Библиотечка «Квант»
Ответственный редактор:
академик И. К. Кикоин
Опыты
в домашней
лаборатории
*** 1980 ***
От нас: 500 радиоспектаклей (и учебники)
на SD‑карте 64(128)GB — ГДЕ?..
Baшa помощь проекту:
занести копеечку — КУДА?..
|
ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА Физика — это наука экспериментальная, в том смысле, что основные законы природы, изучением которых она занимается, устанавливаются на основании данных эксперимента. Проводя ту или иную экспериментальную работу, физик-экспериментатор по существу задает вопрос природе, но природа отвечает только на правильно заданный вопрос. Это значит, что физический эксперимент должен быть тоже поставлен правильно, в противном случае экспериментатор не получит нужного ему ответа. Экспериментальная физика — увлекательная наука. Ее методы позволяют понять и объяснить, а во многих случаях и открыть новые явления природы. И чем раньше человек приучается проводить физические эксперименты, тем раньше он может надеяться'стать искуссным физиком-экспериментатором. Современная экспериментальная физика использует очень сложную и дорогостоящую технику, сосредоточенную в крупных научных институтах и лабораториях, сотрудниками которых, как я надеюсь, станут впоследствии многие из читателей этой книги. Но простые и тем не менее увлекательные опыты можно поставить и у себя дома. В предлагаемой книге описан ряд таких именно опытов. В разное время они публиковались в журнале «Квант» в виде отдельных статей и теперь собращл вместе. Перефразируя известную поговорку, что «лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать», можно сказать, что лучше один раз самому провести эксперимент, чем многократно прочитать о нем. Поэтому мы рекомендуем читателям своими руками провести описанные в этой книге опыты. Необходимые для этого средства легкодоступны и их всегда можно найти. Читатель убедится, что проведение опытов дело интересное и увлекательное. Совсем не обязательно ограничиваться точным воспроизведением того, что описано в книге. Опыты можно разнообразить и расширять, и тогда это уже будет настоящим научным исследованием. Книга посвящена памяти одного из организаторов журнала «Квант» Георгия Ивановича Косоурова, который вел раздел опытов в журнале в первый год существования журнала и сам написал несколько очень интересных статей, включенных в настоящий сборник. Среди авторов статей этой книги есть физики-экспериментаторы с мировой известностью. Но есть и статьи, написанные школьниками (точнее, недавними школьниками). Мы надеемся, что эта книга будет пользоваться успехом и доставит радость творчества не только тем, кто интересуется физикой и мечтает посвятить ей свою будущую деятельность, но и их друзьям, которым они будут демонстрировать свои опыты. Я. К. Кикоин ДЕМОНСТРАЦИЯ НЕВЕСОМОСТИ А. Дозоров Состояние невесомости достигается в свободном полете. И спутник на орбите, и свободно летящий камень, и подпрыгнувший человек находятся в состоянии невесомости. Груз, подвешенный на нити, в свободном полете невесом и, следовательно, не натягивает нить. Легко изготовить прибор, который дает возможность «наблюдать» состояние невесомости. На рис. 1 дана принципиальная схема прибора. В «нормальном» состоянии груз (Г) натягивает нить, упругая пластина (УП) изгибается, разрывая контакт между клеммами (К1 и К2) цепи. При этом включенная в цепь лампа (Л), естественно, не горит. Если все устройство подброшено вверх, груз находится в состоянии невесомости, а следовательно, не растягивает нить. Упругая пластина возвращается в неизогнутое положение, клеммы замыкаются, загорается лампочка. Лампочка горит лишь в том случае, если все устройство находится в состоянии невесомости. Обратите внимание, что состояние невесомости осуществляется и при движении вверх, и при движении вниз. Регулировочный винт (В) позволяет установить клеммы так, чтобы они при неподвижном положении устройства были слегка раздвинуты. Все устройство крепится внутри прозрачной коробки. На рис. 2 показан общий вид прибора. Несколько практических советов по изготовлению прибора. Чтобы можно было пользоваться как большой (плоской) батарейкой, так и маленькой «Кроной», лучше при изготовлении ориентироваться на более крупную плоскую батарейку. Чаще всего в приборе приходится менять именно батарейку, поэтому доступ к ней должен быть простым; можно прикрепить ее к наружной части устройства, а для соединительных проводов сделать в корпусе небольшие отверстия. В качестве упругой пластины годится любая тонкая полоска упругого металла, даже половинка лезвия безопасной бритвы (вы сразу увидите, закрепив лезвие в стойке, куда удобнее привязать нить от груза). Конструкцию устройства можно сделать более простой. Например, совместить регулировочный винт и клемму К1 и сделать так, чтобы упругая пластина играла еще и роль клеммы К 2 (рис. 3). На рис. 4 приведена фотография такого варианта устройства, в котором вообще нет регулировочного винта. Немного подумав, вы, быть может, предложите еще более простую конструкцию. КАРТЕЗИАНСКИЙ ВОДОЛАЗ А. Виленкин Бумажный кораблик легко держится на воде, но когда бумага намокнет, кораблик тонет. Сухой кораблик держит на поверхности воды воздух, находящийся под куполом. Если купол намокнет и расползется, то воздух из-под него выйдет, и кораблик утонет. А нельзя ли сделать так, чтобы воздух то выходил из-под купола, то входил, а кораблик то тонул, то всплывал — по нашему желанию? Оказывается, можно. Впервые такую игрушку сделал великий французский ученый и философ Рене Декарт, и теперь ее называют «картезианским водолазом» (по латыни Рене Декарт звучит как Ренатус Картезиус). Только в ней воздух не входит и не выходит, а сжимается или Рис. 5. расширяется. Устройство «водолаза» показано на рис. 5. Возьмите молочную бутылку, пузырек от какого-нибудь лекарства и надувной резиновый шарик (им придется пожертвовать). Бутылку наполните водой почти до горлышка. Пузырек опустите отверстием вниз в воду и, наклонив его, впустите в него немного воды. Количество воды в пузырьке надо отрегулировать так, чтобы пузырек держался на поверхности воды, но от малейшего толчка уходил под воду (удобно взять соломинку и через нее вдувать под водой воздух в пузырек, пока он не всплывет). Затем накройте горлышко бутылки резиновой пленкой от шарика и привяжите ее ниткой вокруг горлышка. Нажмите на пленку — и «водолаз» пойдет ко дну. Отпустите — и «водолаз» всплывет. Тонет он вот почему. Когда вы нажимаете на пленку, воздух под ней сжимается, давление в бутылке увеличивается и загоняет в пузырек еще немного воды. Пузырек становится тяжелее и опускается. Как только вы отпускаете пленку, давление в бутылке уменьшается, сжатый воздух в пузырьке выгоняет лишнюю воду, и «водолаз» всплывает. АВТОМАТИЧЕСКИЙ СИФОН В. Майер, Н. Назаров С работой сифона — простейшего устройства для перекачки жидкостей — вы познакомились еще в шестом классе. Рассказывают, что знаменитый американский физик Роберт Вуд еще мальчишкой начинал свои увлекательные эксперименты именно с сифона. Вот как описывает его опыты В. Сибрук в книге «Роберт Вуд» *): *) В. С и б р у к. Роберт Вуд. — М.: Наука, 1978. «Вокруг лужи было возвышение больше чем на фут, и все хорошо знали, что вода не течет в гору. Роб положил шланг на землю, велел одному из мальчиков заткнуть конец пальцем, а сам начал наливать воду в другой, пока весь шланг не наполнился. Уже тогда, по природе своей — демонстратор, Роб взял этот конец и вместо того, чтобы просто положить его на землю, перекинул шланг через высокий забор, который отделял дорогу от канавы. Вода потекла через сифон. Это, вероятно, была первая публичная научная победа Вуда». Обычный сифон настолько прост, что, казалось бы, не нуждается в усовершенствованиях. Однако его недостатком является необходимость удалять воздух из колен сифона перед тем, как он начнет работать. Просто поразительна изобретательность человеческого ума, который, уяснив для себя суть этого недостатка, сумел устранить его примитивнейшими средствами! Мы расскажем вам об автоматическом сифоне *). *) Автоматический сифон изобретен С. Д. Платоновым и описан Ъ журнале «Заводская лаборатория», № 6 (том 4), 1935. Стеклянную трубку длиной около 60 см и внутренним диаметром 3 — 4 мм изогните над пламенем так, чтобы образовались два колена, одно из которых имеет длину порядка 25 см (рис. 6). В этом колене на расстоянии 33 — 35 мм от его конца ребром надфиля (смоченного водой) аккуратно пропилите небольшое отверстие. Площадь его должна быть не более 0,5 — 1 мм2. В стенке шарика для пинг-понга шилом проколите отверстие и круглым надфилем расширяйте его до тех пор, пока стеклянная трубка не будет с трением входить в него. Проденьте трубку в сделанное отверстие так, чтобы ее конец уперся в диаметрально противоположную точку стенки шарика. При этом отверстие в стеклянной трубке должно оказаться внутри шарика вблизи его поверхности (см. рис. 6). Соединение стеклянной трубки с шариком должно быть герметичным. Если вы немного ошиблись и сделали отверстие в шарике слишком большого диаметра, место соединения обмажьте пластилином. В шарике вблизи конца трубки, упирающегося в его стенку, проколите еще одно отверстие (2). Его первоначальный диаметр должен быть примерно равен 1 мм. Быстро опустите колено сифона с шариком на его конце в стакан с водой. Почти сразу в этом колене появляется поднимающийся вверх столб воды, разделенный пузырьками воздуха. Он доходит до места перегиба сифона, опускается по второму колену вниз (рис. 7), и спустя небольшое время из отверстия второго колена начинает бить сплошная струя! Если опыт не получается, нужно просто тщательно отладить прибор. Работа автоматического сифона зависит от правильного подбора площадей отверстий в стеклянной трубке и шарике. Неудачное расположение стеклянной трубки относительно шарика или недостаточная герметичность соединения шарика с трубкой также могут привести к плохой работе сифона. Диаметр отверстия в шарике можно постепенно увеличивать надфилем, добиваясь наилучших результатов. После наладки прибора шарик можно приклеить к стеклянной трубке клеем БФ-2. Как работает автоматический сифон? Обратимся снова к рис. 6. Когда шарик опускают в стакан с водой, вода начинает заходить внутрь его через отверстие 2. Одновременно вода поднимается и по стеклянной трубке, попадая в нее через открытый конец трубки. Скорость подъема воды в трубке больше, чем в шарике. Столб воды, поднявшийся по трубке до отверстия 1 в ее стенке, как бы перекрывает его. По мере заполнения шарика водой давление воздуха в шарике увеличивается. В какой-то момент в отверстие I трубки «проталкивается» маленький воздушный пузырек. Он отсекает небольшой столбик воды и поднимает его вверх. Поднимающаяся по трубке вода вновь перекрывает отверстие/, и снова сжатый воздух проталкивается в виде пузырька в это отверстие и отсекает новую порцию воды. Таким образом, в колене трубки с шариком образуется воздушноводяной столб, средняя плотность которого меньше плотности воды. Под действием гидростатического давления этот столб поднимается до перегиба трубки, спускается по второму колену и, когда шарик полностью заполнится водой, «вытягивает» за собой сплошной поток воды. Сифон начинает работать. Упражнения 1. Экспериментально покажите, что в шарик вода должна затекать медленнее, чем в стеклянную трубку. Объясните, почему так происходит. 2. Чтобы убедиться в правильности объяснения принципа действия автоматического сифона, замените непрозрачный шарик небольшим стеклянным пузырьком с резиновой пробкой. В целом все устройство с пузырьком должно быть точно таким же, как и при использовании шарика. Стеклянную трубку воткните в пузырек через отверстие в резиновой пробке. Прозрачные стенки пузырька позволят вам наблюдать процесс образования воздушно-водяного столба в стеклянной трубке. 3. Выясните, зависит ли высота подъема воздушно-водяного столба от глубины погружения в воду колена сифона с шариком. 4. Изготовьте автоматический сифон, заменив стеклянную трубку резиновой. ВИХРЕВЫЕ КОЛЬЦА*) *) Статья опубликована в журнале «Nature» в 1901 г. Переведена с английского Л. А. Савиной. Р. В у д В опыты, подготовленные для лекции по вихревым кольцам, я ввел интересные изменения. Обычный ящик для демонстрации вихрей хорошо известен и не требует подробного описания. Наше устройство значительно больше тех, что обычно используются. Это кубически-й деревянный ящик со стороной около метра; одна из стенок сделана из тонкой клеенки, свободно подвешенной, с двумя диагоналями из резиновых трубок, крепко привязанных по углам. Резиновые трубки нужны для того, чтобы обеспечить возвращение клеенки в первоначальное положение. Такой ящик выбрасывает воздушные вихри большой силы, причем удар кольца о стену лекционного зала отчетливо слышен и похож на звук от легкого удара полотенцем. Аудитория может получить представление о «твердости» вращающегося воздушного вихря, если последовательно выпускать невидимые кольца в зал. Удар кольца в лицо человека ощущается как мягкий толчок пуховой подушкой. Для того чтобы сделать кольца видимыми, нужно наполнить ящик смесью аммиака и хлористого водожий на хвост кометы), который образуется из-за трения внешних участков кольца об атмосферу при движении вперед. Силу воздушных колец можно показать таким образом. Направим их на плоский картонный ящик, стоящий на некотором расстоянии от установки. При этом ящик сразу же переворачивается или даже падает на пол. Ударом вихревого кольца можно погасить пламя газовой горелки. После некоторой тренировки можно научиться выпускать два кольца быстрой очередью, причем так, чтобы второе летело с несколько большей скоростью, чем первое. Тогда второе кольцо нагоняет первое, ударяется о него и отскакивает; оба кольца остаются целы и превращаются в вибрирующие эллипсы. Это показывает, что газовый вихрь обладает упругостью. Хотя большие вихри, полученные с помощью описанной установки, лучше всего подходят для демонстрации на лекции, я считаю, что гораздо более красивые и симметричные кольца можно получить, выпуская дым из бумажной или стеклянной трубки диаметром 2,5 см *). *) Дым можно получить, например, положив в закрытую коробочку тлеющую бумагу. Если смотреть сбоку на выдуваемые кольца в неподвижном воздухе около лампы или при солнечном свете, то видны очень красивые спиральные линии тока. Мне удалось сфотографировать одно из колец следующим образом. Моментальный затвор был установлен на двери темной комнаты, а дуговая лампа фокусировалась на его щель с помощью большого вогнутого зеркала. Фотопластинка устанавливалась в темной комнате так, чтобы ее освещал расходящийся пучок лучей, идущий от отражения дуги в зеркале (когда затвор открыт). Перед пластинкой помещалась красная лампа, а затем кольца выдувались из трубки. Как только кольцо, симметричное по форме и двигающееся не слишком быстро, оказывалось перед пластинкой, мы дергали за шнурок, ведущий к затвору, и пластинка освещалась ослепительной вспышкой. От кольца падала четкая тень благодаря небольшому размеру и отдаленности источника света. Рис. 9 сделан с полученной фотографии. Кольцо состоит из слоя дыма и слоя воздуха, образующих спираль из нескольких законченных витков. По -видимому, углова я скорость вращения увеличивается по мере приближения к центру кольца, причем внутренние участки защищены от трения (если можно применить этот термин) прилегающими вращающимися слоями. Это легко можно показать, видоизменив опыт, например, создавая воздушное кольцо с ядром из дыма. Если мы сделаем маленький вихревой ящик с отверстием диаметром, скажем, 2 см, наполним его дымом и слегка ударим по стенке, то, по-видимому, появится толстое кольцо, вращающееся очень медленно. Однако если мы очистим воздух от дыма, вольем в ящик несколько капель аммиака и смажем концентрированной НС1 нижнюю часть отверстия ящика, тогда дым образует тонкий слой у нижней части отверстия. После легкого удара о стенку дым переходил в ядро кольца, а остальная часть кольца оставалась невидимой. Видимая же часть вихря вращалась с удивительно большой скоростью. Нужна большая ловкость, чтобы создать такие, похожие на полумесяц, тонкие вихри. Лучшие результаты обычно получались после нескольких попыток. Вид одного такого ядра из дыма показан на рис. 10. Действительный размер вихря отмечен пунктирными линиями. Этот опыт не получается в большом масштабе, хотя я достиг некоторого успеха, распыляя нашатырь у верхнего края отверстия с помощью зигзагообразной железной проволоки, нагреваемой током. Принимая некоторые меры предосторожности, можно получить дымовое полукольцо такое, как на рис. 11. Это блестящая иллюстрация того, что образование колец никоим образом не зависит от наличия дыма. Лучший способ получить полукольца состоит в том, чтобы очень легко выдохнуть дым в бумажную трубку, позволяя ему течь по дну трубки, пока он не достигнет конца. Тогда кольцо выталкивается легким выдохом. Возможно, лучше проводить опыт в большой аэродинамической трубе с отверстием на дне, так как в этом случае можно наблюдать явления, происходящие внутри. Достаточно легко получить кольцо, в котором большая часть дыма сосредоточена в нижней половине; но получение кольца, одна половина которого полностью невидима, и такого, чтобы граница дыма была резко очерчена (как показано на рис. 11), требует большой практики. Я перепробовал различные схемы, чтобы получить эти полукольца в большом масштабе, но ни одна из них не дала результатов, достойных упоминания. Казалось, что применение раскаленной проволоки с нашатырем является самым многообещающим методом, однако резко очерченной границы дыма я так и не получил, а именно это отличает маленькие кольца, полученные с помощью трубки. Объясняя образование вихревых колец, вращательное движение часто приписывают трению между вытекающими воздушными струями и краем отверстия. Однако большей частью образование вихрей обусловливает трение с атмосферным воздухом. Чтобы прфиллюст-рировать эту точку зрения, я придумал вихревой ящик, в котором трение с краем отверстия отсутствует или, правильнее сказать, компенсируется уравниванием его по всему поперечному сечению выходящей струи. В дне цилиндрического жестяного ящика просверливается приблизительно 200 отверстий диаметром 1,7 мм каждое (рис. 12). Если ящик наполнить дымом и выпустить сильную струю воздуха, от поверхности, похожей на сито, отделяется красивое вихревое кольцо. Можно просто покрыть конец бумажной трубки куском туго натянутой льняной ткани и выдуть дымовое кольцо через нее. При опытах с ящиком, снабженным двумя круглыми отверстиями, я наблюдал слияние двух колец, двигающихся рядом, в одно большое кольцо. Если кольца имеют большую скорость вращения, они отскакивают друг от друга, но если кольца вращаются медленно, они соединяются. В момент соединения форма вихря очень неустойчива. Соединенные кольца скачком меняют горизонтальное положение на вертикальное так быстро, что это трудно заметить, а затем медленно приобретают форму кольца. То же самое можно показать с помощью двух бумажных трубок, держа их в разных углах рта й почти параллельно друг другу. В любом случае воздух в комнате должен быть практически неподвижен. О ВИХРЕВЫХ КОЛЬЦАХ С. Шабанов, В. Шубин ОБРАЗОВАНИЕ ВИХРЕВЫХ КОЛЕЦ Для получения в лабораторных условиях вихрей в воздухе мы пользовались аппаратом Тэта (рис. 13). Он представляет собой цилиндр, один торец которого (мембрана) затянут каким-нибудь упругим материалом (например, кожей), а в другом имеется круглое отверстие (диафрагма). Ударяя по мембране, мы сообщаем некоторую скорость прилегающему к мембране слою дыма. Придя в движение, этот слой вызовет уплотнение соседнего слоя, тот — следующего и так далее. Когда уплотнение дойдет до диафрагмы, дым вырвется из отверстия, приведет в движение ранее покоившийся воздух и благодаря силам вязкого трения сам закрутится в дымовое кольцо. Может быть, в образовании вихревых колец главную роль играют края отверстия? Проверим это. Вместо обычной диафрагмы поставим в аппарате Тэта решето. Если наша гипотеза верна, должно получиться много маленьких колец. Однако опыт показывает, что это не так, — образуется одно большое вихревое кольцо (рис. 14). Очень важно, чтобы дым из аппарата выходил отдельными порциями, а не непрерывной струей. Если мембрану заменить поршнем и перемещать его, из отверстия вместо колец появится непрерывная струя дыма. Вихри в воде можно получить с помощью обыкновенной пипетки и чернил. Набрав в пипетку чернил, нужно их капать с высоты 2 — 3 см в аквариум с хорошо устоявшейся водой (в которой нет конвекционных потоков). В прозрачной воде хорошо заметны образующиеся чернильные кольца (рис. 15). Можно сделать немного по-другому: выпустить струю чернил из пипетки прямо в воду (рис. 16). В этом случае вихревые кольца получаются несколько больших размеров. Природа образования вихревых колец в воде — такая же, как в воздухе; поведение чернил в воде аналогично поведению дыма в воздухе. В обоих случаях главную роль играют силы вязкого трения. (Правда, опыты показывают, что полная аналогия имеет место лишь в первый момент после образования вихрей. В дальнейшем поведение вихрей в воде и воздухе оказывается различным.) ДВИЖЕНИЕ СРЕДЫ ВОКРУГ ВИХРЕВЫХ КОЛЕЦ Что происходит с окружающей средой После того, как образовался вихрь? Ответить на этот вопрос нам помогли соответствующие опыты. На расстоянии 2 — 3 м от аппарата Тэта поставим зажженную свечу. Дымовое кольцо пустим с таким расчетом, чтобы оно не врезалось в пламя свечи, а прошло рядом. Пламя либо погаснет, либо будет очень сильно колыхаться. Это говорит о том, что движется не только видимая часть кольца, но и слои воздуха, прилегающие к кольцу. Как же они движутся? Возьмем две тряпочки, одну смочим соляной кислотой, другую — нашатырным спиртом, и подвесим их на расстоянии 10 — 15 см друг от друга. Пространство между ними сразу же заполнится дымом (парами нашатыря). Пустим в облако этого дима дымовое кольцо из аппарата. После прохождения кольца через облако кольцо увеличивается в размерах, а облако приходит в круговое движение. Из этого можно заключить, что вокруг вихревого кольца воздух вращается (рис. 17). Аналогичный опыт можно провести и с водой. Медленно вращая воду в стакане, капнем в нее чернил и дадим устояться. В стакане образуются чернильные нити. Теперь пустим чернильное кольцо. При прохождении кольца вблизи нитей они закручиваются. ВИХРЕВЫЕ КОЛЬЦА В ВОДЕ Рассмотрим некоторые особенности поведения водяных вихрей. В «Детской энциклопедии» приводятся очень интересные и красивые фотографии, на которых изображено последовательное развитие упавшей в воду капли чернил. Мы заинтересовались этими фотографиями и решили сделать такой же опыт. Как уже говорилось выше, если каплю чернил капнуть с высоты 2 — 3 см в аквариум ? водой, в воде образуется чернильное вихревое кольцо. Как оно будет вести себя дальше? Оказывается, через некоторое время кольцо разделится на несколько новых колец, те в свою очередь тоже разделятся и т. д. В аквариуме появится красивый «замок» (рис. 18). Мы заметили, что делению. первичного кольца предшествует образование на нем утолщений, из которых потом рождаются вторичные кольца. Как это можно объяснить? Из-за неоднородности среды, в которой движется чернильное кольцо, некоторые его участки несколько опережают остальные, некоторые, наоборот, отстают. Чернила (более тяжелые, чем вода) стекают в те участки, которые движутся впереди, и за счет сил поверхностного натяжения формируются утолщения. Затем из этих утолщений рождаются новые капли. Каждая капля ведет себя независимо от исходного вихря, и через некоторое время из нее образуется новое вихревое кольцо. Так повторяется несколько раз. Интересно, что нам не удалось установить никакой закономерности — в десяти опытах конечное число колец четвертого «поколения» ни разу не совпало. Оказывается, для существования вихревого кольца необходим некоторый «жизненный» объем. Мы убедились в этом на таком опыте. На пути движения водяного кольца мы ставили трубки различных диаметров. Если диаметр трубки был чуть-чуть больше диаметра кольца, влетевшее в трубку вихревое кольцо разрушалось, а рзамен возникало новое кольцо меньших размеров. Если же диаметр трубки примерно в 4 раза превышал диаметр кольца, кольцо беспрепятственно проходило через трубку. В таком случае вихрь практически не подвергался никаким внешним воздействиям. Мы провели несколько опытов по взаимодействию дымовых колец с диафрагмами различных диаметров и с плоскостью. (Мы их назвали опытами п о рассеянию вихревых колец.) Представим себе, что кольцо налетает на диафрагму, диаметр которой меньше диаметра кольца. Рассмотрим два случая: центральное соударение, когда скорость поступательного движения кольца перпендикулярна плоскости диафрагмы, а центр кольца проходит через центр диафрагмы, и нецентральное соударение, когда центр кольца не проходит через центр диафрагмы. В первом случае происходит следующее. Налетающее на диафрагму кольцо рассеивается, а по другую сторону диафрагмы возникает новое кольцо меньшего диаметра. Причина его возникновения — та же, что и в аппарате Тэта: воздух, движущийся вокруг первоначального кольца, устремляется в отверстие и увлекает за собой дым от рассеянного вихря. Аналогично происходит центральное соударение в случае, когда диаметр диафрагмы равен диаметру кольца или несколько больше его. Гораздо более интересен результат нецентрального соударения: вновь образовавшийся вихрь вылетает под углом к начальному направлению движения (рис. 19). (Попробуйте объяснить, почему!) Теперь рассмотрим взаимодействие кольца с плоскостью. Опыты показывают, что если плоскость перпендикулярна скорости кольца, кольцо только как бы расплывается, не теряя при этом своей формы. Объяснить это можно так: поток воздуха, движущегося внутри кольца, образует область повышенного давления, в ре- зультате чего и происходит равномерное расширение всего вихревого кольца. Если же плоскость наклонить под некоторым углом к первоначальному положению, вихрь, налетая на плоскость, будет отталкиваться от нее (рис. 20). Этот факт тоже можно объяснить возникновением области повышенного давления в пространстве между кольцом и плоскостью. KOHEЦ ФPAГMEHTA КНИГИ
|
