Лаборатория юного физика - Гальперштейн Леонид Яковлевич
Торчащие «ушки» кронштейнов отогните плоскогубцами пока примерно на 90°. После этого прибейте кронштейны к доске. Просвет между ними подберите по блокам с шайбами.
Блоки сделайте из средней части («гильзы») катушки от ниток. Насадите гильзу на карандаш, отрежьте два блока шириной по 8 мм и круглым надфилем пропилите в них по окружности канавки. Чтобы канавки были ровными, лучше всего пропиливать их, зажав гильзу в патрон токарного или сверлильного станка или хотя бы дрели. В этом случае канавки пропилите сначала, а потом уже, не останавливая вращения, отрежьте блоки от гильзы острой стамеской.
Из отрезков карандаша, сидящих внутри блоков, вытолкните грифель. Подберите гвоздики такой толщины, чтобы блоки легко на них вращались, и отрежьте кусачками две оси такой длины, чтобы они выступали за края блоков вместе с шайбами по 2 мм с каждой стороны. Из медной проволоки согните на этих осях по две шайбы на каждый блок. Собрав блоки с шайбами на осях, окончательно загните «ушки» кронштейнов так, чтобы оси не могли выпасть.
Для определения трения скольжения положите доску плашмя на стол и перекиньте нитку от грузовой площадки через нижний блок кронштейнов. Нитка должна идти параллельно доске. Нагрузив площадку гирей весом в 1 кг, тяните за свободный конец нитки динамометром так, чтобы площадка с грузом двигалась равномерно. Заметьте показание динамометра. Коэффициент трения равен силе тяги, деленной на вес площадки вместе с грузом.
Если подходящего динамометра у вас нет, привяжите к концу нитки ведерко и насыпайте в него песок или дробь до тех пор, пока площадка с грузом не придет в равномерное движение. После этого ведерко с дробью взвесьте.
Для большей точности можете для каждой пары материалов повторить опыт несколько раз, изменяя вес положенного на площадку груза. Значения коэффициента трения будут получаться очень близкими. Если какое-нибудь из них будет сильно отличаться, отбросьте его, а из остальных возьмите среднее арифметическое.
Прицепляя грузовую площадку к нити широкой или узкой стороной, вы сможете убедиться, что сила тяги от этого не меняется.
Трение качения можно определить подобным же образом, только под грузовую площадку надо подложить несколько круглых карандашей. Нитку теперь нужно перекинуть не через нижний, а через верхний блок кронштейна. Ведь она должна быть параллельна доске, а грузовая площадка, уложенная на круглые карандаши, стала выше на 8 мм (диаметр обычных школьных цветных карандашей).
Вы легко убедитесь, что коэффициент трения качения примерно в десять — двадцать раз меньше, чем коэффициент трения скольжения. Именно поэтому в современной технике такую важную роль играют подшипники качения.
Простейшая паровая турбина
Паровая турбина приводится в движение струей пара, ударяющей в лопатки стального колеса. Простейшую модель, показывающую принцип действия паровой турбины, можно сделать из консервных банок.
Подберите две одинаковые банки такой формы, как показано на рисунке 24.
Рис. 24. Простейшая паровая турбина.
Прокипятите их и промойте горячей водой с ершиком, чтобы удалить все остатки содержимого. От одной банки отрежьте закатанный ободок с той стороны, где она открыта. От другой банки отрежьте дно, оставив бортик высотой примерно 15 мм.
Вставьте дно с бортиком в банку с отрезанным ободком и хорошо пропаяйте по окружности. Если дно не будет входить, наружную банку наденьте на отрезок стальной трубы, зажатый в тиски, и слегка расклепайте край стенки молотком.
Котел турбины готов. В крышке его нужно сделать два отверстия — для наливания воды и для выхода пара.
Водоналивное отверстие лучше всего завинчивать гнездом от старого штепселя. К крышке котла припаяйте гайку гнезда. Чтобы удобно было завинчивать, в головку гнезда впаяйте проволочную петельку.
На гнездо наденьте свинцовую шайбу толщиной 2–3 мм. Ее можно сделать из пломбы, расплющенной молотком, или из свинцовой оболочки кабеля. Шайба из кожи или резины работает гораздо хуже. А свинцовая совершенно плотно закрывает отверстие и служит очень долго. Нужно только несколько раз плотно завинтить и отвинтить гнездо, чтобы свинец хорошо притерся к гайке.
Пар из котла лучше всего выпускать через капсюль от примуса. Тогда он будет бить узкой, сильной струйкой прямо в лопасти колеса.
В крышке котла, отступя 20 мм от ее центра, проделайте отверстие. Капсюль должен входить в него своей нарезанной частью. Вставьте капсюль в отверстие и аккуратно пропаяйте кругом.
Для нагревания котла проще всего воспользоваться таблетками «сухого спирта», которые обычно берут с собой охотники и туристы. Жечь их нужно в плоской металлической баночке. Только целую таблетку не кладите: она горит так жарко, что котел может распаяться. Раскрошите таблетку на кусочки величиной с горошину и подкладывайте их по одному.
Можно взять лабораторную спиртовку или газовую горелку, если она есть в школьном физическом кабинете. Спиртовку можете сделать и сами из бутылочки. Трубочку для фитиля сверните из жести на большом гвозде. Длина трубочки 20 мм. На трубочку насадите жестяную шайбу наружным диаметром 20 мм. Фитиль сверните из гигроскопической ваты. Лучшее горючее для спиртовки — денатурированный спирт.
К котлу припаяйте ножки такой высоты, чтобы от конца фитиля до дна котла оставалось 20–25 мм. Ножки можно согнуть из толстой медной проволоки, как делали для сосуда с отверстиями.
Как сделать колесо турбины, ясно из чертежа. Жестяной кружок диаметром 50 мм надрежьте ножницами по радиусам. Каждую лопасть захватите плоскогубцами и разверните под углом в 90°. В центре проколите отверстие и вставьте ось длиной 40–50 мм.
Лучший материал для оси — вязальная спица. Для того чтобы ровно отломить ее конец, нужно сначала сделать надрез трехгранным напильником. Если напильник не возьмет, придется воспользоваться точильным брусочком. Отломанный конец аккуратно закруглите брусочком или напильником. Если спицы не достанете, можете сделать ось из тонкого гвоздя. Только имейте в виду, что гвоздь не полирован и турбина будет работать хуже. Колесо припаяйте к середине оси.
Для оси сделайте две стойки по рисунку 24. Отверстия для оси аккуратно проверните граненым шилом и снимите заусенцы. Ось должна входить в отверстия плотно.
Загнутые верхние концы стоек будут служить ограничителями. Они не дадут оси с колесом сместиться в сторону.
Стойки вместе с осью поставьте на крышку котла и прихватите пайкой. Ось должна иметь между ограничителями небольшой свободный ход.
Турбина готова. Зажгите спиртовку, а котел наполните горячей водой и плотно закройте водоналивное отверстие. Когда вода закипит, струйка пара завертит колесо турбины.
Если турбина работает слабо, проверьте, точно ли попадает струйка пара на лопасти колеса. Если неточно, подвиньте колесо, изгибая ограничители.
Может оказаться и так, что струйка пара слишком слаба. Ведь отверстие в капсюле очень маленькое. Попробуйте расширить его швейной иглой. Если сделаете отверстие слишком большим, давление пара упадет и турбина будет работать плохо. В этом случае отверстие надо запаять и снова проткнуть иглой.
Маятник Максвелла
Все вы знаете, что такое маятник. Каждый видел его в стенных часах.
Но попробуйте сообразить, как и почему качается маятник. Ведь если остановить его в среднем положении, он сам по себе не начнет снова качаться. Маятник замрет неподвижно. Ну, а если отклонить его?
Отклонившийся маятник приподнимается вверх. Это особенно хорошо заметно, если отклонение большое. Для того чтобы отклонить маятник, нужно произвести работу. На что расходуется эта работа? Она превращается в потенциальную энергию поднятого маятника. А энергия, как вы знаете, — это способность совершать работу.
