Опыты с реактивными вертушками
На этих опытах мы с вами воспроизведем историческую игрушку Герона Александрийского и физический прибор Сегнера.
Сначала сделаем модель вращающегося шара. Правда, наш шар, вернее, шарик будет вращаться не от пара, а от воздуха, но принцип его движения тот же — реактивный.
Возьмите целлулоидовый шарик для настольного тенниса и несколько пустых, отработанных стержней для шариковой ручки. Один стержень должен быть длинным, другие могут быть покороче, их все равно придется резать. Хорошо вымойте стержни и, вытащив из них плоскогубцами металлическую втулку с шариком, прочистите их внутри тонкой проволочкой и ваткой, смоченной в одеколоне. Отрежьте два стерженька по 8 сантиметров и изогните их в кольцо. Замкнутого кольца делать не нужно, сгибайте до тех пор, пока не начнет сминаться внутренняя часть дуги. Свяжите ниткой концы, как у круто согнутого лука. Оставьте их полежать, чтобы стерженьки «привыкли» к такой форме.
В целлулоидовом шарике сделайте три маленьких отверстия, такие, чтобы стерженьки от ручки плотно входили в них. Одно отверстие сделайте на «полюсе», два других на «экваторе» — на его противоположных сторонах. В отверстие на «полюсе» вставьте длинный стержень и залепите место его входа в шарик кусочком пластилина. В боковые отверстия (на «экваторе») вставьте освобожденные от ниток гнутые трубочки. Они могут входить внутрь шарика чуть ли не до половины своей длины. Важно, чтобы их наружные концы были загнуты в плоскости экватора, шли почти параллельно поверхности шарика и были направлены в одну сторону. Места соединений с шариком тоже залепите пластилином. Возьмите полоску бумаги шириной 5–6 сантиметров, скатайте ее в тоненькую трубочку, заклейте конец полоски и наденьте на длинный стержень. Поставьте шарик на гладкую поверхность, держите вертикально бумажную трубочку со стержнем внутри.
Начните дуть в длинный стержень. Подшипником будет бумажная трубочка, которую вы держите в руке, а подпятником, на котором вращается шарик, — поверхность стола.
Шарик будет быстро вращаться в противоположную загнутым трубкам сторону.
![]()
Этот прибор можно усовершенствовать. Трубку-стержень от шариковой ручки пропустите через шарик насквозь (через его «южный полюс») и вставьте в нижний короткий конец наконечник с металлическим шариком, который вы когда-то вынули. В той части трубки, которая находится внутри целлулоидового шарика, нужно проделать иголкой несколько отверстий для выхода вдуваемого в шарик воздуха. Прибор установите на маленькой подставке с проволочными подшипниками и углублением в дощечке в качестве подпятника. Тогда прибор будет вращаться более устойчиво.
Другой исторический прибор, Сегнерово колесо, можно сделать так. Склейте из плотной бумаги или тонкого картона конус. По диаметру его основания укрепите деревянную реечку, в самом центре реечки просверлите сквозное отверстие, промажьте конус изнутри и снаружи олифой, а затем покрасьте масляной краской; когда она высохнет, покройте лаком. Это нужно для того, чтобы конус не намокал, когда в него нальем воду. В отверстие реечки проденьте шнурок, завяжите внизу узел и подвесьте конус вершиной вниз в таком месте, где можно на землю лить воду. К вершине конуса (она теперь внизу), сделав в нем отверстие, приделайте целлулоидовый шарик от настольного тенниса со вставленными согнутыми трубками, так же, как у модели реактивного шара Герона Александрийского. На «северном полюсе» шарика нужно будет прорезать отверстие побольше и вставить в него вершину конуса. Место соединения целлулоидового шарика с бумажным конусом хорошо промажьте клеем, который клеит целлулоид (например, нитроцеллюлозный клей). Затем, нарезав узкие короткие кусочки бумаги, приклейте их одним концом к шарику, а другим — к конусу. Сверху этих наклеек приклейте еще узкие полоски вдоль шва, чтобы одна сторона полоски была приклеена к шарику, другая к конусу. Полоски нарежьте короткие, они могут ложиться друг на друга внахлест. Обмотайте место соединения ниткой в несколько слоев, промазывая каждый слой клеем. Когда все будет готово, налейте в конус воду. Чтобы преодолеть силы трения и инертность конуса, его нужно будет слегка крутнуть в сторону, противоположную концам трубок, из которых вытекает вода.
![]()
Здесь размеры конуса не указаны, но учтите, что может оказаться, что давление воды на целлулоидовый шарик способно оторвать его от конуса. Возьмите медную проволоку диаметром 0,5 миллиметра, проденьте ее в отверстие в планочке и в «южном полюсе» шарика и позаботьтесь, чтобы это место шарика не пропускало воду. Конец проволочки пропустите через металлическую шайбочку и затем обвяжите его вокруг деревянной палочки или гвоздя. Весь «южный полюс» залепите заплаткой, вырезанной из другого шарика. Чтобы медная проволочка, на которой смонтирован прибор, не закручивалась, в месте подвеса сделайте маленький шарнир с петлей, к которой должна быть привязана проволока. Можно, конечно, обойтись и без всякого шарнира, привязав конец проволоки к тонкой бечевке. Нам важно, чтобы не закручивалась сама проволока.
Сейчас Сегнерово колесо перестало быть игрушкой. Оно широко используется для поливки растений. Напор воды вращает головку с распылителями воды. Садовник или огородник переносит легкую установку поливочного аппарата и передвигает шланг на другое место.
Реактивный воздушный шарик
Чтобы закончить опыты с вращением, основанные на реактивном движении, проделайте еще такой опыт. Возьмите детский воздушный шарик и надуйте его как можно сильнее. Прежде чем его крепко завязать ниткой, вставьте в отверстие загнутую тонкую трубку — пустой стерженек от шариковой ручки. Предварительно наружный кончик стерженька оплавьте на спичке, чтобы не проходил воздух.
Сбоку шарика приклейте лейкопластырем нитку и подвесьте на ней шарик. Теперь, когда шарик подвешен, трубка оказалась на экваторе. Важно проследить, чтобы изгиб трубки находился в горизонтальной плоскости.
Когда шарик успокоится, перестанет качаться, отрежьте ножницами кончик заглушенной трубки. Воздух из шарика начнет выходить, и шарик будет вращаться.
Этот же опыт можно проделать и не подвешивая шарика. Налейте в маленький тазик воду, положите на воду шарик, и он начнет быстро вертеться на одном месте. Тазик должен быть меньше диаметра шарика.
![]()
Реактивный душ
Если у вас в квартире есть ручной душ (он не укреплен вертикально, а состоит из распылителя на рукоятке и гибкого шланга), то с ним можно проделать любопытный опыт.
Подвесьте его на шланге вертикально над ванной. Распылитель и ручка достаточно тяжелы, поэтому он будет висеть вертикально. На распылительную головку душа, кроме силы тяжести, никакие другие силы пока не действуют. Но стоит только пустить в душ воду, как рукоятка с распылителем на конце отклонится в противоположную вытекающим струям сторону. В том месте душа, где вода поворачивает, чтобы вырваться через отверстия распылителя наружу, действует сила реакции, которая и отклоняет душ от вертикального положения.
![]()
Но не у всех есть такой душ, какой был сейчас описан, поэтому подобный опыт можно проделать иначе.
Подвесьте на тонкой резиновой трубке пластмассовый корпус вышедшей из употребления шариковой ручки. В его большое отверстие должна быть вставлена трубка, а узкое отверстие нужно заглушить деревянной пробочкой. Сбоку корпуса просверлите отверстие.
Если вы пустите в трубку воду, то вода, вырываясь струйкой из просверленного отверстия, создаст на противоположной стенке реактивную силу, которая отклонит резиновую трубку от вертикального положения. Произойдет то же, что происходит с душем. Действует реакция вытекающей струи.
