Как вы уже догадались, этот опыт иллюстрирует закон Архимеда.
Описанным способом можно легко определить объем какого-либо предмета, если иначе его объем не определишь. Нужно только полностью погрузить этот предмет в воду (конечно, при условии, что вода его не испортит), а затем замерить объем вылившейся воды. Если предмет небольшой, то вода из сосуда может не выливаться. Измерив уровни воды до погружения предмета и после, можно подсчитать ее объем.
Жидкий шар
Вы знаете, что жидкости всегда принимают форму тех сосудов или водоемов, где они находятся. Большое количество воды под влиянием своего веса моментально растечется, если ее вылить из сосуда.
Ну, а если вода вдруг станет невесомой, какую форму она примет при удалении ее из сосуда, в котором она хранилась?
Рассмотрим сначала маленькие количества воды — капли. Капли очень легкие, вес почти не искажает их шарообразную форму или искажает мало, делая их чуть приплюснутыми. Водяные шарики — капли можно наблюдать на листьях растений или на материи, которая не впитывает воду. Чем меньше по размеру капля, тем она шарообразнее. В воздухе капли дождя почти шарики. Во время свободного падения они находятся в состоянии невесомости, а поверхностное натяжение, стремясь создать наименьшую поверхность, придает им почти шарообразную форму.
Проделаем интересный старинный опыт. Для жидкости будут созданы такие же условия, какие бывают при состоянии невесомости. Во время этого опыта вы сможете наблюдать естественную форму жидкости уже не на маленьких капельках, а на шарике около двух сантиметров в диаметре.
Для этого опыта нам понадобятся: денатурированный спирт, а если его нет, тройной одеколон, вода, немного подсолнечного или хлопкового масла, пипетка и небольшая рюмка.
Накапайте в рюмку несколько капель масла, затем налейте в нее до половины денатурированного спирта или тройного одеколона. Масло тяжелее спирта, поэтому оно соберется на дне рюмки. Теперь понемногу подливайте в рюмку воду, осторожно помешивая спирт палочкой, чтобы он равномерно смешался с водой. Скоро вы увидите, как масляный шарик, оторвавшись от дна, станет медленно подниматься. Теперь прекратите подливать воду и добавьте в рюмку немного спирта или одеколона. Нужно добиться, чтобы масляный шарик немного опустился, «повис» в рюмке на некоторой глубине.
Это произойдет, когда удельные веса масла и смеси спирта с водой станут одинаковыми.
Наберите в пипетку немного масла и введите его в масляный шарик. Проделав это несколько раз, вы увидите, что шарик в рюмке становится все больше и больше. Наблюдать его лучше всего сверху, а не через изогнутое, искажающее форму стекло рюмки.
Если вы попытаетесь палочкой изменить форму шара в рюмке, он через несколько секунд снова примет прежнюю форму.
Под действием силы поверхностного натяжения масло образует самую маленькую поверхность — поверхность шара.
Но давайте немного пофантазируем. Представим себе, что мы находимся в кабине космического корабля или на орбитальной станции, где все находится в состоянии невесомости.
Для этого воображаемого опыта, который собираемся проделать, мы захватили с собой стакан, наполненный водой. Но как бы мы ни переворачивали стакан, вода из него не выльется. Поэтому нам придется слегка тряхнуть стакан, не очень сильно, но чтобы вода «вылезла» из него. Поколыхавшись в воздухе, вода примет форму шара. В состоянии невесомости даже большое количество воды, ну, например, такое, какое помещается в ведре, может принять форму шара. И если нет никакого движения воздуха, в кабине корабля будет плавать большой водяной шар. Вода, освобожденная от веса, наконец примет свою естественную форму.
По телевизору показывали репортаж с космической станции «Салют-4». Летчики-космонавты П. И. Климук и В. И. Севастьянов демонстрировали следующее: они выпускали из резинового шланга воду, и вода выходила из него крупными шариками. Оказывается, и фантазировать не надо…
Простые опыты с невесомостью
Вес и сила тяжести не одно и то же. Сила тяжести приложена к самому телу, а вес — сила, приложенная к опоре, на которой тело лежит, или к подвеске, на которой оно висит. Если тело падает, а падает оно под действием силы тяжести, то оно перестает давить на опору или оттягивать подвеску. А это значит, что вес исчез — наступила невесомость.
Что произойдет с пружинными весами, которыми измеряют вес, если они падают вместе с подвешенным к ним грузом? Они будут показывать отсутствие веса, их стрелка будет стоять на нуле.
Возьмите пружинные весы, приделайте на шкале над стрелкой хомутик из узкой полоски жести, чтобы он мог скользить по шкале, подвесьте на крючок весов какой-нибудь груз весом в два килограмма и передвиньте хомутик вниз до стрелки. Держа весы в руке, быстро опустите их вместе с подвешенным к ним грузом.
Движение вниз должно быть быстрым, ускоренным, оно должно имитировать падение весов и груза. После опускания весов стрелка будет показывать тот же самый вес. Но хомутик окажется сдвинутым на нулевое деление шкалы. Это значит, что во время быстрого опускания весов и груза груз ничего не весил, был в состоянии невесомости, и стрелка, поднявшись до нуля, сдвинула хомутик к нулю, где он и остался.
Если у вас нет пружинных весов, вы можете соорудить их подобие, укрепив на дощечке тугую резину, приделав к ней указывающую стрелку и жестяной хомутик над ней. Деления могут быть произвольные, важно, чтобы они начинались от нуля, когда на резине никакой груз не висит.
Проделайте другой опыт. Возьмите две нераспечатанные металлические банки консервов разных размеров. Поставьте одну банку на другую, чтобы донышко одной вошло в донышко другой. Между банками положите полоску бумаги так, чтобы наружу торчал ее конец. Если вы потянете за этот конец, то не сможете легко вытянуть плотно зажатую между банками бумагу, чтобы ее вытянуть, надо затратить некоторое усилие.
А теперь расстелите на полу тряпки, чтобы не повредить ни пол, ни банки, и проделайте следующее. Одной рукой держите за конец бумаги, которая зажата между банками, а другой рукой обе банки, поставленные одна на другую. Отпустите банки. Падая, они становятся невесомыми, и бумага легко выскальзывает из них.
Невесомость с сигнализацией
Если вы хотите сделать подарок школьному физическому кабинету, смастерите прибор, который будет показывать состояние невесомости во время свободного падения.
Для этой работы понадобятся столярные, слесарные и электромонтерские навыки, а также умение вырезать и клеить из картона.
Приступим к изготовлению прибора.
Его корпус нужно склеить из толстой бумаги, свернув из нее в несколько слоев трубку, в которой свободно могут перемещаться две цилиндрические батарейки, какие употребляются для транзисторных приемников. Трубка должна быть достаточно жесткой. Для ее склеивания используйте шаблон — круглую, разборную (разрезанную вдоль) деревянную палочку на сантиметр толще батареи. Длина трубки должна равняться двойной длине батарейки плюс пять сантиметров.
Из картона и бумаги нужно склеить две крышечки, чтобы их можно было плотно надевать и снимать с трубки. К одной из крышечек (будем считать ее верхней) сверху приклейте маленький фанерный кружок (диаметр его должен равняться внешнему диаметру трубки) и смонтируйте на нем контакты для крепления лампочки от карманного фонаря. К нижнему контакту (это может быть вырезанная из латуни пластинка) присоедините конец пружины, изготовленной из медной или железной проволоки. Пружину делают, навивая проволоку на какой-нибудь стержень. Пружина должна получиться такая, чтобы от веса двух батареек она растягивалась бы на половину своей длины. Сложите батарейки одну на другую (они будут соединены последовательно) и, убедившись с помощью лампочки, что между ними хороший контакт, обклейте их бумагой. Затем с помощью проволоки присоедините к концу пружины верхний контакт батарейки и пропаяйте место соединения.
