Страница 2 из 33
Выпуклая поверхность легче выдерживает давление атмосферы, а оно довольно велико. Если рабочая поверхность трубки имеет 730 квадратных сантиметров, то воздух на стекло давит с силой около 730 килограмм. Это почти три четверти тонны, выпуклая поверхность способна выдержать такую нагрузку.
Своды арок делают дугообразные, потому что строительные материалы легче выдерживают сжатие, чем растяжение.
Да и не только строительные материалы. Возьмем куриное яйцо.
Курица, высиживая яйца, никогда не раздавит их, а слабенький цыпленок легко разбивает яйцо изнутри, когда приходит время выбираться наружу. Вы можете убедиться, что разбить скорлупу яйца изнутри гораздо легче, чем снаружи. Для этого постучите по скорлупе не очень остро заточенным карандашом сначала снаружи, а потом изнутри.
Дома у вас может оказаться еще один прибор, основанный на применении вакуума, — термос.
В научных лабораториях широко применяют сосуды Дьюара для хранения жидкого воздуха или других жидких газов. Жидкие газы и воздух имеют очень низкую температуру, и без такого специального сосуда они моментально испарились бы, превратились снова в газ.
Сосуды Дьюара имеют двойные стенки, посеребренные изнутри. Между стенками удален воздух. Благодаря безвоздушному пространству теплота от внутренней стенки к наружной или от наружной к внутренней не передается. Посеребрены стенки тоже не зря: тепловые лучи, отражаясь, не нагревают стекла. Такие сосуды сохраняют холодное от нагревания, а горячее от охлаждения. Поэтому в термосе, который и есть не что иное, как сосуд Дьюара, можно довольно долго хранить горячий чай, кофе.
В Гидрометцентре СССР можно встретить ртутные барометры для измерения атмосферного давления. Но выпускаются барометры и металлические. Называются они анероидами. Они устроены очень просто: металлическая коробочка с пружинящей волнистой крышкой, из коробочки удален воздух, несложный механизм соединяет крышку со стрелкой. Шкала градуирована в миллиметрах ртутного столба. Все колебания атмосферного давления, связанные с изменениями погоды, передаются на крышку.
Она или вдавливается, или, стараясь выпрямиться, отходит в прежнее положение, а стрелка показывает, какое атмосферное давление сейчас, при данной погоде.
Барометра у вас дома может и не быть, но термометр уж есть наверняка. В термометре в тоненьком канальце, в котором поднимается или опускается ртуть или подкрашенный спирт, воздух отсутствует. Иначе бы он мешал движению жидкости, заполняющей баллончик прибора.
Когда становится тепло и шарик термометра нагревается, ртуть или спирт расширяются, и столбик жидкости поднимается. При охлаждении он опускается.
Сейчас для уборки помещений большое распространение получил пылесос. Его мощный вентилятор создает сильное разрежение и высасывает воздух вместе с пылью из всего, где она находится.
Оборудование для опытов
Прежде чем приступить к опытам, в которых объектом наших исследований будет атмосферное давление и вакуум (правда, настоящего вакуума мы с вами в домашних условиях никогда не достигнем, поэтому более скромно будем говорить о разреженном пространстве), мы должны обзавестись кое-какими приборами и оборудованием.
Для опытов нам понадобятся: тонкостенный стакан, стеклянная пластинка (например, ненужный негатив размером 9x12 или просто кусочек стекла, чтобы накрыть стакан), несколько стеклянных банок разных размеров, маленький пузырек, две резиновые трубки — одна потолще, другая тоненькая, оболочка от воздушного шарика и воздушный насос. Насос придется сделать.
В дальнейшем вы сами увидите, что еще необходимо для опытов. Например, полиэтиленовая крышка, нитки, пластилин, пробки, пустой стержень от шариковой ручки и тому подобное.
Все перечисленное вы легко найдете, а вот с изготовлением насоса дело обстоит сложнее. Чтобы сделать хороший насос, надо приложить много старания. Зато с хорошим насосом можно будет проделать много интересных опытов.
Итак, начнем с изготовления насоса. Принцип работы насоса очень простой. Воздушный насос изобрел в XVII столетии магдебургский бургомистр Отто Герике. Он доказал на эффектном опыте могущество атмосферного давления. Составленный из двух медных половинок шар диаметром 37 сантиметров не могли разъединить несколько лошадей, после того как из этого шара был выкачан воздух. А когда все-таки полушария разъединились, раздался звук, похожий на выстрел.
Воздушный насос, который мы с вами будем делать, изображен на рисунке. Он должен иметь два клапана, которые, поочередно открываясь и закрываясь, помогают, когда мы действуем поршнем, удалять воздух из резервуара, к которому присоединен насос.
Размеры насоса будут зависеть от того, какие материалы вы для него достанете.
Прежде всего надо найти латунную, медную или стальную трубку диаметром приблизительно 3–5 сантиметров, длиной не больше 0,5 метра. Внутренние стенки трубки должны быть совершенно гладкие. В один конец трубки мы вставим поршень, а у другого конца нужно сделать заглушку со вставленным в нее небольшим патрубком, на который будет надеваться резиновая трубка — шланг. Заглушку, до того как вы ее укрепите на месте, нужно снабдить с внутренней стороны клапаном. Для этого вырежьте по размеру заглушки резиновый кружок с маленьким отверстием в центре. Приклейте к нему резиновым клеем лепесток, вырезанный из тонкой резины (например, от старой камеры велосипеда или волейбольного мяча). Если заглушка будет навинчиваться на конец трубки на резьбе, то все решается очень просто. Резиновый кружочек приставляется к концу трубки и прижимается колпачком заглушки. В другом случае можно сделать деревянную пробку, приклеить к ней изнутри резиновый кружок с клапаном и плотно вставить в трубку насоса. Лепесток клапана нужно приклеить к резиновому кружку в двух местах по концам его диаметра. Когда воздух давит на лепесток сверху, лепесток прижимается к отверстию, плотно его закрывая. Когда воздух идет из самого отверстия, он проходит через щели между лепестком и резиновым кружком, к которому лепесток в двух местах приклеен.
Поршень нужно сделать так: вырежьте из толстой подошвы старого ненужного ботинка несколько кружков такого же диаметра, как внутренний диаметр трубки, сложите их стопочкой, чтобы получился цилиндрик высотой 2–2,5 сантиметра. В середине этого цилиндрика пробейте сквозное отверстие и в него вставьте стержень или трубку длиной на 10–15 сантиметров больше, чем трубка насоса. Хорошо бы на конце стержня или тонкой трубки нарезать резьбу и зажать изготовленный поршень, надетый на стержень между двумя шайбами, гайкой. Если такой возможности нет, то придется зажать поршень между двумя шайбочками, закрепив их либо шпильками, вставленными в просверленные в стержне отверстия, либо припаяв шайбочки к стержню.
Сбоку стержня, параллельно ему, в поршне просверлите отверстие диаметром в несколько миллиметров и вставьте в него тонкую медную трубочку такой же длины, как и сам поршень. Чтобы трубочка не выпадала, ее концы надо немного развальцевать, расширить гвоздем. Сверху поршня со стороны стержня, на котором он укреплен, приклейте такой же резиновый кружок, какой вы наклеили на деревянную пробку, вставленную в конец толстой трубки. В резиновом кружке нужно сделать небольшое отверстие, и при наклеивании кружка на поршень это отверстие должно совпадать с отверстием медной трубочки. Приклейте резиновым клеем около отверстия лепесток, вырезанный из тонкой резины, так, чтобы один край его мог отгибаться, приоткрывая отверстие. Это мы с вами снабдили наш насос вторым клапаном. Если все сделано аккуратно, то когда клапаны закрыты, через них воздух проходить не должен. А открываться они будут сами, когда струя воздуха давит на лепесток клапана с обратной стороны.