Веселые научные опыты и эксперименты Тит Том

Загадочный кельтский камень

Оборудование и принадлежности:

• одноразовая столовая ложка;

• пластилин;

• кусок толстого картона или гвоздь.

При раскопках древнекельтских поселений археологи обнаружили странный предмет из камня, получивший название «кельтский камень» (предполагалось, что кельты использовали его в качестве топора) (рис. 64). Кто-то из археологов совершенно случайно крутил на подвернувшейся доске эту находку. И что же обнаружилось? Этот ничем не примечательный предмет обладает интересным свойством: легко вращается в одну сторону, но отказывается вращаться в другую. Если его закрутить в «неправильном» направлении, то, сделав несколько оборотов, он быстро остановится, покачается несколько секунд и начнет вращаться в «правильном» направлении. Закрученный в «правильном» направлении, он продолжает вращаться до остановки.

Кельтский камень можно купить в магазинах, торгующих различными познавательными играми. Но его нетрудно сделать самим в домашних условиях. Нужно взять половинку эллипсоида (подойдет предмет, имеющий форму половинки яйца, или столовая пластиковая ложка с отломанной ручкой) и прикрепить к нему пластилином какой-либо предмет, имеющий форму параллелепипеда (подойдет картон, склеенный в 3–4 слоя), – так, чтобы продольные оси этих тел были сдвинуты относительно друг друга на 5–10°. Вместо параллелепипеда можно использовать металлический штырь (например, гвоздь). Не составит особого труда найти кельтские кмни в природе, например в речной гальке.

Рис. 64

В чем же кроется секрет данного феномена? Дело в том, что любое твердое тело имеет три взаимно перпендикулярные оси, проходящие через его центр масс, вокруг которых оно может свободно вращаться, не вращаясь при этом вокруг других осей. Когда тело имеет оси симметрии, то главные оси совпадают с ними.

Рис. 65

При рассмотрении моментов инерции кельтского камня для всех возможных осей, проходящих через его центр масс, выясняется, что самое большое и самое маленькое значение соответствуют осям, совпадающим с двумя из трех главных осей тела. На рис. 65 показано, что ось Z соответствует наибольшему моменту инерции параллелепипеда, Х – наименьшему, Y – промежуточному. Действительно, момент инерции тем больше, чем дальше части тела находятся от соответствующей оси. Например, кусочки параллелепипеда А и В находятся дальше от оси Z, чем от оси Y, а от оси Y дальше, чем от оси X.

Смачиваемость и несмачиваемость

Оборудование и принадлежности:

• стеклянный стакан;

• парафин;

• бутылка;

• стеклянная палочка.

Когда жидкость налита в сосуд, то большая часть ее поверхности граничит со стенками сосуда. В зависимости от того, смачивает жидкость стенки сосуда или не смачивает, форма поверхности жидкости у места соприкосновения со стенкой имеет разный вид.

Для исследования явления смачиваемости – несмачиваемости проведите следующий эксперимент. Возьмите обычный стакан и натрите его стенки изнутри парафином. Важно, чтобы стакан был чистым и сухим. Затем аккуратно налейте в него чистую холодную воду – чуть больше половины емкости. Когда поверхность воды успокоится, внимательно посмотрите на то, как выглядит поверхность воды в непосредственном месте соприкосновения со стенками стакана. Вы заметите, что вода как бы отталкивается от стекла, натертого парафином (рис. 66, а), и поверхность имеет в зоне контакта выпуклый вид, то есть на лицо эффект несмачиваемости. Результат вполне ожидаемый, поскольку парафин обладает водоотталкивающими свойствами. Еще проще провести этот же опыт со стеклянной пластинкой. Натрите поверхность чистой сухой пластинки и капните на нее пару капель воды. Капельки воды будут держаться плотными шариками и не растекаться (рис. 66, б).

Рис. 66

Теперь повторите все те же действия, но со стаканом, у которого стенки просто чистые, или с чистой сухой стеклянной пластинкой. Вы увидите совершенно противоположный результат (рис. 67, а, б): вода как бы тянется вверх по стенкам стакана, а в таком узком сосуде, как пробирка, поверхность воды приобретает вогнутую форму – ее еще называют мениском (от греческого «менискос» – полумесяц).

Рис. 67

Каждая жидкость, соприкасаясь с тем или иным твердым материалом, проявляет в определенных условиях смачиваемость или несмачиваемость. Можете поэкспериментировать с различными жидкостями. Для этого достаточно на плоскую горизонтальную поверхность капнуть жидкостью и понаблюдать, как капля распределится на поверхности. Если капля свободно растекается – значит, смачивает, если же, наоборот, держится плотным шариком наподобие ртути – значит, не смачивает.

Еще один простой способ продемонстрировать свойства воды смачивать стеклянные поверхности – это налить воду в бутылку с узким горлышком без применения воронки. Возьмите бутылку, стакан воды и стеклянную палочку. Введите один конец палочки в бутылку, а с другого конца аккуратно лейте на нее воду (рис. 68). Вода будет стекать, не прокапывая мимо.

Рис. 68

Кумулятивный эффект

Оборудование и принадлежности:

• стеклянная пробирка.

На несложном опыте можно воспроизвести явление кумуляции. Для этого вам понадобится стеклянная пробирка с водой и жесткая поверхность. Что же произойдет, если с некоторой высоты уронить на стол вертикально расположенную пробирку с водой? Поскольку в ходе эксперимента высока вероятность того, что пробирка может разбиться, необходимо принять меры предосторожности. Чтобы эксперимент прошел удачно, роняйте пробирку с небольшой высоты (1–3 см).

В предыдущем опыте рассмотрено, как формируется поверхность воды в пробирке – силы поверхностного натяжения формируют мениск. В момент удара о стол к силе тяжести, действующей на воду, добавится инерция движения жидкости, и давление на стенки пробирки существенно возрастет, то есть возникнет гидроудар. Силы поверхностного натяжения не смогут препятствовать стремительному выпрямлению поверхности воды, и в результате возникшего течения жидкость двинется от краев мениска к нижней его части на оси симметрии пробирки. Как следствие, вверх устремится тоненькая струйка воды (рис. 69). Высота, на которую поднимется эта струйка, будет существенно больше той, с которой вы уронили пробирку. Если, рискуя ее разбить, уронить пробирку с высоты 10–15 см, струйка воды вполне может достичь потолка.

Подобное явление называется кумуляцией (от лат. cumulatio – скопление), или кумулятивным эффектом.

В целях безопасности стеклянную пробирку можно заменить подходящим сосудом из пластика или металла.

Рис. 69

Трубка Пито

Оборудование и принадлежности:

• жидкостный манометр;

• вентилятор;

• пластиковая бутылка;

• воздушный шарик;

• скотч.

Изменение давления, вносимое препятствием, можно объяснить на примере действия паруса. При равномерном ветре степень сжатия воздуха в соседних участках одна и та же, поэтому можно было бы предположить, что силы давления, действующие по обе стороны паруса, будут одинаковы, а следовательно, ветер не должен двигать судно. Но в действительности именно парус на протяжении длительного периода служил основным движителем на воде, поскольку парус существенно изменяет движение воздуха. Ударяясь о препятствие (парус), воздух сжимается, подобно тому, как сжимается мяч, ударившийся о стенку; с подветренной стороны слои воздуха, прилегающие к парусу, сжимаются сильнее, чем остальной воздух, то есть давление повышается. С другой стороны паруса воздух, обтекая парус, оказывается менее сжатым, то есть давление в этой зоне меньше. Таким образом, за счет разницы давлений по разным сторонам паруса возникает равнодействующая сила, приложенная к парусу, которая движет судно.

Как парус меняет скорость потока воздуха, так и манометр, погруженный в текущую жидкость, изменяет скорость потока. После незначительной доработки жидкостного манометра можно создать интереснейший прибор для измерения скорости потока жидкости или газа. Для этого из маленькой пластиковой бутылочки и фрагмента воздушного шарика изготовьте приемник давления – раструб с мембраной (рис. 70). Для большей эластичности и, соответственно, чувствительности шарик желательно несколько раз надуть и спустить, в результате резина растянется, станет тоньше и податливее. Вырежьте из шарика достаточный кусок и натяните его на раструб, как показано на рисунке. Чтобы материал мембраны не соскальзывал, закрепите его скотчем. Готовый приемник давления соедините с приемной трубкой манометра, вставив в пробку раструба иголку от капельницы.

Итак, прибор готов, пора приступать к экспериментам. Если установить мембрану манометра навстречу потоку воздуха (для создания воздушного потока можно использовать домашний вентилятор, а для создания потока жидкости – шланг, присоединенный к водопроводному крану), манометр покажет существенное повышение давления. При повороте мембраны на 90°, то есть вдоль потока, манометр покажет несколько меньшее повышение давления; а при повороте мембраны на 180° от направления потока манометр отразит еще меньшие показания. Меняя интенсивность (поворотом регулятора оборотов вентилятора или крана), то есть скорость потока, вы заметите, что показания манометра будут пропорциональны скорости движения потока.

Рис. 70

В авиации для измерения больших скоростей воздушного потока (скорости движения самолета относительно воздушной среды) применяют несколько иной, но работающий на том же принципе прибор – трубку Пито. Для создания такого прибора вам необходимо изготовить приемник давления особой формы (рис. 71) – трубку с закругленным закрытым концом и отверстиями сбоку. Материалом для изготовления такого элемента может послужить дерево или пластик. Струи воздушного потока, проходя мимо отверстий, сохраняют свою скорость практически неизменной, и в колене манометра, соединенного с такой трубкой, создается давление. Такая трубка называется зондом.

Заглушив (заткнув) выходную трубку манометра и присоединив ко входной трубке зонд (рис. 72), вы сможете более точно, чем с помощью мембраны, измерять изменение скорости, например, ветра. Мембранный приемник давления из-за своих габаритов создает более значительные искажения в движущихся массах потока, чем закругленный зонд.

Рис. 71

Рис. 72

Сила Магнуса и подъемная сила крыла

Оборудование и принадлежности:

• лист плотной бумаги;

• клей ПВА;

• в качестве наклонной поверхности – крышка от картонной коробки или сама коробка, например от плоского монитора.

Для обнаружения силы Магнуса (поперечной силы, действующей на тело, вращающееся в набегающем на него потоке жидкости или газа; была открыта немецким ученым Г. Г. Магнусом в 1852 г.) можно проделать несложный эксперимент.

Склейте из листа плотной бумаги рулон и скатите его с наклонной обрывающейся поверхности (рис. 73). Естественно, скатываясь, рулон приобретет некоторую скорость. Далее, казалось бы, рулон должен двигаться (падать) по параболической траектории А, слегка искажаемой сопротивлением воздуха. Так все и происходило бы, если бы рулон падал без скольжения или скатывался бы тяжелый предмет. Как ни странно, но легкий рулон будет упрямо залетать под поверхность скатывания по траектории В, существенно отклоняясь от предполагаемой параболической траектории.

Рис. 73

Объясняется такое явление следующим образом: вращение рулона нарушает симметричность обтекания воздуха за счет эффекта прилипания. С одной стороны бумажного цилиндра скорость воздушного потока больше, значит, там давление понижается и возникает боковая подъемная сила, называемая силой Магнуса.

В футболе одним из коварных для вратаря ударов считается так называемый «сухой лист». Похожий подрезанный удар – «спин» (вращающийся, крученый) применяют в теннисе и других играх с мячом. При этом ударе мяч в полете быстро вращается, и его траектория становится гораздо сложнее в сравнении с траекторией мяча после обычного удара. Эти явления возникают в результате действия все той же силы Магнуса. Очень похожее на эффект Магнуса явление наблюдается при возникновении подъемной силы у крыла самолета.

Чудеса в стакане чая

Оборудование и принадлежности:

• стакан чая;

• диск здоровья или два блюдца.

Возьмите стеклянный стакан и заварите в нем чай, но не в пакетике, а листовой. Обратите внимание, что при помешивании ложечкой в стакане форма поверхности воды представляет собой параболоид вращения. При этом на дне стакана происходят весьма занимательные и, можно сказать, парадоксальные явления. Намокшие чаинки имеют большую плотность, чем вода, в противном случае они бы не опускались на дно.

Соответственно, при вращении на них действует большая, чем на воду, сила инерции, и, казалось бы, она должна относить их подальше от центра вращения, но вопреки этому чаинки собираются именно в центре (рис. 74).

Слегка трансформировав опыт, можно сильно изменить результат. Поставьте стакан с чаем на свободно вращающуюся поверхность (рис. 75), например на диск здоровья или на два блюдца, как описывалось в опыте «Домашняя лотерея или кинозал». Если наполненный стакан вращать с постоянной угловой скоростью, то чаинки соберутся там, где положено, – у стенок стакана. Почему так происходит? И что изменяет в опыте с вращением стакана?

Рис. 74

Жидкость (в данном случае вода) в силу своей вязкости прилипает к поверхности твердых тел (в данном случае – к стенкам и дну стакана). Когда стакан покоится, элементы жидкости, которые непосредственно соприкасаются со стаканом, тоже покоятся, а элементы, соседние с ними, из-за вязкости тормозятся – скорость вблизи стенок плавно возрастает от нуля до скорости основного потока. Поэтому у стенок стакана поверхность жидкости теряет свою параболическую форму. Область, где стенки стакана замедляют движение воды и ее поверхность отклоняется от формы параболоида, относительно невелика.

Таким же образом и неподвижное дно стакана тормозит жидкость. Давление жидкости возрастает по мере удаления от оси вращения. Сила давления на элемент жидкости со стороны оси вращения меньше силы давления с противоположной стороны. Эта разность является причиной центростремительного ускорения элемента жидкости, из-за чего он движется по круговой траектории. Но когда элемент жидкости приближается ко дну стакана, скорость из-за эффекта прилипания уменьшается, а разность давлений остается прежней. Центробежная сила ее не компенсирует, и поэтому жидкость течет от большего давления к меньшему. Такое течение и увлекает за собой чаинки на дно, собирая их в центре.

Рис. 75

Исследование воздушных пузырьков в жидкости

Оборудование и принадлежности:

• жидкостный манометр;

• резиновая груша, например аптечная спринцовка;

• стеклянный стакан с гладкими стенками.

На первый взгляд, процесс выдувания воздушных пузырьков в воде кажется настолько простым, что даже не заслуживает никакого внимания. На самом деле природа этого процесса весьма необычна и увлекательна. На рис. 76 изображен прибор для исследования физических процессов, происходящих во время образования воздушных пузырьков в жидкости. Для проведения данных опытов вам понадобиться соединить жидкостный манометр с наконечником резиновой груши. Проще всего это осуществить с помощью иглы от капельной системы.

Для удобства проведения эксперимента расположите установку на столе. Наполните чистый стакан или другую прозрачную емкость водой и погрузите наконечник груши в воду на небольшую глубину. Нажимая на грушу, вы создадите внутри трубки повышенное давление, регистрируемое жидкостным манометром. По мере увеличения давления в трубке радиус выдуваемого пузырька все уменьшается (рис. 77, а – в). Продолжая плавно увеличивать нажим на грушу, вы дойдете до такого положения, когда радиус пузырька начнет увеличиваться (рис. 77, г), а манометр при этом зафиксирует уменьшение давления. Этот опыт показывает, что изогнутость поверхности жидкости связана с добавочным давлением по ту сторону поверхности, куда она обращена своей вогнутостью, и что добавочное давление тем больше, чем меньше радиус кривизны поверхности.

Рис. 76

Рис. 77

Ели конец трубки окунуть не в воду, а в другую жидкость, например в спирт или подсолнечное масло, то манометр покажет иные максимальные давления. В случае спирта максимальное давление будет приблизительно в 3,5 раза меньше, чем в воде, так как поверхностное натяжение спирта меньше поверхностного натяжение воды тоже в 3,5 раза.

Какое значение имеет кривизна поверхности? Силы, связанные с наличием поверхностного натяжения и направленные о касательной к поверхности жидкости, в случае выпуклой поверхности дают результирующую силу, направленную внутрь жидкости (рис. 78, а). В случае вогнутой поверхности результирующая сила направлена, наоборот, в сторону газа, граничащего с жидкостью (рис. 78, б). Следовательно, давление жидкости, ограниченной выпуклой поверхностью, больше давления окружающего газа, а давление жидкости, ограниченной вогнутой поверхностью, наоборот, меньше давления окружающего газа.

Рис. 78

Исследование магнитных полей, создаваемых постоянными магнитами

Оборудование и принадлежности:

• несколько постоянных магнитов, желательно различной формы;

• лист картона;

• железные опилки.

Огромный круг явлений природы определяется магнитными силами. Магнитные силы – источник многих явлений микромира, т. е. поведения атомов, молекул, атомных ядер и элементарных частиц (электронов, протонов, нейтронов и пр.). Магнитные явления характерны и для огромных небесных тел, Солнце и Земля – это огромные магниты. Половина энергии электромагнитных волн (радиоволн, инфракрасного, видимого и ультрафиолетового излучения, рентгеновских и гамма-лучей) является магнитной.

Массивное железное ядро внутри Земли и мощные вихревые электрические токи, происходящие внутри нашей планеты, порождают электромагнитное поле, защищающее Землю от губительного космического излучения.

Для исследования магнитных полей в домашних условиях вам понадобится как минимум один постоянный магнит и железные опилки. Возьмите обычный большой гвоздь и с помощью крупного напильника настрогайте железных опилок – 2–3 столовые ложки. Затем насыпьте тонким равномерным слоем опилки на картон и поднесите с нижней стороны магнит. Под воздействием магнитного поля опилки займут четко определенное положение, соответствующее силовым линиям магнитного поля. На рис. 79 показано расположение опилок под воздействием плоского прямоугольного магнита. Четко просматривается направление силовых линий от северного полюса N к южному полюсу S.

Передвигая магнит, вы сможете наблюдать, как железные опилки будут переориентироваться в соответствии с изменением положения магнита.

Рис. 79

Проведите аналогичные опыты с магнитами подковообразной или круглой формы, а также с несколькими магнитами одновременно. При передвижении несколько магнитов одновременно у вас получатся весьма интересные и замысловато движущиеся картинки. Чем разнообразнее формы магнитов, тем сложнее и интереснее будет рисунок силовых линий создаваемого ими магнитного поля.

Постоянные магниты можно извлечь из неисправных динамиков или наушников.

Исследование магнитных полей, создаваемых электрическими магнитами

Оборудование и принадлежности:

• один или несколько толстых стальных гвоздей;

• 1–2 м медного или алюминиевого изолированного провода;

• квадратная батарейка;

• лист картона;

• железные опилки.

В 1825 г. английский инженер Уильям Стёрджен изготовил первый электромагнит, представляющий собой согнутый стержень из мягкого железа с обмоткой из толстой медной проволоки. Для изолирования от обмотки стержень был покрыт лаком. При пропускании тока железный стержень приобретал свойства сильного магнита, но при прерывании тока мгновенно их терял. Именно эта особенность электромагнитов и позволила широко применять их в технике.

В промышленности, в автомобилях и в различных электробытовых приборах широко применяются электромагнитные устройства. Принцип их работы основан на том, что при протекании электрического тока через обмотку возникает магнитное поле, а железный сердечник (магнитопровод или магнитоконцентратор), находящийся внутри устройства (например, электромагнитного реле), приобретает магнитные свойства. Постоянный магнитный поток создается постоянным током в обмотке таким образом, что сила притяжения зависит только от величины силы тока и не зависит от его направления в обмотке (рис. 80). Если пропускать ток по проводнику, то вокруг него создается магнитное поле, которое можно обнаружить при помощи магнитной стрелки.

Рис. 80

Для создания самодельного электромагнита обмотайте вокруг сердечника (толстого гвоздя или стального штыря) изолированный провод (рис. 81). Чем больше витков и чем плотнее они намотаны, тем эффективнее будет работать устройство. Для того чтобы провод не разматывался, закрепите его изолентой или скотчем. Затем присоедините к батарейке выходы обмотки – ваш электромагнит готов. Для удобства пользования созданной установкой рекомендуется в электрическую цепь включить размыкатель (подойдет обычный тумблер от светильника или электровыключатель), это позволит вам включать и отключать устройство по мере необходимости.

Рис. 81

При желании форму сердечника можно изменять, его можно согнуть в виде подковы, кольца и пр.

С помощью электромагнита можно поднимать или притягивать небольшие железные грузы, а также проводить исследования магнитного поля. Никогда не используйте источники тока с напряжением выше 12 В! Это опасно для жизни! И вообще, желательно все опыты, связанные с использованием электричества, проводить при участии взрослых. Во всяком случае, обязательно с ними проконсультируйтесь.

Воздействие магнитов на магнитное поле Земли

Оборудование и принадлежности:

• магнит;

• компас.

Всем известно, что компасы с магнитной стрелкой всегда показывают, где находится северный и южный магнитный полюса Земли. Принцип их работы заключается в том, что наша планета окружена магнитным полем, и магнитная стрелка компаса ориентируется подобно железным опилкам вдоль силовых линий этого поля. Но если вы поднесете к компасу магнит или массивный железный предмет, то заметите, что положение стрелки отклонится от основного положения. Понаблюдайте за тем, как будет меняться направление стрелки при различных положениях магнита относительно компаса.

Магнит своим магнитным полем хоть и на небольшое расстояние, но все же вносит возмущение в магнитное поле Земли и вынуждает компас врать. Именно поэтому магнитные компасы изготавливали в корпусах из немагнитных материалов – дерева, кости, латуни, бронзы и т. д. В романе Жюля Верна «Пятнадцатилетний капитан» злодей Негоро подложил под судовой компас топор и тем самым изменил курс следования корабля.

Электромагнитная индукция

Оборудование и принадлежности:

• картонная или пластиковая труба;

• катушка медного провода;

• электротестер с милливольтметром;

• постоянный магнит прямоугольной формы.

Электромагнитная индукция – это явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него. Электромагнитная индукция была открыта Майклом Фарадеем 29 августа 1831 г. Он обнаружил, что электродвижущая сила возникает в замкнутом проводящем контуре при изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром.

Для воспроизводства опыта великого физика вам понадобится изготовить катушку индуктивности. В качестве основы для нее подойдет обрезок пластиковой или картонной трубы диаметром около 3 см и длиной около 15 см. Возьмите провод и, закрепив на трубке ниткой или скотчем первый виток, аккуратно, ровно и не спеша намотайте обмотку (рис. 82). Должно быть не менее 200 витков. Учтите, что чрезмерное количество витков может привести к тому, что электрическое сопротивление обмотки полностью поглотит генерируемый ток и вы его не сможете зарегистрировать. Последний виток, так же как и первый, закрепите на катушке. Концы обмотки подсоедините к тестеру, включенному в режим миллиамперметра.

Теперь возьмите в руку магнит и резко опустите его внутрь катушки, а затем резко выньте оттуда.

В момент движения магнита миллиамперметр будет регистрировать возникновения электрического тока. Для большего удобства данный эксперимент желательно проводить с помощником.

Итак, проводя опыты с электромагнитом, вы убедились в известном факте, что переменный магнитный поток порождает электрический ток и, наоборот, электрический ток порождает магнитное поле. Именно это явление – причина возникновения электромагнитных волн.

Рис. 82

Подводная лодка в ванне

Оборудование и принадлежности:

• пластиковая бутылка с крышкой;

• трубка от капельной системы с иглой и дозатором;

• пластилин;

• проволока;

• металлические гайки;

• маникюрные ножницы.

Во все времена людей манили тайны глубин морей и океанов. Люди придумывали и строили различные устройства, позволявшие им погружаться под воду и находиться на глубине. Это были воздушные колокола, батисферы, батискафы, водолазные скафандры, акваланги, но самым совершенным аппаратом для покорения и исследования морских глубин является субмарина (подводная лодка).

Для исследования очень больших глубин применяют батисферы и батискафы. Батисфера – это стальной полый шар, способный выдерживать огромное давление воды в морских глубинах. В стенках батисферы обустраиваются иллюминаторы – отверстия, герметично закрытые особо прочными стеклами.

Прожектора освещают слои воды, куда уже не может проникнуть солнечный свет. Батисферу, в которой помещается исследователь, опускают с корабля на стальном тросе. Таким образом удавалось достигнуть километровой глубины.

Батискаф – это батисфера, к которой прикреплена внизу большая стальная цистерна, заполненная бензином. В батискафах опускаются на еще большие глубины. Так как бензин легче воды, то такой аппарат может плавать в глубине моря подобно дирижаблю в воздухе. Батискаф снабжается запасом балласта и двигателями, при помощи которых он, в отличие от батисферы, может самостоятельно передвигаться, не будучи связан с кораблем на поверхности воды.

Вначале батискаф плавает на поверхности воды, подобно подводной лодке. Для погружения пустые балластные отсеки (цистерны) заполняются забортной водой, и батискаф уходит под воду, опускаясь все глубже и глубже, до самого дна. Сбросив балласт, облегченный батискаф всплывает на поверхность. Наиболее глубокое погружение было совершено 23 января 1960 г., когда батискаф 20 минут пролежал на дне Марианской впадины в Тихом океане, на глубине 10 919 м, где давление воды составляло свыше 1150 атмосфер. Исследователями, опускавшимися в батискафе, даже на этой наибольшей глубине мирового океан были обнаружены живые существа.

Подводная лодка (субмарина) – это судно, способное передвигаться как на поверхности воды, так и в ее глубинах совершенно автономно. В отличие от батисфер и батискафов подводные лодки не могут погружаться на очень большие глубины (как правило, не более 350 м), но зато они способны совершать длительные переходы, не всплывая на поверхность. К тому же субмаринам, в отличие от батискафов, нет необходимости перед каждым погружением принимать дополнительный балласт и сбрасывать его при всплытии.

Все субмарины, не зависимо от того, где и когда они были созданы, устроены по одному принципу – это герметичный корпус, в котором размещены жилые отсеки, силовая установка, системы жизнеобеспечения и управления, отсеки специального назначения и балластные цистерны. Подводные лодки конструируются так, чтобы иметь незначительную положительную плавучесть, то есть чтобы архимедова сила удерживала лишь небольшую их часть в надводном положении. В надводном положении в цистернах находится воздух. При погружении под воду цистерны заполняются забортной водой. Для всплытия вода из цистерн выдувается сжатым воздухом.

Надеемся, вы знакомы с захватывающими приключениями героев романа французского писателя-фантаста Жюля Верна «20 000 лье под водой», в котором увлекательно описан подводный мир и невероятный подводный корабль «Наутилус».

Предлагаем вам построить собственное подводное судно (рис. 83). Возьмите пластиковую 1,5-литровую бутылку. Прорисуйте маркером две продольные линии на расстоянии 4 см друг от друга. Вдоль этих линий прорежьте отверстия через каждые 2 см. Эти дырочки послужат для крепления балласта и в качестве водозаборных клапанов (1). Тонкой проволокой или нитками прикрепите балласт (2). В качестве балласта можно использовать металлические гайки или несколько железных штырей. Также неплохо для балласта в прорезанные отверстия вкрутить болты, но в этом случае между обозначенными линиями необходимо провести еще одну линию и проделать в ней дополнительные водозаборные отверстия, так как через отверстия с болтами вода будет плохо входить и выходить.

Рис. 83

В пробку (3) вставьте иглу (4) с трубочкой (5) от капельницы. На противоположной от балластной стороне бутылки из пластилина укрепите ходовую рубку (6). Из трубочки для коктейлей прекрасно получится перископ (7). Итак, ваша субмарина готова к испытаниям.

Наполните ванну или другую подходящую по объему емкость водой. Положите на воду испытуемый объект. При правильной балластной балансировке подлодка будет занимать правильное положение, то есть рубка с перископом будет находиться вверху. Судно должно принять в себя некоторое количество воды через водозаборники и занять устойчивое положение.

Количество принятой воды вы сможете регулировать, перекрывая клапан (8). В зависимости от количества воды, принятой лодкой, будет зависеть глубина ее погружения. При постоянно открытом клапане она будет опускаться все глубже и глубже, пока полностью не ляжет на дно. Для всплытия вам нужно ртом или насосом вдувать воздух внутрь субмарины. Воздух будет выдавливать воду за борт, и лодка всплывет.

Конечно, это не полная аналогия настоящей подлодки, поскольку у модели нет двигающего винта и рулей глубины. Но если вы проявите фантазию и изобретательность, то вполне сможете доработать и усовершенствовать предложенный вариант подводного корабля.

Распространение звука в упругой среде

Оборудование и принадлежности:

• наручные механические часы;

• гладкая деревянная поверхность (стол).

Звук – это упругие механические колебания, распространяющиеся в виде волн в какой-либо среде, воспринимаемые человеческим ухом (частоты от 16 до 20 000 Гц). Любые механические колебания могут распространятся только в упругих средах – в воздухе, воде, древесине, бетоне, металлах и т. п. Чем плотнее среда, тем лучше в ней распространяются механические волны. В древности, для того чтобы узнать о приближающейся вражеской кавалерии, стражники прикладывали ухо к земле. Земля намного плотнее воздуха, и топот копыт вражеских лошадей передавался по земле на многие десятки километров. Так дозорные заблаговременно узнавали о приближающейся опасности. Подобным же образом поступали грабители поездов на Диком Западе (США) – прикладывая ухо к рельсу, они узнавали о приближении поезда задолго до его появления.

Предлагаем вам убедиться в том, насколько эффективно распространяется звук в материалах плотнее воздуха. Возьмите обычные наручные механические часы и положите их на край стола (рис. 84). Обычно их тиканье можно услышать, только приложив часы к уху, а даже на маленьком расстоянии его уже не слышно. Приложите ухо к противоположному от часов краю стола – и вы четко услышите звук работы часового механизма. Воздух, конечно, достаточно упруг, но по сравнению с деревом его плотность очень мала, поэтому через древесину столешницы звуковые колебания распространяются гораздо эффективнее.

Еще одним примером этого явления может послужить сравнение шумового фона в деревянном, кирпичном и бетонном домах. Чем тверже и плотнее материал стен, тем хуже звукоизоляция помещений. Именно поэтому для борьбы с нежелательным шумом используют различные пористые материалы, которые препятствуют распространению звука и поглощают его.

Рис. 84

Занимательные факты