Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2005 № 09

Гидростатический парадокс показывали и при помощи аппарата Сире (рис. 4).

Он состоял из цилиндрического стаканчика с водой, на который плотно, без зазора, надевался цилиндрический колпачок с тонкой высокой трубкой. Когда эту трубку заливали водой, колпачок начинал подниматься. К пояснению собственно закона Архимеда шли отдельными шагами.

К установленному в сосуде прозрачному цилиндру с ровно отрезанным и отшлифованным торцом (рис. 5) прижимали и удерживали на нитке тяжелую пластинку. Когда сосуд заливали водой, нитку выпускали из рук, но пластина продолжала удерживаться, теперь уже давлением воды. Тем самым ученику показывали, что в жидкости существуют силы, направленные вверх, и они могут поддерживать плавающее тело.

Аппарат Шеллена показывал, что плавающее тело до тех пор погружается в воду, пока не вытеснит столько воды, сколько весит оно само (рис. 6).

Аппарат состоял из прозрачного цилиндра со сливной трубочкой, направленной в мензурку. В цилиндр наливали воду до уровня этой трубочки и аккуратно опускали в него заранее взвешенное тело, способное плавать. Оно до какого-то уровня погружалось в воду, которая выливалась в мензурку. По объему воды определяли ее вес, и оказывалось, что он равен весу тела.

Начало XX века — это время появления подводных лодок. Поэтому некоторые опыты посвящались особенностям плавания под водой.

Случается, что подводная лодка ложится на грунт, а после не может всплыть. Объясняется это тем, что грунт имеет большую вязкость и через него на нижнюю поверхность лодки не передается гидростатическое давление. Таким образом, получалось, что лодка, продув балластные цистерны, стала легче воды, но основной причины всплывания — давления снизу — нет, всплыть невозможно.

Существовало несколько приборов, поясняющих это явление. Вот поплавок Гедике (рис. 7).

Его опускают на дно наполненного жидкостью сосуда и вдувают воздух. После этого поплавок остается на дне, словно бы присосавшись к нему. Опыт хорошо получается, если дно сосуда достаточно плоское, а края поплавка ровно срезаны.

Закону Архимеда подчиняются тела, плавающие не только в воде, но и в воздухе. Именно в эту эпоху моря начинают бороздить гигантские военные корабли, а в небе появляются ничуть не отстающие от них по размерам корабли воздушные — дирижабли.

С ними нередко случаются удивительные коллизии. Ранним прохладным утром подъемная сила дирижабля возрастает на несколько тонн, а в знойный полдень, наоборот, настолько же уменьшается. Когда воздушный корабль проходит под облаком, неведомая сила тянет его вверх…

Логически все это объяснить просто. Прохладным утром или в тени под облаком воздух «съеживается» от понижения температуры и делается плотнее. От этого возрастает сила Архимеда, держащая дирижабль «на плаву». Но показать это в классе при помощи воздушных шариков или мыльных пузырей не удавалось (рис. 8).

Однако была доступна для наблюдения водная модель этого явления. Немецкая и русская промышленность выпускала пустотелые латунные шары. Объем и вес такого шара были подобраны столь точно, что он мог оставаться под водой на любой глубине, напоминая подводную лодку или дирижабль, неподвижно зависшие в толще воды. Стоило в сосуд бросить кусочек льда, вода в нем остывала, плотность ее увеличивалась, и шар начинал подниматься, как дирижабль в утреннюю прохладу.

В ближайшие годы, вероятно, измерения, делавшиеся на приборах Гартля, можно будет выполнять при помощи универсальных измерительных комплектов с электронными датчиками. Но при этом лекция учителя потеряет наглядность. Возможно, для массовой школы этого вполне достаточно. Однако там, где физику изучают углубленно, применение добротных демонстрационных приборов намного эффективнее. Да и сделать их самим совсем не сложно!