Веселые научные опыты и эксперименты - [19]

Рис. 64

В чем же кроется секрет данного феномена? Дело в том, что любое твердое тело имеет три взаимно перпендикулярные оси, проходящие через его центр масс, вокруг которых оно может свободно вращаться, не вращаясь при этом вокруг других осей. Когда тело имеет оси симметрии, то главные оси совпадают с ними.

Рис. 65

При рассмотрении моментов инерции кельтского камня для всех возможных осей, проходящих через его центр масс, выясняется, что самое большое и самое маленькое значение соответствуют осям, совпадающим с двумя из трех главных осей тела. На рис. 65 показано, что ось Z соответствует наибольшему моменту инерции параллелепипеда, Х – наименьшему, Y – промежуточному. Действительно, момент инерции тем больше, чем дальше части тела находятся от соответствующей оси. Например, кусочки параллелепипеда А и В находятся дальше от оси Z, чем от оси Y, а от оси Y дальше, чем от оси X.

Смачиваемость и несмачиваемость

Оборудование и принадлежности:

• стеклянный стакан;

• парафин;

• бутылка;

• стеклянная палочка.

Когда жидкость налита в сосуд, то большая часть ее поверхности граничит со стенками сосуда. В зависимости от того, смачивает жидкость стенки сосуда или не смачивает, форма поверхности жидкости у места соприкосновения со стенкой имеет разный вид.

Для исследования явления смачиваемости – несмачиваемости проведите следующий эксперимент. Возьмите обычный стакан и натрите его стенки изнутри парафином. Важно, чтобы стакан был чистым и сухим. Затем аккуратно налейте в него чистую холодную воду – чуть больше половины емкости. Когда поверхность воды успокоится, внимательно посмотрите на то, как выглядит поверхность воды в непосредственном месте соприкосновения со стенками стакана. Вы заметите, что вода как бы отталкивается от стекла, натертого парафином (рис. 66, а), и поверхность имеет в зоне контакта выпуклый вид, то есть на лицо эффект несмачиваемости. Результат вполне ожидаемый, поскольку парафин обладает водоотталкивающими свойствами. Еще проще провести этот же опыт со стеклянной пластинкой. Натрите поверхность чистой сухой пластинки и капните на нее пару капель воды. Капельки воды будут держаться плотными шариками и не растекаться (рис. 66, б).

Рис. 66

Теперь повторите все те же действия, но со стаканом, у которого стенки просто чистые, или с чистой сухой стеклянной пластинкой. Вы увидите совершенно противоположный результат (рис. 67, а, б): вода как бы тянется вверх по стенкам стакана, а в таком узком сосуде, как пробирка, поверхность воды приобретает вогнутую форму – ее еще называют мениском (от греческого «менискос» – полумесяц).

Рис. 67

Каждая жидкость, соприкасаясь с тем или иным твердым материалом, проявляет в определенных условиях смачиваемость или несмачиваемость. Можете поэкспериментировать с различными жидкостями. Для этого достаточно на плоскую горизонтальную поверхность капнуть жидкостью и понаблюдать, как капля распределится на поверхности. Если капля свободно растекается – значит, смачивает, если же, наоборот, держится плотным шариком наподобие ртути – значит, не смачивает.

Еще один простой способ продемонстрировать свойства воды смачивать стеклянные поверхности – это налить воду в бутылку с узким горлышком без применения воронки. Возьмите бутылку, стакан воды и стеклянную палочку. Введите один конец палочки в бутылку, а с другого конца аккуратно лейте на нее воду (рис. 68). Вода будет стекать, не прокапывая мимо.

Рис. 68

Кумулятивный эффект

Оборудование и принадлежности:

• стеклянная пробирка.

На несложном опыте можно воспроизвести явление кумуляции. Для этого вам понадобится стеклянная пробирка с водой и жесткая поверхность. Что же произойдет, если с некоторой высоты уронить на стол вертикально расположенную пробирку с водой? Поскольку в ходе эксперимента высока вероятность того, что пробирка может разбиться, необходимо принять меры предосторожности. Чтобы эксперимент прошел удачно, роняйте пробирку с небольшой высоты (1–3 см).

В предыдущем опыте рассмотрено, как формируется поверхность воды в пробирке – силы поверхностного натяжения формируют мениск. В момент удара о стол к силе тяжести, действующей на воду, добавится инерция движения жидкости, и давление на стенки пробирки существенно возрастет, то есть возникнет гидроудар. Силы поверхностного натяжения не смогут препятствовать стремительному выпрямлению поверхности воды, и в результате возникшего течения жидкость двинется от краев мениска к нижней его части на оси симметрии пробирки. Как следствие, вверх устремится тоненькая струйка воды (рис. 69). Высота, на которую поднимется эта струйка, будет существенно больше той, с которой вы уронили пробирку. Если, рискуя ее разбить, уронить пробирку с высоты 10–15 см, струйка воды вполне может достичь потолка.

Подобное явление называется кумуляцией (от лат. cumulatio – скопление), или кумулятивным эффектом.

В целях безопасности стеклянную пробирку можно заменить подходящим сосудом из пластика или металла.

Рис. 69

Трубка Пито

Оборудование и принадлежности:

• жидкостный манометр;

• вентилятор;

• пластиковая бутылка;

• воздушный шарик;