Класс!ная физика - всегда рядом Класс!ная физика - викторины Класс!ная физика - для любознательных Техно-шокер Музей открытки 20 века Коты-работы художников

"Что кажется нам чудом, на самом деле таковым не является!" - Симон Стевин
Но, что будет, если кота Шрёдингера засунуть в бутылку Клейна и обмотать всё лентой Мёбиуса?





«Класс!ная физика» - это class-fizika.spb.ru, class-fizika.narod.ru, class-fizika.ru.

 Класс!ная физика   -  YouTube

Вращение (ч.1) Опыты

ПечатьE-mail


КОГДА ВОДА НЕ ВЫЛИВАЕТСЯ ИЗ БУТЫЛКИ


Если налить воду в бутылку с широким горлышком, скажем в молочную, и бутылку перевернуть вверх дном, что произойдет?
Тут и опыта никакого не надо: ясно, что вода выльется, и очень быстро!

Ну, а нельзя ли все-таки перевернуть бутылку так, чтобы вода из открытого горлышка не выливалась?
Давай попробуем.
Только не в комнате, выйдем лучше во двор. Для нашего опыта нужно много места. Ведь мы не просто станем переворачивать бутылку, а поставим ее в хозяйственную сетку, с которой ходят за покупками.
Постепенно раскачай бутылку в сетке и —раз!
Бутылка делает полный оборот... второй... третий... деся­тый...


И каждый раз она переворачивается дном вверх, а горлышком книзу. Но ни одна капля воды не выливается!
Почему?
Что произошло с водой?
Может быть, она не выливается из-за вращения?



НЕМНОЖКО ЦИРКА


Мы в цирке, над головой у жонглера на легкой палочке вертится тарелка.
Узнаешь закон физики?
Волчок!
Тарелка подперта палочкой не в центре, а ближе к краю. Так удобнее раскручивать. И все же она держится на палочке. Держится, потому что сохраняет направление своей оси.

Продолжая вращать тарелку, жонглер умудряется перекувырнуться через голову или лечь на пол и перекатиться, перехватывая палочку из руки в руку. Потом он перебрасывает тарелку другому жонглеру. Тот подхватывает ее на свою палочку и продолжает вращать.


Иной раз жонглеры крутят не одну тарелку, а несколько, держа две палочки в руках, третью — на носке ноги, а на лбу удерживая шест, на котором вращается целое блюдо или поднос, уставленный рюмками.

Вот какие чудеса вытворяет в цирке волчок! Но конечно, одного только чудесного свойства волчка тут недостаточно. Чтобы стать жонглером, надо несколько лет учиться этому искусству. И, даже выучившись, артисты цирка каждый день тренируются, чтобы потом с замечательной легкостью, с беспечной улыбкой исполнить их на манеже.

Если очень хочется попробовать свои силы, вырежь из толстого картона или выпили из фанеры круг размером с тарелку. Он-то не разобьется! Но помни, что учиться жонглировать можно только в таком месте, где ты ничего не заденешь, не зацепишь, не опрокинешь.

Фокус с тарелкой едва ли у тебя получится. Гораздо легче другой фокус — с широкополой шляпой. Его часто проделывают цирковые клоуны, набрасывая шляпы на головы своим партнерам.
Попробуй и ты набросить шляпу на голову товарищу. Это не так уж трудно. Важно только, бросая шляпу, закрутить ее вокруг вертикальной оси. Тогда она не будет кувыркаться в воздухе. Ну, а остальное уже зависит от твоей меткости.



ОПЫТ С МОНЕТОЙ И ШАРИКОМ


Этот эксперимент - замечательный пример действия центробежной и центростремительной силы.
Для проведения опыта вам понадобятся: воздушный (достаточно прозрачный) шарик, монета и нитки.

Опустите монету внутрь шарика. Надуйте шарик и перевяжите его ниткой. Возьмите шарик одной рукой за тот конец, где нитка. Совершите несколько вращательных движений рукой. Через какое-то время монетка начнет вращаться по кругу внутри шарика. Теперь второй рукой зафиксируйте шарик снизу в неподвижном положении. Монетка будет продолжать вращаться еще секунд 30 или даже больше.




Как объяснить?
При вращении объекта возникает сила, называемая центробежной. Вы катались на карусели? Чувствовали силу, выбрасывающую вас наружу от оси вращения. Это центробежная сила. Когда вы вращаете шарик, на монетку действует центробежная сила, которая прижимает его к внутренней поверхности шара. В то же время на нее воздействует сам шарик, создавая центростремительную силу. Взаимодейстие этих двух сил заставляет вращаться монетку покругу.



КОГДА ВОДА ВЫЛИВАЕТСЯ ВВЕРХ


Теперь вместо бутылки возьми жестяную банку от консервов. В ней легко пробивать дырки гвоздем. И если у тебя нет подходящей сетки, можешь пробить две дырки у верхнего края банки, пропустить в них концы веревки и завязать толстыми узлами, чтобы не вырвались. А за середину веревки вертеть. Можешь для проверки повторить предыдущий опыт с этой банкой, налив ее примерно на две трети. Вода и здесь не будет выливаться при вращении.

Ну, а теперь пробей в дне банки маленькую дырочку.
Пробил?
Наливай воды и раскручивай. Оборот... два... три...
Из дырочки в дне бьет струя воды. Бьет вниз —это понятно. Бьет вбок... Это уже странно. Бьет вверх!
Прямо вверх каждый раз, как банка, вращаясь, приближается к верхнему положению.


Отчего же так странно ведет себя вода в этой вращаю­щейся по кругу банке?
Почему из широкой, открытой верхней части не выливается ни капли, а из маленькой дырочки в дне бьет фонтан?
Ты, верно, уже понимаешь, что все дело именно во вращении. Ведь из неподвижной банки вода вверх не бьет ни через верхнюю часть, ни через дырочку.

Но когда банка движется, вода движется вместе с ней. Движется по инерции. А ведь ты, конечно, уже заметил, что тела, движущиеся по инерции, сами по себе не сворачивают в сторону. Веревка, которая удерживает банку, порядком тянет твою руку.

Банка стремится лететь прямо, лететь по инерции. А веревка не пускает, заворачивает по кругу. Банка сопротивляется, натягивает веревку.

Вода в банке тоже стремится двигаться по инерции, прямо. Но банка не пускает, заворачивает по кругу. Вода сопротивляется, давит на дно. И если в дне дырочка, из нее бьет фонтан.



ЗОНТИК И СЕПАРАТОР


Раскрой зонтик, упри его концом в пол и раскрути. Внутрь зонтика брось мячик. Пусть покатается на карусели! Но мячик не хочет кататься. Он ползет вверх, к краю зонтика. При сильном вращении он вылетает на пол. Ты уже знаешь почему. Мячик стремится двигаться прямо, он «не хочет» заворачивать.

Интересно, что на этом же явлении основано действие сепаратора для молока. Латинское слово «сепаратор» означает «отделитель». И он действительно очень хорошо отделяет от молока жирные сливки.
Впрочем, ты лучше поймешь действие сепаратора, если сделаешь сначала еще один опыт.



Для него придется изготовить специальное вращательное устройство. Не пугайся, оно не слишком сложное. Возьми крепкую палку длиной 15—20 см и у ее концов прорежь неглубокие кольцевые канавки. В этих местах прочно привяжи шнурки длиной 40 см каждый. Вот и все устройство.

Теперь подбери целый, непротекающий пакет из полиэтилена и наполни его на одну четверть растительным маслом и примерно еще на одну четверть подкрашенной водой. Подкрасить можно чернилами или синькой. Прочно завяжи пакет и привяжи его к середине палки. Более тяжелая вода соберется на дне пакета, а легкое масло будет плавать сверху.


Сам опыт лучше делать во дворе. Ведь полиэтиленовый пакет может прорваться, и из него ударит струя подкрашенной воды и масла.
Закрути шнурки и сильно потяни их концы в разные стороны. Палка и привязанный к ней пакет начнут вращаться все быстрее, быстрее... Смотри, жидкости в пакете переместились! Вода распределилась по окружности, а масло собралось в середине.
Почему?
Ты уже знаешь, что инерция зависит от массы. Вода плотнее масла. Иными словами, каждая капля воды имеет большую массу, чем такая же капля масла. Поэтому на воду инерция действует сильнее. Вот вода и отбрасывается к окружности пакета, вытесняя более легкое масло в середину.

А теперь вернемся к сепаратору.
Ты, конечно, знаешь, что в молоке есть жир. Он не смешивается с водянистой частью молока, он плавает в ней в виде крошечных капелек, которые можно увидеть только в микроскоп. Если дать молоку спокойно постоять несколько часов, более легкие капельки жира постепенно всплывут и соберутся в верхней части посуды. Если из этой верхней части жидкость слить, получим уже не молоко, а сливки. В них больше жира, чем в молоке. А внизу останется нежирное молоко-обрат.

Но на больших молочных фермах и заводах нужно перерабатывать слишком много молока. Некогда ждать, пока сливки сами отстоятся. Вот тут и нужен сепаратор. Это сосуд, который вращается очень быстро. Сосуд похож на бочонок. Под действием инерции молоко отбрасывается к его стенкам. Вспомни, как в опыте с вращающейся консервной банкой струйка воды била вбок.

Вода —тяжелая часть молока. Поэтому она прижимается к стенкам сильнее, чем более легкий жир. Вода выжимает, вытесняет жир к середине бочонка. И там, в середине, собираются сливки, а на окружности — обрат.
Сепаратор устроен так, что молоко можно все время подливать, не останавливая вращения. А сливки и обрат все время вытекают по особым трубкам. Сливок получается меньше, их желтоватая струйка гораздо тоньше на вид. А голубоватый обрат льется толстой струей.




Вернуться в «Оглавление»

Источник:  Ф. Рабиза, «Знай и умей. Опыты без приборов» и "Техника своими руками";  журн. «Юный техник»