IN vidurio XVII ašimtmečius ten susirinkę Rogensburgo miesto gyventojai ir suvereni Vokietijos kunigaikščiai, vadovaujami imperatoriaus, išvydo nuostabų reginį: 16 žirgų iš visų jėgų bandė atskirti du vienas prie kito pritvirtintus varinius pusrutulius. Kas juos siejo? „Niekas“ yra oras. Ir vis dėlto aštuoni arkliai, traukiantys viena kryptimi, ir aštuoni arkliai, traukiantys kitą, nesugebėjo jų atskirti. Taigi burmistras Otto von Guericke'as visiems savo akimis parodė, kad oras yra visai ne „niekas“, kad jis turi svorį ir nemaža jėga spaudžia visus žemiškuosius objektus.
Šis eksperimentas buvo atliktas 1654 metų gegužės 8 dieną labai iškilmingoje atmosferoje. Išsilavinęs burmistras sugebėjo visus sudominti savo moksliniais tyrimais, nepaisant to, kad tai įvyko politinės suirutės ir niokojančių karų įkarštyje.
Garsiojo eksperimento su „Magdeburgo pusrutuliais“ aprašymą galima rasti fizikos vadovėliuose. Nepaisant to, esu tikras, kad skaitytojas su susidomėjimu klausysis šios istorijos iš paties Guericke'o, šio „vokiečio Galilėjaus“, kaip kartais vadinamas nuostabus fizikas, lūpų. Buvo išleista didelė knyga, kurioje aprašoma ilga jo eksperimentų serija lotynų kalba Amsterdame 1672 m. ir, kaip ir visos šios eros knygos, turėjo ilgą pavadinimą. Štai jis:
OTTO von GUERIKE
Vadinamieji naujieji Magdeburgo eksperimentai
per BEORĘ ERDVĘ,
iš pradžių aprašė matematikos profesorius
Viurcburgo universitete CASPAR SCHOTT.
Šios knygos XXIII skyrius skirtas mus dominančiai patirčiai. Štai jo pažodinis vertimas.
„Eksperimentas, įrodantis, kad oro slėgis sujungia du pusrutulius taip tvirtai, kad jų neįmanoma atskirti 16 arklių pastangomis.
Užsisakiau du varinius pusrutulius, kurių skersmuo yra trys ketvirtadaliai Magdeburgo uolekčių. Tačiau iš tikrųjų jų skersmuo buvo tik 67/100, nes meistrai, kaip įprasta, negalėjo pagaminti tiksliai to, ko reikia. Abu pusrutuliai visiškai reagavo vienas į kitą. Prie vieno pusrutulio buvo pritvirtintas čiaupas; Šiuo čiaupu galite pašalinti orą iš vidaus ir neleisti orui patekti iš išorės. Be to, prie pusrutulių buvo pritvirtinti 4 žiedai, per kuriuos buvo įsriegtos virvės, pririštos prie žirgų pakinktų. Taip pat užsisakiau pasiūti odinį žiedą; jis buvo mirkomas vaško ir terpentino mišinyje; įspraustas tarp pusrutulių, neleido į juos patekti orui. Į čiaupą buvo įkištas oro pompos vamzdis ir iš baliono išimtas oras. Tada buvo išsiaiškinta, kokia jėga abu pusrutuliai buvo prispausti vienas prie kito per odinį žiedą. Lauko oro slėgis juos taip stipriai spaudė, kad 16 žirgų (su trūkčiojimu) visiškai negalėjo jų atskirti arba tai pasiekė tik sunkiai. Kai pusrutuliai, pasiduodami visų žirgų jėgų įtampai, atsiskyrė, pasigirdo riaumojimas, lyg nuo šūvio.
Tačiau vos pasukus čiaupą, kad atidarytumėte laisvą prieigą prie oro, buvo lengva rankomis atskirti pusrutulius.
Paprastas skaičiavimas gali mums paaiškinti, kodėl reikia tokios didelės jėgos (8 arkliai kiekvienoje pusėje), kad atskirtume tuščio kamuolio dalis. Oras spaudžia maždaug 1 kg kvadratinio cm jėga; 0,67 uolekčių (37 cm) skersmens apskritimo plotas yra 1060 cm2. Tai reiškia, kad atmosferos slėgis kiekviename pusrutulyje turi viršyti 1000 kg (1 toną). Todėl kiekvienas aštuonis arklius turėjo traukti tonas jėgos, kad atremtų lauko oro slėgį.
Atrodytų, aštuoniems arkliams (iš abiejų pusių) tai nėra labai didelis krūvis. Tačiau nepamirškite, kad judėdami, pavyzdžiui, 1 tonos krovinį, arkliai įveikia ne 1 tonos jėgą, o daug mažesnę jėgą, būtent ratų trintį ant ašies ir grindinio. Ir ši jėga yra - pavyzdžiui, užmiestyje - tik penki procentai, t.y. su vienos tonos kroviniu - 50 kg. (Jau nekalbant apie tai, kad sujungus aštuonių arklių pastangas, kaip rodo praktika, prarandama 50 % traukos.) Vadinasi, 1 tonos trauka atitinka 20 tonų vežimo apkrovą su aštuoniais arkliais. Štai kokį oro bagažą turėjo nešti Magdeburgo burmistro arkliai! Tarsi teko pajudinti nedidelį lokomotyvą, kuris, be to, nebuvo pastatytas ant bėgių.
Stiprus traukiamasis arklys išmatuotas traukti vežimą tik 80 kg jėga. Vadinasi, norint sulaužyti Magdeburgo pusrutulius, esant vienodai traukai, reikėtų 1000/80 = 13 arklių kiekvienoje pusėje.
Skaitytojas tikriausiai nustebs sužinojęs, kad kai kurie mūsų skeleto sąnariai nesuyra dėl tos pačios priežasties, kaip ir Magdeburgo pusrutuliai. Mūsų klubo sąnarys yra kaip tik toks Magdeburgo pusrutulis. Galite atskleisti šį sąnarį nuo jo raumenų ir kremzlių jungčių, tačiau šlaunys neiškrenta: ji yra prispausta atmosferos slėgis, nes tarpsąnarinėje erdvėje nėra oro.
Mūsų klubų sąnarių kaulai nesuyra dėl atmosferos slėgio,
lygiai taip pat sulaikomi Magdeburgo pusrutuliai.
„Magdeburgo alkūnė“ yra lygi 550 mm.
Imamas apskritimo plotas, o ne pusrutulio paviršius, nes atmosferos slėgis yra lygus nurodytai vertei tik veikiant paviršių stačiu kampu; Už pasvirusius paviršiusšis slėgis yra mažesnis. IN šiuo atveju paimame stačiakampė projekcija sferinis paviršius į plokštumą, t.y. plotą puikus ratas.
*** 4 km per valandą greičiu. Vidutiniškai laikoma, kad arklio traukimo galia sudaro 15 % jo svorio; arklys sveria: lengvas - 400 kg, sunkus - 750 kg. Labai trumpas laikas(pradinė jėga) traukos jėga gali būti kelis kartus didesnė.
Atsisiųsti(tiesioginė nuoroda) : zanim_mech.djvu Ankstesnis 1 .. 6 > .. >> Kitas
Tai, kas buvo pasakyta, mums, be kita ko, paaiškina, kodėl kyla trintis nejudantį kūną mechanikoje laikoma jėga, nors ji negali sukelti jokio judesio.
Trintis yra jėga, nes ji sulėtina judėjimą. Tokios jėgos, kurios pačios negali generuoti judėjimo, o tik gali sulėtinti jau esamą judėjimą (arba subalansuoti kitas jėgas), vadinamos „pasyviomis“, priešingai nei varančiosios ar aktyvios jėgos.
Dar kartą pabrėžkime, kad kūnai nesistengia išlikti ramybėje, o tiesiog ilsisi. Skirtumas čia toks pat, kaip tarp užsispyrusio namiškio, kurį sunku išlipti iš buto, ir žmogaus, kuris atsitiktinai būna namuose, bet dėl menkiausios priežasties pasiruošęs palikti butą. Fiziniai kūnai iš prigimties jie visai nėra „namų kūnai“; priešingai, jie yra aukščiausias laipsnis mobilusis, nes užtenka kreiptis laisvas kūnas net ir pati nereikšmingiausia jėga – ir ji pradeda judėti. Posakis „kūnas stengiasi išlikti ramybėje“ taip pat netinkamas, nes iš ramybės būsenos pašalintas kūnas į jį negrįžta pats, o, priešingai, amžinai išlaiko jam suteiktą judėjimą (jei jo nėra). judėjimui trukdančių jėgų eiga).
Nemaža dalis nesusipratimų, susijusių su inercijos dėsniu, kyla dėl šio nerūpestingo žodžio „linksta“, įsiskverbusio į daugumą fizikos ir mechanikos vadovėlių.
Ne mažiau sunkumų teisingas supratimas reiškia trečiąjį Niutono dėsnį, prie kurio dabar kreipiamės.
VEIKSMAI IR REAKCIJA
Norėdamas „Atidaryti duris traukite jas link savęs už rankenos. Rankos raumuo, susitraukdamas, suartina galus: vienoda jėga traukia duris ir liemenį.
yudno kitam. Šiuo atveju yra aiškiai aišku, kad tarp jūsų kūno ir durų veikia dvi jėgos – viena veikia duris, kita – jūsų kūną. Tas pats, žinoma, atsitinka, kai durys atsidaro ne link tavęs, o tolyn nuo tavęs: jėgos nustumia duris ir kūną.
Tai, ką mes čia stebime dėl raumenų jėgos, galioja bet kuriai jėgai apskritai, nepaisant jos pobūdžio. Kiekviena įtampa veikia dviem priešingomis kryptimis; ji turi, vaizdžiai tariant, du galus (dvi jėgas): vienas taikomas kūnui, kurį, kaip sakome, veikia jėga; kitas yra pritvirtintas prie kūno, kurį vadiname aktyviu. Tai, kas buvo pasakyta, mechanikoje paprastai išreiškiama trumpai – per trumpai, kad būtų aiškus supratimas – taip: „veiksmas yra lygus veiksmui“.
Šio dėsnio prasmė ta, kad visos gamtos jėgos yra dvigubos jėgos. Kiekvienu jėgos veikimo pasireiškimo atveju turite įsivaizduoti, kad kažkur (kitoje vietoje yra kita jėga, lygia šiai, bet nukreipta į priešinga pusė. Šios dvi jėgos neabejotinai veikia tarp dviejų taškų, bandydamos juos suartinti arba atskirti.
Panagrinėkime (5 pav.) jėgas /\ QwK, veikiančias ant vaiko pakabintą svorį
Ryžiai. 5. Jėgos (P9 Q, R)1, veikiančios vaikų svorį karšto oro balionas. Kur yra priešingos jėgos?
tvankus kamuolys. Rutulio trauka P, lyno trauka Q ir svarmens svoris Tv yra tarsi vienos jėgos. Bet tai tik
atitraukimas nuo realybės; Tiesą sakant, kiekvienai iš trijų jėgų yra lygi jai jėga, bet (priešinga kryptimi. Būtent jėga, priešinga jėgai P, taikoma balionas(6 pav., jėga F1) ; jėga, priešinga jėgai Q – veikia ru-KU (Qi) jėga, priešinga jėgai R – taikoma centre gaublys(jėga /?, 6 pav.), nes svorį traukia ne tik Žemė, bet ir pati ją traukia.
Dar viena svarbi pastaba. Kai klausiame apie lyno, kurios galai ištempti 1 kg jėga, įtempimą, iš esmės klausiame apie 10 vnt.<копеечной почтовой марки. Ответ содержится в самом вопросе: веревка на-кг. Сказать «веревка растягивается двумя
Ryžiai. 6. Atsakymas į klausimą ankstesniame paveiksle: Pj9Q1Ji^-reaguojančios jėgos.
traukiama 1 jėga 1 kg jėga“ arba „virvė veikiama 1 kg įtempimo“ reiškia pažodžiui išreikšti tą pačią mintį.
„Juk negali būti jokios kitos 1 kg įtampos, išskyrus tą, kuri susideda iš dviejų priešingomis kryptimis nukreiptų jėgų Tai pamiršus, jos dažnai patenka į grubias klaidas, kurių pavyzdžius pateiksime.
Dviejų arklių problema
Du arkliai ištiesia spyruoklinį plieno kiemą, kurių kiekvieno jėga yra 100 kg. Ką rodo plieno gamyklos rodyklė?
Daugelis atsako: 100 + 100 = 200 kg. Atsakymas neteisingas. 100 kg jėgos, kuriomis traukia arkliai, sukelia
Ryžiai. 7. Kiekvienas arklys traukia 100 kg jėga. Kiek rodo
pavasario bevman?
kaip tik matėme, įtempimas ne 200, o tik 100 kg.
Todėl, beje, kai Magdeburgo pusrutuliai buvo ištempti 8 arkliais į vieną pusę ir 8 į priešingą pusę, nereikėtų manyti, kad juos ištempė 16 arklių jėga. Jei nebūtų priešingų 8 arklių, likę 8 nebūtų turėję jokio poveikio pusrutuliams. Vieną aštuonių arklių figūrą būtų galima pakeisti tiesiog siena.
* PROBLEMA O
Ryžiai. 8. Kuris laivas atplauks pirmas?
- (Magdeburgo miesto vardu). Du variniai pusrutuliai, kurių vidus yra tuščias, rodo atmosferos slėgį visomis kryptimis. Užsienio žodžių žodynas, įtrauktas į rusų kalbą. Chudinovas A.N., 1910. MAGDEBURGO PUSRUTULIAI iš... ... Rusų kalbos svetimžodžių žodynas
Didysis enciklopedinis žodynas
Tvirtai suspausti du metaliniai pusrutuliai, kuriuos sunku atskirti, jei oras išpumpuojamas iš tarpo tarp jų. Magdeburgo pusrutulius Magdeburge (iš čia ir pavadinimas) 1654 m. pagamino O. Guericke, kuris su jų pagalba... ... Enciklopedinis žodynas
Magdeburgo pusrutuliai- Magdeburgo pusrutuliai statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. Magdeburgo pusrutuliai vok. magdeburgische Halbkugeln, f; Magdeburgsche Halbkugeln, f rus. Magdeburgo pusrutuliai, n pranc. hémisphères de Magdebourg, f … Fizikos terminų žodynas
- (fizinis). Otto von Guericke'as, M. burmistras, diplomatas ir fizikas, pirmasis ieškojo būdų, kaip eksperimentu įrodyti tuščios erdvės egzistavimą [Guericke'as to nepasiekė, tačiau per savo gyvenimą Torricelli parodė, kad egzistuoja tuštuma (Torricelli tuštuma). .. ...
Dvi metalinės detalės tvirtai prispaustos viena prie kitos. pusrutuliai, kuriuos sunku atskirti, jei oras išpumpuojamas iš tarpo tarp jų. M. p. buvo pagaminti Magdeburge (iš čia ir pavadinimas) 1654 m. O. Guericke, kuris su jų pagalba aiškiai parodė ... ... Gamtos mokslas. Enciklopedinis žodynas
Pusrutuliai, pusrutuliai, plg. (knyga). 1. Pusė geometrinio rutulio, gauta padalijus jį iš plokštumos, einančios per centrą (mat.). || Objektas, turintis tokią formą. Smegenų pusrutuliai (dvi žmogaus smegenų dalys ir... Ušakovo aiškinamasis žodynas
Enciklopedinis žodynas F.A. Brockhausas ir I.A. Efronas
- (Pumpen, pompes, pumps) – tai daugumos įvairių mašinų, skirtų vandeniui kelti vamzdžiuose, taip pat dujoms retinti ir kondensuoti, pavadinimas. Paleisti lašelį arba elastingą skystį atvirame vamzdyje iš vieno iš jo skerspjūvių... ... Enciklopedinis žodynas F.A. Brockhausas ir I.A. Efronas
Straipsnyje atsekama chemijos raida nuo pat jos ištakų, nuo tų laikų, kai jos pagalba žmogus išmoko gaminti ir prižiūrėti ugnį bei lydyti metalus iš rūdų, nuo senovės ir viduramžių epochos iki mūsų laikmečio... . .. Collier enciklopedija
58 pav. Mariotte laivo konstrukcija. Vanduo tolygiai teka iš skylės C.
Kodėl tai vyksta? Protiškai stebėkite, kas vyksta inde atidarius čiaupą C (58 pav.). Pirmiausia iš stiklinio vamzdelio išpilamas vanduo; skysčio lygis jame nukrenta iki vamzdžio galo. Toliau nutekėjus vandens lygis inde krenta ir lauko oras patenka pro stiklinį vamzdelį; jis prasiskverbia per vandenį burbuliukais ir kaupiasi virš jo viršutinėje indo dalyje. Dabar visame B lygyje slėgis yra lygus atmosferos slėgiui. Tai reiškia, kad vanduo iš čiaupo C teka tik esant vandens sluoksnio BC slėgiui, nes atmosferos slėgis iš indo vidaus ir išorės yra subalansuotas. O kadangi BC sluoksnio storis išlieka pastovus, nenuostabu, kad čiurkšlė visą laiką teka tuo pačiu greičiu.
Dabar pabandykite atsakyti į klausimą: kaip greitai ištekės vanduo, jei ištrauksite kamštį B vamzdžio galo lygyje?
Pasirodo, jis visiškai neištekės (žinoma, jei skylė tokia maža, kad jos pločio galima nepaisyti; kitaip vanduo ištekės spaudžiamas plono vandens sluoksnio, storio kaip ir stulpelio plotis). skylė). Tiesą sakant, čia, viduje ir išorėje, slėgis lygus atmosferos slėgiui, ir niekas neskatina vandens ištekėjimo.
O jei ištrauktumėte kamštį A virš apatinio vamzdelio galo, iš indo ne tik neištekėtų vanduo, bet ir į jį patektų išorinis oras. Kodėl? Dėl labai paprastos priežasties: šioje indo dalyje oro slėgis yra mažesnis už atmosferos slėgį išorėje.
Šį indą su tokiomis nepaprastomis savybėmis išrado garsus fizikas Marriott ir jis buvo pavadintas mokslininko „Mariotte laivu“.
Bagažas iš oro
Viduryje XVII a Ten susirinkę Rogensburgo miesto gyventojai ir suvereni Vokietijos kunigaikščiai, vadovaujami imperatoriaus, išvydo nuostabų reginį: 16 žirgų iš visų jėgų bandė atskirti du vienas prie kito pritvirtintus varinius pusrutulius. Kas juos siejo? „Nieko“, - oras. Ir vis dėlto aštuoni arkliai, traukiantys viena kryptimi, ir aštuoni arkliai, traukiantys kitą, nesugebėjo jų atskirti. Taigi burmistras Otto von Guericke'as visiems savo akimis parodė, kad oras yra visai ne „niekas“, kad jis turi svorį ir nemaža jėga spaudžia visus žemiškuosius objektus.Šis eksperimentas buvo atliktas 1654 metų gegužės 8 dieną labai iškilmingoje atmosferoje. Išsilavinęs burmistras sugebėjo visus sudominti savo moksliniais tyrimais, nepaisant to, kad tai įvyko politinės suirutės ir niokojančių karų įkarštyje.
Garsiojo eksperimento su „Magdeburgo pusrutuliais“ aprašymą galima rasti fizikos vadovėliuose. Nepaisant to, esu tikras, kad skaitytojas su susidomėjimu klausysis šios istorijos iš paties Guericke'o, šio „vokiečio Galilėjaus“, kaip kartais vadinamas nuostabus fizikas, lūpų. Didelė knyga, kurioje aprašoma ilga jo eksperimentų serija, buvo išleista lotynų kalba Amsterdame 1672 m. ir, kaip ir visos šios eros knygos, turėjo ilgą pavadinimą. Štai jis:
OTTO von GUERIKE
Vadinamieji naujieji Magdeburgo eksperimentai
per BEORĘ ERDVĘ,
iš pradžių aprašė matematikos profesoriusViurcburgo universitete CASPAR SCHOTT.
Paties autoriaus leidimas,
detalesnis ir praturtintas įvairiais
naujų potyrių.
Šios knygos XXIII skyrius skirtas mus dominančiai patirčiai. Pateikiame pažodinį jo vertimą.
„Eksperimentas, įrodantis, kad oro slėgis sujungia du pusrutulius taip tvirtai, kad jų neįmanoma atskirti 16 arklių pastangomis.
Užsisakiau du varinius pusrutulius, kurių skersmuo yra trys ketvirtadaliai Magdeburgo uolekčių. Tačiau iš tikrųjų jų skersmuo buvo tik 67/100, nes meistrai, kaip įprasta, negalėjo pagaminti tiksliai to, ko reikia. Abu pusrutuliai visiškai reagavo vienas į kitą. Prie vieno pusrutulio buvo pritvirtintas čiaupas; Šiuo čiaupu galite pašalinti orą iš vidaus ir neleisti orui patekti iš išorės. Be to, prie pusrutulių buvo pritvirtinti 4 žiedai, per kuriuos buvo įsriegtos virvės, pririštos prie žirgų pakinktų. Taip pat užsisakiau pasiūti odinį žiedą; jis buvo mirkomas vaško ir terpentino mišinyje; įspraustas tarp pusrutulių, neleido į juos patekti orui. Į čiaupą buvo įkištas oro pompos vamzdis ir iš baliono išimtas oras. Tada buvo išsiaiškinta, kokia jėga abu pusrutuliai buvo prispausti vienas prie kito per odinį žiedą. Lauko oro slėgis juos taip stipriai spaudė, kad 16 žirgų (su trūkčiojimu) visiškai negalėjo jų atskirti arba tai pasiekė tik sunkiai. Kai pusrutuliai, pasiduodami visų žirgų jėgų įtampai, atsiskyrė, pasigirdo riaumojimas, lyg nuo šūvio.
Tačiau vos pasukus čiaupą, kad atidarytumėte laisvą prieigą prie oro, buvo lengva rankomis atskirti pusrutulius.
Paprastas skaičiavimas gali mums paaiškinti, kodėl reikia tokios didelės jėgos (8 arkliai kiekvienoje pusėje), kad atskirtume tuščio kamuolio dalis. Oras spaudžia maždaug 1 kg kvadratinio cm jėga; 0,67 uolekčių (37 cm) skersmens apskritimo plotas yra 1060 cm2. Tai reiškia, kad atmosferos slėgis kiekviename pusrutulyje turi viršyti 1000 kg (1 toną). Todėl kiekvienas aštuonis arklius turėjo traukti tonas jėgos, kad atremtų lauko oro slėgį.
Atrodytų, aštuoniems arkliams (iš abiejų pusių) tai nėra labai didelis krūvis. Tačiau nepamirškite, kad judėdami, pavyzdžiui, 1 tonos krovinį, arkliai įveikia ne 1 tonos jėgą, o daug mažesnę jėgą, būtent ratų trintį ant ašies ir grindinio. Ir ši jėga yra - pavyzdžiui, užmiestyje - tik penki procentai, t.y. su vienos tonos kroviniu - 50 kg. (Jau nekalbant apie tai, kad sujungus aštuonių arklių pastangas, kaip rodo praktika, prarandama 50 % traukos.) Vadinasi, 1 tonos trauka atitinka 20 tonų vežimo apkrovą su aštuoniais arkliais. Štai kokį oro bagažą turėjo nešti Magdeburgo burmistro arkliai! Tarsi jiems teko pajudinti nedidelį lokomotyvą, kuris, be to, nebuvo pastatytas ant bėgių.
Stiprus traukiamasis arklys išmatuotas traukti vežimą tik 80 kg jėga. Vadinasi, norint sulaužyti Magdeburgo pusrutulius, su vienoda trauka reikėtų 1000/80 = 13 arklių iš abiejų pusių.
Skaitytojas tikriausiai nustebs sužinojęs, kad kai kurie mūsų skeleto sąnariai nesuyra dėl tos pačios priežasties, kaip ir Magdeburgo pusrutuliai. Mūsų klubo sąnarys yra kaip tik toks Magdeburgo pusrutulis. Jūs galite atskleisti šį sąnarį nuo raumenų ir kremzlių jungčių, tačiau klubas neiškrenta: jį spaudžia atmosferos slėgis, nes tarpsąnarinėje erdvėje nėra oro.
Nauji Heron fontanai
Įprasta fontano forma, priskiriama senovės mechanikui Heronui, tikriausiai žinoma mano skaitytojams. Leiskite man prisiminti jo struktūrą prieš pradedant aprašyti naujausias šio keisto įrenginio modifikacijas. Garnio fontanas (60 pav.) susideda iš trijų indų: viršutinis atviras a ir du sferiniai b ir c, hermetiškai sandarūs. Indai yra sujungti trimis vamzdžiais, kurių vieta parodyta paveikslėlyje. Kai a yra šiek tiek vandens, rutulys b užpildomas vandeniu, o rutulys c užpildomas oru, fontanas pradeda veikti: vanduo teka vamzdžiu nuo a iki c. oro išstumimas iš ten į rutulį b; esant įeinančio oro slėgiui, vanduo iš b veržiasi į vamzdį ir fontanus virš indo a. Kai kamuolys b yra tuščias, fontanas nustoja tekėti.
59 pav. Mūsų klubų sąnarių kaulai dėl atmosferos slėgio nesuirę, kaip sulaikomi Magdeburgo pusrutuliai.
60 pav. Senovės garnių fontanas.
61 pav. Šiuolaikinė Herono fontano modifikacija. Aukščiau pateiktas plokščių išdėstymo variantas.
Tai senovinė Garnio fontano forma. Jau mūsų laikais vienas mokyklos mokytojas Italijoje, išradingumo paskatintas menko fizikos kabineto įrengimo, supaprastino Herono fontano dizainą ir sugalvojo jo modifikacijas, kurias kiekvienas gali sutvarkyti paprasčiausiomis priemonėmis (61 pav.). Vietoj kamuoliukų jis naudojo vaistinės butelius; Vietoj stiklinių ar metalinių vamzdžių ėmiau guminius. Viršutiniame inde nereikia daryti skylių: galite tiesiog įkišti į jį vamzdžių galus, kaip parodyta pav. 61 aukščiau.
Šioje modifikacijoje įrenginį daug patogiau naudoti: kai visas vanduo iš stiklainio b per indą a subėga į stiklainį c, galite tiesiog pertvarkyti stiklainius b ir c, ir fontanas vėl veikia; Žinoma, nepamirškite antgalio perkelti į kitą vamzdelį.
Kitas modifikuoto fontano patogumas yra tai, kad jis leidžia savavališkai pakeisti laivų vietą ir ištirti, kaip atstumas tarp indų lygių įtakoja srovės aukštį.
Jei norite daug kartų padidinti purkštuko aukštį, tai galite pasiekti pakeisdami aprašyto prietaiso apatinėse kolbose vandenį gyvsidabriu, o orą – vandeniu (62 pav.). Prietaiso veikimas yra aiškus: gyvsidabris, pilantis iš stiklainio c į stiklainį b, išstumia iš jo vandenį, todėl jis teka kaip fontanas. Žinodami, kad gyvsidabris yra 13,5 karto sunkesnis už vandenį, galime paskaičiuoti, iki kokio aukščio fontano srovė turėtų pakilti. Lygių skirtumą pažymėkime atitinkamai h1, h2, h3. Dabar išsiaiškinkime, kokiomis jėgomis gyvsidabris teka iš indo c (62 pav.) į b. Gyvsidabris jungiamajame vamzdyje yra veikiamas spaudimo iš abiejų pusių. Dešinėje jį veikia gyvsidabrio stulpelių skirtumo h2 slėgis (kuris atitinka slėgį, 13,5 karto didesnį už aukštesnį vandens stulpelį, 13,5 h2), plius vandens stulpelio h1 slėgis. Vandens stulpelis h3 spaudžiasi kairėje pusėje. Dėl to gyvsidabris išnešamas jėga
13,5h2 + h1 - h3.
Bet h3 - h1 = h2; Todėl h1 - h3 pakeičiame minus h2 ir gauname:
13,5h2 - h2, ty 12,5h2.
Taigi gyvsidabris patenka į indą b, veikiamas 12,5 h2 aukščio vandens stulpelio svorio. Teoriškai fontanas turėtų šaudyti į aukštį, lygų gyvsidabrio lygio buteliuose skirtumui, padaugintam iš 12,5. Trintis šį teorinį aukštį šiek tiek sumažina.
Nepaisant to, aprašytas įrenginys suteikia patogią galimybę gauti aukštai į viršų šaudantį reaktyvinį lėktuvą. Norint, kad, pavyzdžiui, fontanas šautų į 10 m aukštį, užtenka vieną skardinę virš kitos pakelti apie metrą. Įdomu tai, kad, kaip matyti iš mūsų skaičiavimų, plokštelės a pakėlimas virš gyvsidabrio kolbų neturi jokios įtakos srovės aukščiui.
62 pav. Fontanas, veikiantis gyvsidabrio slėgyje. Purkštukas pasiekia dešimt kartų daugiau nei gyvsidabrio lygių skirtumas.
Apgaulingi laivai
Senovėje – XVII–XVIII a. – didikai linksmindavosi tokiu pamokančiu žaisliuku: pasigamino puoduką (arba ąsotį), kurio viršutinėje dalyje buvo stambių raštuotų iškarpų (63 pav.). Toks vyno pripildytas bokalas buvo pasiūlytas eiliniam svečiui, iš kurio buvo galima nebaudžiamai juoktis. Kaip iš jo gerti? Negalima pakreipti: vynas išpils iš daugybės skylių, bet nė lašas nepasieks burnos. Tai bus kaip pasakoje:
63 pav. Apgaulingas ąsotis iš XVIII amžiaus pabaigos ir jo dizaino paslaptis.
Mieloji, išgėriau alaus,
Taip, jis tiesiog sušlapino ūsus.
Bet kas žinojo tokių puodelių dizaino paslaptį - paslaptį, kuri parodyta Fig. 63 dešinėje - jis pirštu užkimšo angą B, paėmė snapelį į burną ir siurbė skystį nepakreipdamas indo: vynas pakilo per angą E palei kanalą rankenos viduje, tada išilgai jos tęsinio C viršutinės dalies viduje. puodelio kraštą ir pasiekė snapelį.
Ne taip seniai panašius puodelius gamino ir mūsų puodžiai. Teko matyti viename name jų darbo pavyzdį, gana meistriškai slepiantį laivo konstrukcijos paslaptį; Ant puodelio buvo užrašas: „Gerk, bet nesušlapk“.
Kiek sveria vanduo apverstoje stiklinėje?
„Žinoma, jis nieko nesveria: vanduo tokioje stiklinėje nelaiko, o išsilieja“, – sakote.- O jei neišpila? - paklausiu. - Kas tada?
Tiesą sakant, apverstoje stiklinėje galima laikyti vandenį, kad jis neišsilietų. Šis atvejis parodytas fig. 64. Apvirtusi stiklinė taurė, dugnu pririšta prie vienos svarstyklių keptuvės, užpilama vandeniu, kuris neišsilieja, nes stiklinės kraštai panardinami į indą su vandeniu. Lygiai tokia pati tuščia stiklinė dedama ant kitos svarstyklių keptuvės.
Kuri svarstyklių pusė nukryps?
64 pav. Kuri taurė laimės?
Laimės tas, prie kurio bus pririšta apversta vandens stiklinė. Šis stiklas patiria pilną atmosferos slėgį iš viršaus ir atmosferos slėgį iš apačios, susilpnintą dėl stiklinėje esančio vandens svorio. Norint subalansuoti puodelius, tektų ant kito puodelio padėtą stiklinę pripilti vandens.
Todėl tokiomis sąlygomis vanduo apverstoje stiklinėje sveria tiek pat, kiek ir ant dugno.
Kodėl traukia laivai?
1912 m. rudenį įvyko toks incidentas su vandenynu plaukiančiu garlaiviu Olympic, tuo metu vienu didžiausių laivų pasaulyje. „Olympic“ plaukė atviroje jūroje, o beveik lygiagrečiai jai šimtų metrų atstumu dideliu greičiu praplaukė kitas, daug mažesnis, laivas – šarvuotas kreiseris „Gauk“. Kai abu laivai užėmė padėtį, parodytą Fig. 65, atsitiko kažkas netikėto: mažesnis laivas greitai pasuko iš kelio, tarsi paklusdamas kažkokiai nematomai jėgai, pasuko nosį į didelį garlaivį ir, nepaklusdamas vairui, pajudėjo beveik tiesiai link jo. Įvyko susidūrimas. Gauk nosimi trenkėsi į Olmpiko šoną; smūgis buvo toks stiprus, kad Gaukas padarė didelę skylę olimpiados šone.
65 pav. Laivų Olympic ir Gauk padėtis prieš susidūrimą.
Kai ši keista byla buvo nagrinėjama jūrų teisme, milžino „Olympic“ kapitonas buvo pripažintas kaltu, nes, teismo nuosprendyje, „jis nedavė įsakymo duoti kelio per kelią einančiam Gaukui“.
Todėl teismas nieko neįprasto čia neįžvelgė: paprasčiausias kapitono nevaldymas, nieko daugiau. Tuo tarpu susiklostė visiškai nenumatyta aplinkybė: abipusio laivų traukos jūroje atvejis.
Tokių atvejų buvo ne kartą, tikriausiai ir anksčiau, kai lygiagrečiai judėjo du laivai. Tačiau kol nebuvo pastatyti labai dideli laivai, šis reiškinys tokia jėga nepasireiškė. Kai vandenynų vandenyse ėmė kursuoti „plaukiojantys miestai“, laivų traukos reiškinys tapo daug labiau pastebimas; karinių laivų vadai manevruodami atsižvelgia į tai.
Dėl tos pačios priežasties tikriausiai įvyko daugybė nedidelių laivų, plaukiojančių šalia didelių keleivinių ir karinių laivų, avarijų.
Kas paaiškina šią atrakciją? Žinoma, čia negali būti kalbos apie trauką pagal Niutono visuotinės gravitacijos dėsnį; jau matėme (IV skyriuje), kad ši trauka per daug nereikšminga. Reiškinio priežastis yra visiškai kitokia ir paaiškinama skysčio tekėjimo vamzdeliuose ir kanaluose dėsniais. Galima įrodyti, kad jei skystis teka kanalu, kuriame yra susiaurėjimų ir išsiplėtimų, tai siaurose kanalo vietose jis teka greičiau ir mažiau spaudžia kanalo sieneles nei plačiose vietose, kur teka ramiau ir deda daugiau. slėgis ant sienų (vadinamasis „Bernoulli principas“).
Tas pats pasakytina ir apie dujas. Šis reiškinys tiriant dujas vadinamas Clément-Desormes efektu (pavadintas jį atradusių fizikų vardu) ir dažnai vadinamas „aerostatiniu paradoksu“. Teigiama, kad šis reiškinys pirmą kartą buvo aptiktas atsitiktinai tokiomis aplinkybėmis. Vienoje iš Prancūzijos kasyklų darbininkui buvo liepta uždengti skydu išorinio įtaiso angą, per kurią į kasyklą buvo tiekiamas suspaustas oras. Darbuotojas ilgai kovojo su oro srove, bet staiga skydas savaime užsidarė tokia jėga, kad, jei skydas nebūtų buvęs pakankamai didelis, jis būtų buvęs įtrauktas į ventiliacijos liuką kartu su išsigandęs darbininkas.
Beje, ši dujų srauto savybė paaiškina purškimo pistoleto veikimą. Kai pučiame (67 pav.) į alkūnę a, kuri baigiasi susiaurėjimu, oras, judėdamas į susiaurėjimą, sumažina jo slėgį. Taigi virš vamzdžio b atsiranda sumažinto slėgio oras, todėl atmosferos slėgis skystį iš stiklo varo vamzdžiu aukštyn; Prie skylės skystis patenka į pučiamo oro srovę ir į ją purškiamas.
Dabar suprasime, kokia yra laivų pritraukimo priežastis. Kai du laivai plaukia lygiagrečiai vienas kitam, tai atrodo kaip vandens kanalas tarp jų bortų. Paprastame kanale sienos nejuda, bet vanduo juda; čia atvirkščiai: vanduo nejuda, bet sienos juda. Bet jėgų poveikis visiškai nesikeičia: siaurose vietose judantis lašantis vanduo mažiau spaudžia sienas nei erdvėje aplink garlaivius. Kitaip tariant, garlaivių bortai, nukreipti vienas į kitą, patiria mažesnį vandens spaudimą nei išorinės laivų dalys. Kas turėtų nutikti dėl to? Indai turi judėti vienas link kito veikiami išorinio vandens spaudimo, ir natūralu, kad mažesnis indas juda pastebimiau, o masyvesnis lieka beveik nejudantis. Būtent todėl trauka ypač stipri, kai didelis laivas greitai praplaukia pro mažąjį.
66 pav. Siaurose kanalo vietose vanduo teka greičiau ir mažiau spaudžia sienas nei plačiose vietose.
67 pav. Purškimo butelis.
68 pav. Vandens srautas tarp dviejų burlaivių.
Taigi, laivų patrauklumą lemia tekančio vandens siurbimo efektas. Tai taip pat paaiškina slenksčių pavojų plaukikams ir sūkurinių vonių siurbimo efektą. Galima paskaičiuoti, kad vandens tėkmė upėje vidutiniu 1 m per sekundę greičiu įtraukia žmogaus kūną 30 kg jėga! Atsispirti tokiai jėgai nėra lengva, ypač vandenyje, kai mūsų pačių kūno svoris nepadeda išlaikyti stabilumo. Galiausiai greitai važiuojančio traukinio traukimo efektas paaiškinamas tuo pačiu Bernulio principu: traukinys 50 km per valandą greičiu tempia šalia esantį žmogų maždaug 8 kg jėga.
Reiškiniai, susiję su „Bernulio principu“, nors ir labai paplitę, mažai žinomi tarp ne specialistų. Todėl būtų naudinga prie jo pasilikti išsamiau. Žemiau pateikiame ištrauką iš straipsnio šia tema, publikuoto mokslo populiarinimo žurnale.
Bernulio principas ir jo pasekmės
Principas, kurį pirmą kartą pareiškė Danielis Bernoulli 1726 m., teigia, kad vandens ar oro srovėje slėgis yra didelis, jei greitis yra mažas, o slėgis yra mažas, jei greitis yra didelis. Yra žinomi šio principo apribojimai, tačiau mes čia jų neapsiribosime.Ryžiai. 69 iliustruoja šį principą.
Oras pučiamas per vamzdį AB. Jei vamzdžio skerspjūvis mažas, kaip a, oro greitis didelis; kur skerspjūvis didelis, kaip b, oro greitis mažas. Ten, kur greitis didelis, slėgis mažas, o kur mažas – didelis. Dėl žemo oro slėgio a, skystis vamzdyje C pakyla; tuo pačiu metu stiprus oro slėgis b verčia vamzdyje D esantį skystį nusileisti žemyn.
69 pav. Bernulio principo iliustracija. Siaurintoje AB vamzdžio dalyje (a) slėgis mažesnis nei plačiojoje dalyje (b).
Fig. 70 vamzdelis T sumontuotas ant vario disko DD; oras pučiamas per vamzdelį T ir tada pro laisvą diską dd. Oras tarp dviejų diskų turi didelį greitį, tačiau artėjant prie diskų kraštų šis greitis greitai mažėja, nes oro srauto skerspjūvis greitai didėja ir oro, tekančio iš tarpo tarp diskų, inercija įveikti. Tačiau diską supančio oro slėgis yra didelis, nes greitis yra mažas, o oro slėgis tarp diskų yra mažas, nes greitis yra didelis. Todėl diską supantis oras daro didesnį poveikį diskams, linkęs juos suartinti, nei oro srautas tarp diskų, linkęs juos išstumti; Dėl to dd diskas prilimpa prie DD disko, tuo stipresnė oro srovė T.
Ryžiai. 71 yra analogiškas Fig. 70, bet tik su vandeniu. Greitai judantis vanduo ant DD disko yra žemo lygio ir pats pakyla į aukštesnį ramaus vandens lygį baseine, kai apsivynioja aplink disko kraštus. Todėl ramus vanduo po disku turi didesnį slėgį nei judantis vanduo virš disko, todėl diskas kyla aukštyn. Strypas P neleidžia disko pasislinkti į šoną.
70 pav. Patirtis su diskais.
71 pav. Diskas DD pakeliamas ant strypo P, kai ant jo pilama vandens srovė iš rezervuaro.
Ryžiai. 72 pavaizduotas šviesos rutulys, plaukiojantis oro srove. Oro srovė pataiko į kamuolį ir neleidžia jam nukristi. Kai rutulys iššoka iš purkštuko, aplinkinis oras grąžina jį atgal į čiurkšlę, nes aplinkinio oro, kurio greitis yra mažas, slėgis yra didelis, o oro slėgis čiurkšlėje yra didelis. greitis, mažas.
Ryžiai. 73 vaizduoja du laivus, judančius vienas šalia kito ramiame vandenyje, arba, kas reiškia tą patį, du laivus, stovinčius vienas šalia kito ir tekančius aplink vandenį. Srautas yra labiau apribotas erdvėje tarp indų, o vandens greitis šioje erdvėje yra didesnis nei abiejose indų pusėse. Todėl vandens slėgis tarp laivų yra mažesnis nei abiejose laivų pusėse; laivus supantis didesnis vandens slėgis juos suartina. Jūreiviai puikiai žino, kad du vienas šalia kito plaukiantys laivai stipriai traukia vienas kitą.
72 pav. Kamuolys palaikomas oro srauto.
73 pav. Atrodo, kad du lygiagrečiai judantys laivai traukia vienas kitą.
74 pav. Laivams judant į priekį, laivas B pasuka laivapriekį link laivo A.
75 pav. Jei tarp dviejų šviesių rutulių pučiamas oras, jie priartėja prie prisilietimo.
Rimtesnis atvejis gali įvykti, kai vienas laivas seka kitą, kaip parodyta Fig. 74. Dvi jėgos F ir F, kurios suartina laivus, linkusios juos pasukti, o laivas B su nemaža jėga pasuka link A. Susidūrimas šiuo atveju beveik neišvengiamas, nes vairas nespėja pakeisti laivo judėjimo krypties.
Reiškinys, aprašytas kartu su Fig. 73 galima parodyti pučiant orą tarp dviejų lengvų guminių rutuliukų, pakabintų, kaip parodyta Fig. 75. Jei tarp jų pučiate orą, jie priartėja ir atsitrenkia vienas į kitą.
Žuvies pūslės paskirtis
Apie žuvų plaukimo pūslės vaidmenį paprastai sakoma ir rašoma taip – tai atrodytų gana tikėtina. Norėdama išlįsti iš gelmių į paviršinius vandens sluoksnius, žuvis išpučia savo plaukimo pūslę; tada padidėja jos kūno tūris, išstumto vandens svoris tampa didesnis už savo svorį – ir pagal plaukimo dėsnį žuvis kyla aukštyn. Kad nustotų kilti ar leistis žemyn, ji, priešingai, suspaudžia plaukimo pūslę. Kūno tūris, o kartu ir išstumto vandens svoris mažėja, o žuvis grimzta į dugną pagal Archimedo dėsnį.Ši supaprastinta mintis apie žuvų plaukimo pūslės paskirtį kilo dar Florencijos akademijos mokslininkų laikais (XVII a.) ir buvo išsakyta profesoriaus Borelli 1685 m. Daugiau nei 200 metų ji buvo priimta be prieštaravimų. pavyko įsitvirtinti mokykliniuose vadovėliuose ir tik naujų tyrinėtojų (Moreau, Charbonel) darbais buvo atrastas visiškas šios teorijos nenuoseklumas,
Burbulas neabejotinai turi labai glaudų ryšį su žuvų plaukimu, nes žuvys, kurių burbulas eksperimentų metu buvo dirbtinai pašalintas, vandenyje galėjo išsilaikyti tik sunkiai dirbdamos su pelekais, o šiam darbui sustojus nukrito į dugną. Koks jo tikrasis vaidmuo? Labai ribota: padeda žuvims išsilaikyti tik tam tikrame gylyje, būtent tame, kur žuvies išstumto vandens svoris yra lygus pačios žuvies svoriui. Kai žuvis, veikdama pelekus, nukrenta žemiau šio lygio, jos kūnas, patiriantis didelį vandens išorinį spaudimą, susitraukia, išspausdamas burbulą; sumažėja išstumto vandens tūrio svoris, sumažėja žuvies svoris, žuvis nevaldomai krenta. Kuo žemiau jis krenta, tuo stipresnis vandens slėgis (1 atmosfera kas 10 m nuleidimo), tuo labiau žuvies kūnas suspaudžiamas ir tuo greičiau ji leidžiasi žemyn.
Tas pats, tik priešinga kryptimi, nutinka, kai žuvis, palikusi sluoksnį, kuriame buvo pusiausvyra, savo pelekų veikimu perkeliama į aukštesnius sluoksnius. Jo kūnas, atlaisvintas nuo dalies išorinio slėgio ir vis dar plečiamas iš vidaus plaukimo pūslės (kuriame dujų slėgis iki to momento buvo pusiausvyros su aplinkinio vandens slėgiu), padidėja tūris ir dėl to , plaukia aukščiau. Kuo aukščiau žuvis pakyla, tuo labiau jos kūnas išsipučia, taigi, tuo greičiau kyla tolesnis kilimas. Žuvis negali to išvengti „spausdama šlapimo pūslę“, nes jos plaukimo pūslės sienelėse nėra raumenų skaidulų, kurios galėtų aktyviai keisti jos tūrį.
