Лаборатория юного физика - Гальперштейн Леонид Яковлевич
Основная часть нашего манометра — стеклянная трубка длиной около 1 м, изогнутая в виде латинской буквы U. Как ее изогнуть, сказано в описании сообщающихся сосудов. Если же такой длинной стеклянной трубки не достанете, можете взять две более короткие, длиной по 350–400 мм, и соединить их отрезком резиновой трубки, как показано на рисунке 12.
Рис. 12. Манометр и его части.
На этом же рисунке показаны и все остальные части манометра.
Основание сделайте из доски толщиной 20–25 мм. Более тонкую брать не стоит: она будет слишком легка и не даст манометру необходимой устойчивости. Панель же, на которой крепится трубка, должна быть полегче. Ее можно сделать из дощечки толщиной 10–12 мм.
Чтобы панель хорошо стояла на основании, ее нужно укрепить деревянным подкосом. На нашем чертеже этот подкос имеет форму треугольной рейки. Можно, разумеется, делать его и иначе. Например, отпилить от какой-либо дощечки два прямоугольных треугольника и прибить их к основанию и панели сторонами прямого угла.
Заготовив все части подставки, тщательно отполируйте их шкуркой. Соприкасающиеся поверхности обработайте так, чтобы панель стояла на основании прямо, ровно, а подкос прилегал бы плотно.
Соединять части подставки лучше всего шурупами и столярным клеем. Шурупы нужны длиной 30–35 мм с потайными головками. Места для их завинчивания наколите шилом, а под головку сделайте выемки.
Соприкасающиеся поверхности деревянных частей покройте тонким слоем столярного клея. Шурупы смажьте сухим мылом и заверните на свои места. Если шурупов нет, можно сбить подставку гвоздями длиной также 30–35 мм, но обязательно на клею.
Через час после склейки снимите стамеской выступившие на стыках капли клея. После этого подставку можно покрыть светлым мебельным лаком, или цапон-лаком. Можно также окрасить ее масляной или эмалевой краской светлых тонов (белый, кремовый, «слоновая кость»). Только не окрашивайте панель морилкой или темной краской. На темной панели плохо будет виден уровень жидкости в стеклянных трубках.
Заготовьте по рисунку 12 жестяные хомутики для крепления трубки манометра к панели. Если трубка составная, с резиновым коленом, хомутиков нужно четыре штуки. Для цельной трубки достаточно трех хомутиков. Два верхних остаются на тех же местах, а вместо двух нижних поставьте один на самой середине колена. В тех местах, где будут хомутики, оберните трубку изоляционной лентой.
Наденьте хомутики на трубку и осторожно прибейте к панели мелкими гвоздиками.
Собственно говоря, манометр уже готов. Если налить в него воду, подкрашенную чернилами, она установится в обоих коленах трубки на одном уровне. Так и должно быть в сообщающихся сосудах, если давление воздуха в них одинаково. Если же на одно из колен надеть резиновую трубку и попробовать отсосать из нее воздух, то уровень жидкости в этом колене поднимется, а в другом — опустится. Разница уровней покажет, на сколько миллиметров водяного столба давление в колене с отсосанным воздухом стало меньше атмосферного давления.
Чтобы разность уровней удобнее было измерять, наклейте на панель прибора шкалу из миллиметровой бумаги. Края шкалы должны подходить возможно ближе к обеим трубкам. Для упрощения отсчета по одной из жирных линий миллиметровки проведите тушью горизонтальную черту. Это будет нулевая линия. Воды в прибор всегда наливайте столько, чтобы ее уровни устанавливались точно на нулевой линии.
Теперь, если из одного колена снова начать отсасывать воздух или же, наоборот, дуть в это колено, то один уровень поднимется выше нулевой линии, а другой опустится на столько же ниже ее. Чтобы определить разность уровней, достаточно измерить, на сколько миллиметров отклонился от нулевой линии один (любой) из уровней, и полученный результат умножить на 2. Это и будет разность давлений, измеренная в миллиметрах водяного столба.
Для того чтобы удобнее было создавать в одном из колен манометра повышенное давление, присоедините к нему сосуд с диафрагмой. Отрежьте нижнюю часть банки из-под сгущенного молока так, чтобы высота ее стенок была равна 40 мм. Верхний край банки осторожно отогните наружу, заложите кольцо из медной проволоки и закатайте до стыка со стенкой. Стык пропаяйте. Закатка нужна для того, чтобы край жести не прорезал резиновую диафрагму. Неровности после пайки снимите ножом и шкуркой.
В бок сосуда впаяйте жестяной патрубок. Его наружный диаметр должен быть таким же, как у стеклянной трубки манометра. Отверстие для патрубка должно быть на 12 мм выше дна банки.
Под дно сосуда припаяйте три одинаковые жестяные лапки с отверстиями (рис. 12) и прибейте сосуд к панели над более коротким коленом манометра. Соедините это колено с патрубком сосуда резиновой трубкой.
Осталось сделать диафрагму. Материал для нее — тонкая резина. Можно использовать детский воздушный шарик (лучше такой, который еще не был надут).
Хорошо растяните диафрагму на отверстии сосуда и плотно обвяжите суровой ниткой.
Если теперь надавить на диафрагму пальцем, то воздух в сосуде сожмется. Это давление передастся всему воздуху в колене манометра, соединенном с сосудом. Жидкость будет перетекать в свободное колено, пока разность ее уровней не станет равной давлению, которое вы производите на диафрагму.
Если в манометре оставить надолго подкрашенную воду, то она будет высыхать, а растворенные в ней чернила — оседать на стенках трубки. Поэтому не забывайте после каждого пользования прибором выливать из него подкрашенную воду и прополаскивать трубку.
Сегнерово колесо
Если струя жидкости или газа вытекает из трубки, то появляется сила, толкающая трубку в противоположную сторону. Эта сила называется реакцией вытекающей струи. Реактивные силы используются в современной технике. Так, например, реакция вытекающей струи газов приводит в движение реактивные самолеты и ракеты.
Одним из самых простых приборов, использующих реактивную силу, является так называемое сегнерово колесо! Оно вращается под действием реакции вытекающих струй воды.
Наше сегнерово колесо состоит из сосуда с трубками, оси и станины (рис. 13).
Рис. 13. Сегнерово колесо.
Сосуд — это просто консервная банка. В центре дна нужно проткнуть отверстие для оси. Но как найти центр? Действовать на глазок здесь не годится. При неточном изготовлении сосуд будет «бить» на оси.
Для нахождения центра можно воспользоваться бумажным кружком. Сначала измерьте точно диаметр дна банки между закраинами. У банки от зеленого горошка получается около 80 мм. Разделив диаметр пополам, найдете радиус. В нашем случае это будет 40 мм.
Окружность радиусом 40 мм начертите с помощью циркуля на листке плотной бумаги. Вырезав бумажный кружок, наложите его на дно банки снаружи. Если все сделано точно, он плотно войдет между закраинами.
На бумажном кружке центр хорошо виден. Это — след от ножки циркуля. Остается только наколоть его шилом. Поверните шило несколько раз, чтобы на дне банки остался заметный след. Он окажется точно в центре.
Теперь кружок отложите, а в найденном центре дна проверните шилом такое отверстие, чтобы в него туго входила вязальная спица. Эта спица будет осью прибора.
Сверху на банку наложите тройничок. Его можно сделать из жести от консервной банки. После того как припаяете тройничок на место, найдите его центр с помощью того же самого бумажного кружка, которым вы уже пользовались. В центре проверните шилом второе отверстие для оси.
На школьной ручке сверните из жести четыре трубки по 35 мм длиной и аккуратно пропаяйте их. На боковой стенке банки, на 10 мм выше дна, прочертите окружность и разделите ее на четыре равные части. В точках деления проделайте отверстия такой ширины, чтобы в них туго вошли заготовленные трубки. Эти отверстия можно сначала просверлить или проткнуть, а затем развернуть граненым шилом или напильником. Заусенцы можете не снимать.
