Забавни опити
1. Как действат хидравличните машини?
Свържете две пластмасови спринцовки с тънко дълго гъвкаво маркуче (за медицински цели) и напълнете системата с вода. Премествайте буталото на едната спринцовка напред- назад. Буталото на другата спринцовка също се премества, като следва движенията на първото бутало. Когато се вкарва едното бутало, другото излиза и обратното.
========================================================================
> Силата, действаща на първото бутало отвън, поражда налягане, което се предава на течността в цялата система, а чрез нея и на второто бутало. В резултат то се премества. Действието на този механизъм се основава на закона на Паскал.
>Силата, действаща на второто бутало, е толкова пъти по- голяма от силата, която действа на първото бутало, колкото площта на второто е по- голяма от площта на първото.
>С този експеримент се илюстрира принципът на действие на хидравличните предавателни механизми. При тях въздействието върху едно място се предава на друго място, без да се използват твърди предавки. Този принцип се използва при конструиране на различни устройства, напр. системи за отваряне и затваряне на врати на автобуси и др., спирачки на автомобилите и т.н.
========================================================================
> Силата, действаща на първото бутало отвън, поражда налягане, което се предава на течността в цялата система, а чрез нея и на второто бутало. В резултат то се премества. Действието на този механизъм се основава на закона на Паскал.
>Силата, действаща на второто бутало, е толкова пъти по- голяма от силата, която действа на първото бутало, колкото площта на второто е по- голяма от площта на първото.
>С този експеримент се илюстрира принципът на действие на хидравличните предавателни механизми. При тях въздействието върху едно място се предава на друго място, без да се използват твърди предавки. Този принцип се използва при конструиране на различни устройства, напр. системи за отваряне и затваряне на врати на автобуси и др., спирачки на автомобилите и т.н.
Чудното равновесие
Уравновесете лека кухненска тавичка върху края на масата, така че да бъде близко до критичното състояние на преобръщане. Поставете дървено трупче в издадения край на празната тавичка. Равновесието се нарушава и тавичката с трупчето се преобръща.
Напълнете тавичката с вода и отново я уравновесете върху масата по указания начин. Отново поставете трупчето в издадения край на тавичката, така че да плава във водата, без да допира до дъното. Придържайте тавичката с ръка, докато водата се успокои. Отпуснете внимателно. Изненадани ли сте? Сега тавичката с водата и трупчето остават в равновесие. Защо?
======================================================================================================
>Равновесието не се нарушава, тъй като плаващото трупче тежи толкова, колкото и изместената от него вода. След потапяне на трупчето нивото на водата в тавичката се покачва. Бихме могли да си представим, че в този случай на мястото на трупчето се намира вода, чиято повърхност се слива с повърхността на останалата вода в тавичката.
Според закон на Паскал допълнителното налягане, което създава трупчето във водата, се предава еднакво във всички точки от дъното на тавичката, т.е. равновесието се запазва.
Напълнете тавичката с вода и отново я уравновесете върху масата по указания начин. Отново поставете трупчето в издадения край на тавичката, така че да плава във водата, без да допира до дъното. Придържайте тавичката с ръка, докато водата се успокои. Отпуснете внимателно. Изненадани ли сте? Сега тавичката с водата и трупчето остават в равновесие. Защо?
======================================================================================================
>Равновесието не се нарушава, тъй като плаващото трупче тежи толкова, колкото и изместената от него вода. След потапяне на трупчето нивото на водата в тавичката се покачва. Бихме могли да си представим, че в този случай на мястото на трупчето се намира вода, чиято повърхност се слива с повърхността на останалата вода в тавичката.
Според закон на Паскал допълнителното налягане, което създава трупчето във водата, се предава еднакво във всички точки от дъното на тавичката, т.е. равновесието се запазва.
Преобърната чаша с вода
Изберете чаша, чийто отвор е с гладък ръб, и я напълнете с вода. Поставете върху отвора лист плътна хартия и като го придържате с ръка, обърнете чашата с отвора надолу. Не се страхувайте. Махнете си ръката. Удивително, нали, водата не се излива!
===================================================================================
>Очевидно листът е притиснат към отвора на чашата от някаква сила. Наистина от горе на долу на листа му действа натискът на водата. От долу на горе му действа сила, която се дължи на налягането на въздуха. Тази сила е много по- голяма от теглото на водата и притиска здраво листа към чашата, като не позволява на водата да се излее. За успеха на този опит няма значение дали чашата ще бъде пълна догоре, или само до определено ниво. Този опит е красиво потвърждение на факта, че съществува атмосферното налягане.
Може да се пресметне, че ако чашата е с диаметър 5 cm, силата, с която въздухът притиска листа към чашата, е съпоставима на действието на тяло с маса около 20 kg. Тя е предостатъчна да попречи на водата с маса 100-200 g да се излее.
===================================================================================
>Очевидно листът е притиснат към отвора на чашата от някаква сила. Наистина от горе на долу на листа му действа натискът на водата. От долу на горе му действа сила, която се дължи на налягането на въздуха. Тази сила е много по- голяма от теглото на водата и притиска здраво листа към чашата, като не позволява на водата да се излее. За успеха на този опит няма значение дали чашата ще бъде пълна догоре, или само до определено ниво. Този опит е красиво потвърждение на факта, че съществува атмосферното налягане.
Може да се пресметне, че ако чашата е с диаметър 5 cm, силата, с която въздухът притиска листа към чашата, е съпоставима на действието на тяло с маса около 20 kg. Тя е предостатъчна да попречи на водата с маса 100-200 g да се излее.
И ръцете ви сухи, и монетата- ваша
В тавичка с вода е поставена монета. Можете ли да я извадите, без да си намокрите ръцете? Разполагате с празен буркан, хартия и кибрит.
Можете! Поставете парче запалена хартия да гори в буркана и го захлупете във водата така, че монетата да остане отвън. След малко хартията изгасва, водата започва да се всмуква бързо от тавичката в буркана и монетата остава суха. Можете да я вземете, без да се намокрите!
=======================================================================================================
>Защо водата навлезе в буркана? Докато хартията гори, въздухът в буркана се нагрява и разширява. Една част от него излиза навън. След като пламъкът изгасне, въздухът се охлажда, налягането в буркана намалява и става по- ниско от атмосферното. Водата се засмуква от тавичката и навлиза в буркана.
Можете! Поставете парче запалена хартия да гори в буркана и го захлупете във водата така, че монетата да остане отвън. След малко хартията изгасва, водата започва да се всмуква бързо от тавичката в буркана и монетата остава суха. Можете да я вземете, без да се намокрите!
=======================================================================================================
>Защо водата навлезе в буркана? Докато хартията гори, въздухът в буркана се нагрява и разширява. Една част от него излиза навън. След като пламъкът изгасне, въздухът се охлажда, налягането в буркана намалява и става по- ниско от атмосферното. Водата се засмуква от тавичката и навлиза в буркана.
Изберете две еднакви чаши с конична или цилиндрична форма, които имат гладки ръбове. Потопете чашите в съд с вода, така че да се напълнят изцяло, притиснете ги една към друга, за да съвпаднат ръбовете им, и ги извадете долепени от водата. Поставете ги в празна тавичка една върху друга, без да ги придържате повече. Невероятно! Конфигурацията се запазва. Горната чаша остава върху долната, без водата да се излее. Интересен начин за сервиране на напитки, нали!
Още по- интересно става, ако през сламка духате силно от непосредствена близост в една точка от съединителната линия между двете чаши. Въздушната струя успява да си пробие малък отвор между ръбовете на чашите и навлиза във водата. Под формата на мехурчета въздухът се издига към дъното на горната чаша, като постепенно изтласква водата. Водата се излива от горната чаша през същия отвор, през който навлиза въздухът, докато тя напълно се изпразни.
======================================================================================================
>Очевидно и тук атмосферното налягане си казва думата. Именно то притиска здраво двете чаши една към друга. Естествено трябва да се внимава чашите да не се отместят по време на опита.
Още по- интересно става, ако през сламка духате силно от непосредствена близост в една точка от съединителната линия между двете чаши. Въздушната струя успява да си пробие малък отвор между ръбовете на чашите и навлиза във водата. Под формата на мехурчета въздухът се издига към дъното на горната чаша, като постепенно изтласква водата. Водата се излива от горната чаша през същия отвор, през който навлиза въздухът, докато тя напълно се изпразни.
======================================================================================================
>Очевидно и тук атмосферното налягане си казва думата. Именно то притиска здраво двете чаши една към друга. Естествено трябва да се внимава чашите да не се отместят по време на опита.
Обърканото парафиново топче
Поставете парафиново топче в чаша с вода. То плава на повърхността. Поставете същото топче в чаша със спирт. Топчето потъва на дъното.
Ако отлеем по- голяма част от спирта и започнем внимателно да доливаме вода, ще видим как след малко топчето се отделя от дъното и застава в средата на чашата, пълна със сместа от вода и спирт.
================================================================
>Различното поведение на топчето в трите случая се обяснява със съотношението между силата на тежестта и изтласкващата сила, които му действат. Тъй като плътността на водата е по- голяма от плътността на парафина, в първия случай изтласкващата сила е по- голяма от силата на тежестта и топчето плава. Във втория случай плътността плътността на спирта е по- малка от плътността на парафина и силата на тежестта е по- голяма от Архимедовата сила1 поради което топчето потъва. В третия случай, когато плътността на сместа се изравни с плътността на топчето, то застава в равновесие вътре в течността.
Този опит илюстрира условието за плаване на телата.
Ако отлеем по- голяма част от спирта и започнем внимателно да доливаме вода, ще видим как след малко топчето се отделя от дъното и застава в средата на чашата, пълна със сместа от вода и спирт.
================================================================
>Различното поведение на топчето в трите случая се обяснява със съотношението между силата на тежестта и изтласкващата сила, които му действат. Тъй като плътността на водата е по- голяма от плътността на парафина, в първия случай изтласкващата сила е по- голяма от силата на тежестта и топчето плава. Във втория случай плътността плътността на спирта е по- малка от плътността на парафина и силата на тежестта е по- голяма от Архимедовата сила1 поради което топчето потъва. В третия случай, когато плътността на сместа се изравни с плътността на топчето, то застава в равновесие вътре в течността.
Този опит илюстрира условието за плаване на телата.
Вакуумен държател
Вакуумните държатели се изработват от гума със специална леко вдлъбната форма. Те са меки, еластични, с гладка вътрешна повърхност.
Притиснете силно вакуумния държател към много гладка повърхност, например стъкло, така че между него и повърхността да не остане въздух. Опитайте след това да отлепите държателя от повърхността. Оказва се, че това никак не е лесно. Ако са притиснати към много гладка повърхност без шупли, дори и най- малките държатели с диаметър около 5 могат да издържат товар с маса над 10 . За да се убедите в това, закачете към един такъв вакуумен държател домашно кантарче и дърпайте перпендикулярно на повърхността, към която е закрепен. Каква е според вас причината за такова здраво прилепване?
======================================================================================================
>След като въздухът бъде изтласкан от кухината, върху външната повърхност на държателя остава да действа само атмосферното налягане. Именно на него се дължи това здраво притискане.
Притиснете силно вакуумния държател към много гладка повърхност, например стъкло, така че между него и повърхността да не остане въздух. Опитайте след това да отлепите държателя от повърхността. Оказва се, че това никак не е лесно. Ако са притиснати към много гладка повърхност без шупли, дори и най- малките държатели с диаметър около 5 могат да издържат товар с маса над 10 . За да се убедите в това, закачете към един такъв вакуумен държател домашно кантарче и дърпайте перпендикулярно на повърхността, към която е закрепен. Каква е според вас причината за такова здраво прилепване?
======================================================================================================
>След като въздухът бъде изтласкан от кухината, върху външната повърхност на държателя остава да действа само атмосферното налягане. Именно на него се дължи това здраво притискане.
***Забележка: Описанието на опитите е взето от "Забавна физика" с автор Д. Иванов и е използвано в състезанието "Паскал и Архимед".
1 Следваща 3