Главная » Файлы » Физика

Занимательные опыты по физике
10.10.2014, 22:09

Инерция
Поставим несколько шашек одна на другую, предварительно подложив под нижнюю шашку полоску бумаги.

Если мы медленно потянем бумажку, вся шашечная колонка останется на бумажке и поползет вместе с ней. Если же быстро выдернуть бумажку, та же колонка спокойно останется на своем месте. Почему так получается?
Все тела обладают свойством сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, пока к ним не будет приложена какая-нибудь сила. Это свойство тел называется инерцией.


Чтобы привести в движение покоящееся тело или остановить тело, которое равномерно движется, мы должны приложить к нему некоторую силу. Это значит, что тела оказывают сопротивление изменению состояния их покоя или равномерного движения. Это сопротивление и должно быть преодолено какой-то силой. Если паровоз рванет с места слишком сильно, инерционное сопротивление может быть настолько большим, что сцепления не выдержат и разорвутся, а вагоны останутся на месте. Когда пекарь сажает хлебы в печь, он так быстро выдергивает совок, на котором стоят хлебные формы, что они не успевают выскочить вместе с ним и остаются в печи. Когда трамвай неожиданно трогается с места, мы невольно отклоняемся назад, потому что наше тело также подвержено действию закона инерции и стремится сохранить свое первоначальное положение.

Плавание тел

В соленой воде телу легче плавать, чем в пресной. Это замечают моряки, когда их суда выходят из устья реки в открытое море. В открытом море корабль погружается в воду меньше, чем в пресной воде реки.

Архимед, один из величайших физиков и математиков древности, в 250 году до нашей эры открыл закон, названный его именем: «Тело, погруженное в жидкость, теряет в своем весе столько, сколько весит вытесненная им жидкость». Эта кажущаяся потеря веса вызвана тем, что жидкости давят с избыточной силой снизу вверх на погруженные в них тела. Эта сила называется выталкивающей или поддерживающей. Согласно закону Архимеда, если тело плавает, то жидкость, вытесненная погруженной частью тела, должна весить столько же, сколько весит все тело. Значит, любое тело может погружаться в жидкость до тех пор, пока вес вытесненной жидкости не станет равным весу этого тела.
Если при полном погружении вес вытесненной жидкости будет все-таки меньше веса тела, тело опустится на дно. Так как соленая вода тяжелее пресной, то одинаковое по объему тело при своем погружении в соленую воду вытеснит больший вес воды, поэтому и погружение его будет меньшим. Чем более концентрированный раствор соли мы сделаем, тем меньше будут погружаться в него плавающие в нем тела, например сырые картофелины.

Выдувание яйца

Поставим вплотную друг к другу две рюмки, в одну из которых положено сваренное вкрутую яйцо. Дунем сильно в зазор между яйцом и стенкой рюмки. Яйцо выпрыгнет из рюмки и перескочит в соседнюю.
Воздух проникает между яйцом и стенкой рюмки на дно рюмки, там сжимается и выбрасывает яйцо наружу, хотя в сравнении с его собственным весом яйцо является довольно тяжелым предметом.
Сжатый воздух, подобно свернутой пружине, обладает значительной силой. Поэтому для защиты от различного рода сотрясений и ударов очень удобны специальные устройства, наполненные сжатым воздухом, - воздушные амортизаторы.

Перевернутый стакан

Наполним обыкновенный чайный стакан до краев водой. Теперь накроем его кусочком газетной бумаги. Плотно прикрыв его рукой, перевернем бумагой вниз. Осторожно уберем руку, держа стакан за дно. Вода не выливается. Почему это происходит?

Воду удерживает давление воздуха. Как мы уже говорили, давление воздуха распространяется во все стороны одинаково. Значит, и вверх тоже. Бумага служит только для того, чтобы поверхность воды оставалась совершенно ровной.

Если мы теперь поставим стакан на покрытый клеенкой ровный кухонный стол, то можно даже осторожно вытянуть из-под него бумагу. Вода по-прежнему останется в стакане, несмотря на то что он перевернут отверстием вниз. Это, конечно, необычно. Предложим кому-нибудь, кто не видел начала нашего опыта, взять стоящий на столе стакан. Он будет, разумеется, немного испуган маленьким водопадом, который неожиданно польется из взятого им стакана.

Расширение под действием теплоты

Пробку, туго вставленную в бутылку из тонкого стекла, нужно проткнуть раскаленной вязальной спицей. В это отверстие вставить тонкую стеклянную трубку, погрузив ее одним концом в воду.

Достаточно подержать в теплых руках бутылку, чтобы находящийся в ней воздух расширился и начал выдавливать воду через тонкую трубку наверх. Чем больше нагревание, тем сильнее расширяется воздух. Если какой-нибудь газ при постоянном давлении нагреть от нуля до 1 градуса тепла, то он расширится на 1/273 часть своего объема. Железнодорожный рельс длиной 8 метров расширяется при нагревании на 50 градусов более чем на 4 миллиметра. Поэтому при укладке железнодорожных рельсов между ними всегда оставляют небольшой зазор для теплового расширения. И при строительстве железных мостов тоже приходится оставлять значительные зазоры, чтобы тепловое расширение не повлекло за собой разрушения конструкции.

Туман в бутылке лимонада

Откроем бутылку лимонада и отольем из нее один стакан. После этого сразу плотно закроем бутылку. Сейчас она у нас наполнена больше чем наполовину.

Встряхнем ее как следует и поставим на стол. Если мы теперь быстро ее откроем, то все пространство над поверхностью жидкости заполнится густым туманом, который только постепенно рассеется и исчезнет. Что же произошло?
При выливании лимонада в бутылку проник воздух. Так как воздух соприкасался с водой, он содержит определенное количество водяных паров. Это значит, что в воздухе есть какое-то количество газообразной воды. Чем выше температура воздуха в бутылке, тем больше в нем содержится водяных паров. При встряхивании закрытой бутылки из лимонада выделился содержащийся в нем углекислый газ, и в пространстве над лимонадом создалось повышенное давление. Если мы сразу откроем бутылку, часть воздуха моментально выйдет, и давление мгновенно упадет. При быстром уменьшении давления и расширении все газы охлаждаются. Вследствие внезапного охлаждения в этом небольшом объеме воздуха уже не может содержаться столько газообразной воды, сколько было перед этим. Поэтому часть этой воды сгущается в мельчайшие водяные капельки, образуя тот самый туман, который мы видели во время нашего опыта. Примерно таким же путем образуется туман в природе.

Сквозняк

Если открыть дверь, ведущую из теплой комнаты в более холодный коридор, то с помощью горящей свечи легко можно наблюдать, возникающие воздушные потоки. Поставим свечу на пол перед слегка приоткрытой дверью. Пламя свечи, как флажок на ветру, отклонится в сторону комнаты. В то же время против верхней части двери то же пламя будет отклоняться в сторону коридора. Это значит, что вверху воздух вытекает из комнаты, в то время как внизу поток его направлен внутрь.

В теплой комнате нагретый воздух расширяется, и плотность его становится меньше. Поэтому он и вытекает в более прохладное помещение через верхнюю часть дверного проема. Вследствие этого в комнате устанавливается давление воздуха ниже наружного, и более холодный воздух из коридора устремляется внутрь комнаты.

Волшебная щель

Если смотреть на этот крест через узкую вертикальную щель, будет казаться, что вертикальная полоска креста исчезла.

Возьмем листок бумаги с разрезом длиной 2-3 см. Держим его так, чтобы прорезь была вертикальна, поднесем как можно ближе к правому глазу, а левый при этом закроем. Если мы теперь сквозь эту прорезь будем рассматривать черный крест, изображенный на рисунке, держа его на расстоянии 30 сантиметров от глаза, то его вертикальная полоска неожиданно исчезнет и мы будем видеть одну только горизонтальную полосу. При этом нужно иметь в виду, что крест должен быть хорошо освещен солнечным или искусственным светом.

Этот опыт тоже основывается на явлении отклонения света в узкой щели. Лучи света, идущие в глаз от вертикальной линии креста, отклоняются и смешиваются с лучами, отраженными белой бумагой. Поэтому глаз не получает изображения черной линии — оно сливается с белым бумажным фоном.

Опыт с солнечным лучом

Играя солнечным зайчиком, мы сталкиваемся с законом отражения света. Этот закон отражения можно наблюдать на любом луче света, падающем на зеркало. Солнечный луч, который мы ловим нашим зеркальцем, прежде чем он его достиг, проделал длинный путь. Он идет по прямой линии от Солнца, которое находится от нас на расстоянии приблизительно 150 миллионов километров. Этот луч света, пришедший к нам с такого огромного расстояния, имеет и соответствующую огромную скорость. Ученые установили, что луч света проходит за секунду круглым числом 300 тысяч километров. Поэтому солнечный луч проходит весь путь от Солнца до Земли — это каждый легко может вычислить сам — приблизительно всего за 8,5 минуты. Значит, луч, который мы только что поймали нашим зеркальцем, за 8,5 минуты до этого покинул поверхность Солнца. С такой же скоростью — 300 тысяч километров в секунду — этот луч оставляет поверхность нашего зеркальца и устремляется прямо к другой цели, на которую мы его направили.

Эхо

Звуковая волна, которую мы создаем криком, достигнув противоположного склона горы, отражается от него и возвращается назад. Когда она достигает наших ушей, мы слышим это. Если звук, который распространяется во всех направлениях, встречает целый ряд препятствий, находящихся на разных расстояниях от нас, возникает многократное эхо.

Если мы находимся перед скалой на расстоянии 170 метров от нее, то услышим эхо ровно через секунду. Это значит, что звуковая волна потратила ровно секунду, чтобы пробежать расстояние от скалы и вернуться обратно. Значит, скорость звуковой волны в воздухе при комнатной температуре составляет примерно 340 метров в секунду.

Нужно отметить, что скорость звуковой волны в воздухе зависит от температуры. При температуре +18С ее скорость составляет 340 метров в секунду, а при 0 градусов меньше — всего 333 метра. Для того чтобы слышать эхо, мы должны находиться от препятствия на расстоянии не меньше 17 метров.

Игра спичек

Слева — пять спичек, надломленных посередине, положены на блюдце. Как заставить их принять форму пятиконечной звезды, не касаясь спичек рукой? Справа — в центр спичечной фигуры капнули немного воды; спички медленно разгибаются, образуя пятиконечную звезду.

Маленький фокус, который показан на рисунке, основан на распрямлении опущенного в воду куска дерева. При высушивании дерево скручивается. При намокании сухого дерева оно опять распрямляется.

Например, если деревянное корыто долго стоит без употребления, оно рассыхается и начинает пропускать воду. Тем не менее такое корыто наполняют водой, и вскоре оказывается, что оно снова делается водонепроницаемым. Это происходит оттого, что дерево, впитав воду, расширяется и закрывает образовавшуюся трещину.

Игра с лимонадом

Перед нами стоит бокал шипящего лимонада. Бросим в него одну виноградину. Она сейчас же опустится на дно. Немедленно на ней осядут маленькие пузырьки газа. Вскоре их станет так много, что виноградина начнет шевелиться и затем всплывет наверх.

На поверхности жидкости эти пузырьки лопаются и улетучиваются в воздух. Но без пузырьков газа вес виноградины становится больше, чем действующая на нее выталкивающая сила, ягода снова погружается на дно бокала. Тогда все повторяется сначала, и виноградина опускается и поднимается в бокале много раз.

Лимонад приготовляется из обыкновенной воды, в которую добавляют фруктовую эссенцию и под давлением нагнетают газ, так называемую углекислоту. Чем больше давление, тем больше углекислоты растворяется в воде. Когда мы открываем бутылку, давление в ней уменьшается и большая часть углекислоты выделяется из жидкости в виде пузырьков и пены. Если в лимонад погрузить какое-нибудь твердое тело, значительная часть углекислоты, не успев достигнуть поверхности жидкости, осядет на этом теле. Таким путем и образовывались пузырьки на нашей виноградине.

Нужно сказать, что бесцветный газ, пузырьки которого оседали на нашей виноградине, называется обычно углекислотой. Однако химики с этим названием не вполне согласны — они называют этот газ двуокисью углерода, а углекислотой не сам газ, а его химическое соединение с водой.

Категория: Физика | Добавил: Дианочка
Просмотров: 591 | Загрузок: 0
Всего комментариев: 0
avatar