Класс!ная физика



Закон Архимеда и плавание тел. Опыты

11.2016


ПОПЛАВОК В БУТЫЛКЕ

Для создания новой игрушки вам понадобятся всего два предмета — поплавок на нитке и бутылка, лучше пластиковая с герметично закручивающейся пробкой. Налейте в бутылку воды, опустите туда поплавок и, оставив снаружи «хвостик» нитки, закрутите пробку. Осталось перевернуть бутылку горлышком вниз и «прибор» готов.

Проверьте, чтобы поплавок находился целиком под водой, натягивая закрепленную внизу нитку, а длина нитки составляла 10 — 15 см. Впрочем, может быть, вы возьмете широкую банку и сможете закрепить конец нитки в середине крышки.



Опыт 1

Удерживая бутылку строго вертикально, начните двигать ее поступательно с горизонтальным ускорением. Что произойдет с поплавком? Куда он отклонится при разгоне и при торможении? Чтобы время разгона (и торможения) было не слишком маленьким, лучше не стоять на месте (работая только руками), а активно передвигаться по комнате.

А можно ли угадать заранее, до экспериментов, каким должно быть отклонение поплавка?
Будет ли оно таким же, как у грузика на нити, если его разгонять, держа за конец нити?



Опыт 2

Проделайте еще один опыт с вращательным движением. Удерживая бутылку с поплавком на расстоянии вытянутой руки (для увеличения радиуса), начните по возможности быстро поворачиваться вокруг своей оси. А еще лучше – закрепите бутылку в штативе, а штатив поставьте на вращающуюся платформу (но не на оси вращения). Куда отклонится поплавок – внутрь, к оси вращения, или наружу?
Опять попробуйте заранее угадать ответ.

ПОСЛУШНАЯ РЫБКА

Надо взять сырое куриное яйцо и проделать осторожно в его тупом конце небольшое отверстие. Содержимое яйца вылить. При помощи сургуча или воска залепить отверстие кусочком промасленной бумаги (вощанки) и иголкой проколоть в бумажке маленькую дырочку. На остром конце яйца нарисовать масляной краской или лаком глаза и рот рыбы. Да, это тимает у нее лишнее тепло.

Из сложенного вдвое кусочка сукна или фланели выкроить рыбье туловище и сшить кусочки так, чтобы получился мешочек, в который яйцо могло бы войти тупым концом примерно на две трети своей длины. Прикрепить сургучом сукно к скорлупке, и «послушная рыбка» готова. Опустить рыбку плавать в широкогорлую, лучше всего литровую, банку с водой. Нужно, чтобы голова рыбки держалась у самой поверхности, а туловище было в воде.

Это можно сделать, привесив к плавникам небольшие грузики или воткнув в хвост рыбки булавки. Наполнив банку водой почти до краёв, завязать её сверху потуже резиновой плёнкой. Стоит надавить на резинку сверху, рыбка тут же нырнёт на дно. И снова всплывёт, как только отнять от резины руку. Объяснить движения «послушной рыбки» нетрудно. Между водой и резиновой покрышкой остаётся немного воздуха.

Надавливая рукой на резину, вы сжимаете этот воздух. Сжимаясь, он давит на воду, а вода, в свою очередь, начинает давить на воздух, заключённый в яичной скорлупе. При этом часть воды проникает внутрь скорлупы, рыбка становится тяжелее и опускается ко дну. Когда же вы отнимете руку от резиновой покрышки, воздух в яйце, расширяясь, выталкивает воду из скорлупы, и рыбка всплывает.

ПИПЕТКА В БУТЫЛКЕ

Налейте в бутылку воду (не до самого верха), поместите туда маленькое тело, которое плавает на поверхности («поплавок»), а бутылку наглухо закройте. Можно ли теперь, не открывая бутылку, заставить поплавок опуститься на дно?

Оказывается, можно. Только для этого нужны, во-первых, специальная бутылка, а во-вторых, специальный поплавок. С бутылкой все просто – возьмите не стеклянную, а мягкую пластиковую. Сжимая такую бутылку руками, мы сможем увеличивать давление внутри, не нагревая сосуд и не накачивая в него воздух насосом. Однако увеличение давления не приведет ни к каким видимым глазом эффектам, если поплавок будет представлять собой обычное сплошное тело, например – деревянный шарик. Мало того, на первый взгляд, увеличение давления может даже принести к обратному эффекту – небольшому уменьшению глубины погружения поплавка. В самом деле, сила тяжести поплавка уравновешивается выталкивающей силой не только со стороны воды, но и со стороны воздуха. Сжимая сосуд, мы увеличиваем вес вытесненного поплавком воздуха, значит, должен немного уменьшиться вес вытесненной воды. Как же пересилить этот эффект и заставить поплавок, наоборот, сильнее погрузится?

Этого можно добиться, создав поплавок, объем которого заметно уменьшается при увеличении внешнего давления. Тогда он будет погружаться сильнее и может даже утонуть. Но из чего же сделать такой поплавок? Где взять материал, обладающий такой сильной сжимаемостью?

Очень просто — поплавок надо сделать… из воздуха.
Представьте себе полое тело с отверстием, плавающее отверстием вниз. При увеличении давления в бутылке воздух сжимается, вода заходит внутрь поплавка, и его «объем» уменьшается. Если подобрать вес поплавка так. чтобы в обычном состоянии над водой выступала его малая часть, то при соответствующем увеличении давления поплавок утонет. Уменьшили давление рук на бутылку – и он послушно всплывает.

В качестве такого поплавка проще всего взять обычную медицинскую пипетку. Начальную глубину погружения плавающей пипетки легко отрегулировать, набрав в нее немного воды (надо, чтобы верх пипетки выступал на 2-3 мм). Сжимая бутылку все сильнее, понаблюдайте за уровнем воды в пипетке – хорошо видно, как он поднимается. А еще лучше – поместите в бутылку несколько пипеток, покрасив их в разные цвета и отрегулировав их на разные давления. Сжимаете бутылку – пипетки тонут одна за другой, отпускаете – они всплывают в обратом порядке.

Напоследок отметим, что “тонущие поплавки” придуманы очень давно, авторство приписывают Декарту и поэтому называют их “картезианскими водолазиками”.


Источник: журн. "Квант"; "Забавная физика" Л. Гальперштейн; Е.Соколова "Юному физику"





Устали? - Отдыхаем!

Вверх