Том Тит - Веселые научные опыты и эксперименты
Теперь разместите все элементы смонтированных часов. Обратите внимание: верхний край «циферблата» 10 должен находиться несколько ниже, чем регулятор подачи воды 6, иначе вода не сможет равномерно поступать. Для большей наглядности воду в клепсидре желательно подкрасить.
Для сброса воды, достигшей крайней верхней метки «циферблата», его необходимо оборудовать сифоном. Решить эту задачу предлагаем следующим образом: в пробку 8 вставьте еще одну иглу с трубочкой от капельной системы. Эта игла должна быть достаточно длинной, чтобы остаточный уровень воды после перелива оставался на нулевой отметке. Если длины иглы не хватает, дорастите ее до нужных размеров кусочком трубочки от все той же капельной системы.
Для большей наглядности схема соединений в пробке 8 на рис. 40 представлена на рис. 41, где 1 – игла, подающая воду; 2 – игла от переливного сифона; 3 – трубочка, подающая воду; 4 – переливная трубочка сифона; 5 – пробка «циферблатной» емкости; 6 – нулевая отметка.
Рис. 41
Теперь настал черед градуировки и калибровки прибора. Заполните подкрашенной водой бутылку 2 и вставьте ее в бутылку 1. В бутылке 1 вода должна находиться на постоянном уровне. Двигая колесиком регулятора 6, заполните емкость «циферблата» до уровня сифонной трубки 9. Затем добейтесь капельной подачи воды, желательно, чтобы интервал между каплями составлял примерно 1 с. На уровне сифонной трубки-иглы нанесите маркером метку 0.
Возьмите часы или включите на мобильном телефоне режим секундомера и через каждые 5 минут отмечайте маркером положение уровня воды в емкости «циферблата». Процесс градуировки может занять довольно много времени, но в результате у вас должен получиться тщательно отрегулированный и полностью готовый к работе прибор. Верхний уровень сифона лучше всего установить на уровне, соответствующем 12 часам, так будет удобнее следить за временем. Само собой разумеется, этот уровень должен быть ниже верхней кромки емкости «циферблата».
На выбранном вами уровне зафиксируйте липкой лентой трубочку перелива и опустите ее свободный конец в банку или бутылку. Собранную воду можно использовать многократно. Учтите, что нижний край переливной трубки должен быть несколько ниже, чем пробка циферблатной емкости.
Жидкостный манометр
Оборудование и принадлежности:
• одноразовая капельная система;
• картонная коробка;
• чернила или любой водорастворимый краситель;
• нитки.
Для регистрирования изменения давления жидкостей и газов необходим прибор манометр (свое название он получил от греческих слов «манос» – «редкий, неплотный» и «метрео» – «измеряю»). Самый простой, но, тем не менее, эффективный и надежный манометр – жидкостный. Изготовить его самостоятельно очень легко. Для этого вам необходимо лишь зафиксировать на вертикальной плоскости прозрачную трубку (1), изогнутую в форме латинской буквы U, как показано на рис. 42.
В качестве устойчивой вертикальной поверхности отлично подойдет обычная картонная коробка (2), например, из-под обуви. Трубочку можно взять от капельной системы. Пластиковые переходники (3) от все той же капельной системы, установленные на входном конце трубки манометра, облегчат подключения прибора к испытуемым объектам. Закрепить трубочку в нужном положении можно липкой лентой (скотчем), или кусочками мягкой проволоки, или нитками (4). Осталось только заполнить манометр рабочей жидкостью (5), в нашем случае это будет вода, и он готов к работе. Воду желательно подкрасить чернилами, чтобы четче видеть изменения показаний прибора. Наполнять манометр водой удобно медицинским шприцем.
Рис. 42
В неподключенном состоянии в обоих плечах манометра жидкость будет стоять на одном уровне, так как они уравновешены атмосферным давлением. Это положение нужно отметить на картоне ручкой или маркером как нулевое – 0. Подсоединив ко входному концу манометра соединительную трубку (6), вы можете убедиться в том, что он работает. Несильно втяните в себя через эту трубочку воздух, и вы тут же заметите движение жидкости вниз относительно нулевой отметки. Затем легонько подуйте в трубочку, и жидкость поднимется соответственно вверх. Таким образом, вы воочию убедитесь, как манометр реагирует на падение (разрежение) и на повышение давления.
Этот простой и надежный прибор может быть использован во многих захватывающих опытах. Кроме того, он идеально подходит для поверки горизонтальных поверхностей, так как в нейтральном (нулевом) положении оба плеча манометра находятся на одном горизонтальном уровне и точность их положения избыточна.
Вопреки закону Архимеда
Оборудование и принадлежности:
• стеклянный сосуд с гладким ровным дном;
• парафин.
На первый взгляд, предлагаемый опыт противоречит закону Архимеда. Покройте дно стеклянного сосуда тонким слоем парафина и положите на него кубик из парафина (рис. 43). Затем осторожно налейте в сосуд воды. Как ни странно, но парафин не всплывет, хотя его плотность меньше плотности воды. Слегка наклоняя сосуд, можно заставить кусок парафина передвигаться по дну, но он все равно не всплывет.
Объяснение этого парадокса заключается в том, что вследствие несмачиваемости парафина водой она не проникает между куском парафина и дном сосуда, а следовательно, на нижнюю поверхность куска парафина не действуют силы давления воды. Однако эти силы действуют на его верхнюю поверхность и прижимают парафин ко дну. Если же наклонить кусок парафина так, чтобы вода проникла под его нижнюю поверхность, то возникнет выталкивающая сила и парафин всплывет.
Известны случаи, когда подводные лодки, легшие на мягкий грунт, не могли оторваться от него, даже освободив от воды балластные цистерны. Это также объясняется тем, что вода не может проникнуть под корпус лодки, плотно прилегший к грунту.
Рис. 43
Послушные молекулы
Оборудование и принадлежности:
• емкость с кипятком;
• парафин;
• пипетка или шприц.
На поверхность чистой горячей воды поместите небольшой кусок парафина (воска, нафталина). Парафин расплавится и растечется по поверхности воды тонкой пленкой. Теперь дайте воде и парафину остыть. Парафин застынет в виде тонкой пластинки. Осторожно выньте эту пластинку, стараясь не касаться ее поверхности, и разделите на две части. Поместите их на горизонтальную поверхность, причем одну из них переверните. Теперь при помощи пипетки нанесите на поверхности пластинок капли чистой воды.
В результате мы сможем наблюдать несколько противоречивое явление: капли одной и той же жидкости на поверхности одного и того же материала ведут себя совершенно по-разному. На поверхности парафина, которая во время застывания соприкасалась с воздухом, капли воды не растекаются и имеют форму, аналогичную той, которую принимает ртуть на стекле, то есть в этом случае вода не смачивает парафин. На поверхности парафина, которая соприкасалась с водой, капли медленно растекутся, образуя тонкую пленку, то есть в этом случае вода смачивает парафин.
Почему же одно и то же твердое вещество в одном случае не смачивается жидкостью, а в другом смачивается?
Объясняется этот феномен так. Молекулы многих веществ, особенно органических, довольно сложны, и благодаря этому разные части таких молекул способны проявлять различные силы сцепления при взаимодействии с другими молекулами. Если каким-либо образом расположить подобные молекулы так, что в одну сторону будут обращены концы молекул, сильно взаимодействующие с водой, а в другую – слабо взаимодействующие, то из оного и того же материала получится пластинка с различными свойствами поверхности: одна не смачиваемая, а другая смачиваемая.
Итак, что же происходило в начале эксперимента? Парафин на горячей воде плавился, и молекулы жидкого парафина переориентировались, притягиваясь своими сильно взаимодействующими с водой концами к поверхности воды. Застыв в таком положении, они образовали двухстороннюю пластинку, свойства которой мы обнаружили в данном опыте.
Наиболее сильно влияние определенного расположения молекул в поверхностном слое у маслянистых веществ, обладающих смазочным действием.
«Дерни за веревочку»
Оборудование и принадлежности:
• обычная хлопковая нить;
• грузик массой 100–200 г
(груз и подвес можно изготовить из деталей детского металлического конструктора).
