также, но при этом первый рейтер у не насаживается на крючок
с поплавком.
Примечания
1. Пояснение принципа действия весов Мора может быть
дано следующим образом.
Выталкивающая сила Fly испытываемая поплавком,
равна произведению удельного веса жидкости fi на
вытесненный телом объем V
Эта сила уравновешивается весом рейтеров.
Рассматривая конкретный пример, приведенный выше,
можно, исходя из закона рычагов, рассчитать силу,
действующую на правую часть коромысла, т. е. силу,
предотвращающую всплывание поплавка, а тем самым и равную
выталкивающей силе. Обозначим через F2 выталкивающую силу,
испытываемую поплавком при погружении его в воду и
уравновешиваемую первым рейтером у. Тогда для
определения выталкивающей силы Fl9 испытываемой при
погружении в исследуемую жидкость, имеем:
^-^Ч-0,7^ + 0,2^ + 0,5^ =
= F2 + 0,7^2 + 0,02F2 + 0,005f2 =
= 1,725F2.
Так как вес поплавка при погружении его в воду был
компенсирован весом вытесненной воды Р, другими словами
выталкивающей силой, то вес вытесненной жидкости Рг
может быть найден из следующего сопоставления:
Р1 = Р + 0,7Р+ 0,2^ + 0,5^ =
= Р + 0,7'Р + 0.02Р + 0.005Р = 1.725Р,
и тогда
J = 1,725,
откуда
Ti = 1,725 п/см3.
2. ВсЩа имеет удельный вес, равный единице, только при
температуре + 4°С. Если не принимать во внимание
температуру жидкости, необходимо оговорить, что получен-
89

ное численное значение удельного веса жидкости из
отношений Рг : Р указывает лишь на то, что удельный вес
жидкости в Рг : Р раз больше удельного веса воды при
данных температурах.
3. Измерение на весах Мора может быть рекомендовано
для самостоятельной или лабораторной работы.
50. Проведение эксперимента по исследованию
плавучести тел
Камень, деревянный брусок, весы, разновесы,
сливной сосуд, небольшой химический стаканчик, тариро-
вочный стакан, дробь, твердая проволока, нитки.
В эксперименте проводится качественное сравнение веса
твердого тела и действующей на него выталкивающей силы при
погружении в воду. Этот эксперимент должен подготовить учащихся к
пониманию условий плавания тел. В качестве исследуемых тел
выбираются камень и деревянный брусок, по размерам соответствующие
сливному сосуду.
Эксперимент А
Камень, подвешенный на тонкой нитке, ззвешивается и
погружается в наполненный водой сливной сосуд. Вытекающая вода
собирается в предварительно тарированный стаканчик и
взвешивается. Вес вытесненной воды меньше веса камня, и поэтому камень
падает на дно.
Эксперимент В
Деревянный брусок взвешивается и опускается в сливной сосуд,
при этом брусок плавает. Вылившаяся вода собирается и
взвешивается. Брусок оставляется в сливном сосуде. Устанавливается,
что вес вытесненной воды равен весу деревянного бруска.
Эксперимент С
Стаканчик с вылившейся в него водой после второго опыта
вновь подставляется под сливное отверстие сосуда. При помощи
твердой проволоки деревянный брусок полностью погружается
в воду, при этом выливается новая порция воды, а значит,
возрастает и ее общий вес. Взвесив воду, устанавливаем, что вес всей
вытесненной воды при полном погружении в нее деревянного
бруска больше веса бруска. Как только мы убираем проволоку, при
помощи которой был погружен брусок, последний всплывает.
Эксперимент показывает, что полностью погруженное в
жидкость тело тонет или всплывает в зависимости от того, больше
или меньше его вес веса вытесненной им воды.
90

51. Погружение, всплывание или нахождение во
взвешенном состоянии закупоренного флакона
в зависимости от изменения его веса
Небольшой флакон с пробкой, стеклянные бусы,
дробь, песок, стеклянный сосуд.
Этот эксперимент является вводным, позволяющим показать
различные причины, обусловливающие всплывание, плавание,
погружение или нахождение во взвешенном состоянии тела,
имеющего один и тот же объем, а значит, испытывающего одну и ту нее
выталкивающую силу.
Наполняя песком, дробью или стеклянными бусами небольшой
флакон с хорошей пробкой и изменяя в достаточных пределах его
вес, без особого труда можно установить три наиболее
характерных состояния при погружении его в воду:
1. Вес тела меньше выталкивающей силы. Закупоренный
флакон плавает на поверхности воды.
2. Вес тела больше, чем выталкивающая сила. Флакон тонет
и лежит на дне.
3. Вес тела равен выталкивающей силе. Флакон не
всплывает, но и не тонет, находясь во взвешенном состоянии.
Примечание
Третий опыт с флаконом во взвешенном состоянии
может быть очень интересно видоизменен. После того как
будет достигнуто взвешенное состояние флакона в воде
при комнатной температуре, в воду добавляется либо очень
горячая, либо очень холодная вода, при этом флакон либо
тонет, либо всплывает.
52. Подтверждение закона Архимеда на
опыте с различными телами равного объема
Гидростатические весы, тарировочный стаканчик,
дробь, различные тела одинакового объема (кусок
железа, латуни, алюминия или тяжелых пластмасс),
тонкая проволока, сосуд с водой.
Эксперимент позволяет наглядно показать, что тела равного
объема вне зависимости от того, из какого они вещества,
испытывают при погружении в жидкость одну и ту же выталкивающую
силу.
Под укороченную чашку гидростатических весов
подвешивается кусок листового железа, такой же кусок и того же размера и
веса помещается на другую чашку весов. Первый кусок
погружается в воду и тарируется. Если теперь оба куска железа заменить
кусками листовой латуни тех же размеров и один из них
погрузить в воду, то весы останутся в равновесии без дополнительного
тарирования. Выталкивающая сила тем самым не изменяется.
91

Эксперимент можно изменять в значительных пределах,
помещая на обе чашки весов тела из самых различных материалов.
Во всех случаях эксперимент показывает, что выталкивающая сила
остается без изменения и совершенно не зависит от того, будут ли
подвешенные два тела однородными или разнородными, при
условии, что объемы их одинаковы.
Выталкивающая сила в жидкости зависит только от объема
погруженного тела.
53. Самодельный „картезианский водолаз"
Небольшая пробирка, раздутая у дна в баллончик
(длина около 120 мм); небольшая аптечная пробирка
для таблеток (длина около 60 мм); просверленная пробка
к аптечной пробирке; стеклянная трубка (04 мм, длина
около 70 мм); стеклянный высокий цилиндр; тонкая
листовая резина; просверленная пробка к стеклянному
цилиндру; резиновая трубка.
Изготовление самодельного
«картезианского водолаза»
Игрушка, называемая «картезианским водолазом», представляет
собой пустотелую стеклянную фигурку, погруженную в воду.
Фигурке придается вид «чертика». «Картезианский
I водолаз» позволяет установить целый ряд
поучительных физических зависимостей, что невольно
Q /*-—4> заставляет предложить изготовить его в качестве
[ самодельного прибора.
U
а
Рис. 60.
«Картезианский водолаз»
Самодельная
модель:
а—стеклянная
трубка с выдутым
шариком;
б—маленькая пробирочка с
вставленной
трубочкой;
в—проведение эксперимента.
Модель /
На одном конце стеклянной трубки
раздувается небольшой шарик, а свободный открытый
конец обрезается так, чтобы получилась
небольшая пробирочка длиной около 120 мм. Место
отреза стекла оплавляется (рис. 60, а). Пробирку-
«водолаз» отверстием вниз погружают в воду, при
этом вода несколько входит в открытое горлышко
трубки. «Водолаз» должен плавать в воде так,
чтобы верхняя часть шарика касалась снизу
поверхности воды. Если «водолаз» окажется легок,
значит, в нем больше, чем нужно, воздуха, в этом
случае следует путем согревания шарика от руки
вытеснить часть воздуха, тогда при остывании
шарика на место воздуха войдет в трубку несколько
больше воды.
92

Модель 2
«Водолаза» можно изготовить из аптечной пробирки для таблеток.
В пробирку вставляется обычная пробка с отверстием, в которое
вводится стеклянная трубочка длиной около 80 мм так, чтобы конец
трубки немного выступал из пробки внутрь пробирки.
Предварительно в пробирку помещается несколько дробинок так, чтобы при
плавании она занимала правильное отвесное положение и, как и
модель 1, своим донышком едва касалась снизу поверхности воды.
Вода при этом должна входить в трубочку почти до половины ее
длины (рис. 60, б).
Эксперимент
Высокий стеклянный цилиндр почти полностью наполняется
водой, и в воду опускается отверстием вниз «водолаз». Верхнее
отверстие цилиндра затягивается тонкой резиновой мембраной,
которая плотно обвязывается под рантом цилиндра (рис. 60, в).
Если надавить рукой на мембрану, давление передастся воде,
находящейся в цилиндре, а она в свою очередь передаст его внутрь
полости «водолаза». При этом воздух, наполняющий полость,
несколько сожмется и его объем уменьшится, вследствие чего внутрь
«водолаза» войдет вода. Соответственно уменьшится выталкивающая
сила, действующая на «водолаза». Это уменьшение выталкивающей
силы приведет к тому, что «водолаз» начнет погружаться. Как только
прекратится давление на мембрану, соответственно увеличится
объем воздуха в полости «водолаза», и, когда объем восстановится
до прежнего, «водолаз» всплывет. Можно подобрать такое давление
на мембрану, при котором «водолаз» будет во взвешенном
состоянии как бы «парить» в воде.
Вместо замыкания цилиндра резиновой мембраной можно
цилиндр закрыть обычной толстой пробкой с отверстием под
стеклянную трубку. В это отверстие в пробке вставляется стеклянная
трубка, на выступающий конец которой надевается кусок резиновой
трубки. Если в цилиндр вдувать через резиновую трубку воздух,
то тем самым увеличится внутреннее давление и «водолаз» будет
тонуть. В крайнем случае цилиндр можно закрыть просто ладонью
и, производя давление ладонью, можно принудить «водолаз» к
погружению. Из предосторожности в этом случае цилиндр нужно
придерживать другой рукой.
54. Тело, плавающее в холодной воде
и тонущее в нагретой
Небольшая пробирка с хорошо подогнанной
корковой пробкой, дробь, стеклянный сосуд.
Стеклянный сосуд наполняется водой, нагретой примерно до 37°С.
Небольшую пробирку, утяжеленную несколькими дробинками,
пускают плавать в сосуд, и затем в нее добавляют дробь так, чтобы
93

пробирка погрузилась до самых краев в воду. Если теперь в
пробирку добавить хотя бы одну дробинку, пробирка будет тонуть.
Не делая этого, проводят следующий эксперимент.
Утяжеленную пробирку затыкают цилиндрической пробкой,
однако так, чтобы большая часть пробки выставлялась из воды.
Закупоренная пробирка кладется снова на воду; при этом она будет
плавать. Постепенно и осторожно вводим все большую и большую
часть пробки внутрь пробирки до тех пор, пока пробирка не начнет
медленно погружаться.
Если охладить воду, то ее плотность увеличится, при этом
соответственно будет возрастать и выталкивающая сила и
погрузившаяся, было, лежащая на дне пробирка начнет всплывать. Если
воду медленно подогреть, то пробирка под действием уменьшения
плотности воды будет вновь тонуть. Чувствительность эксперимента
такова, что изменение в поведении пробирки происходит при самых
незначительных изменениях температуры воды, а значит,
эксперимент может быть использован и для демонстрации изменения
плотности воды при самых незначительных изменениях ее температуры.
55. Демонстрация плавания твердых тел
на модели жидкости
Тонкий сухой песок, восковой или стеариновый шар,
деревянный шар, стальной шар (каждый 0 10 мм),
большой химический стакан.
На дно большого химического стакана помещаются три шара
одинакового диаметра: стальной, деревянный и восковой или
стеариновый. Стакан наполовину наполняется
сухим тонким песком.
Если такой стакан встряхивать или
осторожно многократно ударять по его стенке
деревянной палочкой, то через некоторое время
восковой и деревянный шары появятся на по-
^-\песо!с верхности песка.
Восковой шар будет лежать почти
совершенно на поверхности песка, в то время как
деревянный останется примерно на одну треть объема
погруженным в песок (рис. 61). Если тонкой
Рис. 61. Демонегра- палочкой прозондировать песок, то легко убеди-
ция на модели пла- ться, что стальной шарик остался лежать на
вания твердого дне стакана.
тела.
Примечания
1. Так как удельный вес песка больше удельного веса воска
или дерева, то на эти шары действует выталкивающая сила
большая, чем вес шаров, и они «всплывают» на поверхность

песка. Стальной шар имеет удельный вес больший, чем
песок, и поэтому он остается лежать на дне.
Эксперимент может быть проведен в обратном порядке.
Шары можно положить на поверхность песка. При
встряхивании стакана стальной шар «утонет», тогда как восковой
и деревянный будут «плавать» в песке.
Эксперимент должен показать, что выталкивающая сила
не есть собственное свойство жидких и газообразных тел,
а есть лишь частный случай проявления силы тяжести.
56. Плавание металлических шариков
в ртути
2 небольших металлических шарика одинакового
размера стальной и латунный, ртуть, плоская стеклянная
ванна, кювета для ртути, штатив, деревянная рейка.
Плоская стеклянная ванна ставится на подставке в кювету и
наполняется почти полностью ртутью. На поверхность ртутд
помещаются на некотором расстоянии
друг от друга два одинакового
диаметра металлических шара — один
стальной, другой латунный. Они
плавают на ртути, однако по-разному
погружаясь в нее. Эксперимент
показывает, что латунный шар, как шар,
имеющий больший удельный вес, ПО- Рис, 62щ Плавание металли-
гружается несколько больше, чем ческих шариков в ртути,
стальной.
Это наблюдение можно сделать более наглядным, если, укрепив
в штативе в строго горизонтальном положении рейку, поместить
ее так, чтобы она касалась сверху поверхности стального шарика
(рис. 62).
Еще более наглядной становится разница в глубине погружения
шариков, если всю установку дать в теневой проекции на экран.
57. Плавучесть твердых тел, не плавающих
в обычных условиях
Прямоугольный лист жести (70 мм X 70 мм),
пробка (0 около 20 мм), стеклянная ванна.
Эксперимент А. Плавание неплавающего твердого тела
на плавающих опорах
Корковая пробка разрезается на равные части. Полученные
кусочки пробки размещаются на воде треугольником. В качестве
неплавающего тела используется квадратный лист жести, который
95
2.
3.

осторожно кладется на плавающие корковые опоры, достаточно
равномерно распределяя на них тяжесть.
Корковые опоры несут на себе лист жести, не давая ему
погрузиться.
Если лист жести положить на поверхность воды без
поддерживающих его плавучих опор, он тотчас же тонет.
ЭкспериментВ. Создание плавучести
неплавающего тела за счет образования
в нем полости
При помощи плоскогубцев края
жестяного листа отгибаются вверх так, чтобы
образовались борта высотой около 10 мм. Лист
жести приобретает при этом вид крышки от
коробки (рис. 63). Если такой лист жести,
превращенный в коробку, положить на воду, он будет плавать.
применение
Рис. 63. Изготовление
плавающей ванночки из
жести. Модель корабля.
Техническое
К эксперименту А
Плоты, спасательные круги, спасательные боты, понтоны,
надувные бочки для подъема затонувших судов.
К эксперименту В
Все суда, особенно металлические; паромы, поплавок
карбюратора, поплавки сливных баков.
58. Изменение положения трехгранной
деревянной призмы при плавании ее
в пресной и соленой воде
Деревянная трехгранная призма (с ребрами около
50 мм), 2 больших сосуда с водой или 2 больших
химических ста- ^^^
кана, вода, по- « Ч
варенная соль.
Большой химический
стакан наполняется на одну
четверть водой, и на воду
опускается деревянная
трехгранная призма.
Деревянная призма плавает при
этом в положении,
изображенном на рисунке 64, а.
В воду доливается
насыщенный раствор поваренной соли. Глубина погружения призмы
постепенно уменьшается и при совершенно определенной
концентрации раствора призма неожиданно опрокидывается и занимает
новое положение, изображенное на рисунке 64, б.
Рис. 64. Плавание деревянной трехгранной
призмы:
а—в воде, б—в солевом растворе.
96

Примечание
Эксперимент одновременно демонстрирует на своеобразной
модели изменение осадки судов при переходе их из пресной
воды в соленую.
59. Определение удельного веса янтаря по
удельному весу солевого раствора, в котором
янтарь окажется во взвешенном состоянии
Кусочек янтаря (можно заменить кусочком
искусственной смолы или картофелиной), большой
химический стакан, концентрированный водный раствор
поваренной соли, стеклянная палочка, капельница,
стеклянный цилиндр, ареометр.
Предварительно необходимо показать, что янтарь в чистой воде
тонет, а в концентрированном растворе поваренной соли плавает.
Смешивая обе жидкости, можно достичь такой концентрации
солевого раствора, при котором янтарь будет находиться во
взвешенном состоянии. Однако, как только такое состояние будет
достигнуто, достаточно небольшой добавки той или иной жидкости,
чтобы его нарушить.
Таким образом, взвешенное состояние очень неустойчивое и
достичь его лучше всего, добавляя воду или концентрированный
солевой раствор по каплям, пользуясь пипеткой, до тех пор, пока
не прекратится всплывание или погружение янтаря.
Взвешенное состояние достигается в том случае, если удельный
вес раствора становится равным удельному весу янтаря, а, значит
для определения удельного веса янтаря достаточно определить
ареометром удельный вес раствора соли. Для этой цели раствор
лучше всего перелить в узкий цилиндр.
Вместо раствора поваренной соли можно применить раствор
селитры.
60. Взвешенное состояние куриного яйца
в солевом растворе
Вареное куриное яйцо, концентрированный водный
раствор поваренной соли, большой химический стакан,
стеклянный цилиндр, деревянный кружок, входящий
в стеклянный цилиндр, длинная стеклянная палочка.
Предварительно, как и в Э—59, необходимо показать, что в
чистой воде куриное яйцо тонет, а в концентрированном солевом
растворе плавает.
Смешивая обе жидкости, можно достичь такой степени
концентрации солевого раствора, при которой куриное яйцо будет
находиться во взвешенном состоянии.
Особенное впечатление производит эксперимент, при
проведении которого используются наслоенные друг на друга, резко разгра-
97

ничивающиеся жидкости. Этого можно достичь тем, что сначала
стеклянный цилиндр заполняется наполовину концентрированным
раствором поваренной соли, а затем поверх нее осторожно вливается
слой воды. С этой целью нужно на поверхность раствора соли
пустить плавать деревянный круг, диаметр которого почти равен
внутреннему диаметру цилиндра, однако круг не должен касаться
стенок. На плавающий деревянный круг ставится стеклянная
палочка, и по ней осторожно наливается вода. В этом случае
возникает, невидимая на глаз, резкая граница этих жидкостей. После
того как будет удален деревянный круг, в раствор опускают
куриное яйцо. Достигнув гранитного слоя, яйцо некоторое время
будет то погружаться в солевой раствор, то всплывать в нем,
пока не наступит положение равновесия.
61. Модель ареометра из пробирки, наполненной
дробью. Предварительный эксперимент для
пользования ареометром
Химическая пробирка с пробкой, дробь, 2
стеклянных цилиндра (высота около 200 мм), миллиметровая
бумага, поваренная соль, штангенциркуль или линейка.
Подготовка эксперимента
Пробирка наполняется дробью так, чтобы, плавая в воде, она
выставлялась над водой примерно на
3 см и плавала в устойчивом отвесном
положении.
Из миллиметровой бумаги
вырезается полоска длиной около 180 мм
и шириной в 20 мм. На полоске
подчеркивается каждое
сантиметровое деление, отмечаемое порядковым
% номером. Полоска помещается внутрь
пробирки, а ее выступающий край
загибается. Пробирка затыкается
пробкой, которая зажимает полоску
L бумаги.
Эксперимент
Подготовленная описанным спосо-
а б бом пробирка опускается в чистую
Рис. 65. Модель ареометра В°ДУ, налитую в стеклянный цилиндр
из пробирки с дробью: (рис. 65, а). Положение уровня воды
а—в воде; б—в солевом растворе, замечается по шкале и записывается,
после чего пробирка извлекается из
воды и глубина ее погружения hx замеряется штангенциркулем
или линейкой (от дна пробирки до замеченного по миллиметровой
бумаге положения уровня воды).
98

Пробирка переносится в водный раствор поваренной соли, и
вновь отмечается положение уровня раствора* Как и в первый раз,
определяется глубина погружения h2.
Глубины погружения обратно пропорциональны удельным
весам раствора соли и воды
hi 7Г
Зная, что удельный вес чистой воды равен 1 п/см3, можно найти
удельный вес раствора соли:
T2 = Tl_=l n-см -.^.
Пример
Глубина погружения пробирки в чистой воде Нг = 140,0 мм
Глубина погружения в растворе соли h2 = 133,3 мм
Численное значение удельного веса раствора соли
соответствует отношению глубин погружения кг: /г2 = 140,0 : 133,3^ 1,05.
Удельный вес раствора 72 = 1,05 п/смд.
Примечания
1. Этот эксперимент особенно удобен как предварительный
для объяснения принципа действия ареометра.
2. В результате эксперимента может быть незначительная
неточность, так как низ пробирки не строго цилиндричен,
а округлен. Результат измерения будет тем точнее, чем
больше глубина погружения.
62. Определение удельного веса жидкостей
ареометром
Ареометр для жидкостей с удельным весбм
меньше единицы, ареометр для жидкостей с удельным
весом больше единицы, несколько высоких цилиндров
или химических стаканов, термометр, различные
жидкости для исследования (5, 10, 15 и 20% растворы
поваренной соли, 5 и 10% растворы медного купороса,
спирт, керосин).
Оба ареометра прежде всего помещаются в чистую воду, при
этом устанавливается, что они погружаются в ней до отметки на
шкале «1», или «плотность чистой воды»,
После BTOto берутся различные водные растворы, а также спирт
и керосин, измеряются их температуры и по погружению
ареометров определяются удельные веса. При определении удельных
весов водных растворов солей необходимо пользоваться ареометром
с делением «1», помещенным наверху шкалы, а при определении
удельного веса спирта и керосина или других жидкостей с удель-
99

ным весом меньшим, чем удельный вес воды, ареометром с
делением «1», помещенным внизу шкалы.
Если первый ряд замеров был проведен при какой-то одной
температуре, например 10°С, то следует, подогрев растворы,
произвести вторичный ряд замеров при иной, например 30°С,
температуре. При этом надлежит сравнить оба ряда замеров. По полученной
разнице нетрудно установить, что значение удельных весов зависит
от температуры веществ.
Примечание
Спирт подогревать не следует, так как он легко
воспламеняется.
§ 6. ВОДЯНЫЕ ДВИГАТЕЛИ
63. Модель наливного колеса
2 фанерных круга 0 200 мм (толщина 5 мм) и 2
круга 0 140 мм (та же толщина), 1 полоска из жести
(длина 450 мм, ширина 30 мм), 8 деревянных планок
(40 мм X 30 мм X 5 мм), 2 круглые рейки (0 13 мм,
длина 70 мм), длинные круглые гвозди или вязальные
спицы, 3 гвоздя 1,5", мелкие проволочные гвозди, клей,
замазка, штатив, изогнутая стеклянная трубка,
резиновый шланг, большая ванна.
Фанерные круги, большой и малый, складываются попарно и
в них строго по центру просверливается отверстие (0 около 2 мм)
для оси. Осью служит вязальная спица или металлический стержень,
или длинный круглый гвоздь с хорошо зачищенным напильником
местом сруба. Концы оси заделываются в деревянные круглые
рейки, которые и укрепляются в лапках штатива или в
специальных подставках. На всех деревянных кругах размечаются на ра&-
ном расстоянии от центров (60 мм) три точки, равноотстоящие друг
от друга, и круги в этих точках просверливаются так, чтобы через
отверстия свободно проходил 1,5" гвоздь.
Полоска жести выгибается в кольцо, которое должно плотно
охватывать фанерные круги меньшего диаметра. Жестяное кольцо
спаивается.
На больших кругах производится разметка для закрепления
8 лопаток так, чтобы лопатки образовывали с отрезком радиуса,
выходящим за малый круг, угол в 45° (рис. 66). После этого на
большие круги строго концентрически наклеиваются и
прибиваются небольшими гвоздями малые круги так, чтобы они полностью
закрывали вычерченные на больших кругах внутренние окружности.
Между такими двойными кругами, обращенными малыми
кругами друг к другу, помещается кольцо из жести, которое и
надевается на малые круги. Таким образом, создается корпус
наливного колеса. Укрепление корпуса производится тремя 1,5" гвоздя-
100

ми, которые вставляются в просверленные отверстия; их
выступающие концы загибаются и вбиваются в фанеру. При сборке
необходимо следить, чтобы штрихи, нанесенные для лопаток,
оказались попарно параллельны.
Рис. 66. Выкройка боковых стенок модели наливного колеса:
а—левая стенка; б—правая стенка.
Остается укрепить на корпусе 8 деревянных лопаток, чтобы
получить приемные камеры. Узкие края лопаток-планок опиливаются
под углом 45° для лучшего примыкания к жестяному кольцу. Края
лопаток, как примыкающие к фанерным кругам, так и к жести,
промазываются водоупорным
клеем; лопатки помещают в
корпус, ориентируя их по
нанесенным штрихам, после
чего они укрепляются
тонкими проволочными гвоздями.
В каждую лопатку вбиваются
по 2 гвоздя с обеих сторон,
для чего гвозди пробивают
через фанерный круг в торец
лопаток. Как только
просохнет клей, все пазы камер
необходимо промазать замазкой.
Для того чтобы привести
модель в действие, ее
помещают над большим
водоприемным сосудом или ванной,
укрепляя ось в легких штативах или специальной подставке. Над
моделью укрепляется изогнутая стеклянная трубка, соединенная
резиновым шлангом с водопроводным краном (рис. 67). Если
направить струю воды на колесо, то оно под действием струи
придет во вращательное движение.
Примечание
Для лучшего сохранения модели целесообразно ее
прокрасить водоупорной краской.
Рис. 67, Установка для показа действия
наливного колеса.
101

64. Модель подливного колеса
О
1 фанерный круг (0 160 мм, толщина 5 мм), 2
деревянных круга (0 60 мм, толщина 10 мм), 8
прямоугольных пластин из жести (60 мм X 30 мм), 2 деревянные
планки (400 мм X 40 мм X 10 мм), 1 доска (400 мм X
X 50 мм X 10 мм), 1 деревянная дощечка (70 мм X
Х40 мм X10 мм),круглая рейка (013 мм, длина 70 мм),
длинный гвоздь или спица, мелкие гвозди, проволочные
гвозди, изогнутая стеклянная трубка, резиновый шланг,
большая ванна.
На фанерный круг по обеим сторонам строго по центру
наклеиваются и набиваются мелкими гвоздями 2 небольших деревянных
кружка. В центре кругов
просверливается отверстие для оси. Ось
изготавливается так же, как и в
Э—63.
На фанерном круге, строго ра-
диально пропиливаются 8 прорезей,
каждая длиной по 30 мм, между
прорезями выдерживается угол в 45°
(рис. 68). В прорези вставляются
на клею четырехугольные
пластинки из жести со срезанными со сто-
а 6 роны центра круга уголками. Для
Рис. 68. Эскиз модели подливного Утепления пластинок необходимо
колеса: внутренние торцы прорези прома-
а — распределение лопастей на круге; ЗаТЬ ВОДОуПОрНЫМ КЛееМ. ТаКИМ
6 - боковой вид колеса (желоб в разрезе). образОМ СОЗДаеТСЯ ПрОСТеЙШаЯ МО-
дель подливного колеса.
Для водоподлива изготавливается деревянный прямоугольный
желоб, один из концов которого перекрывается дощечкой,
предотвращающей выливание воды в обе стороны. Пазы желоба
промазываются замазкой.
Л\й
tfssssz
От
водопроводе
Рис. 69. Установка для показа действия подливного колеса.
102

Для того чтобы привести модель в действие, ее помещают над
водоприемной ванной, укрепляя оси в лапках штатива или
специальной подставке. Под колесо помещается желоб, которому
придается незначительный наклон. Колесо должно быть по возможности
глубже погружено в желоб и почти касаться лопатками его дна.
В приподнятую часть желоба помещается изогнутая стеклянная
трубка, соединенная резиновым шлангом с водопроводным краном
(рис. 69). Как только по желобу потечет вода, подливное колесо
начнет вращаться.
Примечание
Для лучшего сохранения модели ее, как и модель
наливного колеса, целесообразно прокрасить водоупорной краской.
65, Модель активной гидравлической
турбины (турбина Пельтона)
Консервная банка (0 около 80 мм, высота около
60 мм), спица (0 3 мм, длина 90 мм), 2 шайбы,
железная трубка (0 8 мм, длина 100 мм), тонкая жесть для
лопаток и сливной трубки (общая площадь 25 000 мм2),
картон, ножницы, чертилка, керн, струбцинка, большая
ванна, штатив.
Описанная ниже модель не является такой, которая может
создать тяговую силу; она предназначена только для демонстрации
действия активной лопастной турбины.
Модель состоит из колеса с лопатками и корпуса с одной струе-
направляющей трубой и одной сливной.
Колесо модели турбины имеет 5 лопастей, которые и
укрепляются при помощи двух колец на оси турбины. Лопасти
изготавливаются из жести (от консервной банки).
Из тонкого картона вырезается выкройка-шаблон лопасти по
чертежу, приведенному на рисунке 70. По шаблону контур лопасти
переносится на жесть. Пунктирные линии показывают места
сгиба. При вырезке лопастей необходимо иметь в виду, что
приведенные на чертеже размеры могут несколько изменяться в
зависимости от толщины жести. На рисунке 70 все размеры даны для жести,
имеющей толщину 0,3 мм. Поэтому при сборке всех лопастей
на оси придется подобрать нужное среднее значение
величины /. Вырезку лопасти из жести следует делать специальными
ножницами или ножницами для бумаги, негодными для прямого
использования. Все вырезанные лопасти складываются в пачку
друг на друга и плотно прижимаются струбцинкой. После того
как керном будут набиты центры отверстий, их одновременно
просверливают сверлом указанного диаметра. Разобрав пачку,
лопасти выгибают по чертежу, приведенному на рисунке 70.
103

В качестве оси используется прочная проволока или спица
диаметром около 3 мм, на которую и насаживают лопасти
просверленными отверстиями. Чтобы собранные на оси лопасти не
съезжали в стороны, на выступающие концы оси надеваются шайбы.
If 70, If 70,6; If7f,2; 1^71 ,8:1^72А
a
Рис. 70. Шаблон для изготовления модели лопасти водяной турбины:
а—шаблон; б—готовая лопасть.
Расположив лопасти на равном расстоянии друг от друга, их лапки,
надетые на ось, припаивают как друг к другу, так и к
удерживающим их шайбам.
Рис. 71. Модель водяной
турбины.
Рис. 72. Установка для
демонстрации модели турбины Пельтона.
В качестве корпуса турбины используется консервная банка,
у которой снята одна из крышек (внутренний диаметр около 80 мм).
Высота банки должна соответствовать расстоянию между шайбами,
укрепленными на оси. В дне банки строго по центру
просверливается отверстие диаметром около 3 мм для оси колеса.
Поместив колесо в корпус, размечают положение отверстия
для струенаправляющей трубки, ось которой должна быть перпен-
104

дикулярна радиусу колеса. Вынув колесо, корпус боковой стенкой
помещают на деревянную доску и в стенке просверливают отверстие
для струенаправляющей трубки по ее диаметру. Примерно под
углом в 45° просверливают второе отверстие для водосливной трубки.
Сливную трубку делают из жести и припаивают к корпусу.
Для струенаправляющей трубки следует взять кусок железной
трубы с диаметром около 8 мм, со срезанным под углом 45° краем
и к этой железной трубе припаять корпус (рис. 71).
Для уменьшения трения при вращении колеса можно на концы
его оси насадить стеклянные бусины. Длина оси должна быть
такой, чтобы она не превышала высоты консервной банки, служащей
корпусом.
В подготовленный корпус вновь помещается колесо с
лопатками. Для крепления второго конца оси используется полоска жести
шириной около 20 мм, с отверстием для оси колеса. Перемещением
этой полоски центрируется положение колеса, после чего концы
полоски припаиваются к корпусу.
Перед пуском модели на корпус с открытой стороны
надевается подогнанная крышка, плотно закрывающая половину открытой
стенки корпуса. Целесообразно крышку обмотать изоляционной
лентой.
Модель турбины, сливным отверстием вниз, укрепляется за
железную трубу в лапке штатива над водоприемной ванной.
Железная струенаправляющая труба соединяется резиновым шлангом
с водопроводным краном, и пуском воды модель приводится в
действие (рис. 72).
Примечания
1. Чтобы сделать наглядным вращение турбины, можно на
выступающий конец оси насадить пробку, а на ней укрепить
небольшую стрелку-указатель.
2. Чтобы избежать ржавления модели, ее необходимо после
каждой демонстрации тщательно просушить струей теплого
воздуха (пользуясь феном). По той же причине следует
хранить модель со снятой крышкой.
66. Модель пропеллерной реактивной
гидравлической турбины (турбина Каплана)
Консервная банка (0 около 65 мм, высота около
65 мм), лист жести для пропеллера и скобы (толщина
около 0,3 мм), кусок железной трубы (0 12 мм, длина
около 80 мм), 2 шайбы, ролик от блока, круглая
металлическая ось (0 4 мм, длина около 100 мм), большая
ванна, штатив.
Пропеллерная турбина состоит из пропеллера и корпуса (рис. 73).
В качестве корпуса используется консервная банка, открытая
105

с одной стороны. В дне банки просверливается отверстие для оси
(0 около 4 мм). Ось, продетая в это отверстие, выходит вверх и
проходит через отверстие в скобе, изогнутой трапецеидально. Концы
скобы припаиваются снаружи к банке. Сама скоба выгибается из
полоски толстой жести шириной около 15 мм.
В стенке банки, на расстоянии около 10 мм от верхнего края,
вырезается отверстие для подающей струю трубки. Трубка длиной
около 80 мм имеет срезанный под углом конец, которым она и
припаивается к банке так, чтобы ее ось образовывала с радиусом
основания банки угол 90°, и струя воды вытекала по некой касательной
к окружности пропеллера.
а
Рис. 73. Модель пропеллерной турбины:
а—общий вид; б—шаблон пропеллерного колеса.
Колесо пропеллера изготавливается из жести толщиной около
0,3 мм, для чего вначале вырезается круг диаметром около 65 мм,
в центре которого просверливается отверстие для оси (0 4 мм).
Круг надрезается на 4 сектора с несколько округлыми краями
(рис. 73) и насаживается на ось. По обеим сторонам круга
насаживаются шайбочки, которые припаиваются к оси, после чего
лопасти пропеллера винтообразно изгибаются под углом около 45°.
Ось с насаженным пропеллером продевается через отверстие в дне
корпуса и отверстие в скобе, предварительно на ось между дном
банки и скобой надеваются две шайбы и ролик блока. Шайбы
привинчиваются или припаиваются к оси, предотвращая ее перемещение
по высоте.
106

Пропеллер должен быть расположен ниже струенаправляющей
трубки примерно на 30 мм.
Для приведения модели турбины в действие ее необходимо
укрепить в штативе над водоприемной ванной, а струенаправля-
ющую трубку при помощи резинового шланга соединить с
водопроводным краном. С пуском струи воды модель приходит в действие.
Примечание
Необходимо обратить внимание на примечание к Э—65.

ГЛАВА II
МЕХАНИКА ГАЗОВ
§ 7. МЕТОДИЧЕСКАЯ ЗАПИСКА
1. Осознание того факта, что столь очевидно легкий воздух
имеет вес и благодаря своему весу порождает огромную силу
весового— атмосферного давления, всегда производит большое
впечатление на учащихся.
Наиболее известным учебным пособием для демонстрации
наличия атмосферного давления являются магдебургские полушария,
(опыт Отто Герике). Эксперименты, проводимые с ними,
настолько просты и общеизвестны, что в настоящем руководстве не
требуется их специального описания. В дополнение к ним в
руководстве приводится целый ряд опытов, цель которых показать на
простейшем оборудовании проявление атмосферного давления.
Как проявление давления воздуха большей частью в школе
рассматриваются процессы, управляющие действием сифона,
хотя именно в этом приборе давление воздуха имеет
второстепенное значение. Было бы ошибочным объяснять действие сифона
только атмосферным давлением. В основе действия сифона лежит
неравенство веса столбов жидкости в его обеих трубках, а воздушное
давление лишь препятствует разрыву столба жидкости.
Понимание этого процесса может быть достигнуто при рассмотрении
демонстраций действия сифона в разреженном пространстве (Э—82).
Эксперимент на простой модели, описанной в Э—83, позволяет
убедительно продемонстрировать взаимозависимости, имеющие
место между действующими в сифоне силами.
В тесной зависимости с атмосферным давлением стоит
проявление упругости воздуха. Однако упругость воздуха не есть
результат весового давления, а есть следствие молекулярных
свойств воздуха—его расширяемости, стремления занять
наибольший объем. Целый ряд экспериментов в § 8 (Э—74 —Э—79)
позволяет ознакомить учащихся с упругостью воздуха.
2. Особое значение в процессе преподавания занимает
измерение атмосферного давления и пользова-
108

ние барометром. Ученики должны хорошо представлять
себе, что барометрические измерения должны производиться
чрезвычайно тщательно, так как от этих измерений зависят многие
другие измерения в смежных областях: в механике газов, в учении
о теплоте и в химии, где самый ход процессов зависит от
атмосферного давления. Точность измерений атмосферного давления во
многих случаях определяет точность результатов других измерений.
Само собой понятно, что в каждом классе должен быть проведен
опыт Торричелли как один из фундаментальных экспериментов.
Точное указание к его проведению дано в Э—87.
Нужно обратить особое внимание на то, что в экспериментах с
ртутью необходимо пользоваться специальной кюветой или доской,
избегая проливания ртути даже в самых ничтожных количествах.
Вредное влияние на здоровье при длительном вдыхании паров
ртути велико; опасность усугубляется еще тем, что их воздействие
на организм проявляется не сразу. Тем настоятельнее нужно
соблюдать все меры предосторожности и, если ртуть разлилась,
необходимо собрать ее до самых мельчайших капелек.
Если барометр не используется как высотомер, а служит
своему прямому назначению для измерения атмосферного давления,
то необходимо обеспечить возможность измерения не только высоты
верхнего мениска ртути в пределах шкалы, укрепленной в верхней
части барометра, но одновременно и положения нижнего мениска в
нижней части барометра. Однако в обычных чашечных барометрах
этого сделать нельзя, а значит, нет возможности и определить точно,
доступным для учащихся методом величину атмосферного
давления. Вот почему для школ целесообразно рекомендовать
применение сифонного барометра, позволяющего производить оба замера,
тем более что хорошие чашечные барометры с зеркальной шкалой
и нониусом есть далеко не во всех школах.
Несмотря на то что изучение контрбарометра Гюйгенса не
входит в учебный план школ и тем самым такой барометр не является
обязательным объектом изучения, его описание включено в данное
руководство; поскольку учащиеся могут встретить подобный
прибор в магазинах точных приборов, мы сочли возможным дать
объяснение его действия. ВЭ—89 даны указания для учителей, как лучше
показать учащимся принцип действия и устройство такого
барометра. Если из-за недостатка времени Э—89 нельзя внести в учебные
эксперименты, то целесообразно его провести в физическом кружке.
С барометрическими измерениями тесно связаны измерения на
манометрах. В руководство включены два эксперимента для
изучения манометра (Э—96 и Э—97). Они дают возможность изучение
манометров поставить в плане решения вопроса о политехнизации
обучения. Основанием к переходу в процессе преподавания от
изучения барометров к манометрам может служить рассмотрение
барометра-анероида. Моделирование такого барометра описано в
Э—94. Описание изготовления модели анероида включено в
руководство по тем соображениям, что в большинстве случаев внутрен-
109

нее устройство барометра-анероида не доступно для наблюдения и
его изучение ограничивается рассмотрением рисунков. Тем
необходимее предоставить возможность изучить действие барометра-
анероида на модели, изготовленной самими учащимися в кружке
юных физиков.
3. Рассмотрению закона Бойля1 посвящены все
эксперименты, включенные в § 10. Закон Бойля имеет большое
значение в курсе физики. Он является осцозой газовых законов и учения
о теплоте и является частным случаем общего газового закона для
изотермического процесса. Этот закон очень ражен и р общем
толковании понятия давления. Хотя р законе Бойля давление
измеряется в п-см~2 или кп-см~2, однако здесь идет речь не об обычном
понимании давления как силы, действующей в определенном
направлении на единицу поверхности, а о дарлении как скалярной
величине, следовательно, о величине, характеризующей состояние
газа.
Нет надобности особо разъяснять, что давление газа имеет то
же значение, что и плотность энергии. Рассмотрение размерности
этой величины наиболее удобно провести при исследорании
закона Бойля. Произведение pV имеет размерность [ML2T~2]
[PV] = [FL-2] • [L3] = [FL] = [ML-T-Ч,
что соответствует размерности энергии. Отсюда становится ясным,
что давление, рассматриваемое как напряжение в газах,
соответствует понятию плотности энергии. Если размерность давления
[FL~2] представить как [FL] • [L~3], то
[FL] • [L-3] = [ML2T-2] - [L-3] = [ML-1 T~2].
Закон Бойля дается, как правило, в следующей формулировке:
для неизменной массы газов при постоянной температуре
произведение давления газа на его объем есть величина постоянная.
Из такой формулировки одцовременно следует, что для неизменной
массы газа при измерении объема соответственно изменяется и
плотность энергии, однако общее содержание энергии остается
неизменным. Таким образом, закон Бойля для газового состояния вещества
выражает закон сохранения энергии в его несколько иной форме.
Учитывая изложенное, в процессе преподавания необходимо
проявить наибольшее рнимание к тому, чтобы у учащихся было
достаточно четкое представление по этому вопросу, как, впрочем, и во
всех случаях познания природы в ее действенной
взаимозависимости протекающих процессов.
При изучении закона Бойля такого понимания можно
достигнуть, предоставив самим учащимся в порядке лабораторных работ
выполнить ряд экспериментов (с Э—90 по Э—102, однако Э— J03, тре-
1 Обычно газовый изотермический закон называется законом Бойля—Мари-
отта. — А. Л.
110

бующий проведения работы с ртутью, для самостоятельной работы
учащихся не может быть рекомендован).
4. Вследствие весового давления в газах, как и в жидкостях,
проявляется действие выталкивающей силы на всякое
погруженное в газ тело.
В газах благодаря их незначительному удельному весу
выталкивающая сила во всех случаях значительно меньше, чем в
жидкостях, и поэтому ее не так легко обнаружить. Для демонстрации
выталкивающей силы в газах проводится целый ряд экспериментов,
объединенных в § 11. Особенное впечатление вызывают
эксперименты с детским воздушным шариком и мыльными пузырями. Не
следует упускать возможности предоставить тот или иной
эксперимент выполнить самим учащимся. И из числа экспериментов,
приведенных в § 11, многие могут быть даны учащимся для их
самостоятельной работы.
Основное значение этих экспериментов в том, что у учащихся
вырабатывается правильное представление об единстве законов о
выталкивающей силе, действующей в жидкостях и газах. Этому
особенно способствуют эксперименты Э—1Q7, Э—ИОиЭ—111. При
проведении Э—111 следует напомнить учащимся Э—60 с плаванием
куриного яйца на границе солевого раствора и воды. При
демонстрации Э—105 и Э—106 нужно не упустить случая и указать на
техническое значение рассматриваемого в этих экспериментах
прибора для определения плотности газов.
Под номерами Э—114 и Э—115 дается описание
метода заполнения баллонов газом и приготовления
мыльных растворов, что не является экспериментами в
собственном значении этого слова. Их необходимо рассматривать
как вспомогательные, обеспечивающие проведение основных
экспериментов из § 11 и 15.
5. Несколько особое положение занимает и эксперимент Э—116.
В нем, так же как и в Э—114 и в Э—115, не описывается эксперимент
в полном смысле этого слова. В Э—116 опираны работы
воздушных насосов. Авторам руководства казалось
целесообразным, чтобы учитель, работая с воздущным насосом, мор и должен
был бы рассказать учащимся о принципах их действия. Хорошо
дейструющий насос должен быть в каждой школе.
В большинстве случаев достаточно поршневого насоса.
Вряд ли можно оспаривать преимущество ротационных и
масляных насосов перед поршневыми и несомненно ротационные
насосы со временем займут должное место в школах. При помощи
таких насосов можно достигнуть вакуума в 0,001 торра, что
обеспечивает проведение даже таких экспериментов, как эксперименты
по прохождению тока в разреженном газе.
Несмотря на все преимущества ротационных масляных
насосов, поршневые насосы не теряют своего значения, так как они
менее чувствительны ко всевозможным внешним воздействиям. Это
Ш

прежде всего относится- к тем экспериментам, где необходимо
откачивать водяные пары или влажный воздух. Во всех случаях
использования ротационных насосов необходимо избегать
попадания в них влажного воздуха или газа, так как это повлечет к
резкому и трудно устранимому падению качества откачки. Для
того чтобы предохранить чувствительные к водяным парам насосы,
необходимо при работе с ними влажный воздух пропускать через
концентрированную серную кислоту, поглощающую влагу,
включая перед насосом специальные сосуды-ловушки (типа склянки
Тищенко. — Л. Л.).
Совершенно не чувствителен к водяным парам, по понятным
причинам, водоструйный насос. На этом основании
такие насосы можно рекомендовать для школ, учитывая, однако,
особенности откачки воздуха ими и тот факт, что они могут
обеспечить лишь определенное число экспериментов. Водоструйные
насосы, кроме всего прочего, очень удобны для газовых горелок при
работе со стеклом.
Здесь необходимо указать на некоторые методические
трудности, возникающие при работе учащихся с насосами. Иногда
считают целесообразным уже после того, как будет изучен принцип
действия воздушных насосов, в заключение провести целый ряд
экспериментов с ними. Это оправдано лишь внешней связью, но вряд
ли может быть обосновано методически. Эксперименты должны
проводиться только тогда, когда этого требует весь ход
преподавания и соответствующий учебный материал. Не насосы сами
по себе, а производимые при их помощи эксперименты есть главное.
В конечном счете воздушные насосы это только техническое
вспомогательное оборудование, используемое при проведении того или
иного эксперимента 1.
Принцип действия воздушного поршневого насоса
и водяного насоса в значительной мере один и тот же,
поэтому авторы в этом же разделе и в § 12 поместили
эксперименты и с водяным поршневым насосом (Э—118).
В руководстве дано описание модели всасывающе-нагнетатель-
ного водяного насоса. Такая модель работает хорошо и может быть
легко изготовлена учащимися из самых простейших стеклянных
частей и резиновых трубок, так же как и модель воздушного насоса,
описанная в Э—117. Обе модели при работе с ними доставляют
чувство удовлетворенности школьникам, изготовившим их. В
процессе преподавания может быть, однако, использована и готовая
модель водяного насоса, выпускаемая учебной промышленностью.
1 Действительно, насосы, как и другие физические приборы, могут и должны
стать предметом изучения в соответствующих разделах курса физики.
Достаточно указать, что водоструйный насос есть прекрасное пособие при изучении
вопроса о давлении в струях, подобный эксперимент приводится в
настоящем руководстве (Э—-216).—А. Л,
112

§ 8. ДЕМОНСТРАЦИИ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ДЕЙСТВИЕ
ДАВЛЕНИЯ ВОЗДУХА
67. Действие давления воздуха на воду,
помещенную в закрытый с одной стороны сосуд
Узкие стеклянные цилиндры различной высоты,
широкая стеклянная трубка, стеклянные пластинки как
крышки к цилиндрам, пневматическая ванна или
широкий стеклянный сосуд, резиновые пробки.
Эксперимент А
Стеклянный цилиндр, у которого высота значительно больше
диаметра основания, наполняется водой. Отверстие цилиндра
закрывается стеклянной пластинкой. Цилиндр переворачивается и
прикрытым отверстием погружается на несколько сантиметров в
воду, налитую в пневматическую ванну или широкий стеклянный
сосуд. Если под водой убрать пластинку, закрывающую отверстие
цилиндра, вода, находящаяся в
цилиндре, все же не выливается из него.
Действие силы давления воздуха на
поверхность воды, налитой в ванну,
оказывается ббльшим, чем действие веса
налитой в цилиндр воды, и это
предотвращает ее выливание.
Тот же эксперимент может быть
проведен несколько Иначе. Цилиндр ИЛИ Рас. 74. Поднимание напол-
пробирка полностью погружается в воду ненного водой цилиндра
(рис. 74); и затем, не допуская припод- в пневматической ванне,
нимания нижнего края цилиндра над
поверхностью воды, цилиндр опрокидывается отверстием вниз.
И в этом случае вода не выливается из цилиндра.
Эксперимент В
В этом опыте вместо цилиндра берется широкая стеклянная
трубка, один конец которой заткнут пробкой. Опыт проводится
совершенно так же, как и с цилиндром. Вода из трубки не
выливается, так как воздух давит на нее только снизу. Как только пробка
будет удалена из трубки, давление воздуха будет действовать как
снизу, так и сверху, и, таким образом, при равенстве давлений,
они будут взаимно уравновешены, а вода под действием собственного
веса тотчас же выльется.
68. Показ давления воздуха при помощи
колбы для фильтрования
Колба для фильтрования с боковым тубусом,
просверленная резиновая пробка, стеклянная трубка
(0 около 7 мм, длина 300—500 мм), две короткие
резиновые трубки, 2 короткие стеклянные трубки-
мундштуки, 2 винтовых зажима.
fc=-
| —
ш
^^
Er zz=.
!Р=
^у=
;=^> . ~~~ -.
=pl.-^=l
j
j
_. 1н
L^-^
Й
ng
113

Колба для фильтрования наполняется на одну четверть водой и
закрывается сверху просверленной резиновой пробкой. В
отверстие пробки вставляется длинная стеклянная трубка так, чтобы
ее нижний конец, погрузившись в воду, доходил почти до дна колбы.
На трубку И № боковой тубус колбы радеззются короткие
резиновые трубки со вставленными стеклянными мундштуками. На
резиновой трубке, надетой на
вертикальную длинную трубку,
укрепляется винтовой зажим (рис. 75).
Вода засасывается ртом в
вертикальную трубку почти до
полного ее заполнения, и зажим
закручивается так, чтобы врда не
вытекала из трубки. Затем через
боковое отверстие отсасывается из
колбы роздух, при этом в ней
создается некоторое разрежение, и
вода из вертикальной трубки
постепенно сливается в колбу. Однако
как только отсасывание будет
прекращено и в колбе установится
прежнее, т. е. атмосферное,
давление, вода в вертикальной трубке
поднимается до прежней высоты.
Опыт может быть проведен
иначе. На верхнюю и боковую
короткие резиновые трубки перед
мундштуками надеваются
винтовое зажиму. Верхний зажим
завинчивается. Через боковое
отверстие воздух отсасывается из колбы? после чего завинчивается и
нижний зажим. Если после этого открыть верхний зажим, воздух
через вертикальную трубку устремится в колбу как в
разреженное пространство, пробулькивая пузырьками через воду.
Рис. 75. Прибор из колбы
фильтрования с боковым тубусом для создэ-
ния пониженного давления.
69. Демонстрация разрыва пленок
или стеклянных пластинок под действием
давления воздуха
Воздушный насос с колоколом и тарелкой,
толстостенный стеклянный полый цилиндр (0 110 мм, высота
40 мм) с утолщенными ц пришлифованными краями
или металлический цилиндр, прочный шнур, листовой
целлофан или бычий пузырь, стеклянная тонкая
пластинка (100 мм X 100 мм X 1 мм), вазелин или жир.
Полый стеклянный или металлический цилиндр служит для
показа разрыва пленок под действием атмосферного давления при
114

понижении давления внутри цилиндра. Цилиндр большей частью
затягивается бычьим или свиным пузырем, или пластикатом, или,
наконец, целлофаном1. Действие давления воздуха может быть
показано также и на стеклянной пластинке.
Эксперимент А. Разрыв бычьего пузыря
или целлофана
Кусок свежего или размоченного бычьего пузыря натягивается
по ранту цилиндра и плотно привязывается. После высыхания
пузыря рант цилиндра, противоположный мембране из пузыря,
смазывается вазелином и плотно ставится на тарелку насоса над
выходным отверстием. При помощи воздушного насоса из цилиндра
отсасывается роздух. Под воздействием внешнего давления пузырь
вначале прогибается внутрь
цилиндра, а затем
лопается, производя громкий
выстрел.
Эксперимент В.
Разрыв стеклянной
пластинки
Подобное же действие
внешнего давления можно
показать, заменив пузырь
тонкой стеклянной
пластинкой. Для этого оба
ранта цилиндра смазываются
вазелином и цилиндр
ставится на тарелку насоса. Поверх цилиндра кладется на его
верхний рант стеклянная пластинка, и из цилиндра выкачивается
воздух (рис. 76). При достаточном понижении давления внутри
цилиндра стеклянная пластинка под воздействием внешнего давления
оказывается придавленной к цилиндру, а затем разлетается на
части.
Примечания
1. Чтобы предотвратить попадание осколков стекла в трубку
тарелки воздушного насоса, рекомендуется цилиндр
заполнить резаной бумагой. Можно также в отверстие тарелки
вставить резиновую пробку с дугообразно изогнутой прочной
стеклянной трубкой, через которую и будет отсасываться
воздух.
2. Чтобы оградить учащихся от разлетающихся осколков
стекла, нужно установку закрыть проволочным колпаком
(рис. 76).
1 В учебной и методической литературе Германии подобный цилиндр
называется «взрывателем пузырей» (Blasensprenger). — А. Л.
Рис. 76. Установка для демонстрации
разрыва стеклянной пластинки при пониженном
давлении.
115

70. Показ равенства давления воздуха во всех
направлениях в пределах одного и того же
горизонта над уровнем моря
Стеклянная трубка (0 около 7 мм, длина 300 мм),
короткий стеклянный наконечник — трубка (0 около
7 мм, длина 30 мм), слегка суживающийся к одному
концу, резиновая трубка, пружинный зажим.
На один из концов длинной стеклянной трубки при помощи
куска резиновой трубки надевается короткий стеклянный
наконечник, слегка суженный к свободному концу. На другой конец
длинной стеклянной трубки надевается второй,
более длинный кусок резиновой трубки,
через который часть длинной стеклянной
трубки и наконечник всасыванием
наполняются водой. После наполнения водой
резиновая трубка перекрывается зажимом.
Держа длинную стеклянную трубку
отвесно, зажимом вверх, предоставляют
наконечнику свободно свисать, при этом
вода из него не выливается. Не меняя
отвесного положения длинной трубки,
изменяют положение наконечника, направляя
его отверстие в любую сторону, но и при
этом вода не выливается и стоит в трубке
на прежнем уровне (рис. 77). Воздушное
давление действует на нижнее отверстие
наконечника в пределах одной и той же
высоты над уровнем моря с одной и той же силой в любом
направлении.
Примечание
В этом эксперименте не устанавливается величина
действующего в различном направлении давления воздуха, а
поэтому могут быть оставлены без внимания и некоторые
изменения уровней между сливным отверстием и уровнем воды
в длинной трубке.
Рис. 77. Жидкость не вы
ливается из трубки с
закрытым верхним
концом.
71. Действие давления воздуха на поверхность
воды, наполняющей опрокинутый отверстием
вниз сосуд
Чайный стакан, одна широкая стеклянная трубка
(внутренний 0 около 8 мм, длина около 500 мм и
больше), 1 стеклянная трубка меньшего диаметра,
резиновая пробка, лист писчей бумаги.
116

Эксперимент А
Чайный стакан наполняется водой и покрывается листом
писчей бумаги. Взяв стакан в одну руку, ладонью другой руки лист
бумаги слегка прижимают к воде. Не отнимая ладони, стакан
переворачивают вверх дном, после чего ладонь руки отнимается.
Вода при этом не выливается из стакана. Давление воздуха больше,
чем весовое давление воды и прижимает лист бумаги к
поверхности воды, находящейся в перевернутом стакане.
Эксперимент В
Широкая стеклянная трубка закрывается с одной стороны
резиновой пробкой настолько плотно, чтобы не пропускать воздух.
После чего трубка наполняется водой. На поверхность воды
кладется кусочек плотной бумаги и слегка прижимается рукой к торцу
трубки. Трубка медленно переворачивается. Если после этого
удалить руку, то вода не выльется, так как давление воздуха
прижмет бумагу к отверстию трубки.
Повторяя эксперимент с трубкой меньшего диаметра, можно,
после того как трубка будет перевернута, бумагу удалить, однако
и в этом случае вода не выльется. Поверхностное натяжение воды
столь велико, что оно действует подобно пленке, как бы запирая
отверстие трубки.
Примечание
Эксперимент служит одновременно
как для пояснения действия ливера,
так и пипеток различного вида.
72. Показ давления воздуха на
вложенных друг в друга пробирках
2 пробирки, плотно входящие друг
в друга, вода.
Для эксперимента берутся две пробирки,
плотно входящие друг в друга и взаимно
перемещающиеся без заклинивания. Большая
пробирка заполняется наполовину водой.
Меньшая вставляется в большую и на пару
сантиметров вдавливается в воду так, чтобы
некоторое количество воды вылилось из
большей пробирки. После этого пробирки
переворачиваются. Давление воздуха на
внутреннюю пробирку будет вдавливать ее
во внешнюю пробирку (рис. 78). По мере
вдавливания меньшей внутренней пробирки
в большую из последней вода будет
выливаться наружу.
'•t;
Рис. 78. Две
вставленные друг в
друга пробирки.
Давление воздуха
противодействует
падению внутренней
пробирки.
117

73. Показ давления воздуха при помощи
резинового баллона, помещенного в склянку
с нижним тубусом
Резиновый баллон или детский воздушный шарик,
склянка с нижним тубусом (5 л), 2 резиновые
просверленные пробки, 3 короткие стеклянные трубки,
резиновая трубка (длина около 200 мм), винтовой зажим,
тонкий шнур.
В этом эксперименте колокол насоса заменяется склянкой с
нижним тубусом.
Один конец стеклянной трубки (длина около 100 мм)
разогревается на пламени горелки и развертывается в небольшой конус.
Трубка вставляется в резиновую пробку, подобранную по верхнему
горлышку склянки. На нижний раз-
,.П , вернутый конец стеклянной трубки
перед этим надевается и хорошо
обзязывается шнуром наконечник
резинового баллона. Резиновый баллон
помещается внутрь склянки и склянка
закрывается пробкой со вставленной
стеклянной трубкой, на которую и
насажен наконечник баллона (рис. 79).
cdj}=css|=s=: Боковой тубус склянки закрывается
-*— второй пробкой со вставленной в него
стеклянной трубкой и служит для
откачивания воздуха из склянки. На
стеклянную трубку нижнего тубуса
надевается кусок резиновой трубки
с насаженным на нее зажимом, а
сама резиновая трубка оснащается стеклянным наконечником —
мундштуком для отсасывания воздуха ртом.
Эксперимент
Из склянки отсасывается воздух, при этом в склянке
понижается давление. Под воздействием внешнего давления резиновый
баллон надувается, принимая форму шара. Как только при
достаточном отсасывании воздуха из склянки стенки баллона будут касаться
внутренних стенок склянки, следует при помощи зажима перекрыть
резиновую трубку. Открытый сверху баллон под воздействием
внешнего давления воздуха остается надутым.
Как только будет открыт зажим, перекрывающий резиновую
трубку, в склянку устремится воздух и баллон сожмется, стенки
его опадут, а находящийся в нем воздух выйдет наружу.
Примечания
1. Эксперимент может быть проведен в обратном порядке.
При открытом зажиме в баллон чер^з верхнюю трубку
Рис. 79. Увеличение объема
резинового шарика при
уменьшении давления в склянке
с нижним тубусом.
118

вдувается воздух. Расширяющийся баллон вытеснит часть
воздуха из склянки. Если в это время перекрыть зажим
и тем самым предотвратить поступление воздуха в
склянку, на баллон изнутри будет действовать только
атмосферное давление и баллон останется надутым. Результат
эксперимента является для учащихся обычно неожиданным,
так как баллон сохраняет свою раздутую форму, оставаясь
открытым. Эксперимент в какой-то мере по характеру
действующих сил подобен Э—74. Однако в Э—74 баллон
должен быть закрыт, чего нет в настоящем эксперименте.
2. Подобный эксперимент может быть проведен и с мыльными
пузырями. Для этого резиновый баллон снимается со
стеклянной трубки и извлекается из склянки. Конусообразно
расширенный конец стеклянной трубки погружается в
мыльный раствор (изготовление которого см. вЭ—115). После
этого стеклянная трубка вновь вводится в горлышко
склянки и через нижний тубус отсасывается из склянки воздух.
На конце стеклянной трубки образуется мыльный пузырь.
Особенное впечатление оставляет эксперимент в том
случае, если внутри первого мыльного пузыря можно
образовать второй. Для этой цели через верхнюю стеклянную
трубку вводится вторая трубочка меньшего диаметра, но
достаточно плотно входящая в первую. Вторую трубку
вводят настолько глубоко, чтобы она вошла внутрь
повисшего на внешней трубке мыльною лузыря. Внутренняя
трубка предварительно должна быть также на некоторое
время погружена в мыльный раствор. Если теперь через
боковой тубус производить дальнейшее отсасывание
воздуха из склянки, образовавшийся ранее мыльный пузырь
будет увеличиваться в объеме. Одновременно с этим на
конце внутренней трубки будет образовываться внутри
первого пузыря второй мыльный пузырек, несколько
меньшего размера, в то время как узкий зазор между обеими
трубками будет заполнен мыльным раствором.
74. Демонстрация упругости воздуха
Резиновый баллон, воздушный насос с тарелкой и
колоколом, сморщенное яблоко, мыльная пена,
сморщенный картофель, шнур, вазелин.
Небольшой резиновый баллон, частично наполненный воздухом,
плотно перевязывается шнуром. Баллон помещается под колоколом
насоса. При откачивании воздуха из колокола резиновый баллон
раздувается, а при восстановлении давления воздуха до
нормального он вновь опадает.
Вместо резинового баллона можно взять сморщенное яблоко.
По мере откачивания воздуха из колокола на колшце яблока
постепенно исчезнут складки и яблоко несколько увеличится в объеме.
119

Кожица при этом становится совершенно гладкой. После того как
под колокол будет пущен воздух, можно будет пронаблюдать, что
яблоко вновь становится сморщенным и даже значительно больше,
чем было до проведения эксперимента, так как часть воздуха будет
выкачана из его мякоти.
Примечания
1. Вместо яблока можно взять сморщенный картофель, если
его кожица еще не затвердела.
2. Большое впечатление оставляет наблюдение за мыльной пеной.
Стакан с мыльной пеной ставится под колокол насоса.
При откачивании воздуха пена резко увеличивает свой
объем. Стакан рекомендуется ставить под колокол насоса,
поместив его в чашку.
75. Шар Герона под колоколом воздушного
насоса
Колба (100 мл), U-образная стеклянная трубка
(0 около 7 мм), химический стакан (250 мл),
резиновая пробка с отверстием,
подкрашенная вода,
воздушный насос с тарелкой
и колоколом.
Колба, наполовину наполненная
водой, плотно закрывается
просверленной резиновой пробкой, в
отверстие которой вводится колено U-образ-
ной стеклянной трубки так, чтобы
оно доходило почти до дна колбы.
Другое колено трубки помещается
в пустой химический стакан,
опускаясь также почти до его дна.
Установка помещается под колокол
воздушного насоса (рис. 80). По мере
того как из-под колокола будет
откачиваться воздух, вода начнет
переливаться из колбы по трубке в стакан. Однако едва под колокол
будет вновь впущен воздух, вода устремится в обратном
направлении из стакана в колбу.
Рис. 80. Действие пониженного
давления.
76. Шар Герона в склянке с притертой
пробкой
Склянка с притертой пробкой и резиновым кольцом-
прокладкой под ней, небольшой пузырек, закрытый
пробкой с отверстием под стеклянную трубку, стеклян-
120

ная трубка (0 около 3 мм, длина около 50 мм), свеча,
спиртовка или бунзеновская горелка.
Этот эксперимент подобен описанному выше Э—15, но вместо
воздушного колокола берется склянка с притертой пробкой и
вместо колбы — небольшой пузырек. В пузырек, наполовину
наполненный водой, плотно вставляется трубка так, чтобы ее нижний
конец почти доходил до дна пузырька. После этого пузырек ставится
на внутреннюю поверхность крышки от склянки, положенную
верхней стороной на стол. На крышку
надевается резиновое кольцо-прокладка.
Склянку некоторое время держат
отверстием вниз над пламенем свечи (спиртовки
или бунзеновской горелки). Как только
воздух внутри склянки будет достаточно
нагрет, склянку плотно насаживают на ее
крышку так, чтобы пузырек оказался
внутри склянки. Склянку утяжеляют для
лучшего замыкания крышки грузом 3—
5 кп (рис. 81). Как только воздух в склянке
начнет остывать, в ней создастся некоторое
разрежение, а значит и пониженное
давление. Так как в пузырьке давление воздуха
равно атмосферному, то по отношению к
давлению в склянке оно окажется
большим, и из пузырька начнет бить
фонтанчик воды.
Рис. 81. Геронов шар
из флакона,
помещенного в склянку с
притертой пробкой.
Примечание
В основу проведения эксперимента
положен тот же принцип, который
используется, например, в медицинских банках. Такой
способ позволяет получить давление порядка 280 торр, не
прибегая к воздушному насосу.
77. Демонстрация упругости воздуха при
помощи опрокинутой в сосуд с водой колбы,
помещенной под колокол насоса
Небольшая колбочка (100 мл), химический стакан
(250 мл), воздушный насосе тарелкой и колоколом,
подкрашенная вода.
Небольшая колбочка наполняется подкрашенной водой и
опрокидывается в химический стакан отверстием вниз. Вода из колбочки
при этом будет выливаться до тех пор, пока поверхность воды в
стакане не покроет горлышко колбочки. Стакан с перевернутой в
121

него колбочкой помещается под колокол насоса (рис. 82). По мере
откачивания воздуха вода вновь начнет выливаться из колбочки в
стакан. Однако как только под колокол будет пущен воздух, вода
под давлением входящего воздуха возвращается из стакана в колбу.
Рис. 82. Колба, наполненная водой,
под колоколом воздушного насоса.
78. Демонстрация упругости воздуха при
помощи колбы, соединенной с сосудом,
из которого выкачивается воздух
Колба (500 мл), склянка (500 мл) с широким
горлышком, U-образная трубка (0 около 6 мми коленами
несколько большей длины, чем высота колбы и склянки),
прямоугольно изогнутая стеклянная трубка (0 около
6 мм), 1 пробка с просверленным отверстием, 1 пробка
с двумя отверстиями, резиновый шланг, вода.
Эксперимент
демонстрирует те же явления, что
и Э—77, однако может быть
проведен без применения
воздушного насоса с
колоколом. Колба, наполовину
наполненная водой,
соединяется U-образной трубкой
с широкогорлой склянкой.
В пробку склянки
вставляется прямоугольно
изогнутая трубка для
отсасывания воздуха (рис. 83).
Отсасыванием из
склянки воздуха в ней
создается некоторое разрежение. Так как над водой в колбе
сохраняется прежнее давление, то под его воздействием вода из
Рис, 83. Прибор для демонстрации
расширения воздуха.
122

колбы переливается по U-образной трубке в склянку до
выравнивания давлений в колбе и склянке.
Как только в склянку снова будет пущен воздух, вода
устремится из склянки обратно в колбу. Воздух, находящийся в колбе,
вновь сжимается до первоначального объема.
Примечание
Рекомендуется до начала эксперимента U-образную
трубку заполнить водой, а также налить некоторое количество
воды в склянку так, чтобы оба нижних конца U-образиой
трубки к началу эксперимента были под водой. Необходимо
колбу закрыть настолько плотно, чтобы в нее не мог
просачиваться наружный воздух. Начальный уровень воды в колбе
следует отметить, наклеив на колбу полоску бумаги.
79. Демонстрация наличия воздуха
в древесине
Кусок высушенной древесины хвойного дерева,
воздушный насос с тарелкой и колоколом, химический
стакан (500 мл);
небольшой химический
стаканчик, кусочек металла,
по весу достаточный для
удержания под водой
древесины, проволока,
большой сосуд или
стеклянная ванна, вода.
Эксперимент А
Из куска хвойного дерева
выпиливается срез толщиной в 3 —
4 мм перпендикулярно сосудистым
пучкам. Срез раскалывается на
брусочки со сторонами в 30—50 мм.
Химический стакан,
наполненный водой, помещается под колокол
насоса. Откачиванием воздуха из-
под колокола одновременно
удаляется воздух и из воды.
В подготовленную таким образом воду помещают один или
несколько деревянных брусочков, предварительно обвязанных
проволокой и утяжеленных куском металла (рис. 84) так, чтобы
брусочки упали на дно стакана, после чего стакан помещается под
колокол насоса.
При новой откачке начинается обильное выделение мелких
пузырьков воздуха из брусочков древесины. Откачивание необ-
Рис. 84. Установка для показа
пористости куска дерева. Кусок
дерева, утяжеленный металлическим
грузом, в стакане с водой под
пониженным давлением.
123

ходимо вести до тех пор, пока почти полностью не прекратится
появление пузырьков воздуха.
Если после этого, впустив под колокол воздух, брусочки
вынуть из воды и погрузить их в воду, налитую в стеклянную ванну,
отвязав под водой утяжеляющий древесину кусочек металла,
деревянные брусочки погрузятся в воду, как камешки.
Эксперимент В
Помещая под колокол насоса небольшой стакан, наполненный
водой, можно наблюдать, как при выкачивании воздуха из-под
колокола воздух, находящийся в воде, будет выделяться мелкими
пузырьками, образующимися в глубине жидкости, и тут же
всплывающими на поверхность. Большое впечатление оставляет опыт
со старым пивом, заменяющим в стаканчике воду. При откачивании
воздуха на поверхности пива происходит обильное образование
пены, которая, однако, при впуске воздуха под колокол тотчас же
исчезает.
80. Предварительный опыт с сифоном
U-образная трубка с одинаковыми коленами,
оканчивающимися сужением (0 около 8 мм, длина колен
по 200 мм); U-образная трубка с коленами разной длины
(0 около 8 мм,
длина колен 300 и 180 мм),
подкрашенная вода,
ванна.
.и..
Рис. 85. U-образная трубка для показа
действия сифона:
а— колена одинаковой длины — жидкость не
вытекает; б— колена разной длины — жидкость
вытекает из длинного колена.
Эксперимент А
Эксперимент проводится с
U-образной трубкой, имеющей
колена одинаковой длины.
Трубка полностью
наполняется водой. Обращенная
отверстиями вверх, она затыкается
пальцами рук, после чего
переворачивается. Если
отверстия трубки будут находиться
на одном уровне, то вода из
трубки не будет выливаться
и после того, как пальцы
будут осторожно сняты с
отверстий трубки (рис. 85, а).
Эксперимент В
Эксперимент повторяется с U-образной трубкой, имеющей
колена разной длины. Если после того как трубка будет перевернута
открыть только одно из отверстий, вода из трубки не будет выли-
124

ваться. Однако как только будет открыто и второе отверстие, вода
тотчас же выльется через длинное колено, при этом независимо
от того, какое колено было открыто первым (рис. 85,6).
В эксперименте А высота столбов жидкости в обоих коленах
трубки одна и та же, а значит, эти столбы жидкости имеют и
одинаковый вес. На оба столба жидкости снизу вверх действует также
равная сила давления воздуха. В эксперименте В равновесие
нарушено; столб воды в длинном колене трубки тяжелее, чем в
коротком, и поэтому он перетягивает более легкий столбик жидкости
из короткого колена.
81. Простейший сифон
Стеклянная U-образная трубка (0 около 8 мм,
длина колен по 250 мм), трубка, изогнутая под острым
углом с коленами разной длины (0 около 8 мм и длина
колен 250 и 180 мм), 2 высоких одинаковых стеклянных
цилиндра (высота около 250 мм) или 2 больших
химических стакана, подставка, сосуд для воды, резиновая
трубка, вода.
Эксперимент А
Длинное колено стеклянной трубки, изогнутой под острым
углом, погружается в воду, налитую в химический стакан, поставлен-
чв
шш^-
и~— ~
1 \ J
i
4
"Z_{j
JTE
~L
"~-t
ga-'^-^a- ь-ib j
я
tel
IfJ
l~ 1
J С
^B.
i?
W
...J
а б
Рис. 86. Сифон:
а— переливание жидкости сифоном; б— два сосуда, соединенных сифоном.
ный на подставку. Трубка заполняется водой всасыванием и
свободный конец затыкается. Достаточно открыть отверстие, и вода
начнет выливаться из трубки в подставленный под нее сосуд, тем
самым начнется переливание воды из химического стакана (рис.
86,а).
Как только поверхность воды в стакане понизится до уровня
открытого свободного конца трубки, из которой выливается вода,
125

в трубку проникнет воздух, находящаяся в трубке вода выльется
и сифон перестанет работать.
Эксперимент В
Два одинаковой высоты стеклянных цилиндра или химических
стакана наполняются наполовину водой и ставятся рядом. В воду,
налитую в цилиндр, погружаются концы U-образной стеклянной
трубки с одинаковой длиной колен. Трубка предварительно
заполняется водой. Если один из цилиндров приподнять, поставив его
на подставку, вода из приподнятого цилиндра по трубке будет
перетекать в цилиндр, оказавшийся внизу до тех пор, пока уровни
воды в цилиндрах не сравняются (рис. 86,6). Если приподнятый
цилиндр вновь опустить, вода по трубке перельется в него обратно.
Эксперимент С (для самостоятельного выполнения учащимися)
В наполненный водой достаточно вместительный сосуд
погружается резиновая трубка длиной около 1000 мм так, чтобы она
вся наполнилась Водой. Зажав один из концов трубки пальцем,
этот конец вытаскивается из воды и опускается ниже уровня воды
в сосуде. Как только отверстие трубки будет открыто, из него
потечет вода.
Примечания
1. Для объяснения наблюдаемых явлений необходимо
указать, что вес столба жидкости в длинном колене трубки
всегда больше веса столба жидкости в коротком колене
трубки, погруженном в сосуд, из которого переливается
вода.
2. Два сосуда, соединенных сифонами, можно
рассматривать, как два сообщающихся сосуда, соединенных
трубкой по верхней поверхности жидкостей.
82. Сифон в разреженном пространстве
Круглодонная колба (250 мл), склянка Вульфа или
другая колба с боковым тубусом для откачивания
воздуха, например колба для дистиллирования (250 мл),
2 стеклянные трубки (0 около 6 мм, длина около 200 мм),
2 слабоизогнутые стеклянные трубки с короткими
коленами^ 2 резиновые пробки с двумя отверстиями каждая,
2 куска вакуумного шланга (по 500 мм каждый), Штатив,
шнур* воздушный насос (лучше водоструйный)-9
подкрашенная вода, 2 подставки под колбы.
Эксперимент должен показать учащимся, что сифон работает и
в разреженном пространстве. Эксперимент собран т?к, №)бы
избежать трудностей в его проведении под колоколом насоса.
126

Подготовка эксперимента
Обе колбы, одна из которых имеет боковой тубус, наполовину
наполняются водой и закрываются резиновыми пробками с двумя
отверстиями. Колбы ставятся устойчиво на подставки. В каждую
из пробок вставляется по одной длинной трубке и одной слабо
изогнутой короткой стеклянной трубке. Длинные трубки
погружаются в колбы почти до самого дна. Обе длинные, как и обе
короткие, трубки соединяются соответственно попарно вакуумным
шлангом. Длинные стеклянные трубки, как и соединяющий вакуумный
шланг, предварительно заполняются водой и этим достигается
единая водяная система обеих колб. Через шланг, соединяющий
короткие стеклянные трубки,
объединяется воздушное про- _JL_
странство над водой в обеих ^^^^S^^^^v
колбах (рис. 87). /у j^x^\, ^^
На отросток колбы наде- (/ / |\ \
вается вакуумный шланг, иду- I / \ i
щий к насосу. Чтобы избе- I Я \ |
жать провисания шлангов, |/ '| \|
соединяющих колбы, и их Шг jj Я-
перелома, шланги надлежит JP1 | Jir555^^^
укрепить на штативе. /\ \ | л \\~~^
Эксперимент SpBSf II tesfjS
Эксперимент начинается с I 1 шгч^щ* \ \
того, что колбу, не
связанную с насосом, несколько при- Рис.87. Сифон, работающий
поднимают. При этом шланг, ПРИ пониженном давлении,
соединяющий длинные
трубки, а значит, и жидкости обеих колб, начинает действовать как
сифон, и вода из приподнятой колбы переливается в колбу,
расположенную внизу. При опускании приподнятой колбы вода
переливается обратно.
Приведя в действие насос, выкачиваем воздух из колбы с
отростком, а тем самым и из второй колбы. При достижении
некоторого разрежения описанный выше эксперимент, в котором одна
из колб приподнимается, повторяется с тем же результатом, что
и подтверждает возможность работы сифона в разреженном
пространстве. Сифон работает и при значительном разрежении, если
давление не упадет настолько, чтобы столбы жидкости в
соединяющем колбы шланге не разорвались, а это может быть в том случае,
когда силы сцепления в жидкости понизятся так, что не смогут
противостоять весу столбов жидкости в коленах сифона.
Примечания
1. Для обеспечения четкого проведения эксперимента
необходимо, чтобы резиновые пробки хорошо замыкали колбы,
127

а вакуумные шланги были плотно насажены на
стеклянные трубки, так как только при этом условии в системе
можно будет поддержать пониженное давление.
2. Чтобы избежать попадания воды в насос, целесообразно
между собранной установкой и насосом поставить
предохранитель-ловушку, двугорлую склянку, прерывающую
шланг, который идет от установки к насосу. В такую
ловушку будут попадать случайно вылетающие из колб
капли воды. Еще более целесообразно для этого
использовать водоструйный насос, который не боится
попадания капель воды и очень удобен для этого эксперимента.
3. При разрежении воздуха необходимо соблюдать
осторожность. Необходимо, чтобы во время эксперимента не была
перейдена граница прочности стеклянных колб, в
противном случае они могут разлететься. Целесообразно для
контроля за давлением, а также для лучшего понимания
наблюдаемой зависимости в систему откачки включить
манометр.
83. Эксперимент на модели сифона
Цепочка (длина 2000 мм) из тонких легко подвижных
звеньев, штатив, легкоподвижный блок, 2 химических
стакана (шнур, велосипед, велосипедная цепочка).
На верхнем конце длинного стержня штатива укрепляется
легкоподвижный блок. На блок накладывается цепочка длиной около
2000 мм из тонких
легкоподвижных звеньев. Концы
цепочки складываются
бухточками в два
подставленных стакана (рис. 88, а).
Если, одновременно на
одну и ту же высоту
поднять оба стакана,
свободные концы цепочек
укоротятся, и если при этом
их длина останется по
обеим сторонам блока
одинаковой, цепочка останется
неподвижной.
Однако как только один
из стаканов будет поднят
выше, чем другой, цепочка
начнет скользить из
верхнего стакана в нижний, так как более длинный конец будет
перевешивать короткий.
I
Li
и
UL-2
Рис. 88. Цепочка, как модель сифона:
а— свешивающиеся концы цепочки равны; б—один
из концов цепочки длиннее другого; цепочка
сползает в сторону длинного конца.
128

Примечания
1. Длина свободно свешивающейся цепочки определяется
прочностью на разрыв слабых ее звеньев. Если при
излишнем увеличении длины вес свешивающейся части цепочки
превысит прочность на разрыв, цепочка оборвется.
Совершенно на том же основании длина столбика жидкости,
на которую может происходить высасывание ее сифоном,
ограничена прочностью сцепления в столбе жидкости.
Как только вес столба жидкости в колене сифона
окажется больше, чем сила сцепления частиц жидкости,
заполняющей сифон, столбик жидкости разорвется.
2. Вместо цепочки, состоящей из отдельных звеньев,
эксперимент можно провести и на тяжелом, но достаточно
гладком шнуре, и на разомкнутой велосипедной цепочке,
положенной на педальное колесо достаточно приподнятого
велосипеда (при хорошей смазке).
3. Эксперимент дает объяснения полученным ранее
наблюдениям в Э—81 и Э—82. Имеющее место действие сил на
модели соответствует истинной картине действующих сил
на сифоне.
84. Самонаполняющийся сифон
Стеклянная трубка (0 около 8 мм, длина около
800 мм), 2 химических стакана, подставка.
Стеклянной трубке придается
форма, указанная на рисунке 89. При
полном и быстром погружении
извилистой части трубки в воду, налитую
в химический стакан, вода
устремляется в первое колено улитки 1,
переливается во второе колено 2 и вновь
сама собой поднимается в третьем
колене 3 настолько высоко, что на этот
раз переливается в наружное колено
и выливается из него. При этом
сифон приходит в действие без
предварительного насасывания.
Примечания
1. Для объяснения наблюдае- Рис- 89- С^ЦЙСТВУЮЩИЙ
мого действия следует ука- ,_ подъемная с"рубнк*а. 2_трубка
ЗаТЬ На НИЖеСЛеДуЮЩее: На- падения; 5—трубка переливания.
ходящаяся в воде часть
трубки наполняется по закону сообщающихся сосудов. При
этом поступающая в первое колено трубки вода,
переливаясь во второе колено, обладает кинетической энер-
129

гиен, за счет которой и возможен подъем в третьем
колене выше уровня воды в стакане. Если этот подъем
окажется выше верхнего изгиба третьего колена, вода
выльется в нисходящую наружную часть и дальше
процесс пойдет подобно обычному, протекающему в сифоне.
Больший по весу столб воды в нисходящей трубке
потянет за собой воду из более короткого колена сифона.
Необходимо указать, что высота возможного подъема воды
h над уровнем жидкости в стакане при достаточно
равномерном диаметре трубки по всей ее длине
составляет не более 0,4 от высоты подъема воды h0 во втором
колене.
2. Для учащихся небезынтересно узнать некоторую
математическую зависимость, лежащую в основе
эксперимента. Для упрощения примем, что длина первого колена
сифона, т. е. длина трубки подъема, а значит и высота
подъема h0 определена от средней линии нижнего
изгиба; также берется и длина третьего колена, т. е. длина
трубки переливания hl9 и что сечение всех трубок одно
и то же и равно S. Энергия, которой обладает вода,
протекающая в нижнем изгибе, определяется суммой энергий,
потенциальной Wpot и кинетической WKm.
Потенциальная энергия определяется давлением столба
воды над уровнем нижнего изгиба. Для нахождения
среднего значения длины столба жидкости при расчете
энергии необходимо взять половину высоты второго колена
сифона, т. е. -~ .
Тогда
WPot = nig** = /& = S^oy = Ts|.
В этом и последующих уравнениях т — удельный вес воды
принимается за 1 п/см3.
Кинетическая энергия имеет то же значение, так
как она возникает при переходе в нее равного
количества потенциальной энергии при подъеме воды в первом
колене трубки.
Тогда
h2
^m=TSf -
Общая энергия протекающей воды равна
W = U7pot + W^kin = tS*o-
Поднимающаяся в третьем колене вода в своей
верхней точке подъема обладает энергией W1 и величина этой
энергии, исходя из потенциальной энергии, возникшей
130

при подъеме воды до наивысшей точки, определяется
также уравнением
А2
Но в этих процессах должно иметь равенство энер-
гии, так как ~л = h"
2 о
или соответственно
h\ = 2h\.
Тогда
откуда
hx^ 1,4Л0.
В этом случае
h = hx — й0,
или
h = 0,4/г0.
При выводе этих уравнений не учитывается сила трения,
возникающая в потоках жидкости.
85. Модель сифона для переливания
вредных для здоровья веществ
2 стеклянные трубки (0 около 4 мм, длина 600 и
300 мм), стеклянный кран с короткими отрезками трубок,
короткая широкая стеклянная трубка с оплавленными
торцами (0 около 16 мм, длина 60 мм), 2 пробки к
широкой трубке (одна с отверстием под кран, другая
с двумя отверстиями по диаметру длинных трубок),
шнур, кусочек пробки, клей, 2 химических стакана
(по 400 мл), подставка.
Изготовление модели
Одна из длинных стеклянных трубок (300 мм) сгибается
примерно на одной трети длины под углом 135°, другая (600 мм)
сгибается U-образно с коленами разной длины (180 и 420 мм). Длинные
концы обеих трубок вставляются в пробку с двумя отверстиями,
которой закрывается широкая трубка. Концы трубок должны
выступать из пробки в широкую трубку по-разному, конец U-образной
трубки значительно больше, чем конец слабо изогнутой трубки
(рис. 90). Широкая трубка с другого конца закрывается пробкой
с вставленным в нее краном. Трубка крана не должна выступать
внутрь широкой трубки над поверхностью пробки.
131

Вместо стеклянного крана можно вставить в пробку короткую
стеклянную трубочку с насаженной резиновой трубкой,
перекрываемой зажимом.
Между параллельно идущими свободными концами длинных
трубок помещается кусочек пробки с полукруглыми желобками,
выбранными напильником по диаметру
трубок, и трубка в этом месте связывается
тонким шнуром.
Эксперимент
Один из стаканов наполняется жидкостью
и помещается на подставку. В жидкость,
предназначенную для переливания, погружается
свободный конец U-образной трубки сифона.
Перекрыв нижний кран, через слабо
изогнутую трубку отсасываем воздух из широкой
трубки. Как только жидкость вольется в
широкую трубку, отсасывание прекращается
и открывается кран. Жидкость сама польется
в подставленный под кран сосуд.
86. Модель сифона
с клапаном
Пробирка от центрифуги, 2
стеклянные трубки (0 4 мм, длина
250 и 150 мм) 9 пробка с двумя
отверстиями, стеклянный шарик,
свободно входящий в пробирку,
2 химических стакана (400 мл), подставка.
Изготовление модели
От пробирки для центрифугирования
удаляется дно специальным напильником
для стекла или стеклорезом. В пробирку
помещается стеклянный шарик, который
должен замыкать коническую сквозную
часть пробирки в месте отреза дна,
действуя как клапан. Открытый конец пробирки
затыкается пробкой с двумя отверстиями,
в которые вставляются две трубки, одна
короткая, изогнутая под углом около 45°, PuCt 9L Модель сифона
другая — длинная, также изогнутая, с ко- с клапаном (из пробирки
ленами разной длины — одно почти до дна для центрифуги),
пробирки, другое наружное—на несколько
сантиметров длиннее. Длинная трубка вставляется в пробирку так,
чтобы ее нижний конец не мешал приподниматься стеклянному
шарику-клапану при его подскакивании (рис. 91).
Рис. 90. Сифон для
переливания вредной для
здоровья жидкости.
132

Эксперимент
В стакан, поднятый на подставку, наливается жидкость.
Пробирка, превращенная в сифон с клапаном, погружается в жидкость,
которая тотчас же поднимается в пробирке до уровня воды в
стакане.
Если подуть через короткую трубку в пробирку, клапан
закроется и находящаяся в пробирке жидкость поднимется в длинную
сливную трубку и выльется из нее; в этот момент необходимо
прекратить вдувание воздуха, однако при этом жидкость сама
приподнимет клапан и будет вытекать, но на этот раз из приподнятого
стакана. Сифон приходит в действие, и жидкость переливается
в подставленный сосуд.
§ 9. ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ ВОЗДУХА.
БАРОМЕТРЫ И МАНОМЕТРЫ
87. Опыт Торричелли. Ртутный барометр
Стеклянная барометрическая трубка, запаянная с
одного конца (внутренний 0 6 мм, длина около 1000 мм),
2 штатива с муфтами и лапкой для трубки, ртуть,
ртутная капельница, ванночка и кювета для ртути,
стеклянная чашечка, подкрашенная вода, пипетка с
изогнутым концом, метровая линейка.
Наполнение ртутью торричеллиевой
барометрической трубки
При наполнении трубки ртутью целесообразно трубку
расположить так, чтобы ее открытый конец был на уровне груди. Кювета
для ртути ставится на скамейку,
в кювету помещается штатив и /^^r~jh
в его лапке зажимается несколь- Lmi^jg*0'^
ко наклонно, отверстием вверх, « /Г
барометрическая трубка. Из \jf
специальной капельницы (рис. W ^~^-^^
92), конец которой введен в ба- М ^^у
рометрическую трубку, осто- / J^^^^^>
рожно, тонкой струйкой вли- / т
вается ртуть. Наполнение пре- I //
кращается, когда уровень ртути I
окажется на расстоянии около $ 1
10 мм ниже отверстия трубки. „\ * jr-fr—m —L
Трубка освобождается из лапки
штатива. Придерживая трубку Рис- 92- Наполнение ртутью
рукой, ее отверстие затыкаем торричеллиевых трубок.
чистым и сухим указательным
пальцем другой руки. Трубку медленно переворачивают отверстием
вниз, при этом находящийся в трубке воздух устремится вверх к
133

запаянному концу, захватывая прилипшие к стенкам мелкие
пузырьки воздуха. Затем трубку- переворачивают еще и еще раз,
пока на стенках трубки не останется пузырьков воздуха. После
этого, держа трубку отверстием вверх, ее доливают ртутью до тех
пор, пока поверхность ртути не будет выступать над краем трубки.
Наполненная ртутью барометрическая трубка переносится на
стол экспериментатора. Это нужно проделать при помощи одного
из учеников (или лаборанта. — А. Л.). Открытый конец трубки
закрывается поверх ртути большим или указательным пальцем,
для чего подушку пальца медленно подводят со стороны на
отверстие, при этом по возможности необходимо избежать сбрасывания
выступающей части ртути.
Помогающий ученик устанавливает на стол кювету для ртути и
помещает в нее заранее наполненную ртутью ванночку и штатив.
Барометрическая трубка осторожно переворачивается, и ее конец,
зажатый пальцем, погружается в ванночку со ртутью. Трубка
вертикально закрепляется в лапке штатива. Только после этого из
ртути убирается палец, зажимающий отверстие трубки.
Эксперимент
При переворачивании трубки верхний уровень ртути внутри
трубки будет понижаться до тех пор, пока давление столбика ртути
не станет равным атмосферному.
Высота столбика ртути измеряется
по метровой линейке и должна
быть примерно равной 760 мм в
том случае, если эксперимент
проводится на высоте,
соответствующей уровню моря.
Над поверхностью ртути в
трубке образуется пространство,
лишенное воздуха, наполненное
парами ртути.
Рядом с первым штативом
ставится второй и между ними на
высоте уровня ртути натягивается
горизонтально шнур. Если
наклонять барометрическую трубку,
уровень ртути в ней будет оставаться
все время на одной и той же высоте до тех пор, пока ртуть с
характерным звуком металлического удара не ударит в запаянный конец
трубки (рис. 93).
Дополнительный эксперимент
На очень короткое время трубка, наполненная ртутью,
приподнимается над поверхностью ртути, налитой в ванночку так, чтобы
в трубку могло войти небольшое количество воздуха. Попавший
воздух устремляется в пространство, лишенное воздуха.
Поверхность ртути в трубке при этом понизится, так как попавший в трубку
Рис. 93. Показ опыта Торричелли.
При любом наклоне
барометрической трубки уровень ртути остается
на одной высоте.
134

воздух создает некоторое давление в верхней части трубки.
Понижение уровня ртути в трубке прекратится, как только общее
давление в трубке (воздуха и столба ртути) не станет равным
наружному.
Заткнув под ртутью отверстие трубки пальцем, трубку
вынимают из ртути и ванну заменяют сосудом, наполненным водой.
Нижний конец трубки на этот раз погружается в воду, и уже под водой
открывается отверстие. Ртуть при этом тотчас же выливается в
сосуд, а вода занимает ее место, заполняя всю трубку. .
Наставления по работе сортутью (см.также
приложение 1 к настоящей книге)
1. Для того чтобы случайно не потерять
разливающуюся ртуть и охранить здоровье от действия
ртутных паров, необходимо все работы и эксперименты,
требующие применения ртути, проводить над специальной
кюветой или специальной доской.
2. Вследствие свойства ртути легко образовывать
амальгамы, она не должна соприкасаться ни с какими
металлами, кроме стали.
3. Если, несмотря на все предосторожности, капли
ртути попадут на стол, они должны быть немедленно
собраны при помощи специальных пипеток-ловушек
(см. приложение), а все остатки ртути необходимо
тщательно согнать со стола кисточкой в какую-нибудь
стеклянную чашечку или ванночку. Ни в коем случае
нельзя оставлять даже самых мелких капелек ртути в
щелях стола.
4. Загрязненную ртуть, прежде чем ее сливать с
запасами чистой ртути, необходимо подвергнуть очистке.
Ртуть хранить под замком.
88. Опыт Герике. Водяной барометр
Большая ванна (1000 мм X 600 мм) или бочка,
прочный резиновый шланг (внутренний 0 10 мм,
длина 10 000 — 11 000 мм), стеклянная трубка с краном
и наконечником для надевания резинового шланга
(0 8 мм, длина 1000 мм), тонкий прочный трос (длина
15 000 мм), шпагат, гиря или груз (5 кп), рулетка.
Ванна (или бочка) устанавливается в лестцичном пролете или
под окном школьного здания и наполняется на три четверти водой.
Резиновый шланг длиной около 11 м постепенно погружается в
воду и заполняется водой так, чтобы в нем совершенно не осталось
воздуха. Стеклянная трубка с открытым краном помещается
наклонно в воду так, чтобы и она оказалась свободной от воздуха. Как
только трубка наполнится, кран на ней перекрывается, и под водой
свободный конец стеклянной трубки вставляется в резиновый шланг.
Место соединения многократно перевязывается шпагатом и затяги-
135

вается настолько плотно, чтобы резиновый шланг не мог
соскользнуть со стеклянной трубки.
С высоты более 10 м сбрасывается тонкий прочный трос или
шнур, и на свешивающийся его конец подвязывается стеклянная
трубка с краном, на который насажен резиновый шланг. Свободный
конец шланга утяжеляется подводой подвешиванием груза, который
удерживает шланг в воде, налитой в
ванну или бочку.
При помощи троса стеклянная трубка,
а значит, и привязанный к ней шланг,
наполненный водой, подтягивается вверх
до тех пор, пока вода в стеклянной
трубке не образует свободной
поверхности, т. е. не оторвется от крана, и
пока между краном и поверхностью воды
в трубке не образуется пространство,
лишенное воздуха.
Подтянутый вверх шланг и
стеклянная трубка привязываются прочно к
перилам лестничной клетки или к
подоконнику (рис. 94).
Высоту столба воды в шланге и
стеклянной трубке замеряют рулеткой,
отсчитывая от поверхности воды в ванне
до свободного уровня воды в
стеклянной трубке. Высота столба оказывается
равной величине, близкой к 10,3 м в
зависимости от давления воздуха в
данный момент.
Примечание
При проведении этого эксперимента можно добиться еще
большего его учебного значения. Для этого надлежит на
стеклянную трубку наклеить миллиметровую шкалу длиной
около 1000 мм и по ней определять колебания уровня воды,
а следовательно, и колебания высоты столба жидкости за
время занятий в школе.
При этом становится совершенно очевидным, что
чувствительность водяного барометра значительно больше, чем
ртутного.
Эксперимент обычно вызывает интерес учащихся всей
школы, и в этом также его положительное значение.
Рис. 94. Водяной барометр
в лестничной клетке.
89. Эксперимент на модели контрбарометра
Гюйгенса
Барометрическая трубка (0 6 мм, длина около
1000 мм)у цилиндрическая воронка с краном, 2
резиновые трубки (длина 150 и 500 мм), капиллярная
трубка (0 1 мм, длина 800 мм), резиновая пробка для замы-
136

кания широкой части воронки, ртуть, кювета для
ртути, капельница для ртути, вода, керосин или толуол,
2 штатива.
Подготовка эксперимента
Открытый конец торричеллевой барометрической трубки
соединяется резиновой трубкой с цилиндрической воронкой. Трубка
и воронка над кюветой заполняются ртутью, и, как только ртуть
окажется в воронке выше крана, последний перекрывается.
Барометрическая трубка и цилиндрическая воронка укрепляются в
вертикальном положении (рис. 95), после чего кран открывается;
при этом уровень ртути в
барометрической трубке понизится, а воронка
несколько наполнится ртутью, пока
давление ртутного столба не будет
уравновешено атмосферным.
В том случае, если ртуть в
цилиндрической воронке поднимется
больше, чем наполовину ее высоты,
часть ртути необходимо удалить так,
чтобы уровень ртути находился строго
на половине высоты воронки. Для
сливания ртути воронку приходится
снимать со штатива, но затем вновь
прочно укрепить.
В воронку поверх ртути до краев
наливают какую-либо подкрашенную
жидкость и воронку затыкают
резиновой пробкой, в которую вставлен
Капилляр ДЛИНОЙ ОКОЛО 800 ММ. Рис. 95т Эксперимент с баро-
Жидкость под давлением поднимается метром Гюйгенса с контртрубкой,
в капилляре примерно на половину
его высоты. Для того чтобы этот уровень жидкости был выдержан,
необходимо либо увеличить, либо уменьшить объем налитой
жидкости, или изменить погружение резиновой пробки. На конец
капилляра надевается резиновая трубка длиной около 500 мм.
Эксперимент
Если в резиновую трубку, надетую на капилляр, вдувать
воздух, то таким образом искусственно будет увеличено давление в
барометре; уровень жидкости в капилляре понизится, а уровень
ртути в барометрической трубке повысится. При осторожном
отсасывании воздуха из капилляра будут наблюдаться обратные
явления. Понижение и повышение уровня в капилляре будет
значительно больше, чем изменение уровня ртути в барометрической
трубке. Разница уровней обратно пропорциональна внутренним
сечениям капилляра и барометрической трубки.
137

Примечание
В действующем приборе между капилляром и
барометрической трубкой помещается шкала, величина делений которой
зависит от сечения капиллярной трубки, и они тем больше, чем
сечение капилляра меньше. Эти деления соответствуют
положению уровня жидкости в капилляре при различных
значениях атмосферного давления, выраженного в торрах.
п
90. Измерение атмосферного давления
при помощи трубки Мельде
Трубка Мельде на дощечке с миллиметровой шкалой
(см. Э—99).
Эксперимент указывает на возможность измерения атмосферного
давления на основе закона Бойля при помощи трубки Мельде (рис.
106, Э—99). При этом предполагается, что учащимся знаком закон
Бойля и что он был выведен, не прибегая к
указанной трубке.
Трубка Мельде располагается строго
вертикально, отверстием вверх (рис. 96,а).
Определяется длина замкнутого столбика воздуха 1Х
и высота столбика ртути h. Затем трубка
переворачивается и располагается также строго
вертикально отверстием вниз (рис. 96,6). При
этом длина замкнутого столбика воздуха
становится больше и равна /2.
Эксперимент проводится несколько раз, и
определяется среднее значение 1г и /2.
По закону Бойля для неизменной массы газа,
находящегося в замкнутом пространстве, при
постоянной температуре произведение давления
газа на его объем есть величина постоянная.
Этому соответствует уравнение:
PiVi = Р2У2-
с
Рис. 96. Замеры на
трубке Мельде:
а — отверстием вверх
б — отверстием вниз.
В таком случае при наблюдении за обоими положениями трубки
Мельде можно установить, что объемы заключенного в трубке
воздуха изменяются соответственно изменению давления воздуха.
Между атмосферным давлением (Н) и давлением воздуха,
заключенного в трубке, существует следующая зависимость:
в положении а рх = Я + /г,
в положений б р2 = Н — А.
Но соответствующие объемы воздуха:
l/1==S/i; V2 = Sl2i
где S — площадь сечения трубки.
138

В этом случае можно написать следующие уравнения:
(Я + A) S/2 = (//— h)Sl2t
(Я + /г)/1 = (Я-/г)/2.
Таким образом, после соответствующего преобразования
уравнений атмосферное давление в торр ах определяется следующим
уравнением:
Н = h
h + ii
91. Измерение пониженного давления
при помощи укороченного манометра
U-образная стеклянная трубка, на одном конце
которой напаян стеклянный кран, а другой конец изогнут
под прямым углом (длина колен 300 мм), деревянный
или пробковый вкладыш, шнур, кювета для ртути,
пипетка для ртути, ртуть, штатив, миллиметровая
линейка, воздушный насос, вакуумный шланг.
U-образная трубка с краном на одном из концов при открытом
кране наполняется несколько больше чем до половины ртутью и
затем наклоняется так,
чтобы ртуть едва
выступила над краном, после
чего кран закрывается.
Трубка устанавливается в
строго вертикальном
положении и зажимается в
лапке штатива.
Предварительно между коленами
трубки для придания
прочности установке
целесообразно вставить
деревянный или пробковый
вкладыш и трубки в этом месте
хорошо связать шнуром
(рис. 97).
Соединив открытый
конец манометра вакуумным
шлангом с воздушным
насосом, производим откачку
воздуха. Как только
давление воздуха упадет ниже 300 торр, уровень ртути под краном
в закрытом колене начнет падать, соответственно будет повышаться
уровень ртути в другом колене. При помощи миллиметровой
линейки можно определить разницу высот уровней ртути в обоих коленах
трубки так же, как это делается в обычном сифонном барометре.
Рис. 97. Ртутный манометр.
139

Примечания
1. По окончании измерения необходимо избежать резкого
вторжения воздуха в прибор, в противном случае ртуть
толчком поднимется в пустом пространстве и ударит
в кран. Кран при этом может разбиться, а ртуть вылиться.
Эксперимент нужно проводить в кювете для ртути.
2. Одним из видов укороченного манометра является
вакуумметр, помещаемый под колокол воздушного насоса, при
помощи которого и определяется вакуум.
92. Показ на вариометре-высотомере
зависимости давления воздуха от высоты
поднятия над землей
Бутыль (1—3 л), прямая стеклянная трубка, один
конец которой оттянут в тонкий капилляр
(внутренний 0 4 мм, длина 60 мм), прямоугольно изогнутая
трубка (внутренний 0 2—3 мм, длина одного колена
150 мм, другого — 50 мм), резиновая пробка с двумя
отверстиями, тонкий белый картон, несколько капель
бензола, толуола или керосина.
Подготовка эксперимента
Бутыль закрывается резиновой пробкой с двумя отверстиями.
В отверстия пробки вставляются две трубки, одна из которых имеет
оттянутый тонкий капилляр, другая
изогнута под прямым углом. Свобод-
,-Jj ^-^.^^^J k I ное колено прямоугольно изогнутой
трубки слегка прогибается при
подогревании на пламени горелки (рис. 98).
В прогнувшуюся часть трубки
вводится несколько капель бензола или
толуола, которые постепенно
собираются в изгибе. Возникающее в бутыли
повышение и понижение давления
выравнивается чрезвычайно медленно
благодаря тому, что внутреннее
пространство бутыли соединяется с
наружным воздухом через тонкий
капилляр.
Для наблюдения за перемещением
капель в горизонтальном, слегка
изогнутом колене трубки позади нее
надевается кусочек белого картона шириной около 50 мм; для
этого в картоне делается две двойные прорези, и картон надевается
на трубку (см. рис. 98).
Рис. 98. Вариометр-высотомер
140

Эксперимент А. Показ изменения давления
Подготовленная бутыль, представляющая собой модель
вариометра-высотомера, ставится на стол. Спустя некоторое время, за
которое капля толуола займет самое низкое из возможных
положений в изгибе трубки, положение капли фиксируется на картоне
нанесением штриха. При помощи тигельных щипцов бутыль
поднимается над столом на высоту порядка 1 м. При этом капля толуола
тотчас же переместится на некоторый отрезок к открытому концу
трубки.
При достаточно тонком капилляре давление в бутыли
выравнивается с наружным давлением только через некоторое время, при
этом капля очень медленно смещается назад в свое прежнее
положение.
После этого бутыль снимается со стола и ставится на пол. Капля
тотчас же сместится, но на этот раз в сторону сосуда, так как
наружное давление у пола будет больше, чем давление внутри бутыли.
Эксперимент В. Показ волн давления
Этот прибор, представляющий собой модель вариометра,
позволяет показать изменение давления внутри помещения при
открывании и закрывании двери, что приведет к образованию волн
давления.
Особенное впечатление оставляет эксперимент, во время
которого открывается и закрывается дверь в одном из соседних
помещений, невидимая учащимся. Если такую дверь неслышно открыть
или закрыть, то по показанию вариометра учащиеся могут
попытаться установить причину наблюдаемого ими изменения давления.
Примечания
1. Для устранения температурного влияния бутыль следует
перемещать только при помощи щипцов. Целесообразно
бутыль обернуть платком или, что еще лучше, поместить
в подходящую по размерам коробку и обсыпать опилками
или кизельгуром (трепелом)г. Вместо обычной бутыли
можно воспользоваться большим термосом.
2. Капля жидкости должна быть по возможности небольшой,
занимающей в трубке не более 4—5 мм. Чем меньше
капля, тем более чувствителен прибор.
3. Капилляр должен быть как можно тоньше, что
увеличивает время выравнивания давлений.
4. Вместо капилляра можно поставить трубку с краном; в
этом случае изменение положения капли производится
при закрытом кране. Выравнивание давления достигается
открыванием крана.
1 Пористая осадочная порода, состоит из микроскопических зерен
опалового кремнезема. Термоизолятор.—А. Л.
141

5. Вместо толуола можно воспользоваться бензолом или
керосином. Во всех случаях жидкость должна быть
окрашена, для чего лучше всего применить драконову кровь.
Окрашивание жидкости позволит увидеть изменение в
положении капли на достаточно большом расстоянии.
93. Показ на дифферент-барометре Бона
изменения разницы между атмосферным
давлением и давлением газа в городском газопроводе
Стеклянная трубка (0 8 мм, длина 1500 мм),
стеклянный тройник (0 8 мм), резиновая трубка,
деревянная планка (1000 мм X 40 мм X 5 мм), газовый шланг
с краном к газопроводу, шнур, штатив.
Концы стеклянной трубки оттягиваются в короткие
суживающиеся наконечники с диаметром отверстия около 2 мм.
Полученные наконечники изгибаются
под прямым углом. Трубка
в средней части перерезается,
и между двумя ее частями на
резиновых муфточках
вставляется тройник. Собранная
таким образом трубка с
тройником укрепляется
скобочками или при помощи шнура
на деревянной планке так,
чтобы оси изогнутых нако-
Рис. 99. Газовый дифферент-барометр. нечников были параллельны.
На свободный конец тройника
надевается газовый шланг с краном, идущий к газопроводу (рис. 99).
Выход газа регулируется или газовым краном на газопроводе,
или краном на газовом шланге.
При горизонтальном положении прибора, носящего название
дифферент-барометра, или трубки Бонэ, газ вытекает из обоих
наконечников одинаково и равномерно. И если поджечь газ, то над
обоими наконечниками образуются языки пламени одинаковой
высоты.
Если трубку Бонэ немного наклонить, то язык газового
пламени над наконечником, расположенным выше, увеличится, тогда как
над наконечником, расположенным ниже, уменьшится. То же самое
можно наблюдать, если один конец трубки Бонэ укрепить
неподвижно, тогда как другой постепенно понижать.
Примечания
1. Необходимо указать, что на величину пламени в этом
случае влияет не только изменение давления наружного
воздуха из-за разности высоты трубок, но и изменения
давления самого газа. Так как городской газ имеет удель-
142

ный вес меньше, чем удельный вес воздуха, то он
интенсивнее устремляется к вышерасположенному наконечнику.
2. Чтобы установить определенную зависимость давлений
на трубке Бонэ, ее необходимо укрепить в лапке штатива
так, чтобы можно было вращать.
94. Модель барометра анероида
Стеклянная чашка Петри или кристаллизатор
(0 около 95 мм), круг из толстого листового целлофана
(0 ПО мм), доска-панель (190 мм X 90 мм X 4 мм),
доска для подставки (190 мм X 90 мм X 10 мм),
миллиметровая бумага (50 мм X 10 мм), 2 соломинки,
2 булавки с круглой головкой, тонкие нитки, быстро
сохнущий водоупорный клей, чертежная бумага (360 мм х
X 27 мм), кусочек резины, воздушный насос с тарелкой
и колоколом (колокол на 5 л), 2 гвоздя (0 2 мм, длина
27 мм).
Несмотря на то что указанная модель конструктивно
значительно отличается от изготовляемых промышленностью барометров-
анероидов, она достаточно полно дает представление о действии
этого прибора. Изготовление такого прибора силами учеников надо
считать желательным, а подобная модель удобна для выполнения
ее в кружке юных техников.
Изготовление модели
На верхнюю часть открытой чашки Петри или
кристаллизатора накладывается круг, вырезанный из целлофана, предварительно
подогретый и смоченный в горячей воде. Такой круг образует
мембрану; края круга заворачиваются на борт чашки с ее внешней
стороны. Для достаточной герметизации необходимо целлофан
приклеить быстро сохнущим водоупорным клеем к стеклу, кроме того,
край целлофана обтянуть кольцом из чертежной бумаги. Для
изготовления бумажного кольца вырезается полоска бумаги шириной
около 30 мм и тем же клеем склеивается кольцо, при этом длина
окружности должна быть на 2—3 мм меньше внешней окружности
чашки. Кольцо такого размера не надеть на чашку, поэтому его
сначала кладут на несколько минут в воду. Влажное кольцо легко
надевается на чашку поверх загнутых краев целлофанного круга.
При высыхании бумажное кольцо сужается и плотно охватывает
целлофан, создавая достаточную герметизацию.
После полного высыхания кольца в центре мембраны каплей
клея перпендикулярно к мембране приклеивается небольшая
соломинка длиной около 10 мм.
Для обнаруживания движения мембраны при изменении внешнего
давления устраивается рычажная система, приводящая в движение
указатель. В качестве осей вращения соломенных рычагов приме-
143

няются булавки с округлой головкой. Для получения в соломинках
соответствующих отверстией под эти булавки соломинку
протыкают холодной булавкой, затем, взяв булавку щипцами, свободный
ее конец нагревают на пламени горелки или свечи. В силу
теплопроводности булавка довольно быстро передает теплоту и,
накаливаемая с одного конца, нагревается вся. Держать булавку в
пламени нужно до тех пор, пока соломинка вокруг нее не начнет
обугливаться и легко проворачиваться на булавке.
Панелью для сборки системы рычагов служит доска, в нижней
части которой по широкой стороне пропиливается окошко по
размерам чашки с мембраной так, чтобы чашка свободно и симметрично
по отношению к доске помещалась в окне. Высота окна, однако,
должна быть несколько больше
высоты чашки. Так
подготовленная панель привинчивается
перпендикулярно к доске,
служащей подставкой по средней ее
линии. В доске предварительно
просверливается в центре
отверстие по диаметру несколько
меньшее, чем диаметр чашки
(рис. 100). В окошко
укрепленной панели вставляется чашка
с мембраной и поджимается к
стенке окна кусочком резины
так, чтобы приклеенный к центру
мембраны соломенный столбик
находился почти вплотную около
панели. После этого на панели
укрепляется и собирается рычажная система по схеме, приведенной
на рисунке 100. Короткое плечо нижнего рычага привязывается
тонкой ниткой к соломенному столбику, укрепленному на мембране.
Длинное плечо нижнего рычага тонкой ниткой связывается с
длинным плечом верхнего рычага недалеко от оси вращения последнего.
Как противовесы, удерживающие систему в натяжении, служат
гвозди (рис. 100, 6), вставляемые на клею внутрь соломинок.
Нитки, стягивающие нижний и верхний рычаги, берутся такой длины,
чтобы при нормальном атмосферном давлении верхний рычаг
находился в горизонтальном положении.
На панели против конца верхнего рычага наклеивается полоска
миллиметровой бумаги, служащая шкалой.
Эксперимент
Изготовленная таким образом модель барометра-анероида
помещается под колокол воздушного насоса. Достаточно очень
немного откачать воздух, а в случае применения поршневого насоса —
лишь несколько подтянуть поршень, как указатель на модели
барометра покажет изменение давления.
/ 10
Рис. 100. Модель барометра-анероида:
/ — стеклянная чашка; 2— мембрана; 3—
прокладки; 4 — рычаги-соломинки;
5—булавки; 6 — противовесы; 7 — нити; 8—
панель; 9 — шкала; 10— подставка.
144

Примечание
Конструкция модели значительно отличается от модели
барометров-анероидов заводского изготовления прежде всего
тем, что из чашки под мембраной не откачан воздух, и поэтому
модель чувствительна не только к изменению давления, но
и к изменению температуры. Этот недостаток можно легко
установить, для чего достаточно слегка подогреть чашку снизу
через отверстие в подставке.
95. Измерение высоты места по показанию
барометра-анероида
Барометр-анероид, рулетка.
При помощи барометра-анероида необходимо измерить
атмосферное давление в подвальном помещении здания, затем
перенести барометр в чердачное помещение и дать установиться
показателю давления в нем, после чего произвести измерение. Таким образом
обнаруживается уменьшение давления при подъеме над землей.
Так как изменение давления при подъеме на 11 ж примерно равно
1 торру, то можно по изменению давления приблизительно
установить разницу высот двух мест, где были произведены измерения.
Для контроля за полученным результатом необходимо
произвести непосредственное измерение высоты здания от подвального
до чердачного помещения при помощи рулетки.
Примечания
1. При проведении эксперимента необходимо
барометр-анероид во время отсчета держать вертикально (если на
приборе не указано пользование им в горизонтальном
положении. — А. Л.).
2. В силу инертности действующих частей прибора
необходимо перед каждым измерением оставить прибор на
несколько минут в покое после перенесения в новое
помещение, и только после этого производить измерение.
3. Перед измерением необходимо для преодоления трения в
деталях слегка постучать подушечкой пальца по крышке
прибора.
4. Особенное значение имеет проведение эксперимента на
высоких постройках, так как это дает более ощутимые
результаты измерения.
5. Барометр-анероид по своему действию подобен мембранному
манометру. Необходимо указать учащимся на
применение в технике подобных приборов так же, как и на
манометр Бурдона, по принципу действия которого могут
145

быть устроены применяемые в технике манометры. Как
учебное пособие может быть использован манометр Бур-
дона, обычно укрепляемый на тарелке от воздушных
насосов.
96. Открытый манометр. Измерение
повышенного давления в городском
газопроводе
2 стеклянные трубки (внутренний 0 8 мм, длина
150 и 750 мм), резиновая трубка (по внешнему
диаметру стеклянных трубок, длина 400 мм), стеклянный
тройник, зажим, газопроводный шланг, подключаемый
к газопроводу, штатив, миллиметровая бумага,
химический стакан, резиновое колечко.
От
газопровода
Эксперимент А. Использование U-образной трубки вместо
манометра
Длинная стеклянная трубка (750 мм) изгибается U-образно и
на одном ее колене выгибается под прямым углом наконечник.
^ Эта трубка примерно до половины
заполняется водой и укрепляется в штативе.
Прямоугольное колено соединяется резиновым
шлангом с краном газопровода (рис. 101). До
подачи газа вода в U-образной трубке стоит на
одном уровне. Для проведения эксперимента
кран газопровода открывается. Под действием
давления газа изменяется относительное
положение уровня воды в коленах U-образной
трубки, действующей как манометр.
Разница высот уровней воды в коленах
U-образной трубки измеряется по
миллиметровой бумаге, наклеенной на трубку.
В большинстве случаев давление газа превышает атмосферное
давление на 40—70 мм водяного столба.
Рис. 101. U-образная
трубка манометра для
измерения давления
газа.
Эксперимент В. Использование прямой стеклянной трубки
вместо манометра
Конец стеклянной трубки длиной около 150 мм при помощи
резинового шланга соединяется с краном газопровода. Другой
свободный конец трубки с надетым на него узким резиновым
колечком погружается отверстием вниз вертикально в воду, налитую
в высокий химический стакан.
После того как газ будет пущен, трубку погружают постепенно
в воду или приподнимают до тех пор, пока газ не заполнит всю труб-
146

ку и вода в ней не понизится до самого
нижнего края (рис. 102).
Держа трубку отверстием под водой,
надетое на нее резиновое кольцо передвигается
так, чтобы оно касалось снаружи поверхности
воды в стакане. Перекрыв газ, стеклянную
трубку вынимают из воды и измеряют
расстояние от резинового колечка до открытого
конца трубки, служащей манометром. Длина
этой части трубки в миллиметрах и будет
соответствовать давлению газа в миллиметрах
водяного столба.
07. Закрытый манометр.
Определение давления
в городском водопроводе
От газопровода
1
1 Резиновое
] иолечко
/
1 'pv/
11
ш
—-
Е==
I
А
Рас. 102. Измерение
давления газа
погружением в жидкость
трубки, соединенной с
городским
газопроводом.
Толстостенная стеклянная трубка (0 8 мм, длина
750 мм), водопроводный шланг (длина 400 мм), насадка
с резьбой на водопроводный кран для подключения
резинового шланга, штатив, миллиметровая бумага^ прочный
шнур.
\
=С=:
От водопроводе
Стеклянная трубка с одного конца запаивается, а на другом
ее конце выдуваются два вздутия
для лучшего крепления водопроводного
шланга. Трубка изгибается U-образно,
при этом запаянное колено должно
иметь длину около 400 мм; другое
колено со вздутиями еще раз прямоугольно
изгибается. Трубка наполняется водой
так, чтобы в длинном, запаянном
колене остался столбик воздуха длиной
300 мм. На открытое колено трубки
надевается водопроводный шланг,
идущий к водопроводному крану. Место
соединения шланга с U-образной
трубкой и насадкой на кране плотно
перевязывается шнуром. U-образная трубка
зажимается в лапке штатива так, чтобы
уровень воды в трубке находился
примерно на одной высоте с
водопроводным краном (рис. 103).
На стеклянную трубку наклеивается полоска миллиметровой
бумаги, заменяющая шкалу манометра.
Рис. 103. Манометр из
U-образной трубки с запаянным
концом.
147

Эксперимент
Длина замкнутого воздушного столбика 1г измеряется лишь
после того, как в кран водопровода ввинчена насадка для шланга
и вся система собрана.
После измерения длины замкнутого воздушного столбика 1±
осторожно открывается кран водопровода и производится новое
измерение длины, сжатого давлением воды, столбика воздуха /2.
Для контроля можно длину столбика воздуха /2 еще раз
измерить после того, как будет перекрыт кран водопровода.
Вывод формулы и расчет
При закрытом кране водопровода замкнутый в U-образной
трубке воздух, занимающий объем Vl9 находится под давлением рг,
равным атмосферному. При открывании крана водопровода давление
воды в водопроводе р действует на воздушный столбик и сжимает
его до нового объема V2.
По закону Бойля
PiVi = (р + Pi) V2,
или
PihS = (Р + Pi) /aS,
где S — площадь поперечного сечения трубки манометра, откуда
Пренебрегая незначительным колебанием атмосферного
давления, можно принять давление воздуха рх~1 Am.
Формулу (*) можно записать иначе:
'=*&-О-
Так как р есть величина, показывающая превышение
давления в водопроводе над атмосферным, то выражение
Ро = Р + Pi
дает полное давление воды в водопроводе.
Пример
1г = 304 мм, /2 = 65 мм,
р= 1 Am (3^ — l) = 3,7 Am.
Полное же давление р + 1 = 4,7 Am.
Примечание
Так как 1 am соответствует давлению водяного столба в
10 My можно рассчитать разницу высот между исследуемым
водопроводным краном и уровнем воды в водонапорной башне.
В нашем примере она составляет 37 м. (Подобный расчет
может быть произведен лишь при отсутствии движения
воды в водопроводе.— А. Л.)
148

98. Изготовление макроманометра высокой
чувствительности для измерения
незначительных разностей давления
Стеклянная трубка (внутренний 0 2 мм, длина
400 мм), бутыль с нижним тубусом (1л), доска для
подставки (400 мм X 60 мм X 10 мм), фанерная планка
(350 мм X 50 мм X 3 мм), деревянный брусок (80 мм X
X 40 мм X 40 мм), деревянная призма, миллиметровая
бумага, винт с гайкой и лапками для закручивания, 2
узкие полоски жести, проволочные гвозди, 2 резиновые
пробки, 2 короткие стеклянные трубочки, кусок
резиновой трубки, штатив.
Микроманометр монтируется на деревянной подставке. Для этого
на одном конце доски длиной около 400 мм наклеивается и
прибивается деревянный четырехугольный брусок, на который
укрепляется конец фанерной планки. Крепление фанерной планки
производится при помощи винта с гайкой, обеспечивающего свободное
поворачивание планки. Другой конец планки свободен и опирается
на переставляемую вдоль доски деревянную призму, что
обеспечивает различный наклон планки.
На фанерную планку по ее длине наклеивается полоска
миллиметровой бумаги, поверх которой при помощи двух скобок
укрепляется манометрическая трубка. Один конец трубки у свободного
конца планки изогнут в вертикальное колено.
Рис. 104. Микроманометр высокой чувствительности.
В горлышко и нижний боковой тубус бутыли вставляются
просверленные резиновые пробки. В верхнюю пробку плотно
вставляется изогнутая под прямым углом короткая трубка. Необходимо
обеспечить воздухонепроницаемость в месте соединения трубки с
пробкой и пробки с горлышком бутыли. В пробку нижнего
бокового тубуса вставляется короткая прямая трубка, внешний конец
которой при помощи резиновой трубки соединяется с прямым
концом манометрической трубки, укрепленной на фанерной планке
со стороны ее вращения (рис. 104).
Бутыль наполняется водой настолько, чтобы при
незначительном наклоне манометрической трубки вода заполнила примерно
одну четверть ее канала.
149

Если вдуванием воздуха через трубку в бутыль создать даже
самое незначительное избыточное давление на поверхность воды,
то часть воды переместится в манометрическую трубку.
Изменение длины столбика жидкости в канале манометрической трубки
пропорционально изменению давления.
Примечание
Для математического обоснования возможности повышения
чувствительности микроманометра следует обратиться к схеме,
изображенной на рисунке 105.
Рис. 105. Измерение длины столбика жидкости в микроманометре.
Начальной длине 1± столбика жидкости в трубке
соответствует некоторая высота у1 по вертикали от внешнего конца
столбика жидкости до горизонтальной поверхности. При
возрастании длины столбика жидкости до /2 соответственно
возрастает и значение уг до уг.
Количественное возрастание обеих величин зависит от всей
длины трубки S и соответственной высоты положения ее
свободного конца h, что определяется соотношением:
У2 — У1 _ jl
/2 — ^1 S
откуда
02 — 01 =(/2 — fl)$--
Чем меньше наклон манометрической трубки, или чем
больше длина трубки (относительно высоты, на которую
она приподнята. —А. Л.), тем соответственно (при одном и
том же изменении давления. — Л. Л.) больше будет
изменяться и длина столбика А I = 12 — 1Х и тем выше
чувствительность микроманометра.
§ 10. ЗАКОН БОЙЛЯ
99. Подтверждение закона Бойля при помощи
трубки Мельде
Трубка Мельде, подставка, классный транспортир,
ртутный барометр.
Прибор, получивший название трубки Мельде, по имени автора,
его предложившего, служит для установления зависимости между
объемом определенной массы газа и давлением. Этот прибор
особенно

р
но удобен для соответствующей самостоятельной лабораторной
работы учащихся.
Основной частью прибора является капиллярная трубка с
внутренним диаметром 2 мм и длиной около 900 мм; один ее конец
запаян, другой открыт. В средней части трубки помещается
столбик ртути длиной около 200 мм. Трубка укрепляется на
деревянной планке с миллиметровой шкалой (рис. 106).
На концах деревянной планки проделаны отверстия,
за которые трубку можно свободно подвесить
отверстием вверх или отверстием вниз.
В начале эксперимента трубка кладется в
горизонтальном положении на стол. В таком положении
столбик воздуха, заключенного в трубке, находится под
атмосферным давлением. По шкале определяется длина
столбика воздуха. При подвешивании трубки отверстием
вверх давление на столбик воздуха увеличивается за
счет весового давления столбика ртути и длина-
столбика воздуха несколько уменьшается.
Если трубку подвесить отверстием вниз, происходит
обратное явление, и длина столбика воздуха
увеличивается, так как внешнее давление уменьшается за счет
направленного вниз весового давления столбика ртути.
Дополнительно к измерениям в этих основных
положениях производится измерение при любом наклонном
положении трубки Мельде, для чего под один из ее
концов подкладывается подставка. Угол наклона трубки
к поверхности стола, изменяемый перемещением подставки,
должен быть измерен при помощи классного транспортира (рис. 107).
Рис. 106.
Трубка
Мельде со
шкалой.
Рис. 107. Трубка Мельде
в наклонном положении.
Рис. 108, Схематический
чертеж трубки Мельде в
наклонном положении.
Во всех положениях измеряется длина столбика воздуха,
заключенного в трубке. Длина столбика ртути остается, естественно,
неизменной. Однако его весовое давление остается неизменным
лишь при вертикальном положении трубки; во всех случаях
наклона (рис. 108) оно должно быть определено в зависимости от угла
по уравнению:
рг = р sin a.
Если трубка расположена наклонно отверстием вверх,
необходимо брать положительные значения угла а. При положении трубки
отверстием вниз берутся отрицательные значения угла.
151

Полученные данные сводятся в таблицу по форме, приведенной
для одного из экспериментов при внешнем давлении р0 = 755 торр
Угол
наклона
а
град.
90
42
0
—39
—90
sin a
—
—
1,00
0,67
0,00
—0,63
— 1,00
Длина
столбика
ртути
h
мм
182
182
182
182
182
Весовое
давление
ртути
Pi = p sin a
торр
182
122
0
— 115
—182
Длина
столбика
воздуха
/
мм
230
246
285
336
377
Общее
давление
Р = Ро + Pi
торр
937
877
755
640
573
Р-1
торр • мм
215,5 • 103
215,7 • 103
215,1 • 103
215,0 • 103
216,0 • 103
По результатам эксперимента, приведенным в таблице, видно,
что произведение длины столбика, заключенного в трубке воздуха,
на действующее на него давление при очень небольших
отклонениях есть величина постоянная. Так как площадь сечения трубки
по всей ее длине постоянна, можно значение длины столбика
воздуха принять за численное значение соответствующего объема
и в этом случае можно утверждать, что произведение объема
определенной массы газа, заключенного в трубку, на давление при
неизменной температуре есть величина постоянная, а это есть закон
Бойля:
pV = const.
Примечания
1. При проведении эксперимента нельзя касаться трубки
руками, в противном случае длина столбика воздуха,
нагреваемого рукой, будет меняться и результаты будут неверны.
2. Трубку Мельде можно изготовить самим из капиллярной
трубки длиной около 900 мм с внутренним диаметром в
2 мм, укрепив ее на деревянной планке с наклеенной
полоской миллиметровой бумаги. В такую трубку
осторожно вносится столбик ртути длиной около 200 мм
путем всасывания, после чего один конец трубки
запаивается. Капиллярную трубку необходимо укрепить
на деревянной планке двумя скобочками из жести.
/00. Демонстрацця закона Бойля
при помощи бюретки
Бюретка с краном (на 50 мл), высокий стеклянный
цилиндр, метровая линейка с подвижным указателем,
мензурка (15 мл), 2 штатива.
152

Для проведения эксперимента необходимо предварительно
определить объем части бюретки между последним нанесенным
делением шкалы и краном. Для этой цели этот объем
заполняется водой, и вода через кран сливается в небольшую мензурку.
Измерение производится несколько
раз.
Бюретка с открытым краном
укрепляется в штативе краном вверх
и погружается своим широким
отверстием в воду, налитую в высокий
стеклянный цилиндр, так, чтобы
несколько делений шкалы оказалось
под водой. Бюретка укрепляется в
вертикальном положении, при этом
уровень жидкости в бюретке и
цилиндре находится на одной высоте.
Закрыв кран, бюретку либо
погружают, либо приподнимают, при
этом каждый раз уровень воды,
находящейся в бюретке, изменяется
(рис. 109).
При различных положениях
бюретки измеряется объем
заключенного в ней воздуха, для чего к
отсчету по шкале необходимо
прибавить объем воздуха, заключенного
в пространстве между краном и первым делением шкалы.
Разница уровней воды в бюретке и в цилиндре измеряется по
приставленной к цилиндру линейке с подвижным указателем.
На объем воздуха, заключенного в бюретке, действует общее
давление, представляющее собой сумму внешнего атмосферного
давления р0 и весового давления столба воды ръ
соответствующего разности уровней. Весовое давление столба воды должно быть
пересчитано в торры.
Полученные данные эксперимента заносятся в таблицу.
Результаты одного из экспериментов даны в приведенной
таблице при атмосферном давлении 756 торр:
Рис. 109. Установка для
демонстрации закона Бойля при
помощи бюретки.
Разность
уровней
h
мм
0
95
190
230
—80
Весовое
давление воды
Pi
торр
0
7
14
17
—6
Общее
давление
Р = Ро + Pi 1
торр 1
756
763
770
773
750
Объем воздуха
в бюретке
V
CMZ
54,0
53,5
53,0
52,8
1 54,5
Р •
торр •
1 40,8
I 40,8
!¦ 40,8
! 40,8
I 40,8
V
см3
103
103
103
103
103
153

101. Демонстрация закона Бойля при помощи
манометра и газоизмерительного колокола
(газовой бюретки Мюллера)
Бутыль (2 л), открытый ртутный манометр, газовая
бюретка Мюллера (250 мл), высокий стеклянный цилиндр,
мензурка, стеклянный тройник, 2 резиновые пробки,
3 стеклянных газовых крана (из них 2 с изогнутой
трубкой), резиновая трубка, короткая стеклянная
трубка, барометр.
Подготовка эксперимента
Горлышко бутыли, емкость которой V± тщательно измерена
путем наполнения ее водой, закрывается резиновой пробкой,
имеющей два отверстия. В одно из отверстий пробки вставляется
тройник, в другое — стеклянная трубка с краном (рис. ПО). К
крану 1 при помощи куска резиновой трубки присоединяется
короткая стеклянная трубка-мундштук. Один конец тройника при
помощи резинового шланга соединяется с трубкой ртутного
манометра, а другой конец через кран 2 — с газовым колоколом —
бюреткой Мюллера. Из газового колокола, кроме того, выходит кран 3,
конец которого свободен.
Эксперимент
Газовый колокол — бюретка Мюллера — с открытым краном 3
погружается до отметки 0 в воду, налитую в широкий и высокий
стеклянный цилиндр. Два других крана 1 к 2 закрыты.
Открыв кран 1 над бутылью и закрыв два других крана 2 и 3,
в бутыль через мундштук вдувают воздух, после чего кран /
закрывается. В бутыли возникает повышенное давление, которое и
измеряется по манометру (рис. НО, а).
Открыв кран 2, соединяющий бутыль с колоколом,
предоставляют воздуху возможность войти в колокол. При этом уровень
воды внутри колокола понизится. Если в это же время колокол
приподнять, можно установить такое его положение, при котором
уровень воды в колоколе установится на высоте уровня воды в
цилиндре.
В этом случае воздух под колоколом, а значит, и в бутыли
будет находиться под давлением, равным внешнему атмосферному,
что легко обнаруживается, так как в то же время ртуть в обоих
коленах манометра устанавливается на одном уровне (рис. 110,6).
В таком положении измеряется объем воздуха V2 в колоколе.
Эксперимент проводится многократно.
Эксперимент можно провести не нагнетая, а отсасывая воздух
из бутыли и создавая тем самым пониженное давление. В этом
случае закрывается кран 2, соединяющий колокол с бутылью, и,
открыв кран 3, приподнимая колокол, в него впускают около
150 см3 воздуха, после чего кран перекрывается. Если при этом
J 54

открыть кран 2, соединяющий колокол с бутылью, воздух из
колокола устремится в бутыль. Погружением колокола в воду вновь
достигается выравнивание давлений. Пониженное давление р2
Рис. ПО. Установка для вывода закона Бойля:
а — газовый цилиндр, наполнен водой и погружен в жидкость. Манометр
показывает повышение давления; б — газовый цилиндр поднят и наполнен воздухом. Манометр
показывает равенство давлений (/, 2 и«?— газовые краны).
и добавка воздуха в колокол объемом в V2 при оценке процесса
должны рассматриваться как величины, имеющие отрицательное
значение.
Во время эксперимента атмосферное давление определяется
по барометру.
155

Данные сводятся в таблицу, подобную приведенной ниже.
Порядковый
номер опыта
1а
1в
2а
2в
За
Зв
Разность
давлений
Рч
торр
79
68
—56
Общее
давление
Р = Pi + Р2
торр
835
755
823
765
699
755
Объем
воздуха
в колоколе
V*
смг
215
180
—150
Общий объем
воздуха
V = Уг+ Vo
см3
2020
2235
1 2020
2200
2020
1870
PV
—
торр • смг
16,9 . 105
16,9 • 105
16,6 • 105
16,6 • 105
14,1 • 105
14,1 • 105
Результаты эксперимента, как видно из таблицы, позволяют
установить, что значение величины pV во всех опытах достаточно
близкое, что и соответствует закону Бойля.
Примечание
Вместо стеклянных газовых кранов можно применить
и обычные винтовые зажимы. Объем воздуха в стеклянных
и резиновых трубках, соединяющих бутыли, по сравнению с
объемом воздуха бутыли и колокола незначителен, и поэтому
им можно пренебречь.
102. Демонстрация закона Бойля
при помощи прибора для взятия
проб воды
Прибор для взятия проб воды (с краном, емкостью
50 мл), дощечка, штатив, гири, вазелин или
машинное масло.
Прибор для взятия проб воды закрепляется в штативе
вертикально краном вниз. На головку поршня помещается деревянная
дощечка, на которую можно устанавливать гири (рис. 111). При
помощи пружинных весов предварительно определяется вес поршня
и дощечки.
При открытом кране и снятой дощечке поршень прибора
поднимается так, чтобы его нижний конец стоял против одного из верхних
делений, например 500 мл. После этого кран закрывают, на поршень
помещают дощечку и последовательно нагружают ее гирями.
156

При каждом возрастающем значении нагрузки определяют объем
воздуха в приборе. Данные заносятся в таблицу. При определении
нагрузки необходимо к весу гирь прибавлять вес поршня и дощечки.
Действующее на воздух давление определяется делением величины
действующей силы на площадь внутренней поверхности
нижней площадки поршня. Результат одного из экспериментов
приводится в таблице, (см. ниже). Атмосферное давление в этом
эксперименте рг = 765 торр = 1,04 кп-см~2, вес поршня и дощечки
Р = 0,36 кп, площадь поршня S = 4,9 см2.
С достаточной очевидностью можно утверждать,
что произведение объема газа на давление есть
величина постоянная. Таким образом, имеет место
подтверждение закона Бойля:
рУ = const.
Подобный ряд измерений может быть получен
и при пониженном давлении. В этом случае
прибор укрепляется в штативе краном вверх и
поршнем вниз. К головке поршня подвешиваются на
шнурке гири. Эксперимент целесообразно
проводить, исходя из начального объема в 10 см3.
Примечания
1. При повышении давления воздух в приборе
адиабатически нагревается. Необходимо
поэтому после смены очередных грузов дать
прибору некоторое время постоять для
выравнивания температур и только после
этого измерять объем воздуха.
чн
Рис. 111. Колба
с поршнем—гид-
рощуп для
показа закона Бойля
при повышенном
давлении.
Нагрузка на
поршень
Pi
кп
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
Общая
нагрузка
Pi + P
кп
0,36
0,86
1,36
1,86
2,36
Поршневое
давление
Р2-—s—
кп-см~2
0,07
0,18
0,28
0,38
0,48
Общее
давление
Р = Р\ + Р2
кп-см~2
1,11
1,22
1,32
1,42
1,52
' Объем
воздуха
V
см3
50
45
41
39
36
P-V
—
кп • см
55,5
54,9
54,1
55,4
54,7
Перед измерением прибор необходимо слегка встряхнуть,
для чего достаточно ударить деревянной палочкой по
157

штативу. Тем самым будет преодолена сила трения между
поршнем и цилиндром прибора.
3. Если поршень не герметизирует воздух, необходимо
между поршнем и стенками цилиндра внести несколько
капель воды или слегка смазать поршень вазелином или
машинным маслом.
103, Демонстрация закона Бойля
при помощи разноплечей U-образной трубки
U-образная барометрическая трубка (одно колено
которой короче и имеех длину 200 мм, заканчиваясь
краном; длина второго колена 600 мм, это колено
заканчивается воронкой), доска для крепления трубок
на специальном штативе, миллиметровая бумага, скобки
из жести для крепления трубки, ртуть, ванна для ртути.
Прибор для демонстрации закона Бойля собирается по
указанному на рисунке 112 (или приобретается готовым).
Прибор с открытым краном, установленный в
ванне для ртути, наполняется ртутью так, чтобы
она в обоих коленах находилась на одном уровне
против отметки, принятой за нулевую. После этого
кран, которым заканчивается короткое колено,
закрывается.
Начальное давление замкнутого в коротком
колене воздуха при равенстве уровней ртути равно
атмосферному. Атмосферное давление определяется
по барометру. Длина столбика замкнутого в трубке
воздуха измеряется по миллиметровой шкале.
Давление р на заключенный в трубке воздух
постепенно и ступенями увеличивается
подливанием ртути через воронку в длинное колено
трубки. При этом соответственно ступенями
укорачивается длина замкнутого столбика воздуха.
Действующее на воздушный столбик давление
в этих случаях равно сумме атмосферного
давления рг и весового давления столбика ртути р2,
112 и об соответствующего разнице уровней ртути в обоих
ная с отростке" коленах (по величине /2). Полученные результаты
ми разной длины сводятся в таблицу.
трубка для пока- Результат одного из экспериментов при атмо-
за закона Бойля. сферНОм давлении рг = 750 торр приводится ниже
(см. стр. 159).
Эксперимент показывает, что произведение общего давления
на длину столбика воздуха при любых изменениях давления
остается постоянным.
158

Столбик ртути
высота
к
мм
0,0
67,0
153,0
258,0
451,0
давление
Р2
торр
0,0
67,0
153,0
258,0
451,0
Общее
давление
Р = Pi + Рг
торр
750,0
817,0
903,0
1008,0
1201,0
Длина столбика
воздуха,
численно равная объему
/00
см (см3)
20,0
18,2
16,5
14,8
12,4
Р1,
(PV)
торр. см
(торр • см3)
15,0 • 103
14,9 • 103
14,9 • 103
14,9 • 108
14,9 • 103
При постоянном внутреннем сечении трубки
что позволяет оценивать результдт эксперимента, относя его к
объему:
pV = const.
Примечания
1. Такой прибор для самодельного изготовления может
быть несколько упрощен. Один из концов барометрической
трубки с внутренним диаметром около 5 мм запаивается,
и на расстоянии в 220 мм от этого конца трубка U-образно
выгибается. Трубка укрепляется при помощи жестяных
скобок на оклеенной миллиметровой бумагой доске. Для
наливания ртути на открытый конец трубки надевается
резиновый шланг с небольшой воронкой. При первом
наполнении трубки ртутью рекомендуется трубку
многократно покачивать, чтобы удалить часть воздуха из
короткого плеча до выравнивания уровней ртути в обоих коленах.
2. Подобным же образом может быть проведен эксперимент на
приборе, собранном из двух прямых стеклянных трубок,
соединенных вакуумным шлангом. Шланг должен быть
такой длины, чтобы трубки можно было несколько
перемещать по высоте относительно друг друга.
На верхнем свободном конце одной из трубок
укрепляется воронка, на другой трубке — кран (или резиновая
трубка с зажимом.— Л. Л.). После того как обе трубки
заполнены ртутью, установившейся на одном уровне,
и кран закрыт, вместо приливания ртути достаточно
трубку с воронкой поднять вверх или опустить вниз
по отношению к трубке, закрытой краном. Эксперимент
проводится так же, как и описанный в основной части
текста Э — 103.
159

§11. ВЫТАЛКИВАЮЩАЯ СИЛА В ГАЗАХ
104. Всплывание тела в углекислоте
Подвесные чашечные весы, колбочка (250 мл),
резиновая пробка, химический стакан (2000 мл), дробь
для тарирования, стаканчик для тарирования,
разновесы, газомер с углекислотой, резиновая трубка,
картонный круг — крышка к химическому стакану,
прямоугольно изогнутая трубка, тонкий шнур, штатив.
Эксперимент А
Колбочка, закрытая резиновой трубкой, подвешивается на
тонком шнуре к одной из чашек весов так, чтобы в свободном подвесе
она оказалась полностью
погружена в пустой
химический стакан (рис. ИЗ).
Колбочка тарируется.
Химический стакан
закрывается картонной крышкой,
при этом нить, на которой
подвешена колбочка,
должна проходить через узкую
прорезь в картоне
шириной в 10 мм, идущую от
края картонного круга до
его центра.
Газомер с углекислым
газом соединяется при по
мощи резиновой трубки
с прямоугольно изогнутой
трубкой, одно колено
которой опущено в стакан.
Как только стакан начнет наполняться углекислым газом,
нарушится равновесие весов, с полной очевидностью
подтверждающее кажущуюся потерю веса колбочкой. Причиной «всплывания»
колбочки является то обстоятельство, что выталкивающая сила
углекислого газа больше выталкивающей силы воздуха.
Эксперимент В
Такой же эксперимент может быть проведен с количественной
оценкой результатов наблюдения. С этой целью необходимо
взвесить колбочку сначала в воздухе, а затем в углекислом газе и по
разности весов определить выталкивающую силу углекислого
газа. При этом необходимо учесть, что полученное в результате
эксперимента значение выталкивающей силы не есть собственно
выталкивающая сила углекислого газа /*со2, а лишь разница между
Рис. ИЗ. Показ потери в весе тела,
погруженного в углекислый газ.
160

выталкивающей силой углекислого газа и выталкивающей силой
воздуха:
* == * со2 — * возд.
Внешний объем колбочки определяется по вытесненному ею
объему воды.
р
Определив значение отношения у, можно определить удельный
вес углекислого газа или, точнее, насколько удельный вес
углекислого газа больше удельного веса воздуха.
Так как
* со2 === * возд ~г * >
или, зная, что
F F р
со2 возд , г_
V ~~ V ~*~ V '
получим:
__ ,F
Тсо2 — Твозд Т" у •
Пример
Выталкивающая сила, действующая на колбочку в углекислом
газе, F — 0,21 п. Внешний объем колбочки V = 315 см3,
L = ML^L ~ 0,00067 п/см*.
V 315 см3 '
Тс02 = (0,00129 + 0,00067) п/см3 ^0,00196 п/см3.
105. Демонстрация выталкивающей силы
воздуха при помощи дазиметра
(статического плотномера — бароскопа)
Дазиметр, воздушный насос с колоколом. Другой
вариант: лучинка, елочный стеклянный шарик, сургуч
или парафин, прочная проволока, десятиграммовая
гирька, широкий устойчивый флакон, нитки, песок.
Дазиметр помещается под колокол воздушного насоса. По мере
выкачивания воздуха стеклянный шарик дазиметра начинает
опускаться. Если после этого вновь впустить воздух в колокол, то
дазиметр приходит в прежнее уравновешенное положение и шарик
его вновь поднимается.
Примечания
1. В разреженное пространство под колоколом воздух
необходимо пускать осторожно и медленно, так как в
противном случае дазиметр может быть поврежден.
2. В том случае, если школа не располагает дазиметром
фабричного изготовления, можно изготовить самодельный
прибор (рис. 114). Из низкого устойчивого флакона и
161

куска прочной проволоки изготавливается штатив, для
чего флакон наполняется песком, а проволоку вытыкают
в пробку, плотно закрывающую флакон. Свободный конец
проволоки необходимо изогнуть крючком для
подвешивания коромысла
самодельного дазиметра. К крючку
штатива на тонкой нити
подвешивают лучинку, на одном
конце которой в свою очередь
подвешивают елочный шарик,
а на другом —грузик,
уравновешивающий шарик в
воздухе. Для достижения полного
равновесия необходимо нитку
с подвешенной гирькой
перемещать вдоль лучины.
Эксперимент хорошо удается, если
отверстие в шарике
предварительно залить сургучом или хотя
бы парафином, для чего
горловину шарика нужно
многократно окунуть в расплавленный
сургуч или парафин так, чтобы шарик нигде не
пропускал воздуха.
Рис. 114. Самодельный дазиметр —
плотномер для качественного
эксперимента.
106. Измерение при помощи дазиметра
удельного веса газа из городского газопровода
Дазиметр со шкалой, разделенной на миллипонды,
воздушный насос с колоколом и краном, городской
газ, газовый шланг. Эксперимент может быть проведен
на другом оборудовании, для чего необходимы:
тонкостенный стеклянный шар, 2 иголки, солома, полоска
жести, мягкая проволока, деревянная рейка, низкий
устойчивый флакон, прочная проволока, полоска
картона, миллиметровая бумага.
Применяемый в этом эксперименте дазиметр должен иметь
специальный указатель, перемещающийся вдоль шкалы,
обеспечивающей определение в миллипондах уменьшения выталкивающей силы
при выкачивании воздуха из-под колокола насоса. Модель
дазиметра помещается под колокол насоса и определяется положение а0
указателя в условиях существующей плотности воздуха. После
откачки воздуха определяется новое положение указателя av
Соединив газовым шлангом трехходовой кран насоса с городским
газопроводом, представляют газу медленно заполнить колокол. После
того, как газ примет общую с помещением температуру,
производится определение положения указателя дазиметра а2.
162

Разница между положениями указателя дазиметра а± и а2
равна выталкивающей силе газа Fra3&9 испытываемой шариком
дазиметра.
Разница между положением указателя а0 и аг дает
выталкивающую силу воздуха.
Согласно закону
Архимеда, отношение удельных
весов воздуха и газа равно
отношению вытал кивающих
сил, испытываемых одним
и тем же телом в воздухе
и газе.
Твозд
Тгаза
возд
откуда
Угаза — Твозд '
Пример
возд
^возд = fli — а0 = 36 мп
^газа = #2 — #1 = 20 МП
а2 — аг
Твозд
fli — а0 '
ИЛИ
= 1,29 н/дм*
20
Рис. 115. Самодельный дазиметр —
плотномер для количественных экспериментов:
1— тонкостенный стеклянный баллон; 2—
соломинка как коромысло весов; 3— швейная
иголка как ось; 4— U-образная изогнутая
полоска жести, как опорная призма; 5—
витки медной проволоки на противовесе; 6 —
иголка-указатель; 7—деревянная стойка; 8 —
флакон из-под чернил, наполненный песком
как подставка; 9 — проволока — держатель
шкалы; 10— шкала из миллиметровой бумаги,
наклеенная на полоску картона.
Тгаза - *,-- ../— 36'
^0,72 /г/дл*3=0,00072 п/см*.
Примечания
1. На рисунке 115 дано изображение самодельного
дазиметра, обеспечивающего проведение количественных
экспериментов. Простота прибора позволяет изготовить его на
кружковых занятиях. В качестве тела, на которое
действует выталкивающая сила, может быть использован
тонкостенный елочный шарик. Коромыслом служит
соломинка, осью которого является иголка, протыкающая
соломинку. Нанесение делений шкалы можно произвести,
подвешивая на шарик небольшие гирьки в доли понда.
2. Эксперимент демонстрирует действие газовых весов,
измерительного прибора, повсеместно применяемого как
для технического производственного контроля на
химических фабриках, так и в лабораториях для
исследования газов. Это значение эксперимента особенно ценно, так
как отвечает задачам политехнического обучения.
163

107. Повышение плавучести в воздухе
резинового шара при наполнении
его водяным паром
Пробирка, детский воздушный шарик, тонкий
шнур, роговые весы, спиртовка или бунзеновская
горелка, полоска картона (длина около 30 мм), дробь
для тарирования.
Пробирку наполняют на одну треть водой и на ее открытый
конец натягивают горловинку детского воздушного шарика,
укрепляя соединение для
обеспечения герметичности шнуром.
Пробирка с надетым
резиновым шариком помещается на
одну из чашек роговых весов.
Под пробирку подкладывается
изогнутая полоска картона,
приподнимающая свободный от воды
конец пробирки настолько,
чтобы вода при ее нагревании не
могла попасть в резиновый
шарик. Конец пробирки,
наполненной водой, должен выступать
не менее чем на четверть длины
пробирки за край чашки весов
(рис. 116).
В таком положении пробирка
привязывается к чашке весов
и тарируется.
На пламени горелки осторожно подогревается выступающая
часть пробирки до тех пор, пока вода не закипит и пар не
наполнит шарик. Так как при этом наполненный шарик занимает больший
объем при том же весе, возникает дополнительная
выталкивающая сила. Равновесие весов нарушается.
Jfe?*
Рис. 116. Наполнение водяными
парами резинового надувного шарика,
одетого на пробирку с водой.
108. Определение подъемной силы детского
воздушного шара, наполненного водородом
или городским газом
Детский воздушный резиновый шарик, гирька в
5 п, пружинные весы (до 10 пондов) или почтовые ба-
лансирные весы, тонкий шнур, газометр с водородом
или городской газ.
Эксперимент А. Проведение эксперимента при помощи
пружинных весов
К пустому резиновому шарику тонким шнуром привязывается
гирька в 5 п. Шар с гирькой подвешивается к пружинным весам —
164

динамометру, укрепленному в вертикальном положении на
штативе. Определяется общий вес Р.
После взвешивания шарик наполняется водородом или
городским газом и вновь взвешивается (рис. 117,а).
Потеря в весе соответствует подъемной силе шарика, или, что
то же самое, выталкивающей силе F газа в воздухе.
Выталкивающая сила определяется по разности весов;
F = bP.
Эксперимент В. Тот же эксперимент, проводимый при
помощи балансирных почтовых весов
Эксперимент проводится подобно описанному, но вместо
пружинных весов используются балансирные (рис. 117,6),
Примечание
Наполнение резиновых баллонов газом см. Э— 114.
Рис. 117. Определение подъемной силы детского
воздушного шара:
а — при помощи динамометра; б — при помощи почтовых весов
с квадрантом.
109. Определение при помощи гайдропа
подъемной силы баллона, наполненного
городским газом
Тонкостенный резиновый баллончик, тонкий шнур
(длиной около 2000 мм), линейка с делениями, весы
с разновесами, городской газ.
165

До проведения эксперимента взвешиваются пустой резиновый
баллончик и тонкий шнур. Баллон заполняется городским газом
(см. Э— 114) и к нему подвязывается шнур.
Баллону предоставляют всплыть в воздух
над столом. При этом за ним будет
подниматься и шнур (наподобие гайдропа) до тех
пор, пока вес самого баллончика и вес
приподнятой части шнура не станет равен
подъемной силе баллончика (рис. 118).
Длина приподнятой части шнура
измеряется линейкой и рассчитывается по весу
каждого сантиметра шнура.
Пример
Вес баллончика Pi = 1,57 п
Вес всего шнура Р2 = 1,02 п
Длина всего шнура / = 2000 мм
Длина приподнятой части 1г= 1110 мм
1±
l
Рис. 118. Определение
подъемной силы
детских воздушных
шаров по весу
поднимаемого ими шнура.
Вес приподнятой части Р =Р2
Р = 1'02л-§Ш = 0'57 п-
Подъемная сила F = Р -J- Р± =
= 0,57 п+ 1,57 п = 2,14 п.
ПО. Плавучесть мыльных пузырей,
наполненных городским газом
Городской газ, газовый шланг, соединительная
стеклянная трубка с расширением в средней части,
резиновая трубка, стеклянная трубка-наконечник, с
одного конца развернутая воронкообразно, винтовой
зажим, мыльный раствор, чашка.
На ровный конец
стеклянной трубки
надевается резиновая
трубка с насаженным
винтовым зажимом.
Свободный конец резиновой
трубки через
соединительную стеклянную
трубку с расширением
соединяется с газовым
шлангом, идущим к
крану газопровода.
Воронкообразный конец наконечника погружается в мыльный
раствор (приготовление раствора см. в Э— 115). Поступление газа
Мыльный растбор
Рис. 119. Наполнение газом из городской
сети мыльных пузырей.
166

регулируется винтовым зажимом, надетым на резиновую трубку,
таким образом, чтобы на наконечнике образовывались
достаточного размера мыльные пузыри (рис. 119). Величина пузырей
определяется временем, на которое приоткрывается кран
газопровода.
При резком движении трубки-наконечника в сторону мыльные
пузыри отрываются от нее.
При этом можно установить следующие положения:
1. Мелкие мыльные пузыри обычно быстро опускаются на пол.
Содержание газа в мыльном пузыре невелико,
и их оболочка тяжелее, чем подъемная сила.
2. Мыльные пузыри среднего размера в
неподвижном воздухе либо медленно опускаются, либо
поднимаются, либо даже «парят». Подъемная сила
мыльного пузыря близка к его весу.
3. Крупные мыльные пузыри быстро
поднимаются. Их подъемная сила больше, чем их
вес (рис. 120).
Примечание
После отрыва первого мыльного пузыря
от наконечника за первым пузырем образуется
без нового погружения в мыльный раствор
еще несколько пузырей с очень тонкой
оболочкой, и их подъемная сила обычно больше,
чем их вес. Если подуть на образующиеся
пузыри со стороны, то отрываются
многочисленные мелкие пузырьки, вылетающие
один за другим. При этом первые пузырьки
снижаются, тогда как последующие «парят»
или всплывают в воздухе.
„Пзрит"
' 6озёухе
Опус-
М кается
Рис. ПО.
Поведение мыльных
пузырей,
наполненных газом,
в зависимости
от их размеров.
///. Плавучесть в различных парах
мыльных пузырей, наполненных
углекислым газом
Приборы и приспособления те же, что и для Э — 110,
кроме того, аппарат Киппа для получения углекислого
газа или газометр, пневматическая ванна, бром, эфир.
Мыльные пузыри наполняются углекислым газом, для чего
используется аппарат Киппа, отводная трубка которого
резиновым шлангом соединяется со стеклянным наконечником, ранее
погруженным в мыльный раствор. Мыльные пузыри выдуваются
до поперечника в 50—60 мм. Пузыри отрываются от наконечника
при его резком движении в сторону. Оторвавшиеся мыльные пузыри
тотчас же опускаются на пол.
Если под опускающиеся мыльные пузыри подставить ванночку,
частично наполненную парами брома, то мыльные пузыри как бы
167

лягут на пограничный слой между парами брома и воздуха. Они
будут плавать в парах брома. Подобное же явление можно
наблюдать и в парах эфира, для чего достаточно в пустую ванночку
налить несколько его капель.
Пр имечания
1. Так как пары брома химически взаимодействуют с мыльной
пленкой, то пузыри будут значительно быстрее лопаться
в парах брома, чем в воздухе.
2. Для получения мыльных пузырей с диаметром до 60 мм
вполне достаточно давления углекислого газа,
возникающего в процессе его образования в аппарате Киппа.
3. Эксперимент с парами брома следует проводить при
наличии над столом экспериментатора хорошей тяги или
вытяжного шкафа. В противном случае лучше
ограничиться опытом с парами эфира.
112. Демонстрация подъемной силы
нагретого воздуха
Параллелепипед, склеенный из папиросной бумаги,
тонкий картон, почтовые балансирные весы, лучина,
пластилин, тонкие нитки, свеча или горелка, подставка.
Из тонкой бумаги склеивается закрытая со всех сторон
простейшая модель монгольфьера в виде параллелепипеда высотой 300 мм
Намладка на
крышку шдемо
Рис. 121. Определение при помощи почтовых весов
с квадрантом подъемной силы бумажного куба,
наполненного теплым воздухом.
и ребром основания в 200 мм. Для придания прочности модели на
ее верхнюю крышку наклеивается картонная, облегченная
прорезями накладка (рис. 121). В нижней стенке параллелепипеда
вырезается прямоугольное отверстие с боковой стороной в 80 мм.
При помощи тонкой нити модель подвешивается на лучину,
помещенную на чашку почтовых балансирных весов, поставленных
168

на подставку. Другой конец лучины утяжеляется кусочком
пластилина.
Под отверстие в нижней стенке модели помещается зажженная
свеча или горелка, при этом по показаниям балансира весов легко
установить, что модель становится легче. Наблюдаемое уменьшение
веса пропорционально подъемной силе, которая создается за счет
нагревания воздуха, наполняющего модель.
113. Модель монгольфьера
Папиросная бумага, газетная бумага, клей, шнур,
узкие полосы клейкой бумаги, вата, тонкая мягкая
проволока, денатурат.
Модель монгольфьера склеивается из долек, вырезанных из
папиросной бумаги.
Предварительно из газетной бумаги изготавливается шаблон
для вырезания 12 долек модели (рис. 122). Не следует уменьшать
размеры, указанные на прилагаемом рисунке, так
как в противном случае модель не будет обладать
достаточной подъемной силой.
Вырезанные из папиросной бумаги дольки
раскладываются группами по три штуки и
склеиваются по группам (рис. 123). При склеивании
необходимо промазывать клеем только один край
каждой дольки, проводя вдоль края полоску клея
шириной около 5 мм. Полученные таким образом
четыре тройные дольки тщательно просушиваются,
так как влажная от клея папиросная бумага
легко рвется. После просушки тройных долек их
надлежит склеить вместе. Некоторую трудность
вызывает склеивание последнего шва. В этом
случае помогающий ученик должен держать
подготовленную модель в подвешенном состоянии, а
склеивающий после промазки клеем края
встречных долек вводит одну руку внутрь модели,
поддерживая ею шов, а другой рукой прижимает
снаружи вдоль шва соседние склеиваемые доли.
Нижние прямоугольные концы образуют гор-
ловинку, которую проклеивают только после
склейки основного баллона. При этом помогающий
ученик осторожно держит модель обеими руками
так, чтобы еще не склеенная горловинка
оказалась надетой на доску, укрепленную одним концом при помощи
струбцинки на столе. Горловинка склеивается двумя полосками
клейкой бумаги, свернутыми в два кольца, одно с внутренней,
другое с наружной стороны горловины (рис. 124).
Верхняя часть модели должна иметь приклеенный снаружи
кружок, вырезанный из папиросной бумаги, так как проклеить
Рис. 122.
Шаблон для
вырезания отдельных
полосок
бумажного шара
монгольфьера.
169

достаточно герметично модель изнутри затруднительно. После
просушки поверх наклеенного кружка из папиросной бумаги
следует наклеить второй несколько большего размера кружок из
тонкого картона, через центр которого продета и приклеена нитка,
образующая петлю для подвешивания
модели.
Процесс склеивания модели можно
облегчить, вводя внутрь модели
круглую колбу на 1 л, насаженную на палку
и прижимая ее к склеиваемым швам
изнутри.
Заканчивая модель, необходимо в гор-
ловинке укрепить перпендикулярно
друг к другу две тонкие проволоки
и в месте их скрещивания сделать
петлю для небольшого тампона ваты
(рис. 124).
Эксперимент нужно проводить на
школьном дворе или спортплощадке. Для
проведения эксперимента модель монгольфьера подвешивается
за нитяную петлю к рейке, положенной строго горизонтально
на стремянку или другую высокую подставку (рис. 125).
Рис. 123. Склеивание
бумажных полосок шара в группы
по три.
Петля для
поддет ива ния модели
Рис. 124. Модель
монгольфьера.
Рис. 125. Запуск модели
монгольфьера. Для запуска
используется положенная на стремянку
рейка, которая после
наполнения монгольфьера теплым
воздухом вырывается по направлению
стрелки.
На проволочное крепление в горловине модели помещается
кусок ваты величиной с грецкий орех. Вата смачивается спиртом.
Размеры ватного тампона надлежит определить в порядке
проведения предварительного эксперимента. Необходимо остановиться
на таком размере тампона, чтобы при горении спирта пламя не
касалось бумаги.
При горении спирта уже через некоторое время в результате
нагревания находящегося в баллоне воздуха модель начинает
170

подниматься. Как только ослабнет нить, за которую была
подвешена модель, можно будет считать, что достигнута подъемная сила,
достаточная для взлета модели, и монгольфьеру необходимо
предоставить возможность подниматься вверх. Для этой цели нужно
вытянуть рейку из петли.
Для того чтобы положение модели в воздухе было достаточно
устойчивым, рекомендуется к горловине модели при помощи
тонкой проволоки подвесить стабилизатор — «гондолу», которой
может быть небольшой камешек. Кроме того, высоту подъема
модели можно ограничить, привязав ее на тонкую нитку и тем
самым предотвратить безвозвратный полет.
Примечание
Так как в эксперименте учащиеся имеют дело с огнем,
то для соблюдения противопожарной предосторожности
эксперимент может проводиться только в присутствии учителя,
Запуск монгольфьера производится только в безветренную
погоду и на площадке, обеспечивающей достаточное
пространство для полета модели. Количество наливаемого спирта
должно быть таким, чтобы обеспечить подъем модели на высоту
в несколько метров и короткий по времени полет.
114+ Наполнение воздушных детских
шаров городским газом
Детский резиновый шарик, склянка с нижним
тубусом (2 л), 2 пробки с просверленными отверстиями,
3 короткие стеклянные трубки, резиновая трубка,
винтовой зажим, газовый шланг, ручная резиновая
груша, накачивающая и откачивающая воздух, шнур.
На нижний конец стеклянной трубки, вставленной в верхнюю
пробку, укрепляется резиновый баллон, помещаемый внутрь
склянки с нижним тубусом (см. также Э — 73). На верхний свободный
конец этой трубки надевается газовый шланг, идущий к
газопроводу (рис. 126).
В боковой нижний тубус склянки вставляется пробка с
короткой стеклянной трубкой, на свободный конец которой надета
резиновая трубка с винтовым зажимом. В эту резиновую трубку
вставляется короткая стеклянная трубка-мундштук.
При отсасывании воздуха из склянки находящийся в ней
резиновый баллон наполняется газом (как и в Э — 73). После наполнения
баллона зажим завинчивается, перекрывается кран газопровода
и с верхней стеклянной трубки снимается газовый шланг. Вместо
шланга на трубку надевается второй детский резиновый шарик,
из которого по возможности удален воздух.
171

Через мундштук в склянку вдувается воздух. Под
давлением вдуваемого воздуха баллон, находящийся в склянке,
сжимается, а находящийся в нем газ переходит в верхний резиновый
шарик, раздувая его. По окончании наполнения шарика зажим
завинчивается, а горловинка шарика прочно перевязывается
шнуром,
а 6
Рис. 126. Наполнение резиновых детских шаров
городским газом при помощи склянки с нижним тубусом:
а — насасывание газа в первый баллон отсасыванием воздуха из
склянки; б — наполнение второго баллона, предназначенного для
эксперимента, из первого баллона накачиванием воздуха в склянку.
Снятый со склянки воздушный шарик медленно всплывает в
воздухе.
Рис. 127. Наполнение резинового баллона газом
при помощи резиновой накачивающей груши.
Примечание
Наполнение газом резиновых баллонов можно провести
и без склянки при помощи резиновой груши-насоса,
помещаемой между баллоном и газопроводом (рис. 127). Резиновая
груша-насос приводится в действие рукой, для чего грушу
достаточно многократно сжать, зажав в ладонь.
172

11S. Подготовка мыльных растворов
1. Из ядрового мыла, сахара и воды
Около 25 п тонко наструганного ядрового мыла разводится в
500 см3 теплой воды. 25 п сахара жарится до светло-коричневого
цвета, после чего растворяется также в 500 см3 воды. Оба раствора
сливаются вместе в отношении 1:1.
2. Из медицинского мыла, сахарной пудры
и воды
В 100 см3 теплой воды растворяется 5 п тонкой стружки
медицинского или туалетного мыла. Поджаренная до темно-коричневого
цвета сахарная пудра, 5 п, растворяется в 100 см3 воды. Оба раствора
сливаются вместе в отношении 1:1.
3. Из ядрового мыла, глицерина и
дистиллированной воды
В 150 см3 теплой воды растворяется 8 п тонкой стружки
ядрового мыла и в полученный раствор добавляется 15 см3 глицерина.
Пр имечания
1. Если первых два мыльных раствора необходимо
употреблять сразу же после изготовления, то раствор с
глицерином можно хранить достаточно долгое время. Если
раствор с глицерином загустеет, то его необходимо
перед употреблением подогреть на водяной ванне.
2. Мыльные растворы могут оказаться непригодными для
выдувания пузырей, если сахар окажется пережженным
или будет взят грязный глицерин или, наконец, если
в раствор попадет краска.
§ 12. ВОЗДУШНЫЕ И ВОДЯНЫЕ НАСОСЫ
116. Воздушные насосы для школ
и их применение
1. Водоструйный насос (рис. 128).
В водоструйном насосе используется всасывающее действие
водяной струи, вытекающей с большой скоростью из узкой дюзы.
При помощи таких насосов можно получить вакуум до 15 торр.
Высасывающее действие многих водоструйных насосов, однако,
при одинаковом напоре воды различно.
Одной из причин изменения высасывающей способности
является отложение солей на выходной дюзе в результате длительного
пользования жесткой водой. При этом уменьшается диаметр дюзы,
а вместе с этим и высасывающая способность. Отложившиеся соли
можно удалить как механической прочисткой, так и при помощи
слабого раствора соляной кислоты.
173

Насос при помощи водяного шланга соединяется с
водопроводным краном. Рекомендуется водяной шланг насаживать не
непосредственно на кран, а на резиновую муфточку, предварительно
насаженную на кран, что облегчит при надобности снятие шланга.
Для устранения разбрызгивания вытекающей из насоса воды и для
уменьшения шума, сопровождающего вытекание, можно сливную
трубку насоса продолжить резиновым шлангом.
При падении давления в водопроводе, как и при прекращении
действия насоса, находящуюся в насосе воду внешнее давление может
забросить в сосуд, из которого происходит эвакуация воздуха.
Поэтому рекомендуется между
. ..,,. водоструйным насосом и сосудом,
Рас. 128. Водоструйные насосы:
а — стеклянный; б — металлический.
И в од сотруй
ному насосу %
Клапан
Рис. 129. Предохранительная
склянка с обратным клапаном
из резиновой пробки.
в котором создается вакуум, поместить предохранительную склянку
или, если возможно, предохранительный клапан. Для этой цели
очень удобна трехгорлая склянка Вульфа с объемом не менее
одного литра. В один из тубусов-горлышек помещается на резиновой
пробке стеклянный кран, открывая который можно либо поднять,
либо понизить в системе давление до атмосферного. Если вместо
обычного крана в этом тубусе укрепить трехходовой кран, то,
соединив его с ртутным манометром, можно производить измерение
давлений в системе.
На второй тубус необходимо укрепить насадку с
предохранительным клапаном, идущую к водоструйному насосу. Такая
насадка может быть изготовлена самими учащимися (рис. 129).
Для этого на конической резиновой пробке, параллельно ее нижнему
основанию, делается надрез, доходящий несколько больше чем до
центра пробки. Надрез должен отстоять на три миллиметра от
нижнего края пробки. Пробка до надреза просверливается под
174

Рис. 130. Школьный ручной насос
с тарелкой.
стеклянную трубку, однако надрезанная часть не должна быть
повреждена. При помощи короткой стеклянной трубки пробка
с надрезом насаживается на второй тубус через замыкающую его
пробку. На пробку с надрезом надевается пробирка с припаянным
боковым штуцером, на который и насаживается вакуумный шланг,
идущий к водоструйному насосу.
В третий тубус, также на резиновой пробке, укрепляется
трубка, идущая к сосуду, из которого выкачивается воздух.
2. Поршневой воздушный насос (рис. 130)х.
Действие насоса, как и его конструкция, не требует описания,
так как такие насосы широко известны. Особенно удобен насос
с масляным уплотнителем, так как уход за ним еще проще,
чем за обычным поршневым
насосом. При помощи такого на*
coca можно получить вакуум до
одного торра, что не удается
получить при помощи насоса без
масляного уплотнителя. Если в
цилиндре насоса поместить
поршень с несколькими
поршневыми прокладками, можно
получить еще более высокий
вакуум.
При откачивании из сосуда
воздуха, содержащего водяные
пары, и особенно при показе закипания воды при пониженном
давлении в цилиндр насоса попадают водяные пары. После таких
экспериментов обязательна очистка прибора. Все его части необходимо
разобрать и обтереть фильтровальной бумагой или не дающей
волокон ветошью. После обсушивания поршня и цилиндра следует
насос слегка смазать маслом, а еще лучше тавотом или
специальной смазкой Ремзи, которой обычно покрывают изделия из латуни
и стали. Применение этой смазки особенно удобно перед
длительным хранением, так как она не высыхает. Давление паров жира и
масла столь незначительно, что практически не влияет на вакуум.
Подобную смазку можно приготовить по следующему рецепту:
чистый парафин и вазелиновое масло, смешанные в разогретом
состоянии ( в отношении 1 : 1.— А. Л.). Смазка должна наноситься
достаточно тонким слоем. Целесообразнее смазать только цилиндр,
так как в этом случае при перемещении поршня смазка
распределится равномерно.
Чтобы избежать излишнего напряжения мышц при откачке
при помощи поршневых насосов, необходимо производить откачку
вначале медленно, так как по мере уменьшения плотности воздуха
уменьшится и его сопротивление.
1 В практике советской школы широко распространен воздушный насос,
известный под названием насоса Щинца. Работа с ним не отличается от работы
с насосом, описанным авторами руководства. — А. Л.
175

3. Ротационные насосы (рис. 131)
При помощи ротационных насосов можно достичь вакуума до
1 • 10""3 торра. Такой насос обеспечивает все эксперименты,
проводимые в старших классах. При работе с подобным насосом
необходимо помнить, что он очень чувствителен к водяным парам.
Водяные пары легко попадают в масло и поэтому в разреженном
пространстве могут значительно уменьшить вакуум. Такие насосы
необходимо защищать от водяных паров, установив
промежуточную ловушку, например с концентрированной серной кислотой
(см. М. 3., § 7, п. 5).
Вся соединительная система между насосом и сосудом должна
быть по возможности короче. При длинных проводниках для
получения высокого вакуума необходимо использовать стеклянные и
металлические трубы,
соединенные короткими
муфтами вакуумного шланга,
помня, что стенки
резиновых трубок обладают
свойством абсорбировать
воздух и тем самым
значительно понизить вакуум.
Внутренний просвет
проводки должен быть не
слишком мал, так как
сопротивление потоку в
трубках определяет скорость
Рис. 131. Масляный насос с электро- откачки. Если в системе
двигателем. проводки установлены
краны, то их просвет должен
быть по возможности широким. В том случае, когда
подключаемые приборы имеют пришлифованные края или соединения,
то последние должны быть хорошо, но тонко смазаны.
Необходимо нанести лишь такое количество смазки, чтобы ее слой по
ширине нигде не превышал трех миллиметров. О качестве смазки
легко судить: если при повороте пришлифованных частей участки
шлифов будут стеклянно прозрачными, то смазка проведена
хорошо. При излишней смазке в местах шлифов будут образовываться
ее прослойки, а значит соединение будет недостаточно плотным.
Несколько общих замечаний.
При пользовании насосом с тарелкой и колоколом необходимо
хорошо смазать торец колокола, однако излишняя смазка
уменьшает герметичность. Снимать колокол можно только после
выравнивания давления воздуха под колоколом с атмосферным. Колокол
необходимо снимать, сдвигая его по тарелке к одной из ее сторон.
Снимая колокол, под которым давление еще пониженно, можно
повредить и тарелку и колокол. При проведении экспериментов
необходимо использовать колокол по возможности наименьшего
габарита, что позволит сэкономить время откачивания воздуха.
176

После проведения эксперимента надлежит разнять колокол и
тарелку и освободить рант колокола от смазки.
Если используются тарелки, имеющие стеклянную накладку,
то в некоторых случаях наблюдается их отставание от
металлического корпуса. В этом случае необходимо осторожно подогреть обе
части до тех пор, пока не размягчится соединяющая замазка, и,
подложив деревянную планку или очень толстый картон, сжать
накладку и металлическое основание при помощи струбцины.
На многих насосах установлены ртутные вакуумметры. Место
присоединения вакуумметров и особенно место присоединения
надевающегося на него небольшого колокола, очень часто является
уязвимым участком, на котором возникает потеря герметичности.
Обычно бывает достаточно уплотнить стык колокола, укрепленного
для защиты вакуумметра, и это устранит потерю герметичности.
В том случае, если вакуумная установка должна действовать
длительное время, места всех соединений следует герметизировать
сургучом (лучше белым) или черной пицеиновой замазкой.
117. Модель поршневого воздушного
насоса
Цилиндрическое ламповое стекло, 2 резиновые
цилиндрические пробки (одна из которых свободно
входит в цилиндр), металлический стержень, с одной
стороны расклепанный (0 4 мм, длина около 300 мм),
пеньковый шпагат (0 около 2 мм), шайба, трехходовой кран.
Описанный ниже воздушный насос задуман в первую очередь
как модель, однако он может быть использован при проведении
простейших опытов, заменяя обычный поршневой насос.
Модель собирается из цилиндрического лампового стекла и
некоторого количества простейших вспомогательных частей.
Одна из пробок, свободно перемещающаяся внутри стекла,
просверливается по центру. В полученное отверстие вводится
металлический стержень так, чтобы пробка оказалась насаженной на
него. Пробку надлежит сместить по стержню до расклепанной его
головки. Поверх пробки со свободного конца стержня насаживается
плотно прижатая к пробке металлическая шайба, поверх которой
надевается на стержень кусок резиновой трубки длиной около
50мм (рис. 132,а). Конец стержня выгибается в виде
крючка-рукоятки.
На пробку, заменяющую поршень, отступив на 3 мм от ее
верхней плоской грани, наносят круговой надрез глубиной до 4 мм.
В этот надрез зажимается конец пенькового шпагата, который плотно
наматывается четыре-пять раз вокруг пробки. Свободный конец
шпагата также зажимается во второй надрез, сделанный в
соответствующем месте. Получается своеобразный сальник, который
необходимо слегка смазать маслом (рис. 132,6).
177

Изготовленный поршень с пеньковым сальником вводится
внутрь цилиндрического лампового стекла, как указано на
рисунке 132,в. Имеющаяся на ламповом стекле ближе к его основанию
перетяжка будет препятствовать выпадению поршня из цилиндра
при его вытягивании.
Другой, открытый конец лампового стекла закрывается плотно
входящей в него просверленной пробкой, в отверстие которой
вставлен трехходовой кран, выполняющий роль клапанов.
Рис. 132. Модель школьного ручного насоса:
а — поршень с рукояткой, б — поршень с прокладкой из нитки; в — общий вид.
Поворотом крана стекло-насос связывается с сосудом, из
которого эвакуируется воздух. При другом повороте крана насос
соединяется с внешней средой.
Примечания
1. Работа с такой моделью насоса будет облегчена, если ею
будут управлять два ученика: один держит насос и
управляет поршнем, другой переключает трехходовой кран.
2. Вместо трехходового крана можно использовать обычный
стеклянный тройник, свободные концы которого
перекрываются по очереди пружинными зажимами, надетыми
на резиновые трубки. Пружинные зажимы в свою
очередь можно заменить двумя обычными стеклянными
кранами.
118. Модель водяного насоса.
Всасывающе-нагнетающая колодезная
помпа
Цилиндрическое ламповое стекло; поршень из
резиновой пробки, насаженной на металлический стержень;
U-образно изогнутая стеклянная трубка, прямая
стеклянная трубка, 2 цилиндрические резиновые пробки.
178

u
и англ клапана [=
1
Для изготовления модели колодезной помпы используется
так же, как и для модели воздушного насоса, цилиндрическое
ламповое стекло. Поршнем помпы служит легко входящая в
цилиндр резиновая пробка, в которой и делается простейший клапан
(рис. 133,а, б). Для изготовления клапана необходимо при помощи
бритвы надрезать пробку до металлического стержня со стороны,
обращенной к его рукоятке. Надрез необходимо произвести
параллельно верхнему краю пробки, на расстоянии в 3 мм от него.
Вставив в надрез тонкую дощечку, пробку просверливают до надреза.
Просверленное отверстие является каналом клапана. Тонкая
надрезанная часть пробки служит
самим клапаном. Чтобы при
движении поршня предохранить
клапан от трения о стеклянный
цилиндр, а тем самым избежать
насильственного закрытия
клапана, его края следует срезать
(рис. 133,а). Пробка поршня
укрепляется на стержне при
помощи металлической шайбы,
удерживаемой куском резиновой
трубки, надетой на стержень (так
же, как это сделано в Э — 117,
рис. 132,а), край резиновой
трубки со стороны клапана срезается
под углом. Целесообразно также
при помощи напильника слегка
опилить верхний край пробки
поршня.
Поршень вводится в
цилиндрическое ламповое стекло
рукояткой, направленной
противоположно тому, как это было
указано на модели воздушного
насоса (рис. 133,6).
В качестве нижнего клапана
используется цилиндрическая, плотно входящая в нижнюю часть
цилиндра пробка с клапаном, подобным клапану поршня, с той
разницей, что в просверленное отверстие в пробке вставляется
стеклянная трубочка, действующая как водоприемник и
опускаемая в откачиваемую жидкость. Края откидного клапана
обрезаются так же, как и у клапана в поршне.
Верхнее отверстие модели закрывается резиновой пробкой,
имеющей два отверстия: одно широкое для стержня поршня, другое—
для U-образно изогнутой сливной трубки. Ширина отверстия
под стержень поршня должна быть такой, чтобы поршень
перемещался, не испытывая со стороны цилиндра сопротивления.
Рис. 133.
насоса -
Модель всасывающего
- колодезной помпы.
• деталь поршня с клапаном;
б — общий вид.
179

119. Зависимость между понижением
давления в сосуде, из которого
откачивается воздух, и временем
откачивания
Ротационный насос с двигателем или водоструйный
насос, большая бутыль (4 л), резиновая пробка с двумя
отверстиями, прямоугольно изогнутая стеклянная
трубка (0 3 мм), на которую насаживается вакуумный
шланг, U-образно изогнутая манометрическая трубка
( 0 3 мм, длина одного из колен 900 мм, а другого на
высоту бутыли меньше), ртуть, ванночка для ртути,
небольшая чашечка для ртути, вакуумный шланг,
линейка с миллиметровыми делениями, штатив, тонкий
шнур.
Подготовка эксперимента
Большая бутыль затыкается резиновой пробкой с двумя
отверстиями. В одно \\ъ отверстий помещается прямоугольно
изогнутая стеклянная трубка, через
которую бутыль соединяется с т0РР \
насосом. В другое отверстие
пробки помещается короткий
конец U-образно изогнутой мано- w.
200
wo \
о
О 20 47 60
100 120 140 160 сем
Рис. 135. Диаграмма «Давление —
время» при откачивании воздуха
из сосуда.
Рис. 134. Открытый манометр для
измерения зависимости давления от
времени откачивания воздуха.
метрической трубки. Длинный конец U-образной трубки
погружается в ртуть, налитую в небольшую чашечку. Параллельно
длинному колену манометрической трубки вплотную к ней
устанавливается линейка с миллиметровыми делениями. Нижний
конец манометрической трубки слегка выгибается (рис. 134).
Эксперимент
Ротационный насос приводится в действие. Устанавливается
определенное число оборотов двигателя, приводящего насос в
действие.
180

Через каждые 10 секунд определяется высота уровня ртути в
манометрической трубке.
Давление в бутыли, из которой удаляется воздух, равно
разности атмосферного давления рг и давления по манометру р2. Обе
величины определяются в торрах.
Примерно через 130 секунд после начала откачивания
достигается максимум вакуума. В условиях данной установки
большего вакуума достичь не удается. Этот предел в значительной мере
определяется плохой герметичностью установки.
В приведенной таблице и на составленном по ней графике
приводятся данные, полученные на основании одного из экспериментов.
Давление атмосферного воздуха рг = 760 торр (рис. 135).
Время от начала
откачивания
/
сек
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
ПО
120
130
140
150
160
Давление по
манометру
Р2
торр
378
507
599
648
686
709
724
738
743
747
750
752
754
754
754
754
Давление в
бутыли
Р = Pi — Рг
торр
382
253
161
112
74
51
36
22
17
13
10
8
6
6
6
6
Примечания
1. Вместо ротационного насоса для этого эксперимента может
быть использован водоструйный насос. При этом
рекомендуется между насосом и бутылью поместить
предохранительный сосуд с клапаном, чтобы избежать
возможного попадания воды в бутыль, из которой выкачивается
воздух.
2. Если эксперимент проводится с поршневым насосом, то
целесообразно исследовать зависимость давления не от
времени откачки, а от числа качаний поршня.

ГЛАВА III
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ
И ГАЗОВ
§ 13. МЕТОДИЧЕСКАЯ ЗАПИСКА
1. Ничего нет удивительного в том, что в руководстве по
эксперименту, предназначенному помочь в преподавании физики, м о-
лекулярным свойствам жидкостей и газов
и связанным с ними явлениям отведено не равное место по
сравнению с молекулярными свойствами твердых тел. Это отражает
в какой-то мере то значение, которое занимает эта область в
экспериментальных исследованиях. В школьном преподавании при
изучении механики твердых тел вопрос о молекулярной структуре
не нашел пока себе широкой экспериментальной дороги. Пожалуй,
что только проявление сцепления и склеивания и во всяком
случае явления упругости еще дают какой-то повод к этому. Однако в
большей мере описание молекулярных свойств твердых тел по-
прежнему падает на живую речь учителя,
Большая подвижность молекул в жидкостях и газах по
сравнению с подвижностью их в твердых телах способствует проведению
многочисленных экспериментов, которые достаточно убедительно
подтверждают как делимость вещества, так и самый
факт наличия молекул.
Во всяком случае следует указать, что и здесь и в последующем,
когда идет разговор о молекулах, имеется в виду понятие
молекулы в физическом смысле. Под этим
подразумевается наименьшая частица вещества, способная к
самостоятельному существованию, не требующая для своего выделения
химического воздействия. На основе физического понятия молекулы
рассматриваются и атомы, и ионы, а также молекулярные
комплексы.
Одной из важнейших демонстраций в этой области является
демонстрация броуновского движения. Для понимания
182

строения вещественной материи1 этот эксперимент имеет столь
решающее значение, что каждый учитель должен считать
обязательным для себя предоставить возможность ученикам провести
это наблюдение. Отдельные школы лишь в редких случаях имеют
необходимое оборудование для одновременного показа всему
классу соответствующих объектов при помощи микропроектора.
В большинстве случаев приходится проводить наблюдения,
отнимающие значительное время, пользуясь микроскопом, который
последовательно передается от ученика к ученику. Несмотря на
связанные с этим потери времени, нужно помнить о большом
познавательном значении такого наблюдения. В руководстве приводятся
два эксперимента (Э—121 и Э—122), в которых указана возможность
подобных наблюдений. Если школа обладает несколькими
микроскопами, например для биологических целей, то можно сэкономить
время, проводя одновременно наблюдение на всех имеющихся в
школе микроскопах, взяв их для этой цели на урок физики.
Столь же фундаментальное значение, как и наблюдение за
броуновским движением, имеет приближенное экспериментальное
определение диаметра молекул. Для этой цели
проводятся эксперименты с масляной пленкой (Э — 120). В таком
эксперименте представляется возможность с простейшими
вспомогательными средствами определить порядок величин, характеризующих
толщину масляной пленки и тем самым приоткрыть перед взором
учащихся порядок величин в микрокосмосе. Показ того, как
капля масла растекается по поверхности воды в виде очень тонкой
пленки— масляного пятна с очень большим диаметром, во всяком
случае методически целесообразнее для формирования
правильного представления о молекуле, чем чисто умозрительное деление
вещества и рассуждения о его делимости, да еще до отдельных
молекул.
Воздействие упомянутой демонстрации особенно велико, так
как она связана с явлениями, знакомыми ученикам. Чисто
умозрительное представление о возможности подобного деления
вещества представляет слишком высокие требования к
абстрактному мышлению учащихся и, естественно, не может быть столь
убедительно.
Влияние скорости движения молекул в отдельных жидкостях
на вязкость как величину, которая в значительной мере зависит
от молекулярных сил, может быть лишь в какой-то мере освещено
в процессе преподавания физики. Следует ограничиться
качественным сравнением вязкости нескольких жидкостей и определить
вязкость по шкале Энглера. В руководстве приводится также
эксперимент (Э—124), позволяющий измерить вязкость в абсолют-
1 Введением термина «вещественная материя» (stoffliche Materie) авторы
руководства дают четкое определение двух основных форм существования
материи, не отделимых друг от друга: вещественная часть и поле, что нельзя не
приветствовать. — Л. J7.
183

ных единицах вязкости (пуазах), так как подобный эксперимент
легко ввести в школьное преподавание.
2. Большое значение в науке и технике имеет область
проявления поверхностного натяжения и
капиллярности и связанные с ними процессы. Достаточное число
экспериментов, относящихся к этому кругу явлений, приведено
в § 15. Многие из них направлены на то, чтобы создать у
учащихся правильное представление о тангенциальных силах,
вызывающих поверхностное натяжение и сокращающих до возможного
минимума поверхность жидкости. Естественно, не следует упускать
возможностей в старших классах указать на то, что причиной
явления поверхностного натяжения являются силы,
нормальные к поверхности, которые возникают как результат
взаимодействия между молекулами, находящимися на поверхности
жидкости, с молекулами внутри нее.
Исследование явлений поверхностного
натяжения дает повод к целому ряду количественных экспериментов.
В самой природе изучаемых явлений заложен тот факт, что
большинство экспериментов из этой области относятся не к классным
демонстрациям, а к лабораторным и самостоятельным работам
учащихся и, в частности, к работам в кружках. Нет никакой надобности
предъявлять слишком повышенные требования к результатам
проводимых экспериментов, особенно учитывая тот факт, что приборы, на
которых в этом случае работают учащиеся, самодельные, а самим
экспериментаторам-ученикам не хватает опыта. В противном
случае завышение требований легко может обескуражить их,
вместо того чтобы при удачном эксперименте вызвать чувство
удовлетворенности и повысить интерес к физике. Впрочем,
это относится не только к упражнениям с поверхностным
натяжением и близким к ним экспериментам, но и вообще к любым
ученическим упражнениям, предлагаемым в качестве самостоятельных
работ.
В прямой зависимости с поверхностным натяжением находится
явление капиллярности, к изучению которого и направлен
ряд экспериментов (Э—150—Э—155).
Если в преподавании, связанном учебным планом, не
представляется возможным вывести с достаточной точностью количественные
законы капиллярности, то совершенно необходимо провести хотя бы
качественные демонстрации и тем самым подвести учащихся к
пониманию явления. При всем этом нельзя упустить случая указать
учащимся на огромное значение капиллярности во многих
явлениях живой и неживой природы и в технике. Здесь должны быть
упомянуты следующие случаи: поднятие соков в растениях до
самой вершины, растекание и движение крови в теле человека и
животных по всем частям организма, до самых тончайших
капиллярных сосудов; увлажнение грунтовыми водами почв за счет поднятия
воды по порам между частицами грунта, тесно увязывая
рассмотрение этого явления с указанием на его значение для почвоведения
184

и сельского хозяйства. Следует указать на значение капиллярности
в строительном деле при рассмотрении вопроса о гидроизоляции
стен сооружений и жилых домов, на далеко не последнее значение
явлений капиллярности в технике, например поднятие жидкости
фитилями всех видов, устройство сосущих дюз, фильтрующих слоев
водоочистных сооружений и пр. Следует указать на применение
в технике явления поверхностного натяжения, например в
рудной технике — флотация руды, используя эксперимент на
соответствующей модели (Э—139). Наконец, следует подчеркнуть
значение явления поверхностного натяжения, подведя физическую
основу под один из бытовых процессов — процесс стирки белья.
В § 15 настоящего руководства дан целый ряд экспериментов с
мыльными пузырями (Э—141—Э—149). Понятно, что необходимо
предоставить возможность самому преподавателю физики решить
вопрос, будет ли он вообще рассматривать явления, которые
представлены указанными экспериментами, а если будет, то какие из
них он выберет. Но хотелось бы подчеркнуть, что все они всегда
вызывают большой интерес у учащихся. Кто из детей с
удовольствием не играет с мыльными пузырями? И как поучительно для
взрослых учащихся, когда для них в этой игре приоткрывается
завеса на интереснейшие закономерности природы! Кое у кого из
учащихся именно из этих наблюдений появится совершенно новый
взгляд на физику, к которой они, возможно, до этого относились
более чем безразлично.
В связи с этим особый интерес представляет Э—148. Этот
эксперимент можно рассматривать прежде всего как некий физический
парадокс, так как в нем больший из двух взаимосвязанных
мыльных пузырей становится еще больше за счет меньшего пузыря.
Несведущий в физике человек увидит в этом своеобразное
противоречие, так как при соединении двух одинаковых резиновых
пузырей разного диаметра происходит выравнивание давлений и
больший шар сокращается в то время, когда меньший раздувается
до такого размера, что поперечники шаров наконец становятся
одинаковыми. Однако это противоречие между рассуждением и
экспериментом легко устранить. Из эксперимента (Э—147)
учащиеся знают, что в мыльных пузырях давление заключенного в них
газа обратно пропорционально их радиусам. Поэтому в мыльном
пузыре с меньшим радиусом давление больше, чем в пузыре с
большим радиусом, а это значит, что выравнивание давлений
пойдет от меньшего пузыря к большему и в этом же направлении
установится течение находящегося в них газа. В результате и
произойдет наблюдаемое увеличение поперечника большего пузыря.
В связи с этим перед учащимися выступает новое свойство —
поверхностное натяжение не является упругой силой. В двух взаи-
мо связанных внутренними полостями резиновых шарах процесс
выравнивания давлений пойдет как раз в противоположном
направлении. Поверхности жидкости нельзя представлять себе
подобными упругим пленкам.
185

3. Процесс растворения в общем виде знаком
учащимся и на первый взгляд не является сложной физической
проблемой. Несмотря на это, он не может быть оставлен без
внимания.Наоборот, в противоположность распространенному взгляду необходимо
обратить на него внимание учащихся. Можно указать лишь немного
столь убедительных примеров делимости веществ, как процесс
растворения твердых тел в воде или в другой жидкости. В младших
классах растворимость веществ можно взять за исходный пункт
для подтверждения молекулярного строения тел. Не явится
сложным абстрактным заключением и то, что при растворении твердого
тела в жидкости, как и при смешивании двух жидкостей, имеет
место взаимоперемешивание молекул обоих тел. В младших классах
можно опустить рассмотрение вопроса о распадении молекул
солей, кислот и щелочей на ионы при растворении их в воде.
Справедливость вывода, исходя из высказанного выше взгляда на понятие
молекулы, таким определением не будет нарушена. Само собой
понятно, что в старших классах при изучении процесса диссоциации
должно быть дано дальнейшее, углубленное понятие
растворимости. При этом знание учащихся будет пополнено изучением
и того факта, что при смешивании двух жидкостей совсем не
обязательно ожидать, что их общий объем будет равен сумме объемов,
взятых до смешивания. Совершенно очевидный пример подобного
явления рассматривается в отдельном эксперименте (Э—160). И это
дает повод показать учащимся, что средняя величина
межмолекулярных пространств в различных жидкостях неодинакова и что
при смешивании разнородных в этом отношении жидкостей может
произойти заполнение этих пространств в одной жидкости
молекулами другой и связанное с этим уплотнение жидкости.
В тесной связи с процессом растворения и соответственно
смешивания стоят процессы адсорбции и абсорбции.
И хотя оба процесса непосредственно не включены в учебную
программу, их нельзя обойти молчанием, учитывая большое значение
в технике. Необходимо дать учащимся хотя бы самое беглое
представление об этих явлениях. Если не представится возможным
сделать это в процессе преподавания физики или не будет для этого
найдено время, то в этом случае должно помочь преподавание
химии, тем более что техническое использование этих процессов
имеет место по преимуществу в химической технологии, хотя сами
процессы адсорбции и абсорбции являются чисто физическими
явлениями.
Во всяком случае необходимо четко разграничить явления
адсорбции и абсорбции, что, к сожалению, не всегда делается.
При адсорбции имеют место уплотнения молекул
одного вещества на поверхности другого,
всегда имеющего иное агрегатное состояние. Иными словами,
при этом происходит увеличение концентрации одного вещества
в непосредственной близости от другого. Таким свойством
обладают определенные твердые вещества, адсорбирующие на себе
186

некоторые компоненты растворов и газов (Э—162—Э—166). При
адсорбции не имеет место взаимопроникновение веществ друг в друга,
тогда как при абсорбции имеет место
перемешивание молекул двух веществ (Э—167 и Э—168).
Большей частью абсорбируемыми веществами являются газы, а
абсорбирующими — жидкости или твердые тела. При сопоставлении этих
процессов становится очевидным, что адсорбция есть как бы
предварительная ступень абсорбции. И методически правильно, чтобы
изучение адсорбции предшествовало изучению абсорбции.
Рассмотрение обоих процессов дает широкие возможности указать
на примерах из техники их применение и в первую очередь
показать явления абсорбции при катализации.
4. В последних параграфах этой главы рассматриваются
явления диффузии и осмоса. Этот материал относится в первую
очередь к старшим классам. Однако эксперименты из этой области
могут быть даны уже в первой ступени курса, если в ней учителя
найдут необходимым рассмотреть молекулярное строение вещества
несколько шире, чем это предусмотрено учебным планом. Для этой
цели можно указать на следующие эксперименты: Э—169, Э—174,
Э—177 и Э—180. Необходимо отметить широкое значение диффузии
жидкостей и газов для ряда процессов в живых организмах,
например, для дыхания, обмена веществ, поступления питательных
веществ в кровь, а также на техническое применение, например,
диффузоры на заводах по производству сахара из сахарной
свеклы, устройство указателя погоды по изменению концентрации
водяных паров и многое другое.
В старших классах можно упомянуть о том, как с течением
времени изменялось представление об осмосе. Если еще совсем
недавно процесс осмоса представлялся как процесс выравнивания
концентраций двух растворов через пористую перегородку, то
теперь осмос определяется как проникновение молекул через
полупроницаемые перегородки с избирательной проницаемостью.
С этой точки зрения особенно убедительны эксперименты Э—171 —
Э—173.
§ 14. МОЛЕКУЛЯРНОЕ СТРОЕНИЕ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ.
ПОДВИЖНОСТЬ МОЛЕКУЛ
120. Определение порядка величины диаметра
молекул масла
Несколько граммов жидкого масла, платиновая
проволока, бунзеновская горелка или спиртовка, точные
весы с грузиками-насадками (крутильные), небольшое
часовое стекло, ликоподий или пробковая мука, кювета
или плоский сосуд (400 мм X 400 мм)
В этом эксперименте необходимо исходить из представления о
том, что растекающееся по поверхности воды масляное пятно при
187

неограниченной возможности растекания капли масла образует
слой, толщина которого близка к величине диаметра молекул, т. е.
молекулы в нем располагаются в один слой. Для определения
толщины слоя необходимо в этом случае знать объем капли и
величину поверхности, занятую при ее растекании.
Предварительный расчет
и предварительные операции
Объем капли масла определяется из расчета ее массы и
плотности. Масса капли определяется на крутильных весах.
Небольшое количество масла, налитого на часовое стекло, тарируется на
весах. Платиновая проволочка многократно погружается на
глубину около 2 мм в масло и каждый раз при ее извлечении
оставшаяся на ней капелька масла полностью сжигается пламенем
горелки. Глубину погружения проволоки необходимо по возможности
выдерживать одинаковой, чтобы обеспечить одинаковый размер
капель.
Таким способом извлекается из масла определенное число
капель и устанавливается соответствующее уменьшение массы
взятого масла.
Пусть масса всех капель, извлекаемых при помощи проволоки,
равная уменьшению массы налитого на часовое стекло масла, —Am.
Число капель — п. Отсюда определяется масса одной капли:
Объем капли определяется по ее массе и плотности масла:
г, т dm
~~ У ~~ ~щ '
Плотность масла может быть найдена по методу, указанному в
1-Э—28 и 1-Э—29, или взята из таблиц, при этом необходимо
учитывать температуру.
Кювету, используемую для настоящего эксперимента,
необходимо особенно тщательно промыть, для чего ее вначале
ополаскивают слабым раствором соляной кислоты, затем натриевой щелочью,
протирают тряпкой, пропитанной спиртом, после чего
ополаскивают дистиллированной водой.
Эксперимент
Тщательно вымытая кювета наполовину заполняется
дистиллированной водой, поверхность которой припудривается
ликоподием или пробковой мукой.
Платиновая проволока, как и при определении массы капли,
погружается в масло, и повисшая на ней капля масла наносится
188

на поверхность воды, для чего проволоку с каплей масла
необходимо погрузить в воду, налитую в кювету.
Капля масла тотчас же растечется во все стороны и достаточно
равномерно раздвинет на поверхности воды ликоподий.Как правило,
возникает круглое масляное пятно. Измерив диаметр пятна, можно
определить его площадь. Если масляное пятно по форме
отклоняется от круга, необходимо измерить несколько его поперечников
и определить среднее значение. Частное отделения объема капли —
V на величину поверхности пятна S дает толщину слоя масла h.
Прим ер
Плотность масла
Число извлеченных капель
Масса извлеченного масла
Диаметр масляного пятна
Объем капли
р = 0,90 г/см3
п= 100
Д/?7 = 2,2 мг
d = 27 см
у = А™ =2,44-
ПО
Ю-5 см
Площадь масляного пятна 5 = ^- = 5,7 • 102 см2
Толщина слоя или, что то же самое, поперечник молекулы масла
, 2,44 • Ю-5 см3 л о 1А_о
А = с-у 1Л2—г ~ 4,3 • 10 8 см.
5,7 • 102 см2
Пр имечания
1. Полученное значение не дает точного значения
диаметра молекулы масла, а лишь указывает на порядок
величины этого диаметра. При достижении
мономолекулярного предела масляное пятно разрывается.
2. Эксперимент можно сделать доступным большому числу
наблюдающих, спроектировав его на экран.
3. Для проведения эксперимента могут быть использованы
любые жидкие масла (оливковое, сурепное), керосин.
4. Проведение качественного эксперимента может быть дано
и в младших классах для уяснения понятия о
делимости вещества до предела, приближающегося к
одиночным молекулам (см. М. 3., § 13, п. 1).
121. Броуновское движение в воде
Микроскоп (с увеличением 500 х), предметное стекло,
покровное стекло (толщиной 0,18 мм), акварельные
краски, кисточка, стеклянная палочка,
фильтровальная бумага, китайская тушь, порошкообразный рутил.
На предметное стекло при помощи стеклянной палочки
наносится капля воды. Небольшое количество туши кисточкой вводится
в воду, но в таком незначительном количестве, чтобы вода едва
окрасилась. Поверх капли накладывается покровное стекло. На-
189

клоном предметного стекла удаляются к краю покровного стекла
возможно возникшие пузырьки воздуха. Под покровным стеклом
должно находиться лишь такое количество воды, чтобы при любом
наклоне предметного стекла покровное стекло оставалось бы
на месте. Излишняя вода удаляется при помощи полоски
фильтровальной бумаги, подносимой к краю покровного стекла.
Эксперимент будет тем удачнее, чем тоньше слой воды между стеклами.
Готовый препарат помещается на столике микроскопа. При
приближении объектива к препарату сначала видны лишь крупные
частицы туши. Это частицы, прилипшие к покровному стеклу;
они не проявляют броуновского движения. Вблизи этих частиц,
примерно на расстоянии до 60 [х, наряду с крупными частицами
видны более мелкие, вот эти-то частицы и находятся в непрерывном
и быстром движении, получая различные импульсы от частиц воды.
Примечания
1. Для рассмотрения броуновского движения нужно считать
наиболее удачным увеличение микроскопа 500X. При
малом увеличении не будут видны слишком малые
амплитуды движения, а при большем увеличении мало освещение
объекта.
2. Для подкраски капли воды можно взять все цвета акварели,
однако лучше всего взять или черный, или белый
пигмент, но еще более целесообразно использовать китайскую
тушь или порошкообразный рутил (титандиоксид).
122. Броуновское движение в воздухе
Микроскоп (с увеличением 30 х), самодельная
наблюдательная камера из стекла и дерева, источник света,
дающий сильный сходящийся поток, 2 резиновые трубки,
2 зажима.
Для изготовления камеры необходимы: тонкий
прессшпан или фанера (180 мм X 30 мм), 3 покровных стекла,
2 короткие стеклянные трубки (0 5 мм), тонкие
проволочные гвозди, клей.
Подготовка эксперимента
Из фанеры или прессшпана изготавливается наблюдательная
камера с ребром около 20 мм (рис. 136). Две боковые стенки и
донышко имеют четырехугольную форму (боковые стенки со
стороной по 20 мм, донышко по 35 мм). В боковых стенках проделы-
ваются круглые отверстия, по одному с каждой стороны, в которых
укрепляются и вклеиваются короткие стеклянные трубки (0 5 мм).
Две другие стенки, также четырехугольные, делаются из двойной
фанеры, и в каждой из них выпиливается круглое окно (0 18 мм),
так же изготавливается и крышка камеры. Камера собирается и
190

А
Ifi:
L_.-llLJj.-_ J
L Idi
Ш
Рис. 136. Камера для наблюдения
броуновского движения в табачном дыму:
а — вид со стороны дымовых трубок; б — вид
сверху; в — вид сбоку — со стороны стеклянных
тщательно склеивается, а стенки сколачиваются проволочными
гвоздями, вбиваемыми через тонкую стенку в более массивную.
После того как камера склеена, на стенки с большими окнами и
на крышку наклеиваются по- п 6
кровные стекла (со стороной
в 22 мм).
Эксперимент
Наблюдательная камер а
помещается на столик
микроскопа, тубус которого должен
быть поднят по возможности
выше. Пространство между
тубусом микроскопа и
стеклом камеры должно быть
таким, чтобы возможно было
использовать объектив с
небольшим увеличением
(примерно до 30 х). Рядом с
микроскопом ставится источник
света — проектор, дающий
сходящийся пучок света.
Пучок света направляется так,
чтобы он проходил через оба окна камеры и сходился в средней
точке полости камеры (рис. 137).
Через боковые стеклянные трубки, на которые предварительно
надеваются резиновые трубки,
в камеру вдувается папиросный
дым или аммиачный туман,
после чего резиновые трубки
перекрываются зажимами.
Перед наблюдением необходимо
некоторое время выждать, пока
не успокоится турбулентное
движение частиц, возникшее в
процессе вдувания. Наблюдение
необходимо вести в участке
схождения светового луча.
Под действием удара частиц
воздуха частицы дыма приходят
в беспорядочное броуновское
движение, которое и
рассматривается в микроскоп.
ТГ
Рис. 137. Установка для наблюдения
броуновского движения в проходящем
свете. Пунктирной линией указаны
краевые лучи светового потока.
Примечание
Приведенные размеры камеры указаны ориентировочно.
До изготовления камеры необходимо установить размеры
пространства между тубусом микроскопа и столиком., ко-
191

торое и определит высоту камеры. При этом нужно указать, что
необходим некоторый дополнительный зазор для того, чтобы
можно было приподнимать или опускать тубус микроскопа,
обеспечивая тем самым необходимую высоту лучшего видения частиц.
Меняя положение источника света, можно также менять место
схождения светового потока внутри камеры, поднимая его
достаточно близко к крышке камеры, что и обеспечит условие
лучшего видения частиц.
123. Предварительные опыты сравнения
вязкости жидкостей
Несколько пробирок, деревянная планка с
отверстиями (200 мм х 40 мм X 5 мм, с отверстиями по
размеру пробирок), деревянная планка без отверстий
(того же размера), шарики из велосипедных
подшипников по числу пробирок (одинакового диаметра),
различные масла, резиновые пробирки и шнур.
Условия проведения эксперимента должны обеспечить
одновременное сбрасывание в жидкости различной вязкости, помещенные
в одинаковые сосуды, стальных
шариков одинакового размера и одинаковой
массы. Сопоставление времени
погружения шариков позволяет сопоставить
вязкость исследуемых жидкостей.
Для проведения эксперимента
одинаковые пробирки заполняются
различными маслами, а одна из пробирок
заполняется водой. В каждую пробирку
опускается по одному шарику из
велосипедного подшипника. Пробирки
закрываются резиновыми пробками, при
этом необходимо пробки погрузить на
одинаковую глубину, тем самым
обеспечить равную высоту столбиков масла
и воды во всех пробирках. Под
пробками не должно быть воздуха.
Пробирки вставляются в отверстия
деревянной планки так, чтобы их рант
опирался на планку. Чтобы пробирки
не могли выпасть из планки при их
переворачивании, на пробки пробирок
накладывается вторая планка без отверстий, и планки связываются
шнуром (рис. 138).
В начале эксперимента пробирки необходимо держать за планки
пробками вверх и строго отвесно. Поворотом планки вокруг ее
продольной оси пробирки одновременно опрокидываются.
Рис. 138. Обойма с
пробирками:
а—начальное положение;
б—перевернутое, для сравнения
вязкости жидкостей по времени
падения стальных шариков.
192

Время погружения шариков зависит от вязкости различных
масел и тем меньше, чем меньше вязкость жидкости при данной
температуре.
124. Измерение вязкости жидкости в пуазах
при помощи простейшего вискозиметра
Стеклянная трубка (0 40 мм, длина 750 мм),
стеклянный шарик (0 около 2 мм), глицерин или жидкие
масла как исследуемые жидкости, секундомер,
микрометр, термометр, штатив.
Широкая стеклянная трубка укрепляется отвесно в штативе и
заполняется исследуемой жидкостью (рис. 139). На трубку
наклеиваются на некотором расстоянии друг от
друга две бумажные полоски, причем
верхняя полоска наклеивается не менее чем на
100 мм вниз от уровня жидкости в трубке.
Расстояние между полосками соответствует
отрезку пути s погружения шарика. Чем этот
отрезок ниже расположен в трубке, тем
больше гарантии в том, что скорость погружения
шарика в жидкости будет достаточно
постоянной, а это и обеспечит большую
точность эксперимента. Время t, за которое
шарик будет погружаться между метками,
замеряется по секундомеру и служит для
определения скорости. Погружаемый шарик
должен быть предварительно многократно
замерен микрометром, и для расчета необходимо
взять среднее значение его диаметра. Для
полноты измерений необходимо также
определить температуру жидкости.
Расчет
г-г , ч Рис. 139. Установка
Падающий в жидкости (с плотностью ра) для ИЗМерения вязко-
шарик испытывает силу трения F2f пропор- Сти жидкости,
циональную скорости падения v и радиусу
шарика R. Плотность самого шарика должна быть заранее
определена рг.
Из закона Стокса следует, что
F = Gt^vR,
где т] — коэффициент внутреннего трения в жидкости и является
показателем ее вязкости. За единицу вязкости в абсолютной
системе единиц CGS принимается пуаз (г смГх сек"1.— А. Л.).
Сила F, под действием которой погружается шарик, равна
разности между его весом Р и выталкивающей силой жидкости
ЛЩ
193

FBUT. Под действием силы F шарик получает постепенно убывающее
ускорение до тех пор, пока сила Р не станет равна силе трения Fr,
В этот момент окажется, что сумма действующих на шарик сил
равна нулю, а это значит, что дальнейшее движение шарика станет
равномерным с постоянной скоростью.
При этом можно привести математический расчет,
выдержанный в системе абсолютных единиц.
Вес тела определяется из формулы:
Выталкивающая сила, действующая на шарик:
Fbht = J ^8p2g-
В этих формулах рх — плотность шарика, р2 — плотность
исследуемой жидкости, g — ускорение силы тяжести.
Таким образом сила, вызывающая погружение шарика,
определится уравнением:
F = ~TzRz(p1 — p2)g.
Но силы, вызывающие погружение шарика F, при постоянной
скорости погружения равны силе трения Fr.
Исходя из закона Стокса, из приведенных равенств следует
Чв|-^(Рх— 92)§ (пуаз).
Примечание
Внутреннее трение жидкости в значительной степени
зависит от температуры. Это влияние температуры можно
установить многократным проведением эксперимента с одной
и той же жидкостью, взятой при разных температурах. В этом
случае может быть проведен эксперимент, демонстрирующий
зависимость времени погружения шарика от температуры.
Измерение температуры жидкости целесообразно проводить
тотчас же после каждого из наблюдений, сливая жидкость
в химический стакан (если не представляется возможным
погрузить термометр прямо в трубку.— А. Л.).
Имея в виду значение температурной зависимости вязкости
смазочных материалов в технике, целесообразно провести
подобный эксперимент в порядке лабораторной или
самостоятельной работы учащихся для различных масел.
125. Определение вязкости жидких масел
Цилиндрическая делительная воронка с краном,
мензурка, штатив, парафиновое масло и другие жидкие
масла, секундомер.
194

Вязкость жидкости может быть определена и по измерению
времени истечения определенного количества жидкости.
Для этой цели делительная воронка укрепляется вертикально
в штативе над мензуркой. Воронка при закрытом кране наполняется
водой при температуре 20°С (рис. 140). Открыв кран, дают вытечь
200 см3 воды, измеряя время ее истечения по секундомеру.
После тщательной просушки воронки ее заполняют
исследуемым жидким маслом и повторяют эксперимент.
Отношение скорости истечения масла к скорости истечения воды
дает величину вязкости в градусах Энглера.
Примечания
1. Этот метод определения вязкости жидкостей предложен
химиком Карлом Энглером (1842—1925); он дает условную
единицу вязкости —
«удельную вязкость»,
т. е. вязкость,
отнесенную к вязкости
воды1. Если масло
имеет вязкость в 7°
Энглера, то это
означает, что время
истечения масла при
его температуре в
семь раз больше
времени истечения того
же количества воды
при температуре 20°С.
2. Смотри также
примечание к Э—124 и
М. 3., § 13, п. 1.
126. Определение
вязкости
глицерина
Рис. 140.
Делительная воронка
для определения
вязкости жидких
масел.
Рис. 141. Бюретка для
определения вязкости
глицерина.
Бюретка,
химический стакан,
секундомер, термометр, штатив, глицерин.
Определение вязкости глицерина проводится тем же методом
что и определение вязкости жидких масел (Э—125), но вместо
делительной воронки можно воспользоваться бюреткой (рис. 141).
1 Градусы Энглера — это отношение времени истечения из вискозиметра
Энглера 200 смъ испытуемой жидкости при ее температуре ко времени
истечения того же объема воды, взятой при 20° С. — Л. Л.
195

127. Деформация пластичных тел
под действием собственного веса
Парафин, сургуч, вар, стеклянная трубка (0 около
20 мм, длина 500 мм), целлофан (500 мм X 20 мм X
X 0,2 мм), гибкая тонкая проволока, 2 жестяные
коробки, одна из которых наполняется песком, 2 деревянные
или металлические трехгранные призмы, бунзеновская
горелка или спиртовка, штатив.
Подготовка исследуемого тела
В качестве- исследуемого тела берутся брусочки длиною около
400 мм и диаметром около 20 мм из парафина, сургуча и вара.
Такие брусочки необходимо приготовить следующим способом.
Стеклянная трубка или палочка диаметром около 20 мм
обертывается целлофаном в 2—3 слоя. Целлофановая обертка
обматывается по всей длине витками гибкой тонкой проволоки.
Получившаяся целлофановая трубка стягивается со стеклянной трубки и
ставится в вертикальном положении одним концом в песок,
насыпанный в жестяную коробку. Верхний конец целлофановой трубки
укрепляется в широкую лапку штатива.
Укрепленная в таком положении целлофановая трубка служит
формой для отливки и заполняется расплавленным во второй
жестяной банке парафином. Так как парафин при затвердевании
сжимается, необходимо еще до полного затвердевания долить в
форму некоторое количество парафина. Целлофановая обертка
снимается после полного застывания парафина.
Так же поступают при изготовлении брусочков из сургуча и
вара.
Эксперимент
Парафиновая и сургучовая палочки и палочка из вара
помещаются в горизонтальном положении на две деревянные или
металлические призмы так, чтобы концы палочек свисали за
призмы на 10—20 мм.
Через одну-две недели можно установить благодаря
пластичности этих веществ значительное прогибание палочек под действием
собственного веса.
Величина прогиба в значительной мере зависит от длительности
по времени эксперимента, а также и от температуры помещения,
в котором он проводится.
Примечание
Деформацию тел, подобных указанным, в одних условиях
проявляющих пластичность, а в других —.хрупкость, можно
также наблюдать при асфальтировании улиц. Следует
посмотреть, как из наклоненных бочек постепенно вытекает асфальт
или гудрон, хотя на ощупь оба вещества твердые. Текучесть
проявляется даже в холодное время года.
196

128. Деформация стеклянной палочки
под действием нагрузки
Стеклянная палочка (0 6 мм, длина около 750мм),
2 металлические трехгранные призмы, 2 подставки,
1 груз с крючком (1 кп).
Эксперимент проводится аналогично предыдущему (Э—127).
Вместо палочек из пластичных веществ: парафина, сургуча и вара —
берется длинная стеклянная палочка.
Трехгранные призмы устанавливаются на две подставки (по одной
призме на подставку); на призмы помещается длинная стеклянная
палочка, к середине которой подвешивается значительный груз.
По истечении примерно 6 месяцев можно установить, что
стеклянная палочка прогнулась и при длине палочки в 750 мм и диаметре
6 мм стрела прогиба достигает 3—4 мм. Прогиб стеклянной палочки
сохраняется и после того, как с нее будет снят груз.
Примечания
1. Так как проведение эксперимента требует значительного
времени, целесообразно всю установку разместить в
каком-то месте кабинета, где она может оставаться вне
внешнего воздействия. Если это возможно, ее следует
расположить вне класса, однако в помещении, отвечающем
требованиям эксперимента.
2. После проведения этого эксперимента следует указать, что
величина диаметров линз телескопов рефракторов, как
соответственно и зеркал в рефлекторах, имеет некоторую
границу, определяемую величиной деформации стекла под
действием собственного веса.
§ 15. ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ И КАПИЛЛЯРНОСТЬ
129. Предварительный эксперимент,
демонстрирующий поверхностное натяжение воды
Вода, кисточка для акварельных красок, писчая
бумага, химический стакан, пружинный зажим.
Кисточка погружается в воду, налитую в стакан. В воде
отдельные волоски кисточки расходятся, и она кажется распушенной.
Но как только кисточку вытаскивают из воды, ее волоски под
действием сил поверхностного натяжения воды, оставшейся между
ними, плотно прижимаются друг к другу, слипаются, и она
приобретает обычную характерную копьевидную форму.
Вместо кисточки можно воспользоваться бумагой. Для этого
бумага многократно скручивается и разрезается на отдельные
ленточки. При этом используется полоска обычной писчей бумаги.
Такая полоска складывается гармошкой-плиссе примерно шесть
197

раз с шириной складки 10 мм. Острыми ножницами срезаются
с обеих сторон сгибы по длине около 50 мм. Тем самым образуется
6 лежащих друг на друге свободных ленточек. Сложенная,
неразрезанная часть полоски зажимается в пружинный зажим.
Свободные ленточки слегка раздвигаются, для чего их целесообразно
изогнуть, при этом образуется бумажная кисточка (рис. 142).
При погружении бумажной кисточки в воду ее ленточки
под водой еще более отходят друг от друга, а при
вытаскивании из воды отдельные ленточки под
действием поверхностного натяжения слипаются.
130. Демонстрация поверхностного
натяжения воды при помощи иголок
или лезвий безопасных бритв
Иголки, лезвия для безопасных бритв,
стеклянная чашка, пинцет, разновесы в доли
понда, вода, проекционная аппаратура.
Эксперимент А. Демонстрация на
иголках
На поверхность воды, налитой в стеклянную чашку,
при помощи пинцета осторожно кладется в
горизонтальном положении иголка. Иголка свободно плавает на
поверхности воды. Если иголка медленно перемещается и
приближается к стенке чашки, ее следует осторожно переместить на
середину водной поверхности.
Эксперимент В. Демонстрация на лезвиях безопасных
бритв
Вместо иголок можно применить лезвие безопасных бритв.
На плавающее лезвие при помощи пинцета можно положить
друг на друга несколько разновесок в доли понда. Лезвие под
действием силы поверхностного натяжения воды обладает
грузоподъемностью около 2500 миллипондов.
Рис. 142.
Бумажный
султанчик
для показа
сил
поверхностного
натяжения
воды.
Примечания
1
Если в эксперименте использовать намагниченную
иголку, то она под действием магнитного поля Земли
расположится по направлению магнитного меридиана.
Эксперимент можно сделать доступным всему классу,
для чего необходимо, применив проекционную аппаратуру,
спроектировать установку на экран или стену. Этот
эксперимент с намагниченной иголкой или лезвием
целесообразно повторить при рассмотрении вопроса о
магнитном поле Земли.
198

131. Плавание алюминиевого кружочка
на поверхности воды
Кружок из листового алюминия (0 20 мм, толщина
1,2 мм), кристаллизатор или стеклянная кювета с
параллельными стенками, шпатель.
Особенно большое впечатление оставляет эксперимент,
аналогичный Э—130, в котором в качестве плавающего тела берется
небольшой кружочек из алюминия.
Кружочек, взятый двумя пальцами, осторожно помещается на
поверхность воды, налитой в кристаллизатор. Он свободно плавает
на поверхности. Поверхность воды
под кружочком слегка прогибается
так, что он плавает как бы на дне
водяной ямки, имеющей глубину
около 1 мм (рис. 143). Это
явление удобнее наблюдать, применяя
стеклянную кювету с плоскими
параллельными стенками. Установку
целесообразно спроектировать на Рис. 143. Форма поверхности воды
экран. при плавании покрытого жиром
Можно провести дополнитель- алюминиевого кружочка,
ный эксперимент. Погрузив в
воду шпатель, его следует приближать к плавающему кружочку,
при этом кружочек тотчас же начнет удаляться от шпателя. То же
наблюдается при приближении кружочка к стенке сосуда, если это
производить при помощи иглы или щетинки. Дело в том, что
поверхность воды около стенок, как и около шпателя, образует вогнутый
мениск, край у которого приподнят у самой стенки. Таким образом,
плавающее тело оказывается на наклонной плоскости, с которой
оно и скатывается.
132. Демонстрация поверхностного натяжения
воды в U-образной трубке
U-образная стеклянная трубка с коленами разной
длины (внутренний 0 около 2 мм), подкрашенная вода,
пипетка с оттянутым концом, проекционный аппарат.
U-образная трубка с коленами разной длины наполняется
подкрашенной водой. Поверхность воды в обеих коленах имеет
вогнутый мениск с легким поднятием воды по стенкам трубки. Из
пипетки в длинное колено трубки доливается капля за каплей вода,
при этом в обоих коленах равномерно повышается ее уровень.
После того как поверхность воды в коротком колене трубки дойдет
до ее верхнего края, необходимо прибавить в длинное колено
трубки еще несколько капель воды. При этом над отверстием
короткого колена образуется выпуклый мениск, выступающий за-
199

метным бугорком над срезом стекла. В этом случае уровень
жидкости в длинном колене окажется несколько выше, на величину Л,
самой высокой точки водяного бугорка, но и в этом случае вода
из короткого колена не будет выливаться. Выливанию воды
препятствует сила поверхностного натяжения
(рис. 144).
Если продолжать вносить каплю за каплей
воду в длинное колено, то в нем в какой-то
момент избыточная сила давления столбика воды
окажется больше силы поверхностного
натяжения и вода из короткого колена выльется.
Примечания
L Эксперимент удается в том случае, если
трубки предварительно тщательно
промыты и вода смачивает стенки.
2. Если вместо воды использовать спирт,
то эксперимент удается и в
недостаточно чистых трубках, однако в этом
случае как бугорок спирта,
выступающий над коротким коленом, так и
разница высот будет меньше, чем в эксперименте с водой.
3. Рекомендуется этот эксперимент спроектировать на экран.
Рис. 144. Разность
уровней воды в
U-образной трубке
с различными по
длине коленами.
133. Образование капель анилина
в воде
Анилин, вода, стеклянная кювета
(140 мм X 120 мм X 20 мм), бюретка с
краном, фуксин, штатив, проекционная
аппаратура.
Бюретка с краном в вертикальном положении
закрепляется в штативе, и ее нижняя часть помещается
перед проекционным аппаратом.
Бюретка наполовину наполняется анилином,
окрашенным несколькими каплями фуксина.
Стеклянная кювета наполняется водой так, чтобы
ее уровень был примерно на 25 мм ниже верхнего
края кюветы.
Бюретку помещают над кюветой и опускают
настолько, чтобы нижнее отверстие крана касалось
воды, после чего кран приоткрывают, обеспечивая
очень медленное вытекание анилина. От первых
порций анилина на поверхности воды
образуется круглое анилиновое пятно (рис. 145,а). При
дальнейшем истечении пятно мешкообразно выгибается
\
Рис. 145.
Образование
капель анилина.
книзу
(рис. 145,6) и в какой-то момент перешнуровывается (рис. 145,в), при-
200

нимая форму капли. При увеличении размера капли возрастает ее
вес. Как только вес капли окажется больше силы поверхностного
натяжения, капля отрывается (рис. 145,г) и, медленно
покачиваясь, опускается на дно (рис. 145,5).
134. Получение капель анилина при его
нагревании в воде
Анилин, вода, высокий химический стакан (250 мл),
треножник, асбестированная проволочная сетка, бун-
зеновская горелка, мензурка.
В настоящем эксперименте, по К. Р. Дарлингу, можно
показать процесс образования больших капель с поперечником более
чем в 20 мм.
В высокий химический стакан вливается 150 мл воды и туда же
приливается около 70 мл анилина, отмеренного мензуркой. Анилин
обладает удельным весом большим, чем вода, и поэтому опускается
на дно под воду.
Стакан с водой и анилином ставится на асбестированную сетку,
помещенную на треножник. При подогревании на небольшом
пламени воды и анилина последний всплывает на поверхность воды,
но там, вновь охладившись, медленно погружается в воду, при этом
образуются большие капли, которые и отрываются от еще
плавающего на поверхности воды анилина. Так как этот процесс
происходит чрезвычайно медленно, удается проследить все фазы капле-
образования.
135. Образование круглых капель в жидкостях,
делающих капли невесомыми
Оливковое масло, драконова кровь, спирт, вода,
воронка с краном и длинной трубкой с прямоугольно
срезанным концом, химический стакан или кювета,
штатив.
Для проведения эксперимента приготавливается смесь из
60 объемов чистой воды и 40 объемов чистого спирта так, чтобы
удельный вес смеси был равен удельному весу оливкового масла.
Удельный вес смеси контролируется внесением в нее небольшой
капли масла, которая должна находиться во взвешенном состоянии.
Стеклянная воронка с краном наполняется оливковым маслом и
укрепляется над кюветой в лапке штатива. Масло подкрашивается
драконовой кровью или фуксином.
Стеклянная кювета наполняется смесью воды со спиртом, и в
эту смесь на глубину около 10 мм погружается трубка воронки.
После сборки установки кран воронки очень осторожно
приоткрывается, обеспечивая медленное вытекание масла. При этом
201

будут образовываться достаточно крупные круглые капли, которые
в конце концов отрываются от нижнего края воронки и плавают
в толще воды.
Примечания
1. Рекомендуется до опускания трубки в воду слегка
приоткрыть кран и трубку заполнить маслом.
2. Смесь воды со спиртом по окончании эксперимента следует
сохранить.
3. Этот эксперимент целесообразно дать в проекции на экран,
используя кювету с плоскопараллельными стенками.
136. Зависимость скорости истечения
капель воды от величины силы поверхностного
натяжения
Вода, эфир, делительная воронка (емкость от 25 до
50 мл), 2 небольших химических стаканчика, штатив,
секундомер или часы с секундной стрелкой.
Порядок проведения этого эксперимента подобен
вышеописанному в Э—125.
Под кран делительной воронки (см. ранее помещенный рис. 140)
вместо мензурки ставится небольшой химический стаканчик.
Приоткрыв кран воронки настолько, чтобы вода вытекала каплями
в подставленный стаканчик, просчитывают число вытекающих
за одну минуту капель.
Во второй химический стаканчик наливается небольшое
количество эфира, и стаканчик слегка встряхивают, при этом в нем
образуются пары эфира, достаточно равномерно распределенные во
всем стаканчике.
Стаканчик, наполненный парами эфира, подставляется под кран
делительной воронки вместо первого стаканчика. Открыв кран,
вновь создают капельное истечение воды, при этом легко
установить, что скорость истечения почти удваивается. Пары эфира
абсорбируются вытекающей водой, при этом уменьшается сила
поверхностного натяжения, и капли быстрее отрываются.
Примечание
Увеличение скорости отрыва капель наблюдается не только
под воздействием паров эфира, но также и под воздействием
других органических соединений, например хлороформа,
амилового спирта, амилацетата (так называемой грушевой
эссенции).
202

/37. Изменение величины поверхностного
натяжения воды при внесении кристаллов
камфары
Кусочки кристаллической камфары, вода, круглая
стеклянная ванна с вертикальными стенками (0 100 мм,
высота стенок 60 мм), 2 слюдяные или картонные
пластинки (40 мм X 25 мм и 25 мм X 25 мм), пинцет.
Из тонкой слюды вырезаются две пластинки указанной на
рисунке 146 формы. Прорези В НИХ за- крисмллик Шсрзрь,
канчиваются несколько расширяющимся
тупиком.
Хорошо обезжиренная стеклянная
ванна наполняется водой.
Слюдяную пластинку, имеющую
форму лодочки, помещают на
поверхность воды. В расширении прорези при
помощи пинцета кладется небольшой
кристаллик камфары. Слюдяная
лодочка тотчас же приходит в движение
и плавает по кругу на поверхности воды.
Движение длится достаточно долгое
время, а при удачных обстоятельствах —
даже несколько часов.
Заменяя лодочку круглой слюдяной
пластинкой, вначале кладут в прорези Pwc Шл Слюдяные пластин-
по кусочку камфары и только после ки различной формы с кри-
этого слюдяной кружочек помещают на сталликами камфары:
ПОВерХНОСТЬ ВОДЫ. ПрИ СОПрИКОСНОВе- а ~ в Ф°Рме лодочки; б — в форме
НИИ КамфарЫ С ПОВерХНОСТЬЮ ВОДЫ КРУГ- вращающегося круга.
лая пластинка начинает быстро вращаться на одном месте, и это
вращение продолжается достаточно долгое время.
П р имечания
1. Причиной этого явления является понижение
поверхностного натяжения воды при растворении камфары. Это
приводит к возникновению на поверхности воды потока,
направленного кнаружи от места понижения
давления вдоль прорези, что и вызывает реактивное
движение слюдяных пластинок.
2. Вместо слюды можно воспользоваться плотной бумагой
или тонким картоном.
3. Чтобы эксперимент достаточно хорошо удался,
необходимо хорошо обезжирить ванночку, используя спирт,
соду или мыльный порошок. Если ванночка очень
загрязнена, необходимо вначале промыть ее натриевой щелочью.
4. Если бросить на поверхность воды, налитой в хорошо
обезжиренную чашку, кусочки камфары, они тотчас же
приходят в быстрое движение.
Кристаллик камсрэри
203

138. Влияние поверхностного натяжения
различных веществ, внесенных между двумя
подвижными телами
Спирт, эфир, 2 лезвия безопасных бритв, 2
шелковые нитки, круглая стеклянная чашка, спички,
иголки, пипетка-капельница, воск, деревянная пластинка
(150 мм х 20 мм X 2 мм), штатив.
Эксперимент А
На поверхность воды близко друг от друга помещаются две
спички. Между спичками вливается капля спирта или эфира, при
этом спички тотчас же отплывают друг от друга к бортам чашки.
Вместо спичек можно взять две иголки.
Эксперимент В
Эксперимент может быть проведен с двумя лезвиями
безопасных бритв, подвешенными одно возле другого. Для этого к лезвиям
при помощи капли воска
прикрепляются к середине их
широкого края шелковые нити
длиною по 80—100 мм. Нити
подвешиваются бифилярно, так,
чтобы лезвия были одно возле
другого. Целесообразно нити
укрепить на небольшой планке,
закрепленной горизонтально в
лапке штатива (рис. 147).
Необходимо следить, чтобы лезвия
были параллельны друг другу,
находясь на расстоянии около
10 мм.
Лезвия погружаются на
глубину 30—50 мм.
Если между лезвиями на поверхность воды внести каплю эфира
или спирта, лезвия тотчас же разойдутся.
Рис. 147. Расхождение лезвий
безопасной бритвы, подвешенных на
равном расстоянии друг от друга,
при помещении между ними капли
эфира. Справа — способ подвески
лезвий.
Примечание
Причиной движения спичек и лезвий при внесении между
ними капель эфира или спирта является ослабление
поверхностного натяжения. Исследуемые тела движутся
соответственно потокам, возникающим на поверхности из области
пониженного поверхностного натяжения в область
повышенного натяжения.
204

139. Эксперимент, демонстрирующий явление
флотации
Угольный и кварцевый порошок, каолин,
скипидарное масло, амиловый спирт, бензол или четыреххло-
ристый углерод, пробирка.
Эксперимент А
В пробирку вносится смесь угольного и кварцевого порошков.
Смесь хорошо взмучивается многократным встряхиванием пробирки.
Через некоторое время оба вещества вновь отстаиваются и
осаждаются на дно.
В воду вносится несколько капель скипидарного масла как
собирателя и несколько капель амилового спирта как
пенообразователя.
После многократного встряхивания смеси частицы угля
всплывают на поверхность вместе с пузырьками образовавшейся пены,
тогда как частицы кварца падают на дно.
Эксперимент В
Каолин, или глина с 10% по весу добавкой угольной пыли
тщательно растирается и перемешивается. Смесь взмучивается в воде.
После этого во взмученную смесь вносится несколько капель
бензола или четыреххлористого углерода. Смесь вновь встряхивается
многократно, при этом легко установить, что уголь, как и в первом
эксперименте, всплывает на поверхность вместе с образующейся
пеной-
Примечания
1. Слово «флотация» означает всплывание (от англ. floatation.—
А. Л.). Флотация применяется для разделения руды от
пустой породы при обогащении руд со значительным
содержанием пустых пород. В приведенных экспериментах
РУДУ моделируют частицы угля.
2. Частицы угля прилипают к частицам вещества, которые
добавляются во взмученные смеси и в технике называются
«собиратели» (или флотореагенты. — А. Л.). При этом
повышается гидрофобность (несмачиваемость) частиц угля.
Процесс разделения частиц основан на введении в смесь
амилового спирта, понижающего поверхностное
натяжение воды и одновременно обеспечивающего образование
пены.
3. Вместо угольного порошка можно применить порошок
графита, а вместо кварца — порошок мела.
4. Если флотация не происходит, значит слишком велики
размеры частиц вещества.
205

140- Вытеснение воды спиртом или эфиром
Флакон, белая тарелка, блюдце с пологими краями,
фуксин или малахитовая зелень, спирт, эфир, вода,
стеклянная палочка.
Эксперимент А. Вода и спирт
Небольшое количество воды, окрашенной малахитовой зеленью
или другим красящим веществом, наливается в тарелку. Толщина
слоя воды не должна быть более 1 мм.
Если при помощи стеклянной палочки на середину поверхности
воды нанести каплю спирта, то окрашенная вода будет оттеснена
к бортам тарелки и там образует кольцо соответствующего цвета.
Если вместо тарелки взять блюдце с пологими бортами, то
окрашенная вода поднимется по стенкам блюдца.
Эксперимент В. Вода и эфир
В пробирку наливают немного эфира; им ополаскивают стенки
пробирки и остатки эфира сливают.
Так смоченная эфиром пробирка горлышком вниз помещается
над поверхностью тонкого слоя воды, налитой в тарелку.
Вытекающие и опускающиеся вниз пары эфира оттесняют воду к краям
тарелки. Если слой воды будет взят не более 1 мм, то при
оттеснении воды обнаруживается дно тарелки* Воду следует подкрасить*
14L Демонстрация поверхностного натяжения
мыльных пленок на круглой рамке
Латунная или алюминиевая проволока (0 около
1,5 мм, длина около 400 мм), шелковые нитки, плоская
стеклянная чашка (0 160 мм, высота 20—30 мм),
пинцет, мыльный раствор (см. Э—115).
Изготовление круглой рамки
Латунная или алюминиевая проволока изгибается кольцом
вокруг небольшой бутылки или стакана. Необходимо взять проволоку
такой длины, чтобы после выгибания кольца
осталось свободным около 80 мм для
рукоятки, изготовляемой путем скручивания
проволоки.
В двух противоположных точках кольца
привязывается свободно провисающая шелко-
Рис. 148. Проволочная В/Я ШГКа> В Середине Которой Делается
нерамка с натянутой шел- большая петля (рис. 148).
новой ниткой. ,-v _ v д
Эксперимент А
В плоскую стеклянную чашку наливают немного мыльного
раствора и в него погружают изготовленное проволочное кольцо
206

с ниткой. Кольцо несколько раз перемещается внутри раствора,
после чего медленно извлекается, и уже вне раствора ему придается
вертикальное положение.
Весь просвет кольца оказывается затянутым мыльной пленкой,
на поверхности которой свободно лежит шелковая нить,
произвольно изгибаясь и разделяя пленку на две
части. Если при помощи нагретой проволоки
одну из частей мыльной пленки проткнуть,
она тотчас же лопнет. Так как теперь на нитку
будет действовать поверхностное натяжение
только с одной стороны, то нитка тотчас же
натянется (рис. 149). Если пинцетом подхватить
петлю нитки, то можно растянуть мыльную
пленку в свободную половину проволочной
рамки. Однако как только петля нитки будет
отпущена, пленка вновь сократится.
Эксперимент В
Эксперимент, подобно
Рис. 149. Действие
сил поверхностного
натяжения мыльной
пленки на
шелковую нитку в
проволочном круге.
описанному, можно
натягивая на рамку
две или несколько нитей, завязывая на них различного размера
петли.
значительно варьировать,
Рис. 150. Возникновение различного вида нитяных фигур
в мыльной пленке:
— из двух натянутых рядом нитей; б — из круглой петли; в — из двух
петель; г — и д — из натянутого квадрата.
Если на рамку натянуть две свободно провисающие параллельные
нитки и после образования пленки прорвать ее между нитками,
то последние тотчас же натянутся, и между ними образуется
ланцетовидная щель (рис. 150, а).
207

Можно на привязанной нитке сделать в центре рамки большую
петлю, растянув ее с противоположных сторон. Если в этом
случае мыльную пленку прорвать внутри петли, то под действием
поверхностного натяжения мыльной пленки петля примет форму
правильной окружности (рис. 150, б). Можно на нитке сделать две
последовательно расположенные петли, и в этом случае образуются
две правильные окружности (рис. 150,6).
Четыре шелковые нитки натягиваются в форме квадрата
(рис. 150, г), углы которого привязаны к рамке. Получив пленку,
необходимо прорвать ее в четырех местах между нитками и рамкой,
В этом случае нитка натянется и образует фигуру, напоминающую
подушку-«думку» (рис. 150, д).
142. Демонстрация поверхностного натяжения
мыльных пленок на рамке из ниток
2 алюминиевые проволоки (0 1,5 мм, длина по
150 мм), нитки, мыльный раствор, кристаллизатор,
штатив.
Алюминиевые проволоки изгибаются по форме, изображенной на
рисунке 151: одна — под прямым углом L-образно,
другая—Т-образно. На длинное колено L-образной продолоки
привязываются две нитки длиною по 60 мм на
расстоянии в 45 мм друг от друга. На свободные концы
ниток подвязывается Т-образная проволока,
поперечиной параллельно первой проволоке.
Такое приспособление погружается в мыльный
раствор, налитый в кристаллизатор. После того, как
проволока и нити будут достаточно смочены мыльным
раствором, L-образная проволока медленно
извлекается из воды и за свободное колено укрепляется
в штативе. Под действием веса Т-образной
проворна 151. По- локи и поверхностного натяжения мыльного раствора
кзз поверх- ^
ностного на- межДУ проволоками и нитями образуется мыльная
тяжения мыль-пленка, стороны которой, прилегающие к нитям,
ной пленки, вогнуты (рис. 151).
Если слегка потянуть вниз Т-образную
проволоку, мыльная пленка примет форму прямоугольника, а если
Т-образную проволоку приподнять, нити в их средней части
образуют две, обращенные друг к другу выпуклостями
полуокружности.
Вместо того чтобы оттягивать вниз Т-образную проволоку
рукой, можно подвесить на нее 5-образные проволочные крючочки
определенного веса и по их числу дать грубое количественное
сопоставление результатов эксперимента.
208

143. Определение силы поверхностного
натяжения мыльных пленок по измерению
предельной силы их растяжения
3 латунные проволоки (0 1 мм, длина 200 мм;
0 0,4 мм, длина 35 мм; 0 2 мм, длина 80 мм),
железная проволока для изготовления S-образных грузиков
(0 1 мм, длина 150 мм), волосяная кисточка,
миллиметровая линейка, кристаллизатор (0 около 100 мм),
мыльный раствор (см. Э—115).
Изготовление проволочной дужки
Из латунной проволоки длиной 200 мм изготавливается
проволочная дужка, имеющая форму прямоугольного П с расстояниями
между сторонами около 30 мм. Рукоятка дужки
делается из проволоки диаметром 2 м и
припаивается к середине поперечника дужки. Из более
тонкой проволоки делается перекладина, концы
которой изгибаются в виде небольших петель
такого размера, чтобы в них свободно и без трения
проходили колена дужки при перемещении
перекладины вверх и вниз.
По середине перекладины припаивается
небольшой крючочек для подвешивания S-образных
проволочных грузиков. Чтобы предотвратить
соскальзывание перекладины с дужки, концы последней
изгибаются крючками наружу (рис. 152). До
насаживания перекладины определяется ее вес. кой для по-
Грузики изготавливаются из кусочков железной каза сил по-
проволоки, которые изгибаются S-образно. Вес гру- верхностного
зиков должен быть подобран в 10, 20, 30, 50 и 100 натяжения-
миллипондов.
Изготовленный прибор до начала эксперимента промывается
в спирте или эфире.
Эксперимент
Держа дужку в горизонтальном положении, перекладину
перемещают вплотную к поперечине дужки. При помощи волосяной
кисточки на дужку, перекладину и между ними наносится мыльный
раствор. После того как дужка и перекладина достаточно хорошо
смочены мыльным раствором, дужку подвешивают вертикально
так, чтобы ее колена находились в строго отвесном положении. Если
после этого перекладину оттянуть вниз, между перекладиной и
дужкой образуется при достаточном смачивании сплошная
мыльная пленка. Однако стоит только перекладину отпустить, она под
действием силы поверхностного натяжения мыльной пленки вновь
будет подтянута в прежнее положение.
Рис. 152.
Проволочная
вилка с подвес-
209

Можно произвести растягивание мыльной пленки, подвешивая
к перекладине S-образные проволочные крючки.
Коэффициент поверхностного натяжения с мыльной пленки
можно определить, пользуясь формулой:
Р
где Р — вес перекладины и подвешенных к ней грузов,
/ — длина перекладины. Наличие множителя 2 может быть
объяснено тем, что мыльная пленка имеет две поверхности, в
каждой из которых действует сила поверхностного натяжения.
Исследуя формулу, нетрудно установить, что величина
поверхностного натяжения не зависит от величины поверхности пленки.
Кроме того, ясно, что свойства мыльной пленки совершенно
отличны, чем свойства упругих эластичных пленок, например резиновых.
Пример
Вес перекладины Р± = 51 мп
Вес S-образной гирьки Р0 = 150 мп
Общий вес Р = Рг + Р2 = 201 мп
Длина перекладины, или, что то же самое, длина края
мыльной пленки у перекладины / = 32 мм.
Исходя из приведенной формулы, величина силы поверхностного
натяжения мыльной пленки по результатам данного эксперимента
равна 3,14 миллипонда на миллиметр длины
201 мп ^ о лл^
~~ 2 • 32 мм ' ' ' мм "
Примечания
1. Целесообразно прибор для этого эксперимента
изготавливать из латунной проволоки, так как железная и
алюминиевая легко окисляются.
2. Вывод формулы для величины коэффициента поверхностного
натяжения воды может быть дан исходя из энергетических
соображений в следующем виде. Если увеличение длины
края мыльной пленки вдоль вертикального колена дужки
равно Д/, то прирост всей площади пленки с обеих ее сторон
AS = 2Ш.
Затрата энергии на растяжение пленки равна
ckS = о2Ш.
Эта затрата энергии происходит за счет работы силы веса Р и
определяется выражением:
А = ЯД/,
что дает
о2/Д/ = РД/,
откуда
о = кг (мп/мм)*
210

144. Определение коэффициента
поверхностного натяжения мыльных пленок по
измерению силы, необходимой для их разрыва
2 латунные проволоки (0 1 мм, длина 120 мм;
0 0,3 мм, длина 30 мм), технические весы с перекидным
мостиком над одной из чашек, разновесы с гирями в
доли понда, стеклянная чашка, мыльный
раствор (см. Э—115).
Из латунной проволоки (0 1 мм) изготавливается
рамка, имеющая перекладину из более тонкой
проволоки, припаянную к рамке (рис. 153). Пайка должна
быть выполнена аккуратно и гладко и занимать
очень небольшое место, чтобы избежать
неравномерного движения на рамке мыльной пленки.
Рамка подвешивается на тонкой проволоке к
крючку чашки весов. Под рамку на перекидном
мостике устанавливается чашка с мыльным раствором.
Рамка погружается в мыльный раствор настолько,
чтобы при неподвижных весах ее перекладина
оказалась смоченной мыльным раствором, после чего установка
тарируется.
На вторую чашку весов помещаются гирьки, под действием веса
которых рамка извлекается из раствора. При этом между
перекладиной и поверхностью мыльного раствора в чашке образуется
мыльная пленка (рис. 154).
Поверхностное натяжение
определяется по величине
силы F9 необходимой для
разрыва пленки, относя величину
этой силы к единице длины
перекладины. При этом легко
установить, что отношение силы к
длине перекладины равно
удвоенной величине коэффициента
поверхностного натяжения
Рис. 153.
Проволочная
дужка для
измерения
силы
поверхностного
натяжения.
Рис. 154. Установка для проведения
эксперимента по определению силы
поверхностного натяжения по разрыву
пленки на проволочной дужке.
откуда
т = 2о>
F
а==Тг
Пример
Для слабого мыльного раствора при комнатной температуре
сила, необходимая для разрыва пленки, была определена в 160 мп.
Длина перекладины 26,2 мм. Следовательно,
163 МП 0 1 ! ,
° = 2- 26,2 мм ~3'П МП1ММ-
211

Примечание
Рекомендуется этот эксперимент провести в качестве
самостоятельной лабораторной работы учащихся с мыльными
растворами различной концентрации и исследовать зависимость
величины поверхностного натяжения от концентрации
раствора.
145. Подъем мыльной пленки в воронке
Воронка, мыльный раствор (см. Э—115), химический
стакан, чашка.
Тщательно промытая воронка своим
конусом полностью погружается в воду для
того, чтобы внутренняя поверхность воронки
была смочена.
Закрыв мокрым пальцем трубку воронки,
извлеченной из воды, конус воронки
погружают в мыльный раствор. При извлечении
воронки из мыльного раствора на ее конусе
образуется мыльная пленка (рис. 155).
Как только трубка воронки будет
открыта, мыльная пленка, сокращаясь,
начнет подниматься вверх по поверхности
конуса внутрь воронки к ее трубке.
Рис. 155. Стягивание
поверхности мыльной
пленки в воронке.
146. Самосокращение поверхности
мыльной пленки
Стеклянная трубка (внутренний 0 4 мм, длина
200 мм), мыльный раствор (см. Э—115), чашка, бунзе-
новская горелка, развертка, свеча, табачный дым.
Подготовка стеклянной
трубки-наконечника.
Конец стеклянной трубки нагревается в пламени горелки до
размягчения. В разогретую часть трубки вводится конец развертки,
и ей придается вращательное
движение. Развертка представляет собой
треугольную жестяную или латунную
полоску, насаженную на деревянную
ручку (рис. 156). При вращении раз^
вертки в разогретом конце
стеклянной трубки образуется небольшая
вороночка. На расстоянии около 60 мм
от вороночки трубка сгибается под воронку,
углом около 60°. Другой конец
трубки оттягивается и обрезается так, чтобы отверстие
оттянутого конца имело внутренний диаметр около 1 мм.
Стею/рнндр
Рис. 156. Металлический
наконечник для развертки отверстия
трубки в микро-
стекляннои
212

Эксперимент А. Задувание свечи
Изготовленный стеклянный наконечник погружается в
мыльный раствор, после чего на вороночке выдувается мыльный пузырь.
Оттянутый конец стеклянного наконечника-дюза направляется на
пламя свечи, при этом необходимо, чтобы дюза была на расстоянии
в 5—10 мм от пламени.
Струя воздуха, выходящая из мыльного пузыря через дюзу,
гасит свечу (рис. 157). При этом объем мыльного пузыря заметно
сокращается.
Рис. 157. Гашение
пламени свечи при
уменьшении размеров
мыльного пузыря.
Рис. 158. Струйка дыма из
наполненного дымом
мыльного пузыря при
стягивании его поверхности.
Эксперимент В. Истечение струйки дыма
Мыльный пузырь выдувается при наполнении его табачным
дымом. Как только будет открыто оттянутое отверстие трубки-дюзы, из
нее начнет истекать хорошо заметная струйка дыма (рис. 158).
147. Зависимость давления внутри мыльного
пузыря от его размеров
Мыльный раствор (см. Э—115), микроманометр
(см. Э—98), стеклянный тройник, резиновая трубка
(длина около 500 мм), короткая стеклянная трубка-
мундштук, прямоугольно изогнутая трубка, наконечник
с воронкой на одном конце (см. Э—146), чашка,
зеркальный масштаб, штатив.
Для проведения этого эксперимента необходимо иметь
микроманометр (см. Э—98). В верхнюю пробку его бутыли вставляется
стеклянный тройник, на один отрог которого надевается резиновая
трубка, оснащенная мундштуком. На резиновую трубку надевается
винтовой зажим. К другому отростку тройника при помощи
короткой резиновой трубки присоединяется стеклянная
трубка-наконечник для выдувания мыльных пузырей (рис. 159). Трубка-наконечник
для выдувания мыльных пузырей может быть изготовлена так же,
213

как и наконечник для предыдущего эксперимента (Э—146), однако
она изогнута под углом 90°. Для измерения поперечника мыльных
пузырей необходимо позади наконечника укрепить в лапке штатива
зеркальный масштаб.
Рис. 159. Установка для показа зависимости возникающего
в мыльном пузыре давления от размеров мыльного пузыря.
После погружения наконечника в мыльный раствор, налитый
в чашку, выдувается небольшой мыльный пузырь и тотчас же
зажим, надетый на резиновую трубку, перекрывается.
Разница между давлением воздуха внутри пузыря и
атмосферным давлением р измеряется по микроманометру. Одновременно по
зеркальному масштабу определяется диаметр мыльного пузыря.
После этого мыльный пузырь ступенями раздувается все больше
и больше, каждый раз при этом измеряется диаметр
образовавшегося пузыря и разница давлений.
Приведенная таблица показывает результат одного из
экспериментов.
Поперечник
мыльного
пузыря
d
мм
4
6
8
10
12
16
20
24
27
Давление
Р
мм вод. ст.
20.6
14.3
10,3
7,9
7,2
5,5
4,3
3,6
3.1
p-d
—
—
82.4
85,8
82,4
79,0
86,4
88,0
86,0
86,4
83,7
Полученные данные могут быть представлены графически,
при этом на оси абсцисс откладываются диаметры мыльного
пузыря, а на ординате—разницы давлений. Полученная кривая
при достаточном приближении имеет вид гиперболы (рис. 160),
что позволяет сделать вывод, что давление внутри мыльного пузыря
обратно пропорционально его поперечнику.
П
ММ *
6од.ст\
30 мм
Поперечник мыльного пузыря
Рис. 160. График зависимости давления
в мыльном пузыре от его поперечника.
214

148. Действие давления в двух взаимосвязанных
мыльных пузырях
2 прямоугольно изогнутые трубки для выдувания
мыльных пузырей (их изготовление см. Э—146), тройник
с краном на одном из отростков, 2 куска резиновой
трубки длиною по 60 мм и 2 резиновые трубки (по 300мм),
стеклянная трубка как мундштук, деревянная планка
(260 мм X 40 мм X 5 мм), 4 жестяных скобы, 8
проволочных гвоздей, 2 пружинных зажима, мыльный
раствор, чашка для него, штатив.
Изготовление воздухопровода для
получения взаимосообщающихся мыльных
пузырей
Две трубки-наконечника с вороночками на концах (см. Э—146)
изгибаются прямоугольно. Трубки при помощи резиновых
шлангов длиною по 60 мм
присоединяются к
поперечным отросткам
тройника. На отросток
тройника с краном
надевается резиновый шланг
длиною около 500 мм с
мундштуком на конце.
Все собранное
приспособление укрепляет- В1
СЯ при ПОМОЩИ четырех Рис. 161. Приспособление для получения
жестяных скобок на де- ДВУХ взаимн0 сообщающихся мыльных
ревянной планке (рис. пузырей.
161) так, чтобы поверх резиновых трубок Sx и 52,
присоединяющих наконечники ВгкВ2 к тройнику, можно было накладывать
деревянные пружинные зажимы Sx и S2. Планка с
воздухопроводом укрепляется в горизонтальном положении в штативе.
Эксперимент
Наконечники обеих трубок Вх и В2 (рис. 161) погружаются
в мыльный раствор, налитый в чашку. Одна из резиновых трубок В2
зажимается настолько плотно, чтобы через нее не проходил воздух.
Для этого на резиновую трубку надевается пружинный зажим
и им она прижимается к планке. Если теперь через мундштук
подуть в воздухопровод, то на наконечнике Вг образуется мыльный
пузырь.
После этого пружинным зажимом 5Х перекрывается вторая
резиновая соединительная трубка, а с первой соединительной трубки
215

зажим снимается. Величина выдутого мыльного пузыря остается
без изменения.
Через мундштук снова вдувается Еоздух и на свободном
наконечнике В2 образуется второй мыльный пузырь, который, однако,
нужно выдуть значительно меньшего размера (рис. 162).
Как только будет снят
зажим с соединительной трубки
при закрытом кране, между
внутренними полостями
мыльных пузырей установится связь,
а значит должно установиться
^ и равное давление. При
выравнивании давлений диаметр
меньшего мыльного пузыря
уменьшается с возрастающей
скоростью, пока пузырь не исчезнет
вовсе. Большой же мыльный
пузырь за счет уменьшения
объема меньшего пузыря
увеличится в поперечнике.
Рис. 162. Выравнивание давлений Примечания
между двумя взаимосоединенными
мыльными пузырями разного диаметра. 1 # Процесс будет
протекать совершенно
независимо от того, на каком из наконечников будет выдут
меньший пузырь.
2. Процесс находит свое объяснение в том, что давления
внутри мыльных пузырей обратно пропорциональны их
поперечникам, а значит выравнивание давлений идет
в направлении от меньшего пузыря к большему.
3. Эксперимент может быть проведен более наглядно, если
один из пузырей, меньший, будет наполнен папиросным
дымом. В приведенном эксперименте струйка дыма будет
образовываться только в большем пузыре при
уменьшении объема меньшего пузыря.
4. Прибор, указанный для данного эксперимента, может быть
полностью выполнен из стекла, без применения
резиновых соединительных трубок, которые заменяются
поворотными кранами.
149. Образование наименьших поверхностей
мыльных пленок
Латунная или медная проволока (0 1 мм, длина
1000 мм), широкий и достаточно глубокий сосуд,
мыльный раствор.
216

Изготовление проволочных фигур
Достаточно жесткая проволока при помощи плоскогубцев
изгибается так, чтобы получить куб, тетраэдр и винтовую линию.
Порядок сгибания проволоки дан на рисунках стрелками (рис. 163).
Ребра, отмеченные двойным штрихом, отрезаются отдельно из куска
проволоки и припаиваются. Узлы всей собранной фигуры также
должны быть пропаяны. Винтовая линия выгибается из одного
Рис. 163. Проволочные модели различной формы для получения мыльных пленок:
а — куба; б — тетраэдра; в — винтовой линии.
Цифры со стрелками указывают порядок сгибания проволоки. Стороны,
перечеркнутые двойным штрихом, напаиваются после сгибания основного контура.
куска проволоки и только ее конец после выгибания линии
припаивается к прямому участку фигуры. Выступающие концы
проволок служат держателями.
Эксперимент
Проволочные фигурки погружаются в мыльный раствор и затем
медленно из него извлекаются. Необходимо проследить, чтобы в
это время на поверхности мыльного раствора не было мелких
мыльных пузырей.
Рис. 164. Мыльные пленки минимальных поверхностей:
аг и аг — на кубе; б — на тетраэдре; в — на винтовой линии.
9J7

В силу поверхностного натяжения между ребрами фигурок
образуются мыльные пленки, имеющие наименьшую из возможных
поверхностей. Мыльные пленки внутри фигур, слипаясь друг с
другом, образуют своеобразно сходящиеся плоскости пленок.
Расположение пленок в кубе и тетраэдре в различном их сочетании
дано на рисунке 164, а—б, а винтовые плоскости на винтовой
линии указаны на рисунке 164,е. В этом случае винтовая плоскость,
образованная из мыльной пленки, есть единственная из возможных
минимальных плоскостей.
150. Капиллярное поднятие воды в трубках
разного сечения
5 стеклянных трубок (длина по 150 мм, внутренний
0 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 и 2,5 мм), 2 деревянные пластинки
(260 мм X 10 мм X 5 мм) с пятью полукруглыми
углублениями-желобками для крепления стеклянных
трубок, штатив, сосуд, подкрашенная вода.
Пять стеклянных трубок с внутренним диаметром от 0,5 до 2,5 мм
одним концом зажимаются на расстоянии около 30 мм друг от друга
между двумя деревянными
пластинками с полукруглыми
желобками по внешнему диаметру
трубок. Деревянные пластинки
плотно связываются, образуя
обойму, которая и укрепляется
в штативе так, чтобы трубки
свисали вертикально над
сосудом, наполненным
подкрашенной водой (рис. 165).
Обойма с трубками
опускается настолько, чтобы нижние
концы стеклянных трубок
погрузились в воду. Под
действием капиллярных сил вода
поднимается в трубках. Чем меньше
просвет трубки, тем высота
поднятия жидкости больше.
Легко установить, что в
трубке с внутренним диаметром
0,5 мм высота столба жидкости будет около 60 мм, а в трубке
с просветом в 2,5 мм — всего лишь около 12,5 мм.
Примечания
1. Эксперимент может пройти удачно только в том случае,
если вода хорошо смачивает внутреннюю поверхность
трубок, а этого можно достичь, промывая тщательно трубки
Рис. 165. Стеклянные трубки
различного внутреннего диаметра,
укрепленные в деревянной обойме.
218

струей воды еще до проведения эксперимента. Струя
воды вымоет из трубок мельчайшие частицы грязи.
2. Целесообразно эксперимент для большей его наглядности
спроектировать на экран.
3. Необходимо указать учащимся на значение явлений
капиллярности во многих биологических процессах. Особенно
важно отметить значение капиллярности в поднятии соков
в растениях в противовес силе веса, а также значение
капиллярных систем для питания и дыхания отдельных
частей человеческого и животного организма при
движении крови.
4. Из закона капиллярности следует, что высота поднятия
жидкости в трубках обратно пропорциональна
внутренним диаметрам трубок. Если расположить указанные
трубки в последовательности уменьшения их диаметров
и затем произвести измерения высоты поднятия, отметив
эту высоту тушью на внешней стороне трубок, то линия,
соединяющая эти отметки или поверхности жидкости
в трубках, будет по своей форме очень близка к гиперболе.
151. Капиллярная депрессия ртути
Стеклянная трубка (внутренний 0 около
10 мм, длина около 120 мм), ртуть, ванна для
ртути, бунзеновская горелка, круглогубцы.
Один из концов стеклянной трубки с внутренним
диаметром около 10 мм размягчается в пламени горелки.
Захватив разогретый конец трубки круглогубцами,
его оттягивают в капилляр с внутренним диаметром
около 1 мм. Полученный капилляр изгибается так, чтобы
получилась U-образная трубка с коленами разной дли- рис. 166.
НЫ И сечения (рис. 166). U-образная
Широкое колено трубки наполовину заполняется трубка
птутью с различным
Глухом. ^ внутренним
В силу капиллярной депрессии ртути ее уровни в диаметром,
обоих коленах трубки располагаются на разной высоте, наполнен-
при этом уровень ртути в узком колене ниже уровня ная
ртути в широком колене. В этом эксперименте разница ртУтью*
уровня ртути может достигать 5 мм. Разница
уровней ртути зависит от соотношений диаметров широкой и узкой
трубок.
Примечание
Эксперимент рекомендуется спроектировать на экран
219

152. Действие сил капиллярности на два
близко подвешенных друг от друга лезвия
безопасной бритвы
2 лезвия от безопасной бритвы, 2 шелковые нити,
воск, деревянная планка (200 мм X 150 мм X 2 мм),
штатив, стеклянная чашка, небольшая стеклянная
пластинка или тонкая дощечка (50 мм X 30 мм), пинцет.
Установка для проведения данного эксперимента та же, что и
для описанного выше Э—138 (после которого возможно и следует
его провести.— А. Л.).
Лезвия от безопасной бритвы подвешиваются на расстоянии 8 мм
друг от друга, каждое бифилярно на двух шелковых нитях.
Подвешенные лезвия погружаются в воду, налитую в подставленную
под них чашку.
Помещая между ними небольшую стеклянную пластинку,
легко установить, что лезвия тотчас же начинают сближаться и в
конечном счете, подойдя к пластинке, прилипают к ней.
Примечание
Движение лезвий объясняется действием капиллярных сил,
проявляющихся по обе стороны стеклянной пластинки в
узких просветах между пластинкой и лезвиями.
153. Зависимость величины капиллярного
поднятия жидкости от размера просвета между
двумя стеклянными пластинками
2 пластинки из зеркального стекла (80 мм X 80 мм X
X 5 мм), полоска из пластмассы (80 мм X 3 мм X
X 1 мм), 2 деревянных пружинных зажима, плоский
стеклянный сосуд (0 150 мм), подкрашенная вода.
Две хорошо обезжиренные квадратные пластинки из
зеркального стекла складываются своими сторонами так, чтобы между
ними образовался некоторый угол. В раствор угла между
пластинками помещается полоска из пластмассы шириною вЗми
толщиною в 1 мм. Как со стороны соприкосновения стеклянных
пластинок, так и со стороны вложенной полоски из пластмассы стеклянные
пластинки зажимаются деревянными пружинными зажимами.
При этом между пластинками образуется клинообразный просвет
(рис. 167,6).
Пластинки клинообразным просветом вниз помещаются в
подкрашенную воду, налитую в плоский стеклянный сосуд (рис. 167,а).
Жидкость под действием капиллярных сил поднимается между
пластинками и граница вода — воздух приобретает вид гиперболы.
Высота поднятия жидкости в просвете обратно пропорциональна
220

расстоянию между пластинками. Расстояние каждой точки на
границе вода — воздух от линии соприкосновения стеклянных
пластинок прямо пропорционально расстоянию между ними.
Если такие пластинки после
погружения в воду извлечь из нее, вода
удерживается между последними без
заметного изменения формы границы вода —
воздух.
Примечания
1. Вместо пластинок из
зеркального стекла можно взять
отмытые фотопластинки.
2. Для того чтобы эксперимент
прошел наиболее удачно,
необходимо пластинки тщательно
обезжирить и промыть (см.
Э—-137, примечания п. 3).
3. Установка для проведения
эксперимента может быть
спроектирована на экран.
Рис. 167. Две стеклянных
пластинки, поставленные под
углом, для покагза
зависимости высоты капиллярного
поднятия от величины просвета
между ними:
а — вид сбоку; б — вид сверху
154. Капиллярность фильтровальной бумаги
Фильтровальная бумага, 4 кристаллизатора,
высокий стеклянный цилиндр (высота около 800 мм),
деревянная планка (500 мм X 20 мм X 5 мм),
чертежные кнопки, лучинка, всевозможные растворы красок
(метиленовая или кетоновая синь), чернила; двухро-
мовокислый калий, тройной краситель (один из
красителей, применяемых в хроматографическом анализе,
например краситель Бионда-Эр лиха-Гайденгайна),
штатив.
Эксперимент А. Капиллярность фильтровальной бумаги
в сухом воздухе
Деревянная планка укрепляется в штативе в горизонтальном
положении на высоте около 60 мм над столом. Из
фильтровальной бумаги вырезаются четыре полоски длиною около 600 мм и
шириною 20 мм. Полоски бумаги кнопками прикалываются на
равном расстоянии друг от друга к деревянной планке, свешиваясь
отвесно (рис. 168).
Под каждой полоской устанавливается кристаллизатор. В эти
кристаллизаторы наливаются водные растворы красок так, чтобы
концы полосок фильтровальной бумаги оказались погруженными
в растворы на глубину около 2 мм.
221

В качестве красителей берутся: двухромовокислый калий, мети-
леновая синь или кэтонблау, один из тройных красителей и др.
Каждый из красителей через некоторое время образует на
полосках фильтровальной бумаги окрашенные зоны различной высоты1.
4с=
gUsq gU^ kfIN Rgfei
Рис. 168. Полоски фильтровальной бумаги,
укрепленной на деревянной планке, для показа высоты
капиллярного поднятия в различных растворах.
Эксперимент В. Капиллярность фильтровальной бумаги
во влажном воздухе
Внутренняя стенка высокого стеклянного цилиндра примерно
наполовину по окружности и на глубину около 700 мм оклеивается
влажным листом фильтровальной бумаги (рис. 169,2). При
помощи воронки с длинной трубкой в цилиндр наливается
водный раствор краски на высоту около 50 мм, однако так, чтобы
раствор (рис. 169,1) не касался влажной обкладки на стенке
цилиндра.
1 Одним из тройных красителей, применяемых в хроматографическом
анализе, является краситель Бионда-Эрлиха-Гайденгайна. Такой краситель
образует на полоске фильтровальной бумаги несколько идущих снизу вверх
окрашенных зон, длина и окраска которых представлена в нижеследующей таблице:
Порядок
расположения зон
верх
Т
низ
Окраска зон
Розовая
Желтая
Высота зон в мм
40
40
260
6-9
150
(Постепенное изменение цвета зон объясняется разной высотой капиллярного
поднятия компонентов красителя. В самой нижней части (зеленая зона) окраска
соответствует смеси всех компонентов. — А. Л.)
229

Полоска сухой фильтровальной бумаги длиною около 800 мм
и шириною в 25 мм сгибается по длинной оси в U-образный желобок
(рис. 169,5). Один из концов бумажной
полоски протыкается деревянной лучинкой
(рис. 169,4), которая при помещении
бумажной полоски внутрь цилиндра опирается на
края последнего так, чтсбы нижний кснец
полоски фильтровальной бумаги оказался
погруженным на 2—3 мм в раствор краски.
Чтобы внутри цилиндра выдерживалась
постоянная влажность, его следует прикрыть
куском влажной фильтровальной бумаги.
Эксперимент показывает, что высота
капиллярного поднятия во влажном воздухе для
окрашенных растворов значительно больше, чем
в сухом воздухе. Вода по полоске
фильтровальной бумаги поднимается на высоту до 700 мм
(при использовании тройных красителей
величина отдельных окрашенных зон
соответственно растягивается по высоте).
Примечание
Капиллярность фильтровальной бумаги
используется в капиллярных и хромато-
графических анализах.
155. Капиллярное поднятие
воды в песке и пылееатых
почвах
Песок, пылеватая почва — лесс,
стеклянная трубка (внутренний
0 15 — 20 мм, длина около 2000 мм),
струбцинка, стержень штатива,
муфта для широких трубок, кусок
батиста или полотна, тонкий шнур,
химический стакан, водные растворы
красок.
Один конец стеклянной длинной трубки затягивается
куском батиста или полотна. Место соединения обвязывается тонким
шнуром.
Эксперимент А. Капиллярность пылееатых почв — лесса
Трубка, один конец которой обвязан батистом, постепенно
небольшими порциями заполняется лессом. Лесс уплотняется
многократным постукиванием по трубке деревянной планкой.
223
Рис. 169.
Стеклянный цилиндр,
внутри обернутый
на половину высоты
фичьтровальной
бумагой, для
исследования зависимости
капиллярности от
влажности
окружающего воздуха:
а—общий вид; б—вид
сверху;
/•— подкрашенная
жидкость; 2—
влажная обкладка внут
ренней стенки цилин
дра; 3 — полоска
фильтрованной
бумаги, опущенная в ок
рашенную жидкость;
4— деревянная
поперечная планочка для
подвеса бумажной
полоски.

Наполненная лессом трубка укрепляется в штативе так, чтобы
обвязанный батистом конец ее был погружен на 20 мм в раствор
краски, налитый в химический стакан (рис. 170).
Под действием капиллярности лесса вода в
нем поднимается вверх до его верхней свободной
поверхности.
Эксперимент В. Капиллярность песка
Эксперимент проводится на трубке,
наполненной песком, один конец которой обвязан батистом.
Так как в песке трудно установить высоту
поднятия воды, к нему еще до заполнения трубки
примешиваются небольшие сложенные
конвертиком бумажки, в которые насыпано некоторое
количество красителя. Поднимающаяся в песке
вода, дойдя до бумаги, будет растворять краску
и тем самым окрашивать песок. При сравнении
результатов обоих экспериментов становится
очевидным, что высота поднятия воды в лессе (и других
пылеватых почвах.—А. Л.) больше, чем в песке.
Соответственно капиллярность пылеватых грунтов
больше капиллярности песчаных*
Примечания
1. Для эксперимента необходимо иметь
тонкую лессовую породу, для чего лесс
необходимо растереть на листе бумаги
скалкой (круглым катком) и просеять через волосяное
сито.
При проведении этого эксперимента следует указать на
значение явления капиллярности в сельском хозяйстве
и строительстве. Необходимо указать на необходимость
устройства гидроизоляции, предотвращающей поднятие
воды в стенах зданий.
4F
Рис. 17Q.
Установка для
исследования
капиллярности
грунтов.
§ 16. РАСТВОРЫ, СМЕСИ. АДСОРБЦИЯ И АБСОРБЦИЯ
156. Растворение твердого тела в воде.
Получение насыщенных растворов сахара и
поваренной соли
Сахар, поваренная соль, марля, 3 химических
стакана (по 250 мл), высокий узкий стеклянный цилиндр,
мензурка, стеклянная трубка (0 10 мм, длина около
150 мм), марганцовокислый калий, штатив.
Эксперимент А,
В каждый из трех химических стаканов наливается по 150 —
200 мл воды, взятой при комнатной температуре. В первый стакан
224

насыпается 1 ложка поваренной соли, в другой — одна ложка
сахара и в третий — несколько кристаллов марганцовокислого
калия. Через некоторое время можно установить, что вокруг
каждого твердого тела образуются участки концентрированных
растворов.
Если при помощи стеклянной палочки воду перемешать, то
концентрированные растворы разойдутся во всей воде, налитой
в стакан, при этом оставшиеся кристаллы быстро растворяются.
Растворимость различных веществ в воде можно установить,
внося вещество определенными порциями в одно и то же количество
воды. После внесения очередной порции соли или сахара раствор
нужно тщательно перемешивать. Вносимое вещество необходимо
всыпать до тех пор, пока его новая порция, несмотря на
помешивание, останется нераствореннои, т. е. пока не наступит насыщение
раствора. Насыщение сахарного раствора наступает при внесении
значительно большего количества сахара по сравнению с
соответствующим количеством соли.
Эксперимент В
Высокий узкий стеклянный цилиндр заполняется водой.
Короткая стеклянная трубка (с диаметром около 10 мм) с одного конца
обвязывается марлей. В трубку помещается несколько кристаллов
марганцовокислого калия, после чего трубка обвязанным марлей
концом погружается на глубину 2—3 мм в воду.
Чтобы растворение шло при спокойном состоянии воды, следует
трубку укрепить в штативе. Проходящая через марлю вода
растворит кристаллы калий-перманганата.
Так как раствор марганцовокислого калия имеет больший
удельный вес, чем вода, он вытекает из трубки струйками, которые
медленно погружаются на дно цилиндра. Струйки
концентрированного окрашенного раствора хорошо заметны в бесцветной
воде.
Примечания
1. Значительно большее впечатление оставляет этот
эксперимент при проектировании его на экран. В этом
случае вместо цилиндра необходимо взять стеклянную кювету
с плоско параллельными гранями, установив ее в
проекционный аппарат. Вместо стеклянной трубочки,
обвязанной марлей, можно взять стеклянную палочку, к концу
которой при помощи воска приклеено несколько кусочков
марганцовокислого калия.
2. Хорошо различимые струи образуют также анилиновые
краски.
225

157. Зависимость растворимости твердых тел
от величины их поверхности и температуры
Квасцы, медный купорос, калийная селитра, 2
химических стакана, мензурка, треножник, асбестиро-
ванная проволочная сетка, бунзеновская горелка или
спиртовка.
Эксперимент А
В два небольших химических стакана вливается по 50 мл воды
и вносится по 5 пондов квасцов. При этом в один стакан квасцы
вносятся в виде кристаллов, в другой —мелким порошком. Легко
установить, что порошкообразные квасцы растворяются быстрее,
чем кристаллические, последние растворяются лучше при
покачивании жидкости в стакане. Скорость растворения возрастает с
увеличением поверхности вещества (при его раздроблении. — А. Л.).
Эксперимент В
Процесс растворения значительно ускоряется, если стаканы
с растворами подогреть. Нагревание способствует процессу
растворения, однако имеются вещества, составляющие исключение.
Эксперимент С
В пробирку вносится такое количество квасцов, при котором
даже после сильного встряхивания часть кристаллов остается на дне
нерастворенными. При нагревании пробирки с раствором
оставшиеся кристаллы тотчас же растворяются, и в раствор можно еще
добавить значительное количество квасцов, прежде чем наступит
насыщение подогретого раствора.
Если после нагревания пробирку с очень насыщенным теплым
раствором квасцов погрузить в холодную воду, то квасцы снова
выпадут в виде кристаллов.
Примечания
1. Для первого и второго экспериментов в качестве
растворимого вещества можно рекомендовать использование
медного купороса. Для третьего эксперимента —
калийную селитру, растворимость которой в такой же мере,
как и у квасцов, зависит от температуры.
2. Можно рекомендовать проведение подобных
экспериментов с другими солями и другими растворителями,
например использование в качестве растворимых веществ
сахара или щавелевой кислоты.
3. Можно показать на примере растворимости поваренной
соли зависимость растворимости от температуры.
226

158. Уменьшение объема при растворении
твердых тел в воде
Мензурка (200 мл с мелкими делениями), легко
растворимая соль, рычажные весы, стеклянная палочка.
В мензурку вливается 100 мл воды и в налитую воду
всыпаются натриевые квасцы в таком количестве, чтобы получить раствор
на 10—15% меньше концентрированного. После полного
растворения можно установить заметное уменьшение объема раствора.
Необходимые количества ряда солей для проведения данного
эксперимента даются в приведенной таблице
Соли
Хлористый натрий
Количества соли в пон-
дах на 100 мл воды
при 15°С
36
34
82
100
12
при 20°С
37
37
87
107
15
159. Растворение эфира в воде
Эфир, вода, пробирка, резиновая пробка, пипетка.
Пробирка наполовину наполняется подкрашенной водой и
в воду при помощи пипетки вносится эфир порциями по
нескольку капель. После каждого внесения эфира пробирка
затыкается пробкой и жидкость тщательно и многократно взбалтывается.
Эфир растворяется в воде. При определенном числе взятых капель
наступает насыщение воды эфиром и при дальнейшем внесении его
он остается не растворенным и несмотря на сильное встряхивание,
обе жидкости — вода и эфир — остаются резко отграничены.
Примечания
1. Эксперимент может быть проведен в обратном порядке:
путем внесения капель воды в эфир.
2. Эфир можно окрасить путем предварительного
взбалтывания в нем нарезанной травы или листьев (эфирная
вытяжка хлорофилла, эфир окрашивается в зеленый цвет. —
А. Л.).
160. Изменение объема при сливании воды
и спирта
Спирт, пробирка, стеклянная трубка (0 10 мм,
длина 1100 мм), 2 резиновые пробки, фуксин, клейкая
бумага, миллиметровая линейка.
227

Предварительный эксперимент
В пробирку наливают некоторое количество воды и доливают
спирт. Взяв пробирку в руку и заткнув отверстие большим пальцем,
ее многократно переворачивают. Обе жидкости полностью
перемешиваются. Эксперимент повторяется при различных количествах
воды и спирта и позволяет установить, что эти две жидкости
смешиваются в любых пропорциях.
Основной эксперимент
Для наблюдения за изменением объема при смешивании спирта
и воды берется достаточно длинная стеклянная трубка (более
1000 мм), один конец которой затыкается пробкой. Трубка больше
чем на одну треть заполняется подкрашенной водой, после чего
весь остальной объем заполняется спиртом. Нужно иметь в виду,
что спирт уже в процессе приливания смешивается с водой. Поэтому
необходимо трубку держать наклонно и спирт приливать по
внутренней стенке трубки, так, чтобы он расположился отдельным
слоем над водой. Трубка наполняется примерно до 1000 мм по ее
длине и при вертикальном ее положении уровень спирта
отмечается полоской клейкой бумаги, наклеиваемой на трубку. После этого
трубку надлежит заткнуть второй пробкой.
Как только трубка будет заткнута, ее многократно
переворачивают так, чтобы вода и спирт полностью перемешались. При
этом легко установить, что общий объем смеси несколько
уменьшился.
Объем жидкости в трубке пропорционален длине ее столба,
таким образом, длина столбиков воды и спирта пропорциональна
их объемам.
Примером одного из экспериментов могут служить следующие
данные. Длина столба воды 340 мм, длина столба спирта, налитого
поверх воды, — 660 мм. Таким образом, общая длина столба воды
и спирта 1000 мм. После смешивания жидкостей общая длина
столбика смеси равна всего 965 мм, а значит уменьшение объема
произошло на 3,5%.
Взяв трубку в руку, легко можно почувствовать, что при
смешивании спирта и воды произошло небольшое повышение
температуры.
161. Получение эмульсии различных несмеши-
вающихся жидкостей
Насыщенный раствор углекислого калия, спирт,
керосин или нефтяное масло, кристаллы йода,
толстостенная стеклянная трубка (0 20 мм, длина 300 мм),
штатив, резиновые пробки.
В толстостенную стеклянную трубку, закрытую резиновой
пробкой с одного конца, вливается некоторое количество концен-
228

трированного раствора углекислого калия, поверх которого
осторожно приливается слой керосина или нефтяного масла или спирта.
Для лучшего различения слоев следует внести несколько
кристаллов йода, от которого спирт окрасится в темно-фиолетовый цвет,
а раствор углекислого калия в бледно-желтый. Так как указанные
жидкости не смешиваются, между ними образуется хорошо
различимая четкая граница.
Плотно закрыв сверху трубку второй пробкой, трубку
многократно и достаточно длительное время встряхивают. Замыкающие
пробки следует придерживать рукой во избежание их
выскакивания при гидравлическом ударе.
При сильном встряхивании трубки жидкости разбиваются
на мелкие взаимно перемешанные капли и образуют эмульсию.
После этого трубку следует укрепить в штативе и оставить
на длительное время в покое. Жидкости вновь полностью
разделяются и образуют прежние два слоя.
Примечание
Ввиду значения рассмотренного вопроса об образовании
эмульсии для политехнического образования необходимо
указать на выделение жира из молока центрифугированием.
162. Адсорбция красителей углем
Активированный порошкообразный уголь, водный
раствор берлинской лазури, бриллиантгрюна, фуксина,
красное вино, 4 эрленмейеровские колбы (по 50 мл),
воронка, бумажный фильтр, колба для фильтрования.
Указанные окрашенные жидкости выливаются в четыре
эрленмейеровские колбы одинакового размера. В каждую из жидкостей
вносится по одной чайной ложке порошкообразного
активированного угля, после чего колбы тщательно встряхиваются.
Полученная таким способом суспензия черного цвета фильтруется через
бумажные фильтры. При этом фильтрат оказывается бесцветным.
Обесцвечивание происходит в результате адсорбции углем краски
из раствора.
Примечания
1. Необходимо показать, что в эксперименте имеет место
адсорбция, а не химическое взаимодействие, для чего
угольный порошок, использованный в эксперименте для
адсорбирования бриллиантгрюна, следует поместить в
спирт, налитый в пробирку. При этом спирт окрасится
за счет краски, ранее адсорбированной углем.
2. Необходимо также указать на применение
активированного угля для обесцвечивания сахара сырца, а также
для очистки питьевой воды от бактерий.
229

163. Адсорбция паров брома углем
Бром, активированный уголь, колба (1 л),
небольшая колба, резиновая пробка, бунзеновская горелка.
В большую колбу вносится несколько капель брома. Бром
испаряется и заполняет колбу коричневыми парами. Колбу
надлежит хорошо закрыть пробкой и после этого несколько раз
встряхнуть для того, чтобы пары брома равномерно распределились в
воздухе в пределах всего объема колбы.
Приоткрыв пробку, в колбу всыпают одну чайную ложку
активированного порошкообразного угля и колбу тотчас же закрывают
пробкой.
Если колбу вновь несколько раз встряхнуть, то воздух,
наполняющий ее, обесцвечивается. Уголь адсорбировал пары брома.
Примечания
1. Необходимо соблюдать осторожность. Пары брома не
следует вдыхать! Бром очень ядовит и действует на слизистые
оболочки. Работу с бромом надлежит вести в вытяжном
шкафу или хотя бы при открытом окне классного
помещения.
2. Адсорбированный бром можно вновь выделить из угля,
для чего уголь следует пересыпать в небольшую колбу.
При подогревании угля из него выделяются пары брома,
легко обнаруживаемые по их коричневому цвету. Уголь
при этом регенерирует и может быть использован для
последующих экспериментов.
164. Адсорбция паров бензола углем
Бензол, гранулированный активированный уголь,
небольшой флакончик, пробка с двумя отверстиями;
тройник из стекла, один из концов которого
присоединяется к стеклянной трубке с оттянутым наконечником,
другой к прямоугольно изогнутой трубке; прямая
стеклянная трубка с оттянутым наконечником,
широкая U-образная трубка, тройник, 2 пробки к U-образ-
ной трубке, 2 винтовых зажима, 2 куска резиновой
трубки, вата.
Предварительный эксперимент
К городскому газопроводу присоединяется резиновая трубка,
имеющая стеклянный наконечник с оттянутым концом. Пустив газ,
его необходимо отрегулировать так, чтобы величина пламени была
около 20—30 мм. Газ горит малосветящимся пламенем.
230

Если в резиновую трубку с наконечником вставить стеклянный
разделитель с расширением, в котором находится смоченная
бензолом вата, и вновь пустить газ, то газовое пламя становится
ярким и окрашенным в желтый цвет. В этом случае к газу
примешиваются захватываемые им пары бензола (карбюрация).
Основной эксперимент
Эксперимент проводится на специально собранном самодельном
приборе, изображенном на рисунке 171.
Городской газ подается в склянку /, в которой помещена вата,
смоченная бензолом. Из склянки газ поступает в тройник 2 и
оттуда расходится либо в стеклянную прямоугольно изогнутую трубку
с оттянутым наконечником
4, либо через переходной
угольник в U-образную
трубку 3, наполненную
активированным гранулированным
углем, и оттуда в прямую
стеклянную трубку с
оттянутым наконечником 5.
После вытеснения воздуха
газом из склянки в трубку с
наконечником поступает газ.
При этом в прямоугольно
изогнутую трубку 4 газ
поступает смешанный с парами
бензола, тогда как в другую
трубку 5 — лишенной паров
бензола, адсорбированных
активированным углем.
Выходящий газ необходимо поджечь и при помощи винтовых
зажимов 6 и 7 отрегулировать высоту пламени в 20—30 мм.
Газ, смешанный с парами бензола, горит на прямоугольно
изогнутой трубке 4 ярким желтым светящимся пламенем, тогда
как на другой трубке 5 едва заметным, слабоокрашенным пламенем.
Рис. 171. Установка для показа
адсорбции паров бензола активированным
углем:
/—склянка с ватой, пропитанной бензолом;
2— тройник; 3 — U-образная трубка с
активированным углем; 4,5 — стеклянные
наконечники —- горелки; 6, 7 — винтовые зажимы.
Примечания
1. Прибор может быть значительно видоизменен. Так,
например, Т-образную трубку-тройник можно заменить двумя
расходящимися в обе стороны стеклянными трубками,
а винтовые зажимы можно заменить двумя стеклянными
поворотными кранами.
2. Для того чтобы установка была более устойчива, можно
все стеклянные трубки и тройник укрепить на одной
дощечке (на рисунке указанной пунктиром).
231

165. Адсорбция аммиака углем
Толстостенная пробирка, ртуть, чашечка для ртути,кю-
рета для ртути, активированный гранулированный уголь,
штатив, тигельные щипцы. К самодельному прибору для
получения сухого аммиака: концентрированный раствор
гидроокиси аммония, круглодонная колба (1 л), пробка
к ней с одним отверстием, хлоркальциевая трубка
или U-образная трубка, 2 просверленные к ней пробки,
2 прямоугольно изогнутые трубки, 1 трубка, S-образно
изогнутая для собирания газа, треножник, асбестиро-
ванная проволочная сетка, бунзеновская горелка,
штатив, хлористый кальций.
Толстостенная пробирка заполняется ртутью и отверстием вниз
погружается в ртуть, налитую в ванну (эксперимент проводить
в большой кювете для ртути). Пробирка укрепляется в отвесном
положении в лапке штатива.
Рис. 172. Адсорбция
аммиака активирован- Рис. 173. Установка для наполнения пробирки
ным углем. аммиаком.
Сухой аммиачный газ вводится при помощи специальной трубки
в пробирку, вытесняя ртуть (получение сухого аммиака см. ниже).
В пробирку, заполненную аммиаком, при помощи тигельных
щипцов вносится активированный уголь, который и оставляют
плавать на поверхности ртути под пробиркой (рис. 172).
Активированный уголь адсорбирует в достаточном количестве
аммиак. В результате адсорбции объем аммиака в пробирке резко
уменьшается и в пробирку снова входит некоторое количество
ртути.
Получение сухих паров аммиака
В круглодонную колбу наливается от одной до трех четвертей
ее объема концентрированная гидроокись аммония (нашатырный
спирт). Колба закрывается пробкой с отверстием под стеклянную
трубку, соединяющую колбу с хлоркальциевой или U-образной
трубкой. Из хлоркальциевой трубки идет S-образно изогнутая
трубка, нижний конец которой вводится в пробирку, подлежащую
заполнению сухим аммиаком.
232

Гидроокись аммония осторожно подогревается в колбе,
поставленной на асбестированную проволочную сетку. Выделяющиеся
пары аммиака проходят через хлористый кальций, где и лишаются
водных паров. В пробирку поступает сухой аммиак (рис. 173).
Примечания
1. Чтобы избежать нарушения нормального течения
эксперимента за счет попадающего в пробирку воздуха,
необходимо, прежде чем вводить трубку в пробирку, по которой
подается аммиак, в течение некоторого времени провести
нагревание гидроокиси аммония с тем расчетом, чтобы
выделяющийся аммиак полностью вытеснил воздух из
всей системы.
2. Так как пары аммиака действуют удушающе, желательно
весь эксперимент проводить в вытяжном шкафу или
собранную установку приблизить к вентилятору.
3. Вместо готового активированного угля можно
использовать обычный древесный уголь, который, однако,
необходимо подготовить перед самым проведением эксперимента. Для
этой цели кусок угля прокаливается около 10 минут в
фарфоровом тигле. После прокаливания уголь при помощи
тигельных щипцов тотчас же переносится под ртуть, чтобы
избежать адсорбирования им воздуха. Как только уголь
совершенно остынет, его вводят в пробирку. Процесс
адсорбции аммиака в этом случае протекает так же, как
и при пользовании активированным углем.
4. Вместо аммиака можно продемонстрировать адсорбцию
сухого углекислого или сернистого газа.
5. Следует указать на использование адсорбционных свойств
активированного угля в противогазах.
166. Адсорбция городского газа платиной
Небольшая пластинка платины, платиновая
проволока или губчатая платина, тигельные щипцы, бунзе-
новская горелка.
Небольшая платиновая пластинка накаливается в бесцветном
пламени бунзеновской горелки. Как только платина накалится,
необходимо прекратить подачу газа в горелку. Едва платина
остынет, нужно вновь включить газ, который будет лишь обтекать
пластинку. Газ при этом подлшгать не следует. Платина настолько
сильно адсорбирует газ, что если после этого пластинку, подержав
в газе, вынести из него и затем накалить, то над ней образуются
языки горящего газа, ранее адсорбированного платиной.
Эксперимент следует повторить несколько раз.
233

Примечания
1. Вместо платиновой пластинки можно использовать
платиновую проволоку или губчатую платину.
2. При проведении эксперимента следует указать на
использование губчатой платины как катализатора.
167. Абсорбция аммиака водой
Прибор для получения сухих аммиачных паров
(см. Э—165), трубка с коротким изогнутым под острым
углом наконечником (общая длина трубки около 300 мм),
трубка с расширением в средней части или мерная
пипетка, резиновая трубка (длина 500 мм).
Кроме того, для Э—А: толстостенная пробирка, ртуть,
ванночка для ртути, кювета для ртути, штатив, мерная
пипетка.
Для Э—В: высокий стеклянный цилиндр (0 40 мм,
высота 250 мм), крышка из картона с боковой прорезью
для трубки, пружинный зажим, пробка к цилиндру
с отверстием под трубку, стеклянная трубка,
изогнутая под острым углом, короткая трубка (60 мм) с
оттянутым концом, штатив, стеклянная ванна или широкий
сосуд, соляная кислота, стеклянная палочка, лакмус.
Эксперимент А
Толстостенная пробирка заполняется сухим аммиаком
(установка для получения сухих паров аммиака изображена на рисунке
173, описание см. в Э—165).
После наполнения пробирки
аммиаком в нее при помощи мерной
пипетки вводится некоторое
количество воды. Для этого
необходимо предварительно насосать воду
в пипетку и ее конец подвести
в ртути под край пробирки, затем
в открытый конец пипетки вдуть
воздух, вытесняя воду из пипетки
в пробирку (рис. 174).
Как только вода окажется в пробирке над поверхностью ртути
и будет соприкасаться с парами аммиака, произойдет энергичный
процесс абсорбции, на что указывает поднятие ртути в пробирке
до полного ее наполнения ртутью и водой.
Эксперимент В
Подобный эксперимент может быть проведен несколько иначе.
Вместо пробирки аммиаком наполняется стеклянный цилиндр.
Для этой цели стеклянная трубка подводится под нижний рант
\
\
ГУ
<-Щ
Рис. 174. Абсорбция аммиака водой.
234

стеклянного цилиндра, повернутого отверстием вниз (рис. 175).
В этом эксперименте резиновая трубка оснащается наконечником
длиной около 300 мм, который и вводится внутрь цилиндра до его
дна. Цилиндр должен быть укреплен в штативе на некотором
расстоянии от крышки стола. Отверстие цилиндра прикрывается
снизу картонной крышкой с прорезью для трубки; крышка
прижимается к ранту цилиндра пружинным зажимом (на рисунке не
изображено).
JL
Рис. 175. Установка для наполнения цилиндра
аммиаком.
Так как удельный вес аммиака меньше, чем удельный вес
воздуха, цилиндр постепенно заполняется газом, вытесняя воздух.
В наполнении цилиндра можно убедиться по распространению
запаха аммиака, выходящего из-под
цилиндра, а также по образованию у ранта
цилиндра белого тумана хлористого аммония
(NH4C1) вокруг поднесенной стеклянной
палочки, смоченной соляной кислотой.
По окончании наполнения цилиндр
медленно приподнимается настолько, чтобы
можно было извлечь из него наконечник,
через который шло наполнение цилиндра
аммиаком. Цилиндр тотчас же закрывается
корковой пробкой, в центре которой
вставлена короткая стеклянная трубка с
оттянутым концом, направленным внутрь
цилиндра.
Рис. 176.
Фонтанирование воды в цилиндр
Цилиндр, закрытый пробкой, погружается с аммиаком и абсорбция
^ г «,г о аммиака водой,
в воду, налитую в широкий стеклянный А
сосуд. При этом вода фонтанирует внутрь
цилиндра через оттянутый наконечник короткой стеклянной трубки,
вставленной в пробку (рис. 176). Фонтанирующая струя воды
соприкасается с парами аммиака, который энергично
абсорбируется водой. В результате этого в цилиндре возникает разреженное
пространство. Под действием атмосферного давления вода с еще
большей скоростью устремляется внутрь цилиндра, а это в свою
очередь приводит к абсорбции все новых и новых порций аммиака
до тех пор, пока почти весь цилиндр не заполнится водой.
235

Примечания
1. Эксперимент оставляет еще большее впечатление, если
воду, налитую в ванну, слегка окрасить в красный цвет,
для чего в нее достаточно внести несколько капель
соляной кислоты и лакмуса. Бьющий внутрь цилиндра фонтан
тут же будет менять окраску с красной на синюю, так как
вода при растворении аммиака приобретает щелочную
реакцию.
2. Вместо аммиака может быть использован сухой хлористый
водород. Его получают в колбе при воздействии серной
кислоты на хлористый натрий (поваренную соль). В колбу
с хлористым натрием необходимо серную кислоту вносить
по каплям через воронку. В этом случае для получения
цветного эффекта воду необходимо окрасить синим
лакмусом, прибавив в нее несколько капель щелочи.
Фонтанирующая струя будет менять окраску на красную.
3. При проведении эксперимента необходимо просмотреть
также примечание 2 к Э — 165.
168. Абсорбция углекислого газа резиной
Аппарат Киппа для получения углекислого газа,
хлоркальциевая или U-образная трубка для
просушивания газа, стеклянная трубка с краном, резиновый
шланг (длина около 2000 мм), склянка для промывания
газа (склянка Тищенко. — Л. Л.), подкрашенный
бензол или керосин, кусок резиновой трубки.
Рас. 177. Установка для демонстрации абсорбции углекислоты резиной.
Углекислый газ получается в аппарате Киппа при воздействии
соляной кислоты на кусочки мрамора. Полученный газ
просушивается при прохождении его через U-образную трубку, заполненную
хлористым кальцием. К одному из колен трубки присоединяется
длинный резиновый шланг, свободный конец которого
присоединяется к склянке для промывания газа (или склянка Тищенко), на-
236

полненной на одну треть подкрашенным бензолом или керосином
(рис. 177).
После того как вся установка будет наполнена углекислым
газом, который полностью должен вытеснить воздух, кран
аппарата Киппа перекрывается. Под действием абсорбции газа резиной
в шланге возникнет пониженное давление,
что обнаруживается по изменению уровня
бензола в склянке для промывания газа.
Уровень бензола в склянке со стороны
резинового шланга поднимется. При достаточной
толщине стенок резинового шланга диффузия
между воздухом и углекислым газом
исключена, и поэтому понижение давления внутри
шланга может быть объяснено только
абсорбцией газа резиной. Нового повышения
давления внутри шланга не обнаруживается даже
при длительном наблюдении за установкой.
Примечания
1. Для получения углекислого газа
вместо аппарата Киппа можно
рекомендовать аппарат Вундерлиха (рис.
178) или самодельный аналогичный
прибор.
2. Установка для проведения
эксперимента может быть значительно
упрощена при использовании углекислоты
стальных баллонов.
Рис. 178.
Газополучатель по Вундерлиху
(заменитель аппарата
Киппа).
из специальных
§ 17. ДИФФУЗИЯ И ОСМОС
169. Диффузия медного купороса в воду
3 высоких стеклянных цилиндра, марлевый мешочек,
деревянная палочка, кристаллы медного купороса,
склянка для промывания газа, 2 стеклянные пластинки,
деревянный кружок, свободно входящий в цилиндр,
с укрепленной по центру ниткой.
Описанный ниже эксперимент демонстрирует скорость
протекания диффузии при различном воздействии силы тяжести.
Диффузия, идущая против силы тяжести, протекает медленнее, чем
в случае, если направление диффузии совпадает с направлением
силы тяжести.
Эксперимент А
На дно высокого стеклянного цилиндра помещается несколько
кристаллов медного купороса и поверх кристаллов осторожно
237

mm
H,0
CuSO,
наливается слой воды. Для наливания воды используется склянка
для промывания газа, из которой вода вливается по внутренней
стенке цилиндра так, чтобы струя воды не попадала на кристаллы
(рис. 179,а). При таком способе вливания воды в цилиндр не
образуется заметных завихрений.
Образующийся у дна цилиндра вокруг кристаллов
концентрированный раствор медного купороса медленно диффундирует во
всю толщу воды, налитой в цилиндр. Для того чтобы эксперимент
не нарушался внешними
толчками, цилиндр следует
поставить в такое место, где
будет предотвращено его
сотрясение. Цилиндр должен
быть сверху прикрыт
стеклянной пластинкой,
предохраняющей от попадания пыли.
Длительность эксперимента
исчисляется днями.
CuSO,
Эксперимент В
Эксперимент может быть
видоизменен тем, что вместо
кристаллов в цилиндр
вливается концентрированный
раствор медного купороса,
поверх которого осторожно
приливается слой чистой воды.
Чтобы избежать перемешивания воды с раствором медного
купороса, следует на поверхность последнего пустить плавать
деревянный кружок с укрепленной по центру ниткой с диаметром,
несколько меньшим внутреннего диаметра цилиндра, и воду
осторожно наливать на него. При таком способе приливания воды можно
получить достаточно четко различимую плоскость,
разграничивающую воду и медный купорос. После того как цилиндр будет
наполнен водой, необходимо за нитку удалить деревянный кружок,
а цилиндр прикрыть стеклянной пластинкой (рис. 179,6). Далее
эксперимент проводится так же, как и в первом варианте.
Эксперимент С
Кристаллы медного купороса помещаются в мешочек из марли,
а сам мешочек подвешивается в верхней части цилиндра к
небольшой деревянной палочке, положенной на края цилиндра.
Цилиндр наполняется водой настолько, чтобы она полностью
покрыла кристаллы медного купороса (рис. 179,в).
В этом эксперименте направление диффузии совпадает с
направлением действия силы тяжести, тогда как в первых двух
экспериментах эти направления противоположны.
Рис. 179. Диффузия раствора медного
купороса в воду:
а — кристаллы медного купороса на дне сосуда;
б — вода налита поверх водного раствора медного
купороса; в — кристаллы укреплены в верхней
части цилиндра и раствор медного купороса
диффундирует в воду.
238

Примерно уже через 2 часа после наполнения цилиндра водой
кристаллы медного купороса полностью растворятся. Необходимо
просмотреть, чтобы во всех трех цилиндрах вода была налита до
одинакового уровня, что позволит сравнивать между собой
результаты эксперимента.
Примечание
Все три цилиндра следует поставить рядом, что позволит
сравнивать результаты экспериментов. Таким образом, легко
установить, что скорость диффузии зависит от того, будет ли
ее направление совпадать с направлением действия силы
тяжести или будет направлено навстречу ему.
170. Демонстрация диффузии жидкости
в проекции на экран
Плоская стеклянная кювета (60 мм х 40 мм х 10 мм),
химический стакан, поваренная соль, бюретка, пустой
спичечный коробок, диафрагма из тонкого картона
(размером в почтовую открытку), проекционная лампа,
конденсор, линза на подставке (F = 100 мм),
подставка для проекционной лампы, подставки для
диафрагмы и линзы, подставка для кюветы, экран (можно
использовать набор оптической скамьи.— А. Л.).
В нижеописанном эксперименте представлена интересная связь
между двумя областями физики — молекулярной физикой и
оптикой, что позволяет использовать этот
эксперимент в процессе повторения учебного материала.
Диафрагма для этой установки
изготавливается из тонкого картона. Для этого в
картонном прямоугольнике прорезается узкая щель
шириной в 1 мм под углом в 45° (рис. 180).
Установка собирается по схеме, изображенной на
рисунке 181. Перед конденсором 2 проекционной
лампы 1 устанавливается картонная диафрагма 3.
При помощи линзы 4 с фокусным расстоянием в ^ диафрагме"
10 см изображение прорези диафрагмы отбрасы- с наклонной
вается на экран 6. Между линзой и экраном, при- прорезью,
мерно на расстоянии 150 мм от линзы,
помещается стеклянная кювета с плоскопараллельными гранями 5,
наполовину наполненная концентрированным раствором
поваренной соли. Поверх раствора поваренной соли осторожно наливается
слой воды так, чтобы между двумя слоями образовалась достаточно
четкая граница. Оптическая ось установки должна проходить через
границу двух жидкостей. В этом случае на экране наблюдается
искривление изображения щели диафрагмы с образованием
резкого, направленного вниз выступа (рис. 182,а).
239

Через 10 минут после первого наблюдения проводится второе,
в результате которого легко установить, что ранее наблюдаемый
резкий выступ, направленный вниз, значительно укоротился,
а расстояние между его краями d увеличилось (рис. 182,6).
Подобное наблюдение повторяется еще раз также через 10 минут. На
промежутки времени между отдельными наблюдениями проекционную
лампу следует выключать.
г з
Рис. 181. Проекционная установка для показа диффузии поваренной
соли в воде:
/—проектор; 2— конденсор; 5—щелевая диафрагма; 4— линза; 5—кювета
с плоскопараллельными стенками; 6— экран.
На основании различной степени преломления света в средах
с различной оптической плотностью можно указать на следующую
причину наблюдаемого явления. Между раствором соли и чистой
a S б
Рис. 182. Картины щелевой проекции:
а — узкий, но глубокий изгиб при резком падении концентрации
растворов в тонком пограничном слое; б — более широкий, но
менее глубокий изгиб — при постепенном уменьшении концентрации
раствора в толще жидкости; в — широкий, но мелкий по глубине изгиб
при хорошо перемешанных растворах.
водой образуется тонкий пограничный слой, в котором резко падает
концентрация раствора соли. В этом слое свет
преломляется и на проекции щели на экране появляется выступ. С
течением времени соль все больше и больше диффундирует в воду и
толщина пограничного слоя возрастает. Постепенно возрастает
оптическая плотность жидкости от концентрированного раствора соли
к слою чистой воды. Оптическая плотность пограничного слоя
меняется, и наблюдаемый в проекции выступ сглаживается (рис.
182,в).
240

Примечания
1. Раствор соли необходимо предварительно подготовить
в химическом стакане и уже готовый выливать в кювету.
2. Доливать воду в кювету необходимо с соблюдением
предосторожностей, отмеченных в описании в Э—169. В качестве
плавающего на поверхности соли тела,
на которое выливается вода, следует
взять боковую стенку от обычного
спичечного коробка, обрезав ее до
такого размера, чтобы деревянная
пластинка свободно входила в просвет
кюветы. Воду следует наливать тонкой
струей из пипетки, направляя ее на
середину плавающей пластинки (рис.
183). По мере поднятия уровня воды
в кювете деревянная пластинка будет
всплывать. Ее можно оставить плавать
и во время проведения эксперимента.
3. На скорость диффузии солевого
раствора в воду в значительной мере
сказывается температура. При этом с
повышением температуры процесс диффузии
резко возрастает.
4. При проведении эксперимента
необходимо указать на значение диффузии
в жидкостях в процессе усвоения питательных веществ
кровью.
Рис. 183.
Наслаивание воды на
раствор поваренной
соли.
171. Отделение коллоидной фракции от
кристаллической (по Граму)
Стеклянное кольцо с выступающим рантом (0 80 мм,
высота около 20 мм), пергамент или кусок животного
пузыря, тонкий шнур, резиновое колечко, большой
плоский сосуд, белок куриного яйца,
концентрированный раствор сахара, раствор каучука с поваренной
солью, пикриновая кислота.
Стеклянное кольцо с выступающим рантом обтягивается со
стороны ранта пергаментом или животным пузырем. Для этой цели
кольцо накладывается на лист пергамента или соответственно
на кусок вырезанного животного пузыря. Выступающая часть
листа пергамента или пузыря завертывается кверху, и поверх нее
надевается резиновое колечко, которое прижимает пергамент
к стенке кольца над рантом. Таким образом, образуется плоская
чашка с пергаментной мембраной. Излишние куски пергамента
обрезаются ножницами. Пергамент многократно обвязывается тон-
241

ким шнуром для уплотнения места его соединения со стеклянной
стенкой кольца.
Так подготовленное кольце с мембраной, выполняющее роль
диализатора, опускается на поверхность воды, налитой в широкий
сосуд. Кольцо плавает. Внутрь плавающего кольца вливается
жидкость, подлежащая диализу — разделению коллоидной и
кристаллической фракций (рис. 184).
В качестве такой жидкости в этом эксперименте можно
использовать раствор каучука и поваренной соли или смесь белка
куриного яйца и сахара.
Эксперимент имеет особое значение, если его проводить в
следующем виде. В воде растворяется небольшое количество
пикриновой кислоты, при этом вода
окрашивается в желтый цвет. Воду
смешивают в отношении 3:1с белком
куриного яйца. Для ускорения рас-
Рис 184. Диализатор из стеклян- творения пикриновой кислоты воду
ного кольца, затянутого пер- следует несколько подогреть, однако
гаментом. перед внесением белка раствор
пикриновой кислоты необходимо
охладить, чтобы белок не свернулся. Смесь фильтруется через
бумажный фильтр и вливается в диализатор. Через несколько минут
вода, в которой плавает диализатор, окрашивается в желтый цвет.
По прошествии некоторого времени воду необходимо
исследовать на белок, для чего ее достаточно нагреть. В случае
проникновения белка в воду последняя мутнеет. Однако прохождения белка
через мембрану не происходит даже при достаточно большом
сроке наблюдения.
Примечания
1. Вместо стеклянного кольца можно использовать также
эрленмейеровскую колбу без дна. В этом случае колба,
отверстие дна которой затянуто мембраной из животного
пузыря, помещается внутрь широкого химического
стакана. Колба-диализатор при помощи шнура
подвешивается к палочке, переброшенной через отверстие стакана.
Воду в химическом стакане необходимо сменять, сделав
установку проточной. Для этого в стакан опускается
резиновая трубка, присоединенная к водопроводу. Из
стакана вода сливается сифоном. Таким образом,
диализатор плавает в проточной воде и диализ можно провести
достаточно полно.
2. Обычно рекомендуемая замена пикриновой кислоты
хромовокислым калием вряд ли целесообразна, так как из-за
щелочной реакции этой соли не происходит свертывания
белка при нагревании и тем самым исключается
возможность проверки действия диализатора.
242

172. Демонстрация осмотического давления
раствора сахара
Стеклянная воронка (<з 50 мм), пергамент (100 ммх
ХЮО мм), стеклянная трубка (внутренний 0 1,5—
2,0 мм, длина 1000 мм), 2 химических стакана (1000 мл
и 250 мл), 125 п сахара, кусок резиновой трубки (по
диаметру трубки воронки), резиновая пробка,
нерастворимый в воде клей, струбцинка, стержень от штатива,
пипетка.
Изготовление прибора
Верхний край стеклянной воронки с внешним диаметром 50 мм
протирается снаружи абразивным материалом (толченый кирпич. —
А. Л.) так, чтобы получить идущую вокруг
воронки у самого ее края матовую полоску
шириной около 30 мм. Так приготовленная
воронка своим раструбом ставится на кусок
пергамента и обводится карандашом. Сняв
воронку, на пергаменте с отступом наружу
в 20 мм прочерчивают концентрическую
окружность, и по ней из пергамента
вырезается круг. Круглая полоса между двумя
проведенными линиями хорошо
промазывается нерастворимым в воде клеем. Тем
же клеем промазывается и матовая полоса
на самой воронке, после чего воронка снова
ставится раструбом на пергамент, края
пергамента заворачиваются на воронку и плотно
к ней приклеиваются. Для усиления
герметичности внешний край шва дополнительно
промазывается клеем. Воронка может быть
использована после полного просыхания
клея в течение около 24 часов. В такой
воронке пергамент служит мембраной.
После просыхания воронка мембраной дЛ"я'показа осмоТичес-
вниз укрепляется в лапке штатива, прижатого кого давления.
струбциной к столу. На трубку воронки
надевается короткий кусок резиновой трубки. При помощи пипетки
воронка заполняется до верхнего края резиновой трубки
концентрированным раствором сахара, предварительно разведенным в
химическом стакане. В резиновую трубку вставляется просверленная
резиновая пробка, в отверстие которой укреплена длинная
стеклянная трубка с внутренним диаметром от 1,5 до 2,0 мм. При этом
часть раствора сахара входит в стеклянную трубку. В таком виде
прибор готов к использованию (рис. 185).
243

Эксперимент
Всю конусообразную часть воронки, наполненной
концентрированным раствором сахара, погружают мембраной вниз в воду,
налитую в большой химический стакан.
Через некоторое время можно провести наблюдение. Жидкость
поднимается по тонкой стеклянной трубке. Высота поднятия уровня
доходит до 800—1000 мм. Скорость поднятия жидкости зависит
от плотности раствора сахара и диаметра раструба воронки, или,
что то же самое, диаметра мембраны (а также от качества
пергамента. — А. Л.).
Примечания
1. Пергамент под действием воды в первые 10—15 минут
несколько растягивается. Поэтому необходимо тонкую
длинную трубку укреплять в воронке лишь по истечении
этих 10—15 минут после наполнения воронки раствором
сахара, предварительно долив воронку раствором до
верхнего края резиновой трубки.
2. Для того чтобы удобнее было наблюдать за перемещением
жидкости в тонкой трубке, раствор сахара следует
подкрасить одной из растворимых в воде красок.
3. Резиновая трубка, соединяющая воронку с длинной
стеклянной трубкой, должна быть по возможности плотно
насажена. Для улучшения герметизации целесообразно
резиновую трубку как в месте соединения ее с воронкой,
так и в месте соединения с резиновой пробкой обвязать
проволокой.
4. Воронка до наполнения ее раствором сахара должна быть
тщательно промыта, ополоснута и просушена.
5. Диаметр раструба воронки во избежание разрыва
пергаментной мембраны не должен превышать 80 мм.
173. Диффузия солей металла в жидком
стекле
Сульфаты меди, железа и марганца, 15% раствори^
мое стекло, высокий стеклянный цилиндр.
В цилиндр, наполненный растворимым стеклом, бросается
средней величины кристалл сульфата меди (медного купороса).
Кристалл погружается на дно. Через некоторое время над
кристаллом возникает особого вида и формы пленка, постепенно как бы
растущая вверх.
Вокруг кристалла на первом этапе процесса возникает тонкая
пленка селиката меди. Под этой пленкой одновременно образуется
раствор сульфата натрия. Через пленку в раствор сульфата натрия
диффундирует вода, в результате этого процесса под пленкой воз-
244

растает давление, разрывающее пленку. На месте разрыва
возникает новая пленка, и процесс начинается сначала.
Ту же картину можно наблюдать, используя вместо сульфата
меди сульфат железа, марганца или ряд других сульфатов тяжелых
металлов. Характер пленкообразования типичен для каждого
из металлов.
Если через некоторое время осторожно слить растворимое стекло,
то возникшая форма нарастающих друг на друга пленок останется
ненарушенной.
Примечания
1. Наблюдаемая картина при этом процессе внешне
чрезвычайно похожа на рост растений. Обычно говорят об этом
процессе как о процессе образования «искусственных
цветов». Хотелось бы предостеречь от этого названия,
так как здесь нет и тени жизненных процессов. В этом
эксперименте проявляется лишь действие диффузии.
2. Эксперимент очень удобен для проекции на экран.
3. Эксперимент можно провести и с желтой кровяной солью —
K4[Fe(CN)6], бросая в нее кристаллы двуххлористого
железа (раствор желтой кровяной соли приготавливается
из расчета 30 г соли на 1 л воды), а также с раствором
берлинской лазури — Fe4[Fe(CN)6]3 и кристаллами
сульфата меди.
174. Демонстрация диффузии углекислого газа
в воздух
Углекислый газ, технические весы, разновесы,
высокий химический стакан (250 мм)у лучинка, резиновая
трубка, прямоугольно изогнутая стеклянная трубка
с краном.
На чашку технических весов устанавливается по возможности
более высокий узкий химический стакан, и весы тарируются.
При помощи резиновой трубки с стеклянным наконечником
и краном стакан наполняется углекислым газом (от аппарата
Киппа или Вундерлиха, см. Э—168). Стеклянный наконечник при
наполнении стакана углекислым газом погружается до дна
стакана. Так как удельный вес углекислого газа больше удельного
веса воздуха, то по мере наполнения стакана углекислым газом
чашка весов с ним начинает опускаться.
Наполнение стакана углекислым газом испытывается зажженной
лучиной. Лучина должна гаснуть на уровне верхнего края стакана.
После его наполнения кран закрывается и резиновая трубка
удаляется из стакана.
245

Примерно через 10 минут весы снова уравновешиваются.
Погруженная в стакан до его дна горящая лучина не гаснет. Это
указывает на то, что в стакане снова находится воздух, содержащий
кислород, а углекислый газ продиффундировал в окружающий
воздух.
175. Демонстрация диффузии городского газа
и паров брома в воздух
2 стеклянных цилиндра одинакового диаметра
(300 мл), городской газ, бром, газовый шланг,
прямоугольно изогнутая стеклянная трубка, 2 стеклянные
пластинки, лучинки.
Эксперимент А. Диффузия городского газа в воздух
Стеклянный цилиндр наполняется городским газом. Для этого
цилиндр держат отверстием вниз и в него вводят шланг,
соединенный с краном городского газопровода. Резиновый шланг для
этой цели оснащается стеклянным наконечником, который и
вводится снизу вверх в цилиндр до его дна. После наполнения
цилиндра его закрывают снизу вторым цилиндром того же
диаметра так, чтобы отверстия цилиндров совпадали.
Несмотря на то что городской газ имеет удельный вес
значительно меньший, чем удельный вес воздуха, уже через 10—15 минут
газ и воздух перемешиваются, образуя взрывчатую смесь. В этом
можно убедиться, введя между цилиндрами две стеклянные
пластинки и закрыв ими отверстия цилиндров, последние разъединить.
Если после этого в цилиндры внести зажженную лучину,
находящаяся в цилиндре смесь газа и воздуха сгораете легким взрывом.
Эксперимент В. Диффузия паров брома в воздухе
Стеклянный цилиндр до краев наполняется парами брома.
Для этого достаточно склянку с бромом, открыв пробку, подержать
наклоненной над цилиндром, обогревая ее ладонями рук; пары
брома как более тяжелые опустятся в цилиндр, вытесняя воздух.
Если в помещении, где проводится эксперимент, недостаточно
тепло, можно рекомендовать склянку с бромом предварительно
внести на некоторое время в более теплое помещение.
После наполнения цилиндра парами брома на него сверху ставят
второй цилиндр отверстием вниз. Диаметр цилиндра, наполненного
воздухом, должен строго соответствовать диаметру первого
цилиндра. Примерно через 5 минут можно обнаружить, что воздух
в обоих цилиндрах равномерно окрашен в коричневый цвет.
Примечание
Рекомендуется в эксперименте с городским газом цилиндр,
наполненный взрывчатой смесью, перед ее поджиганием
обернуть материей во избежание ранения осколками стекла
при взрыве.
246

176. Сравнение скорости диффузии брома в
различных газах
воздух водород
2 пробирки, 2 узкие деревянные планки (200 мм
и 150 мм) с полукруглыми желобками по внешнему
диаметру пробирок, расположенными один против
другого, штатив, стеклянная пластинка (100 мм х50 ммх
ХЗ мм), 4 резиновые пробки, водород, пипетка,
несколько капель брома, полоски клейкой бумаги,
шнур.
Две пробирки помещаются в желобах двух деревянных планок.
Планки хорошо связываются шнуром, образуя обойму-держатель.
Пробирки, укрепленные в обойме за
длинную планку последней,
закрепляются в штативе отверстиями вниз.
Стеклянная пластинка ставится на
четыре резиновые пробки, образуя
своеобразный столик, над которым и
устанавливаются пробирки,
укрепленные в штативе (рис. 186).
Одна из пробирок наполняется
водородом (из аппарата Киппа или
газгольдера), и ее отверстие на время
заклеивается полоской клейкой бумаги.
На стеклянную пластинку-столик
против середины отверстий каждой
пробирки наносятся при помощи пипетки
капли брома, и на них опускаются
пробирки, закрывая капли. Перед
опусканием пробирок необходимо снять
наклеенную бумажную полоску с
пробирки, наполненной водородом. Таким
образом, капли брома оказываются под
пробирками (рис. 186, а).
Капли брома испаряются при комнатной температуре и
диффундируют в газы, наполняющие пробирки, в воздух и в водород.
При этом диффузия паров брома в водород происходит
значительно быстрее, чем в воздух, что легко можно установить,
наблюдая за скоростью распространения коричневой окраски в
пробирках.
ч*^/
^
^
ото
S*
Рис. 186. Установка для
показа скоростей диффузии
паров брома в воздухе и
водороде.
Примечание
Пробирки должны быть совершенно сухими, так как в
противном, случае пары брома будут абсорбироваться каплями
воды.
247

177. Повышение давления в пористом сосуде
при диффузии в него городского (светильного)
газа или водорода
Пористый сосуд, пробка по размерам отверстия
сосуда, стеклянная трубка (длина 100 мм), открытый
жидкостный манометр (наполненный спиртом или водой),
соединительная резиновая трубка (длина300 мм),
большой химический стакан (500 мл), газовый шланг
со стеклянным наконечником, городской газ, водород,
штатив.
Пористый сосуд закрывается корковой пробкой с вставленной
в нее стеклянной трубкой, присоединенной к жидкостному
манометру. Пористый сосуд с закрытой
пробкой укрепляется отверстием вниз в
штативе. Поверх пористого сосуда
надевается, также отверстием вниз, большой
химический стакан (рис. 187).
В просвет между стенками стакана
и пористого сосуда вводится
стеклянный наконечник газового шланга,
присоединенного к газопроводу, и
городской газ на короткое время
впускается в стакан. Манометр тотчас же
указывает на повышение давления
внутри пористого сосуда.
Через некоторое время, однако,
вновь восстанавливается равное
внешнему давление внутри стакана.
Если после этого химический стакан
снять с пористого сосуда, в последнем наблюдается на
некоторое время уменьшение давления.
Рис. 187. Установка для
показа диффузии городского
газа через пористую
перегородку из необожженного
фарфора.
Примечания
1. Возникновение повышения давления в пористом сосуде
объясняется тем, что молекулы газа быстрее, чем молекулы
воздуха, диффундируют через стенки сосуда. Через
некоторое время, однако, воздух продиффундирует из сосуда
в химический стакан. В этом случае как в химическом
стакане, так и внутри сосуда установится одинаковое
давление смеси из воздуха и газа. Как только с пористого
сосуда будет снят химический стакан, газ будет
диффундировать в окружающий воздух и манометр укажет на
уменьшение давления.
2. Эксперимент еще более нагляден, если пользоваться вместо
городского газа водородом.
248

178. Понижение давления в пористом сосуде
при диффузии в него углекислого газа
Пористый сосуд, пробка к нему, 2 короткие
стеклянные трубки, большой химический стакан (500 мл),
плоскодонная колба (500 мл), пробка к ней с двумя
отверстиями, U-образная стеклянная трубка (длина
600 мм с коленами по 200 мм), резиновая трубка (длина
300 мм), стеклянный цилиндр (500 мл), углекислый
газ, резиновая трубка со стеклянным наконечником.
Пористый сосуд, закрытый пробкой с укрепленной в ней
прямой стеклянной трубкой, устанавливается пробкой вверх в
химический стакан. Пористый сосуд соединяется с плоскодонной
колбой при помощи резиновой трубки, один конец которой иадевает-
Рис. 188. Установка для показа падения давления
при диффузии углекислого газа в воздух.
ся на трубку пористого сосуда, другой — на короткую стеклянную
трубку в пробке колбы. В колбу через второе отверстие пробки
вводится до ее дна одно колено U-образной стеклянной трубки;
другое колено U-образной трубки погружается в воду, налитую
в цилиндр (рис. 188).
В химический стакан с пористым сосудом вводится стеклянный
наконечник резиновой трубки, присоединенной к газгольдеру
с углекислым газом (или к аппарату Киппа); стакан наполняется
углекислым газом. При этом в пористом сосуде понижается
давление, так как диффузия углекислого газа в сосуд идет медленнее,
чем диффузия воздуха из сосуда.
При понижении давления в пористом сосуде вода из цилиндра
через U-образную трубку устремляется в плоскодонную колбу.
Если после этого пористый сосуд извлечь из стакана,
наполненного углекислым газом, процесс пойдет в обратном порядке
и вода из колбы будет переливаться в цилиндр.
Примечание
Эксперимент может быть проведен также и с жидкостным
манометром (подобно Э—177).
249

179. Изготовление шара Герона,
используя диффузию городского газа
или водорода в пористый сосуд
Пористый сосуд, химический стакан,
плоскодонная или эрленмейеровская колба (500 мл), пробка к
пористому сосуду, пробка с двумя отверстиями к колбе,
прямая стеклянная трубка (длина 400 мм), изогнутая
под острым углом трубка (длина 300 мм) с оттянутым
коротким коленом, стеклянный наконечник к газовому
шлангу, газовый шланг, сосуд, городской газ или
водород, штатив.
Колба, на три четверти заполненная водой, закрывается
пробкой с двумя отверстиями. В одно из отверстий пробки вводится
доходящая до дна колбы изогнутая
под острым углом трубка с
оттянутым коротким концом, в другое—
прямая стеклянная трубка,
входящая в отверстие пробки,
замыкающей пористый сосуд. Все
соединения трубок и пробок должны
быть достаточно герметичны и не
пропускать воздух.
На пористый сосуд надевается
большой химический стакан. В
пространство между стенками
пористого сосуда и стакана вводится
наконечник газового шланга,
присоединенного к газопроводу, и
химический стакан наполняется
городским газом.
Так как скорость диффузии газа
в пористый сосуд больше скорости
диффузии воздуха из сосуда, в пористом сосуде создается
повышенное давление, под действием которого вода выливается через
изогнутую стеклянную трубку из колбы в подставленный сосуд
(рис. 189).
Примечания
1. Вместо городского газа в этом эксперименте может
быть использован водород. Вместо плоскодонной колбы можно
использовать так называемую промывалку, короткая
трубка которой соединяется с пористым сосудом.
2. Если прервать поступление газа в химический
стакан и снять его с пористого сосуда, то газ, находящийся в
сосуде, будет диффундировать в окружающий воздух, и в сосуде,
а значит, и в колбе давление понизится. При понижении
давления в колбе в нее через сливную трубку устремится
воздух, который и будет врываться в колбу фонтаном пузырьков.
Рис. 189. Установка для показа по
вышения давления е стакане из не
обожженного фарфора при
диффузии городского газа.
250

180. Эксперимент на модели
автоматического газоанализатора
Пористый сосуд, пробка к сосуду, прямая
стеклянная трубка, химический стакан, U-образная трубка
с отростками на ее коленах, 2 пробки к ней, резиновая
трубка, ртуть, кювета для ртути, 2 куска латунной
проволоки, 2 соединительные клеммы, аккумулятор
или другой источник электрического тока на 4 в,
электрический звонок, электрические провода, газовый
шланг со стеклянным наконечником, городской газ,
водород, штатив.
Пористый сосуд, закрытый корковой пробкой, укрепляется
в штативе отверстием вниз. Поверх сосуда надевается химический
Электрический i
Рис. 190. Модель и схема автоматического
газоанализатора.
стакан (см. Э—177). Стеклянная трубка, вставленная в пробку
пористого сосуда, присоединяется к боковому отрогу U-образной
трубки, укрепленной в штативе над кюветой для ртути. Второй
отрог U-образной трубки остается открытым.
U-образная трубка несколько меньше чем наполовину
заполняется ртутью и закрывается резиновыми пробками, через которые
вводятся в каждое колено U-образной трубки по кусочку
латунной проволоки, выполняющей роль контактов. Контактные
проволоки опускаются на такую глубину, чтобы в колене с
присоединенной резиновой трубкой от пористого сосуда проволока входила
в ртуть на глубину более 10 мм, тогда как в другом колене не
доходила на несколько миллиметров до поверхности ртути.
К контактным проволокам через соединительные клеммы
подводятся провода: к одной клемме — от электрического звонка,
к другой — от источника электрического тока в 4 е. Второй полюс
251

источника тока соединяется с электрическим звонком, образуя
цепь, изображенную на рисунке 190.
В пространство между химическим стаканом и пористым
сосудом вводится наконечник газового шланга, присоединенного
к газопроводу. Подается городской газ (или водород). Газ быстро
диффундирует в пористый сосуд, в котором возникает повышенное
давление. Под действием этого давления на поверхность ртути
уровень в одном из колен U-образной трубки понижается,
в другом колене соответственно повышается, и цепь
электрического звонка замыкается через ртуть. Звонок звонит.
Примечание
Изменение расстояния между контактной проволокой
и поверхностью ртути позволяет повысить чувствительность
модели газоанализатора. Подобный газоанализатор может
быть использован для автоматического указания изменения
газового состава воздуха в помещениях, в шахтах и т. п.,
а также как автоуказатель количества водяных паров в
воздухе (указатель погоды).

ГЛАВА IV
ОБЩЕЕ УЧЕНИЕ О ПОТОКАХ
ИЗ ПРЕДИСЛОВИЯ АВТОРОВ РУКОВОДСТВА
К ГЛАВАМ IV, V И VIх
...В этой части руководства рассматривается поведение потоков
жидкостей и газов. Систематический материал распределен в двух
главах: глава IV. Общее учение о потоках и глава V.
Воздушные потоки вокруг самолетов. Кроме
того, выделена глава VI, в которую включены эксперименты по
изучению потоков, трудно укладывающиеся в главы, подобранные
по систематическому признаку.
Экспериментально поданное учение о потоках и связанные с ним
вопросы физики полета вызывают горячий интерес учащихся.
Совершенно ясно, что выбор материала в младших классах должен
быть ограничен лишь самыми необходимыми сведениями, а подача
его должна основываться на чисто внешнем восприятии процесса.
Приведенные в руководстве количественные эксперименты
относятся к старшим классам. Тем не менее нужно полагать, что
учителя физики и младших классов также будут иметь возможность
показать для своих учеников тот или иной количественный
эксперимент из этой области, например Э—201. Впрочем, это ни в какой
мере не следует рассматривать как посягательство на расширение
учебного плана, более того, от этого необходимо предостеречь.
В тех случаях, когда в школе организуется кружок учащихся по
изучению физики полета, книга окажется первым руководителем такого
кружка, помогая в экспериментальном изучении этой области
знаний. Но если такой кружок организуется из учащихся младших
классов, следует ограничиться лишь качественными экспериментами.
Для ясного представления о законах, управляющих потоками,
в настоящем руководстве даны многочисленные качественные
эксперименты, однако сами законы могут быть изучены
основательно лишь в старших классах, при достаточной математической
подготовке.
1 Главы IV, V и VI выпущены в ГДР отдельной тетрадью. — Ред.
253

§ 18. МЕТОДИЧЕСКАЯ ЗАПИСКА
1. Простейшей формой потока является поток
ламинарный или слоистый. Под этим подразумевается поток, в
котором жидкость или газ движутся взаимно не перемешивающимися
слоями, скользящими один возле другого. Такой поток встречается
как в жидкостях, так и в газах, но образуется только при
незначительных их скоростях. Ламинарный поток выявляется путем
наблюдения за отдельно выделенными струями. Наглядный показ
струй достигается тем, что в поток жидкости или газа, протекающий
чрезвычайно медленно через некий сосуд, вводится в различных
местах подкрашенная жидкость, или тонкая взвесь. Наиболее
подходящим для этой цели приборам является струепотоковая
камера Поля (Э —181).
Для наглядного показа ламинарных потоков в газах может
служить описанная вЭ—182 самодельная струепотоковая камера.
Оба упомянутых прибора позволяют ввести в обиход обучения
понятие о линиях тока.
Наличие граничного слоя между покоющейся и
движущейся частями жидкости может быть исследовано самими
учащимися (Э—183). Имеющая место сила трения приводит к падению
скорости слоев потока, особенно в граничном слое, что наглядно
показано в Э—184, Э—187. Необходимо лишний раз указать, что
чисто ламинарные потоки встречаются чрезвычайно редко. Они,
как правило, возникают в жидкостях со значительной вязкостью
и в том случае, когда отдельные слои потока не испытывают
внешнего воздействия. В жидкостях с малой вязкостью граничные слои
легко нарушаются и при самой небольшой разности скоростей
потоков в них возникают завихрения.
Если даже при изучении ламинарного потока школа
ограничивает себя в преобладающем большинстве случаев чисто
внешним восприятием процесса, то при достаточно глубоком
ознакомлении нельзя исключить количественный эксперимент. Корень
понимания вопроса о переходе ламинарного потока к турбулентному
лежит в уяснении значения числа Рейнольдса. О том, как найти
число Рейнольдса простейшим способом в условиях школьного
эксперимента, с достаточной точностью показывает Э—189.
2. В большинстве случаев в жидкостях и газах образуются
турбулентные, или завихряющиеся потоки. На их
изучение должно быть отведено в процессе преподавания
значительно больше времени, чем для изучения ламинарных потоков.
Изучение турбулентных потоков обычно ограничивается только
качественным описанием явлений. Для экспериментального
изучения вихревых полей в газах исключительные возможности откры-
ваютЭ—190 —Э —195; большинство из них очень просты и требуют
легко изготавливаемых приспособлений, и хотя бы на этом
основании они могут быть отнесены к экспериментам для
самостоятельного выполнения.
254

Необходимо указать учащимся, что при изучении потоков
достигается один и тот же эффект как в том случае, когда жидкость
или газ обтекают неподвижный предмет, так и тогда, когда предмет
перемещается в неподвижной жидкости или в неподвижном газе.
В обоих случаях позади предмета образуется завихрение, которое
как бы непрерывно отрывается от него, и позади предмета возникает
вихревая дорожка или вихревой шлейф.
3. Для экспериментов с потоками в воздухе необходимы
специальные воздуходувные аппараты, создающие поток воздуха. Для
многих экспериментов, особенно для тех, в которых можно
ограничиться потоками с незначительным поперечным сечением, доста-
Рис. 191. Фен как воз- Рис. 192. Малый Рис. 193. Большой
духодувный аппарат воздуходувный воздуходувный
для изучения воздушных аппарат. аппарат,
потоков.
точно иметь аппарат, обычно называемый феном, из выходного
канала которого удалено приспособление, нагревающее
вытекающую струю воздуха. Однако не каждый фен пригоден. Необходимо,
чтобы он выбрасывал струю, не имеющую вращения. А это
возможно только в таком фене, в котором плоскость вращающейся
крылатки расположена в плоскости выбрасываемой струи, гоня
воздух в выходной канал (рис. 191)1. Фен, в котором пропеллер
расположен не симметрично оси выходного канала, совершенно
не пригоден для экспериментов. Однако ограничиться только
феном из-за слишком малого потока воздуха нельзя, необходимо
прибегнуть к специальным воздуходувным аппаратам,
изготовленным для учебных целей. Имеются два типа воздуходувных
аппаратов: с малым и большим выходным каналом. Для
общеобразовательной школы совершенно достаточна малая модель с поперечником
выходной дюзы в 7,5 см (рис. 192). Если в некоторых случаях
1 Такие фены выпускаются нашей промышленностью. — А. Л.
255

для эксперимента необходим более широкий поток, его можно
получить, сняв переднюю насадку дюзы. Большая модель,
называемая обычно большим воздуходувным аппаратом,
предназначена для специальных школ и высших учебных заведений (рис.
193); для обычных школ ее приобретение излишне. И без этого
аппарата можно большинство экспериментов организовать так,
чтобы они были выполнены с малым воздуходувным аппаратом,
если при этом использовать как самодельные приспособления, так
и обычно прилагаемые к нему детали.
В воздуходувных аппаратах, снабженных воздушным
винтом, выбрасывающим струи воздуха, для устранения
возможного вращения потока служит напоминающая пчелиные соты
сотовая насадка — ячейковый вкладыш, направляющий поток.
Однако полного испрямления потока и в этом случае не
достигается, как показывает Э—190. Так как воздуходувные аппараты
выбрасывают несколько уплотненный воздух, исследуемые тела
следует помещать не ближе 20 см от выходного отверстия дюзы,
чем достигается максимальное устранение ошибок.
4. Для демонстрации всех видов потоков в жидкостях
целесообразно использовать специальную потоковую ванну,
описанную в Э—198. Основной частью прибора является плоская ванна
(обычно 210 мм Х300 мм), по длинной оси которой посередине
образован канал. Канал у обоих концов расходится на два канала
возвратного потока, лежащих вдоль боковой стенки ванны, по
которым вытекающая из основного канала вода возвращается
в него с другой стороны. Круговорот воды поддерживается двумя
насаженными на некотором расстоянии друг от друга на общую
ось пропеллерами, которые создают в воде тяговую силу.
Пропеллеры приводятся в движение при помощи небольшой
центробежной машины, или от небольшого электродвигателя, или, наконец,
от руки. Необходимо проявить особую заботу в подготовке
испытуемой жидкости. Обычно используется вода, поверхность которой
припудрена хорошо обезжиренным алюминиевым порошком.
Жидкость нельзя оставлять на долгое время открытой, так как она
может стать непригодной для эксперимента; достаточно
незначительных капель масла или осевших из воздуха пылинок, чтобы
исказить основную картину потока, наблюдаемого на поверхности
воды. Для облегчения наблюдения целым классом необходимо
использовать проекционную аппаратуру, которая может быть
легко собрана в процессе подготовки эксперимента. Ванну
необходимо просвечивать по вертикали снизу, а изображение при
помощи зеркала, расположенного над ванной под углом в 45°,
отбросить на экран.
Для той же цели, как и описанная потоковая ванна, служит
вертикально расположенная «плоская канал-камера», в которой
поток воды может быть создан при помощи резиновой груши (Э—199).
По образцу струепотоковой камеры Поля (Э—181) может быть
сконструирована описанная в Э— 200 ванна с неподвижной жидко-
256

стью, ее при некоторой сноровке можно изготовить из вполне
доступных материалов. По этому случаю следует указать, что показ
потоков можно проводить чрезвычайно примитивными средствами.
Так, например, достаточно всего лишь провести ложкой,
вогнутостью вверх, по поверхности налитого в тарелку супа из манной
крупы, чтобы наблюдать интересное струераспределение, особенно
хорошо этот простейший эксперимент проводить с очень жидким
манным супом. Крупинки манны хорошо изображают линии
тока.
5. В тесной связи с образованием завихрений необходимо
рассмотреть сопротивление движению тел в жидкостях
и газах. Это в свою очередь, как известно, связано с потерей
энергии на вихреобразование. Одной из важнейших задач
преподавания является исследование влияния формы тела на сопротивление
движению потоков и установление зависимости этого
сопротивления от конфигурации тела. Для определения количественных
соотношений сопротивлений тел различной формы особенно
целесообразно провести эксперименты при помощи фена и почтовых
балансирных весов с квадрантом (Э —201). Эксперимент, проводимый
такими простыми средствами и поэтому особенно ценный, дает
достаточно точный результат. В том случае, если имеется в виду
определение величины самого сопротивления потоку, а не
соотношение сопротивлений, необходимо воспользоваться указаниями
к проведениюЭ—202 и Э—203. Измерения вЭ —202 проводятся при
помощи однокомпонентных весов, а в Э—203— настольных чашечных
весов. Изготовление соответствующих приспособлений для этих
экспериментов не требует значительных затрат времени. Одно-
компонентные весы, изготавливаемые учебной промышленностью,
не создают особых преимуществ точности измерения, потому
целесообразно эти эксперименты проводить на самодельных
конструкциях.
В остальном в интересах ясности представления понятий на
высшей ступени обучения целесообразно обратить внимание на
следующее: термин сопротивление сводится к
определению действующей силы, которую испытывает движущееся
т е л о в неподвижной среде. Сила, с которой движущаяся
среда действует на неподвижное тело, называется
динамической силой давления, или, для воздушной среды,
силой воздушной среды (Luftkraft). Обе силы равны
по величине и в том и другом случае определяют сопротивление
движению. Измеряя сопротивление, тем самым измеряется и
динамическая сила давления.
6. В основе понимания процесса образования потоков лежит
уравнение неразрывности и вытекающее из него
уравнение Бернулли. И если в условиях школы не
представляется возможным вывести уравнение Бернулли
экспериментально, то это в какой-то мере компенсируется возможностью
экспериментально доказать справедливость уравнения неразрыв-
257

ности при помощи Э —205 и Э —206, от которых можно отказаться
лишь в крайнем случае. Кроме того, достаточно легко можно
показать падение давления в потоке, идущем по трубе, объясняя это
явление как следствие уравнения Бернулли. Этому соответствуют
Э —207 — Э—209. Некоторое преимущество дает Э —209, так как он
позволяет варьировать ход работы.
Используя уравнение Бернулли, можно установить разницу
между динамическим или напорным давлением
(Staudruck) в направлении потока жидкости и статическим
давлением на поверхность погруженного в жидкость тела,
направленным поперек движения потока. К давлениям на движущееся
тело относится и действующее вертикально вниз весовое давление
столба жидкости, но для труб, в которых движется жидкость,
расположенных горизонтально, это давление остается постоянным,
и поэтому им можно пренебречь. Сумма напорного и статического
давления в потоках, движущихся по трубе, постоянна. Из этого
факта очевидно, что в численном определении уравнения
Бернулли необходимо применять энергетические величины, что должно
быть отражено при рассмотрений этого вопроса в школе.
Пользуясь уравнением Бернулли, необходимо обратить
внимание учащихся на то, что все встречающиеся в нем величины
должны быть выдержаны в одной системе единиц. Если
избирается физическая система единиц CGS — необходимо общее
давление р0 и статическое давление р измерять в дн • см~2,
плотность р в г/см3. Если, как обычно принято, будет избрана
техническая система единиц, необходимо р и р0 выразить в
кп • л*""*2, плотность р в ТЕМ/м3, v в м • сек"1.
Особенно важно подчеркнуть, что в этом случае плотность
воздуха равна -g- ТЕМ • м~3.
Действительно: р Возд = 0,001293 а • см~3 = 1,293 кг • м~3 =
- —- ТЕМ м-3« ~ ТЕМ - м~3.
С динамическим и статическим давлениями тесно связана
скорость п о т о к а (Э—210 —Э—214). Ее измерение
производится при помощи трубки Пито, зонда-манометра, трубки
Прандтля и дюзы Вентури с манометром. Так как обычно в этих
экспериментах пользуются открытым манометром, необходимо
не забывать, что при длительном использовании он легко
загрязняется. После окончания каждого эксперимента трубку
манометра нужно тщательно вычистить, а перед каждым новым
экспериментом наполнять заново приготовленной жидкостью, лучше
всего водой, с небольшой добавкой мыльного порошка, понижающего
поверхностное натяжение воды и тем самым снижающее
капиллярное поднятие, при значительной величине которого
результаты эксперимента искажаются.
Как пример приближения к технике целесообразно
использовать наряду с трубкой Прандтля прибор для измерения скоростей
258

самолета, т. е. круглую диафрагму, соединенную с измерителем
давления, что позволит произвести измерение расхода
потока. Описание соответствующего школьного эксперимента,
выполненного с обычными приспособлениями, дано в Э—215.
7. Особый интерес в школе вызывают опыты с аэро-гидродина-
мическими парадоксами. В § 23 дается описание 12 различных
вариантов экспериментального решения этого вопроса. Пожалуй,
ни в одной из областей учения о потоках не представляется столько
возможностей для проведения экспериментов на простейших
приспособлениях, как в этой области, вот почему некоторые из
экспериментов могут быть выполнены учащимися самостоятельно (Frei-
handversuche). Для большинства из этих экспериментов нет
необходимости даже в воздуходувном аппарате, воздух достаточно
дуть ртом. Все они вызывают у учащихся работу мысли и тем самым
особенно желательны. В большинстве из них парадоксально то,
что в любой паре близко расположенных тел, между которыми
протекает жидкость или газ, наблюдается стремление к сближению.
Ученики в их наивном представлении думают, что если между
двумя телами, расположенными достаточно близко, продувать
воздух или пропускать жидкость, эти тела должны раздвинуться,
тем неожиданнее для них результаты опыта (Э—220 по Э—225).
Однако природа парадокса легко объясняется. Учащимся
необходимо сообщать, что, исходя из уравнения неразрывности,
следует: чем меньше поперечное сечение потока, тем его скорость
больше, а это связывается, согласно уравнению Бернулли, с
уменьшением статического давления. В таком случае внешнее давление
на поверхность тела по сравнению с внутренним оказывается
большим, что и приводит к сближению тел.
§ 19. ЛАМИНАРНЫЕ ПОТОКИ
181. Показ струй потока жидкости
в струепотоковой камере Поля1
Струепотоковая камера Поля, подкрашенная
жидкость, химический стакан.
Оба сосуда струепотоковой камеры (рис. 194) заполняются
один водой, другой — подкрашенной жидкостью. В нижней части
камеры имеется патрубок с насаженной короткой резиновой труб
кой. После заполнения сосудов винтовой зажим, надетый на
резиновую трубку патрубка, слегка приоткрывается. Вытекающая
вода, пройдя через камеры, собирается в подставленный стакан
В камере образуется на некоторое время стационарный поток,
1 Одна из моделей такой камеры описана в стабильном учебнике:
А. В. П е р ы ш к и н, Курс физики, ч. 2, § 49, Учпедгиз, 1959. — Л. Л.
259

который по характеру струй можно отнести к ламинарному. Струи
потока можно рассматривать как непосредственно в приборе, так
и в проекции на экран.
Рис. 194. Струепотоковая камера Поля для
демонстрации струераспределения:
а — общий вид; б — разрез.
А — плоская стеклянная камера; Кг—сосуд для воды; Кг—
сосуд для подкрашенной жидкости; Мх и М а—
металлические пластинки, в нижней части которых просверлен ряд
малых отверстии; d — одно из таких отверстий; 5Х S2 —
стеклянные стенки плоской камеры; Z — винтовой зажим,
регулирующий скорость истечения.
182. Показ струй потока газа
в самодельной потоковой камере
Доска (420 мм Х200 мм Х20 мм), рейка (1000 мм X
X 10 ммХ5 мм), лист стекла, три полоски фанеры
(200 ммхЗО мм ХЗ мм), 2 фанерные пластинки (30мм X
Х24 мм ХЗ мм), 2 просверленные корковые пробки,
2 короткие стеклянные трубки, 6 скобок из жести,
2 дощечки (250 мм Х160 мм X 20 мм), 2 склянки
(200 мл), 2 корковые пробки с двумя отверстиями,
2 трубки, согнутые под углом, U-образная стеклянная
трубка, резиновая трубка (1000 мм), аммиачная щелочь,
соляная кислота, водоструйный насос, доска толщиной
3 мм, прочная проволока.
Изготовление прибора
Из 10-миллиметровой прочной доски вырезается
прямоугольник величиной 300 мм Х200 мм, книзу продолженный на 120 мм
260

треугольником, острием вниз. По краю одной из сторон доски
сверху вниз, сходясь к острию треугольника, наклеиваются и
прибиваются гвоздями узкие рейки толщиной в 5 мм. Поверх
реек наклеивается той же ширины полоска толстого сукна (рис. 195).
На расстоянии 40 мм от верхнего края просверливается вдоль
прямой целый ряд отверстий (0 3 мм), которые по другую сторону
доски выходят в приклеенную плотную коробку из фанеры. В эту
коробку через отверстие в дне вводится укрепленная в корковой
пробке стеклянная трубка; к трубке присоединяется шланг,
идущий к аппарату, вырабатывающему аммиачный туман. В несколь-
разреЖающему
насосу
Рис. 195. Самодельная потоковая камера для демонстрации
струй в газе:
a — вид спереди; б — разрез.
ких миллиметрах от острия треугольника высверливается отверстие
по величине корковой пробки, в которую вставлена отводная
стеклянная трубка. На эту стеклянную трубку крепится шланг,
идущий к водоструйному насосу для отмачивания газа.
Так оснащенная доска крепится острием треугольника вниз
на подставке из двух соединенных пазом толстых досок (рис. 195);
на доске при помощи скобок укрепляется вырезанная по форме
доски, стеклянная крышка; между стеклом и доской образуется
камера. Сторону доски, обращенную внутрь камеры, необходимо
предварительно окрасить черной краской, чтобы сделать заметнее
проходящие через камеру струйки аммиачного тумана.
Эксперимент
Для проведения эксперимента применяется аммиачный туман,
полученный в результате взаимодействия паров соляной кислоты
261

ЫН4С1
ПарыШ
с аммиаком. Для этой цели собирается установка по указанному
рисунку 196, из двух склянок, с соляной кислотой и нашатырным
спиртом, соединенных стеклянными и резиновыми трубками;
выходная трубка установки при помощи резинового шланга
присоединяется к струепотоковой камере через стеклянную трубку
коробки, размещенной на задней стенке прибора. Аммиачный
туман из этой коробки через просверленный ряд отверстий
попадает в камеру.
К трубке, выходящей из нижней части камеры, подсоединенный
шланг подводится к водоструйному насосу и при действии
последнего струйки тумана протягиваются
через камеру, создавая картину
ламинарного потока.
Из доски толщиной в 3 мм
вырезаются профиля различных тел. Эти
профиля можно поместить внутрь
камеры между стеклянной и
деревянной стенками. Для того чтобы тела
удерживались на заданном уровне,
их оклеивают сукном со стороны,
обращенной к стеклу. Такие тела
обтекаются струями. Если поместить в
камеру круглую пластинку, то струи, подходя к ней, расходятся
по ее сторонам и в непосредственной близости от пластинки
несколько сближаются друг с другом. Обойдя
пластинку, струи вновь соединяются,
воссоздавая прежнюю картину струераспределения.
NHJ0H)
Рис. 196. Установка для
получения аммиачного тумана.
V 1
Мзсло
183. Показ граничного слоя
между движущимися и
покоящимися частицами
разнородных жидкостей
Химический стакан, стеклянная
палочка (# 8 мм), вода,
парафиновое масло.
Химический стакан наполняется водой и
поверх воды наливается слой масла толщиной
около 1 см. Быстрым движением отвесно вниз
стеклянная палочка погружается в жидкость.
При этом, наблюдая со стороны, можно видеть
поверхность соприкосновения масла с водой. При погружении
стеклянной палочки приставшее к ней масло вдавливается в воду
(рис. 197). На расстоянии всего в несколько миллиметров от
палочки находится слой жидкости, сохраняющий полный покой.
Опыт позволяет наблюдать границы между движущейся и
неподвижной жидкостью.
Рис. 197.
Граничный слой между
быстродвижущимся
и неподвижным
слоем жидкостей.
S6S

Примечания
Слои жидкости, располагаясь концентрически
относительно оси палочки, имеют различные скорости. Слои,
непосредственно прилегающие к палочке, имеют скорость
самой палочки. Однако эта скорость от слоя к слою резко
падает. Охваченный движением слой имеет конечную толщину.
Показательную сторону эксперимента можно значительно
усилить, применяя ванну с плоскопараллельными
стеклянными стенками, что позволит возникающую картину
перемещения слоев спроектировать на экран. Чтобы избежать
получения перевернутого изображения на экране,
необходимо использовать поворотную призму.
Граничный слой между покоящейся и движущейся
жидкостью можно наблюдать при погружении или
извлечении ножа из густого сиропа.
184. Распределение
скоростей в живом
сечении ламинарного
потока жидкости,
движущейся в
широкой трубе
?ЦРезиновая мурта
Красно-
распределитель
Струдкв
краски
На
Прямая стеклянная
труба (0 60 мм, длина 500 мм),
стеклянная труба,
суживающаяся в нижней части
(0 60 мм, длина 500 м),
на суженном конце кран и
сливной патрубок (0 около
4 мм), резиновая муфта
для соединения обеих труб,
штатив с держателем и
двумя лапками для
крепления трубок, воронка для
подкрашенной жидкости,
трубка, изогнутая на
конце под прямым углом,
стеклянная трубка с 5 капиллярными отверстиями,
запаянная с одного конца (0 около 3 мм, длина 65 мм),
отверстия на трубке для капилляров располагаются на
расстоянии 15, 25, 35, 45, и 55 мм от открытого ее
конца, резиновая муфточка для соединения конца
круглой воронки с открытым концом трубки с
капиллярами, вода, подкрашенная жидкость,
конец прямой стеклянной трубы I надевается резиновая
Рис. 198. Прибор для
демонстрации распределения скоростей
в потоке, ограниченном трубой.
муфта на 73 ее длины (рис. 198). В отверстия, проделанные в муфте
263

один против другого, ниже края трубы вставляются концы трубки-
краскораспределителя с капиллярами. После этого свободный
конец муфты насаживается на широкий конец трубы II, имеющей
сужение. К открытому концу трубки краскораспределителя
присоединяется при помощи резиновой муфточки трубка,
идущая к воронке с красителем. Необходимо
тщательно следить за строгим расположением отверстий
капилляров по одной оси.
Собранная двойная труба заполняется водой и
на несколько часов оставляется в покое. После
отстаивания воды воронка заполняется красителем
и кран несколько приоткрывается так, чтобы
едва вытекала тонкая струя воды.
Вытекающие из капиллярных отверстий струйки
краски создают картину распределения скоростей
в живом сечении потока, ограниченного трубой.
Струйки имеют различную длину, увеличивающуюся
к середине трубы.
18S. Показ распределения скоростей
Рис. 199. в потоке жидкости внутри трубы
«Профиль ^
скоростей» Высокий стеклянный стакан (высота
внутри около 200 мм), трубка с краном (0 около
трубы, g мм^ дЛИна 250 мм)у подкрашенная вода, штатив
с лапкой для держания широкой трубки.
Трубка с открытым краном погружается в воду, налитую в
стакан, на глубину около 5 см. Вода всасывается в трубку так, чтобы
ее уровень оказался примерно на 5 мм выше крана, после чего
кран закрывается. Верхняя часть трубки наполняется
подкрашенной водой. Медленно открывая кран, дают вытекать подкрашенной
воде в чистую воду. При этом вытекающая жидкость образует четко
ограниченный конус вытекания (рис. 199).
Примечание
Наибольшая скорость движения подкрашенной воды у оси
потока. Поверхность раздела окрашенной жидкости и
чистой воды имеет форму параболоида.
186. Количественная характеристика
распределения скоростей по поперечному сечению
воздушного потока
Малый воздуходувный аппарат, жестяная широкая
труба длиною 500 мм, трубка Прандтля1 (см. Э—213),
1 Трубка Прандтля — прибор для одновременного измерения полного и
статического давления в какой-либо точке потока. Она состоит из двух
концентрически расположенных трубок. Отверстие внутренней трубки направлено
навстречу потоку, а сама трубка присоединяется к вертикальному колену микро-
264

микроманометр, метровая линейка, штатив с лапками
для держания трубок.
К дюзе малого воздуходувного аппарата приставляется
широкая жестяная труба длиною 500 мм. Перед открытым концом трубы
устанавливается трубка Прандтля так, чтобы можно было
измерить скорости по всему поперечному сечению потока воздуха.
Для фиксации мест замера служит установленная вне трубы
метровая линейка, вдоль которой скользит трубка Прандтля. Трубка
Прандтля соединена с вертикальной трубой микроманометра
(рис. 200). Желательно пустить электродвигатель воздуходувного
аппарата на наименьшее число оборотов.
К манометру
Рис. 200. Измерение скоростей в воздушном потоке:
a — вид сверху; б — вид сбоку.
По показаниям микроманометра рассчитывается скорость, и
результат измерения используется для построения графика. Через
нанесенные на координатные оси точки результатов
замеров проводится усередненная кривая, кото- ^^1
рая в достаточном приближении имеет форму па- \=^^
раболы.
187. Параболический профиль
диаграммы скоростей в живом
сечении потока по форме
воздушного пузырька
Стеклянная трубка (0 20 мм, длина
250 мм), стеклянная ванна, пробирка.
Стеклянная трубка погружается в воду,
налитую в ванну. Под водой одно из отверстий
трубки затыкается большим пальцем руки или
ладонью, после чего трубка переводится в
вертикальное положение, закрытым концом вверх, однако
так, чтобы ее нижний конец оставался под водой, при этом вся
трубка остается заполненной водой. Приподнимая на мгновение
манометра. Внешняя трубка сообщается с потоком посредством отверстий,
просверленных в ее стенках (перпендикулярно направлению потока) и служит для
измерения статического давления; трубка присоединяется к наклонному
колену микроманометра. Разница в показаниях манометра дает величину
динамического давления потока — напор. Зная динамическое давление, можно найти
скорость потока. См. также Э — 213. —А. Л%
Рис. 201.
Всплывающий
воздушный пузырек.
265

нижний край трубки из воды, впускаем в нее пузырек воздуха.
Такой пузырек будет медленно подниматься к верхнему
закрытому концу трубки. Вершина пузырька имеет форму параболоида
(рис. 201).
Примечание
Для самостоятельных экспериментов учащихся берется
пробирка, которая заполняется водой. Вода недоливается
на 1 см до края пробирки.
Пробирка закрывается большим пальцем руки и
переворачивается в вертикальное положение отверстием вниз,
образующийся при этом пузырек воздуха будет медленно
подниматься по пробирке, имея в своей верхней части
параболическую форму.
§ 20. ТУРБУЛЕНТНЫЕ ПОТОКИ
188, Завихрения в поднимающемся
папиросном дымке
Папиросы, пепельница.
Горящая папироса кладется на край пепельницы. Нужно
позаботиться, чтобы струйки дыма были защищены от воздушных
течений в классе. Поднимающийся дымок вначале образует тонкую,
ровную вертикальную струйку, которая на высоте около 10 см
становится неспокойной, начинает вращаться и образует
завихрение. Если ударить поблизости в ладоши, завихрения начнутся
заметно ниже.
Место перехода ламинарного потока (ровной струйки) к
турбулентному потоку очерь чувствительно к звуку.
Примечания
lf Поднимающаяся струйка дыма очень чувствительна к
сотрясению воздуха и должна быть защищена от этого.
Чувствительность ее такова, что если похлопать в ладоши
под столом, на котором идет эксперимент, то возникнут
завихрения, причиной которых является только звук.
2. Чувствительность струйки дьща открывает возможность
воспользоваться ею в акустике и позволяет при помощи дыма
показать распространение звука воздушной волной.
189. Ламинарность и турбулентность струй
жидкости. Определение числа Рейнольдса
Трубка, суживающаяся у одного конца (040 мм,
длина 300 мм), измерительная пипетка (10 мл), кусок
резинового шланга, винтовой зажим, химический
стакан, подкрашенная вода, штатив с лапками для трубок,
секундомер, ареометр, метровая линейка.
266

Эксперимент
л
На суженный конец стеклянной трубки надевается резиновый
шланг, перекрытый винтовым зажимом. Трубка укрепляется в
вертикальном положении на штативе суженным концом вниз. Под нее
подставляется сосуд. Трубка заполняется водой. В пипетку
насасывается подкрашенная вода на высоту около 10 см. Пипетка
закрепляется в штативе так, чтобы при погружении ее в воду,
налитую в трубку, уровень подкрашенной воды находился на одной
высоте с уровнем воды в трубке, при этом
подкрашенная вода не будет вытекать из пипетки. Если
несколько приоткрыть зажим, то подкрашенная вода из пепетки
будет вытекать в чистую воду, а из нее —в шланг,
образуя ламинарную струйку (рис. 202). По мере
открывания зажима и увеличения скорости истечения воды
окрашенная струйка начнет завихряться и, наконец,
ее движение перейдет в турбулентное.
Определение числа Рейнольдса
Эксперимент может быть использован ддя
количественного определения числа Рейнольдса, пользуясь
уравнением:
где d — диаметр поперечного сечения потока, v —
характеристическая скорость потока1, р — платность
текущей среды, т) — ее вязкость.
Осторожным приоткрьшанием зажима можно
уловить такой момент, Э который вытекающая окрашенная
струйка только начнет терять свою стройность. При
помощи секундомера определяется время, за которое
уровень окрашенной жидкости внутри пипетки опустится
на некоторую определенную высоту. Применяя
уравнение неразрывности, можно найти скорость вытекания струи из
отверстия пипетки, если известны внутренний диаметр пипетки
и диаметр ее отверстия.
Рас. 202.
Прибор
для
определения
числа
Рейнольдса.
Пример
В одном из экспериментов скорость падения уровня в пипетке
была определена в 6,0 см-сек"1. При выливании из нее 4 смд жидко-
ети уровень опустился на 8 см. Площадь сечения пипетки Sx =
= 0,5 см9. Диаметр отверстия пипетки был определен в 0,18 см,
таким образом, площадь сечения этого отверстия S2 = 0,025 см1.
Используя уравнение неразрывности, можно определить скорость
1 Или критическая скорость, при которой ламинарный поток переводит
в турбулентный. — А. Л.
267

вытекающей струи следующим образом:
Sit'i 0,5 см2 • 6,0 см • см"1
0,025 ел*2
120 см • шТ"1.
При помощи ареометра определяется в достаточном
приближении плотность подкрашенной жидкости р = 1 г-см~3.
Вязкость жидкости берется по таблице. Для температуры 18°
т] =0,0105 г-см'1 сек"1.
Тогда
уда
\20см сек"1 • 1 г см"3 -0,18 см
Re =
Re.
0,0105 г см хсек
1прк 1
; 2060.
Эта величина в хорошем приближении по своему порядку
согласуется с принятым значением для числа Рейнольдса в 2320.
Расхождение полученного значения может быть объяснено тем,
что при расчете скорости не принималась во внимание величина
граничного слоя и взаимодействие струй в нем.
190. Исследование потока воздуха при помощи
вертушки-индикатора и ниточного зонда
Малый воздуходувный аппарат, фен,
вертушка-индикатор, ниточный зонд, картон, стеклянная трубочка,
стеклянные бусы, нитки, проволочка.
Вертушка-индикатор изготавливается простейшим способом из
картона и тонкой стеклянной трубочки. Прямоугольный кусочек
картона 25 мм Х40 мм прорезывается,
как указано на рисунке 203, и наде-
I CmJ?n?S3P вается на стеклянную трубочку длиной
около 30 мм и диаметром около 2 мм;
стеклянная трубочка насаживается на
изогнутую под прямым углом
проволоку. Чтобы ограничить движение
трубочки, к проволоке приклеиваются две
стеклянные бусины.
С воздуходувного аппарата
снимается дюза и сотовая насадка,
направляющая поток. Вертушка-индикатор помещается в воздушный
поток осью трубки по оси потока (рис. 204).
Быстрое вращение вертушки-индикатора указывает, что поток
находится во вращательном движении.
Вместо вертушки-индикатора можно в различные места потока
поместить ниточный зонд. На краю потока ниточный зонд распо-
Рис. 203. Самодельная
вертушка-индикатор.
268

лагается так, что его нитки образуют винтовые линии, и это
указывает, что в соответствующем месте потока он неравномерен, имеет
место круговая составляющая, которая и вызывает вращение
потока (рис. 205). Посередине потока нити зонда обычно не
занимают сколько-нибудь определенного направления, а вращаются
вместе с потоком, образуя конусообразную поверхность. Значение
сотовой насадки — направителя — можно установить, поставив
ее на свое место в воздуходувном аппарате. Вертушка-индикатор
в этом случае вращается заметно медленнее или даже вовсе не дви-
Рис. 204.
Вертушка-индикатор в потоке воздуха. С
воздуходувного аппарата снята
дюза и сотовая насадка.
Рис. 205. Демонстрация
вращения потока
воздуха при помощи
ниточного зонда.
жется, а это указывает, что сотовая насадка снимает большую часть
вращения или его полностью устраняет. Такая же картина
наблюдается и при помощи ниточного зонда. Насаживание дюзы на
воздуходувный аппарат не изменяет сколько-нибудь заметно поведение
потока.
Примечание
При помощи вертушки-индикатора или ниточного зонда
можно показать, что поток, создаваемый феном, лишен
вращения, так как в этом приборе воздух посылается особой
крылаткой, плоскость которой совпадает с плоскостью
выводной трубы.
191. Показ при помощи ниточного зонда линий
тока вокруг помещенных в поток преград
Фен или малый воздуходувный аппарат, различные
тела, вносимые в поток на тонкой держалке, однони-
точный зонд, многониточный зонд, два штатива.
Эксперименты в учении о потоке очень часто строятся так,
чтобы выявить характер расположения линий тока. Как
вспомогательный простейший зонд может быть использован ниточный зонд.
269

Эксперимент А
Фен укрепляется на штативе так, чтобы его выбросная труба
была расположена горизонтально. В струю помещается однони-
точный зонд, его нить тотчас же выпрямляется в направлении
потока и по существу показывает одну из линий тока (рис. 206).
Подобное же наблюдение можно сделать, если перемещать зонд
Рас. 206. Однониточный зонд в потоке
Еоздуха, полученном от фена.
Рис. 207. Много ниточный
зонд с параллельными
нитями в воздушном потоке
фена.
в пределах всей толщи потока. Применяя многониточный зонд,
легко установить, что линии тока располагаются параллельно
(рис. 207). Это дает возможность убедиться в ламинарном характере
потока.
Эксперимент В
В поток помещается круглая пластинка, укрепленная на стержне,
зажатом в лапке штатива. Пластинка располагается поперек
потока на расстоянии 15—20 см от
дюзы. Если подносить к такой плас-
|?2У>3^"^—I. тинке однониточный зонд, то под воз-
СЗ^*- ^ действием потока вокруг преграды
Phl 208 Исследование при
помощи однониточнрго зонда струй
воздушного потока вокруг
пластинки-преграды.
Рис. 209. Многониточный зонд
с параллельными нитями в
воздушном потоке позади круглой
пластинки-преграды.
нити будут отклоняться в сторону. Позади пластинки-преграды
концы нити будут втянуты в направлении, противоположном потоку,
т. е. к тыловой стороне пластинки, а неравномерное, колеблющееся
движение нити укажет на завихрение в этой области потока (рис.
208). Перемещением зонда можно определить характер завихрения.
270

Границы области вихревых потоков определяются при помощи
многониточного зонда с параллельно укрепленными нитками.
Для этой цели многониточный зонд держат позади пластинки-
преграды так, чтобы его стержень, несущий нитки, показывал
на заднюю поверхность пластинки, т. е. против направления
основного потока. На определенном расстоянии от пластинки-
преграды часть ниток протянется к ней и попадет в область
завихрения, тогда как другая часть вытянется вдоль параллельных
линий тока по направлению основного потока, т. е. окажется в
ламинарной его области (рис. 209).
По такому же принципу исследуется и область завихрения
вокруг преград иной формы, например полушария, шара и других
форм. При помещении в поток тел обтекаемой формы спокойное
расположение нитей многониточного зонда укажет на отсутствие
завихрений.
Примечания
1. Вместо фена можно применить и воздуходувный аппарат,
но необходимо предварительно убедиться, что он дает
струю, свободную от вращения (Э—190).
2. Ниточные зонды можно изготовить самому. В качестве
нити лучше всего взять мягкую крученую цветную шерсть,
которая узелками привязывается к проволоке и
дополнительно укрепляется любым клеем.
192. Показ при помощи зонда-пропеллера
завихрений позади пластинки,
помещенной в поток
Воздуходувный аппарат, зонд-пропеллер, круглая
пластинка (0 около 100 мм).
Воздуходувный аппарат устанавливается так, чтобы получить
горизонтальный поток. Если внести в поток зонд-пропеллер, он
придет во вращательное движение и сместится вдоль короткого
плеча держателя к заднему ограничителю (рис. 210).
271

Зонд-пропеллер помещают близко позади внесенной в поток
плоской круглой пластинки-преграды. Он приходит в очень быстрое
движение и прижимается к переднему ограничителю, причем
направление вращения пропеллера изменяется на обратное. Это
показывает, что в непосредственной близости к тыловой
поверхности пластинки-преграды имеет место обратный поток (рис. 211, а).
При постепенном удалении зонда-пропеллера от преграды
наблюдается замедление его движения до полной остановки
пропеллера. При еще большем удалении в какой-то момент
зонд-пропеллер резко переместится к задней опоре и придет во
вращательное движение в первоначальном направлении (рис. 211,6).
Следовательно, в этот момент зонд выходит из области завихрений и
попадает в ламинарную часть потока.
193. Картина завихрений позади плоской
преграды. Показ поля потока при помощи
зажженных свечей
Фен или малый воздуходувный аппарат, не менее
12 свечей, небольшие бумажные флажки, шерстяные
крученые ниточки (по 20—30 мм), 20 иголок,
прямоугольная стеклянная пластинка (100 мм Х250 мм),
3 штатива, поперечная штанга, лапки для держания
трубок, пружинный зажим.
Фен или воздуходувный аппарат устанавливается так, чтобы
поток был горизонтальным и по возможности плотно прижатым
к поверхности стола. На
расстоянии около 30 см от фена
поперек потока в
вертикальном положении устанавли-
Рис. 212. Показ завихрений вокруг
преграды при помощи свечей.
О О
о о о
Рис. 213. Расстановка
свечей вокруг
преграды.
вается стеклянная пластинка, как тело-преграда, укрепленная на
штативах так, чтобы сами штативы не нарушали образующееся
поле потока (рис. 212). Нижний край стеклянной пластинки
прижимается к поверхности стола. Вокруг стеклянной пластинки
расставляются свечи, примерно так, как указано на рисунке 213.
Для этой цели наиболее удобны огарки свечей высотой 2—3 см.
272

Наблюдая различное направление отклоненного пламени
свечей, «читаются» линии тока вокруг пластинки. Для уточнения
распределения линий потока зажженные свечи можно перемещать
на любое выбранное место в пределах поля завихрений потока.
Примечания
1. Вместо свечей можно использовать бумажные флажки
или цветные шерстяные нитки, укрепляемые при помощи
иголок. Концы ниток или флажки укрепляются в ушке
иголок.
2. Если учащимся не видно явление, происходящее на
поверхности стола, необходимо над всей установкой
поместить наклонное зеркало.
194. Обтекание пластинки, помещенной
наклонно к оси потока
Малый воздуходувный аппарат, плотный картон,
2 прочные нити (по 150 мм каждая), штатив, лист бумаги
(в размер тетрадного листа).
Из картона вырезается кружок 0 50 мм, на противоположных
сторонах которого укрепляются две нитки. Таким образом,
полученная круглая пластинка, растянутая на нитях, вносится в
воздушный поток наклонно к его
направлению (рис. 214).
Как только включается
воздуходувный аппарат, картонный
кружок приходит во
вращательное движение вокруг оси,
направленной перпендикулярно потоку.
*1А» 11
Q
Примечания
1. Области повышенного и
пониженного давления перед
Рис. 214. Пластинка, растянутая
на нитях, помещенная наклонно
к потоку.
внесенной пластинкой и
позади нее расположены по отношению к оси потока не
симметрично, одна ниже другой. При асимметричном
давлении возникает вращающий момент, под действием
которого пластинка поворачивается перпендикулярно потоку.
2. Подобно описанному, предоставляя падать листу бумаги
нижним краем, направленным вниз под некоторым углом
к горизонту, наблюдается опрокидывание листа на угол
в 90°. В новом положении лист будет планировать на
землю.
273

НИН
От гззопрободз
195. Показ линий тока при помощи
зонда-пламени
Фен или малый воздуходувный аппарат, различные
тела-преграды на стержнях, прямоугольная изогнутая
стеклянная трубка, короткий конец которой оттянут
в тонкую дюзу, газовый шланг, точечный источник света,
экран (500 мм Х500 мм), два штатива.
Фен устанавливается так, чтобы поток воздуха был направлен
вверх. В 15 см от дюзы помещаются один за другим укрепленные
на штативе тела различной формы
и различной обтекаемости. При
помощи точечного источника света,
расположенного на расстоянии около
50 см от установки, получают тени
от этих тел на экране, находящемся
в 100 см позади установки.
Эксперимент проводится в таком же
порядке, как и Э—191, но вместо однони-
точного зонда используется зонд-
пламя (рис. 215). Таким зондом
является полученное от узкой
стеклянной трубки газовое пламя, для
чего стеклянная трубка при помощи
газового шланга подключается к
городской сети газопровода. Конец
стеклянной трубки-горелки должен
быть оттянут в узкую дюзу, трубка
изогнута под прямым углом. Эту
трубку с зажженным газом вносят в поток воздуха ниже укрепленных
тел. Линии тока хорошо прослеживаются по теням пламени на экране.
Примечания
1. В этом опыте воздушный поток направляется вверх, так
как используется горящий газ, само устремляющийся
вверх,
2. Как точечный источник света лучше всего использовать
дуговую лампу. В этом случае эксперимент можно
проводить в рассеянном дневном свете, не затемняя помещения.
Рис. 215 Зонд-пламя в
воздушном потоке.
196. Получение замкнутых вихревых
колец в воздухе
Большая консервная банка, или цилиндрическая
картонная коробка, листовая резина, шпагат, свеча.
С цилиндрической пустотелой коробки, например с большой
консервной банки, удаляется одна из крышек и отверстие
затягивается листом резины. В противоположной крышке проделывается
274

по центру круглое отверстие с поперечником в 20—40 мм. В
коробку впускается табачный дым. При похлопывании по резиновой
крышке внутри коробки возникают воздушные удары. На краю
круглого отверстия образуются кольцеобразные, замкнутые вихри
дыма, тут же отрывающиеся и с большой скоростью,
перпендикулярно своей плоскости, отлетающие от коробки (рис. 216). Дви-
ТУ
О*
О
о
Рис. 216. Образование замкнутых вихревых
колец дыма при помощи круглой диафрагмы.
Нольцздымз
м
-?!»
tf/Af-
Рис. 217. Гашение свечи вихревым кольцом.
жение колец стойкое, и они, сохраняя свою форму, удаляясь от
коробки на расстоянии до 1 м, могут погасить пламя свечи (рис. 217).
Примечание
Вместо листовой резины можно воспользоваться
целлофаном или пергаментной бумагой.
197. Проекция на экран вихревых
колец в жидкости
Кристаллизатор (высота 50 мм) или высокая
стеклянная кювета, капельница, подкрашенная жидкость,
проектор, конденсор, линза (F = 150 мм), плоское
зеркало (100 мм X 200 мм), экран (1000 мм X 1000 мм),
штатив.
В воде вихревые кольца получаются описанным ниже
способом из подкрашенной жидкости. Однако такие кольца возникают с
поперечником от нескольких миллиметров до небольшого числа
сантиметров, вследствие чего их образование целесообразнее наблюдать
при помощи проектора.
Над проекционной лампой на штативе укрепляется конден-
сорная линза плоской стороной вверх, над ней двояковыпуклая
линза и наклонное зеркало, отбрасывающее изображение на экран
На конденсор ставится кристаллизатор или стеклянная кювета
275

Направление проекции выбирается таким, чтобы световой луч
проходил в центре сосуда с водой, проектируя ее поверхность на экран,
укрепленный на расстоянии около двух метров от установки.
Перемещением линзы достигается
отчетливое изображение проекции.
Из небольшой капельницы
с высоты около одного
миллиметра над поверхностью воды
выпускается капля цветной
жидкости. Капельницу нужно
держать над серединой
поверхности воды в кристаллизаторе.
В воде образуются небольшие
вихревые кольца, которые
благодаря подкраске хорошо
видны в проекторе. Кольца
постепенно погружаются в воду,
увеличиваясь в диаметре. Такое
кольцо необходимо продолжать
рассматривать и после того,
как оно достигнет дна, так как,
упав на дно, оно продолжает
увеличиваться в поперечнике.
После того как кольцо
полностью растворится, опыт
повторяется (рис. 218).
ЩЩ-Вихре8ор кпльио
ШШЩ-Кристаллиззтор
I j- Коноенсорнал линза
Проекционная лампа
Рис. 218. Расположение приборов для
проекции на экран Еихревых колец
в жидкостях.
Примечание
Плотность окрашенной жидкости должна как можно
меньше отличаться от плотности воды. В случае, если кольцо
погружается слишком быстро, рекомендуется подкрашенную
жидкость либо разбавить водой, либо слегка подогреть.
§ 21. АЭРО-И ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ
ТЕЛ В ПОТОКАХ ЖИДКОСТИ И ГАЗА
198. Картины завихрений при обтекании
преград в потоковой ванне
Потоковая ванна с пропеллерным движителем
жидкости, центробежная машина, алюминиевый или
корковый порошок, большой штатив, тела различной
обтекаемости, проекционная лампа, конденсор, большое
зеркало, небольшое зеркало, линза в оправе.
Струераспределение в жидкостях удобнее всего рассматривать
в специальной потоковой ванне, в которой движение жидкости
276

возникает под действием двух, напоминающих пропеллеры
крылаток, укрепленных на общей оси и размещенных против боковых
каналов ванны, на которые расходится осевой потоковый канал
(рис. 219,6). После того как ванна заполнена водой, поверхность
воды припудривается из резиновой груши алюминиевой пылью
или корковым порошком. Ось, на которой насажены крылатки,
приводится во вращение центробежной машиной. При этом
наблюдается возникновение в потоковом канале характерных для
стационарных потоков достаточно устойчивых токовых линий. Приводя
Рис. 219. Проекция потоковой ванны на экран (схематично):
а — общий вид установки; б — вид на ванну сверху.
пропеллеры в более быстрое вращение, можно установить на дне
ванны в осевом потоковом канале модели тел различной
обтекаемости, при этом хорошо заметно расхождение токовых линий перед
моделями с образованием позади них завихрений, в которых
различимые ранее токовые линии как бы растворяются.
Примечание
Наблюдение можно сделать значительно более
убедительным и доступным для одновременного рассматривания всем
классом, если картины токовых линий, возникающие в ванне,
при помощи двух зеркал отбросить на экран (рис. 219,а).
199. Картины завихрений при обтекании
преград в потоковом канале специального прибора
Специальный потоковый канал с резиновой грушей,
различные профиля обтекаемых тел, мелкие опилки
или алюминиевый порошок.
277

Прибор заполняется водой, в которой взвешены мелкие опилки
или другие тельца, например алюминиевая пыль или корковый
порошок. На верхний бортик прибора, на
проволоках, подвешиваются в канал исследуемые
тела. При помощи резиновой груши жидкость
приводится в движение и в канале образуется
стационарный поток (рис. 220). Линии тока
хорошо различимы по движению взвешенных
частиц. Картину линий тока целесообразно
спроектировать на экран.
Примечание
При возвратном движении жидкости
позади преград возникают вихри, которые
обычно называют «вихри при
возникновении движения», или «вихри трогания».
При равномерном, очень медленно
происходящем движении потока вихри
исчезают, и образуется ламинарный поток с
симметрично изогнутыми токовыми
линиями.
200. Картины завихрений при продвижении
тел различной обтекаемости в неподвижней
жидкости
Плоская стеклянная ванна или фотографическая
пластинка (130 мм X 180 мм), пластилин, укрепленные
на проволочных держателях модели тел различной
обтекаемости (средний 010 мм), конденсор (F ==
= 100 мм), линза (F = 150 мм), проекционная лампа,
проволока, парафиновое масло, вода, ликоподий,
алюминиевый порошок, воск, штатив.
Изготовление самодельной плоской ванны
При отсутствии готовой плсской стеклянной ванны ее
изготавливают из фотографической пластинки 13x18, с которой
теплой водой смывается эмульсия. Пластинка тщательно промывается
и по ее краям из пластилина вылепляется бортик высотою в 1 см.
Этот бортик может быть изготовлен из деревянной, наклеенной
на стекло рейки, покрытой слоем воска.
Порядок проведения эксперимента
Проекционная лампа укрепляется на штативе световым лучом
вверх. Примерно на 28 см выше источника света укрепляется линза
конденсора, выпуклой поверхностью в сторону проекционной
лампы (рис. 221). На линзу ставится стеклянная ванна. Ее напол-
278
Рис. 220. Прибор
«потоковый канал
с резиновой
грушей».

няют водой слоем около 7 мм. На поверхность воды распыляется
ликоподий. Над ванной вблизи фокуса конденсора укрепляется
линза так, чтобы на потолке класса получилось четкое изображение
поверхности ванны. Лучше взять линзу анастигмат для получения
наиболее четкого и не искаженного изображения, Линза распог
лагается обычно на высоте 18 см от конденсора, при высоте
помещения около 3 м.
Эксперимент А
Различной формы обтекаемые тела выпиливаются из 8 мм
фанеры. Им придается форма пластинок, цилиндра, полусферы,
крыла самолета — по форме
профиля крыла. Во избежание
набухания фанеры модели
парафинируются. В верхнем их торце
укрепляется дважды изогнутая
под прямыми углами проволовд-
Рцс, 221. Установи ванны с неио- Рис. 222. Модели тел различной об-
движной жидкостью для проекции текаемости, укрепленные на прово-
струй за движущимся телом. лочном держателе.
держатель, при помощи которой модель можно передвигать
в ванне (рис. 222). Поверхность воды в ванне должна быть
несколько ниже верхнего торца модели. Модели передвигаются в воде
с постоянной скоростью.
По образующимся на потолке изображениям можно судить
о характере струй и различном виде завихрений вокруг фипр,
образованных частицами ликоподия.
Эксперимент В
При такой же подготовке эксперимента можно наблюдать и
ламинарные потоки так же, как это достигается в струепотокорой
камере Поля. В этом случае в ванну наливается слой воды
толщиной всего в 3 мм и в ней медленно продвигаются модели
исследуемых тел. Благодаря трению слоя воды о дно ванны перед
моделями и позади их образуются ламинарные потоки.
279

Эксперименте
Прибор позволяет получить картину струераспределения в
жидкостях более вязких, чем вода. Ванна на высоту около 7 мм
заполняется парафиновым маслом и его поверхность также
припудривается ликоподием. Позади перемещающейся модели
наблюдается образованный вытянутыми струями шлейф.
Обычно завихрений не образуется.
Примечания
1. Целесообразно выше линзы поместить
зеркало, наклоненное под углом 45°. Тогда
изображение будет получено не на потолке,
а на экране.
2. Жирный алюминиевый порошок понижает
поверхностное натяжение воды, а это
нарушает картину струераспределения.
Порошок должен быть обезжирен, что
достигается кипячением в спирту с последующей
тщательной просушкой.
3. Вместо описанной ванны может быть
использована и струепотоковая камера Поля (рис. 223).
Ее плоская камера с просветом в 1 см,
расположенная вертикально, заполняется
водой со взвешенными частицами. Модели
обтекаемых тел, укрепленные на
проволочных рукоятках, перемещаются в
вертикальном положении. В этом случае вода из
камеры не выпускается.
Рис. 223.
Помещение тел
различной
обтекаемости в струе-
пстоковую
камеру Поля.
201. Сравнение аэродинамического (лобового)
сопротивления тел различной формы.
В эксперименте используется фен и почтовые
весы с квадрантом
Фен, обтекаемые тела, насаженные на прямую
проволочную ручку (тела имеют одинаковый поперечный
профиль в 20 мм), чувствительные балансирные весы
с квадрантом, деревянная тонкая рейка (длина около
300 мм), пружинный зажим, тонкая проволока, 2
штатива.
Фен укрепляется на штативе так, чтобы струя воздуха была
направлена вертикально вниз. На коротком плече балансирных
весов с квадрантом укрепляется тонкая деревянная рейка как
указатель.
Первым исследуемым телом обычно берется круглая плоская
пластинка, насаженная на проволочную рукоятку, укрепленную при по-
280

мощи пружинного зажима к чашечке весов плоскостью поперек
потока. Модели обтекаемых тел следует размещать на расстоянии около
10 еж от дюзы фена. Против конца рейки указателя устанавливается
вертикально метровая линейка. Не включая фена, фиксируется
нулевое положение указателя.
После включения фена исследуемая модель под действием
аэродинамического лобового сопротивления струей воздуха от-
Рис. 224. Установка для сравнения сопротивления
тел различной обтекаемости в потоке при помощи
почтовых весов с квадрантом.
брасывается книзу; указатель при этом поднимается. Для
сопоставления сопротивлений ряда тел необходимо сопоставить величины
относительного подъема стрелки указателя над нулевой отметкой
(рис. 224).
В том же порядке исследуется сопротивление потоку моделей
различных профилей. Все модели должны иметь одинаковое
поперечное сечение. Полученные данные отклонения указателя в отно-
\\\\\ \\\\\
(|(| Т Y Y ТЎ fffft
1,4
1,0
С±
ол
• м
0J
м
«и
Рис. 225. Сравнительный ряд тел различной
обтекаемости по их сопротивлению потокам. Сопротивление
круглой плоской пластинки принимается за 1,0.
сительных величинах позволяют сопоставить сопротивление тел
различного профиля. При этом устанавливается, что наибольшее
сопротивление потоку оказывает обращенное вогнутостью к нему
полушарие. Затем следует в порядке убывания сопротивления —
плоский круг, полушарие, обращенное выпуклостью навстречу
потоку, полный шар, плавно обтекаемое тело, обращенное острием
навстречу потоку, и наименьшим сопротивлением обладает плавно
281

обтекаемое тело, обращенное затупленным полукруглым концом
навстречу потоку. Приняв сопротивление круглой плоской
пластинки за единицу, можно расположить все испытуемые тела в порядке
убывания величин аэродинамического сопротивления так, как
указано на рисунке 225.
Примечания
1. Чувствительность балансирных весов с квадрантом может
быть повышена тем, что их скользящий угломерный
противовес удлиняется рейкой-указателем.
2. Для упрощения отсчета целесообразно каждое из
исследуемых тел предварительно протарировать или выравнить
вес тела и противовеса, укрепленного на рейке указателя,
путем перемещения скользящего вдоль рейки грузика.
3. Описанный эксперимент стоит в первом ряду из числа
простейших для сравнения сопротивления потоку.
202. Измерение аэродинамического
сопротивления при помощи самодельных однокомпо-
нентных весов
Малый воздуходувный аппарат или фен, модели тел
различной обтекаемости с одинаковым поперечным
сечением, укрепленные на прямых стержнях, пружинный
динамометр (на 100 п), 3 штатива, деревянная планка
(длина 300 мм Х20 мм Х10 мм) с отверстием в центре
(0 2,5 мм), два пружинных зажима, нитки, деревянная
палочка.
Подготовка эксперимента
Деревянная палочка длиною 300 мм и толщиною 10 мм
надевается отверстием в центре на осевой штырь, укрепленный в
штативе. На верхний конец планки укрепляется исследуемое тело,
а на нижний в качестве противовеса — металлическая муфта,
в которую одновременно зажимается небольшая деревянная
палочка. Вдоль палочки могут перемещаться небольшие проволочные
утяжелители-накладки для того, чтобы при укреплении каждого
нового исследуемого тела планка находилась в равновесии при
любом ее наклоне. Нижний конец деревянной палочки при помощи
нитки связывается с крючком горизонтально расположенного
динамометра (рис. 226). Прибор устанавливается на расстоянии 20 см
от дюзы воздуходувного аппарата. Динамометр должен
располагаться так, чтобы при вертикальном положении планки с
исследуемым телом нить, связывающая палочку с динамометром была
достаточно натянута, но не растягивала пружины динамометра.
282

Эксперимент
При включенном воздуходувном аппарате под воздействием
потока воздуха исследуемое тело подается несколько назад и тем
самым растягивает пружину динамометра. Передвижением штатива,
к которому прикреплен динамометр, необходимо оттянуть нить
и тем самым планку настолько, чтобы планка заняла исходное
вертикальное положение, для чего приходится преодолеть
воздействие потока на исследуемое тело. Пружина динамометра при этом
растянется значительно больше. Показания динамометра
снимаются только при вертикальном положении
планки. В этом случае измеренная сила
соответствует силе воздействия потока на
исследуемое тело, или, что то же самое,
**
Рис. 226. Установка с самодельными од
покомпонентными весами для определения
обтекаемости тел.
Рис. 227. Однокомпонентные
весы заводского
изготовления.
силе сопротивления тела потоку (так называемое лобовое
сопротивление. — А. с/7.).
Пользуясь этим приемом, необходимо определить сопротивление
потоку различных тел и произвести сопоставление результатов.
При этом тела по их сопротивлениям расположатся в таком же
порядке, какой был определен в Э—201.
Примечание
Однокомпонентные весы (рис. 227) построены на том же
принципе.
203. Определение аэродинамического
сопротивления при помощи чашечных
настольных весов
Малый воздуходувный аппарат, модели тел различной
обтекаемости, одинакового поперечного сечения,
укрепленные на стержнях, чашечные настольные весы, та-
рировочный стакан, дробь, разновесы, пружинный зажим.
283

Эксперимент
Чашечные настольные весы устанавливаются на край стола.
К одной из чашек весов при помощи пружинного зажима
крепятся стержни обтекаемых тел так, чтобы сами тела выступали как
можно дальше за край стола. Тела тарируются дробью.
Воздуходувный аппарат устанавливается
под исследуемым телом; дюза
аппарата обращена вверх так,
чтобы поток воздуха шел
вертикально вверх и дюза находилась
на расстоянии около 20 см от
исследуемого тела (рис. 228).
При включении
воздуходувного аппарата вследствие
сопротивления тел воздушному
потоку весы выходят из
равновесия. На чашку весов с
исследуемым телом накладываются разновески до установления
равновесия. Вес положенных гирек будет соответствовать силе
сопротивления тел потоку.
Рис. 228. Измерение сопротивления
тел потоку при помощи настольных
чашечных весов.
Исследуемые тела
Сопротивление потоку
о/0 О 50 100
0 ' i i i i | i i i i I
Полая полусфера, полостью
навстречу потоку
Круглая пластинка
Квадратная пластинка
Полая полусфера, полостью
от потока
Шар
Тело обтекаем ой формы,
острием навстречу потоку
Тело обтекаемой формы,
выпуклостью навстречу потоку
D
22,0
17,5
16,5
7,2
5,0
2,7
2,5
129
100
94
41
29
15
14
Рис. 229. Обзор величин сопротивлений тел различной обтекаемости.
Сопротивление круглой плоской пластинки принимается
за 100%.
Эксперимент проводится с телами различной обтекаемости:
круглой пластинкой, квадратной пластинкой, полым полушарием,
шариком и каплеобразными телами, обладающими обтекаемой
формой. Значение найденных сил заносится в таблицу-график.
Результаты одного из таких экспериментов представлены на
прилагаемой таблице (рис. 229).
284

Примечания
1. Если исследуемые тела отличаются по весу, надлежит
каждый раз их протарировать.
2. Нужно обратить внимание на то, чтобы сама чашка весов
или край стола не попадали в струю воздуха.
204. Градуирование шкалы чашечного
анемометра
Чашечный анемометр, малый воздуходувный
аппарат, трубка Прандтля, микроманометр, резиновая
трубка, фен.
Градуирование шкалы чашечного анемометра производится
по сопоставлению шкалы анемометра с данными, полученными
при помощи трубки Прандтля. Для этой цели анемометр и трубка
Прандтля помещаются в поток воздуха от воздуходувного аппарата
в том месте, где предполагается достаточно равномерно
распределенная скорость. Приборы располагаются так, чтобы они не
могли взаимно влиять друг на друга. Обозначая общее давление
р0, статическое давление р, а разницу давления по манометру
Ро— Р через Д р, плотность воздуха через р, скорость потока v
находится из уравнения
При помощи анемометра, прошедшего подобное испытание,
можно определить скорость потока в различных местах или
скорость потока, полученного от другого воздуходувного аппарата,
например фена, на различном удалении от выходной дюзы. При
одном из экспериментов были получены следующие данные: на
расстоянии 1 м от дюзы скорость потока 92 см • сек'1, на расстоянии
2 м от дюзы скорость потока 79 см -сек'1.
Примечание
При замерах скорости потока необходимо следить, чтобы
все чашки анемометра находились в пределах потока.
§ 22. ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ И СКОРОСТИ ПОТОКА.
УРАВНЕНИЕ НЕРАЗРЫВНОСТИ. УРАВНЕНИЕ БЕРНУЛЛИ
205. Вывод уравнения неразрывности
по вытекающей струе
Сосуд Мариотта (5 л), подставка (высота 300 мм),
мензурка (1000 мл), большая стеклянная ванна,
метровая линейка, отвес, штангенциркуль, секундомер,
липкая бумага, кусок резиновой трубки, пружинный зажим.
Эксперимент служит для приближенного вывода закона, по
которому для стационарного потока произведения скорости струи
285

v на величину поперечного сечения S есть величина постоянная.
Этот закон получил название уравнения неразрывности
^1^1 = v2S2.
Замеры производятся:
1) по определению высоты уровня воды в сосуде Мариотта
(поперечное сечение Sx и скорость потока в сосуде v-J;
2) по определению положения сливной трубки (поперечное
сечение сливной трубки, или, что то же самое, поперечное сечение
струи S2 и скорость струи v2).
Сосуд устанавливается на подставку и наполняется водой.
На верхний конец трубки, проходящий через пробку в сосуд
Мариотта, надевается кусок рези-
*жКГ\ нового шланга, который пе-
(р^К^/4 рекрывается пружинным за-
А жимом. Нижний конец этой
Рис. 230. Установка для вывода уравне- Рис. 231. Измерение штан-
ния неразрывности при помощи сосуда генциркулем пнутреннего
Мариотта. диаметра круглой трубки.
трубки должен быть на 5—10 см выше сливного отверстия. На
высоте начального уровня воды в сосуде Мариотта на стенку
сосуда наклеивается полоска бумаги. (Описание сосуда см. 1-Э— 14).
Под сливное отверстие на стол ставится большая стеклянная
ванна так, чтобы выливающаяся струя попадала в ее середину
(рис. 230).
При помощи штангенциркуля определяется внутренний просвет
сливной трубки (рис. 231) и по метровой линейке определяется
высота положения сливного отверстия над столом. Путем расчета
определяется площадь поперечного сечения трубки по обычной
формуле:
Скорость истечения струи может быть найдена как
горизонтальная составляющая скорости тела, брошенного в горизонтальном
286

направлении. Горизонтальная составляющая определяется по
закону равномерного движения — «путь —¦ время» из уравнения
s = v2t,
где s — дальность вытекания струи, v2 — ее горизонтальная
скорость и t — время ее падения, или, что то же самое, время
перемещения в горизонтальное направление. Время падения струи
определяется по закону «путь — время» для свободного падения тел:
п 2 •
Решив это уравнение, можно найти оба произведения иг8г
и v2S2 и установить в пределах точности измерения равенство этих
двух произведений. Полученное значение для произведения v2S2
обычно несколько меньше, чем для v^, так как в эксперименте
не учитывается сопротивление воздуха.
Пример
В одном из экспериментов были получены следующие данные:
Диаметр сливной трубки d = 0,42 см
Высота падения струи h = 32 см
Дальность вытекания струи s = 23 см
Время истечения струи tx = 72 сек
Высота падения уровня в сосуде /гг = 5,4 см
Количество вылившейся воды t/ = 960 см3
Расчетом полученное сечение потока в сосуде St=z^-=^ 178 см!
а поперечное сечение струи S2 = "^("о") ~0,14 см2. Из
h~2
следует
Таким образом, скорость истечения струи
v* ==sl/ ш= 2^Т^2СМ ' ^к*"1 — 90 см ' сек~1
Скорость потока в сосуде Мариотта приближенно
vx = -i = -—¦ см сек"1 ^ 0,075 см сек~г.
v^i = 178 • 0,075 смЧекГ1^ 13,35 см*секг\
v2S2 = 0,14 • 90 смЧек-1^ 12,60 смЧекГ1.
Эксперимент показывает, что произведения v^ и v2S<>
приблизительно равны. Этот результат и служит доказательством спра»
ведливости уравнения неразрывности.
287

206. Вывод уравнения неразрывности
измерением скоростей в двух трубках
разного сечения
Сосуд Мариотта (5 л), две просверленные пробки,
стеклянная трубка (0 5 мм, длина 250 мм) с пробкой
к сосуду, две короткие стеклянные трубки, (0 200 мм,
длина 250 мм), две просверленные пробки к коротким
трубкам, стеклянная трубка (0 8 мм, длина 1000 мм),
резиновая трубка, винтовой зажим, тонкие деревянные
опилки, стеклянная ванна, подставка (высота 300 мм),
нитки, штангенциркуль, метровая линейка, секундомер.
В боковой тубус сосуда Мариотта через соединительную
стеклянную трубку подключается широкая трубка длиною 250 мм,
т
Рис. 232. Измерение скорости потока в двух трубках различного
диаметра.
а к ней длинная сливная, длиною 1000 мм. На конец длинной
сливной трубки насаживается кусок резинового шланга,
перекрываемого винтовым зажимом. Сосуд Мариотта приподнимается
на подставку так, чтобы сливная трубка могла лежать на
стенке стеклянной ванны, оставаясь в горизонтальном
положении (рис. 232).
Перед сборкой установки при помощи штангенциркуля или
нутромера измеряется внутренний диаметр трубок широкой и
узкой сливной и рассчитываются площади их поперечных сечений:
В воду, взятую в количестве, достаточном для заполнения сосуда
Мариотта, насыпаются тонкие деревянные опилки. Воду
многократно взбалтывают и дают стоять такое время, чтобы опилки
как следует намокли, превратившись во взвешенные тельца. После
этого взвесь, предварительно закрыв винтовой зажим, выливают
в сосуд Мариотта. Приоткрыв зажим, дают взвеси наполнить обе
трубки. Зажим приоткрывается настолько, чтобы в сливной трубке
образовался медленно движущийся поток.
288

На широкой и узкой сливной трубке при помощи ниточных
колечек отмечают на каждой по некоторому отрезку 1г и 12. Пользуясь
секундомером, многократно замеряют время перемещения какой-
либо запримеченной частицы в пределах каждого отрезка между
ниточными колечками. Из ряда замеров определяется среднее
значение времени прохождения потоком каждого
из отрезков, соответственно t± и t2. Делением
длины отрезка пути потока в каждой из трубок
на соответствующее среднее время перемещения
находится скорость потока:
к к
Щ = j- ; Щ = г- •
1 Рис. 233. Спо-
Умножая соответствующие скорости ох и v2 на соб соединения
поперечник потоков (поперечное сечение трубок) широкой трубки
S± и S2, убеждаемся, что произведение v^ при- С*Д у(де*талГк
близительно равно произведению v2S2. рис. 232.)
Примечания
1. В некоторых случаях в соединительной узкой трубке,
в месте перехода из сосуда Мариотта к широкой трубке,
образуется воздушная пробка, мешающая возникновению
равномерного потока. Чтобы избежать этого, необходимо
место перехода сделать возможно более широким,
устраняя вовсе соединительную узкую трубку. Для этого
необходимо подобрать широкую трубку с диаметром
несколько большим, чем внешний диаметр бокового тубуса
сосуда Мариотта. Такая трубка надевается на тубус (рис. 233)
и место соединения заливается сургучом,
обмазывается замазкой или специальными водоупорными составами.
2. Поучительно провести эксперименты при разных
скоростях потока. Во всех случаях можно установить, что
произведения г^ и v2S2 остаются близкими друг к другу
по своему значению.
207. Демонстрация падения давления в
сливной трубе, однородной по поперечному сечению
Сосуд Мариотта (10 л)\ 2 просверленные пробки;
стеклянная трубка (0 5 мм, длина 250 мм) к сосуду
Мариотта; стеклянная трубка (0 8 мм, длина 600 мм
[с 5 расположенными в одной плоскости отростками —
манометрами из более узкой трубки (0 2 мм),
припаянными на расстоянии 100 мм друг от друга, длина
отростков должна соответствовать высоте сосуда Мариотта,
последний из отростков отстоит на 50 мм от конца сливной
трубки; резиновая трубка; винтовой зажим;
деревянные подкладыши для сливной трубки; штатив.
289

Установка собирается так, как показано на рисунке 234. Сосуд
Мариотта медленно заполняют водой, следя при этом, чтобы в
манометрических трубках не образовалось цепочки или пробки из
пузырьков воздуха. Для того чтобы лучше было видно
распределение давления, можно в каждую из манометрических трубок
впустить по капле краски для воды. Пока перекрыт зажим* вода во всех
трубках стоит на одном уровне, но как только зажим откроется
и начнется движение жидкости в сливной трубке, поверхности
жидкости в манометрах опустятся. Мениски последних 3—4
манометров будут в достаточном
приближении располагаться по
наклонной прямой, тогда как в
первой манометрической трубке
жидкость будет располагаться
несколько выше, чем это можно было
бы предполагать из интерполяций
наблюдаемого падения уровня в
большем числе трубок. Такое
отклонение, однако, тем меньше, чем
медленнее движется поток. При
Рис. 234. Падение давления потока незначительных скоростях течения
в однородной трубе. практически можно считать, что
мениски лежат на одной наклонной
прямой, которая может быть мысленно проведена от конца сливной
трубки к некой точке на стенке сосуда Мариотта, лежащей на уровне
нижнего конца, погруженной в воду воздухоподводящеи в сосуд
трубки (на рисунке 234 эта линия нанесена пунктиром). В этом
случае падение давления вдоль сливной трубы пропорционально
ее длине.
Примечание
Отклонение от прямой, выражающей пропорциональную
зависимость падения давления от длины сливной трубы,
наблюдается в начале трубы ближе к сосуду Мариотта.
Причина этого отклонения заключается в том, что в этой части
трубы еще не вполне устанавливается поток и скорости на
этом участке неравномерны.
208. Демонстрация падения давления в
сливной трубе, имеющей суженный участок
Сосуд Мариотта (10 а), 2 просверленные пробки,
стеклянная трубка (0 5 мм, длина 250 мм) к сосуду
Мариотта, стеклянная сливная трубка (0 8 мм, длина
500 мм), в средней части суженная примерно до
половины нормального ее сечения, на сливной трубке до и
290

после сужения впаяны по две манометрических трубки
(0 2 мм) на высоту сосуда Мариотта, резиновая трубка,
винтовой зажим.
Установка и проведение эксперимента аналогичны эксперименту
207. Линии, соединяющие мениски в манометрических трубках
до и после сужения, представляют собой две смещенные прямые
-&_
Эг-S
э*
Рис. 235. Схематическое представление о падении давления, потока
на суженном участке трубы. Сужение (а) оказывает такое же
действие на общее падение давления, как если бы на его место была
поставлена длинная труба начального сечения (б).
с одинаковым наклоном (рис. 235,а). Прямая соединяющей мениски
после сужения несколько смещена вниз по сравнению с прямой
до сужения, оставаясь ей параллельна.
Примечание
Смещение прямых, соединяющих мениски, объясняется
тем, что на участке сужения происходит значительное падение
давления. Трубку с сужением можно заменить при том же
результате трубкой с равномерным сечением, но значительно
большей длины (рис. 235,6).
209. Демонстрация падения давления в
сливной трубе, имеющей сужение в различных
участках
Высокий цилиндр с нижним боковым тубусом (5 л,
высота 500 мм), одна просверленная пробка, трубка,
согнутая под углом (0 4 мм, длина 250 мм), шланг
для подключения к водопроводу, короткая стеклянная
трубка (0 10 мм, длина 80 мм) для бокового тубуса;
4 стеклянных трубки (0 10 мм, длина каждой по 150 мм),
на каждой из этих трубок — Т-образно припаянная
манометрическая трубка (0 2 мм, длина 400 мм); 3
соединительные резиновые муфточки, резиновая сливная
Трубка, винтовой зажим, сосуд для приема воды,
железный штифт (0 5 мм, длина 40 мм), магнит, 2 штатива,
подставка.
291

Подготовка эксперимента
На 4 стеклянные трубки длиною по 150 мм с просветом в 10 мм
Т-образно напаиваются манометрические трубки. Основные трубки
соединяются резиновыми муфточками так, чтобы их концы касались
друг друга. Собранная система присоединяется к боковому тубусу
Линейное пздение дздления
Рис. 236. Показ падения давления по длине в
горизонтальной сливной трубе.
Рис. 237. Падение давления по длине в горизонтальной
сливной трубе, имеющей сужение.
цилиндра (рис. 236). Открытый конец системы перекрывается
винтовым зажимом, надетым на резиновую трубку. Цилиндр при
закрытом зажиме наполняется водой при помощи шланга,
присоединенного к водопроводу.
Эксперимент А
До тех пор пока зажим закрыт, уровни воды во всех трубках
стоят на одной высоте. Как только приоткрывается зажим, уровни
воды в манометрических трубках падают и тем больше, чем дальше
292

трубка отстоит от цилиндра. Зажим на сливной трубке и кран
водопровода открываются согласованно, так, чтобы количество
вытекающей воды компенсировалось соответствующим
поступлением воды в цилиндр из водопровода, а уровень воды в цилиндре
оставался постоянным. При этом, как и в Э —207, наблюдается
линейное падение давления в манометрических трубках (рис. 236).
Эксперимент В
До наполнения системы водой в сливную трубку через открытый
конец вводится железный штифт несколько меньшего, чем труба,
диаметра. После того как в системе установится ток воды,
пользуясь магнитом, ведя его вдоль сливной трубки, железный штифт
перемещают до тех пор, пока он не окажется против одной из
манометрических трубок. Как только штифт
оказывается против выхода в манометрическую трубку,
в ней тотчас же падает уровень жидкости и тем
самым нарушается линейное падение давления
в системе (рис. 237).
Рис. 238.
Тройник-шарик с
отводом к
манометру.
Примечание
Значительным преимуществом этой
системы является то, что сливная трубка состоит
из нескольких отдельных, соединенных
муфточками участков, что значительно
облегчает самостоятельную сборку установки.
Кроме того, в такую систему можно подключить тройник
с манометрической трубкой, имеющей шаровое вздутие
(рис. 238); в манометрической трубке такого тройника
давление окажется большим, чем это дик-
=: ^™^^_ туется линейной картиной падения
г-: &*мт»™шш№м давления
=г ЪшжттШШ Давления.
ff манометру
210. Измерение напорного
(или динамического)
давления воздушного
потока трубкой Пито
Рис. 239. Трубка Пито
для измерения общего
давления или
соответственно лобового давления.
Малый воздуходувный
аппарат, трубка Пито,
микроманометр (см. Э—98), резиновый
манометрический шланг (длина
1000 мм).
В цилиндрическом теле, один из торцов которого округлен
до полушария, просверливается по оси цилиндра от круглой части
до половинТы длины канал, в глубинный конец которого вводится
через боковое отверстие, перпендикулярное оси канала,
стеклянная трубка. Таким образом, в теле возникает сплошной Г-образный
293

канал (простейшая модель трубки Пито. — А. Л.). К стеклянной
трубке присоединяется резиновый шланг (рис. 239), свободный конец
которого подводится к микроманометру. Введя цилиндр в
воздушный поток осевым отверстием ему навстречу и присоединив
резиновый шланг к микроманометру, можно измерить напорное или
динамическое давление потока, поскольку на другое колено
манометра действует статическое атмосферное давление.
211. Измерение статического давления
в воздушном потоке трубкой-зондом
Малый воздуходувный аппарат, микроманометр,
трубка-зонд, резиновый манометрический шланг (длина
1000 мм).
Трубка-зонд для измерения статического давления представляет
собой прямоугольный тройник, запаянный с одной стороны, перед
широким отверстием которого при помощи
осевого штырька укреплена округленная
в носовой части насадка. Между насадкой
и отверстием широкой трубки-зонда остается
круговой зазор (рис. 240). Зонд при
помощи резинового шланга присоединяется к
резервуару микроманометра.
Если поместить зонд в поток воздуха
насадкой навстречу ему, то статическое
давление передастся по шлангу к микроманометру.
Оставляя другой конец микроманометра под
атмосферным давлением, можно обнаружить
лишь незначительное падение уровня
жидкости в трубке. Тем самым подтверждается
наличие лишь небольших отклонений между статическим
давлением в потоке и атмосферным давлением.
н манометру
Рис. 240. Трубка-зонд
для измерения
статического давления.
212. Измерение трубкой-зондом статического
давления в потоке жидкости, заключенной
в трубу
Два куска садового шланга большого сечения,
применяемого для поливки газонов (длина 500 мм и 5000 мм),
U-образный манометр с ртутью, трубка-зонд (см. Э —211),
резиновая манометрическая трубка (длина 1000 мм),
широкая трубка из мягких легких сплавов, имеющая
на концах сужение по размерам садового шланга,
изоляционная лента, кран к садовому шлангу.
Короткий кусок садового резинового шланга укрепляется на
кран водопровода; другим концом через широкую трубку из
мягкого металла он соединяется с длинным садовым шлангом, имеющим
294

на конце кран. В стенке металлической трубки продеяывается
прорезь, через которую внутрь трубки вводится зонд, после чего
прорезь обматывается изоляционной лентой, чем одновременно
фиксируется положение трубки-зонда. При помощи
манометрической резиновой трубки зонд присоединяется к одному из колен
U-образного манометра, заполненного ртутью. Другое колено
манометра остается под атмосферным давлением. Кран водопровода
приоткрывается, и в медленном потоке измеряется статическое
давление. Целесообразно провести измерение давления при различных
скоростях потока. Для регулирования скорости течения воды может
служить как кран водопровода, так и кран, укрепленный на конце
длинного шланга.
213. Измерение скорости потока трубкой
Прандтля
Малый воздуходувный аппарат, трубка Прандтля
микроманометр, (описание см. Э — 98), резиновая
манометрическая трубка (длина 2000 мм).
Трубка Прандтля помещается в воздушный поток так, чтобы
ось прибора лежала в направлении потока. Двумя резиновыми
манометрическими трубками, по 1000 мм каждая, прибор подсо-
Рис. 242. Принцип устройства мик-
Рис. 241. Расположение трубки романометра для измерения малых
Прандтля для измерения ско- разностей давления:
рОСТИ потока. р0 — общее давление; р — статическое
давление.
единяется к микроманометру (рис. 241, 242). При этом трубка,
идущая от осевого канала прибора, измеряющая общее давление,
подключается к вертикальному колену микроманометра, тогда как
вторая трубка, измеряющая статическое давление, подключается
к наклонному колену. Разница между обоими давлениями
определяется по поднятию жидкости в наклонном колене
микроманометра и дает величину напорного или динамического давления.
Пользуясь уравнением Бернулли, можно определить скорость
потока
295

Выбор величин и единиц их измерения см. М. 3., § 18, п. 6. Если
колено микроманометра наклонено на угол а к горизонту, то при
величине смещения жидкости в наклонной трубке на х разница
давлений определяется уравнением:
Ар= pig*sin ос,
где рх — плотность жидкости, наполняющей канал
микроманометра (рис. 242).
214. Измерение скорости воздушного потока
дюзой Вентури
Малый воздуходувный аппарат, дюза Вентури,
микроманометр, транспортир с отвесом, нутромер,
миллиметровая линейка, штатив, мано- ^
метрическая резиновая трубкас
Рис. 243. Измерение сужения просвета в дюзе Вентури.
Для определения скорости потока при помощи дюзы Вентури
необходимо прежде всего измерить как наименьший диаметр
просвета дюзы (dj, так и диаметр
основного канала (d2). Для этого
необходим нутромер и
миллиметровая линейка (рис. 243). Дюза
укрепляется на штативе и
резиновыми трубками подключается
к микроманометру (рис. 244).
Для повышения точности
измерения необходимо измерить
угол наклона трубки
микроманометра— а при помощи отвеса,
укрепленного на транспортире.
При внесении дюзы Вентури
в поток наблюдается падение
жидкости в наклонном колене
Рис. 244. Измерение скорости потока
при помощи дюзы Вентури.
микроманометра на некоторую высоту х. Разница давлений
определяется из приближенного уравнения:
Ар = х sin а.
296

Из уравнения Бернулли следует:
или
л № P^i р « 2
Рг + Pz^^p =-^ 2~ = |-(й _ 0J)f
ИЛИ
2 / 5
"2"U
где р — плотность воздуха.
Из уравнения неразрывности следует:
ИЛИ
^1 52 *
Подставив это значение в уравнение Бернулли, имеем:
2 ,02
Pf 1 /Si
Из этого уравнения можно определить скорость потока.
Г 2АР
Пример
В одном из экспериментов были получены следующие данные:
dx = 31,8 мм; d2 = 23,0 лш,
откуда определяем площади сечения потоков Sx и S2'
5Х = 3,14 —^— лш2 ^ 795 лш2,
52 = 3,14 -—^—лш2^416 лш2.
На микроманометре уровень жидкости поднялся на х = 21,5 лш.
Угол наклона микроманометра а = 30°. Поэтому Д р = jcsin а =
= 21,5 х 0,5 лш водяного столбам 10,75 лш водяного столба или
« 10,75 /с/2 • ж"2.
Примем для плотности воздуха р ее значение в -~ ТЕМ • м~3
(см. М. 3., § 18, п. 6),
297

тогда
2 • 10,75
*=v Ш-'\
м
сек 1 « 8,0 м • сек'
Примечания
1. Все приведенные в примере величины берутся как
средние значения, полученные многократными замерами.
2. При выборе единиц для измерения величин необходимо
просмотреть М. 3., § 18, п. 6.
215. Измерение расхода потока круглой
диафрагмой
Малый воздуходувный аппарат, 2 жестяные трубы
(0100 мм, длиной около 250 мм каждая), круглая
металлическая диафрагма (0 200 мм или на 100 мм
больше выбранных диаметров жестяных труб), в
диафрагме круглое отверстие (0 50 мм или половина
выбранного диаметра жестяных труб), U-образный
манометр, трубка Прандтля, миллиметровая линейка,
резиновая манометрическая трубка (длина 2000 мм), штатив,
бумажные полоски, клей, замазка.
Сборка установки
В двух жестяных трубах, на расстоянии 20 мм от их концов,
высверливаются по одному отверстию 0 2 мм. В эти отверстия
Открытая труба:
¦Диафрзгмв
Трубка
-тРрандтля
Кмзнометру
Рис. 245. Измерение расхода потока при помощи круглой диафрагмы.
напаиваются короткие латунные патрубки для присоединения
манометрической трубки. Круглая диафрагма укрепляется при
помощи штатива в вертикальном положении между двумя
подготовленными жестяными трубами, располагаемыми горизонтально.
Трубы должны быть возможно плотнее прижаты к диафрагме.
Зазор проклеивается бумажными полосками и промазывается
замазкой (рис. 245).
298

Оба колена U-образного манометра при помощи резиновых
трубок присоединяются к латунным патрубкам на жестяных
трубах по обоим сторонам от диафрагмы. Воздуходувный аппарат
устанавливается перед одной из труб, тогда как по другую сторону
установки, в отверстие второй трубы, помещается трубка Прандтля.
Эксперимент
После включения воздуходувного аппарата измеряется
разница давлений в потоке по обеим сторонам диафрагмы.
Из уравнения Бернулли определяется средняя скорость потока:
Для контроля измеряемой величины скорости производится
непосредственный ее замер при выходе потока из трубы, при помощи
трубки Прандтля.
Умножением скорости потока на площадь сечения труб
определяется расход потока, т. е. количество протекающего воздуха
в единицах объема за 1 секунду:
Эксперимент повторяется при различном числе оборотов
двигателя воздуходувного аппарата. Во всех случаях, беря среднее
значение падения давления и среднее значение скоростей,
определяется среднее значение расхода потока.
Нанося значение величин числа оборотов двигателя по оси #-ов,
а соответствующих величин расхода потока по оси у-ков,
строится график, по которому методом интерполяции можно установить
величину расхода для любого числа оборотов двигателя
воздуходувного аппарата.
Примечания
1. В этом эксперименте, как и в предыдущих, необходимо
обратить внимание на правильный выбор единиц
измерений (см. М. 3., § 18, п. 6).
2. Измерение расхода методом диафрагмы имеет большое
практическое значение и применяется в химической
промышленности для определения расхода жидкостей и газов.
3. При практическом использовании этого метода в
промышленности результаты расчетов еще более уточняются
введением ряда поправочных коэффициентов.
299

216. Измерение статического давления
в водоструйном насосе
Водоструйный насос, U-образный манометр с ртутью
(длина трубок манометра по 800 мм), секундомер,
мензурка, резиновый шланг (длина около 500 мм),
троиниковыи кран.
После подключения водоструйного насоса к водопроводу его
отросток для отсасывания присоединяется через тройниковый кран
резиновым шлангом к прямому колену U-образного манометра.
На другом конце манометра должна быть круглая
предохранительная воронка. Пустив струю воды и приводя насос в действие,
по показанию манометра
определяется понижение давления в насосе
(рис. 246). Так как статическое
давление в насосе по мере увеличения
скорости истечения воды непрерывно
падает, целесообразно установить
зависимость между возникающей
величиной разрежения и количеством
вытекающей воды в секунду — ее
расходом. Результаты измерения
надлежит выразить графически.
Расход воды может быть определен при
помощи мензурки и секундомера.
Ь7п ШдопробоЕд
Пример измерения
Рис. 246. Измерение давления
в водоструйном насосе.
Пользуясь стеклянным
водоструйным насосом, в одном из экспериментов были получены
следующие данные:
Расходы воды
в секунду
см3 • сек"1
74
77
81
Статическое
давление
торр
155
132
120
Примечание
Прежде чем перекрыть насос, необходимо поворотом
трехходового крана выравнять давление в манометре до
атмосферного, в противном случае вода устремится из насоса в
трубку манометра.
300

217. Измерение давления в пульверизаторе
Пульверизатор для жидкостей, U-образный
манометр, резиновый манометрический шланг (длина 500 мм).
Вертикальная, всасывающая трубка пульверизатора нижним
концом при помощи резинового шланга подсоединяется к прямой
трубке манометра (рис. 247).
При продувании воздуха через пуль- пмо*__ _^
веризатор происходит понижение дав- баз духа J ~fT
ления во всасывающей трубке и тем 1$ Ц
большее, чем больше скорость
продуваемого воздуха.
т°
ГШ II j jhH
§ 23. АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ И
ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПАРАДОКСЫ.
218. Демонстрация
аэродинамического Пара- риСщ 247. Измерение давления
дОКСа На саМОдеЛЬНОМ в вертикальной трубе пуль-
ПрибОре веризатора.
Фанерный круг (0 120 мм, толщина 3 мм),
просверленная пробка, стеклянная трубка (0 5 мм, длина
150 мм), картонный круг (0110 мм), три гвоздя, 3
небольшие картонные прокладки, резиновый шланг, сургуч.
Изготовление прибора
Из 3-миллиметровой фанеры выпиливается круг и в его
центре вырезается круглое отверстие по диаметру пробки.
В это отверстие вставляется пробка со
стеклянной трубкой и заливается сургучом. Нужно
следить за тем, чтобы ни пробка, ни стеклянная
трубка не выступали по другую сторону
фанерного круга (рис. 248). Из прочного картона
вырезается круг такого же, как и фанерный,
диаметра — около 120 мм; по его краю проделы-
ваются три отверстия, которыми он и надевается
на три гвоздя, вбиваемых в фанерный круг так,
чтобы шляпки гвоздей поддерживали картонный
круг. При этом между картонным и фанерным
кругом должен быть оставлен некоторый зазор.
Чтобы гвозди не прорывали картон, под их
шляпки подкладываются небольшие прокладки.
Эксперимент
На стеклянную трубку, укрепленную в пробке, надевается
конец резинового шланга. Весь прибор держат картонным кругом
вниз. С силой дуют в трубку, при этом против ожидания
картонный круг прижимается к фанерному и удерживается на нем.
/Г^^3
332
!=?
Рис. 248.
Самодельный прибор для
показа
аэродинамического парадокса.
301

Рис. 249. Показ
гидродинамического парадокса.
219. Демонстрация гидродинамического
парадокса на приборе фабричного
изготовления
Стеклянная ванна, готовый прибор для демонстрации
гидростатического парадокса, химический стакан,
небольшая подставка, вода.
Уже при проведении Э—218 можно было
бы воспользоваться выполненным из
металла прибором, выпускаемым
промышленностью, его же целесообразно
использовать для показа гидродинамического
парадокса (рис. 249). Прибор ставится в воду,
налитую в ванну. В воронку прибора
наливается новая порция воды, при этом,
как и в Э—218, нижняя пластинка
подскакивает вверх. Этот эксперимент
оказывается особенно неожиданным для
учащихся, так как они сразу не догадываются
о природе наблюдаемого явления.
220. Поведение бумажного конуса в воронке
при продувании воздуха
Стеклянная воронка, бумажный конус по размерам
воронки, резиновая трубка.
Стеклянная воронка с вложенным в нее бумажным конусом
держится раструбом вертикально вверх. На трубку воронки
надевается резиновый шланг, через который с силой
продувают воздух. Снова можно ожидать, что
при продувании воздуха конус будет
выброшен из воронки, между тем он остается в ней,
слегка подпрыгивая. Даже тогда, когда воронку
опрокинут раструбом вниз (рис. 250),
продолжая продувать воздух, бумажный конус не
выпадает.
Примечание
Эксперимент может быть проведен также
Бумажнь/д
Конце
Воронка
Рис. 250. Показ
аэродинамического
парадокса при
помощи воронки и
бумажного конуса.
с шариком от настольного тенниса,
лежащим в воронке. Шарик при продувании
воздуха через воронку не вылетает из нее,
а лишь дрожит в струе воздуха. Если
воронку держать раструбом вниз, то
теннисный шарик будет парить в струе воздуха вблизи
отверстия в трубке, слегка вздрагивая; но стоит прерваться
воздушному потоку, шарик падает на пол.
302

221. Поведение двух картонных или
бумажных полосок при продувании между
ними воздуха
2 полоски из тонкого картона или плотной бумаги
(длина около 150 мм и ширина 60 мм), деревянная
рейка (0 10 мм, длина 150 мм), 3 длинных гвоздя,
штатив, 2 жестяные полоски (длина 150 мм, ширина
60 мм), фен, 2 спицы, 2 деревянные короткие рейки.
Эксперимент А
Из толстой бумаги или тонкого картона вырезают две полоски
указанных выше размеров, а их концы закручивают в небольшую
трубочку, проклеивая ее. На
деревянную рейку, на
расстоянии 10 мм друг от друга,
вбивают два длинных гвоздя
с отрубленными шляпками.
Рейка укрепляется в
штативе. На гвозди надеваются
своими трубочками бумажные
полоски. Между ними при
помощи фена продувается
воздух (рис. 251), при этом
полоски тотчас же
сближаются до соприкосновения.
Эксперимент В
\ л°
/
-Выгнутые поласки
jkec/nu
\
Рис. 251. Поведение двух полосок при
продувании между ними воздуха:
а — щель между двумя параллельными,
изогнутыми полосками из плоского картона; б—щель
между двумя полосками, изогнутыми
навстречу друг другу.
Вместо полосок из бумаги
или картона можно
применить вырезанные из жести
пластинки того же размера
(например, из консервной банки). На концах жестяных полосок
выгибаются круглые скобочки, для того чтобы их можно было
навесить на гвозди. Жестяные полоски слегка выгибаются. В рейку
вбивается на расстоянии 35 мм от любого из ранее вбитых
гвоздей третий гвоздь также с обрубленной головкой. Жестяные
полоски подвешиваются на крайние гвозди выпуклостями
навстречу друг другу (рис. 251,6). Если направить струю воздуха
из фена между пластинками, они тотчас же сблизятся и при этом
будут непрерывно ударяться друг о друга. Звон от ударов слышен
всему классу.
Примечания
1. Этот эксперимент имеет практическое значение, так как
определяет норму вождения судов. Если 2 корабля,
стоящие на якорях на реке, будут расположены достаточно
зоз

близко друг к другу и параллельны течению реки, то
они сами собой будут притянуты друг к другу.
2. В качестве опор для подвешивания полосок могут быть
использованы две спицы, укрепленные параллельно между
двумя деревянными рейками, зажатыми в лапку штатива.
222. Сближение двух ложек в струе воды
или воздуха
2 алюминиевые столовые ложки, 2 зажима для
подвешивания гардин, водопроводный шланг, 2 коротких
стержня.
На ниточных петлях, наброшенных на черенки, бифилярно
подвешиваются 2 столовые ложки выпуклостями черпаков
навстречу друг другу. Нити
подвязываются к двум стержням,
укрепленным в штативе (рис. 252).
Целесообразно черенки ложек
ухватить зажимами для
подвески гардин, пропуская нитку
через кольцо зажима и
растягивая ее бифилярно на
стержнях (рис. 253).
Среднее расстояние между
ложками не должно превышать
20 мм. Если струю воды
направить между подвешенными
ложками вертикально вниз,
подключив для этого резиновый
шланг к водопроводу, то ложки
тотчас сблизятся. Под ложками
необходимо подставить
водоприемный сосуд.
То же явление будет
наблюдаться и в том случае, если
между ложками подуть1, они
сблизятся так же, как картонные полоски в Э—221.
223. Поведение бумажного круга
при продувании воздуха через
плоскодонную воронку
Фен, картонная крышка (около 150 мм х 200 мм)
с бортиками, лист плотной бумаги (по размерам
несколько меньший, чем крышка), штатив, тонкая
деревянная планка, клей, полоска картона, кнопки.
Рис. 252. Две подвешенные
ложки для показа
гидродинамического парадокса.
Рис. 253.

Применение
специального
зажима.
1 Через трубку. — А. Л.
304

Рис. 254. Показ
аэродинамического парадокса при
помощи фена и листа бумаги.
В картонной крышке от коробки в центре прорезается круглое
отверстие по размерам выходной трубы фена. Вокруг этого
отверстия с наружной стороны крышки наклеивается картонный
патрубок с диаметром, равным внешнему
диаметру трубы фена. С той же внешней
стороны на крышку прикалывается
кнопками или приклеивается деревянная
планка, при помощи которой крышка
укрепляется в лапке штатива. Фен
устанавливается так, чтобы его труба
входила в патрубок крышки, а струя
воздуха направлялась вертикально вниз.
При этом выходное отверстие фена не
ДОЛЖНО ВЫСТупатЬ ИЗ КарТОННОЙ КрЫШКИ Мая бумаги
(рис. 254). Фен приводится в действие,
при этом поток воздуха, вылетая из
дюзы, проходит через своеобразную
картонную воронку с плоским дном.
Лист плотной бумаги, положенный
на ладонь, движением снизу вводится
в картонную воронку. Бумажный лист
тотчас же присасывается к картонной крышке и удерживается
на ней. Борта крышки предотвращают его возможное боковое
скольжение.
Примечание
Эксперимент может быть
проведен и без фена, для чего
нужно ртом продувать воздух
через патрубок.
Преимущество эксперимента в его
простоте.
224. Поведение
матерчатого зонда
в краевой зоне
воздушного потока
Малый
воздуходувный аппарат, кусок
легкой ткани (50 мм X
X 200 мм), 2 круглые
палочки, клей.
Матерчатый зонд изготавливается из куска легкой, но плотной
ткани, узкой стороной наклеенной на 2 круглые палочки.
Воздуходувный аппарат устанавливается так, чтобы поток воздуха был
направлен вертикально вверх. К краевой зоне воздушного потока
подносится своей плоскостью зонд, как указано на рисунке 255.
Рис. 255. Матерчатый зонд по краю
воздушного потока.
305

Необходимо следить, чтобы поток касался ткани только с одной
стороны.
Вначале матерчатый зонд образует выпуклость, обращенную
к оси потока. Возникающая поверхность, по одну сторону
которой находится движущийся, по другую сторону неподвижный
воздух, становится все более неустойчивой, при этом возникают
одиночные завихрения, и ткань зонда начинает колыхаться.
225. Демонстрация аэродинамического
парадокса на парящем в воздушном потоке
шарике от настольного тенниса
Фен, шарик настольного тенниса, лист жести,
изогнутый полукругом, штатив.
Эксперимент А
Фен укрепляется в штативе так, чтобы выбрасываемый им
поток воздуха был направлен вертикально вверх. На отверстие
\ { А К h \
•
Рис. 256. Шарик
от настольного
тенниса в
потоке воздуха,
направленном
вверх:
D — динамическое
давление; Р —вес.
дюзы фена кладется целлулоидный шарик настольного тенниса
и после этого фен включается в действие. Воздушным потоком
шарик приподнимается вверх и парит в нем в нескольких
сантиметрах от выходного отверстия дюзы. В этом случае динамическая
сила давления потока D равна весу шарика Р (рис. 256).
Рис. 257. Силы, действующие на
парящий в воздушном потоке
шарик от настольного тенниса
при разных углах наклона
потока:
Fj — подъемная сила; Fa —
динамическое давление; Р— вес; F —
воздушная сила (результирующая
сила воздушного потока).
306

Эксперимент В
Фен, в воздушном потоке которого парит шарик, постепенно
наклоняется, пока не будет образован угол в 45° между осью
потока и горизонтальным направлением. Шарик несколько удаляется
от выходного отверстия дюзы и парит в пределах нижней
наклонной области потока. Картина действующих на шарик сил дана
на рисунке 257, где Р — вес шарика, F± — «подъемная»,
втягивающая в поток сила, F2 — динамическая и F — результирующая,
равная весу шарика Р.
Эксперимент С
По другую сторону потока, напротив парящего шарика,
приближают к оси потока изогнутую жестяную пластинку выпуклостью
в сторону шарика (рис. 258). Между
выпуклостью пластинки и шариком
скорость потока возрастает, а значит
уменьшается статическое давление. В
результате падения давления шарик
втягивается в поток и ударяется о
выпуклость пластинки; но в момент их
соприкосновения поток между ними
прерывается, шарик начинает падать,
однако процесс тут же повторяется вновь.
Шарик при этом периодически ударяет
по жестяной пластинке, как язык
звенящего колокольчика, каждый раз
прерывая воздушный поток.
Примечания
1. Третий эксперимент из Э—225
Рис. 258. Действие сужения
потока на парящий в нем
шарик, при поднесении, с
противоположной* шарику
стороны, выпуклой
пластинки из жести.
может быть поставлен в число
экспериментов с наиболее
наглядным результатом и поэтому
отнесен к самому началу
учебного процесса по изучению аэродинамического парадокса.
2. Вместо жестяной пластинки для усиления слухового
восприятия можно взять тонкостенный стакан диаметром около
100 мм.
226. Измерение силы втягивания воздушного
потока при помощи парящего резинового
тонкостенного шарика
Малый воздуходувный аппарат, детский резиновый
шарик (0 несколько больший, чем диаметр дюзы),
картон (около 200 мм X 300 мм), пружинный
динамометр, шпагат.
307

Эксперимент А—С
Применяя воздуходувный аппарат, проводятся все три
эксперимента, описанные в Э—225 для теннисного шарика. В
эксперименте С из Э —225 жестяную пластинку для данного случая
целесообразно заменить изогнутым
картоном, по размерам более
соответствующим условиям
нового опыта с резиновым
шариком.
Эксперимент D
Сила, с которой
резиновый шарик втягивается в
поток, может быть измерена при
помощи динамометра. Для
этой цели резиновый шарик,
перевязанный шпагатом,
прикрепляется к динамометру
и приближается к
воздушному потоку, направленному
вертикально вверх.
Вытягивая шар из потока в
горизонтальном направлении, по
определяют величину втягивающей
Рис. 259. Измерение «подъемной силы» —
силы, втягивающей в поток, по измерению
противосилы, необходимой для
вытягивания из потока резинового надувного
шарика.
показанию динамометра
силы потока (рис. 259).
Примечание
Для этого эксперимента необходимо выбрать
соответствующий динамометр. При пользовании малым
воздуходувным аппаратом величина измеряемой силы лежит в
пределах 100 пондов.
227. Поведение нескольких детских резиновых
шаров в потоке воздуха
Фен, 4 детских резиновых шара, шпагат, штатив.
Подобно тому как в Э —225 аэродинамический парадокс
показывался на теннисных шариках, эксперимент может быть проведен
с детскими резиновыми воздушными шарами. Особенно удобно
провести подобный эксперимент потому, что детские воздушные
шары, имея незначительный вес при значительном объеме, будут
парить в потоке на значительном удалении от дюзы фена. Кроме
того, этот эксперимент позволяет проводить его с несколькими
шарами одновременно (рис. 260).
Два резиновых шара один за другим вносятся в поток
воздуха, направленный вертикально вверх. Несмотря на
значительные поперечники, они оба будут парить в потоке, полученном от
308

Q
фена. При этом они будут непрерывно перемещаться один
относительно другого, находясь то рядом, то один над другим. И в этом
случае они будут многократно сталкиваться, так
как при их сближении будет периодически
увеличиваться скорость потока между ними (ср. Э—222
и Э—225).
Еще удивительнее их поведение, если за
первыми двумя внести в поток третий и, наконец,
четвертый шар.
Примечания
1. Эксперимент можно проводить и с
воздуходувным аппаратом, однако в этом случае
нужно сообщить минимальную скорость
потоку или утяжелить шары небольшими
грузиками.
2. Особенно убедительным является
эксперимент, при котором один из шаров снабжен
грузиком на подвеске и его заставляют
парить в наклонном потоке воздуха.
228. Поведение бумажного
цилиндра при внесении его в
горизонтальный поток воздуха
Фен, лист бумаги (около 150 мм X 150 мм), клей,
тонкая круглая палочка.
Лист бумаги склеивается так, чтобы получить цилиндрическую
трубку длиной около 150 мм с поперечником 40 мм. Полученная
^_^^ бумажная трубка надевается на тонкую
0^^^^^^-^ круглую палочку и при ее помощи
^cL У4^^ подносится снизу к горизонтальному-
I ^V/ потоку воздуха, полученного от фена.
ч_у Длинная ось цилиндрической трубки
должна быть перпендикулярна оси
Рис. 261. Втягивание бумаж- потока (рис. 261). Как только цилиндр
ТльнГХк^оздЕ11' своей верхней стороной коснется пото-
полученный от фена. ка, он тотчас же будет втянут в него.
Рис. 260.
Надувные
резиновые шарики
в потоке от
фена.
229. Демонстрация трения воздуха в
свободном и связанном трубой потоке
Фен или малый воздуходувный аппарат, шарик
настольного тенниса, бумажная труба (0 55 мм, длина
1000 мм), штатив.
Фен укрепляется в штативе так, чтобы поток воздуха был
направлен вертикально вверх. Как и в Э—225, шарик от настольного
309

тенниса вводится в поток и парит в нем. Для этого эксперимента
можно использовать малый воздуходувный аппарат, но в этом
случае в его дюзу нужно поместить диафрагму, уменьшающую
сечение так, чтобы теннисный шарик доста-
,'" точно устойчиво парил в потоке, не
отклоняясь от среднего его участка. Регулировкой
потока нужно добиться, чтобы шарик парил
строго над отверстием дюзы.
Как только в поток будет внесена над
шариком бумажная труба, которую вносят под
углом около 70°, шарик устремляется в нее
и вылетает из ее противоположного конца
(рис. 262). Если шарик при вылете из трубы
придержать, он будет парить над отверстием
бумажной трубы.
Примечание
Труба забирает в себя часть потока.
Трение о стенки трубы незначительно,
поэтому практически давление воздуха
на ее обоих концах одинаково. Если
воздушный поток возникает в
свободном пространстве, то происходит его
некоторое расширение. В граничном слое между
покоящимся воздухом и движущейся деформированной воздушной
средой возникают завихрения, и трение возрастает.
Рис. 262. Шарик в
части потока,
ограниченного трубой.

ГЛАВА V
ДВИЖЕНИЕ ПОТОКОВ ВОКРУГ САМОЛЕТА
§ 24. МЕТОДИЧЕСКАЯ ЗАПИСКА
1. С общим учением о потоках органически связано изучение
потоков вокруг несущих поверхностей самолета
(Tragflache). На первой ступени изучения явлений они
исследуются лишь с качественной стороны. Для этого вновь
пригодна струепотоковая ванна (Э—230); но, кроме того, особенно
убедительны эксперименты для демонстрации потоков вокруг
несущих поверхностей, проводимые с ниточными зондами и
зондом-пламенем, как показывают Э—231 и Э—232. Важно подвести
учащихся к глубокому пониманию природы давления на верхнюю
и нижнюю сторону несущей поверхностих. Этому служат как чисто
качественный, воспринимаемый зрительно, эксперимент Э—233,
который может быть выполнен учащимися самостоятельно, так
и количественный эксперимент Э—234. Последний имеет особое
значение, так как в этом эксперименте исследуется раздельно характер
давлений на верхней и нижней стороне несущей поверхности; он
воссоздает точную картину действующих на несущую поверхность
сил. При этом нет никакой необходимости пользоваться моделями
фабричного изготовления, вполне достаточна простая модель
несущей поверхности, сделанной из дерева. В такой модели
просверлено несколько поперечных каналов для подключения
наконечников резиновых трубок, идущих к манометру.
2. Большое значение имеет определение сопротивления
потоку (или лобового сопротивления.—А. Л.) и
подъемной силы крыла самолета. Очевидно, что количественные
эксперименты в этой области целесообразнее проводить лишь
в старших классах. Впрочем, большинство из экспериментов может
быть отнесено к экспериментам, предназначенным для выполне-
г. Несущие поверхности — общее название для крыльев и оперения
самолета, сюда же относятся винты вертолета. В настоящем руководстве из
несущих поверхностей самолета рассматривают лишь крылья дозвукового самолета.
311

ния их в порядке самостоятельной работы учащихся. Для
выполнения подобных экспериментов нужны обычные чашечные весы,
при помощи которых можно достаточно точно определить как
сопротивление потоку, так и подъемную силу при различных углах атаки.
Измерение сопротивления и подъемной силы в этом случае
проводится раздельно, что требует каждый раз некоторого изменения
порядка проведения эксперимента, так как для каждого
исследуемого тела вначале измеряют сопротивление, а затем, изменив
установку, измеряют подъемную силу. Все это вызывает затрату
времени. Однако эксперимент может быть значительно ускорен,
если вначале провести весь ряд измерений сопротивления при
различных углах атаки и только после этого весь ряд измерений
подъемной силы при тех же углах атаки.
3. Исследование сопротивления и подъемной силы данной
модели крыла самолета обычно заканчивается составлением и
вычерчиванием поля р-д иаграммы несущей поверхности ( п о-
ляра профил я.—А. «#.), в которой подъемная сила
представляется как функция сопротивления, в зависимости от угла
атаки. Это ни в какой мере не требует проведения особого
эксперимента. В этом случае необходимо лишь сопоставление
результатов измерений, полученных на ранее проведенных экспериментах.
И если даже вообще вызывает сомнение возможность проведения
подобной работы в школе и сомнение в том, что удастся найти
время на эту работу, то все же составители нашли необходимым
выделить ее в отдельный эксперимент, предоставив для него
самостоятельный порядковый номер Э—238. Если в школе организуется
кружок по изучению физики полета, он не должен пройти мимо
возможности построения чрезвычайно наглядной поляр-диаграммы,
представляющей большой научный интерес и имеющей важное
значение при оценке летных качеств несущих поверхностей самолета.
Учитель-физик, решившийся поручить своим ученикам
вычерчивание такой диаграммы, должен указать учащимся, как
методически целесообразней охватить и графически представить этот
действительно сложный материал. Необходимо прежде всего
вычертить на одном чертеже совмещенные кривые, полученные в
результате Э —235 и Э —236, а уже из этого чертежа можно без особого
труда установить и графически представить на специальном графике
подъемную силу, как экспериментально полученную функцию
сопротивления при различных углах атаки, т. е. вычертить поляры
профиля.
Если бы возникло желание построить поляр-диаграмму на
основании специального эксперимента, пришлось бы для этой
цели использовать двухкомпонентные весы, как это и указано в
Э —239. Этот прибор с раздельным измерением сил в горизонтальном
и вертикальном направлении имеет две шкалы и позволяет
независимо и раздельно измерить сопротивление и подъемную силу
модели крыла самолета. Но и в этом случае необходимо строго
придерживаться указаний, данных в Э—238. Впрочем, нужно от-
312

метить, что проведение эксперимента с двухкомпонентными весами
возможно лишь при использовании большого воздушного аппарата.
Однако вряд ли будет оправдано приобретение школой большого
воздуходувного аппарата только для того, чтобы построить поляр-
диаграмму, пользуясь такими весами, тем более, что для других
экспериментов можно обойтись и без них.
При изучении вопросов сопротивления и подъемной силы
необходимо установить разницу двух понятий: угол атаки
(Anstellwinkel) иустановочный угол самолета (Einstell-
winkel). Под углом атаки подразумевается угол, образованный
хордой несущей поверхности (хордой крыла.— А. Л.), и
направлением потока воздуха (рис. 263, а). Установочный угол—это угол
между хордой крыла самолета и продольной осью самолета
(рис. 263, б). Оба эти угла
нельзя путать.
4. Проблема, в которой
учащиеся обычно много
экспериментируют при
изготовлении моделей,—это
проблема
устойчивости и ее решение при
помощи органов
управления полетом.
В § 26 приведен целый ряд
экспериментов (с Э—241
по Э—245), необходимых
для правильного решения
этих вопросов. Указанные
эксперименты имеют
особую ценность для школы,
так как они выполняются на самых простых приспособлениях.
Необходимо обратить особое внимание на выработку
правильного представления о том, что тот или иной эксперимент решает
только одну, отдельно взятую проблему. Учащиеся должны четко
представлять себе, что самолет есть нечто целостное.
Аэродинамические, статические, технические требования, как и
определенные требования к подъемной силе, рассматриваются в процессе
обучения раздельно, что является в какой-то мере компромиссным
решением комплексной проблемы.
5. В отдельный параграф, § 27, выделены эксперименты,
показывающие работу воздушного винта — пропеллера
и некоторые сведения из областей, связанных с его действием. Особое
значение в этом параграфе имеют Э—246 и Э—247. Эти два
эксперимента служат для определения числа оборотов воздушного винта,
и позволяют проводить измерения без приборов, могущих влиять
на вращение винта. Их нужно рассматривать как вспомогательные
эксперименты. Они нашли себе место в этой главе руководства,
так как для количественных экспериментов с пропеллером, напри-
Линия хордь/
^^к^Угол атака
йог о потока
IwpJalFuM -^^Установочный угол
Рис. 263. Угол атаки крыла
(Anstellwinkel) — угол между хордой крыла и
направлением потока (а) и установочный угол
самолета (Einstellwinkel) — угол между
хордой крыла и продольной осью самолета (б).
313

мерЭ—250, необходимо определение числа оборотов. Эксперименты
Э— 250, как и Э—246 и Э—247, требуют значительной затраты
времени. Их целесообразно проводить в порядке самостоятельной работы
учащимися в кружке. Для классного эксперимента, в силу их
большой простоты и четкости, служат качественные эксперименты
типа Э —248 и Э —249. Большой интерес у учащихся вызывает
проблема подъемного винта (винта вертолета. — А. Л.). Некоторое
представление в этой области дают Э—251, Э—252 и Э—253. Из них
Э —252 несомненно принадлежит к числу интересных экспериментов,
так как он проводится на знакомой игрушке-модели,
изготавливаемой самими учащимися.
§ 25. ПОТОК ВОКРУГ НЕСУЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ. СОПРОТИВЛЕНИЕ
И ПОДЪЕМНАЯ СИЛА НЕСУЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ
230. Потоки вокруг модели крыла
Потоковая ванна (см. Э—198), профиль крыла—модель.
В потоковой ванне получаем ламинарный поток (Э—198) и
помещаем в него модель профиля крыла самолета. Идя от угла
атаки, равного нулю, постепенно придаем ему некоторое
положительное значение. При нарастающем повышении скорости
потока становится достаточно заметным, что частицы движутся по
линиям тока значительно быстрее над верхней выпуклой
поверхностью, чем по нижней. Позади заднего
края модели вихревой шлейф обрывается.
При дальнейшем увеличении угла атаки
можно подойти к определенному
критическому углу, при котором ламинарный
поток переходит в турбулентный.
231. Исследование потоков
вокруг модели крыла при
помощи зонда - пламени
Малый воздуходувный
аппарат, модель крыла самолета
на стержне зонд-пламя с
резиновой трубкой (см. Э—195),
точечный источник света, экран,
штатив, городской газ.
Установка для проведения эксперимента описана в Э—195.
В качестве исследуемого тела берется модель крыла самолета
на стержне. Изучается поведение потока при различных
Рас. 264. Показ струе-
распределения вокруг крыла
при помощи зонда-
пламени:
а — малый угол атаки — струи
обтекают; б — большой
угол
атаки — струи
отрываются.
314

углах атаки. В теневой проекции хорошо видно, что при малых
углах атаки струи потока плавно обтекают модель (рис. 264, а).
При определенном критическом угле атаки линии тока отрываются
от верхней поверхности модели крыла и над ней образуется область
завихрения (рис. 264, б), область, обтекаемая плавными линиями
тока, значительно расширяется.
232. Исследование потока вокруг модели
крыла при помощи ниточного зонда
Малый воздуходувный аппарат, модель крыла на
стержне, ниточный зонд, штатив.
Для исследования потока вокруг
крыла самолета можно
воспользоваться однониточным зондом.
Установка такая же, что и для Э—231,
но поток воздуха направляется
горизонтально. Вместо зонда-пламени
используется однониточный зонд,
вносимый в различные части потока.
Нить, внесенная в поток, следует
за линией тока. При малых углах
атаки она протягивается вдоль
поверхностей модели и показывает,
что поток плавно обтекает модель
(рис. 265, а). Но если резко изменить
угол атаки, нить зонда, попав в
область завихрений, приходит в
нерегулярное, непрерывно меняющее свою
форму движение (рис. 265,6).
рис. 265. Исследование потоков
вокруг крыла при помощи
однониточного зонда:
а — малый угол атаки — поток
ламинарный; б — большой угол атаки —
поток турбулентный.
233. Демонстрация распределения давления
на модели крыла при помощи накидного
бумажного капюшона
Малый воздуходувный аппарат или фен, модель
крыла, лист бумаги, штатив.
Для демонстрации простейшими средствами распределения
давления над верхней и нижней поверхностями модели крыла можно
поступить следующим образом: из тонкой бумаги вырезать лист
такого размера, чтобы он полностью покрывал модель; изогнуть его по
форме модели крыла и набросить на нее с передней части. Бумага
образует свободно наброшенный на модель капюшон (рис. 266, а).
Поместив модель крыла самолета с наброшенным
капюшоном в поток воздуха от фена или малого воздуходувного
315

Бумажный
w капюшон
аппарата, наблюдаем, что нижняя часть листа капюшона плотно
прижимается к нижней поверхности модели, тогда как часть листа,
наброшенная над верхней
поверхностью модели, выгнувшись,
поднимается над ней (рис. 266,6).
Эксперимент показывает, что
поток образует под нижней
поверхностью модели область
повышенного давления, а над верхней —
область разрежения.
Примечание
Если не представляется
возможным воспользоваться
воздуходувным аппаратом, то
этот эксперимент достаточно
хорошо удается и в том
случае, если на модель с набро-
Рис. 266. Модель профиля крыла шенным капюшоном просто
с накидным капюшоном: ПОДУТЬ
a — в покое; б — в воздушном потоке.
234. Измерение распределения давления вдоль
поверхности крыла при различных
углах атаки
Малый воздуходувный аппарат, модель крыла
самолета с ограничивающими ее по бокам стенками
и равномерно рас- Шерст,
пределенными по ее
поверхностям
сквозными отверстиями-
каналами в числе
18—20, манометр иче-
ский шланг с
насадкой, имеющий
диаметр , совпадающий
с диаметром отверстий
каналов,
микроманометр, транспортир с
отвесом, штатив. Рис 267. Установка для изучения
Модель крыла С ограничиваю- давления на поверхность крыла,
щими ее по обеим сторонам стенками и 18—20 сквозными
отверстиями-каналами укрепляется на рукоятке в штативе. При помощи
транспортира с отвесом модель устанавливается под минусовым углом
атаки, равным — 10°.
Введя в действие воздуходувный аппарат, при помощи микро-
316

манометра (см. Э —98) измеряется последовательно во всех
отверстиях-каналах величина давления или разрежения. Каждый канал,
к которому подключается шланг микроманометра, имеет
противоположное выходное свободное отверстие в определенных точках
поверхности модели. Все каналы занумерованы.
Идущий к микроманометру шланг подключается к резервуару
манометра (рис. 267).
Для повышения точности измерения при наличии малых
скоростей воздуха трубке микроманометра придается определенный
угол наклона а. Расчет величины давления по показанию
микроманометра проводится так же, как и в Э—214. Замеры, проводимые
для всех отверстий канала, при заданном угле составляют
первый ряд величин. Подобный ряд замеров производится и при
других углах атаки последовательно: 0°, +10°, +20°, +30° и +40°.
Пример подобных трех рядов измерений величин давлений и
разрежений вокруг поверхности крыла, полученный
измерением при помощи микроманометра, трубка которого
находится в наклонном положении, приводится в нижеследующей
таблице:
Верхняя
поверхность
модели
Нижняя 1
поверхность I
модели
| № каналов
моделей
по часовой
стрелке для
каждой из
поверхностей
1 отдельно
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18 i
Давление ( + ); разрежение (—)
в мм водяного столба
углы атаки
1 —10° | 0°
+29,0
+ 12,0
-4,5
—13,5
—19,0
—18,5
—15,5
—13,5
—5,0
—1,0
—23,0
—19,0
—15,0
—6,5
—5,0
0,0
+2,0
+3,5
+28,0
+2,5
—13,5
—20,0
—22,0
—19,0
—15,0
—13,0
—6,0
-1,5
—11,5
—4,0
—2,0
0.0
+0,5
+ 1,0
+ 1,0
+0,5
+ 10°
+25,5
—12,0
—24,0
—25,5
—23,0
—19,5
—14,5
—11,5
—4,5
0
-0,5
+0,5
+0,5
+ 1,5
+ 1,5
+ 1,5
+ 1,0
+ 0,5
Для графического оформления эксперимента результаты
измерения даются в виде векторов, взятых в определенном
масштабе. Начала векторов берутся из мест расположений
отверстий-каналов на схематическом рисунке профиля крыла.
317

Вектора проводятся перпендикулярно к касательным в точках
поверхности, соответствующих выходным отверстиям каналов.
Концы векторов обводятся
замкнутой пунктирной линией. Величина
векторов и их распределение создает
наглядное представление о характере
давления и разрежения вокруг
поверхности крыла самолета (рйс. 268).
Из векторной диаграммы видно, что
при определенных отрицательных
углах атаки возникает вращающий
момент, приводящий к переднему
запрокидыванию данной модели
несущей поверхности и повороту ее
поперек потока. Диаграмма, кроме
того, позволяет установить, что при
возрастании положительного
значения угла атаки область разрежения
над верхней поверхностью модели
также постепенно возрастает и все
более и более вытягивается вверх;
одновременно область разрежения
под нижней поверхностью,
наблюдаемая при отрицательных углах атаки,
при некотором положительном угле
атаки становится областью давления,
направленного вверх.
Общая аэродинамическая
подъемная сила крыла самолета
складывается из действия разрежения
над верхней поверхностью и
давления на нижнюю поверхность.
Рис. 268. Векторная диаграмма
распределения давления на
поверхности крыла при различных
углах атаки:
а— угол атаки — 10°; б — угол атакц
0°; в —• угол атаки
1- 10°,
Примечания
1. Если измерения проводятся при достаточно больших
скоростях потока воздуха, нет надобности пользоваться
микроманометром, а можно
применять обычный U-образный
водяной манометр.
2. При малых скоростях
потока воздуха целесообразно
трубке микроманометра
придать наиболее удобный угол
наклона в 30°, так как sin
30° = 0,5.
3. Взамен описанной модели
несущей поверхности фабричного изготовления
стенками и отверстиями-каналами
Рис. 269. Разрез через
модель крыла, имеющую
отверстия для измерения давлений.
с боковыми
можно подобную мо-
318

дель изготовить самим в кружке (рис. 269). По обеим
сторонам деревянной модели прибиваются картонные
ограничители-стенки, а сама модель просверливается
сквозными каналами, расположенными на равном расстояний
друг от друга. Для измерения давления наконечник
манометрического шланга присоединяется к каналам то
сверху, то снизу.
235. Измерение при помощи настольных
чашечных весов сопротивления крыла
потоку при различных углах атаки
Малый воздуходувный аппарат, модель на стержне
крыла, чашечные настольные весы, тарировочный
стакан, дробь, разновесы, пружинный зажим,
транспортир с отвесом, линейка, штатив.
Порядок проведения
эксперимента тот же, что и Э —203. Для
измерения сопротивления в качестве
испытуемого тела берется
укрепленная на прямом стержне модель
крыла самолета (рис. 270). Как и
в Э—203, определяется
сопротивление потоку (лобовое
сопротивление.— А. Л.) модели крыла
самолета при различных углах
¦ЛинйиНа
Рис. 270. Определение
сопротивления модели крыла при помощи
чашечных настольных весов.
Рис 271. Измерение углов атаки крыла
При встрече с вертикальным потоком:
а— при положительном значении углов;
Ь — при отрицательном значении углов»
атаки в пределах от —40 до +50д. Угол атаки измеряется
при помощи укрепленного на модели транспортира с отвесом.
Для отрицательных углов атаки к нижней поверхности модели,
продолжая ее, прикладывается линейка и к ней приставляется
транспортир с отвесом (рис. 271). После включения
воздуходувного аппарата весы приводятся в равновесие при помощи
разновесов. Величины сопротивлений, соответствующие определенным
углам атаки, заносятся в таблицу.
319

Очередное изменение углов атаки, ступенями через каждые 10°,
производится при выключенном воздуходувном аппарате. При одном
из экспериментов были получены следующие величины
сопротивлений:
Угол атаки (а)
Сопротивление (Q)
—40
12,2
—30
9,0
—20
5,2
—10
2,8
0
2,8
+ 10
4,4
+ 20
8,6
\
+30
16,3
+40
22,9
+50
27,6
По результатам измерений
строится в прямоугольных
координатах кривая зависимости
сопротивления Q от угла атаки а
(рис. 272) и векторная диаграмма
(рис. 273).
-60°-303-2ОЧ0
fO° 20° 30°40°50еct
Углы а/лзии
Рис. 272. Кривая зависимости
сопротивления крыла от углов
атаки.
Рис. 273. Векторная диаграмма
зависимости сопротивления
крыла от угла атаки.
Примечания
1. До включения воздуходувного аппарата модель тарируется.
2. Необходимо следить, чтобы чашки весов не
попадали в поток воздуха.
236. Измерение при помощи настольных
чашечных весов подъемной силы крыла
Приборы те же, что и для Э—235.
Для определения подъемной силы модели крыла самолета
можно воспользоваться описанием Э—203 и Э—235, однако
воздуходувный аппарат надлежит установить горизонтально и на
высоте модели (рис. 274).
Аэродинамическая подъемная сила определяется при углах
320

атаки от —40 до +50°. Угол атаки устанавливается при
выключенном воздуходувном аппарате, углы определяют при помощи
транспортира с отвесом (рис. 275).
Рис. 274. Остановка для
определения аэродинамической
подъемной силы крыла:
а — общий вид; б — вид сверху
При включении
воздуходувного аппарата модель при
соответствующих углах атаки
будет либо приподниматься, либо
опускаться, т. е. будет
возникать либо положительная, либо
отрицательная подъемная сила.
При положительном
значении подъемной силы ее
измеряют, нагружая чашку весов,
несущую модель, разновесами,
а при отрицательных углах
ее измеряют, нагружая другую
чашку. В результате одного из
экспериментов были получены
следующие данные:
Рис. 275.
Измерение углов атаки
в горизонтальных
потоках.
ю* го*30'40е so0 a
Угль/ атака
Рис. 276. Кривая зависимости
аэродинамической подъемной силы от
углов атаки.
Угол атаки (а)
(град.) . . .
Подъемная сила
Рк)1 ПОНДЫ .
—40
—12,5
—30
—9,9
—20
—5,7
—10
0,0
0
+8,0
+ 10
+ 16,0
+20
+22,3
+30
+21,7
+40
+ 18,5
+50
+ 17,0
1 Измеряемая таким образом подъемная сила называется обычно подъемной
силой крыла или подъемной силой горизонтального оперения и обозначается
Рк. — Л.Л7.
321

По результатам измерений строится в прямоугольной системе
координат кривая зависимости подъемной силы Рк от угла атаки а
(рис. 276).
237. Измерение при помощи однокомпонент-
ных весов сопротивления крыла потоку и его
подъемной силы.
Самодельные однокомпонентные весы (см. Э —202) со
всеми вспомогательными приспособлениями, кроме того,
дополнительная крейцмуфта, модель на стержне
крыла самолета, малый воздуходувный аппарат и
однокомпонентные весы фабричного изготовления.
Для определения сопротивления потоку и подъемной силы
модели крыла самолета могут быть использованы самодельные
¦ЕГ-
б
Рис. 277. Способ
крепления модели крыла на
рычаге однокомпонентных
весов:
а—вид сбоку; б—вид сверху
однокомпонентные весы, как и в Э—202. Для определения
сопротивления потоку порядок проведения эксперимента тот же,
что и в Э —202, однако в отличие отЭ —202 стержень модели
укрепляется на планку-рычаг не при помощи пружинного зажима, а в
крейцмуфте, надетой на конец планки-рычага, таким образом,
сама модель находится несколько в стороне от планки-рычага и
воздушный поток минует вспомогательное устройство, встречает
только модель, выдвинутую на стержне (способ крепления при
помощи крейцмуфты дан на рисунке 277).
Такая же крейцмуфта укрепляется и на другом конце планки-
рычага, и взаимным их перемещением достигается равновесие.
Шнур, связывающий рычаг с динамометром, укрепляется на
стержне, зажатом во второй крейцмуфте так, чтобы он проходил в
плоскости модели. В остальном эксперимент проводится, как и в Э —202.
Рис. 278. Измерение подъемной
силы при помощи
однокомпонентных весов.
322

В том случае, когда при помощи однокомпонентных весов
определяется подъемная сила, рычаг-планка переводится в
горизонтальное уравновешенное положение. Модель крыла, не
вынимая стержня из крейцмуфты, поворачивается на 90° так,
чтобы в этом положении рычаг был горизонтален (рис. 278). Само
собой понятно, что подтягиванием рычага вверх динамометр теперь
должен быть закреплен вертикально.
Примечания
1. Если сопротивление будет измеряться при различных
углах атаки, необходимо выполнить указание, данное в
Э — 235 и Э— 236.
2. Для тех же целей, естественно, могут быть использованы
однокомпонентные весы фабричного изготовления (рис. 227).
238. Построение поляр-диаграммы крыла
при помощи настольных чашечных весов
Приборы те же, что и в Э—235, кроме того, трубка
Прандтля, микроманометр, манометрический шланг.
Для построения поляр-диаграммы данной модели крыла
самолета берутся результаты измерений сопротивления потока из Э —235
и подъемной силы из Э—236
и сводятся в одну таблицу.
Полученные ранее графики
(рис. 273 и 276) строятся
совмещенно на одних осях
в прямоугольной системе
координат (рис. 279).
Сводная таблица
приведена ниже.
Из рисунка 279
выводим подъемную силу как
функцию сопротивления
потоку и представляем
результаты графически,
получая данные для
построения диаграммы
«подъемная сила —сопротивление
потоку» (Рк — Q), которые
Рис. 279. Кривые зависимостей
сопротивления и аэродинамической подъемной силы
крыла от углов атаки.
Угол атаки (а)
(град.) . . .
Сопротивление
(Q) понды .
Подъемная сила
(Рас) ПОНДЫ
—40
12,2
—12,5
—30
9,0
—9,9
—20
5,2
—5,7
—10
2,8
0,0
0
2,8
+8,0
+ю
4,4
+ 16,0
+20
8,6
+22,3
+30
16,3
+21,7
+40
22,9
+ 18,5
+50
27,6
+ 17,0
323

и лежат в основе поляр-диаграммы для данной модели
несущей поверхности. Обе эти функционально связанные величины —
подъемная сила и сопротивление потоку, представленные
диаграммой, имеют при определенных углах атаки особое значение,
определяющее поведение самолета, им соответствуют
определенные точки кривой, а именно:
А — полет «на спине»; В — пикирование; С — наращивание
скорости; D — полет с рейсовой скоростью; Е — подъем;
F — старт и посадка.
Примечание
Собственно говоря, поляр-диаграмма (поляра
профиля, или поляра Лилиенталля. — А. Л.) должна давать
не прямую зависимость подъемной силы Рк и сопротивления
Q (рис. 280), а функциональную зависимость между
безразмерными величинами, называемыми аэродинамическими
коэффициентами: Су —коэффициент аэродинамической
подъемной силы, Сх — коэффициент аэродинамического
сопротивления. Эти коэффициенты определяются из уравнений:
где S — соответственно равно величинам поперечного сечения
части потока, захватываемой несущей поверхностью, р — плот-
ь воздуха, v — скорость по-
. Скорость потока может
V
го-
1 \
1 :
S-
-
к
0,5 1,0 1,5
Сопротивление потоку
\ 281. Сетка для построения
поляр-диаграммы.
быть определена при помощи трубки Прандтля и микроманометра,
однако в нашем случае определение скорости v не вызывается
необходимостью, так как микроманометр дает значение целого выраже-
324
Рис. 280. Поляр-диаграмма
модели крыла.
НОС
ток
р,

ния ~- . При расчетах необходимо просмотреть М. 3., § 18, п. 6.
Нужно отметить, что наибольшие трудности вызывает
нахождение величины S.
В практике построения диаграммы обычно берутся не сами
величины Су и CXi а, как правило, их 100-кратное значение (рис. 280).
Сетка координат строится разномасштабной, так как в
летном диапазоне углов атаки коэффициент аэродинамического
сопротивления в его среднем значении меньше коэффициента
аэродинамической подъемной силы. Это заставляет брать для Сх
масштаб в 10 раз больше, чем Су (см. рис. 281). Поляр-диаграмма
ничего нового не представляет по сравнению с диаграммой «подъем
ная сила — сопротивление воздуха», которая обычно
рассматривается в процессе преподавания физики.
239. Построение поляр-диаграммы модели
крыла при помощи двухномпо-
нентных весов
Большой воздуходувный аппарат, двухкомпонент-
ные весы, модель крыла самолета, трубка Прандтля,
микроманометр, микроманометрический шланг.
При применении двухкомпонентных весов представляется
возможность определить сопротивление потоку и подъемную силу
модели несущей поверхности
одновременно за один рабочий ход.
Однако нужно помнить, что двух-
компонентные весы стоят довольно
дорого, а между тем они могут
быть использованы только в этом
эксперименте. Кроме того, работа
с этими весами возможна в том
случае, если в распоряжении
школы имеется большой
воздуходувный аппарат. Имея в виду
подобные обстоятельства, в
руководстве даются л ишь краткие указания
к использованию
двухкомпонентных весов для построения поляр-
диаграммы.
Модель крыла самолета
укрепляется на стойке весов, и после РиСл 282и двухкомпонентные весы
этого включается воздуходувный заводского изготовления,
аппарат (рис. 282).
Сопротивление потоку и подъемная сила, измеряемые пораз-
дельно, но одновременно определяются по показанию двух стрелок
на раздельных шкалах. Обе эти величины измеряются при различ-
325

ных углах атаки в пределах от —5° до + 16° при постоянной,
большей частью максимальной, скорости потока. Угол атаки
устанавливается при помощи угломерного приспособления, вмонтированного
в стойку весов (средняя шкала).
Совместно полученные значения подъемной силы Рк и
сопротивления потоку Q наносятся на «Рк — Q» диаграмму, как это
представлено на рисунке 280.
240. Составление поляр-диаграмммы модели
крыла при помощи спирально-
цилиндрической пружины
Малый воздуходувный аппарат, самодельная
бумажная модель крыла самолета, штырь, мягкая
пружина (0 10 мм, длина 50 мм), жестяная гильза
(внутреннее сечение 10 мм, длина 20 мм), 2 пробки, лист стекла
(200 мм X 200 мм), восковой карандаш по стеклу,
клей, два штатива.
Настоящий эксперимент позволяет построить поляр-диаграмму
для профиля крыла самолета на самодельном приборе,
экономящем время
экспериментатора и не требующем
дальнейших расчетов.
Подготовка
эксперимента
В жестяную гильзу
заключается средний участок
мягкой
спирально-цилиндрической пружины.
Гильза зажимается в
горизонтальном положении в
лапке штатива. Оба конца
пружины поджимаются двумя
просверленными
цилиндрическими корковыми
пробками, плотно
насаженными на штырь,
проходящий внутри просвета
пружины и по одну сторону
выступающий из пробки
примерно на 50 мм. На
другой конец штыря надевается бумажная модель крыла
самолета. Модель укрепляется достаточно близко от второй
пробки, на расстоянии около 50 мм, и плотно укрепляется
на штыре. Штырь, пройдя тело модели, выступает далее
на 150—200 мм, и конец его служит стрелкой-указателем.
Модель крыла самолета можно изготовить самим, для этого
Рис. 283. Модель крыла из картона.
Рис. 284. Пружинное крепление модели
крыла с указателем.
326

из плотного и толстого картона вначале изготавливаются
профили-ребра модели с отверстием для штыря, а затем эти ребра
оклеиваются плотной бумагой (рис. 283).
После сборки описанной установки с горизонтально
укрепленным штырем (рис. 284) против его конца, выступающего из модели,
параллельно плоскости ее ребра устанавливается при помощи
штатива в вертикальном
положении лист стекла,
опирающийся нижним
ребром на поверхность стола
(рис. 285).
Воздуходувный
аппарат размещается в
горизонтальном положении на
расстоянии около 150 мм
от установки.
Эксперимент
На наружной
поверхности стекла восковым
карандашом отмечается как
нулевое положение штыря-
указателя при
выключенном воздуходувном
аппарате. При включении
воздуходувного аппарата
под действием
аэродинамической силы
сопротивления потоку модель
несколько подается назад, а под
действием
аэродинамической подъемной силы, в за-
Рис. 285. Установка для снятия данных к
поляр-диаграмме при помощи пружинного
динамометра:
а — общий вид; б — вид сверху.
висимости от угла атаки, либо поднимается, либо опускается.
При постепенном изменении угла атаки (поворотом штыря
вокруг его оси) в пределах от —30° до -f-30° конец штыря
описывает на стекле некую кривую. Положение конца штыря
соответственно определенным углам атаки фиксируется нанесением на
наружную поверхность стекла при помощи воскового карандаша
ряда точек, соединив которые мы получаем пол яр-диаграмму
данной модели крыла. Через нулевую точку проводятся
прямоугольные оси координат, горизонтальная ось будет
соответствовать потоку, а вертикальная — подъемной силе.
Примечания
1. Неточность этой модели обусловливается тем, что
модель крыла самолета под действием воздушного
потока не только поднимается, растягивая пружину, но и
327

одновременно вращается, скручивая пружину, что, с
одной стороны, искажает величину полученного
сопротивления подъемной силы, с другой стороны, в самой
установке меняет расстояние между концом штыря-указателя
и стеклом. Однако эти неточности в данном эксперименте
не существенны.
2. На конце штыря-указателя можно укрепить кисточку,
напитанную краской. Если набросить на стекло лист
бумаги, то штырь-указатель при помощи кисточки будет
вычерчивать кривую пол яр-диаграммы.
§ 26. УСТОЙЧИВОСТЬ САМОЛЕТА. ОРГАНЫ УПРАВЛЕНИЯ
241. Поведение потоков вокруг крыла,
имеющего предкрылок
Малый воздуходувный аппарат, модель крыла,
укрепленная на штыре, имеющая ограничивающие ее по бокам
стенки и предкрылок и небольшие кисточки из ниток,
укрепляемые на модели при помощи кнопок; штатив.
Модель крыла с органичивающими ее по бокам стенками
и предкрылком укрепляется в штативе перед дюзой горизонталь-
Рас. 286. Распределение потоков Рис. 287. Распределение потоков
вокруг крыла без предкрылка. вокруг крыла, снабженного пред-
Потоки отрываются. крылком. Потоки обтекают.
но установленного воздуходувного аппарата. На верхней
поверхности модели в различных местах укрепляются кнопками
кисточки из ниток.
При включении воздуходувного аппарата нити кисточек на
модели с прижатым предкрылком при Ее горизонтальном
положении располагаются в направлении потока. При резком изменении
328

угла атаки до такой величины, при котором произойдет отрыв
линий тока от верхней поверхности модели, наблюдается, что нити
кисточек теряют направление и беспорядочно колышатся, попав
в область завихрений (рис. 286). Однако, как только будет
выдвинут вперед предкрылок, нити вновь вытягиваются по основному
направлению потока (рис. 287). Это указывает, что при одном и
том же угле атаки при выброшенном вперед предкрылке модель
вновь обтекается потоком.
Примечания
1. Подобные модели, выпускаемые промышленностью, обычно
рассчитаны на большой воздуходувный аппарат, но
поскольку демонстрация преследует лишь грубокачественный
показ явления, можно применить и малый воздуходувный
аппарат.
2. Вместо кисточек из ниток можно использовать обычный
ниточный зонд.
3. Если нет модели с готовым предкрылком, его можно
заменить выступающим вперед предкрылком из вогнутой
полоски картона.
4. Можно располагать модель не в обычном ее положении, а
повернув верхней поверхностью с закрепленными
кисточками в сторону класса, в таком случае она будет лучше
видна учащимся.
242. Показ краевых завихрений у модели
крыла при помощи вертушки-индикатора
и ниточного султанчика
Малый воздуходувный аппарат, модель крыла
самолета, укрепленная на штыре, вертушка-индикатор,
(Э—190), ниточный зонд-султанчик, лист картона (около
150 мм х 50 мм),
штатив.
Штырь модели крыла
самолета укрепляется в
штативе. Модель вносится в
середину потока от
воздуходувного аппарата.
Держа
вертушку-индикатор у концов заднего ребра
модели, можно установить, Рис- т- Показ боковых завихрений
что в этой области поток об- при помощи вертушки-индикатора,
разует завихрения (рис. 288).
Направление вращения вертушки-индикатора указывает, что
завихрения возникают в результате выравнивания давлений
между нижней и верхней сторонами несущей поверхности.
Такое же явление может быть обнаружено при помощи ниточ-
329

ного зонда-султанчика. Краевые завихрения обнаруживаются
и в некотором удалении от заднего ребра модели.
Если на заднем ребре модели укрепить дополнительно
полоску картона, завихрения исчезают и ни вертушка-индикатор,
ни ниточный зонд их более не обнаруживают.
Примечания
1. Пользование вертушкой-индикатором и ниточным зондом,
султанчиком см. в Э—190.
2. Краевые завихрения у модели крыла самолета можно
обнаружить также, укрепив на концах боковых граней
шерстяные ниточки. При этом видно, что они будут
беспорядочно колыхаться.
3. Поток, обтекающий модель крыла самолета, создает
повышенное давление на нижней плоскости и
пониженное давление сверху. Воздух, следуя этому
соотношению давлений, имеет на конце крыла направление,
перпендикулярное потоку. Он отрывается от основного
потока и образует вихревую дорожку в виде длинных,
отходящих от несущей поверхности переплетающихся
струй.
243. Показ устойчивости самолета вокруг
вертикальной оси при стреловидном
и V-образном расположении крыльев
Малый воздуходувный аппарат, стержень от вертушки-
индикатора со стеклянной трубкой и стеклянными бусами
на концах, 2 тонкие жестяные полоски (30 мм X 50 мм),
просверленная пробка, 2 штифта из железной проволоки.
Эксперимент А. Стреловидное расположение крыльев
Две прямоугольные жестяные полоски, вырезанные из
консервной банки, выгибаются так, чтобы выпуклость напоминала
верхнюю поверхность крыла самолета. К узкой стороне полосок,
перпендикулярно краю, напаиваются по одному на каждую полоску
штифтики из железной проволоки. Корковая пробка надевается на
стеклянную трубку стержня от вертушки-индикатора (см. Э—190).
Крылья, полученные из полоски жести, укрепляются на
корковой пробке штифтами так, чтобы оси крыльев, сходясь к центру
корки, напоминали оперение стрелы (рис. 289).
Внеся модель в поток воздуха, наблюдаем, что она, как это
видно на рисунке 289, устанавливается вершиной угла навстречу
потоку, осями крыльев — под углом к нему. В этом положении
модель достаточно устойчива и возвращается в него, даже если
попытаться изменить направление модели относительно потока
33Q

Эксперимент В. V-образное расположение крыльев
Крылья предыдущей модели переставляются так, чтобы их оси
образовывали угол, обращенный вершиной в сторону направления
потока. При этом плоскостям крыльев придается некий
положительный угол атаки (рис. 290). И эта модель проявляет устойчивость,
но на этот раз по вертикальной оси. Если модель несколько
отклонить от ее нормального положения, то под воздействием потока
Рис. 289. Модель для показа
устойчивости вертикальной Рис. 290. Модель с
оси при стреловидном распо- V-образным располо-
ложении крыльев. жением крыльев.
воздуха на поверхность крыла вся модель вернется в прежнее
устойчивое положение. Таким образом, и при V-образном
расположении крыльев вертикальная ось самолета сохраняет
устойчивость.
Примечание
В этом эксперименте целесообразно снять переднюю
насадку воздуходувного аппарата, чтобы увеличить сечение
потока.
244. Определение устойчивости самолета
вокруг продольной оси при V-образном
расположении крыльев
Малый воздуходувный аппарат со снятой передней
насадкой, две изогнутые по форме верхней поверхности
модели крыла жестяные полоски с припаянными
штифтиками для крепления, пробка, резиновый
воздушный шарик, проволока, шпагат, штатив.
Два крылышка, описанные в Э—243, при помощи штифтов
укрепляются V-образно с небольшим положительным углом атаки
на пробке. Через пробку продевается, как продольная ось самолета,
кусок проволоки; на ее концах выгибаются петли. Модель при
помощи шпагата длиной около 300 мм укрепляется на штативе.
331

Вместо руля к задней петле модели при помощи шпагата
укрепляется резиновый, надутый воздухом баллон.
Модель устанавливается в потоке воздуха так, чтобы ее оба
крылышка своими концами направлялись вверх. Это происходит
под действием потока воздуха
(рис. 291). Если модель
несколько отнести в сторону, она
вновь возвращается в прежнее
положение, при котором ее ось
удерживается вдоль средней
линии потока воздуха.
Рис. 291. Модель для показа
устойчивости продольной оси при V-образ-
ном расположении крыльев.
Примечания
1.
Продольная ось модели
для этого эксперимента
укрепляется достаточно
свободно, чтобы обеспечить ее боковое перемещение.
2. Воздуходувный аппарат используется в этом случае без
передней насадки, чем достигается значительно большее
поперечное сечение потока и в этом случае значительно
меньше проявляется собственное вращение воздуха.
245. Эксперименты с моделями органов
управления самолета
Малый воздуходувный аппарат, прямоугольно
изогнутый крючок-держатель, две дощечки (30 жжх50 мм х
X 5 мм), просверленная корковая пробка, кусок картона,
стержень от вертушки-индикатора.
Одной из важнейших частей самолета являются органы
управления: вертикальный руль высоты, руль направления и элероны.
Действие органов управ- з
ления, меняющих направ- —?
ление полета самолета, —г
может быть показано на —%
простейших,
выполняемых учащимися
самостоятельно, экспериментах.
/zj
Рис. 292. Модель руля высоты.
Эксперимент А.
Руль высоты
На готовом стержне от вертушки-индикатора укрепляется
просверленная пробка (Э—190, рис.203). Из проволоки длиной около
200 мм изгибается специальный крючок-держатель (рис. 292), конец
которого изгибается U-образно и на нем укрепляется кусочек
картона, выполняющий роль руля. Держатель укрепляется в пробке. Ось
332

вращения модели соответствует поперечной оси, а ось держателя —
продольной оси самолета.
Модель вносится в горизонтально направленный поток воздуха
так, чтобы ось вращения располагалась горизонтально, ось
держателя совпадала с направлением потока (рис. 293,а).
При сообщении модели руля высоты некоторого
положительного угла атаки модель поднимается кверху, а ось держателя
показывает направление продольной оси самолета, наклоненной вниз
(рис. 293,6). Самолет при этом переходит на спуск — скольжение.
а 6 6
Рис. 293. Поведение руля высоты (модель) в потоке:
а — нормальное положение — полет по прямой, б — при положительном угле
атаки руля — спуск; в — при отрицательном угле атаки руля — подъем.
При сообщении модели руля высоты некоторого
отрицательного угла атаки модель руля опускается вниз, а ось держателя
указывает новое положение оси самолета, наклоненной вверх
(рис. 293,в). В этом случае самолет переходит на подъем, набирая
высоту.
Эксперимент В. Руль направления
Описанная модель может служить и для демонстрации действия
руля направления, для чего достаточно ось вращения модели
4
1Ка
Рис. 294. Поведение руля поворота (модель) в потоке:
а — нормальное положение — полет по прямой, б — поворот руля вправо —
левый поворот; в — поворот руля влево — правый поворот.
перевести в вертикальное положение. При таком положении ось
вращения будет соответствовать вертикальной оси самолета, а ось
держателя — продольной его оси. Если руль направления
расположить по продольной оси самолета, то ось вращения окажется
направленной вдоль вертикальной оси. В этом случае ось держателя
направлена вдоль потока. Руль направления обеспечивает полет
по прямой. При боковом отклонении руля соответственно
отклоняется и продольная ось модели (рис. 294). Руль направления
изменяет курс самолета, поворачивая его вокруг вертикальной оси.
333

Эксперимент С. Элероны
Сняв с модели держатель, укрепляем в пробке на
проволочных штифтах две одинаковой величины дощечки (рис. 295). Эти
дощечки моделируют элероны. Ось вращения модели должна
соответствовать продольной оси самолета.
Модель вносится в воздушный поток,
осью вращения ему навстречу. Если
плоскости обеих дощечек совпадают по
направлению, модель остается в безразличном
состоянии. Однако если дощечки повернуть
на штифтах так, чтобы их плоскости были
Рис. 295. Модель элеро- наклонены в разные стороны, образуя
нов, наклоненных в раз- между собой некий угол, модель приходит
ные стороны двух рулей во вращательное движение вокруг про-
высоты, сидящих на од- ДОЛЬноЙ ОСИ.
ной оси. Вращение модели 2
вокруг горизонтальной Элероны на самолете укрепляются на
оси. каждом крыле, являясь продолжением
заднего их края, и служат, как указывает
эксперимент, для вращения самолета вокруг продольной оси.
Примечания
1. В то время как модель при длительном воздействии
рулей поворачивается на некоторый угол и затем
приходит в
состояние покоя, самолет
при таком же воз
действии рулей
будет совершать
вращение до момента
выпрямления рулей, так
как направление по- рцс т Модель руля поворота
токов воздуха При с насаженными крыльями.
полете совпадает с
направлением продольной оси самолета.
2. Для большей наглядности целесообразно уже во втором
эксперименте по бокам пробки укрепить две деревянные
дощечки как крылья (рис. 296).
§ 27. ВОЗДУШНЫЙ ВИНТ —ПРОПЕЛЛЕР
246. Измерение частоты вращения воздушного
винта при помощи стробоскопа, имеющего
известное число оборотов
Модель пропеллера и приводящий его в движение
аппарат, электродвигатель со счетчиком оборотов и
регулятором скорости, самодельный стробоскоп.
В опытах с пропеллером часто приходится определять частоту
его вращения. В этом случае, имея в условиях школы слабые
334

электродвигатели, нельзя пользоваться тахометром,
непосредственно соединенным с осью вращения, так как подключение такого
прибора повлечет за собой резкое понижение частоты вращения.
Поэтому целесообразно воспользоваться косвенным методом
измерения частоты вращения, применяя стробоскопический круг.
На круге из жести или картона с поперечником около 150 мм
прорезаются четыре прорези, расположенные радиально на равном
расстоянии друг от друга. Размеры прорези 10 мм хЗО мм (рис. 297).
Этот стробоскоп приводится во вращение при помощи другого
двигателя, имеющего счетчик оборотов и регулятор скоростей.
Через прорези вращающегося
стробоскопа необходимо смотреть на
вращающийся воздушный
винт-пропеллер, частоту вращения которого
надлежит измерить. Меняя частоту
вращения стробоскопа,
устанавливается такой момент, при котором,
глядя на пропеллер через прорези
стробоскопа, будет казаться, что
пропеллер становится неподвижным.
Этот момент наступает тогда, когда
стробоскоп с четырьмя прорезями
будет иметь частоту вращения в
два раза меньшую, чем частота
вращения двухлопастного воздушного
винта-пропеллера.
Необходимо иметь в виду, что такой же зрительный эффект
будет и при соотношении частот 1 : 4; 1 : 6; 1 : 8 и т. д.
Примечание
Если необходимо точное определение частоты вращения,
следует возбудить вращение стробоскопа от состояния его
покоя, постепенно увеличивая число оборотов до тех пор,
пока вращающаяся двухлопастная модель пропеллера
впервые не «покажется» остановившейся. Так будет найдена
истиная частота вращения воздушного винта, равная
удвоенной частоте вращения стробоскопа.
Рис. 297. Стробоскопический
круг с четырьмя прорезями.
247. Измерение частоты вращения
воздушного винта по высоте тона
Модель пропеллера и приводящий его в движение
аппарат, электродвигатель с регулятором скоростей,
стробоскоп, музыкальный инструмент для сравнения
частот тонов.
Если ш^ола не располагает прибором для определения частоты
вращения, а замер ее необходим, можно прибегнуть к акустическому
способу определения высоты тона. Как и в Э —246, через стробо-
335

скопический круг производится наблюдение за вращением
воздушного винта, наращивая скорость вращения стробоскопа от нуля.
Момент, когда вращающийся винт будет впервые казаться непод*
вижным, фиксируется и, не меняя скорость вращения стробоскопа,
через узкую трубку дуют против прорези стробоскопа, как это
делается в дисковой сирене. Высота возникающего тона
сопоставляется на слух с высотой
тона при звучании одного из
музыкальных инструментов,
например флейты, аккордеона,
скрипки или иного инструмента.
Этим определяется частота
вращения пропеллера, для чего
частоту тона инструмента
необходимо разделить на число
крыльев воздушного винта.
Необходимо иметь в виду,
что частота тона музыкальных
инструментов обычно дается по
числу колебаний в секунду,
тогда как частота вращения
винтов определяется по числу
оборотов в минуту. Поэтому
необходимо сделать
соответствующий пересчет частот.
В приведенной таблице сопоставлена частота ряда
музыкальных тонов с частотой вращения двухлопастного воздушного винта-
пропеллера.
-/1
мин '
,
\ЯГ 1 1
\
Музыка ль нь
с d ef g
i i i i
w
ie тона
a he d
Ь-1—J-J 4
\$/S
' в'/'
i—«-"-*
C"C WD 200 300 cek->
Частоты колебании
Рис. 298. Сопоставление частот
вращения пропеллера с частотой звуковых
колебаний.
Музыкальный тон
До2 субконтроктавы . .
Дох контр октавы . . .
До большой октавы . .
до малой октавы . . .
ля малой октавы . . .
Частота
колеб/сек
16,4
32,7
65,4
131
220
звука
колеб/мин
983
1962
3925
7849
13200
Частота
вращения
об/мин
492
981
1963
3925
6600
Для облегчения пользования таблицей сопоставлений можно
вычертить соответствующий график, по горизонтальной оси которого
следует расположить частоты колебаний, а по вертикальной —
частоты вращения винта (рис. 298).
Примечание
На рисунке 298 точка С" соответствует До2, С—Доь
С — До, с — до, d — ре, е — ми, / — фа, g — соль, a —ля,
h — си, с'—до', d! — ре' и т. д.
336

248. Демонстрация силы тяги
воздушного винта при помощи
зонда-пропеллера
Малый воздуходувный аппарат, зонд-пропеллер.
Зонд-пропеллер, внесенный в воздушный поток, приходит во
вращательное движение. Под действием воздушного потока
пропеллер зонда смещается назад по горизонтальной оси-держателя
(рис. 299,а). Если резким движением вывести вращающийся зонд-
пропеллер за пределы потока вниз, его воздушный винт тотчас же
стремительно переместится по оси вперед (рис. 299, б).
Рис. 299. Зонд-пропеллер:
а — в потоке; б — вне потока.
Воздушный поток передает часть своей энергии винту. Эта
энергия переходит в энергию вращения, последняя и расходуется
на поступательное перемещение винта в неподвижной среде, как
только он будет вынесен за пределы потока. Так как причиной
всякого ускорения является сила, то этот случай возникновения
силы тяги является примером перехода энергии вращающегося
винта в энергию его поступательного движения.
249. Демонстрация силы тяги
воздушного винта, насаженного
на вал электродвигателя
Воздушный винт-пропеллер, электродвигатель,
легкоподвижная тележка, динамометр (на 100 пондов), шнур,
мягкий электрический провод, клеммы.
Воздушный винт-пропеллер укрепляется на валу небольшого
электродвигателя, прикрепленного к легкоподвижной тележке.
Электрический ток подается на электродвигатель, мягким, легко
гнущимся шнуром. Как только включается двигатель и воздушный винт
337

приходит во вращательное движение, под его воздействием
приходит в движение и тележка. Возникающая сила тяги воздушного
винта может быть измерена динамометром (рис. 300).
Рис. 300. Демонстрация силы тяги вращающегося пропеллера.
П римечание
Если тележку не сдерживать динамометром, она придет в
равномерно ускоренное движение.
250. Зависимость силы тяги воздушного
винта от частоты его вращения
Электродвигатель с регулируемым числом оборотов,
модель воздушного винта, источник электроэнергии
для питания двигателя, настольные чашечные весы,
разновесы, тарировочный стакан, дробь, приспособление
для определения
частоты вращения (из Э —246
или Э—247), зажим,
держатель для
электродвигателя, электрический
шнур (2000 лш), штатив,
струбцинка.
Подготовка
эксперимента
Настольные чашечные
весы устанавливаются на краю
стола. На одной из чашек
при помощи зажима и
держателя укрепляется
электродвигатель так, чтобы
насаженный на его вал
воздушный винт проявил силу тяги,
направленную вниз (рис. 301).
Для вращения воздушного винта лучше всего применить легкий
электродвигатель с частотой вращения от 8000 до 10 000 об/мин.
Двигатель питается от сети или от аккумуляторной батареи.
Провода, идущие к двигателю, присоединяются к клеммной доске,
Рис. 301. Установка для измерения силы
тяги пропеллера при помощи настольных
чашечных весов.
338

укрепленной в лапке штатива, к ней же через предохранители
подается ток от источника. Для того чтобы как можно меньше влиять
на подвижность чашек весов, провода, идущие от клеммнои
доски к двигателю, должны быть тонкими, мягкими и
эластичными.
Эксперимент
При неподвижном воздушном винте весы тарируются дробью.
На двигатель подается наименьшее напряжение так, чтобы
получить возможно меньшее число оборотов винта.
Под воздействием силы тягц винта весы выходят из равновесия.
Число оборотов винта определяется одним из приемов, указанных
вЭ—246 илиЭ—247. При помощи разновеса компенсируется сила
тяги винта так, чтобы весы пришли в равновесие.
Эксперимент проводится многократно при постепенном
увеличении числа обротов винта, что достигается увеличением
напряжения тока, питающего двигатель. Соответствующие значения
силы тяги и числа оборотов заносятся в таблицу.
Результаты одного из экспериментов сведены в нижеследующую
таблицу:
Частота
вращения
V
об/мин
1650
2480
3960
4450
5280
5940
Сила тяги
F
понды
4,5
10,3
27,0
33,5
47,5
62,4
Действие воздушного винта соответствует действию крыла.
Подъемная сила крыла пропорциональна квадрату скорости полета;
соответственно — сила тяги воздушного винта пропорциональна
квадрату скорости вращения, а тем самым пропорциональна
квадрату частоты вращения. Эта пропорциональность хорошо
подтверждается рядом чисел, приведенных в последней графе таблицы,
так как частное от деления подъемной силы на квадрат частоты
вращения (F : v2 ) во всех случаях достаточно постоянно.
Собственно этому же отвечает и картина расположения точек
соответствующих величин, нанесенных на оси координат. Усередненная
кривая, проведенная между этими точками, дает в хорошем
приближении параболу (рис. 302).
F_
V2
16,5
16,7
17,2
16,9
17,1
17,7
10~7
ю-7
10~7
10~7
10~7
ю-7
5-Ю3 об/мин
частота вращения
Рис. 302, Кривая зависимости
силы тяги от числа оборотов-
пропеллеоа.
339

Я&Р
ф
251. Поведение воздушного винта в потоке,
направленном вверх
Малый воздуходувный аппарат, модель воздушного
винта, проволока (0 1 мм, длина около 2000 мм),
струбцинка, штатив с длинной штангой, короткий
поперечный стержень.
Воздуходувный аппарат, направленный дюзой вверх,
устанавливается на полу рядом со столом для экспериментирования. На
стол при помощи струбцинки укрепляется
штатив с длинным стержнем. Воздушный винт
осевым отверстием надевается на проволоку,
концы которой укреплены между одной из
центральных поперечин сотовой насадки
воздуходувного аппарата и поперечным
стержнем, укрепленным на верхнем конце
штатива. Проволока натягивается так, чтобы
располагаться по осевой линии
воздушного потока (рис. 303).
При включении воздушного аппарата
воздушный винт приходит во вращение и
поднимается на некоторую высоту по проволоке.
При изменении скорости воздушного потока
изменяется высота подъема воздушного винта.
Если воздушный винт придержать рукой,
он упадет вниз, но, освобожденный, тотчас
же вновь поднимается на ту же высоту.
Эксперимент показывает, что воздушный
винт, приведенный во вращение воздушным
потоком, обладает большим сопротивлением
потоку, чем в неподвижном состоянии.
Примечания
1. Вместо воздушного винта, насаженного на натянутую
проволоку, можно воспользоваться зондом-пропеллером.
Поднимая или опуская зонд в потоке воздуха, можно найти
такое его расстояние от дюзы воздуходувного аппарата,
при котором пропеллер, при заданной скорости потока
будет вращаться, не поднимаясь и не опускаясь на оси.
2. Наблюдая за поведением воздушного винта, лопасти
которого расположены в горизонтальной плоскости, после
того как будет выключен воздуходувный аппарат, можно
установить характер поведения подъемного винта
вертолета (геликоптер, или автожир) при вынужденной посадке.
3. В практике пилотажа может иметь место случай, когда на
многомоторном самолете будет выключен один из моторов.
В этом случае его пропеллер попадает под воздействие
ветра, созданного движением машины. Такой
пропеллер создает значительное сопротивление полету.
Рис. 303. Парящий
в воздухе пропеллер.
340

Рис. 304. Модель
подъемного винта
(вертолета).
252. Показ действия винта вертолета
на самодельной модели
Деревянная дощечка (около 150 мм х 30 мм х 20 мм),
круглая деревянная палочка (0 около 10 мм, длина
около 200 мм), клей.
Из деревянной дощечки изготавливается модель подъемного
винта вертолета. В центре дощечки просверливается отверстие
для оси. Плоскости винта вырезаются так,
чтобы получить две наклоненные в
противоположные стороны поверхности двух
крыльев винта. Валом винта служит
круглая палочка, вставленная в отверстие
дощечки на клею (рис. 304).
Зажав между ладонями вал модели,
резким их движением в противоположные
стороны, одну ладонь к себе, другую от
себя, винт приводится во вращение и
отпускается. При правильно выбранном
направлении вращения и энергичном движении
рук освобожденная модель винта взлетает
вверх и плавно опускается на пол, сохраняя в полете
вертикальное положение оси по закону волчка.
В этом эксперименте подъемная сила винта используется для
преодоления силы веса. На подобном же принципе основано и
действие подъемного винта вертолета.
Примечание
В продаже существуют различные игрушки, построенные
на том же принципе действия винта. Они пригодны для
проведения данного
эксперимента.
253. Поведение
зонда-пропеллера
в горизонтальном
воздушном потоке
Малый воздуходувный
аппарат, зонд-пропеллер.
В горизонтально
направленный поток воздуха вносится зонд-
пропеллер с осью вращения направленной вверх, т. е. вертикально.
При некотором наклоне оси плоскость винта обдувается снизу, и
вращающийся винт тотчас же поднимается по оси держателя
(рис. 305). Эксперимент показывает действие винта вертолета.
В вертолете за счет увеличения поверхности воздушного
Рис.
305. Зонд-пропеллер как
подъемный винт.
341

винта увеличивается его несущая поверхность, и винт выполняет
функцию крыла, создающего подъемную силу. У вертолета ось
подъемного винта несколько наклонена, подобно оси модели в
описанном эксперименте, по отношению к направлению полета.
При поступательном движении вертолета (за счет пропеллера на
моторе, создающего поступательное движение.— Л. Л.)
горизонтальный винт подъема приходит в самовращение и вызывает
аэродинамическую подъемную силу.
254. Эксперименты по авторотации крыла
Малый воздуходувный аппарат, модель крыла
самолета (из Э—243) с осями в направлении
продольной и вертикальной оси самолета, прямоугольно
изогнутый держатель.
Под авторотацией понимается продолжительное самовращение
тела в воздушном потоке. Это движение играет существенную роль
Рис. 306. Самовращение мо- Рис. 307. Самовращение
дели крыла вокруг верти- модели крыла вокруг
кальной оси. продольной оси.
при попадании самолета в штопор (снижение самолета по
вертикальной спирали.— Л. Л.).
Эксперимент А. Авторотация вокруг вертикальной оси
Модель крыла крепится к пробке, насаженной на стержне зонда-
вертушки (см. Э—190 иЭ—243), так чтобы ось вращения модели
соответствовала вертикальной оси самолета. Держа модель
вертикально в направленном вверх воздушном потоке, легким толчком
ее приводят во вращательное движение. Она не останавливается,
напротив, продолжает устойчиво вращаться с достаточно большой
скоростью (рис. 306). Это происходит и в том случае, если,
приостановив модель, вновь подтолкнуть ее, но в противоположном
направлении.
Эксперимент В. Авторотация вокруг горизонтальной оси.
Модель укрепляется так, чтобы ось вращения соответствовала
продольной оси самолета. Модели крыла необходимо придать
342

некий положительный угол атаки (рис. 307). Эксперимент
проводится в таком же порядке, как и первый. И в этом случае
наблюдается авторотация, но скорость вращения не столь велика.
Пр имечания
1. Модель крыла может быть изготовлена так же, как и в
Э —243.
2. Показ авторотации в обоих направлениях проводится и в
том случае, если хотят показать, что движение модели не
вызвано вращением самого воздушного потока.
3. Авторотация вокруг вертикальной оси вызывает опасную
фигуру полета—плоский штопор. Авторотация вокруг
продольной оси дает «двойной переворот» или «бочку», но
используется и в крутом штопоре. Выход самолета в
штопор есть опаснейшее состояние полета1, которое может быть
прекращено пилотом принятием соответствующих мер.
4. Авторотация крыла может быть сопоставлена с
поведением диска, брошенного дискоболом. Благодаря
вращению диска он обладает устойчивостью волчка и после
достижения наивысшей точки полета планирует вниз
подобно вращающемуся крылу. При этом восходящая ветвь
траектории проходится диском более плавно и до
значительно большей высоты при вращении диска, чем при
отсутствии вращения.
1 Штопор как боевая фигура высшего пилотажа широко применялся
советскими пилотами в Отечественной войне. Впервые был выполнен еще 7 октября
1916 г. русским военным летчиком К. Арцеуловым, позже разработан В.
Чкаловым. — А. Л.

ГЛАВА VI
ИЗБРАННЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ ИЗ РАЗЛИЧНЫХ ОБЛАСТЕЙ
УЧЕНИЯ О ПОТОКАХ
§ 28. МЕТОДИЧЕСКАЯ ЗАПИСКА
1. В главе шестой рассматриваются эксперименты по трем
темам, которые обычно не входят в учебный план
общеобразовательной школы, однако могли бы быть затронуты в процессе
преподавания. К ним относятся: действие дюз реактивного
самолета, проблема бумеранга и эффект
Магнуса. Так как эти темы с трудом могут быть включены в
параграфы настоящего руководства, расположенные по
систематическому принципу, они вынужденно собраны вместе в отдельную главу.
В этой главе, кроме того, даются указания к использованию
аэродинамической камеры с туманообразователем, имеющей
значительные преимущества среди других подобных приборов.
2. Одной из актуальных проблем авиации является
проблема действия дюзы реактивной машины.
Действие дюзы в обычном школьном эксперименте обычно трудно
воспроизвести. Однако этот процесс моделируется в эксперименте
Э —255, который создает некоторое представление о действии дюз.
Для эксперимента используется малый воздуходувный аппарат.
Обычно выбрасываемый из дюз газ имитируется воздушным
потоком аппарата. Реактивная отдача воздушного потока действует
на аппарат как на модель реактивного двигателя. И в этом случае
представляется возможность показать учащимся при использовании
простейших средств реактивное действие дюзы.
3. Демонстрации полета бумеранга помещены в Э —256.
Этот эксперимент наиболее удобен для самостоятельных работ
учащихся, вызывая у них большой интерес и пробуждая к
достижению все новых и новых результатов. При некоторой практике и
сноровке можно добиться того, чтобы брошенная модель бумеранга,
взлетев с некоторым наклоном по кривой вверх, затем плавно
снизилась и вернулась к месту бросания. Этот эксперимент может слу-
344

жить лучшим примером для постановки самостоятельных домашних
опытов по физике.
4. Эксперименты с Э —257 поЭ —260 демонстрируют эффект
Магнуса. Здесь представлена полная возможность выбрать
любой из них, который удобнее провести с имеющимися в
распоряжении учителя средствами. И в этом случае подобные
эксперименты желательно предоставить для выполнения их учащимися
как некоторые самостоятельные работы. Особенно легко провести
Э—260, по своей простоте наиболее убедительный в демонстрации.
5. Прекрасным прибором для проведения наглядных
демонстраций по всем разделам учения о потоках является
аэродинамическая камера с туманообразователем.
Она очень удобна для изучения струераспределения в потоке и
качественных сопоставлений. Основной частью прибора является
неглубокая, размещенная вертикально камера размером примерно
480 мм X 340 мм, имеющая стеклянную переднюю стенку. Через
камеру слева направо протягиваются струйки тумана. В камеру
через отверстие в задней стенке вносятся исследуемые тела. Выбор
профилей исследуемых тел ничем не ограничен, так как их можно
самому вырезать из картона любого желаемого профиля. Это
обстоятельство ставит прибор в число аппаратов с широким диапазоном
применения, что особенно удобно для школы. К сожалению, все
еще высокая продажная цена такого прибора затрудняет его
приобретение для каждой школы. В этом случае его можно было бы
приобрести совместно нескольким школам и использовать по очереди
или, что еще удобнее, иметь его в районном методическом центре
сельских школ или соответствующем кабинете района большого
города, откуда школы по мере надобности могли бы его получать на
время. Во всех случаях стоимость прибора не должна стать
преградой, мешающей школам пользоваться отличным учебным пособием.
§ 29. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЯГИ ДЮЗ. ОПЫТЫ С МОДЕЛЬЮ
БУМЕРАНГА. ЭФФЕКТ МАГНУСА
255. Определение силы отдачи—„реакииа"
воздуходувного аппарата. Моделирование
тяги дюз
Малый воздуходувный аппарат, метровая линейка,
2 штатива, 2 стержня (по 1000 мм) к штативу, 2 стержня
(по 500 мм) к штативу, деревянная круглая рейка
(1500 мм), один пружинный динамометр, крючки для
подвесок к рейке, настольные весы, разновесы, шнур.
В движителе реактивного самолета сила тяги создается за счет
реакции отбрасываемой с большой скоростью из реактивной дюзы
массы газа. Это действие можно моделировать при помощи
воздуходувного аппарата.
345

Эксперимент А
Прежде всего, применяя настольные весы, определяется вес
воздуходувного аппарата. После этого аппарат подвешивается
горизонтально на шнурах, закрепленных на поперечине штативов.
Рис. 308, Определение реактивной отдачи
воздуходувного аппарата, по величине отклонения из
положений равновесия.
При этом держатель аппарата или специально укрепленный на
корпусе аппарата указатель должен совмещаться с каким-нибудь
из делений метровой линейки,
положенной под аппаратом на стол.
Длина шнуров должна быть
такой» чтобы горизонтальная ось
аппарата отстояла от стержня
подвеса не менее чем на 1000 мм.
Шнур электрического питания
двигателя аппарата набрасывается на
стержень подвеса так, чтобы не
мешать перемещению аппарата в
горизонтальном направлении (рис.
308). После сборки установки
измеряется расстояние а от стержня
лодвеса до горизонтальной оси
аппарата. Определяется
положение указателя, укрепленного на
корпусе аппарата, или положение
его держателя относительно
делений метровой линейки.
После включения аппарата он за счет реакции отбрасываемой
струи воздуха отклоняется назад и, совершив несколько
колебательных движений, останавливается в новом положении. Вновь
измеряется положение указателя на метровой линейке и по
разнице показаний определяется величина смещений d.
Рис. 309. Разложение сил,
действующих на подвешенный
воздуходувный аппарат.
346

На воздуходувный аппарат действует как сила реакции струи
F, так и вес аппарата Р (рис. 309).
Расчетом определяется величина равнодействующей силы /?,
действующей в направлении нового положения шнура подвеса.
Из подобия треугольников следует:
F .
у =tga,
d
— = sin a.
a
Так как для малых углов значение тангенсов приближенно
равно значению синусов тех же углов, следует:
F:Pc^d:a.
Из этой пропорции может быть в достаточном приближении найдена
сила реакции воздушного потока:
г. Pd
Рис. 310. Измерение динамометром реактивной силы
отдачи воздуходувного аппарата.
Пример
В одном из экспериментов были получены следующие значения
р = 3,67 кп\ а= 1000 лш; d = 21 мм.
Сила реакции воздушного потока, таким образом, F =77 п.
Эксперимент В
Для подтверждения указанных результатов можно силу реакции
воздушного потока определить прямым измерением при помощи
динамометра.
347

Для этой цели динамометр при помощи шнура крепится
крючком пружины к воздуходувному аппарату со стороны дюзы, другой
крючок динамометра укрепляется на муфту штатива, помещенного
против дюзы. Таким образом, динамометр находится в потоке
выбрасываемого воздуха (рис. 310). При включенном аппарате штатив,
к которому прикреплен динамометр, отодвигается от аппарата
настолько, чтобы под действием силы растяжения пружины
динамометра аппарат был возвращен в положение, соответствующее
состоянию покоя, и в нем удерживался. Тогда сила упругости
пружины уравновесит силу реакции струи.
Примечание
Измеренная при помощи динамометра в подобном же
эксперименте сила реакции воздушного потока оказалась равной
75 п, тогда как из расчета она была определена в 77 п.
Значение, полученное при помощи динамометра, ближе к
истинному.
256. Опыты с моделями бумеранга
Картон.
Из картона вырезаются модели бумеранга с длиной плеча около
50 лш(рис. 311,а). Плечи модели слегка выгибаются винтообразно
так, чтобы при вращении создать положительный угол атаки.
Целесообразную форму модели, отношение ширины к длине плеч,
как и наиболее подходящий вес, необходимо определить
повторным опробыванием.
а б
Рис. 311. Различные модели бумерангов и их запуск.
Модель кладется на слегка наклоненную стартовую подставку
так, чтобы одно из плеч выступало за ее край. Щелчком пальца
модель посылается в полет; вращаясь в полете, модель описывает
кривую (рис. 311, б). При хорошо выбранном наклоне стартовой
подставки модель, описав кривую, возвращается в район старта.
Примечание
Бумеранг в полете благодаря вращению ведет себя как
«волчок». Его ось сохраняет начальное направление.
Выгнутые плечи создают подъемную силу. Благодаря вращению
348

вокруг оси модели создаются круговые потоки воздуха, одна
из составляющих скоростей которых направлена под углом
к направлению полета (ср. Э—257). Под действием этой
составляющей бумеранг совершает полет по кривой.
257. Струераспределение вокруг
вращающегося цилиндра
Потоковая ванна, металлический цилиндр (0 20 мм9
высота 50 лш), насаженный на острие оси-подставки,
вокруг которой он
может легко вращаться.
Металлический цилиндр
устанавливается пятой
оси-подставки на дно токового канала
потоковой ванны (см. Э—198). При
установившемся потоке
жидкости ее струи плавно и
симметрично обтекают тело
неподвижного цилиндра (рис. 312,а).
Если цилиндр привести рукой
во вращательное движение, то
со стороны, у которой
направление вращательного движения
совпадает с направлением потока,
скорость потока возрастает,
тогда как на противоположной
стороне при встречном
движении поверхности цилиндра и
потока скорость потока уменьшается. Линии тока в области
совпадающих направлений и повышенных скоростей сближаются,
а по другую сторону цилиндра несколько отходят одна от другой
(рис. 312,6).
Рис. 312. Потоки вокруг цилиндра:
а — цилиндр в покое; б — цилиндр
вращается.
258. Показ эффекта Магнуса на
скатывающемся бумажном цилиндре
Лист плотной бумаги (около 300 мм X 150 мм),
клей, чертежная доска, штатив, нитки.
Эффект Магнуса можно показать на самостоятельно
выполняемом учащимися эксперименте. Для этого нужно из плотной
бумаги склеить цилиндр длиной около 300 мм и диаметром
основания 40 мм. Такой цилиндр при скатывании с наклонной плоскости,
например с укрепленной в штативе чертежной доски или с куска
картона, срываясь с нижнего края, не будет совершать падения
349

Рис. 313. Кривая падения
вращающегося цилиндра
(сплошная линия —
движение в воздухе,
пунктир — движение
в вакууме).
по ветви параболы как всякое падающее тело, имеющее
горизонтальную составляющую скорости. Траектория падающего цилиндра
отклонится от нормальной ветви параболы
.г* (рис. 313).
259. Показ эффекта
Магнуса на падающем и одно-
временно вращающемся
бумажном цилиндре
Бумажный цилиндр (50 мм,
длина 1000 мм), два шнура (по
1000 мм), рейка (длина 1200 мм),
два крючка, штатив с
удлиненным стержнем, нитки.
Два шнура укрепляются вблизи концов
бумажного цилиндра; шнуры закрепляются
на крючках, ввинченных в деревянную
рейку на расстоянии бколо 1000 мм друг
от друга. Рейка закрепляется в горизонтальном положении в лапке
удлиненного штатива на высоте около 1000 мм. Бумажный
цилиндр повисает на шнурах, напоминая подвесные качели.
После того как шнуры
накручиваются на цилиндр и тем самым цилиндр
подтягивается к рейке, его при помощи
нити подвязывают вверх (рис. 314).
Как только прекратится раскачивание
цилиндра, удерживающая его нить
пережигается. Цилиндр падает, но так
как шнуры раскручиваются, он
одновременно вращается.
Падение цилиндра происходит не
по вертикальной прямой, а по
некоторой кривой. Такое отклонение
вызывается его вращением, при этом
направление отклонения от вертикали зависит
от направления вращения цилиндра.
260. Отклонение
катящегося шарика от нор-
мального направления
падения
Шарик или металлический валик, стеклянная
высокая ванна или аквариум, лист свекла или гладкая
доска (600 лшхЮО мм), штатив.
Лист стекла укрепляется в штативе под углом около 45° так,
чтобы его нижний край лежал на борту стеклянной высокой ванны,
Рис. 314. Падающий и
одновременно вращающийся
цилиндр на привязи.
350

наполненной водой (рис. 315). Если предоставить шарику
скатываться с такой наклонной плоскости, то он, скатившись за край
листа, ле будет падать по нормальной ветви параболы.
Сила, возникающая под углом к траектории нормального падения,
Рис. 315. Отклонение линии падения вращающегося
шарика. Эффект Магнуса.
отклонит шарик назад. Так как вода по сравнению с воздухом
обладает большей плотностью, такое отклонение становится
заметнее.
§ 30. ОПЫТЫ НА АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ КАМЕРЕ
С ТУМАНООБРАЗОВАТЕЛЕМ
Описание установки и устройства
аэродинамической камеры с
туманообразователем
В аэродинамической камере для показа струераспределения в
потоке воздуха используется масляный туман. Основной частью
прибора является потоковая камера высотой 340 мм, шириной
480 мм и глубиной только 30 мм, с передней стеклянной стенкой.
С правого конца камеры, если смотреть со стороны стеклянной
стенки, воздух отсасывается вентилятором и нагнетается в
туманообразователь; в туманообразователь одновременно мелкими каплями из
масленки капает масло на нагреваемую электрическим током
спираль. Облачко масляного тумана вместе с выходящим из тумано-
образователя воздухом под некоторым давлением попадает в ту-
манопровод и по нему в левую часть прибора. Туманопровод
выходит в потоковую камеру гребенкой сопл, равно распределенных
по ее вертикальному краю (рис. 316).
Туман тонкими струйками, вытекающий из сопл гребенки,
протягивается через камеру и, отсасываемый вентилятором,
возвращается в туманообразователь. Струйки тумана подсвечиваются
сверху и снизу и поэтому отчетливо видны на фоне темной задней
стенки. При длительном пользовании камерой целесообразно
периодически часть тумана выбрасывать наружу или в
специальный приемник. Меняя скорость вращения лопастей вентилятора,
35.1

Выхлопная
труба
можно получить различные скорости потока. Скорость струй
тумана будет в некотором пределе соответствовать скорости потока
воздуха, пока поток воздуха остается ламинарным и струи в этом
случае в пределах всей
камеры отчетливо
различимы. В момент помещения
исследуемых тел, имеющих
вид профилей-моделей,
перекрывается туманопровод
тем, что поворачивается
трехходовой кран и туман
выпускается наружу.
Профили-модели вносятся в
камеру, свободную от
тумана. При
кратковременном выпуске тумана из ту-
манопровода и вызванным
этим перерывом в
движении его струй оставшиеся
в камере тонкие струйки
расходятся по ней и в
своем распределении
следуют за воздушным
потоком.
Для проведения
эксперимента используются
пластинки тел различной
формы «профили-модели». Они
вносятся в потоковую
камеру через откидной
клапан на ее задней стенке.
В такой камере
отчетливо видно возникновение,
исчезновение и движение
завихрений, возникающих
вокруг исследуемых тел.
Время от времени
необходимо прочищать сопла
гребенки, так как частицы тумана, оседая на них, забивают
отверстия.
Вентилятор Нащдатлшя
траль
¦Электродвигатель
Передняя стеклянная
стенка
ЛотоШая камера.
Рис. 316. Модель аэродинамической камеры
с туманообразователем заводского
изготовления:
л—общий вид; б—схематический вертикальный
разрез; в—схематический план (грубая схема).
261. Обтекание различных тел
Профили-модели тел различной обтекаемости,
камера с туманообразователем.
До внесения модели в камере дают образоваться струйкам
тумана. При этом возникает ламинарный поток. Затем
исследуется струераспределение вокруг тел следующей формы: пластинки
352

I*»»
Рис. 317. Профили вкладышей для
аэродинамической камеры- с тумано-
образователем.
Рис. 318. Струи потока вокруг
обтекаемого тела.
шара, полушария, полого полушария, конуса и каплевидного тела
обтекаемой формы (рис. 317)- Наблюдения ведутся при различном
положении исследуемых тел.
Сравнивая расположение завихрений вокруг различных тел,
можно установить, что характер завихрений и протяженность
областей турбулентного движения
зависят от формы тел.
Наименьшие завихрения возникают
вокруг каплевидных тел обтекаемой
формы, помещенных тупой
оконечностью навстречу потоку
(рис. 318). При малых
скоростях потока можно наблюдать
позади плоской пластинки,
помещенной поперек потока,
возникающие сверху и снизу от
нее и направленные к ее задней
стенке вихри, а также хорошо
выраженный вихревой шлейф
(рис. 319,а).
При внесении пластинки,
поставленной параллельно
направлению потока, можно
наблюдать возникающее в результате
трения и связанным с этим
падением скорости в граничном
слое, образование тяжей тумана.
Для этого необходимо резко
прервать поступление в камеру
струй тумана, перекрыв
трехходовой кран. При этом струи
под действием вентилятора
устремятся в ее правую часть,
однако часть струй в граничном
с пластинкой слое будет как бы
удержана этим слоем, струи
тумана вытянутся за пластинкой
(рис. 319,6).
262. Характер потоков вокруг парашюта
Профиль-модель полого парашюта с открывающимся
отверстием на его вершине, камера с туманообразовате-
лем.
В камеру помещается профиль полого полушария, своею
полостью направленный навстречу потоку. Позади такой модели
наблюдается особенно мощное завихрение (рис. 320,а). Настоящий парашют
подобной формы под действием возникающих позади него вихрей
при спуске сильно раскачивается, и парашютист испытывает
Рис. 319. Вихревой шлейф
за плоской пластинкой.
образуя своеобразный тяж
353

Рис. 320. Потоки вокруг парашюта
д—без отверстия в куполе; б—с
отверстием.
«болтанку». Для устранения этого явления в куполе парашюта
делается небольшое отверстие. Потоки вокруг парашюта могут
быть показаны в камере при помещении в нее профиля-модели
полого полушария с отверстием
в вершине (рис. 320,6). Можно
наблюдать, что возникающее
завихрение при таком
изменении профиля-модели значительно
успокаивается.
263. Характер
потоков вокруг
крыла
Профиль - модель
крыла, камера с ту-
манообразователем.
В качестве исследуемого тела
в камеру вносится
профиль-модель крыла. При малых углах
атаки хорошо видно, что струи
потока обтекают модель, не образуя завихрений (рис. 321, а). Струи
распределяются значительно плотнее одна к другой над верхней
выпуклой поверхностью модели,
чем под нижней. При
кратковременном перерыве подачи
струй тумана можно установить,
что скорость потока над верхней
поверхностью модели больше,
чем под нижней. Кроме того,
устанавливается, что струи
потока, обтекая верхнюю
поверхность, несколько отклоняются
книзу.
При постепенном увеличении
угла атаки прежде всего
наблюдается увеличение выпуклости
струй над верхней поверхностью
крыла. При некотором
определенном критическом угле атаки
струи потока отрываются от
верхней поверхности модели
и над ней и позади нее образуется
(рис. 321,6).
Рис. 321. Потоки вокруг модели
крыла:
а—малый угол атаки — обтекание;
б—большой угол атаки — потоки отрываются.
область завихрений
354

264. Характер потоков вокруг крыла
с предкрылком
Профиль-модель крыла с предкрылком, камера с ту-
манообразователем.
Снабжаем предкрылком обычную профиль-модель крыла.
Вначале проводится наблюдение за струераспределением
вокруг профиля-модели с прижатым к ней предкрылком в усло-
Рис. 322. Потоки вокруг
крыла с предкрылком:
а — предкрылок прижат; 6 —
предкрылок поднят.
Рис. 323. Обтекание
и завихрение при
наличии элерона.
виях меняющегося угла атаки. Угол атаки изменяется до тех пор,
пока не произойдет отрыв потока от верхней поверхности модели.
В таком ее положении выбрасывается вперед ее предкрылок.
Расположение струй потока показывает, что при выбрасывании
предкрылка область завихрения заметно уменьшается и поток вновь
прижимается к модели (рис.
322). Таким же образом
демонстрируется влияние элеронов
(рис. 323).
265. Боковые
завихрения на
модели крыла
Профиль - модель
крыла, камера с ту-
манообразователем.
Рис. 324. Боковые завихрения.
Вид модели сверху.
В камеру помещается модель крыла, нижней плоскостью
обращенной к задней стенке камеры. Тем самым модель
рассматривается сверху. Распределение струй тумана указывает,
что на концах модели возникают боковые завихрения
(рис. 324), струи тумана делают хорошо заметным возникающие
тяжи.
355

266. Характер потоков вокруг профилей
различного вида авто- и мототранспорта
Профили-модели различного вида транспорта, камера с
туманообразователем.
В камеру помещается картонная полоска, изображающая
поверхность дороги. На некотором расстоянии от гребенки с соплами,
зависящем от высоты вертикальной оси модели, помещаются
плоские профили различных видов транспорта (рис. 325).
Рис. 325. Профили-модели Рис. 326. Потоки вокруг модели
для показа потоков во- современного (а) и старин-
кр.уг различных видов тран- ного (б) легкового
автоспорта, мобилей.
Распределение струй потока для каждой модели указывает
места образования и характер завихрений. Сравнивая завихрения
вокруг профилей-моделей автомобилей, можно установить
аэродинамическое преимущество современной формы автомобиля перед
прежней его формой (рис. 326). Особенно значительны оказываются
завихрения вокруг профиля мотоциклиста, сидящего на мотоцикле.
Примечания
1. Если нет готовых профилей-моделей, они могут быть
изготовлены из картона.
2. Струераспределение в каждом из этих экспериментов,
естественно, лишь частично вскрывает фактическую картину
завихрения, так как во всех случаях берется только
вертикальный разрез через истинное поле потока.

ПРИЛОЖЕНИЕ I
ХРАНЕНИЕ И ОЧИСТКА РТУТИ.
РАБОТА СО РТУТЬЮ
1. Хранение ртути
Для хранения ртути служат склянки с притертой пробкой.
В склянку с готовой к употреблению ртутью следует выливать
только совершенно чистую ртуть. На такой склянке должна быть
этикетка «Склянка I. Чистая ртуть».
Для сливания ртути после экспериментов, при которых не
исключена возможность загрязнения ртути пылью или хотя бы влагой,
должна служить другая склянка с этикеткой «Склянка II.
Использованная ртуть». Для обычных экспериментов, где не требуется
абсолютно чистая ртуть, ее можно использовать из этой склянки.
Сильно загрязненная ртуть с пылью, грязью, водой, жирами,
окислами металлов и примесями свинца, цинка и меди хранится
в особой склянке с этикеткой «Склянка III. Загрязненная ртуть».
2. Доска для ртути или большая кювета
Все опыты, в которых применяется ртуть, должны проводиться
на специальной доске с бортиками или большой кювете. Эти же
приспособления нужно применять при наполнении
приборов ртутью или при ее переливании.
3. Приборы и приспособления для работы с ртутью
Все приборы, чашки, ванны и трубки,
наполняемые ртутью, должны быть перед употреблением
тщательно вычищены и с них должна быть удалена пыль.
Рис. 327.
4. Наполнение приборов ртутью
Капельница для
При наполнении ртутью узких приборов и особенно ртути.
трубок (см. Э— 87) нужно использовать ртутную
капельницу (рис. 327). При наполнении широких трубок можно
использовать воронку с оттянутой трубкой.
h
357

5. Случаи разбрызгивания ртути
Ртутные пары оказывают очень вредные действия на организм.
Поэтому крайне нежелательно разливание ртути по столу и
особенно по полу. Все же даже при соблюдении всех мер
предосторожности может иметь место разбрызгивание ртути. В этом случае
ртуть необходимо чистой кисточкой согнать в одну большую каплю,
которую при помощи особой пипетки (см. ниже) или специальных
щипцов необходимо перенести в склянку для загрязненной ртути
(склянка III).
6. Пипетка-собиратель капель ртути
Для того чтобы поднять со стола или пола случайно разлитую
ртуть, следует применить специальную пипетку-собиратель
(рис. 328). Такая пипетка-собиратель
приготавливается из короткой, но
широкой стеклянной трубки, закрытой с двух
сторон корковыми пробками. В одну
из пробок вставляется капилляр, один
конец которого U-образно изогнут,
другой оттянут. В другую пробку
вставляется прямая стеклянная трубка, на
свободный конец которой надевается
кусок резиновой трубки со стеклянным
наконечником —мундштуком.
Если необходимо извлечь капли
ртути из щелей стола или пола, необ-
Рис. 328. Собиратель капель водимо оттянутый конец капилляра
ртути. подвести к капле ртути, а через
мундштук отсосать воздух из пипетки. Капля
ртути будет засосана в широкую трубку пипетки-собирателя и
останется в ней. Удаляя пробку с резиновым наконечником из пипетки
собирателя, находящуюся в широкой трубке, ртуть следует слить
в склянку с загрязненной ртутью (склянка III).
7. Воронка для предварительной очистки ртути
Ртуть, использованная во время таких экспериментов,
когда возможно запыление ртути или соприкосновение ее с водой
и влажным воздухом* ни в коем случае нельзя сливать в склянку II
и тем более в склянку I без предварительной очистки. Для такой
очистки ртуть необходимо пропустить через специальную воронку
с трубкой, оттянутой в очень тонкий капилляр. Диаметр капилляра
должен быть таким, чтобы ртуть вытекала из него очень тонкой
струей. Такую ртуть следует сливать в чистую фарфоровую чашечку.
Целесообразно в этом случае использовать чашечку с носиком
для сливания. При наливании ртути в воронку большая часть
легких и мелких загрязняющих частиц, так же как и вода, всплывут на
поверхность ртути. При постепенном понижении уровня ртути в
воронке загрязняющие ее примеси будут находиться на поверх-
358

ности, и в тот момент, когда они окажутся на дне конуса
воронки, т. е. на уровне верхнего края трубки, выливание ртути
следует прекратить, перекрыв отверстие капилляра подушечкой
чистого пальца. Остатки ртути со всеми примесями необходимо
слить в склянку для загрязненной ртути (склянка III).
8. Устранение из ртути следов жира
Ртуть, загрязненная жирами и маслами, выливается в
толстостенную склянку, в которую предварительно наливается спирт,
бензол или бензин. Находящаяся в склянке ртуть с растворителем
жиров многократно взбалтывается и затем переливается в такую же
толстостенную склянку с водой. И в этой склянке ртуть
многократно встряхивается. После того как промывание ртути окончено
(в некоторых случаях воду приходится несколько раз сменять.—
Л. Л.), воду, находящуюся на поверхности ртути, следует удалить
сифоном, а ее остатки отсосать пипеткой и фильтровальной
бумагой или клякспапиром.
9. Устранение из ртути металлических окислов, посторонних металлов
Загрязненная ртуть вливается в толстостенную склянку с
5% азотной кислотой или с раствором двухромовокислого калия
и многократно взбалтывается. После этого для
удаления из ртути кислоты или
двухромовокислого калия ее необходимо многократно
взбалтывать в воде (см. п. 8).
Целесообразно для очистки ртути применять
специальную колонку с азотной кислотой. Такую
колонку следует в собранном виде иметь в
кабинете для того, чтобы можно было использовать
после каждого проведения эксперимента.
Такой колонкой служит стеклянная трубка
длиной около 1500 мм с диаметром в 40 мм,
укрепленная в вертикальном положении на
деревянной подставке. Нижний конец широкой трубки
должен быть оттянут в дважды изогнутую S-об-
разно узкую трубку с внутренним диаметром около
3 мм и общей длиной около 120 мм. Под
направленный вниз конец сливной трубки подставляется
совершенно чистый химический стакан (рис. 329).
На дно колонки должно быть налито некоторое
количество чистой ртути, поверх которой, почти
до верхнего края широкой трубки, наливается
8% азотная кислота. Широкая трубка-колонка сверху
закрывается резиновой пробкой со вставленной в нее стеклянной
воронкой, имеющей оттянутую в капилляр трубку (см. п. 7).
При выливании загрязненной ртути в воронку ртуть вытекает
из капилляра воронки тонкой струйкой, падающей на дно колонки,
проходя через азотную кислоту. Очищенная ртуть по S-образной
Рис. 329.
Приспособление для
очистки ртути.
359

трубке будет вытекать в химический стакан (прикрытый сверху
бумажной крышкой.— А. Л.). Очищенную таким образом ртуть
следует промыть водой.
10. Просушка ртути
Для удаления с поверхности ртути следов воды, оставшихся
после отсасывания сифоном и пипеткой, пользуются
фильтровальной бумагой.
Незначительное количество воды можно удалить, пропуская
ртуть через воронку с трубкой, оттянутой в тонкий капилляр,
такую же, как и для предварительной очистки ртути (см. п. 7).
Дальнейшая просушка ртути может быть проведена путем
нагревания в тщательно очищенной и промытой фарфоровой чашке.
При нагревании ртуть необходимо помешивать, одновременно
ведя наблюдение за температурой. Во время просушки не следует
допускать повышения температуры выше 100°С. Просушку ртути
методом нагревания следует вести в вытяжном шкафу.
ПРИЛОЖЕНИЕ II
ПРОСТЕЙШИЕ РАБОТЫ СО СТЕКЛОМ
J. Разрезание стеклянных трубок с диаметром до 10 мм
Для разрезания стеклянных трубок и стеклянных палочек с
диаметром до 10 мм используется специальный нож по стеклу,
изготовленный из хороших сортов стали, или трехгранный
напильник. Стеклянная трубка кладется на стол так, чтобы ее можно
было поворачивать вокруг длинной оси (прокатывать). На место
для разрезания трубки помещается острый нож и на него от руки
оказывается достаточное давление. Трубка за свободный конец
или конец, выступающий за край стола, медленно поворачивается —
прокатывается другой рукой так, чтобы нож нанес на трубку
круговой штрих-надрез. После этого трубка берется в обе руки так,
чтобы нанесенный штрих был примерно на одинаковом расстоянии
от обеих рук, и трубка разрывается. При этом трубку нужно
значительно больше растягивать, чем ломать.
При разрезании трубок малых диаметров достаточно вместо
кругового штриха нанести короткий штрих в нужном для
разрезания месте. Трубка разрывается растягиванием.
3. Разрезание широких трубок методом раскалывания по линии нагревания
Трубки больших диаметров разрезаются методом раскалывания.
На такие трубки наносится круговой штрих обычным приемом
(см. п. 1).
360

с
D
Рис. 330. Обрезка
трубки разогретой
изогнутой
проволокой.
Для раскалывания трубок можно воспользоваться короткой
стеклянной палочкой (1-й прием). Стеклянная палочка вносится
в пламя бунзеновской горелки и ее конец разогревается до полного
размягчения, при этом на нем образуется небольшое утолщение.
Разогретый конец стеклянной палочки прижимается в каком-
нибудь месте к нанесенному штриху, где тотчас
же в стенке трубки возникает трещинка,
затем разогретую палочку постепенно
перемещают вдоль штриха вокруг всей трубки.
Вслед за ней следует все дальше и дальше
идущая трещинка, пока трубка не расколется
на две части.
Вместо стеклянной палочки можно
использовать узкий язык пламени газовой
горелки (2-й прием). В этом случае трубку
следует постепенно вращать так, чтобы язык
пламени встречал все новые и новые участки нанесенного штриха.
При таком приеме трубка легко раскалывается вдоль штриха.
Если этого не произойдет, следует на разогретое место штриха
нанести каплю холодной воды.
Раскалывание толстостенных широких трубок можно
произвести при помощи крючка из железной проволоки. Диаметр
проволоки около 3 мм (3-й прием). Для этого следует проволоку
изогнуть так, чтобы полученный крючок охватывал примерно половину
окружности трубки (рис. 330). И в этом случае на стеклянную
трубку предварительно
наносится штрих. Изогнутая
проволока накаливается до
красного каления.
Раскаленный крючок прикладывается
к штриху, и трубка
поворачивается в одном направлении,
при этом штрих должен
скользить по нагретой
проволоке. Проволоку, не снимая
с трубки, необходимо
охладить, подув на нее, при
этом происходит
раскалывание стеклянной трубки на две
части.
Наиболее чистый разрез
происходит в том случае,
если раскалывание трубки достигается проволокой, нагретой
электрическим током (4-й прием). Для этой цели стеклянная трубка
по проведенному штриху обкручивается один раз железной (или
нихромовой. — Л. Л.) проволокой диаметром около 0,3 мм.
Концы проволоки зажимаются в клеммы, укрепленные на
изолирующие подставки. Через проволоку пропускают электрический
Рис. 331. Обрезка цилиндра разогретой
электричеством проволокой.
361

ток (рис. 331). Предварительно необходимо подобрать такой ток,
чтобы проволока накаливалась до светло-красного каления. При
помощи стеклянной палочки или куска другой проволоки на
раскаленную проволоку, натянутую вокруг стеклянной трубки,
наливается вода.
В результате резкого охлаждения возникает тонкая трещинка,
идущая вокруг стеклянной трубки, а тем самым трубка
раскалывается на две части.
3. Оплавление концов стеклянных трубок
Для оплавления острых краев стеклянных трубок,
возникающих после разрезания, концы такой трубки вносятся в светящееся
пламя бунзеновской горелки и, непрерывно вращая трубку, пламя
переводят в режим бесцветного горения. Через некоторое время
края трубки размягчатся и оплавятся.
4. Оттягивание концов стеклянных трубок
Стеклянная трубка помещается в широкое пламя бунзеновской
горелки, для чего целесообразно применять специальную щелевую
насадку к горелке, дающую лопатообразное пламя. Как только
стекло достаточно размягчится, трубку следует вынести из пламени
и растянуть до желаемого диаметра сужения, возникающее в месте
размягчения. После остывания трубки ее необходимо разрезать
в избранном месте сужения и края трубки оплавить (см. п. 3).
5. Изготовление капилляров
A. Капилляры с круглым сечением.
Порядок изготовления капилляров с круглым сечением тот же, что и
при изготовлении трубок с оттянутым
концом. Однако в этом случае трубка
должна значительно больше
растягиваться и растяжение проходить по
возможности быстро. Таким способом
можно получить очень тонкие и
длинные капилляры, для чего необходимо
Р"„С„яТигурныКх к^илТрГ6" хорошо прогреть трубку и произвести
очень быстрое ее растяжение.
B. Изготовление капилляров любого по
форме сечения1.
Из листового стекла вырезаются полоски длиной 120—150 мм
различной ширины от 10 до 50 мм и толщиной 1—3 мм. Из полосок
стекла с отшлифованной поверхностью собирается блок с
просветом по желаемому профилю капилляра (рис. 332). Шлифованные
поверхности в месте их соприкосновения промазываются
гуммиарабиком. Блок перевязывается проволокой и помещается в муфельную
печь. Стекло при температуре около 500°С спекается. К концам блока
1 В немецком издании п. 5 отсутствует. Метод разработан проф. Б. В.
Перфильевым [Лаборатория капиллярной микроскопии Академии наук СССР].—Л. Л.
362

подводятся железные стержни-рукоятки с наплавленными кусочками
стекла. Концы стержней и наплавленное на них стекло
предварительно разогреваются до температуры, близкой к температуре блока.
При соприкосновении стекла на рукоятках со стеклом блока стекла
сплавляются. При помощи рукояток блок извлекается из
муфельной печи и растягивается так же, как это делается при
изготовлении круглых капилляров. При растяжении блока
получаются капилляры с просветом любой заданной составлением блока
конфигурации.
6. Заплавление концов стеклянных трубок
Получение трубок с заплавленным концом производится так же,
как и при получении трубок с оттянутым концом. Разогретая
трубка растягивается и перерезается. Оттянутые концы трубок
оставляются в пламени горелки, при этом при вращении трубки в
пламени расплавленный конец ее сам с собой стягивается до
полного заплавления отверстия с образованием округлого донышка.
Можно значительно улучшить круглую форму такого донышка,
если, не извлекая трубку из пламени, сразу же после
заплавления отверстия в трубку осторожно вдувать воздух, не давая
отвердевать стеклу и непрерывно вращая трубку в пламени.
Можно заплавить и обрезанный конец трубки, для этой цели,
непрерывно вращая трубку, такой ровно обрезанный конец вносится
в пламя горелки и очень сильно разогревается. По мере
размягчения стекла конец трубки сам собой стягивается и, наконец,
сомкнувшись, образует донышко. Если при этом получится
излишняя толщина стекла в месте заплавления, можно избыток стекла
удалить. Для удаления избыточного стекла трубку не следует
выносить из пламени горелки, а поднести к ней стеклянную
палочку. Стеклянная палочка прилипнет к стеклу, и при ее быстром
движении в сторону от заплавленной трубки она потянет за собой
тонкую нить стекла. Так, многократно касаясь места заплавления
трубки, нить за нитью удается выбрать избыточное стекло. Как и
в первом случае, донышко трубки необходимо выравнять вдуванием
в трубку воздуха, продолжая нагревать донышко в узком пламени
горелки.
7. Выгибание стеклянных трубок
Для выгибания стеклянных трубок применяется бунзеновская
горелка, имеющая специальную щелевую насадку, дающую
широкое лопатообразное пламя. Стеклянная трубка на участке сгиба
равномерно прогревается в широком пламени в пределах около
5 см по длине трубки. Трубку необходимо держать в обеих руках,
непрерывно вращая. Как только стекло начнет размягчаться,
трубку необходимо вынести из пламени и удерживать ее только
за один конец одной рукой. Под действием собственного веса
трубка в разогретом участке плавно сгибается. Могущие
возникнуть при сгибании трубок, особенно в случае их большого
диаметра, сплющивание и сужение могут быть предотвращены тем, что
363

во время сгибания в трубку все время и с достаточной силой
вдувается воздух. При этом один конец трубки следует заткнуть
бумажной пробкой (или пробкой из мятого асбеста.—А. Л.). Однако
если и в этом случае образуется сплющивание (при сплющивании
одной стороны трубки обычно на другой ее стороне происходит
заламывание и увеличение толщины стекла.— А. Л.), следует
место утолщения стекла нагреть в пламени горелки с
воздуходувкой и путем вдувания расширить образовавшееся сужение,
стараясь равномерно разогнать стекло по всему поперечнику трубки.
8. Сваривание двух трубок
Для сваривания двух трубок необходимо их концы прямо и
гладко обрезать. Концы свариваемых трубок вносят в пламя
горелки с воздуходувкой и, держа их один против другого,
энергично вращая, разогревают до размягчения. Как
только концы трубок размягчатся, их нужно под
небольшим давлением приложить друг к другу
— ¦ и тотчас же слегка растянуть. Заткнув конец одной
-—^=^ из трубок, целесообразно, предотвращая умень-
^ шение просвета, в сварившуюся двойную трубку
Рис. 333. Сварк- вдуть воздух. Еслиив этом случае на месте сварки
вание стеклян- все же образуется утолщение, необходимо это место
ных трубок. ВНовь внести в пламя горелки и, чередуя
вдувание воздуха с небольшим растягиванием,
разогнать по всему периметру трубки излишнее стекло (рис. 333).
9. Выдувание малых отверстий в трубках и тонкостенных сосудах.
Один из концов трубки затыкается. На избранное для отверстия
место направляется узкий язык пламени горелки с воздуходувкой.
Стеклянная стенка на очень узком прост- ^_==^^^^^^
ранстве прогревается до накаливания и раз- & ^ с 1
мягчения. Резким сильным вдуванием
воздуха в трубку разогретое место выдувается
в круглый тонкостенный стеклянный
пузырек, который в наиболее тонком участке
прорывается (рис. 334).
В большинстве случаев на месте разрыва р^ 334. Образование
очень тонкого стеклянного пузырька образу- отверстия в стеклянной
ются неровные края. Для удаления остатков трубке,
пузырька необходимо осторожно деревянной
палочкой ударить по этим остаткам. Направляя пламя горелки
на образовавшееся отверстие, его края оплавляются.
10. Изготовление стеклянного тройника
Кусок стеклянной трубки, предназначенный для изготовления
тройника, с одного конца закрывается. Острое пламя горелки
направляется на участок, к которому должен быть присоединен
патрубок тройника. После того как стенка трубки окажется достаточно
364

размягченной, в нее осторожно вдувается воздух до образования
небольшого выступа с поперечником в основании, примерно
равным диаметру патрубка (рис. 335). Вершина выступа сильно
прогревается острым языком пламени, и мощным ^^^
вдуванием воздуха на такой вершине вы- } ^^ {
дувается тонкостенный стеклянный шарик
(так же, как и в п. 9). Легким ударом дере- {*"*}
вянной палочки тонкостенный стеклянный jnS
шарик разбивается. На месте разрыва, не ^
давая ему остыть, насаживается под легким
давлением конец предварительно
разогретого в пламени патрубка, другой конец ко- ^ ^ ^
торого заплавлен или закрыт. Происходит ' •
сплавление конца патрубка с краями отвер- §
стия на первой трубке. На месте спайки Рис 335 изготовле-
обычно образуется круговой валик, поэтому Ние тройника:
МеСТО СПаЙКИ НеобХОДИМО ПроДОЛЖаТЬ раЗО- а — выдувание бугорка;
ГреваТЬ И, ВДуваЯ В Трубку ВОЗДУХ, ПаТрубОК ТО /^~навари^ниГб?ковой
прижимать, то слегка оттягивать до тех пор, трубки.
пока стекло на месте соединения не
распределится равномерно. После остызания тройника с запаянным
патрубком патрубок отрезается по желаемой длине.
11. Выдувание шарика на конце стеклянной трубки
Заплавленный конец стеклянной трубки на участке в 2—4 см
прогревается в пламени горелки. Трубка помещается в пламя
вертикально и непрерывно вращается. Свободный конец трубки
нужно держать также закрытым. Как только нагреваемый конец
достаточно раскалится, не прекращая вращения трубки,
необходимо в нее осторожно вдувать воздух, при этом на разогретом
участке будет образовываться небольшой шарик. Помещая такой
шарик в широкое пламя горелки в трубку, продолжают вдувать
воздух до тех пор, пока шарик не примет желаемые размеры.
Примечание к пп. 6—11
Обработанные участки стекла после изготовления того
или иного приспособления ни в какой мере нельзя тотчас же
вынимать из пламени для охлаждения, так как при этом
возникает опасность раскалывания стекла на местах
сплавления. Сплавленные участки необходимо оставить в пламени,
однако режим пламени необходимо постепенно изменить,
переводя его от бесцветного до светящегося. Сваренные части
необходимо держать в светящемся пламени и чрезвычайно
медленно перемещать в нем до его границ, что обеспечит столь же
медленное постепенное охлаждение. Большие по размерам
детали необходимо держать в светящемся пламени до тех пор,
пока они не покроются копотью, а затем охладить в
сушильном шкафу с постепенным понижением температуры.
365

АЛФАВИТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Цифры обозначают номера экспериментов и параграфов
из 2-й части руководства
Абсорбция — 167, 168, § 13, п. 3.
Авторотация — 254.
Адсорбция — 162—166, § 13, п. 3.
Анемометр — 204.
Анероид —94, 95, § 7, п. 2.
Ареометр — 61, 62/
Архимеда, закон — 40 — 48, 50—52,
§ 1, п. 5; § 5.
Атмосфера техническая — § 1, п. 2;
» физическая —§ 1, п. 2.
Атмосферное давление — 67—73, 87—
90, 92, 95, § 7, п. 1.
Аэродинамическая камера с тума-
нообразователем — § 28, п. 5,
§ 30.
Аэродинамическая подъемная сила —
235—240.
Аэродинамическое сопротивление —
201—203, 235—237, 240—266, § 24,
п. 2.
Барометр — 87—89, § 7, п. 2.
» водяной — 88.
» сифонный — 87, § 7, п. 2.
» чашечный — 37, §7.
Бароскоп—105
Бонэ, трубка — 93.
Бернулли, уравнение—214, 215, § 18,
п. 6.
Бойля, закон — 99—103, § 7, п, 3.
Броуновское движение—121, 122,
§ 13, п. 1.
Бумеранг — 256, § 28, п. 3.
Бурдона манометр — 95.
Вакуумметр —91, 116.
Вариометр — 92.
Вентури дюза — 214, § 18, п. 6.
Вертолет —251, 252, § 24, п. 5.
Вертушка-индикатор — 190, 242.
Весы гидростатические — 43, 47, 49,
§ 1, п. 5.
» двухкомпонентные — 239, § 24,
п. 3.
» Мора — 49.
» однокомпонентные — 202, 237;
§ 18, п. 5.
» Паскаля — 29, § 1, п. 4.
Взвешенное состояние — 51, 59—62.
Взрыватель пузырей — 69.
Вихревойшлейф—261—266, § 18, п. 2.
Вихревые кольца — 196, 197.
Вихри трогания — 199.
Внутреннее давление — 53.
Водомерное стекло, трубка — 11, 33.
Водомерный бак — 35.
Водоструйный насос - 116, 216, § 7, п. 5.
Водяной барометр — 88.
Водяное колесо, наливное — 63.
» » подливное — 64.
Воздуходувные аппараты — § 18, п. 7.
Воздушные насосы—116.
Волны давления — 18.
Выталкивающая сила в жидкостях —
41—47, § 1, п. 5.
» » в газах — 104, 112, § 7, п.4.
Вязкость — 123—126, § 13, п. 2.
Газоанализатор автоматический —180.
Герона шар — 75, 76, 179.
Гидравлический домкрат — 19, 24.
» подъемник — 19, 22.
» пресс — 19, 22, 24.
» тормоз — 19-
Глицерин —27, 126.
Горизонтальность свободной
поверхности жидкости —1—2, 4.
Граничный слой в жидкостях — 183,
§ 18, п. 1.
Гюйгенса контрбарометр 89.
Давление боковое-—32 — 33, § 1, п. 3.
» весовое — 26, 28,29, 72, § I, п. 3,
§ 7, п. 4.
» внутреннее — 53.
» гидростатическое — § 1, п. 2.
» динамическое — 186, 210, § 18,
п. 6.
» законы — § 1, п. 3; § 7.
» на дно— 29—31, 36, § 1, п. 2.
» направленное вверх — 34.
» на стенки — 32, 33, § 1, п. 2.
» передача — 16, 22—25.
» поршневое — § 1, п. 2; § 3.
» распределение Еокруг крыла
самолета — 233—234.
» статическое — 211,216.
Дазиметр — 105—106, § 7, п. 4.
Делимость вещества — 120, § 13, п. 3.
Деформация пластичных тел — 127.
Деформация стекла — 128.
Диализатор — 171—173.
Диафрагма для определения расхода
потока — 215.
Динамическая сила давления — § 18,
п. 5.
Диффузия — 169—170, 173—180, § 13,
п. 4.
Драконова кровь — § 1, п. 1.
366

Звук, передача воздушной волной —
188.
Зонд давления — 26—27, 36, 210—213.
» матерчатый 224.
» мембранный 27.
» ниточный —190—191, 232, 241—
242, § 24, п. 1.
» пламя— 195, 231, § 24, п. 1.
Зонд-пропеллер — 192, 248—249, 251,
253.
» трубка —211.
Камерный уровень — 15.
Канал-камера, плоская — 199, § 18,
п. 4.
Капиллярность — 150—155, § 13, п.2.
Капиллярная депрессия — 151.
Каплеобразование — 133—136.
Карбюрация — 164.
Кольцевые вихри — 193, 196, 197.
Коэффициент аэродинамической
подъемной силы — 238.
» аэродинамического
сопротивления — 238.
Красители — § 1, п. 1.
Крыло 200, 230—244, 254, 263—265.
Лейка — И.
Ливер —71.
Линии тока жидкостей — § 18, п. 1.
Лобовое сопротивление — 200—203,
235—237, 240, 266, § 24, п. 2.
Магдебургские полушария — §7, п.1.
Магнуса эффект — 258—260, § 28, п.1.
Манометры — § 1, п. 5, § 7, п. 2.
» закрытый — 97.
» мембранный — 95, см. анероид.
» открытый — 96, 101 и др.
Марганцовокислый калий — § I, п. 1.
Масляный насос — 116, § 7, п. 5.
Метиле нйодид — 27.
Мельде трубка — 90, 99.
Микроманометр — 98, 210—211, 213—
214, 234, 239.
Модель жидкости — 4, 20, 55.
Мангольфьер — 113.
Мыльная пленка — 141—149-
Мыльный раствор — 115.
Наливное колесо — 63.
Напряжение в газах — § 7, п. 3.
Насосы—116—119, § 7, п. 5.
Неразрывности уравнение —205—206,
209, § 18, п. 6.
Несжимаемость жидкости — 5.
Несущая поверхность — Гл. V, § 24,
п. 1,
Нивелир гидростатический— 13.
Обтекаемые формы — 191, 199—203.
Обтекание — 261—266.
Объемная упругость жидкостей — 6.
Осмос — 172, § 13, п. 4.
Падение давления в трубе — 207—
209.
Парадокс аэродинамический — 218,
220—223, § 18, п. 7.
» гидродинамический — 219, 222.
» гидростатический — 29, 31, § 1,
п. 4.
Парашют — 262.
Паскаля закон — § 3.
« шар — 17.
Пипетки — 71.
Пито трубка —210, 211, § 18, п. 6.
Плавание тел — 50—52, 54, 58.
Плавучесть — 40—60, § 1, п. 5.
Пластичность — 127.
Плоты — 57.
Плотность жидкостей — 36—37, 48—
49, 62.
» определение — 36—39, 47—49,
106.
Поверхностное натяжение — § 15.
» » сила — 129—139, 141—144.
Подливное колесо — 64.
Подъемная сила аэродинамическая —
235—240.
» » винта — 249—252.
» » винта вертолета — 251—253.
Поля, камера — 181, 182, § 18, п. 1.
Поляра-Лилиенталя, см. поляр-диаг-
рамма.
» профиля —238.
Поляр-диаграмма — 238—240, §24, п.З,
Помпа — 118.
Понтон — 57.
Поплавки — 57.
Пористость — 79.
Поршневое давление — 16—25, § 1,
п. 2; § 3.
Поршневой насос — 116—118, §7, п. 5.
Поток вокруг крыла самолета — 230—
232, § 25.
Поток ламинарный — 181—182, 184,
189, 230—232, 241, 261—266, § 18,
п. 1.
» турбулентный — 188—197, 230—
232, 261—266, § 18, п. 1.
Потоковая ванна — 198, 200, § 18,
п. 4, § 24, п. 1.
» камера 182, § 30.
Почва, капиллярность — 155.
Прандтля, трубка — 186, 212—213,
215, 239. "
Предкрылок — 241, 264.
Пресс гидравлический — 24.
367

Проницаемость избирательная — 171—
173.
Пропеллер — 251—253, 246, 250, § 24,
п. 5.
Противогаз — 165.
Профиль скоростей потока — 184, 187.
Профили-модели — 261—266.
Пуаз — 124.
Пульверизатор, давление — 217.
Растворение — 156—160, § 13, п. 3.
Расход потока —215, § 18, п. 6.
Расширение жидкостей — 6.
Реактивное движение — 255.
Реакция дюзы — 255.
Рейнольдса число — 189, § 18, п. 1.
Ртуть, работа с ней — приложение 1.
Ротационные насосы — § 7, п. 5.
Руль высоты — 245
» поворота — 245
» управления— 245.
Свободная поверхность жидкости —
1-2, § 1, п. 1.
Сжимаемость жидкости — 6, § 1, п. 3.
Сила воздушной среды — § 18, п, 5.
» горизонтального смещения — § 1,
п. 2.
» давления — § 1, п. 2.
» отдачи — 255.
» реакций, см. сила отдачи.
» скольжения — § 1, п. 2.
» тяги винта — 248—250.
Сифон — 80—86, § 7, п. 1.
» модель — 83.
» с клапанами — 86.
» самонаполняющийся — 84.
» для вредных веществ — 85 .
Скорости потока — 181—187, 206—207,
213—215, § 18, п. 6.
» » падения — 184—187.
» » профиль — 184—187.
» » измерения — 214—215.
» » распределения — 184—187.
Сливной сосуд — 42 и др.
Слоистый поток, см. ламинарный поток.
Смазочный материал, вязкость — 124.
Смешивание жидкостей — 160, § 13,
п. 3.
Сообщающиеся сосуды — 7—11, 33, 35.
Сопротивление потоку — 200 — 203,
235—237, 240, 266, § 18, п. 5;
§ 24, п. 2.
Стекло, работа с ним — приложение И.
Стробоскоп — 246, 247.
Струепотоковая камера — 181, 182,
§ 18, п. 1.
Струераспределение — 190—197, 261—
266.
Торричелли, трубка — 87.
» эксперимент — § 7, п. 2.
Трение в потоке — 184—187, 229,
§ 18, п. 6.
Турбина активная — 65, § 1, п. 6.
» Каплана — 66.
» Пельтона — 65.
» пропеллерная — 66.
» реактивная — 66, § 1, п. 6.
Тяга дюзы — 255.
Угол атаки—234—240, 264, § 24, п. 3.
» установочный — § 24, п. 3.
Уголь активированный — 162—165.
Удельная энергия — § 1, п. 3.
Удельный вес, определение — 36—39,
47—49, 59.
Указатель изменения погоды — 180.
Управление полетом — 241—245, § 24,
п. 4.
Упругость воздуха — 74—79, § 7, п.1.
Уравнение Бернулли — 214г 215, § 18,
п. 6.
Уровень камерный — 15.
» плотницкий — 14.
» трубчатый — 14.
Уровнемер —12, 13.
Устойчивость самолета—243, § 24, п. 4.
Фен—190—195, 201, 223, 227 и др.,
§ 18, п. 3.
Фенолфталеин — § 1, п. 1.
Флотация — 139, § 13, п. 2.
Флюоресцин — § 1, п. 1.
Фонтан — 34, 35.
Фуксин — § 1, п. 1.
Хальдата прибор — 30, § 1, п. 4.
Хлороформ — 27.
Чашечный барометр — 37, 87.
Четыреххлористый углерод — 27.
Число оборотов винта, определение—
246—247.
Шлюзы — 11.
Шприц шаровой — 17.
» Льюера — 22.
Эмульсия — 161,
Энглера градусы — 125, 126.
Энергетическая плотность — § 1, п. 3,
§ 7, п. 3.
368