Страница 13 из 16
Чтобы увеличить период колебаний маятника, не меняя его длины, можно уменьшить действие силы тяжести на массу маятника, например, использовав отталкивание одноименных магнитных полюсов. В таком маятнике в качестве груза применяется постоянный магнит, повернутый полюсом вниз, а под ним, на траектории его движения, располагается другой, более длинный, магнит одноименным полюсом вверх. Таким способом во много раз уменьшается вес маятника, и он раскачивается значительно медленнее.
Только в конце XX века изобретатели задали себе простой вопрос: зачем маятнику нить? Ответ вызывал удивление. Нить — это всего лишь простейшее приспособление, обеспечивающее движение груза по криволинейной траектории. Если так, то ее может заменить любое устройство, выполняющее ту же задачу. Так, известны компактные механизмы, способные обеспечить движение точки по дуге эллипса или круга. Но они сложны, имеют большие потери на трение.
Известно более простое решение — лоток, изогнутый по дуге большого радиуса, по которому катится шарик. Трение, возникающее при этом, ничтожно мало и составляет всего 0,0001 от его веса. Казалось бы, тут период колебаний шарика должен быть равен периоду маятника с нитью такой же длины, как и радиус кривизны лотка. Но нет. Шарик по лотку не только движется, но еще и катится, а значит, вращается. На это расходуется кинетическая энергия, и период колебаний возрастает. Это не мешает делать на шаровом маятнике очень точные декоративные настольные часы, но для учебных целей он неудобен.
Смоленский учитель Н.И.Горчаков в маятнике с лотком заменил качение шарика скольжением на воздушной смазке. Трение в этом процессе еще меньше, чем при качении шарика, а вращения нет. Период колебаний такого маятника точно совпадает с периодом маятника с нитью, равной по длине радиусу кривизны лотка. Лоток же устроен в стенке узкой коробки из оргстекла длиною один метр. В нем просверлено множество отверстий, через которые вытекает воздух, подаваемый от пылесоса, работающего на пониженном напряжении. В лоток помещается грузик. На воздушной смазке он получает возможность скользить вдоль лотка с периодичностью маятника. Вот как сделать такой маятник.
Заготовьте три полоски оргстекла длиною 1 метр и толщиной 5–6 мм. Одна из них шириной 50 мм, две другие по 70 мм. На узкой линейке насверлите два ряда отверстий диаметром 1,5–2 мм с интервалом 10 мм. После этого можно начинать клеить коробку.
Положите на ровный стол сверло диаметром 6 мм, а сверху при помощи двух грузиков по концам прижмите узкую линейку. Она изогнется по дуге радиусом примерно 20 м. По бокам прижмите к ней две другие широкие линейки и в углах подпустите клей. У вас получилась открытая коробка с вогнутой стенкой. Приклейте к ней еще три кусочка оргстекла, как указано на рисунке, до получения замкнутого объема. В один из этих кусочков в торце коробки заранее вклейте патрубок, чтобы подключить шланг компрессора.
Груз маятника — полоска оргстекла, изогнутая по дуге с тем же радиусом 20 м. Ее вы можете отформовать непосредственно на лотке. Вот как это делается.
Заготовку шириной 48 мм и длиной 70 мм нагрейте в духовке, на ровной поверхности противня, до 110–120 °C. (Только избегайте перегрева и появления в материале пузырьков, они затруднят точную формовку.) После этого наденьте шерстяные перчатки и выньте заготовку (она будет мягкая, как желе). Остается лишь положить ее на лоток, прижать мягкой чистой тряпкой и дать остыть. Все, можно приступать к испытанию маятника. Подключите к лотку воздух и аккуратно без толчков положите на один из его концов ваш грузик. Он очень плавно и медленно, словно во сне, «поплывет» к другому концу лотка, а потом вернется назад.
А.ИЛЬИН
Рисунки автора
ПО МОРЯМ, ПО ВОЛНАМ
Любые колебания, происходящие под действием силы тяжести, совершаются по тем же законам, что и движение маятника. Так любое плавающее тело — пробка или корабль, не важно, — подвергается вертикальной качке. При этом оно погружается до уровня, при котором сила Архимеда равна его весу. Эта же сила его и выталкивает. Период колебаний описывается формулой, очень похожей на формулу маятника. Так, корабль водоизмещением 10 000 т и площадью сечения на уровне ватерлинии 1000 м2 имеет период вертикальных колебаний всего 6 секунд.
ИГРУШКИ НАШИХ ДЕДУШЕК
Сыграем в мячик пузырями
Казалось бы, что может быть более нежным и хрупким, чем мыльный пузырь? Но знаете ли вы, что наши прадеды мыльными пузырями играли в волейбол!
Книга Тома Тита «Научные забавы: интересные опыты, самоделки и развлечения» впервые была издана в Париже в 1890 году. Позже книгу несколько раз переиздавали в России, а совсем недавно «Научные забавы» выпустил в свет Издательский дом Мещерякова. Книга сразу же стала бестселлером, и потому мы решили, что опыты Тома Тита, хотя и были придуманы давным-давно, интересны и в наши дни. В этом номере мы начинаем публиковать самые занятные из них.
О том, как получить мыло, дающее крепкие большие пузыри, Том Тит рассказал так: «Сделай крепкий мыльный раствор. Воду возьми комнатной температуры, градусов восемнадцать. Процеди раствор через тряпку, чтобы в нем не осталось нерастворившихся кусочков мыла, и добавь к нему очищенного глицерина.
Добавляй 2 ложки глицерина на 3 ложки мыльного раствора. Взболтай хорошенько смесь и отставь ее в сторонку. Пусть она постоит, пока на поверхности не образуется белая пленка. Пленку сними, а готовый раствор сохраняй в плотно закупоренной бутылке».
От себя добавим, что глицерин продается в аптеке, а мыло нужно брать белое, хозяйственное или туалетное. С таким мылом ученые позапрошлого века делали очень забавные опыты: выдували пузыри до полутора метров в диаметре и проверяли их стойкость. Так, один мыльный пузырь, помещенный в сосуд с углекислым газом, просуществовал там более 20 лет. Быть может, он и сейчас где-то существует.
Чтобы выдуть пузырь побольше, скрутите из бумаги конические трубки. Они позволят делать пузыри диаметром 100–150 мм. Если этого покажется мало, возьмите хозяйственную воронку. С нею и с нашим мылом легко получить пузырь впечатляющего размера — 300 мм. Объем его довольно велик — 13 литров. Поэтому выдуть его трудновато.
Другая проблема при выдувании больших мыльных пузырей — это неудобная поза и дрожание рук. Поэтому есть смысл закрепить воронку на школьном лабораторном штативе и дуть через шланг.
Последний мировой рекорд — мыльный пузырь диаметром 4,5 м. Его объем в 10 000 раз превышает объем легких взрослого человека. Так что его наверняка выдували при помощи воздуходувки, например, пылесоса, работающего при пониженном напряжении. Но перейдем от пузырей гигантских к пузырям изящным, точнее, к конструкциям из них.
Вот еще одно из предложений Тома Тита: «Налей немного мыльного раствора в блюдце, посередине которого поставлена пробка. На пробку положи монету, к монете приклей куколку, а к голове куколки приклей копейку. Все должно быть хорошо смочено мыльным раствором».