Установка. Две одинаковые колбы, закрытые пробками, сквозь которые пропущены два конца стеклянной толстостенной трубки, согнутой П-образно, как показано на рис.13. В колбы налито небольшое количество воды, в которую опущены концы трубки, которая заполнена водой. На середину стеклянной трубки надета пробка, к которой привязана тонкая двойная веревка (см. решение). Пробка передвигается так, чтобы трубочка установилась в горизонтальном положении. Кроме того, выставляется штатив с электрической лампочкой примерно на 100–200 вт, которая может быть включена в сеть, и кусок картона, длина которого несколько больше длины горизонтальной части стеклянной трубки, а ширина примерно равна диаметру колб.

Условие задачи. Как с помощью выставленных предметов осуществить длительное качание колб вверх и вниз, не дотрагиваясь ни до них, ни до стеклянной трубки и пробки?

Дополнения. 1. С какими колбами получается больший эффект – с прозрачными или зачерненными?

2. Вся колба или ее часть должна быть зачернена для улучшения эффекта?

3. Какой формы сосуды, взятые вместо колб, дадут лучшие результаты?

Решение и пояснения

36. (9-й кл.) Если установку с колбами поместить перед экспериментатором, то штатив с лампочкой ставится за установкой на одинаковом расстоянии от обеих колб. Осуществить колебания колб можно двумя приемами. Заслоните картоном от лучей лампочки правую колбу. Включите лампочку. В результате нагревания левой колбы часть воды начнет переливаться в правую. Левая колба начнет подниматься. Заслоните теперь тем же картоном левую колбу от лучей лампочки: она начнет остывать, а правая нагреваться. В результате левая начнет опускаться и т. д. Можно, однако, создать автоматический периодический заслон колб от лучей лампочки. Для этого расположите полосу картона между колбами и лампочкой так, чтобы опустившаяся колба попадала в лучи света лампочки, а поднявшаяся, наоборот, входила бы в тень от картонной полосы.

Дополнения. 1. С зачерненными.

2. Часть, обращенная к источнику света.

3. С широкой плоской стенкой, обращенной к источнику света.

Если в кабинете физики не найдется достаточно толстостенной и длинной стеклянной трубки, которая могла бы выполнять роль рычага, то можно использовать любую стеклянную трубку и даже отрезки трубки, соединенные между собой резиновой трубкой. Однако при этом всю систему необходимо прикрепить к легкому, но прочному деревянному рычагу, в качестве которого можно употребить длинную тонкую линейку. (Это, конечно, осложняет всю установку.)

Пробку надевают на стеклянную трубку до того, как сгибают оба ее конца в пламени спиртовой лампочки. Пробка должна передвигаться вдоль трубки со значительным трением.

Бифилярный подвес делается для того, чтобы система не совершала колебаний в горизонтальной плоскости. Проще всего концы бифиляра прикрепить к проволоке, укрепленной на пробке.

П-образная трубка до опыта должна быть обязательно заполнена водой, для того чтобы она представляла собой сифон, соединяющий колбы. Выполнить это можно с помощью следующего приема.

Налейте в одну колбу воды (приблизительно ¹/з ее объема). Введите в колбу один конец П-образной трубки, но не закрывайте горла колбы пробкой. Затем наклоните колбу и попросите помощника высосать воздух через второй конец П-образной трубки, в результате чего вода начнет выливаться из колбы. Введите теперь этот конец трубки в горло второй колбы, которая начнет наполняться водой. Когда количество воды в обеих колбах станет приблизительно одинаковым, вдвиньте еще больше конец трубки во вторую колбу и закройте ее пробкой. Одновременно выпрямите первую колбу, переводя стеклянную трубку в горизонтальное положение, и закройте ее пробкой.

После двух-трех упражнений вы легко добьетесь нужного вам результата.

Если вы нальете в первую колбу нужное вам количество воды, равное примерно ¹/₈ ее объема, то необходимо, до того как вы подставите вторую колбу, слить значительную часть воды в таз. Чем меньше воды останется в колбах (в допустимых пределах), тем лучше работает установка.

Начиная наполнять трубку, нужно употребить больше воды потому, что при небольшом ее количестве труднее произвести описанные манипуляции.

Концы стеклянной трубки при закрытых пробками колбах должны доходить почти до самого их дна.

Конденсация пара.

Установка. Круглодонная колба с очень небольшим количеством воды. Большая фотографическая кюветка с водой. Спиртовая лампочка.

Условие задачи. Как наполнить колбу находящейся в кюветке водой, не трогая при этом самой кюветки?

Дополнения. 1. Почему вода входит в колбу вначале очень медленно, а затем быстро?

2. Почему в момент наполнения колбы водой ощущается резкий толчок?

3. Как, не вынимая горла колбы (после ее наполнения) из воды, оставшейся в кюветке, удалить из колбы воду?

Решение и пояснения

37. (6, 9-й кл.) Вскипятить воду в колбе. Кипятить ее минуты три и затем быстро опустить горло колбы в воду, налитую в кюветку.

Дополнения. 1. Быстрое наполнение водой колбы происходит с того момента, когда входящая в нее холодная вода сильно понижает температуру ее стенок. Нарастающая быстрота наполнения колбы связана, кроме того, со следующим: чем сильнее охлаждаются стенки водой, тем быстрее идет процесс конденсации пара и уменьшение давления в колбе. От этого вода начинает быстрее наполнять колбу, быстрее охлаждать ее стенки и т. д.

2. Скорость воды, наполняющей колбу, очень велика. Удар ее о дно колбы и ощущается как толчок.

3. Наклонить резервуар колбы и вскипятить воду в ней на спиртовой лампочке.