Том Тит - Веселые научные опыты и эксперименты

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

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.