Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2001 № 11
Как тут не вспомнить изречение древних «природа боится пустоты»!
Вдавливая пленку внутрь бутылки, мы объем воздуха в ней уменьшаем, давление становится больше атмосферного, и шарик сдувается.
Вот так мы и дышим (рис. 4).
Резиновая пленка — это диафрагма, воздушный шарик — легкие. Диафрагма опускается — вдох, диафрагма поднимается — выдох.
А следующий опыт напоминает фокус. Возьмите бутылку литра на полтора-два и легкую пластиковую банку из-под простокваши. Отрежьте у бутылки верх. Банка входит внутрь бутылки и закрывает ее наподобие крышки, но при этом не должна прочно держаться (рис. 5).
Налейте в бутылку воды, закройте банкой и переверните, осторожно придерживая банку. Теперь банку уже можно не держать, вода из бутылки выливаться не будет. Атмосферное давление, действующее на банку снизу, больше давления воды и воздуха, действующих сверху. При перевертывании бутылки небольшое количество воды из нее выливается, поэтому давление воздуха в бутылке меньше атмосферного. Опыт следует вести осторожно, над поддоном.
На этом принципе работают присоски животных, например, некоторых тропических ящериц. Их удерживает атмосферное давление воздуха. А по отношению к заплывшему на большую глубину кальмару роль атмосферы выполняет вода (рис. 6).
Рис. 6
Ее давление в десятки и сотни раз больше, чем давление воздуха, потому сила действия присосок значительно возрастает. Щупальца гигантского кальмара в таких условиях могут удерживать жертву с силою в десятки тонн. Не случайно их следы часто встречаются на коже кашалотов. Правда, считать их жертвами гигантских кальмаров не следует. «Нежная любовь» китов к мясу кальмара хорошо известна (рис. 7).
Рис. 7
Поскольку мы с вами немного заглянули в подводный мир, то следует вспомнить про водолазный или воздушный колокол, прибор, с помощью которого человек впервые опустился на дно моря.
Чтобы увидеть его в работе, потребуются две пластиковые бутылки. Пятилитровая с отрезанным верхом будет использоваться как сосуд с водой для наблюдения. Коническая часть бутылки меньшего объема исполнит роль водолазного колокола.
Положите на дно колокола бумажную салфетку. Поместите его в приготовленный сосуд с водой, опуская до дна. Вынув колокол из воды, вы обнаружите, что бумажная салфетка не намокла. Можно опыт видоизменить (рис. 8).
На поверхность воды положите крышку от бутылки, накройте ее воздушным колоколом. Вы увидите, что крышка опускается вместе с колоколом почти до самого дна! Большую часть колокола занимает воздух, который и вытесняет воду.
Известен рисунок из старинной книги, на котором был показан спуск на дно моря в водолазном колоколе Александра Великого. Это устройство, хоть и в сильно измененном виде, применяется по сей день. С его помощью, например, доставлялись водолазы, работавшие на подводной лодке «Курск».
Но задолго до появления на земле человека принцип водолазного колокола успешно применял водяной паук-серебрянка (рис. 9).
Свое гнездо он ткет из паутины в виде мешка, открытого снизу, и укрепляет его на водорослях. Тело паука покрыто особыми ворсинками, которые не смачиваются водой. Эти ворсинки удерживают воздух, когда паук находится в воде. Покрытый слоем воздуха, он блестит, как кусочек серебра, поэтому и называется серебрянкой. Заплывая в гнездо, он оставляет там пузырьки воздуха с поверхности своего тела.
Подводный дом паука становится похожим на прилипший к водорослям пузырек. На этом же принципе в СССР и других передовых странах были построены подводные дома. Они представляли собою большой водолазный колокол с уютными жилыми комнатами, мастерскими, лабораториями, кухней и т. д. Воздух туда подавался по шлангу с поверхности. В подводных домах, расположенных на глубине 30–60 м, по многу дней жили ученые, занимавшиеся исследованием морских глубин.
Есть один полезнейший прибор, спасший не один миллион жизней, но как-то говорить о нем не принято. Мы рискнем, расскажем, но начнем издалека.
Если требуется собрать разлившуюся по поверхности жидкость, то можно это сделать так. Крышку с патрубком наденьте на горлышко пластиковой бутылки. Патрубок служит шлангом (рис. 10).
Слегка нажмите на бутылку, чтобы выдавить из нее часть воздуха, и опустите шланг в жидкость. Ослабьте нажатие — и жидкость засосется в бутылку. Перед вами модель глазной пипетки или спринцовки.
Еще с античных времен врачи применяли для промывания кишечника весьма неудобный в обращении и опасный для больного насос с костяным наконечником. Изобретение полностью резиновой спринцовки появилось лишь в конце XIX века и произвело настоящий переворот в этом малоприятном, но, увы, необходимом деле.
А сейчас мы вспомним закон, который открыл примерно в 1650 году французский ученый Блез Паскаль.
Проделайте шилом в пластиковой бутылке несколько отверстий. Заполните бутылку водой. Если отверстия небольшие, то при закрытой крышке вода вытекать не будет. При надавливании на бутылку из отверстий появятся одинаковые струйки воды (рис. 11).
Тот факт, что они одинаковы, есть следствие закона Паскаля: давление, производимое на жидкость, передается без изменения в каждую точку объема жидкости.
Каким простым нам сегодня кажется этот закон! Но ученый потратил на его открытие шесть лет! Сегодня мы знаем, что закон этот применим не только к жидкостям и газам, но и к некоторым телам, которые мы зачастую считаем твердыми. Взять, к примеру, вар — черное вещество, входящее в состав асфальтового покрытия дорог.
Если кусок вара уронить на пол, он разлетится на множество острых осколков, словно стекло. Это позволяет отнести его к телам твердым. Но положите кусочки вара в воронку и оставьте на несколько дней. В итоге мы увидим, как вар, казавшийся нам твердым и хрупким, вытекает из воронки струйкой, словно жидкость. А это значит, он подчиняется закону Паскаля. Возможно, тех, кто вар подержал в руках, это может и не удивить, поскольку вар весьма пластичен. Но вот другое наблюдение. Археологам крайне редко, но все-таки попадаются оконные стекла, простоявшие в рамах сотни лет. Как правило, они оказываются книзу немного толще, чем вверху. Изучение формы таких стекол показывает, что они на протяжении веков медленно текли, словно жидкость.
И наконец, геологи имеют данные о том, что все горные породы и весь земной шар в целом ведут себя подобно вязким жидким телам и полностью подчиняются закону Паскаля. Но чтобы отследить это, требуются миллионы и миллиарды лет.
А тридцать лет назад, весной, юный безвестный гений изобрел развеселый прибор-брызгалку. Он также действует по закону Паскаля, но знал ли об этом изобретатель? Весьма возможно, что нет. Доказательством тому служит «картезианский водолаз» — игрушка, созданная задолго до рождения Паскаля.
Возьмите пластиковую бутылку и пипетку. Она будет водолазом. Наполните пипетку водой, так чтобы она могла плавать вертикально, практически полностью погрузившись в воду. Опустите «водолаза» в бутылку, доверху наполненную водой, и герметично закройте ее крышкой. Нажатие на бутылку создает избыточное давление. Оно передается по всем направлениям без изменения. В пипетку входит дополнительная порция воды, и она, став тяжелее, опускается на дно (рис. 12).
Пипетку можно заменить, например, колпачком от фломастера или колпачком от шариковой ручки. Чтобы колпачок плавал вертикально, вставьте в него несколько скрепок. Постарайтесь найти прозрачный колпачок, иначе сложно объяснить наблюдаемый опыт.
А если из металлической фольги сделать винт, одевающийся на колпачок, то водолаз будет опускаться и подниматься, вращаясь.
Возможно, принцип картезианского водолаза был подсмотрен у рыб. Рыбы ведь могут изменять объем своего воздушного пузыря и тем самым всплывать или опускаться. Была даже построена одноместная подводная лодка, имевшая наполненную воздухом полость, объем которой можно было изменять. Стоило его увеличить — и она поднималась. Здесь сходство с картезианским водолазом довольно велико, но все же наиболее полно этот принцип проявляется в игрушках.
Когда-то давно, сорок или пятьдесят лет назад, на Красной площади возле ГУМа стоял стеклодув дядя Костя и продавал чертей… Их он выдувал из стекла. У каждого чертика был лихо изогнутый хвост с дырочкой на конце. Целая компания чертей плавала в колбе, затянутой сверху резиновой пленкой.
Хвост каждому из них служил реактивным двигателем. Нажмешь на пленку — и все они наперегонки, вертясь и расталкивая друг друга, спешили на дно.
