Interessante eksperimenter i fysikk for barn. I en dyp gruve

I skolens fysikktimer sier lærere alltid at fysiske fenomener er overalt i livene våre. Vi glemmer det ofte. I mellomtiden er det fantastiske nær! Ikke tro at du trenger noe overnaturlig for å organisere fysiske eksperimenter hjemme. Og her er noen bevis for deg ;)

magnetisk blyant

Hva må forberedes?

• batteri.
• Tykk blyant.
• Kobberisolert ledning med en diameter på 0,2-0,3 mm og en lengde på flere meter (jo mer jo bedre).
• Scotch.

Ledererfaring

Vikle tråden stramt for å slå på blyanten, ikke nå kantene med 1 cm. En rad er over - vind den andre ovenfra i motsatt retning. Og så videre, til all ledningen er ferdig. Ikke glem å la to ender av ledningen 8–10 cm hver fri. For å forhindre at svingene vikles av etter vikling, fest dem med tape. Strip de frie endene av ledningen og koble dem til batterikontaktene.

Hva skjedde?

Fikk en magnet! Prøv å ta med små jerngjenstander til den - en binders, en hårnål. Er tiltrukket!

Herre over vannet

Hva må forberedes?

• En pinne laget av pleksiglass (for eksempel en elevs linjal eller en vanlig plastkam).
• En tørr klut laget av silke eller ull (for eksempel en ullgenser).

Ledererfaring

Åpne kranen slik at en tynn vannstråle renner. Gni pinnen eller kammen kraftig på den forberedte kluten. Før staven raskt inntil vannstrømmen uten å berøre den.

Hva vil skje?

En vannstråle vil bli bøyd av en bue og tiltrekkes av pinnen. Prøv det samme med to pinner og se hva som skjer.

snurretopp

Hva må forberedes?

• Papir, nål og viskelær.
• En pinne og en tørr ullklut fra tidligere erfaring.

Ledererfaring

Du klarer ikke bare vann! Klipp en papirremse 1-2 cm bred og 10-15 cm lang, bøy langs kantene og på midten, som vist på figuren. Sett nålen med den spisse enden inn i viskelæret. Balanser arbeidsstykkets topp på nålen. Forbered en "tryllestav", gni den på en tørr klut og før den til en av endene av papirstrimmelen fra siden eller toppen, uten å berøre den.

Hva vil skje?

Stripen vil svinge opp og ned som en huske, eller den vil snurre som en karusell. Og hvis du kan kutte en sommerfugl ut av tynt papir, vil opplevelsen bli enda mer interessant.

Is og ild

(eksperimentet utføres på en solrik dag)

Hva må forberedes?

• En liten kopp med rund bunn.
• Et stykke tørt papir.

Ledererfaring

Hell i en kopp vann og sett i fryseren. Når vannet blir til is, fjern koppen og plasser den i en bolle med varmt vann. Etter en stund vil isen skille seg fra koppen. Gå nå ut på balkongen, legg et stykke papir på steingulvet på balkongen. Med et stykke is fokuserer du solen på et stykke papir.

Hva vil skje?

Papiret skal forkulles, for i hendene er det ikke lenger bare is ... Gjettet du at du har laget et forstørrelsesglass?

Feil speil

Hva må forberedes?

• Gjennomsiktig krukke med tettsittende lokk.
• Speil.

Ledererfaring

Hell overflødig vann i en krukke og lukk lokket for å unngå at luftbobler kommer inn. Sett glasset opp ned på et speil. Nå kan du se deg i speilet.

Zoom inn på ansiktet ditt og se inn. Det vil være et miniatyrbilde. Begynn nå å vippe glasset til siden uten å løfte det fra speilet.

Hva vil skje?

Refleksjonen av hodet ditt i krukken vil selvfølgelig også vippe til det blir snudd opp ned, mens bena ikke vil være synlige. Ta opp glasset og refleksjonen vil snu seg igjen.

Boblecocktail

Hva må forberedes?

• Et glass sterk saltløsning.
• Batteri fra en lommelykt.
• To stykker kobbertråd ca 10 cm lange.
• Fint sandpapir.

Ledererfaring

Rengjør endene av ledningen med fint sandpapir. Koble den ene enden av ledningene til hver pol på batteriet. Dypp de frie endene av ledningene i et glass løsning.

Hva skjedde?

Bobler vil stige nær de senkede endene av ledningen.

Sitronbatteri

Hva må forberedes?

• Sitron, grundig vasket og tørket av.
• To stykker isolert kobbertråd ca. 0,2–0,5 mm tykk og 10 cm lang.
• Binders i stål.
• Pære fra en lommelykt.

Ledererfaring

Strip de motsatte endene av begge ledningene med en avstand på 2–3 cm.Sett en binders inn i sitronen, skru enden av en av ledningene til den. Stikk enden av den andre ledningen inn i sitronen 1-1,5 cm fra bindersen. For å gjøre dette, stikk først sitronen på dette stedet med en nål. Ta de to frie endene av ledningene og fest pærene til kontaktene.

Hva vil skje?

Lampen vil lyse opp!

Et slikt hav finnes i et land kjent for menneskeheten siden antikken. Dette er det berømte Dødehavet i Palestina. Vannet er uvanlig salt, så mye at ikke en eneste levende skapning kan leve i dem. Det varme, regnfrie klimaet i Palestina forårsaker en sterk fordampning av vann fra havoverflaten. Men det er bare rent vann som fordamper, mens oppløste salter blir igjen i havet og øker saltholdigheten i vannet.Det er grunnen til at vannet i Dødehavet ikke inneholder 2 eller 3 prosent salt (i vekt), som de fleste hav og hav, men 27 prosent eller mer; saltholdighet øker med dybden. Så den fjerde delen av innholdet i Dødehavet er salter oppløst i vannet. Den totale mengden salter i den er estimert til 40 millioner tonn.
Dødehavets høye saltholdighet bestemmer en av dens egenskaper: vannet i dette havet er mye tyngre enn vanlig sjøvann. Det er umulig å drukne i en så tung væske: menneskekroppen er lettere enn den.
Vekten av kroppen vår er merkbart mindre enn vekten av et likt volum tykt saltvann, og derfor kan en person i følge svømmingsloven ikke drukne i Dødehavet; det flyter i det, som et kyllingegg flyter i saltvann (som synker i ferskvann)
Humoristen Mark Twain, som besøkte denne innsjøen, beskriver med komiske detaljer de ekstraordinære følelsene som han og hans følgesvenner opplevde mens de badet i det tunge vannet i Dødehavet:
«Det var en morsom svømmetur! Vi kunne ikke drukne. Her kan du strekke deg ut på vannet i full lengde, liggende på ryggen og brette armene over brystet, med det meste av kroppen igjen over vannet. Samtidig kan du heve hodet helt ... Du kan ligge veldig komfortabelt på ryggen, løfte koloniene til haken og klemme dem med hendene - men du vil snart snu, ettersom hodet veier opp. Du kan stå på hodet - og fra midten av brystet til enden av bena vil du forbli ute av vannet, men du vil ikke være i stand til å opprettholde denne posisjonen i lang tid. Du kan ikke svømme på ryggen og bevege deg merkbart, fordi bena stikker opp av vannet og du må bare skyve av med hælene. Hvis du svømmer med ansiktet ned, beveger du deg ikke fremover, men bakover. Hesten er så ustabil at den verken kan svømme eller stå i Dødehavet – den legger seg umiddelbart på siden.
På fig. 49 du ser en mann ganske komfortabelt plassert på overflaten av Dødehavet; den store egenvekten til vannet gjør at han kan lese en bok i denne posisjonen og beskytte seg med en paraply mot solens brennende stråler.
Vannet i Kara-Bogaz-Gol (bukten i Det kaspiske hav) og det ikke mindre salte vannet i Eltonsjøen, som inneholder 27 % salter, har de samme ekstraordinære egenskapene.
Noe av denne typen opplever de pasientene som tar saltbad. Hvis saltholdigheten i vannet er veldig høy, som for eksempel i Staraya russiske mineralvann, må pasienten anstrenge seg mye for å holde seg på bunnen av badekaret. Jeg hørte en kvinne behandlet i Staraya Russa klage indignert over at vannet «positivt presset henne ut av badekaret». Det ser ut til at hun var tilbøyelig til å klandre ikke Arkimedes lov, men administrasjonen av feriestedet ...

Figur 49. En mann på overflaten av Dødehavet (fra et fotografi).

Figur 50. Lastelinje om bord på skipet. Merkebetegnelser er laget på vannlinjenivå. For klarhetens skyld er de også vist separat i forstørret form. Betydningen av bokstavene er forklart i teksten.
Salinitetsgraden til vann i ulike hav varierer noe, og følgelig ligger ikke skip like dypt i sjøvannet. Kanskje noen av leserne tilfeldigvis så om bord på skipet nær vannlinjen det såkalte "Lloyd's mark" - et skilt som viser nivået av begrensende vannlinjer i vann med forskjellige tettheter. For eksempel, vist i fig. 50 lastelinje betyr nivået til den begrensende vannlinjen:
i ferskvann (Fresch Water) ............................... FW
i det indiske hav (India sommer) ......................... IS
i saltvann om sommeren (sommer) .......................... S
i saltvann om vinteren (vinter) ............................ W
alt inn. Atlant. hav om vinteren (Winter North Atlantik) .. WNA
Vi har innført disse karakterene som obligatoriske siden 1909. La oss konkludere med at det finnes en rekke vann, som i sin rene form, uten urenheter, er merkbart tyngre enn vanlig; dens egenvekt er 1,1, dvs. 10 % mer enn vanlig; følgelig, i et basseng med slikt vann, kunne en person som ikke engang kunne svømme knapt drukne. Slikt vann ble kalt "tungt" vann; dens kjemiske formel er D2O (hydrogenet i sammensetningen består av atomer, dobbelt så tunge som vanlige hydrogenatomer, og er betegnet med bokstaven D). "Tungt" vann løses opp i en ubetydelig mengde i vanlig vann: i en bøtte med drikkevann inneholder det omtrent 8 g.
Tungtvann av D2O-sammensetningen (det kan være sytten varianter av tungtvann med forskjellig sammensetning) ekstraheres for tiden nesten i sin rene form; innblandingen av vanlig vann er ca. 0,05%.

Hvordan fungerer en isbryter?

Når du tar et bad, ikke gå glipp av muligheten til å gjøre følgende eksperiment. Før du forlater karet, åpne uttaket mens du fortsatt ligger på bunnen. Etter hvert som mer og mer av kroppen din begynner å dukke opp over vannet, vil du føle en gradvis vekt på den. Samtidig vil du på den mest åpenbare måten bli overbevist om at vekten som kroppen tapte i vannet (husk hvor lett du følte deg i badekaret!), Dukker opp igjen så snart kroppen er ute av vannet.
Når en hval ufrivillig gjør et slikt eksperiment, og finner seg selv på grunn ved lavvann, er konsekvensene fatale for dyret: det vil bli knust av sin egen monstrøse vekt. Ikke rart hvaler lever i vannelementet: væskens flytende kraft redder dem fra den katastrofale effekten av tyngdekraften.
Det foregående er nært knyttet til tittelen på denne artikkelen. Isbryterens arbeid er basert på det samme fysiske fenomenet: delen av skipet som tas ut av vannet slutter å balanseres av vannets flytende virkning og får sin "land" vekt. Man skal ikke tro at isbryteren kutter isen på farten med det kontinuerlige trykket fra baugen - trykket fra stammen. Det er ikke slik isbrytere fungerer, men iskuttere. Denne virkemåten er kun egnet for relativt tynn is.
Ekte sjøisbrytere, som Krasin eller Yermak, fungerer annerledes. Ved hjelp av sine kraftige maskiner skyver isbryteren baugen sin mot overflaten av isen, som for dette formål er anordnet sterkt skrånende under vann. Når skipet er ute av vannet, får baugen sin fulle vekt, og denne enorme lasten (for Yermak nådde denne vekten for eksempel opptil 800 tonn) bryter isen. For å forbedre handlingen pumpes det ofte mer vann inn i baugetankene til isbryteren - "flytende ballast".
Slik fungerer isbryteren til tykkelsen på isen ikke overstiger en halv meter. Kraftigere is beseires av fartøyets støt. Isbryteren går tilbake og treffer iskanten med hele sin masse. I dette tilfellet er det ikke lenger vekten som virker, men den kinetiske energien til det bevegelige skipet; skipet blir, som om til et artillerigranat med lav hastighet, men med en enorm masse, til en vær.
Flere meter høye ishummer brytes av energien fra gjentatte slag fra den sterke baugen til isbryteren.
En deltaker i den berømte Sibiryakov-krysset i 1932, polfareren N. Markov, beskriver operasjonen til denne isbryteren som følger:
"Blant hundrevis av isbergarter, blant det kontinuerlige dekket av is, begynte Sibiryakov slaget. I femtito timer på rad hoppet nålen til maskintelegrafen fra "helt bak" til "helt fremover". Tretten firetimers sjøur "Sibiryakov" krasjet inn i isen fra akselerasjon, knuste den med nesen, klatret opp på isen, brøt den og trakk seg tilbake igjen. Isen, som var trekvart meter tykk, ga etter med vanskeligheter. For hvert slag tok de veien til en tredjedel av korpset.
USSR har de største og kraftigste isbryterne i verden.

Hvor er de sunkne skipene?

Det er en utbredt oppfatning, selv blant sjøfolk, at skip som senkes i havet ikke når havbunnen, men henger ubevegelig på en viss dybde, hvor vannet «tilsvarende komprimeres av trykket fra de overliggende lagene».
Denne oppfatningen ble tydeligvis delt selv av forfatteren av 20 000 Leagues Under the Sea; i et av kapitlene i denne romanen beskriver Jules Verne et sunket skip som henger urørlig i vannet, og i et annet nevner han skip som «råtner, henger fritt i vannet».
Er en slik påstand riktig?
Det ser ut til å være noe grunnlag for det, siden vanntrykket i havdypet virkelig når enorme grader. På en dybde på 10 m presser vann med en kraft på 1 kg per 1 cm2 av en nedsenket kropp. På en dybde på 20 m er dette trykket allerede 2 kg, i en dybde på 100 m - 10 kg, 1000 m - 100 kg. Havet har mange steder en dybde på flere kilometer, og når mer enn 11 km i de dypeste delene av det store hav (Mariana-graven). Det er lett å beregne hvilket enormt trykk vannet og gjenstander nedsenket i det må oppleve på disse enorme dypene.
Hvis en tom korket flaske senkes ned til en betydelig dybde og deretter fjernes igjen, vil det oppdages at trykket fra vannet har drevet korken inn i flasken og hele karet er fullt av vann. Den berømte oseanografen John Murray sier i sin bok The Ocean at et slikt eksperiment ble utført: tre glassrør av forskjellige størrelser, forseglet i begge ender, ble pakket inn i lerret og plassert i en kobbersylinder med hull for fri passasje av vann. Sylinderen ble senket til en dybde på 5 km. Da det ble fjernet derfra, viste det seg at lerretet var fylt med en snølignende masse: det var knust glass. Trestykker, senket til en lignende dybde, etter å ha blitt fjernet, sank i vann som en murstein - de ble så klemt.
Det ville virke naturlig å forvente at et slikt monstrøst trykk skulle kondensere vannet så mye på store dyp at selv tunge gjenstander ikke vil synke ned i det, akkurat som en jernvekt ikke synker i kvikksølv.
Denne oppfatningen er imidlertid fullstendig ubegrunnet. Erfaring viser at vann, som alle væsker generelt, ikke er særlig komprimerbart. Komprimert med en kraft på 1 kg per 1 cm2, komprimeres vann med bare 1/22 000 av volumet og komprimeres på omtrent samme måte med en ytterligere økning i trykk per kilogram. Hvis vi ønsket å bringe vann til en slik tetthet at jern kunne flyte i det, ville det være nødvendig å kondensere det 8 ganger. I mellomtiden er det nødvendig med et trykk på 11 000 kg per 1 cm2 for bare halvparten, dvs. for å halvere volumet (hvis bare det nevnte kompresjonsmålet fant sted for slike enorme trykk). Dette tilsvarer en dybde på 110 km under havoverflaten!
Fra dette er det klart at det absolutt ikke er nødvendig å snakke om noen merkbar komprimering av vann i havets dyp. På deres dypeste sted er vannet bare 1100/22000 tykt, det vil si 1/20 av normal tetthet, bare 5%. Dette kan nesten ikke påvirke forholdene for å flyte forskjellige kropper i den, spesielt siden faste gjenstander nedsenket i slikt vann også blir utsatt for dette trykket og derfor også komprimeres.
Derfor kan det ikke være den minste tvil om at sunkne skip hviler på bunnen av havet. "Alt som synker i et glass vann," sier Murray, "bør gå til bunnen og inn i det dypeste havet."
Jeg har hørt en slik innvending mot dette. Hvis et glass dyppes forsiktig opp ned i vann, kan det forbli i den posisjonen, da det vil fortrenge et vannvolum som veier like mye som glasset. Et tyngre metallglass kan holdes i lignende posisjon og under vannstanden uten å synke til bunnen. På samme måte, som om, en cruiser eller et annet skip som kantret med en kjøl kan stoppe halvveis. Hvis luften i noen rom på skipet er tett låst, vil skipet synke til en viss dybde og stoppe der.
Tross alt synker ganske mange skip opp ned - og det er mulig at noen av dem aldri når bunnen, forblir hengende i havets mørke dyp. Et lite trykk ville være nok til å ubalanse et slikt skip, snu det, fylle det med vann og få det til å falle til bunnen - hvordan kan det være sjokk i havets dyp, der stillhet og ro råder for alltid og hvor selv ekko av storm trenger ikke gjennom?
Alle disse argumentene er basert på en fysisk feil. Et veltet glass senker seg ikke ned i vann - det må være nedsenket av en ytre kraft i vann, som et trestykke eller en tom korket flaske. På samme måte vil et skip veltet med kjøl oppe ikke begynne å synke i det hele tatt, men forbli på vannoverflaten. Han kan ikke finne seg selv halvveis mellom nivået av havet og bunnen.

Hvordan drømmene til Jules Verne og Wells gikk i oppfyllelse

Vår tids virkelige ubåter innhentet på noen måter ikke bare Jules Verpes fantastiske Nautilus, men overgikk den til og med. Riktignok er hastigheten til nåværende ubåtkryssere halvparten av Nautilus: 24 knop mot 50 for Jules Verne (en knop er omtrent 1,8 km i timen). Den lengste passasjen til en moderne ubåt er en jorden rundt-tur, mens kaptein Nemo gjorde en tur dobbelt så lang. På den annen side hadde Nautilus et deplasement på bare 1500 tonn, hadde et mannskap på bare to eller tre dusin personer om bord, og var i stand til å holde seg under vann uten pause i ikke mer enn førtiåtte timer. Ubåtkrysseren Surkuf, bygget i 1929 og eid av den franske marinen, hadde et deplasement på 3200 tonn, ble kontrollert av et team på hundre og femti personer og var i stand til å holde seg under vann uten å flyte opptil hundre og tjue timer.
Denne ubåten kunne gjøre overgangen fra havnene i Frankrike til øya Madagaskar uten å gå inn i noen havn underveis. Når det gjelder komforten i boligkvarteret, var Surkuf kanskje ikke dårligere enn Nautilus. Videre hadde Surkuf den utvilsomme fordelen fremfor kaptein Nemos skip at en vanntett hangar for et rekognoseringssjøfly ble arrangert på krysserens øvre dekk. Vi legger også merke til at Jules Verne ikke utstyrte Nautilus med et periskop, noe som ga båten muligheten til å se horisonten fra under vannet.
I bare én henseende vil ekte ubåter fortsatt ligge langt bak skapelsen av den franske romanforfatterens fantasi: i dypet av nedsenkning. Imidlertid må det bemerkes at fantasien til Jules Verne på dette tidspunktet krysset grensene for plausibilitet. «Kaptein Nemo», leste vi på ett sted i romanen, «nådde dybder på tre, fire, fem, sju, ni og ti tusen meter under havoverflaten.» Og en gang sank Nautilus til en enestående dybde - 16 tusen meter! "Jeg følte," sier romanhelten, "hvordan festene til jernbelegget til ubåten grøsser, hvordan bøylene bøyer seg, hvordan de beveger seg innenfor vinduene og gir etter for vanntrykket. Hvis skipet vårt ikke hadde styrke av en solid støpt kropp, ville den umiddelbart bli flatet ut til en kake."
Frykten er ganske passende, fordi på en dybde på 16 km (hvis det var en slik dybde i havet), ville vanntrykket måtte nå 16 000: 10 = 1600 kg per 1 cm2 , eller 1600 tekniske atmosfærer ; en slik innsats knuser ikke jernet, men vil absolutt knuse strukturen. Imidlertid kjenner ikke moderne oseanografi en slik dybde. De overdrevne ideene om havdypet som dominerte Jules Vernes epoke (romanen ble skrevet i 1869) forklares med ufullkommenhet i metoder for å måle dybde. I de dager ble det ikke brukt ledning til lin-lot, men hampetau; så mye ble holdt tilbake av friksjon mot vannet jo sterkere, jo dypere det sank; på en betydelig dybde økte friksjonen til det punktet at partiet sluttet å falle i det hele tatt, uansett hvor mye snøret ble forgiftet: hampetauet bare filtret seg sammen, og skapte inntrykk av stor dybde.
Ubåter i vår tid er i stand til å motstå et trykk på ikke mer enn 25 atmosfærer; dette bestemmer den største dybden av deres nedsenking: 250 m. Mye større dybde ble oppnådd i et spesielt apparat kalt "bathysphere" (fig. 51) og designet spesielt for å studere faunaen i havdypet. Dette apparatet ligner imidlertid ikke Jules Vernes Nautilus, men den fantastiske skapelsen av en annen romanforfatter – Wells' dyphavsball, beskrevet i historien «In the Deep of the Sea». Helten i denne historien gikk ned til bunnen av havet til en dybde på 9 km i en tykkvegget stålkule; enheten ble nedsenket uten en kabel, men med en flyttbar last; etter å ha nådd havbunnen ble ballen her frigjort fra lasten som bar den bort og fløy raskt opp til vannoverflaten.
I bathysfæren har forskere nådd en dybde på mer enn 900 m. Batysfæren går ned på en kabel fra et skip, som de som sitter i ballen opprettholder en telefonforbindelse med.

Figur 51. Stål sfærisk apparat "bathysphere" for nedstigning i de dype lagene i havet. I dette apparatet nådde William Beebe en dybde på 923 m i 1934. Tykkelsen på ballens vegger er omtrent 4 cm, diameteren er 1,5 m, og vekten er 2,5 tonn.

Hvordan ble Sadko oppdratt?

I det store havet omkommer tusenvis av store og små skip hvert år, spesielt i krigstid. De mest verdifulle og tilgjengelige av de sunkne skipene begynte å bli gjenvunnet fra bunnen av havet. De sovjetiske ingeniørene og dykkerne som er en del av EPRON (dvs. Special Purpose Underwater Expedition) ble kjent over hele verden ved å lykkes med å løfte mer enn 150 store fartøyer. Blant dem er en av de største Sadko-isbryteren, som sank i Hvitehavet i 1916 på grunn av kapteinens uaktsomhet. Etter å ha ligget på havbunnen i 17 år, ble denne utmerkede isbryteren hevet av EPRON-arbeidere og satt i drift igjen.
Løfteteknikken var helt basert på anvendelsen av Arkimedes lov. Under skroget på det forliste skipet i havbunnens jord gravde dykkere 12 tunneler og dro et kraftig stålhåndkle gjennom hver av dem. Endene av håndklærne var festet til pongtonger som bevisst ble senket nær isbryteren. Alt dette arbeidet ble utført på en dybde på 25 m under havoverflaten.
Pongtongene (fig. 52) var hule ugjennomtrengelige jernsylindere 11 m lange og 5,5 m i diameter. Den tomme pongtongen veide 50 tonn. I henhold til reglene for geometri er det lett å beregne volumet: omtrent 250 kubikkmeter. Det er klart at en slik sylinder skal flyte tom på vann: den fortrenger 250 tonn vann, mens den selv veier bare 50; dens bæreevne er lik differansen mellom 250 og 50, dvs. 200 tonn. For å få pontongen til å synke til bunnen, fylles den med vann.
Når (se fig. 52) endene av stålstroppene var godt festet til de nedsenkede pongtongene, ble trykkluft sprøytet inn i sylindrene ved hjelp av slanger. På en dybde på 25 m presser vann med en kraft på 25/10 + 1, dvs. 3,5 atmosfærer. Luft ble tilført sylindrene under et trykk på ca. 4 atmosfærer og måtte derfor fortrenge vann fra pongtongene. Lette sylindre med stor kraft ble skjøvet av det omkringliggende vannet til overflaten av havet. De fløt i vannet som en ballong i luften. Deres felles løftekraft med fullstendig fortrengning av vann fra dem vil være 200 x 12, det vil si 2400 tonn. Dette overstiger vekten til den sunkne Sadko, så for en jevnere stigning ble pongtongene bare delvis frigjort fra vann.

Figur 52. Opplegg for å løfte "Sadko"; viser et utsnitt av isbryteren, pongtonger og slynger.
Ikke desto mindre ble stigningen utført først etter flere mislykkede forsøk. "Redningspartiet led fire ulykker på den inntil den lyktes," skriver T. I. Bobritsky, sjefskipsingeniør i EPRON, som ledet arbeidet. «Tre ganger, mens vi ventet spent på skipet, så vi, i stedet for den stigende isbryteren, spontant rømme oppover, i kaoset av bølger og skum, pongtonger og avrevne slanger som vred seg som slanger. To ganger dukket isbryteren opp og forsvant igjen i havets avgrunn før den dukket opp og til slutt holdt seg på overflaten.

"Evig" vannmotor

Blant de mange prosjektene til "perpetual motion machine" var det mange som er basert på flyting av kropper i vannet. Et høyt tårn på 20 meter er fylt med vann. Remskiver er installert på toppen og bunnen av tårnet, gjennom hvilke et sterkt tau kastes i form av et endeløst belte. Festet til tauet er 14 hule kubikkbokser en meter høye, naglet fra jernplater slik at vann ikke kan trenge inn i boksene. Bildet vårt. 53 og 54 viser utseendet til et slikt tårn og dets lengdesnitt.
Hvordan fungerer denne innstillingen? Alle som er kjent med Arkimedes lov vil innse at boksene, når de er i vannet, vil ha en tendens til å flyte opp. De trekkes oppover av en kraft som tilsvarer vekten av vannet som fortrenges av boksene, det vil si vekten av en kubikkmeter vann, gjentatt like mange ganger som boksene er nedsenket i vann. Det kan ses av tegningene at det alltid er seks bokser i vannet. Dette betyr at kraften som bærer de lastede kassene opp er lik vekten av 6 m3 vann, det vil si 6 tonn. De trekkes ned av boksenes egenvekt, som imidlertid balanseres av en last på seks bokser som henger fritt på utsiden av tauet.
Så et tau som kastes på denne måten vil alltid bli utsatt for et trekk på 6 tonn påført den ene siden av det og rettet oppover. Det er klart at denne kraften vil føre til at tauet roterer ustanselig, glir langs trinsene, og for hver omdreining utfører det arbeid på 6000 * 20 = 120 000 kgm.
Nå er det klart at hvis vi oversetter landet med slike tårn, vil vi kunne motta en ubegrenset mengde arbeid fra dem, tilstrekkelig til å dekke alle behovene til den nasjonale økonomien. Tårnene vil rotere ankrene til dynamoene og gi elektrisk energi i enhver mengde.
Men hvis du ser nøye på dette prosjektet, er det lett å se at den forventede bevegelsen av tauet ikke bør forekomme i det hele tatt.
For at det endeløse tauet skal rotere, må boksene inn i tårnets vannbasseng nedenfra og forlate det ovenfra. Men når alt kommer til alt, når du kommer inn i bassenget, må boksen overvinne trykket fra en vannsøyle 20 m høy! Dette trykket per kvadratmeter av boksens areal er lik verken mer eller mindre enn tjue tonn (vekten av 20 m3 vann). Den oppadgående skyvekraften er bare 6 tonn, det vil si at det tydeligvis ikke er nok til å dra boksen inn i bassenget.
Blant de mange eksemplene på vann "perpetual motion"-maskiner, hundrevis av dem ble oppfunnet av mislykkede oppfinnere, kan man finne veldig enkle og geniale alternativer.

Figur 53. Prosjektet til en tenkt «evig» vannmotor.

Figur 54. Enheten til tårnet i forrige figur.
Ta en titt på fig. 55. En del av en tretrommel, montert på en aksel, er nedsenket i vann hele tiden. Hvis Arkimedes lov er sann, bør delen som er nedsenket i vann flyte opp, og så snart flytekraften er større enn friksjonskraften på trommelens akse, vil rotasjonen aldri stoppe ...

Figur 55. Et annet prosjekt av en "evig" vannmotor.
Ikke skynd deg å bygge denne "evige" motoren! Du vil helt sikkert mislykkes: trommelen vil ikke rokke. Hva er i veien, hva er feilen i resonnementet vårt? Det viser seg at vi ikke tok hensyn til retningen til de handlende styrkene. Og de vil alltid være rettet langs vinkelrett på overflaten av trommelen, det vil si langs radius til aksen. Alle vet av daglig erfaring at det er umulig å få hjulet til å snu ved å bruke kraft langs hjulets radius. For å forårsake rotasjon er det nødvendig å påføre kraft vinkelrett på radius, dvs. tangent til omkretsen av hjulet. Nå er det ikke vanskelig å forstå hvorfor forsøket på å implementere «eviggående» bevegelse også vil ende med fiasko i dette tilfellet.
Arkimedes lov ga forførende mat til sinnene til søkere av en "evig" bevegelsesmaskin og oppmuntret dem til å komme opp med geniale enheter for å bruke tilsynelatende vekttap for å få en evig kilde til mekanisk energi.

Hvem har laget ordene "gass" og "atmosfære"?

Ordet "gass" tilhører antallet ord som er oppfunnet av forskere sammen med slike ord som "termometer", "elektrisitet", "galvanometer", "telefon" og fremfor alt "atmosfære". Av alle de oppfunne ordene er "gass" det desidert korteste. Den gamle nederlandske kjemikeren og legen Helmont, som levde fra 1577 til 1644 (en samtidig med Galileo), produserte "gass" fra det greske ordet for "kaos". Etter å ha oppdaget at luft består av to deler, hvorav den ene støtter forbrenning og brenner ut, mens resten ikke har disse egenskapene, skrev Helmont:
"Jeg kalte slik dampgass, fordi den nesten ikke skiller seg fra de gamles kaos"(den opprinnelige betydningen av ordet "kaos" er et strålende rom).
Det nye ordet ble imidlertid ikke brukt på lenge etter det og ble gjenopplivet først av den berømte Lavoisier i 1789. Det ble utbredt da alle begynte å snakke om Montgolfier-brødrenes flyvninger i de første ballongene.
Lomonosov brukte i sine skrifter et annet navn for gassformige legemer - "elastiske væsker" (som forble i bruk selv da jeg var på skolen). Vi bemerker forresten at Lomonosov er kreditert for å ha introdusert en rekke navn i russisk tale, som nå har blitt standardord for det vitenskapelige språket:
atmosfære
manometer
barometer
mikrometer
luft pumpe
optikk, optisk
viskositet
uh (e) elektrisk
krystallisering
e(e)fir
saken
og så videre.
Den geniale stamfaren til russisk naturvitenskap skrev om dette: "Jeg ble tvunget til å lete etter ord for å nevne noen fysiske instrumenter, handlinger og naturlige ting, som (dvs. ord) selv til å begynne med virker noe merkelige, men jeg håper at de vil bli mer kjent med tid gjennom bruk vil."
Som vi vet var Lomonosovs håp fullt ut berettiget.
Tvert imot, ordene som senere ble foreslått av V. I. Dahl (den velkjente kompilatoren av Forklaringsordboken) for å erstatte "atmosfæren" - den klønete "myrocolitsa" eller "colosseum" - slo ikke rot i det hele tatt, akkurat som hans " himmelsk jord» slo ikke rot i stedet for horisonten og andre nye ord .

Som en enkel oppgave

En samovar som inneholder 30 glass er full av vann. Du setter et glass under kranen hans, og med en klokke i hånden følger du sekundviseren for å se når glasset er fylt til randen. La oss si det om et halvt minutt. La oss nå stille spørsmålet: når vil hele samovaren bli tømt hvis kranen står åpen?
Det ser ut til at dette er et barnslig enkelt regneproblem: Ett glass renner ut på 0,5 minutter, noe som betyr at 30 glass vil renne ut på 15 minutter.
Men gjør opplevelsen. Det viser seg at samovaren er tom ikke på et kvarter, som du forventet, men på en halv time.
Hva er i veien? Tross alt er regnestykket så enkelt!
Enkelt, men feil. Det kan ikke tenkes at hastigheten på utstrømningen forblir den samme fra begynnelse til slutt. Når det første glasset har strømmet ut av samovaren, strømmer strålen allerede under mindre trykk, siden vannstanden i samovaren har sunket; det er klart at det andre glasset vil fylles på lengre tid enn et halvt minutt; den tredje vil flyte enda mer lat, og så videre.
Strømningshastigheten til enhver væske fra et hull i et åpent kar er direkte avhengig av høyden på væskekolonnen over hullet. Den briljante Toricelli, en elev av Galileo, var den første som påpekte denne avhengigheten og uttrykte den med en enkel formel:

Der v er utstrømningshastigheten, g er tyngdeakselerasjonen, og h er høyden på væskenivået over hullet. Det følger av denne formelen at hastigheten til den utstrømmende strålen er helt uavhengig av væskens tetthet: lett alkohol og tungt kvikksølv på samme nivå strømmer like raskt ut av hullet (fig. 56). Det kan sees fra formelen at på Månen, der tyngdekraften er 6 ganger mindre enn på Jorden, vil det ta omtrent 2,5 ganger mer tid å fylle et glass enn på Jorden.
Men la oss komme tilbake til oppgaven vår. Hvis etter utløpet av 20 glass fra samovaren har vannnivået i den (regnet fra kranåpningen) sunket fire ganger, vil det 21. glasset fylles opp dobbelt så sakte som det første. Og hvis vannstanden i fremtiden synker 9 ganger, vil det ta tre ganger mer tid å fylle de siste glassene enn å fylle de første. Alle vet hvor tregt vann renner fra kranen på samovaren, som allerede er nesten tom. Ved å løse dette problemet ved hjelp av metodene for høyere matematikk, kan det bevises at tiden som kreves for fullstendig tømming av karet er dobbelt så lang som tiden da samme volum væske ville strømme ut på et konstant startnivå.

Figur 56. Hva er mer sannsynlig å helle ut: kvikksølv eller alkohol? Væskenivået i karene er det samme.

Bassengproblem

Fra det som er sagt, ett skritt til de beryktede problemene om bassenget, som ikke en eneste aritmetisk og algebraisk oppgavebok kan klare seg uten. Alle husker klassisk kjedelige, skolastiske problemer som følgende:
«Det er to rør i bassenget. Etter en første tomme bassenget kan fylles ved 5 o'clock; på ett sekund kan det fulle bassenget tømmes ved 10-tiden. Når blir det tomme bassenget fylt hvis begge rørene åpnes samtidig?
Problemer av denne typen har en respektabel resept - nesten 20 århundrer, tilbake til Heron of Alexandria. Her er en av Herons oppgaver - men ikke så intrikat som hennes etterkommere:

Fire fontener er gitt. Et omfattende reservoar er gitt.
Om en dag fyller den første fontenen den til randen.
To dager og to netter den andre skal fungere på det samme.
Den tredje er tre ganger den første, svakere.
Om fire dager holder den siste følge med ham.
Fortell meg hvor snart det blir fullt
Hvis alle åpner i løpet av en gang?

I to tusen år har svømmebassengproblemer blitt løst, og slik er rutinens kraft! – to tusen år løses feil. Hvorfor det er galt - du vil forstå selv etter det som nettopp er blitt sagt om utløpet av vann. Hvordan blir de lært opp til å løse svømmebassengproblemer? Det første problemet løses for eksempel på følgende måte. Etter 1 time helles det første røret 0,2 bassenger, det andre heller 0,1 bassenger; dette betyr at under påvirkning av begge rørene kommer 0,2 - 0,1 = 0,1 inn i bassenget hver time, hvorfra tiden for å fylle bassenget er 10 timer. Dette resonnementet er feil: hvis tilstrømningen av vann kan anses å skje under konstant trykk og derfor jevn, skjer utstrømningen på et skiftende nivå og derfor ujevnt. Av at bassenget tømmes av det andre røret ved 10-tiden, følger det slett ikke at 0,1 del av bassenget renner ut hver time; skolevedtaket, som vi ser, er feil. Det er umulig å løse oppgaven riktig ved hjelp av elementær matematikk, og derfor har ikke oppgavene om et basseng (med rennende vann) plass i det hele tatt i regneoppgavebøker.

Figur 57. Bassengproblemet.

Fantastisk fartøy

Er det mulig å arrangere et slikt kar hvorfra vann vil strømme ut hele tiden i en jevn strøm, uten å bremse strømmen, til tross for at væskenivået synker? Etter det du har lært fra de tidligere artiklene, er du sannsynligvis klar til å vurdere et slikt problem som uløselig.
I mellomtiden er det ganske gjennomførbart. Banken vist i fig. 58, er bare et så fantastisk fartøy. Dette er en vanlig krukke med en smal hals, gjennom korken som et glassrør skyves. Hvis du åpner kran C under enden av røret, vil væske strømme fra den i en uavbrutt strøm inntil vannnivået i karet synker til bunnen av røret. Ved å skyve røret nesten opp til kranens nivå, kan du få all væsken over nivået til hullet til å renne ut i en jevn, om enn veldig svak strøm.

Figur 58. Enheten til Mariotte-fartøyet. Fra hull C renner vannet jevnt.
Hvorfor skjer dette? Følg mentalt med hva som skjer i karet når kran C åpnes (fig. 58). Først av alt helles vann ut av et glassrør; væskenivået inni det synker til enden av røret. Med ytterligere utstrømning faller vannnivået i fartøyet allerede og luft utenfra kommer inn gjennom glassrøret; det bobler gjennom vannet og samler seg over det på toppen av karet. Nå, på alle nivå B, er trykket lik atmosfærisk. Dette betyr at vann fra kran C renner ut kun under trykket fra vannlaget BC, fordi trykket i atmosfæren i og utenfor karet er balansert. Og siden tykkelsen på BC-laget forblir konstant, er det ikke overraskende at strålen strømmer med samme hastighet hele tiden.
Prøv nå å svare på spørsmålet: hvor raskt vil vannet strømme ut hvis du fjerner korken B på nivå med enden av røret?
Det viser seg at det ikke vil strømme ut i det hele tatt (selvfølgelig, hvis hullet er så lite at dets bredde kan neglisjeres; ellers vil vann strømme ut under trykket av et tynt lag med vann, like tykt som bredden på hullet). Faktisk er trykket her inne og ute lik atmosfærisk, og ingenting får vann til å strømme ut.
Og hvis du tok ut pluggen A over den nedre enden av røret, ville det ikke bare strømme vann ut av karet, men også luft utenfra ville komme inn i det. Hvorfor? Av en veldig enkel grunn: inne i denne delen av fartøyet er lufttrykket mindre enn atmosfærisk trykk utenfor.
Dette fartøyet med slike ekstraordinære egenskaper ble oppfunnet av den berømte fysikeren Mariotte og oppkalt etter vitenskapsmannen "fartøyet til Mariotte."

Last fra luften

På midten av 1600-tallet var innbyggerne i byen Rogensburg og de suverene prinsene av Tyskland, ledet av keiseren, som hadde samlet seg der, vitne til et fantastisk skue: 16 hester prøvde sitt beste for å skille to kobberhalvkuler festet til hver. annen. Hva koblet dem sammen? "Ingenting" - luft. Og likevel, åtte hester som trakk i den ene retningen og åtte som dro i den andre, klarte ikke å skille dem. Så borgermester Otto von Guericke viste med egne øyne for alle at luft ikke er "ingenting" i det hele tatt, at den har tyngde og presser med betydelig kraft på alle jordiske gjenstander.
Dette eksperimentet ble utført 8. mai 1654, i en svært høytidelig atmosfære. Den lærde borgmesteren klarte å interessere alle med sin vitenskapelige forskning, til tross for at saken fant sted midt i politisk uro og ødeleggende kriger.
En beskrivelse av det berømte eksperimentet med "Magdeburg-halvkulene" er tilgjengelig i fysikklærebøker. Likevel er jeg sikker på at leseren med interesse vil lytte til denne historien fra Guerickes lepper, den «tyske Galileo», som den bemerkelsesverdige fysikeren noen ganger kalles. En omfangsrik bok som beskrev en lang rekke av eksperimentene hans dukket opp på latin i Amsterdam i 1672 og bar, som alle bøker fra denne epoken, en lang tittel. Her er det:
OTTO av GUERICKE

De såkalte nye Magdeburg-eksperimentene

over AIRLESS ROM,

opprinnelig beskrevet av en matematikkprofessor
ved universitetet i Würzburg av Kaspar Schott.
Forfatterens egen utgave
mer detaljert og supplert med div
nye opplevelser.
Kapittel XXIII i denne boken er viet eksperimentet som interesserer oss. Her er en bokstavelig oversettelse av den.
"Et eksperiment som beviser at lufttrykket forbinder de to halvkulene så fast at de ikke kan skilles av 16 hesters innsats.
Jeg bestilte to kobberhalvkuler tre fjerdedeler av en Magdeburg alen i diameter. Men i virkeligheten var diameteren deres bare 67/100, siden håndverkerne, som vanlig, ikke kunne lage nøyaktig det som var nødvendig. Begge halvkulene reagerte fullt ut på hverandre. En kran ble festet til den ene halvkulen; Med denne ventilen kan du fjerne luft fra innsiden og hindre at luft kommer inn utenfra. I tillegg ble det festet 4 ringer til halvkulene, gjennom hvilke tau som var bundet til hesters seletøy, ble tredd. Jeg bestilte også en skinnring som skulle sys; den ble mettet med en blanding av voks i terpentin; klemt mellom halvkulene, slapp den ikke luft gjennom dem. Et luftpumperør ble satt inn i kranen, og luften inne i ballen ble fjernet. Så ble det oppdaget med hvilken kraft begge halvkulene ble presset mot hverandre gjennom en lærring. Trykket fra uteluften presset dem så hardt at 16 hester (med et rykk) ikke klarte å skille dem i det hele tatt, eller oppnådde dette med vanskeligheter. Da halvkulene, som ga etter for spenningen av all kraften til hestene, ble skilt fra hverandre, hørtes et brøl, som fra et skudd.
Men det var nok å åpne fri tilgang til luft ved å skru på kranen – og det var enkelt å skille halvkulene med hendene.
En enkel beregning kan forklare oss hvorfor en så betydelig kraft (8 hester på hver side) er nødvendig for å skille delene av en tom ball. Luftpresser med en kraft på ca. 1 kg pr. cm2; arealet av en sirkel med en diameter på 0,67 alen (37 cm) er 1060 cm2. Dette betyr at trykket i atmosfæren på hver halvkule må overstige 1000 kg (1 tonn). Hver åtte hest måtte derfor trekke med et tonns kraft for å motvirke trykket fra uteluften.
Det ser ut til at for åtte hester (på hver side) er dette ikke en veldig stor belastning. Ikke glem imidlertid at når du flytter, for eksempel en last på 1 tonn, overvinner hester en kraft som ikke er 1 tonn, men mye mindre, nemlig friksjonen til hjulene på akselen og på fortauet. Og denne kraften er - på motorveien, for eksempel - bare fem prosent, det vil si med en belastning på ett tonn - 50 kg. (For ikke å snakke om at når innsatsen til åtte hester slås sammen, som praksis viser, tapes 50 % av trekkraften.) Derfor tilsvarer en trekkraft på 1 tonn en vognlast på 20 tonn med åtte hester. Slik er luftlasten hestene til Magdeburg-borgmesteren skulle bære! Det var som om de skulle flytte et lite damplokomotiv, som dessuten ikke ble satt på skinner.
Det måles at en sterk trekkhest trekker en vogn med en kraft på kun 80 kg. Følgelig, for å bryte Magdeburg-halvkulene, med en jevn skyvekraft, ville det være nødvendig med 1000/80 \u003d 13 hester på hver side.
Leseren vil nok bli forbløffet over å høre at noen av artikulasjonene til skjelettet vårt ikke faller fra hverandre av samme grunn som Magdeburg-halvkulene. Hofteleddet vårt er nettopp slike Magdeburg-halvkuler. Det er mulig å eksponere dette leddet fra muskel- og bruskforbindelser, og likevel faller ikke låret ut: atmosfærisk trykk presser det, siden det ikke er luft i det interartikulære rommet.

Nye hegrefontener

Den vanlige formen på fontenen, tilskrevet den eldgamle mekanikeren Heron, er sannsynligvis kjent for mine lesere. La meg minne deg om enheten her, før jeg går videre til en beskrivelse av de siste modifikasjonene av denne nysgjerrige enheten. Herons fontene (fig. 60) består av tre kar: den øvre åpne a og to sfæriske b og c, hermetisk lukket. Fartøyene er forbundet med tre rør, hvis plassering er vist på figuren. Når det er litt vann i a, kule b fylles med vann, og kule c fylles med luft, begynner fontenen å fungere: vann strømmer gjennom røret fra a til c. forskyvning av luft derfra inn i kule b; under trykket fra den innkommende luften, strømmer vann fra b opp i røret og slår som en fontene over kar a. Når ball b er tom, slutter fontenen å slå.

Figur 59. Knoklene i hofteleddene våre går ikke i oppløsning på grunn av atmosfærisk trykk, akkurat som Magdeburg-halvkulene holdes tilbake.

Figur 60. Gammel hegrefontene.

Figur 61. Moderne modifikasjon av Hegrefontenen. Over - en variant av plateanordningen.
Dette er den eldgamle formen for Heron-fontenen. Allerede i vår tid har en skolelærer i Italia, tvunget til oppfinnsomhet av den magre innredningen av hans fysiske studie, forenklet konstruksjonen av Heron-fontenen og utviklet slike modifikasjoner av den som enhver kan ordne ved hjelp av de enkleste midler (fig. 61). I stedet for kuler brukte han apotekflasker; i stedet for glass- eller metallrør, tok jeg gummi. Det øvre karet trenger ikke å perforeres: man kan ganske enkelt sette inn endene av rørene inn i det, som vist på fig. 61 ovenfor.
I denne modifikasjonen er enheten mye mer praktisk å bruke: når alt vannet fra krukke b renner over gjennom beholderen a inn i krukken c, kan du ganske enkelt omorganisere krukkene b og c, og fontenen fungerer igjen; vi må selvfølgelig ikke glemme å også transplantere spissen på et annet rør.
En annen bekvemmelighet med den modifiserte fontenen er at den gjør det mulig å vilkårlig endre plassering av fartøyene og studere hvordan avstanden til nivåene til fartøyene påvirker høyden på strålen.
Hvis du ønsker å øke høyden på strålen mange ganger, kan du oppnå dette ved å erstatte vann med kvikksølv i de nedre kolbene på den beskrevne enheten, og luft med vann (fig. 62). Virkemåten til enheten er tydelig: kvikksølv, som helles fra krukke c i krukke b, fortrenger vann fra det, og får det til å sprute som en fontene. Når vi vet at kvikksølv er 13,5 ganger tyngre enn vann, kan vi beregne hvor høyt fontenestrålen skal stige. La oss betegne nivåforskjellen som henholdsvis h1, h2, h3. La oss nå se på kreftene som kvikksølv strømmer fra kar c (fig. 62) inn i b. Kvikksølvet i forbindelsesrøret er utsatt for trykk fra begge sider. Til høyre påvirkes det av trykket til differansen h2 av kvikksølvsøyler (som tilsvarer trykket på 13,5 ganger den høyere vannsøylen, 13,5 h2) pluss trykket i vannsøylen h1. Vannsøylen h3 trykker på venstre side. Som et resultat blir kvikksølv ført bort med makt
13.5t2 + h1 - h3.
Men h3 – h1 = h2; derfor erstatter vi h1 - h3 med minus h2 og får:
13.5t2 - h2 dvs. 12.5t2.
Kvikksølv kommer således inn i kar b under trykket av vekten av en vannsøyle med en høyde på 12,5 h2. Teoretisk sett bør derfor fontenen slå til en høyde lik forskjellen i kvikksølvnivåer i kolbene, multiplisert med 12,5. Friksjon senker denne teoretiske høyden noe.
Ikke desto mindre gir den beskrevne enheten en praktisk mulighet til å få en høy jet. For å tvinge for eksempel en fontene til å slå til en høyde på 10 m, er det nok å heve den ene dunken over den andre med omtrent en meter. Det er merkelig at, som det fremgår av beregningen vår, hevingen av platen a over kolbene med kvikksølv ikke i det minste påvirker strålens høyde.

Figur 62. Kvikksølvtrykkfontene. Strålen slår ti ganger høyere enn forskjellen i kvikksølvnivåer.

Villedende fartøyer

I gamle dager - på 1600- og 1700-tallet - moret adelsmennene seg med følgende lærerike leketøy: de laget et krus (eller kanne), i den øvre delen var det store mønstrede utskjæringer (fig. 63). Et slikt krus, skjenket med vin, ble tilbudt en uvitende gjest, som man kunne le ustraffet over. Hvordan drikke av det? Du kan ikke vippe den: vin vil strømme ut av mange gjennomgående hull, og ikke en dråpe vil nå munnen din. Det vil skje som i et eventyr:

Figur 63. Villedende kanne fra slutten av 1700-tallet og hemmeligheten bak dens konstruksjon.
Honning, drikker øl,
Ja, han bare våt barten.
Men hvem visste hemmeligheten bak arrangementet av slike krus, hemmeligheten vist i fig. 63 til høyre, - han plugget hull B med fingeren, tok tuten inn i munnen og trakk væsken inn i seg selv uten å vippe karet: vinen steg gjennom hullet E langs kanalen inne i håndtaket, deretter langs dens fortsettelse C inne i den øvre kanten av kruset og nådde tuten.
For ikke så lenge siden ble lignende krus laget av våre pottemakere. Det hendte meg i ett hus å se et eksempel på deres arbeid, som ganske dyktig skjuler hemmeligheten bak fartøyets konstruksjon; på kruset stod påskriften: "Drikk, men ikke hell over."

Hvor mye veier vann i et veltet glass?

"Selvfølgelig veier det ingenting: vann holder ikke i et slikt glass, det renner ut," sier du.
– Og hvis det ikke renner ut? Jeg vil spørre. - Hva da?
Det er faktisk mulig å holde vann i et veltet glass slik at det ikke renner ut. Denne saken er vist i fig. 64. En veltet glassbeger, bundet i bunnen til den ene skalaen, er fylt med vann, som ikke renner ut, siden kantene på begeret er nedsenket i et kar med vann. Et nøyaktig det samme tomme glasset settes på den andre pannen på vekten.
Hvilken del av vekten vil veie opp?

Figur 64. Hvilken cup vinner over?
Den som det veltede glasset med vann er bundet til vil trekke. Dette glasset opplever fullt atmosfærisk trykk ovenfra, og atmosfærisk trykk nedenfra, svekket av vekten av vannet i glasset. For å balansere koppene, vil det være nødvendig å fylle et glass plassert på toppen av en annen kopp med vann.
Under disse forholdene veier derfor vannet i et veltet glass det samme som i et glass plassert på bunnen.

Hvorfor tiltrekkes skip?

Høsten 1912 hadde havdamperen Olympic, den gang et av de største skipene i verden, følgende hendelse. OL seilte i åpent hav, og nesten parallelt med det, i en avstand på hundrevis av meter, passerte et annet skip, en mye mindre panserkrysser Gauk, i høy hastighet. Når begge skip inntok posisjonen vist i fig. 65 skjedde noe uventet: det mindre fartøyet svingte raskt ut av veien, som om det adlød en usynlig kraft, snudde baugen mot den store dampbåten og beveget seg nesten rett mot den, uten å adlyde roret. Det var en kollisjon. Gauken slengte nesen i siden på Olmpiken; slaget var så kraftig at "Gauk" laget et stort hull i siden av "Olympic".

Figur 65. Posisjonen til dampskipene "Olympic" og "Gauk" før kollisjonen.
Da denne merkelige saken ble behandlet i sjøretten, ble kapteinen på giganten "Olympic" funnet skyldig, fordi, - lød rettsdekretet, - han ikke ga noen ordre om å vike for "Gauk" som gikk over.
Retten så her derfor ikke noe ekstraordinært: kapteinens enkle uforsiktighet, ikke noe mer. I mellomtiden fant en helt uforutsett omstendighet sted: et tilfelle av gjensidig tiltrekning av skip på sjøen.
Slike tilfeller har forekommet mer enn én gang, sannsynligvis før, med parallell bevegelse av to skip. Men før veldig store skip ble bygget, manifesterte ikke dette fenomenet seg med så stor kraft. Da vannet i havene begynte å pløye de "flytende byene", ble fenomenet med tiltrekning av skip mye mer merkbart; sjefer for krigsskip regner med ham når de manøvrerer.
Tallrike ulykker med små skip som seilte i nærheten av store passasjer- og militærskip skjedde trolig av samme grunn.
Hva forklarer denne attraksjonen? Her kan det selvsagt ikke være snakk om tiltrekning i henhold til Newtons lov om universell gravitasjon; vi har allerede sett (i kapittel IV) at denne attraksjonen er for ubetydelig. Årsaken til fenomenet er av et helt annet slag og forklares av lovene for flyten av væsker i rør og kanaler. Det kan bevises at hvis en væske strømmer gjennom en kanal som har innsnevringer og utvidelser, så flyter den i trange deler av kanalen raskere og legger mindre press på kanalveggene enn på brede steder, hvor den strømmer roligere og legger mer press på veggene (det såkalte "Bernoulli-prinsippet"). ").
Det samme gjelder for gasser. Dette fenomenet i læren om gasser kalles Clément-Desorme-effekten (etter fysikerne som oppdaget det) og omtales ofte som det "aerostatiske paradokset". For første gang ble dette fenomenet, som de sier, oppdaget ved et uhell under følgende omstendigheter. I en av de franske gruvene ble en arbeider beordret til å lukke åpningen til den ytre aditen med et skjold, gjennom hvilket trykkluft ble tilført gruven. Arbeideren strevde lenge med en luftstrøm, men plutselig smalt skjoldet i aditten av seg selv med en slik kraft at hvis skjoldet ikke var stort nok, ville han blitt trukket inn i ventilasjonsluken sammen med den skremte arbeideren.
Forresten, denne funksjonen ved strømmen av gasser forklarer virkningen av forstøveren. Når vi blåser (fig. 67) inn i kne a, og ender i en innsnevring, reduserer luften, som passerer inn i innsnevringen, trykket. Det er altså luft med redusert trykk over røret b, og derfor driver trykket i atmosfæren væsken fra glasset opp i røret; ved hullet kommer væsken inn i strålen av blåst luft og sprayes i den.
Nå vil vi forstå hva som er årsaken til tiltrekningen av skip. Når to dampskip seiler parallelt med hverandre, oppnås en slags vannkanal mellom sidene deres. I en vanlig kanal er veggene stasjonære, og vannet beveger seg; her er det omvendt: vannet står stille, men veggene beveger seg. Men virkningen av kreftene endres ikke i det hele tatt: på de trange stedene av det bevegelige dryppet trykker vannet mindre på veggene enn i rommet rundt dampskipene. Med andre ord opplever sidene av dampskipene som vender mot hverandre mindre trykk fra vannsiden enn de ytre delene av skipene. Hva bør skje som følge av dette? Skipene må under trykket fra det ytre vannet bevege seg mot hverandre, og det er naturlig at det mindre skipet beveger seg mer merkbart, mens det mer massive forblir nesten ubevegelig. Derfor er tiltrekningen spesielt sterk når et stort skip raskt passerer et lite.

Figur 66. I trange deler av kanalen renner vannet raskere og trykker mindre på veggene enn i brede.

Figur 67. Sprøytepistol.

Figur 68. Vannstrømmen mellom to seilskuter.
Så tiltrekningen til skip skyldes sugevirkningen til rennende vann. Dette forklarer også faren for stryk for badende, sugeeffekten av boblebad. Det kan beregnes at vannstrømmen i en elv med en moderat hastighet på 1 m per sekund trekker inn en menneskekropp med en kraft på 30 kg! En slik kraft er ikke lett å motstå, spesielt i vannet, når vår egen kroppsvekt ikke hjelper oss med å opprettholde stabiliteten. Til slutt forklares den tilbaketrekkende handlingen til et hurtiggående tog med det samme Bernoulli-prinsippet: et tog med en hastighet på 50 km i timen drar en nærliggende person med en kraft på omtrent 8 kg.
Fenomenene knyttet til "Bernoulli-prinsippet", selv om de er ganske vanlige, er lite kjent blant ikke-spesialister. Det vil derfor være nyttig å dvele mer detaljert ved det. Følgende er et utdrag fra en artikkel om dette emnet publisert i et populærvitenskapelig tidsskrift.

Bernoullis prinsipp og dets konsekvenser

Prinsippet, først uttrykt av Daniel Bernoulli i 1726, sier: i en vann- eller luftstråle er trykket høyt hvis hastigheten er lav, og trykket er lavt hvis hastigheten er høy. Det er kjente begrensninger for dette prinsippet, men vi vil ikke dvele ved dem her.
Ris. 69 illustrerer dette prinsippet.
Luft blåses gjennom røret AB. Hvis tverrsnittet av røret er lite, som i a, er lufthastigheten høy; der tverrsnittet er stort, som i b, er lufthastigheten lav. Der hastigheten er høy, er trykket lavt, og der hastigheten er lav, er trykket høyt. På grunn av det lave lufttrykket i a stiger væsken i rør C; samtidig fører sterkt lufttrykk i b til at væsken i rør D synker.

Figur 69. Illustrasjon av Bernoulli-prinsippet. I den innsnevrede delen (a) av røret AB er trykket mindre enn i den brede delen (b).
På fig. 70 rør T er montert på en kobberskive DD; luft blåses gjennom røret T og videre forbi den ledige disken dd. Luften mellom de to skivene har høy hastighet, men denne hastigheten avtar raskt når den nærmer seg kantene på skivene, da tverrsnittet av luftstrømmen øker raskt og tregheten til luften som strømmer ut av rommet mellom skivene er overvinne. Men trykket i luften som omgir skiven er stort, siden hastigheten er lav, og lufttrykket mellom skivene er lite, siden hastigheten er høy. Derfor har luften som omgir skiven en større effekt på skivene, og har en tendens til å bringe dem nærmere enn luftstrømmen mellom skivene, og har en tendens til å skyve dem fra hverandre; som et resultat fester disken dd seg til disken DD jo sterkere, jo sterkere er luftstrømmen i T.
Ris. 71 representerer analogien til fig. 70, men bare med vann. Det raskt bevegelige vannet på DD-skiven er på et lavt nivå og stiger til et høyere stillestående vann i bassenget når det sirkler rundt kantene på skiven. Derfor har det stillestående vannet under skiven et høyere trykk enn det bevegelige vannet over skiven, noe som får skiven til å stige. Stang P tillater ikke sideforskyvning av disken.

Figur 70. Erfaring med disker.

Figur 71. Disk DD stiger på stang P når en vannstråle fra tanken helles på den.
Ris. 72 viser en lett ball som flyter i en luftstråle. Luftstrålen treffer ballen og hindrer den i å falle. Når ballen spretter ut av strålen, skyver den omkringliggende luften den tilbake i strålen fordi trykket i omgivelsesluften med lav hastighet er høyt og lufttrykket med høy hastighet er lavt.
Ris. 73 representerer to skip som beveger seg side om side i stille vann, eller, hva som tilsvarer det samme, to skip som står side om side og flyter rundt vannet. Strømmen er mer begrenset i rommet mellom karene, og vannhastigheten i dette rommet er større enn på begge sider av karene. Derfor er vanntrykket mellom skipene mindre enn på begge sider av skipene; det høyere trykket i vannet rundt skipene bringer dem nærmere hverandre. Sjømenn vet godt at to skip som seiler side om side er sterkt tiltrukket av hverandre.

Figur 72. En ball støttet av en luftstråle.

Figur 73. To skip som beveger seg parallelt ser ut til å tiltrekke hverandre.

Figur 74. Når skip beveger seg fremover, snur skip B baugen mot skip A.

Figur 75. Hvis det blåses luft mellom to lette kuler, nærmer de seg hverandre til de berører hverandre.
Et mer alvorlig tilfelle kan oppstå når ett skip følger etter et annet, som vist i fig. 74. De to kreftene F og F, som bringer skipene sammen, har en tendens til å snu dem, og skipet B svinger mot L med betydelig kraft. En kollisjon i dette tilfellet er nesten uunngåelig, siden roret ikke har tid til å endre retningen på skipet.
Fenomenet beskrevet i forbindelse med fig. 73 kan demonstreres ved å blåse luft mellom to lette gummikuler opphengt som vist i fig. 75. Hvis det blåses luft mellom dem, nærmer de seg og treffer hverandre.

Formålet med fiskeblæren

Om hvilken rolle svømmeblæren til fisk spiller, sier og skriver de vanligvis - det virker ganske plausibelt - følgende. For å komme ut fra dypet til overflatelagene av vannet blåser fisken opp svømmeblæren; da øker volumet av kroppen, vekten av det fortrengte vannet blir større enn dets egen vekt - og i henhold til svømmeloven stiger fisken. For å stoppe stigningen eller gå ned, komprimerer hun tvert imot svømmeblæren. Kroppens volum, og med det vekten av det fortrengte vannet, avtar, og fisken synker til bunnen i henhold til Arkimedes lov.
En slik forenklet idé om formålet med svømmeblæren til fisk dateres tilbake til tiden til forskerne ved det florentinske akademiet (XVII århundre) og ble uttrykt av professor Borelli i 1685. I mer enn 200 år ble det akseptert uten innvendinger, klarte å slå rot i skolebøkene, og bare av verkene til nye forskere (Moreau, Charbonel) ble den fullstendige inkonsekvensen av denne teorien oppdaget,
Boblen har utvilsomt en veldig nær forbindelse med svømming av fisk, siden fisken som boblen ble kunstig fjernet i under forsøkene kunne holde seg i vannet bare ved å jobbe hardt med finnene, og da dette arbeidet opphørte, falt de til bunn. Hva er dens egentlige rolle? Svært begrenset: det hjelper bare fisken å holde seg på en viss dybde - akkurat på den der vekten av vannet som fortrenges av fisken er lik vekten til fisken selv. Når fisken, ved hjelp av finnene, faller under dette nivået, trekker kroppen seg sammen, som opplever stort ytre trykk fra vannet, og klemmer boblen; vekten av det fortrengte vannvolumet avtar, blir mindre enn vekten til fisken, og fisken faller ukontrollert ned. Jo lavere den faller, jo sterkere blir vanntrykket (med 1 atmosfære ved senking for hver 10. m), jo mer klemmes fiskens kropp og jo raskere fortsetter den å falle.
Det samme, bare i motsatt retning, skjer når fisken, etter å ha forlatt laget der den var i balanse, flyttes av finnenes arbeid til høyere lag. Kroppen hennes, frigjort fra en del av det ytre trykket og fortsatt sprengt fra innsiden med en svømmeblære (hvor gasstrykket var opp til dette punktet i likevekt med trykket fra det omkringliggende vannet), øker i volum og som et resultat , flyter høyere. Jo høyere fisken stiger, jo mer svulmer kroppen, og følgelig desto raskere stiger den videre. Fisken er ikke i stand til å forhindre dette ved å "klemme blæren", siden veggene i svømmeblæren er blottet for muskelfibre som aktivt kan endre volumet.
At en slik passiv ekspansjon av kroppens volum faktisk finner sted i fisk, bekreftes av følgende forsøk (fig. 76). Bleaken i kloroformt tilstand legges i et lukket kar med vann, hvor det opprettholdes et økt trykk, nær det som råder på en viss dybde i et naturlig reservoar. på overflaten av vannet ligger fisken inaktiv, buken opp. Nedsenket litt dypere stiger den til overflaten igjen. Plassert nærmere bunnen, synker den til bunnen. Men i intervallet mellom begge nivåene er det et vannlag der fisken forblir i balanse - den synker ikke og flyter ikke. Alt dette blir klart hvis vi husker det som nettopp er blitt sagt om den passive utvidelsen og sammentrekningen av svømmeblæren.
Så, i motsetning til hva folk tror, ​​kan ikke en fisk frivillig blåse opp og trekke sammen svømmeblæren. Endringer i volumet skjer passivt, under påvirkning av økt eller svekket ytre trykk (i henhold til Boyle-Mariotte-loven). Disse volumendringene er ikke bare nyttige for fisken, men er tvert imot skadelige for den, siden de enten forårsaker et ustoppelig, stadig akselererende fall til bunnen, eller en like ustoppelig og akselererende stigning til overflaten. Med andre ord hjelper boblen fisken til å holde balansen i stasjonær posisjon, men denne balansen er ustabil.
Dette er den sanne rollen til svømmeblæren til fisk, når det gjelder dens forhold til svømming; om det også utfører andre funksjoner i fiskens kropp og nøyaktig hva som er ukjent, så dette organet er fortsatt mystisk. Og bare dens hydrostatiske rolle kan nå betraktes som fullstendig belyst.
Observasjoner av fiskere bekrefter det som er sagt.

Figur 76. Erfaring med dyster.
Ved fangst av fisk fra store dyp hender det at annen fisk slippes ut halvveis; men mot formodning går den ikke ned igjen i dybden som den ble hentet fra, men stiger tvert imot raskt til overflaten. Hos slik og slik fisk merkes det noen ganger at blæren stikker ut gjennom munnen.

Bølger og virvelvind

Mange av de dagligdagse fysiske fenomenene kan ikke forklares ut fra fysikkens elementære lover. Selv et så ofte observert fenomen som havbølger på en vindfull dag kan ikke forklares fullt ut innenfor rammen av et skolefysikkkurs. Og hva forårsaker bølgene som sprer seg i stille vann fra baugen på en dampbåt i bevegelse? Hvorfor vaier flagg i vindfullt vær? Hvorfor er sanden på kysten bølgende? Hvorfor kommer det røyk ut av en fabrikkskorstein?

Figur 77. Rolig (“laminær”) flyt av væske i et rør.

Figur 78. Vortex ("turbulent") flyt av væske i et rør.
For å forklare disse og andre lignende fenomener, må man kjenne til egenskapene til den såkalte virvelbevegelsen til væsker og gasser. Vi skal her prøve å fortelle litt om virvelfenomener og notere hovedtrekkene deres, siden virvler knapt er nevnt i skolebøkene.
Se for deg en væske som strømmer i et rør. Hvis alle partiklene i væsken beveger seg langs røret i parallelle linjer, så har vi den enkleste formen for væskebevegelse - en rolig, eller, som fysikere sier, en "laminær" strømning. Dette er imidlertid på ingen måte det vanligste tilfellet. Tvert imot, mye oftere flyter væsker urolig i rørene; virvler går fra veggene i røret til dets akse. Dette er en virvelvind eller turbulent bevegelse. Slik renner for eksempel vann i rørene til vannforsyningsnettet (hvis vi ikke mener tynne rør, der strømmen er laminær). En virvelstrøm observeres når strømningshastigheten til et gitt fluid i et rør (med en gitt diameter) når en viss verdi, den såkalte kritiske hastigheten.
Virvelvinder av væske som strømmer i et rør kan gjøres synlige for øyet hvis litt lett pulver, som lycopodium, introduseres i en gjennomsiktig væske som strømmer i et glassrør. Da skilles virvlene som går fra rørets vegger til aksen tydelig ut.
Denne funksjonen til virvelstrømmen brukes i teknologi for konstruksjon av kjøleskap og kjølere. En væske som strømmer turbulent i et rør med avkjølte vegger bringer alle partikler i kontakt med de kalde veggene mye raskere enn når den beveger seg uten virvler; det må huskes at væsker i seg selv er dårlige varmeledere og, i fravær av blanding, avkjøles eller varmes opp veldig sakte. En livlig termisk og materialutveksling av blod med vevet vasket av det er også mulig bare fordi strømmen i blodårene ikke er laminær, men virvel.
Det som er sagt om rør gjelder like mye for åpne kanaler og elveleier: I kanaler og elver renner vannet turbulent. Ved nøyaktig måling av hastigheten til en elv, oppdager instrumentet krusninger, spesielt nær bunnen: krusninger indikerer en konstant skiftende strømningsretning, dvs. virvler Elvevannpartikler beveger seg ikke bare langs elvekanalen, slik man vanligvis forestiller seg, men også fra banker til midten. Det er grunnen til at påstanden er feil at i dypet av elven har vannet samme temperatur hele året, nemlig + 4 ° C: på grunn av blanding vil temperaturen på det rennende vannet nær bunnen av elven (men ikke lake) er den samme som på overflaten. Virvelvinder som dannes i bunnen av elva fører lett sand med seg og gir opphav til sandete «bølger» her. Det samme kan sees på sandstranden, vasket av den møtende bølgen (fig. 79). Hvis vannstrømmen nær bunnen var rolig, ville sanden på bunnen ha en flat overflate.

Figur 79. Dannelse av sandbølger på havkysten ved påvirkning av vannvirvler.

Figur 80. Den bølgende bevegelsen til et tau i rennende vann skyldes dannelsen av virvler.
Så nær overflaten av en kropp vasket av vann, dannes virvler. Deres eksistens blir fortalt oss, for eksempel av et slangetau strukket langs vannstrømmen (når den ene enden av tauet er bundet og den andre er fri). Hva foregår her? Den delen av tauet som virvelvinden har dannet seg nær, blir ført bort av den; men i neste øyeblikk beveger denne seksjonen seg allerede av en annen virvel i motsatt retning - en serpentin-slingring oppnås (fig. 80).
Fra væsker til gasser, fra vann til luft.
Hvem har ikke sett hvordan luftvirvelvinder frakter bort støv, halm osv. fra jorden? Dette er en manifestasjon av virvelstrømmen av luft langs jordens overflate. Og når luften strømmer langs vannoverflaten, på steder der det dannes virvler, som et resultat av en reduksjon i lufttrykket her, stiger vannet som en pukkel - spenning genereres. Samme årsak genererer sandbølger i ørkenen og i skråningene av sanddynene (fig. 82).

Figur 81. Flyvende flagg i vinden...

Figur 82. Bølget overflate av sand i ørkenen.
Det er lett å forstå nå hvorfor flagget er opprørt i vinden: det samme skjer med det som med et tau i rennende vann. Den harde platen til værvingen opprettholder ikke en konstant retning i vinden, men svinger hele tiden ved å adlyde virvelvindene. Av samme virvelopprinnelse og røykpuff som kommer ut av fabrikkskorsteinen; røykgasser strømmer gjennom røret i en virvelbevegelse, som fortsetter en stund ved treghet utenfor røret (fig. 83).
Betydningen av turbulent luftbevegelse for luftfarten er stor. Flyvingene er gitt en slik form der stedet for sjeldne luft under vingen er fylt med vingens substans, og virveleffekten over vingen, tvert imot, forsterkes. Som et resultat støttes vingen nedenfra, og suges ovenfra (fig. 84). Lignende fenomener finner sted når en fugl svever med utstrakte vinger.

Figur 83. Røyksprut som kommer ut av en fabrikkskorstein.
Hvordan fungerer vinden som blåser over taket? Virvelvind skaper sjeldne luft over taket; prøver å utjevne trykket, luften fra under taket, blir båret oppover, presser på den. Som et resultat skjer det noe som man dessverre ofte må observere: et lett, løst festet tak blir blåst bort av vinden. Av samme grunn blir store vindusruter presset ut fra innsiden av vinden (og ikke knekt av trykk utenfra). Disse fenomenene er imidlertid lettere forklart med en reduksjon i trykk i luft i bevegelse (se Bernoullis prinsipp ovenfor, s. 125).
Når to luftstrømmer med forskjellig temperatur og fuktighet strømmer langs hverandre, oppstår det virvler i hver. De ulike formene for skyer skyldes i stor grad denne grunnen.
Vi ser hva et bredt spekter av fenomener er forbundet med virvelstrømmer.

Figur 84. Hvilke krefter er underlagt vingen til et fly.
Fordeling av trykk (+) og sjeldenhet (-) av luft over vingen basert på eksperimenter. Som et resultat av all den anvendte innsatsen, støttende og sugende, bæres vingen oppover. (Hullrukne linjer viser trykkfordeling; stiplede linjer viser det samme med en kraftig økning i flyhastighet)

Reis til jordens innvoller

Ikke en eneste person har ennå gått ned i jorden dypere enn 3,3 km - og likevel er jordklodens radius 6400 km. Det er fortsatt veldig lang vei til jordens sentrum. Likevel sendte den oppfinnsomme Jules Verne sine helter dypt inn i jordens tarm – den eksentriske professoren Lidenbrock og nevøen Axel. I Journey to the Center of the Earth beskrev han de fantastiske eventyrene til disse underjordiske reisende. Blant overraskelsene de møtte under Jorden, var blant annet en økning i lufttettheten. Når den stiger, blir luften forseldet veldig raskt: dens tetthet avtar eksponentielt, mens høyden på stigningen øker i en aritmetisk progresjon. Tvert imot, når du senker ned, under havnivået, bør luften under trykket fra de overliggende lagene bli stadig tettere. Underjordiske reisende kunne selvfølgelig ikke unngå å legge merke til dette.
Her er en samtale mellom en vitenskapelig onkel og nevøen hans på en dybde på 12 ligaer (48 km) i jordens tarm.
«Se hva manometeret viser? spurte onkel.
– Veldig sterkt press.
"Nå ser du at når vi går ned litt etter litt, blir vi gradvis vant til den kondenserte luften og ikke lider av den i det hele tatt.
«Bortsett fra smertene i ørene mine.
– Søppel!
"Veldig bra," svarte jeg, og bestemte meg for ikke å motsi onkelen min. "Det er til og med deilig å være i kondensert luft. Har du lagt merke til hvor høye lyder som høres i den?
- Selvfølgelig. I denne atmosfæren kunne til og med døve høre.
"Men luften vil fortsette å bli tettere. Vil det til slutt få tettheten til vann?
- Selvfølgelig: under et trykk på 770 atmosfærer.
– Og enda lavere?
– Tettheten vil øke enda mer.
Hvordan skal vi komme oss ned da?
Vi fyller lommene våre med steiner.
– Vel, onkel, du har svar på alt!
Jeg gikk ikke lenger inn i formodningenes rike, fordi jeg kanskje igjen ville komme opp med en slags hindring som ville irritere onkelen min. Det var imidlertid åpenbart at under et trykk på flere tusen atmosfærer kunne luften gå over i en fast tilstand, og da, selv om vi antok at vi kunne tåle et slikt trykk, måtte vi likevel stoppe. Ingen argumenter vil hjelpe her."

Fantasy og matematikk

Slik forteller romanforfatteren; men men det viser seg, hvis vi sjekker fakta, som er omtalt i denne passasjen. Vi trenger ikke å gå ned i jordens tarm for dette; for en liten ekskursjon i fysikkfeltet er det nok å fylle på med blyant og papir.
Først og fremst vil vi prøve å finne ut til hvilken dybde vi trenger å gå ned slik at trykket i atmosfæren øker med en 1000-del. Atmosfærens normale trykk er lik vekten av en 760 mm kvikksølvkolonne. Hvis vi ikke var nedsenket i luft, men i kvikksølv, måtte vi bare gå ned 760/1000 = 0,76 mm for at trykket skulle øke med 1000. I luften må vi selvfølgelig ned mye dypere for dette, og nøyaktig like mange ganger som luften er lettere enn kvikksølv – 10 500 ganger. Dette betyr at for at trykket skal øke med en 1000-del av normalen, må vi ikke gå ned med 0,76 mm, som i kvikksølv, men med 0,76x10500, dvs. med nesten 8 m. Når går vi ned en annen 8 m, så vil det økte trykket øke med ytterligere 1000 av størrelsesordenen, og så videre ... Uansett hvilket nivå vi er - på selve "verdens tak" (22 km), på toppen av Mount Everest (9 km) ) eller nær havoverflaten, - vi må ned 8 m slik at trykket i atmosfæren øker med 1000-deler av den opprinnelige verdien. Det viser seg derfor en slik tabell med økende lufttrykk med dybde:
trykk på bakkenivå
760 mm = normal
"dybde 8 m" \u003d 1.001 normal
"dybde 2x8" \u003d (1.001) 2
"dybde 3x8" \u003d (1.001) 3
"dybde 4x8" \u003d (1.001) 4
Og generelt, på en dybde på nx8 m, er trykket i atmosfæren (1.001) n ganger større enn normalt; og mens trykket ikke er veldig høyt, vil lufttettheten øke like mye (Mariottes lov).
Merk at i denne saken vi snakker, som det kan sees av romanen, om å fordype oss i jorden med bare 48 km, og derfor kan svekkelsen av tyngdekraften og den tilhørende reduksjonen i luftens vekt ignoreres.
Nå kan du beregne hvor stor den var, omtrentlig. trykket som Jules Vernes underjordiske reisende opplevde på en dybde på 48 km (48 000 m). I formelen vår er n lik 48000/8 = 6000. Vi må beregne 1,0016000. Siden det å multiplisere 1.001 med seg selv 6000 ganger er ganske kjedelig og tidkrevende, vil vi bruke logaritmer. som Laplace med rette sa om at ved å redusere arbeidskraft, dobler de levetiden til kalkulatorer. Tar vi logaritmen, har vi: logaritmen til det ukjente er lik
6000 * log 1,001 = 6000 * 0,00043 = 2,6.
Ved logaritmen 2,6 finner vi ønsket tall; det er lik 400.
Så, på en dybde på 48 km, er trykket i atmosfæren 400 ganger sterkere enn normalt; Tettheten av luft under slikt trykk vil øke, som eksperimenter har vist, med 315 ganger. Derfor er det tvilsomt at våre underjordiske reisende ikke ville lide i det hele tatt, og bare oppleve «smerter i ørene» ... I romanen til Jules Verpe sies det imidlertid at folk har nådd enda større underjordiske dyp, nemlig 120 og selv 325 km. Lufttrykket må ha nådd monstrøse grader der; en person er i stand til å tåle ufarlig lufttrykk ikke mer enn tre eller fire atmosfærer.
Hvis vi ved å bruke samme formel begynte å beregne på hvilken dybde luften blir like tett som vann, det vil si at den blir 770 ganger tettere, ville vi fått et tall: 53 km. Men dette resultatet er feil, siden ved høye trykk er tettheten til gassen ikke lenger proporsjonal med trykket. Mariottes lov er helt sant bare for ikke for betydelige trykk, som ikke overstiger hundrevis av atmosfærer. Her er dataene om lufttetthet oppnådd av erfaring:
Trykktetthet
200 atmosfærer... 190
400" ............... 315
600" ............... 387
1500" ............... 513
1800" ............... 540
2100" ............... 564
Økningen i tetthet, som vi ser, henger merkbart etter trykkøkningen. Forgjeves forventet Jules Verne-forskeren at han ville nå en dybde der luft er tettere enn vann - han ville ikke ha behøvd å vente på dette, siden luft når tettheten til vann bare ved et trykk på 3000 atmosfærer, og da nesten komprimerer ikke. Det kan ikke være snakk om å gjøre luft til en fast tilstand med ett trykk, uten sterk avkjøling (under minus 146 °).
Det er imidlertid rimelig å si at den aktuelle Jules Verne-romanen ble publisert lenge før de nå siterte fakta ble kjent. Dette rettferdiggjør forfatteren, selv om det ikke korrigerer fortellingen.
Vi vil bruke formelen gitt tidligere for å beregne den største dybden av gruven, på bunnen av hvilken en person kan forbli uten skade på helsen. Det høyeste lufttrykket som kroppen vår fortsatt kan tåle er 3 atmosfærer. Ved å angi ønsket dybde av gruven gjennom x, har vi ligningen (1.001) x / 8 \u003d 3, fra hvilken vi (logaritmisk) beregner x. Vi får x = 8,9 km.
Så en person kan være uten skade på en dybde på nesten 9 km. Hvis Stillehavet plutselig tørket opp, kunne folk nesten overalt leve på bunnen.

I en dyp gruve

Hvem flyttet nærmest jordens sentrum – ikke i romanforfatterens fantasi, men i virkeligheten? Selvfølgelig, gruvearbeidere. Vi vet allerede (se kapittel IV) at den dypeste gruven i verden har blitt gravd i Sør-Afrika. Den går dypere enn 3 km. Her mener vi ikke inntrengningsdybden til borkronen, som når 7,5 km, men utdypingen av menneskene selv. Her er hva for eksempel den franske forfatteren Dr. Luc Durten, som personlig besøkte den, forteller om gruven ved Morro Velho-gruven (dybde på ca. 2300 m):
«De berømte gullgruvene i Morro Velho ligger 400 km fra Rio de Janeiro. Etter 16 timer med jernbanekjøring i steinete terreng, går du ned i en dyp dal omgitt av jungel. Her utvinner et engelsk selskap gullholdige årer på dyp aldri før sett av mennesker.
Venen går skrått inn i dypet. Gruven følger den med seks avsatser. Vertikale sjakter - brønner, horisontale - tunneler. Det er ekstremt karakteristisk for det moderne samfunnet at den dypeste skaftet som er gravd i jordskorpen - menneskets mest dristige forsøk på å trenge inn i planetens tarm - er laget på jakt etter gull.
Bruk lerretsoveralls og en skinnjakke. Vær forsiktig: den minste småsteinen som faller ned i brønnen kan skade deg. Vi blir ledsaget av en av "kapteinene" i gruven. Du går inn i den første tunnelen, godt opplyst. Du skjelver av en kjølig 4° vind: Dette er ventilasjon for å kjøle ned gruvens dyp.
Etter å ha passert den første brønnen 700 m dyp i et smalt metallbur, befinner du deg i den andre tunnelen. Du går ned til den andre brønnen; luften blir varmere. Du er allerede under havnivået.
Fra neste brønn brenner luften ansiktet. Gjennomvåt av svette, sammenkrøpet under den lave buen, beveger du deg mot brølet fra boremaskinene. Nakne mennesker jobber i tykt støv; Svetten drypper fra dem, hendene passerer en flaske vann uten stans. Ikke berør fragmentene av malm, nå brutt av: temperaturen deres er 57 °.
Hva er resultatet av denne forferdelige, motbydelige virkeligheten? "Omtrent 10 kilo gull om dagen ...".
Den franske forfatteren beskriver de fysiske forholdene på bunnen av gruven og graden av ekstrem utnyttelse av arbeiderne, og noterer seg den høye temperaturen, men nevner ikke det økte lufttrykket. La oss beregne hvordan det er på en dybde på 2300 m. Hvis temperaturen forble den samme som på jordoverflaten, ville lufttettheten, i henhold til formelen som allerede er kjent for oss, øke med

Raz.
I virkeligheten holder ikke temperaturen seg konstant, men stiger. Derfor øker lufttettheten ikke så betydelig, men mindre. Til syvende og sist skiller luften på bunnen av gruven seg i tetthet fra luften på jordoverflaten litt mer enn luften på en varm sommerdag fra den frostige luften om vinteren. Det er klart nå hvorfor denne omstendigheten ikke tiltrakk seg oppmerksomheten til den besøkende til gruven.
Men av stor betydning er den betydelige fuktigheten i luften i slike dype gruver, som gjør oppholdet i dem uutholdelig ved høye temperaturer. I en av de sørafrikanske gruvene (Johansburg), på en dybde på 2553 m, når luftfuktigheten 100 % ved 50°C; nå arrangeres det såkalte «kunstige klimaet» her, og kjøleeffekten av installasjonen tilsvarer 2000 tonn is.

Opp med stratostatene

I tidligere artikler reiste vi mentalt inn i jordens tarm, og formelen for lufttrykkets avhengighet av dybden hjalp oss. La oss nå våge oss oppover og ved å bruke samme formel se hvordan lufttrykket endres i store høyder. Formelen for dette tilfellet har følgende form:
p = 0,999 t/8,
hvor p er trykket i atmosfærer, h er høyden i meter. Brøken 0,999 erstattet tallet 1,001 her, for når man beveger seg opp 8 m, øker ikke trykket med 0,001, men synker med 0,001.
La oss starte med å løse problemet: hvor høyt må du heve slik at lufttrykket halveres?
For å gjøre dette, setter vi likhetstegn mellom trykket p = 0,5 i formelen vår og begynner å lete etter høyden h. Vi får ligningen 0,5 \u003d 0,999h / 8, som ikke vil være vanskelig å løse for lesere som vet hvordan de skal håndtere logaritmer. Svaret h = 5,6 km bestemmer høyden lufttrykket må halveres i.
La oss nå gå enda høyere, etter de modige sovjetiske luftfartøyene, som har nådd en høyde på 19 og 22 km. Disse høye områdene av atmosfæren er allerede i den såkalte "stratosfæren". Derfor får ballene som slike stigninger er laget på, navnet ikke ballonger, men "stratosfæriske ballonger". Jeg tror ikke at blant den eldre generasjonen var det minst en som ikke ville ha hørt navnene på de sovjetiske stratosfæriske ballongene "USSR" og "OAH-1", som satte verdenshøyderekorder i 1933 og 1934: den første - 19 km, den andre - 22 km.
La oss prøve å beregne hva trykket i atmosfæren er i disse høydene.
For en høyde på 19 km finner vi at lufttrykket skal være
0,99919000/8 = 0,095 atm = 72 mm.
For en høyde på 22 km
0,99922000/8 = 0,066 atm = 50 mm.
Når vi ser på postene til stratonautene, finner vi imidlertid at andre trykk ble notert ved de angitte høydene: i en høyde på 19 km - 50 mm, i en høyde på 22 km - 45 mm.
Hvorfor bekreftes ikke beregningen? Hva er vår feil?
Mariottes lov for gasser ved så lavt trykk er ganske anvendelig, men denne gangen gjorde vi en annen unnlatelse: vi anså lufttemperaturen som den samme over hele 20 kilometers tykkelse, mens den synker merkbart med høyden. I gjennomsnitt godtar de; at temperaturen synker med 6,5° for hver hevet kilometer; dette skjer opp til en høyde på 11 km, hvor temperaturen er minus 56° og deretter forblir uendret over en betydelig avstand. Hvis denne omstendigheten tas i betraktning (hvor midlene til elementær matematikk ikke lenger er tilstrekkelige), vil resultater oppnås som er mye mer i samsvar med virkeligheten. Av samme grunn må også resultatene av våre tidligere beregninger knyttet til lufttrykket i dypet anses som omtrentlige.

På denne siden vil jeg samle bøker om underholdende fysikk kjent for meg: bøker som jeg har hjemme, lenker til historier og anmeldelser om slike bøker.

Legg til i kommentarfeltet hvilke underholdende vitenskapelige bøker du kjenner til.

N.M. Zubkov "Tasty Science" Opplevelser og eksperimenter på kjøkkenet for barn fra 5 til 9 år. En enkel liten bok. Jeg ville senket alderen, for enkle og kjente eksperimenter, som å svømme et egg i saltvann og pakke is inn i en pels. Stort sett svar på barns "hvorfor?". Selv om jeg kanskje er altfor krevende) Så i prinsippet er alt fint og forståelig)

L. Gendenstein og andre "Mekanikk" er en bok fra min barndom. I den, i form av tegneserier, blir venner kjent med mekanikkens lover. Dette bekjentskapet finner sted i spillet, i samtale, generelt, mellom tider. Jeg likte henne veldig godt da, og gjør det fortsatt. Kanskje det var med henne lidenskapen min for fysikk begynte?

"Children's Encyclopedia". Denne Talmud er også fra min barndom. Den inneholder 5 bind. Det er også om kunst, og om geografi, biologi, historie. Og denne er naturlig. Hvor mange ganger jeg åpner det, er jeg så overbevist om at de gamle leksikon ikke er som de nåværende. Tegningene er ekte svart-hvitt (for det meste), men det er mye mer informasjon.

A. V. Lukyanova "Ekte fysikk for gutter og jenter". Den første boken om fysikk som jeg kjøpte selv. Hva skal jeg si? Ikke umiddelbart imponert. Boken er i stort format, tegningene er vakre, papiret er tykt, prisen er høy. Og faktisk ikke mye. Men i prinsippet kan du lese, se på bilder med barnet ditt.

A. Dmitriev "bestefars bryst". Denne lille brosjyren er min favoritt. Nesten selvpublisert i design, men alle eksperimenter, vitenskapelige leker er beskrevet på en svært tilgjengelig og enkel måte.

Tom Tit "Science Fun". Overalt får denne boken stor ros, men jeg likte den heller ikke helt. Eksperimenter er interessante. Men det er ingen forklaring. Og uten en forklaring blir det liksom dårlig.

Y. Perelman "Underholdende mekanikk", "Fysikk på hvert trinn", "Underholdende fysikk". Perelman er selvfølgelig en klassiker i sjangeren. Bøkene hans er imidlertid ikke for de minste.

Bruno Donath "Fysikk i spill". Det ser ut som Tom Tit, bare på en eller annen måte lettere på min oppfatning og forklaringer av alle eksperimenter og spill er gitt.

L.A. Sikoruk "Fysikk for barn". Det ser omtrent ut som min "Mekaniker" Gendenstein fra barndommen. Nei, det er ingen tegneserier her, men kjennskap til de fysiske naturlovene foregår i samtale og tilfeldig. Jeg fant ikke denne boken til salgs, fordi jeg bare har den på trykk.

Vel, min siste hobby er kort med vitenskapelige eksperimenter.

© 2009, RIMIS Publishing House, utgave, design

Teksten og figurene er restaurert i henhold til boken «Entertaining Physics» av Ya. I. Perelman, utgitt av P. P. Soikin (St. Petersburg) i 1913.

Alle rettigheter forbeholdt. Ingen del av den elektroniske versjonen av denne boken kan reproduseres i noen form eller på noen måte, inkludert publisering på Internett og bedriftsnettverk, for privat og offentlig bruk, uten skriftlig tillatelse fra opphavsrettseieren.

© Elektronisk versjon av boken utarbeidet av Liters (www.litres.ru)

"Underholdende fysikk" - 85!

Jeg innrømmer: med spenning bladde jeg nylig gjennom den første utgaven av boken - stamfaren til en ny litterær sjanger. "Underholdende fysikk" - såkalt hans "førstefødte", født i St. Petersburg for 85 år siden, dens forfatter, den gang lite kjente Yakov Isidorovich Perelman.

Hvorfor kobler bibliografer, kritikere og popularisatorer utvetydig begynnelsen av vitenskapelig interesse med utseendet til denne boken? Var det ikke noe lignende før? Og hvorfor var Russland bestemt til å bli fødestedet til en ny sjanger?

Det ble selvfølgelig utgitt populærvitenskapelige bøker om ulike vitenskaper før. Hvis vi begrenser oss til fysikk, kan vi minne om at det allerede på 1800-tallet ble utgitt gode bøker av Beuys, Tisandier, Titus og andre forfattere i utlandet og i Russland. Imidlertid var de samlinger av eksperimenter i fysikk, ofte ganske morsomme, men som regel uten å forklare essensen av de fysiske fenomenene illustrert av disse eksperimentene.

"Entertaining Physics" er for det første et enormt utvalg (fra alle deler av elementær fysikk) av underholdende problemer, intrikate spørsmål, fantastiske paradokser. Men det viktigste er at alt det ovennevnte absolutt er ledsaget av fascinerende diskusjoner, eller uventede kommentarer, eller spektakulære eksperimenter som tjener formålet med intellektuell underholdning og å gjøre leseren kjent med en seriøs studie av vitenskap.

I flere år arbeidet forfatteren med innholdet i «Entertaining Physics», hvoretter forlaget P. Soikin beholdt manuskriptet i den redaksjonelle «porteføljen» i to og et halvt år, uten å våge å gi ut en bok med den tittelen. Likevel: en så grunnleggende vitenskap og plutselig ... underholdende fysikk!

Men ånden ble likevel løslatt fra kannen og begynte sin seirende marsj, først i Russland (i 1913-1914), og deretter i andre land. I løpet av forfatterens liv gikk boken gjennom 13 utgaver, og hver påfølgende utgave skilte seg fra den forrige: tillegg ble gjort, mangler ble eliminert og teksten ble redigert på nytt.

Hvordan ble boken mottatt av samtidige? Her er noen anmeldelser av henne fra datidens ledende magasiner.

"Blant forskjellige forsøk på å interessere fysikk ved å prøve de mest "underholdende" tingene fra den og ved en mer eller mindre leken presentasjon, skiller Mr. Perelmans bok seg ut for sin omtenksomhet og seriøsitet. Den gir godt materiale for observasjon og refleksjon fra alle avdelinger i elementær fysikk, pent publisert og vakkert illustrert» (N. Drenteln, Pedagogisk samling).

"En veldig lærerik og underholdende bok, i de mest vanlige og ved første øyekast enkle spørsmål og svar, som introduserer fysikkens grunnleggende lover ..." ("Ny tid").

«Boken er utstyrt med mange tegninger og er så interessant at det er vanskelig å legge den fra seg uten å lese den til slutt. Jeg tror at når en lærer underviser i naturvitenskap, kan den dra nytte av mange lærerike ting fra denne fantastiske boken» (Professor A. Pogodin, «Morgen»).

«Mr. Perelman begrenser seg ikke bare til å beskrive ulike eksperimenter som kan utføres hjemme ... Forfatteren av Entertaining Physics analyserer mange problemstillinger som ikke er mottagelige for å eksperimentere hjemme, men som likevel er interessante både i essens og i form av at han vet hvordan han skal gi til historiefortellingen sin" ("Amatørfysiker").

"Det interne innholdet, overfloden av illustrasjoner, det vakre utseendet til boken og den svært lave prisen - alt dette er nøkkelen til dens brede distribusjon ..." (N. Kamenshchikov, "Bulletin of Experimental Physics").

Og faktisk har "Entertaining Physics" fått ikke bare bred, men den bredeste distribusjonen. Så i vårt land på russisk ble det utgitt omtrent tretti ganger og i masseutgaver. Denne fantastiske boken er oversatt til engelsk, arabisk, bulgarsk, spansk, kannada, malayalam, marathi, tysk, persisk, polsk, portugisisk, rumensk, tamil, telugu, finsk, fransk, hindi, tsjekkisk, japansk.

Ned og ut-trøbbel startet! Inspirert av suksessen til lesere og kritikere, utarbeider og publiserer Y. Perelman i 1916 den andre (ikke en fortsettelse av den første, men den andre) boken om underholdende fysikk. Dessuten. Hans underholdende geometri, aritmetikk, matematikk, astronomi, mekanikk, algebra utgis etter hverandre – totalt førti (!) vitenskapelig underholdende bøker.

«Entertaining Physics» har blitt lest av flere generasjoner av lesere. Selvfølgelig ble ikke alle som leste det en vitenskapsmann, men det er knapt en fysiker, i det minste i Russland, som ikke er kjent med det.

Nå i den russiske kartoteket over underholdende bøker er det mer enn 150 vitenskapsgrener. Ingen land har en slik rikdom, og hedersplassen blant disse publikasjonene tilhører uten tvil Entertaining Physics.

Yuri Morozov

Informasjonskilde - nettstedet til tidsskriftet "Knowledge is Power" www.znanie-sila.ru

Forord

Denne boken er en frittstående samling som ikke er en fortsettelse av den første boken med Entertaining Physics; den kalles "andre" bare fordi den ble skrevet senere enn den første. Suksessen til den første samlingen fikk forfatteren til å behandle resten av materialet han hadde samlet, og dermed ble denne andre - eller rettere sagt en annen - bok satt sammen, som dekket de samme avdelingene for skolefysikk.

Denne boken om underholdende fysikk, som den første, er ment å leses, ikke studeres. Målet er ikke så mye å informere leseren om ny kunnskap, men å hjelpe ham å "lære det han vet", dvs. å utdype og gjenopplive den grunnleggende informasjonen han allerede har i fysikk, lære ham å bevisst håndtere dem og oppmuntre ham til å diversifisere applikasjonen deres. Dette oppnås, som i den første samlingen, ved å vurdere en broket rekke gåter, intrikate spørsmål, underholdende problemer, morsomme paradokser, uventede sammenligninger fra fysikkfeltet, relatert til sirkelen av hverdagsfenomener eller hentet fra populære verk av generelle og science fiction fiction. Kompilatoren brukte materialet av sistnevnte type spesielt mye, og vurderte det som det mest passende for samlingens formål: utdrag fra de velkjente romanene til Jules Verne, Wells, Kurd Lasswitz og andre er involvert. Fantastiske eksperimenter, i tillegg til deres fristelse, kan de spille en viktig rolle i undervisningen som levende illustrasjoner; de fant et sted for seg selv i skolebøkene. "Målet deres," skriver vår berømte lærer V. L. Rozenberg, "er å frigjøre sinnet fra vanens lenker og å klargjøre en av aspektene ved fenomenet, hvis forståelse er skjult av vanlige forhold som invaderer studentens sinn. uavhengig av hans vilje, på grunn av vane.»

Kompilatoren forsøkte, så langt han kunne, å gi utstillingen en utad interessant form, å gi motivet attraktivitet, uten noen ganger å stoppe opp før han vekket interesse utenfra. Han ble ledet av det psykologiske aksiomet som renter til emnet øker oppmerksomheten, oppmerksomheten letter forståelse og bidrar derfor til en mer bevisst assimilering.