Техника твоими руками

Проделайте следующие опыты, основанные на действии центробежной силы.

Подвесьте под диском на небольшой веревке не очень тяжелое кольцо. При быстром вращении диска кольцо, также вращаясь, займет горизонтальное положение и ось вращения будет проходить через его центр. Кольцо как бы само выбрало себе незримую свободную ось и «удобно» расположилось вокруг нее. Для успешного проведения этого опыта надо подыскать подходящее по размеру и массе кольцо и подобрать подходящую скорость его вращения.

Затем вместо кольца подвесьте к диску какой-нибудь продолговатый предмет, например отвертку. Отвертка, вращаясь, расположится горизонтально.

Укрепите на диске бумажный круг и, приведя диск в не очень быстрое вращение, капните около его центра каплю чернил.

Капля нарисует на поверхности диска кривую полоску — результат сложного движения капли по кругу вместе с диском и движения от центра к краю вследствие действия центробежной силы.

Центробежная сила широко применяется в промышленности. Например, ее используют при литье труб. Если длинную цилиндрическую форму быстро вращать вокруг ее продольной оси и одновременно лить в нее расплавленный металл, то он под действием центробежной силы равномерно распределится по стенке формы. Металл застынет, и труба готова.

Издавна для регулирования скорости паровых машин пользовались центробежными регуляторами.

Центробежная сила применяется в различных центрифугах — аппаратах с быстро вращающимся цилиндром— для отделения тяжелых частиц жидкости от легких. Например, молочный сепаратор отделяет сливки от молока. Центрифуги высушивают белье. Вода, как более тяжелая по удельному весу, чем ткань белья, при быстром вращении центрифуги отжимается к стенкам и через отверстия в них выходит наружу. Центрифуги применяются для очистки сахара при его производстве. Всех применений центробежной силы и не перечтешь.

В заключение проделайте опыт, иллюстрирующий принцип работы молочного сепаратора. Возьмите бутылку из бесцветного стекла и налейте в нее до половины воды. Привяжите к горлышку две веревки, расположив их по обе его стороны.

Закрутите веревки, вращая бутылку вокруг ее вертикальной оси. Всыпьте в горлышко щепотку измельченной пробки.

Когда бутылка начнет вращаться на раскручивающихся веревках (а для быстроты вращения можно давить палочкой сверху на место скрутки), мы увидим следующую картину: кусочки пробки собрались в центре поверхности воды. Вода, как более тяжелая, чем пробка, отжимается центробежной силой к стенкам бутылки, а пробка остается посередине.

ВОЛЧОК В ТЕХНИКЕ

В технике широко применяются маховики.

Когда мы имеем дело с паровой машиной или двигателем внутреннего сгорания, маховик совершенно необходим. Возвратно-поступательное движение поршня нужно превратить в равномерное вращение вала. Это делает маховик. Когда его вращают, он запасает (аккумулирует) энергию, а когда сила, вращающая маховик, перестает действовать, он отдает запасенную энергию. Таким образом, маховик сглаживает все толчки, и машина работает равномерно.

Для турбин маховик не нужен — сама турбина является маховиком.

Кинетическая энергия, энергия движения маховика бывает очень большой, она зависит от его размеров и скорости вращения. Даже такой небольшой, легкий, ажурный маховик, как колесо перевернутого велосипеда, если оно сильно раскручено, обладает большой кинетической энергией, и его трудно остановить сразу. Но каждый маховик является еще и волчком. А волчок — это очень интересный прибор, и о нем стоит поговорить подробнее. Вращающийся волчок обладает удивительной устойчивостью.

Проделайте такой опыт. Выньте из вилки велосипеда переднее колесо вместе с осью. Держите ось за концы и попросите кого-нибудь сильно раскрутить колесо. Попробуйте теперь повернуть ось в сторону. Колесо вместе с осью будет сопротивляться вашему намерению изменить направление его оси.

Сделайте волчок из картонного, деревянного или жестяного кружка и спички в качестве оси. Запустите его на столе и наблюдайте за его поведением. Почему волчок не падает? Здесь проявляется закон инерции вращающегося тела. Если бы отсутствовало трение о воздух и стол, то поставленный прямо волчок вращался бы вечно. Когда же волчок вращается наклонно, на него действует, кроме силы трения о стол и трения о воздух, также и сила земного тяготения, которая стремится его опрокинуть.

Ось волчка в результате этого совершает конусообразные движения.

Устойчивость волчка широко используется в технике. Например, гирокомпас, основанный на принципе волчка, гораздо надежнее магнитного, зависящего от окружающих его стальных предметов.

Проделайте опыт, который покажет, как ось вращающегося волчка стремится сохранить свое направление.

Возьмите картонный или жестяной кружок диаметром 15–20 сантиметров, пробейте в его центре маленькое отверстие и проденьте в него шпагат. Завяжите на продетом конце узелок. Другой конец закрепите так, чтобы можно было качать кружок на шпагате, как маятник. Если раскачать его, то кружок будет болтаться как попало.

А теперь проделайте следующее: прежде чем качнуть маятник, раскрутите кружок вокруг бечевки, используя ее как ось вращения. Теперь при качании маятника с вращающимся вокруг своей оси кружком вы увидите совсем другую картину. Кружок будет перемещаться в пространстве, сохраняя постоянный угол наклона к горизонту. Его незримая ось вращения все время сохраняет постоянство своего направления, хотя сам шпагат и изменяет свое положение по отношению к кружку.

Еще один опыт наглядно показывает, как быстрое вращение какого-нибудь тела вокруг своей оси позволяет этому телу сохранять устойчивость в полете. Кто из вас не бросал камешки, чтобы они по нескольку раз отскакивали от воды. Эту игру называют «блинчики». Когда вы берете в руку плоский, желательно округленной формы, камешек и бросаете его наклонно к поверхности пруда или реки, чтобы он несколько раз отскочил от воды, то во время броска указательным пальцем вы ему сообщаете вращение, сами не подозревая об этом.

Теперь уже летит не просто камешек, а волчок.

Он не кувыркается, летит строго по заданному направлению. И когда он своей плоскостью ударяется о воду, то подскакивает, летит дальше, опять ударяется и снова подскакивает, и так далее, пока не исчерпается запас энергии, который вы сообщили ему своей рукой.

Свойство оси вращающегося волчка сохранять постоянство своего направления широко используется в так называемых автопилотах, применяемых в авиации. Летчик устанавливает определенный режим полета, и автопилот, основной частью которого является вращающийся волчок, строго следит за выполнением этого режима. Малейшие отклонения от курса он сейчас же устраняет с помощью рулей.

ПОЧЕМУ КРЫШИ ИНОГДА ЛЕТАЮТ

Для того чтобы закончить рассказ о явлениях природы, которые порой причиняют большие неприятности, но, будучи хорошо изучены, применяются на пользу человеку, расскажем еще об одном явлении.

Ветер подхватывает сухие листья и несет их высоко над землей. А когда бывает сильная буря, ветер даже срывает крыши с домов и поднимает в воздух такие предметы, которые никогда для летания не предназначались.

Неприятности бывают и на воде. Многие из вас слышали или читали о жалобах речных лоцманов на коварные мели, которые почему-то так и «притягивают» к себе пароходы. Происходит это даже в тихую погоду, когда река течет спокойно.