Том тит - веселі наукові досліди та експерименти - стор 14
У чому ж криється секрет даного феномена? Справа в тому, що будь-яке тверде тіло має три взаємно перпендикулярні осі, що проходять через його центр мас, навколо яких воно може вільно обертатися, що не обертаючись при цьому навколо інших осей. Коли тіло має осі симетрії, то головні осі збігаються з ними.
При розгляді моментів інерції кельтського каменю для всіх можливих осей, що проходять через його центр мас, з'ясовується, що найбільше і найменше значення відповідають осях, що збігається з двома з трьох головних осей тіла. На рис. 65 показано, що вісь Z відповідає найбільшому моменту інерції паралелепіпеда, Х - найменшому, Y - проміжного. Дійсно, момент інерції тим більше, чим далі частини тіла знаходяться від відповідної осі. Наприклад, шматочки паралелепіпеда А і В знаходяться далі від осі Z. ніж від осі Y. а від осі Y далі, ніж від осі X.
Змочуваність і несмачиваемость
Обладнання та приладдя:
Коли рідина налита в судину, то велика частина її поверхні межує зі стінками посудини. Залежно від того, змочує рідина стінки судини або не змочується, форма поверхні рідини у місця зіткнення зі стінкою має різний вигляд.
Для дослідження явища смачиваемости - незмочуваність проведіть наступний експеримент. Візьміть звичайний стакан і натріть його стінки зсередини парафіном. Важливо, щоб стакан був чистим і сухим. Потім акуратно налийте в нього чисту холодну воду - трохи більше половини ємності. Коли поверхня води заспокоїться, уважно подивіться на те, як виглядає поверхня води в безпосередньому місці зіткнення зі стінками склянки. Ви помітите, що вода як би відштовхується від скла, натертого парафіном (рис. 66, а), і поверхня має в зоні контакту опуклий вигляд, тобто на особу ефект незмочуваність. Результат цілком очікуваний, оскільки парафін має водовідштовхувальні властивості. Ще простіше провести цей же досвід зі скляною пластинкою. Натріть поверхню чистою сухою пластинки і капніть на неї пару крапель води. Крапельки води будуть триматися щільними кульками і не розтікатися (рис. 66, б).
Тепер повторіть всі ті ж дії, але зі склянкою, у якого стінки просто чисті, або з чистою сухою скляною пластинкою. Ви побачите абсолютно протилежний результат (рис. 67, а, б): вода як би тягнеться вгору по стінках склянки, а в такому вузькому посудині, як пробірка, поверхня води набуває увігнуту форму - її ще називають меніском (від грецького "меніскос" - півмісяць).
Кожна рідина, стикаючись з тим або іншим твердим матеріалом, виявляє в певних умовах смачиваемость або несмачиваемость. Можете поекспериментувати з різними рідинами. Для цього достатньо на плоску горизонтальну поверхню капнути рідиною і поспостерігати, як крапля розподілиться на поверхні. Якщо крапля вільно розтікається - значить, змочує, якщо ж, навпаки, тримається щільним кулькою на зразок ртуті - значить, не змочує.
Ще один простий спосіб продемонструвати властивості води змочувати скляні поверхні - це налити воду в пляшку з вузьким горлечком без застосування воронки. Візьміть пляшку, склянку води і скляну паличку. Введіть один кінець палички в пляшку, а з іншого кінця акуратно лийте на неї воду (рис. 68). Вода стікатиме, що не прокапивая повз.
кумулятивний ефект
Обладнання та приладдя:
На нескладному досвіді можна відтворити явище кумуляції. Для цього вам знадобиться скляна пробірка з водою і жорстка поверхня. Що ж станеться, якщо з деякої висоти впустити на стіл вертикально розташовану пробірку з водою? Оскільки в ході експерименту висока ймовірність того, що пробірка може розбитися, необхідно вжити заходів обережності. Щоб експеримент пройшов вдало, кидайте пробірку з невеликої висоти (1-3 см).
У попередньому досвіді розглянуто, як формується поверхня води в пробірці - сили поверхневого натягу формують меніск. У момент удару об стіл до сили тяжіння, що діє на воду, додасться інерція руху рідини, і тиск на стінки пробірки істотно зросте, тобто виникне гідроудар. Сили поверхневого натягу не зможуть перешкоджати стрімкого випрямляння поверхні води, і в результаті виник течії рідина рушить від країв меніска до нижньої його частини на осі симетрії пробірки. Як наслідок, вгору кинеться тоненька цівка води (рис. 69). Висота, на яку підніметься ця цівка, буде істотно більше тієї, з якою ви упустили пробірку. Якщо, ризикуючи її розбити, впустити пробірку з висоти 10-15 см, цівка води цілком може досягти стелі.
Подібне явище називається кумуляцією (від лат. Cumulatio - скупчення), або кумулятивним ефектом.
З метою безпеки скляну колбу можна замінити відповідним посудиною із пластику або металу.
трубка Піто
Обладнання та приладдя:
Зміна тиску, що вноситься перешкодою, можна пояснити на прикладі дії вітрила. При рівномірному вітрі ступінь стиснення повітря в сусідніх ділянках одна і та ж, тому можна було б припустити, що сили тиску, що діють по обидва боки вітрила, будуть однакові, а отже, вітер не повинен рухати судно. Але в дійсності саме вітрило протягом тривалого періоду служив основним рушієм на воді, оскільки парус істотно змінює рух повітря. Вдаряючись об перешкоду (парус), повітря стискається, подібно до того, як стискається м'яч, який вдарився об стінку; з підвітряного боку шари повітря, прилеглі до вітрила, стискаються сильніше, ніж решта повітря, тобто тиск підвищується. З іншого боку вітрила повітря, обтікаючи вітрило, виявляється менш стислим, тобто тиск в цій зоні менше. Таким чином, за рахунок різниці тисків по різні боки вітрила виникає рівнодіюча сила, прикладена до вітрила, яка рухає судно.
Як парус змінює швидкість потоку повітря, так і манометр, занурений в поточну рідину, змінює швидкість потоку. Після незначного доопрацювання рідинного манометра можна створити цікавий прилад для вимірювання швидкості потоку рідини або газу. Для цього з маленькою пластиковою пляшечки і фрагмента повітряної кульки виготовте приймач тиску - розтруб з мембраною (рис. 70). Для більшої еластичності і, відповідно, чутливості кульку бажано кілька разів надути і спустити, в результаті гума розтягнеться, стане тонше і податливі. Виріжте з кульки достатній шматок і натягніть його на розтруб, як показано на малюнку. Щоб матеріал мембрани не зсковзував, закріпіть його скотчем. Готовий приймач тиску з'єднайте з приймальні трубкою манометра, вставивши в пробку розтруба голку від крапельниці.
Отже, прилад готовий, настав час приступати до експериментів. Якщо встановити мембрану манометра назустріч потоку повітря (для створення повітряного потоку можна використовувати домашній вентилятор, а для створення потоку рідини - шланг, приєднаний до водопровідного крану), манометр покаже істотне підвищення тиску. При повороті мембрани на 90 °, тобто вздовж потоку, манометр покаже кілька менше підвищення тиску; а при повороті мембрани на 180 ° від напрямку потоку манометр відобразить ще менші свідчення. Змінюючи інтенсивність (поворотом регулятора обертів вентилятора або крана), тобто швидкість потоку, ви помітите, що показання манометра будуть пропорційні швидкості руху потоку.