Перельман Я.И. - Знаете ли вы физику (1107596), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Сила, стремящаяся разорвать шарообразную кабину на два полушария, равна 0,9 10' —.2,1'=350000 Н (надо учитывать не поверхность полушария, а лишь ее проекцию на плоскость, т. е. площадь большого круга). Сила эта приложена Рис. У2. Р»з!>е»>я>р»>е- к площади кругового кольца, по !>аз«ея гаев«и пахаря которому полушария соприкаса>«> е«ль»«>"У "РУ"У юзся (рис. 92). Толщина стенки шарообразной кабины Пикара (в»З). 3,5 мм=0,35 см, поэтому площадь кольца (приближенно) составляет к 210 0,35=230 см~. На 1 смв оказывается давление 350000:230=1500 Н~см>.
Между тем материал кабины (алюминий) разрывается при нагрузке 10000 Н~см~, если алюминий литой, и при нагрузке 25000 Н/см, если он прокатный. Отсюда ясно, что кабина построена с 8 — 20-кратным запасом прочности. Сооруженный летом 1933 г. в Ленинграде первый у нас стратосферный аэростат «Осоавиахим Ра имеет шарообразную стальную кабину со стенками толщиною всего в 0,3 мм. Но и в этом случае нахрузка от давления воздуха изнутри равна только б700 Н/см'„ между тем как разрывающее усилие для стали равно 45000 — -100000 Н~см~: мы имеем здесь 7 — 15-кратпый запас прочности. ,я Для ввода клапанной веревки в герметически «Ф закрытую гондолу высотного аэростата проф. Пикар придумал следующее простое приспособление, примененное также и для советских стратостатов. Внутри кабины устроена сифонная трубка, длинное колено которой сообщается с наружным пространством.
В трубку налита ртуть (рис. 93). Так как давление $!б Рис. 93. Квк Пикар ввел кланвииую веревку в кабину (в. 94). о больше колене ТКОМ НЕ апанную нарушает лагодаря пустить СКОЛЬЗИТ внутри кабины не может превышать наружиог чем па ! ат, то уровень ртути в длинном Рв будет возвышазься над уровнем ее в коро ,'"-„'':. более, чем на 76 см. Через ртуть проводят кл веревку, которая при своем движении не установившейся разности уровней ртути.
Б 4' этому можно тянуть за веревку, не опасаясь вы У воздух из гондолы; канал„по которому веревка, все время закупорен ртутью Глядя па барометрическую трубку, подвешеш~ую к» к чашке весов, можно подумать, что изменение уровня ртути в трубке не должно никак влиять на равновесие чашек: ведь ртутный столб опирается на ртуть в нижнем сосуде, а на точку подвеса он не оказывает давления. Так оно и есть, и тем не менее всякая перемена барометрического давления будет нау„в рушать равновесие весов (рис.
94). Обаясним — почему. Сверху иа трубку давит атмосфера, и ее давление не встречает никакого противодействия изнутри трубки: над ртутью пространство пусто. Следовательно, гири на другой чашке весов уравновешивают не только стеклянную трубку барометра, но н давление на пее атмосферы, а так как давление атмосферы на сечение трубки в точности равно весу ртутного Д столба в ней, то выходит, что гири как бы уравновешивают Рис 94 к „.„.
ртутный баромезр целиком. Вот рве 95. почему всякая перемена в барометрическом давлении (т. е. всякое колебание уровня ртути в трубке) должна нарушать равновесие чашек. На этом принципе устроены так называемые весовыеы е 6 ар омет ры, к которым удобно присоединить механизм, записывающий их показания (например, барограф Сакки). Щ Задача сводится к тому, чтобы заставить жид- \У~ кость полняться в трубке сифона выше уровня ее в сосуде и дойти до изгиба сифона. С того момента, когда жидкая нить перекинется через изгиб, сифон начнет действовать.
Добиться этого нетрудно, если воспользоваться следующим простым, хотя н малоизвестным свойсгвом жидкосзи, о котором мы сейчас расскажель Возьмем стеклянную трубку такой толщины, чтобы отверстие ее можно было плотно закрыть пальцем. В таком виде погрузим ее в воду. Вода в трубку, конечно, не проникнет, цо при отнятии пальца жидкость сразу войдет в трубку, и мы увидим, что в первый момент она поднимется в трубке выше, чем в сосуде; лишь затем уровни жидкости в трубке и вне ее сравняются (рис. 95). Объясним, почему жидкость вначале переходит в трубке за уровень ее в сосуде.
В момент отнятия пальца жидкость в трубке обладает в нижней точке скоростькп согласно формуле Торричелли, в= /2дН, где я — ускорение силы тяжести, Н вЂ” глубина конца трубки под уровнем жидкости в сосую. При дальнейшем подъеме жидкости в трубке скорость эта не уменьшается действием тяжести, так как движущаяся порция жидкости опирается все время на нижние слои ее в трубке. Здесь не происходит того, что мы наблюдаем, подбрасывая вверх мяч. Подброшенный мяч как бы участвует в двух движениях — восходящем с постоянной (начальной) скоростью и нисходящем.
равноускоренном (порождаемом силой тяжести). В нашей трубке нез этого второго движения, так как жидкость, поднимаясь, все время поднвс. чк к юнге у пирается снизу порцией восходящей 96. жидкости. ыв В итоге жидкость, вступающая в трубку, достигает уровня жидкости в сосуде с начальной своей скоростью и=- Г2~Н Нетрудно сообразить. что теоретически она „„;::: должна взлететь вверх егце на такую же высоту Н. Грение заметно уменьшает высоту это- Рис.
9б. Сифоны, которые нс при ходится хаоссыиать <а. 96). го подъема. С другой стороны, можно и увеличить подъем, если сузить верхнкцо часть трубки. Легко догадаться, как может быть использовано описанное явление дпя пуска в действие сифона. Закрыв плотно пальцем один конец сифона, погружают другой в жидкость возможно глубже (для увеличения начальной скорости: чем боль<не Н„тем болыне и о = /2яН) Затем быстро отнимают палец от трубки: жидкость поднимается в ней выше наружного уровня, перельется ;:,-":, через изгиб в другое колено — и сифон начнет работать.
Практически очень удобно применять указанный прием к сифонам, форма которых приспособлена специально для этой цели, На рис. 96, а Вы видите такой самодействуюгций сифон. Поспе сделанных разьяснений работа его становится понятна. Чтобы возможно было поднять повыше второй изгиб, соответствующую часть сифонной трубки устраивают несколько меньшего диаметра (рис. 96,б). Тогда жидкость, поступая нз широкой трубки в узкую, поднимается выше*'. ;.;",:,' йа у На вопрос: «Может ли сифон переливать жид- 9 / ° кость в пустоте?»--отвечают обычно категорически: ссНет».
Такой ответ получал я и от учащихся, и от' преподавателей средней школы, и иной раз от профессоров-- высшей. Болыпиггство школьных учебников и значительная :,,', часть университетских*а'-- безоговорочно считаю~ дав- ы Сифоны описанного образца придуманы немецким инженером Нсйгсбаучром. *" В том числе и таких псраоклассных ученых, как Г. Лоренц, Д. А. Гальдгаммср, Р. Мспыиксн.
!!9 ление воздуха единственной причи- ной, обусловливающей переливание ! жидкости сифоном. Между тем это †физическ предрассудок. «Жидкость в сифоне отлично течет в пустоте. В принципе сифон с жидкостью работает совершенно без давления воздуха»,-- читаем мы у проф. Р. В. Поля в его талант! ливой книге «Введение в механику ! 1 и акустику» (1930 г.). г/ /', Как же объяснить работу сифона, не опираясь на давление атмосферы? Позволю себе привести и с кь н«гз"а»»е»»- соответствующие строки из моей яс«ение действ«» си(„чт) «Технической фязнки» (1927 г.): «Так как правая половина жидкой нити сифона длиннее, а следовательно, и тяжелее левой, то она перетягивает и заставляет жидкость все время течь в трубке по направлению к длинному концу. Это на~ладно поясняется сопоставлением с веревкой, перекинутой через блок» (рис.
97). Остановимся теперь на роли воздушного давления в рассмотренном явлении, Оно лишь поддерживает непрерывность жидкой нити, препятствуя ей выливаться из колен сифона, Но цело сгь жидкой нити может быть обеспечена при известных условиях и без участия внешних сил, одним только сцеплением жидкости. «В безвоздушном пространстве действие сифона обыкновенно прекращается, особенно если в верхней его точке имеются воздушные пузырьки, Но если на стенках трубки нет ни малейших следов воздуха и вода в сосуде также свободна от него, то при осторожном обращении сифон продолжает действовать и в пустоте.
В этом случае сцепление воды препятствует разрыву водяного столба» (Гримэель, «Курс физики»„ч. 1, ч 106). Категоричнее других говорит о том же проф. Поль в упомянутой выше книге: «В элементарном обучении часто изображают дейсгвие сифона как следствие давления воздуха. Однако это верно лишь с большими оговорками. Принцип сифона ничего обгцего не имеет с давлением воздуха». Приводя известное уже читателю сравнение с перекинутой через блок веревкой, Поль продолжае~: «То же справедливо и для жидкостей.
Ведь и они, как и тела твердые, обладают ~20 Рис. 98. Опыт переливания ртути сифоном, погруженным в масло Целость ртутной инги в сифонной трубке поддерживается давлением масла, которос в этом случае играет роль атмосферного давления, нрепятсз вуюшего образоваипго воздушньж пузырьков в воде (в. 97). =- з=с-=-ь:.г = -.:-Г-ь —.=е-.т-= .:г ы:и — 'т — 'т г — х.-:~::г "' Прочность жилкостей на разрыв огромна, достигая лля воды, например, десяти тысяч атмосфер.
Значит, жидкость нисколько нс уступает в этом отношении твердым генам; вода имеет ту же прочность на разрыв, что и стальная проволока. Наше представление о легкости. с какой жидкости раздсляюи;я на части, нисколько не лротииоречит сказанному Наблюдая разделение жидкосзи на части, мы видим лишь поверхностное переливание, но нс внутренний разрыв. «Тот факт,— говорит Элзер в «Общей физике»,— что такое переливание "килкосги происходит легко. ие опровергает существования сцепления между )~;:!' ее частилами, подобно тому квк легкость, с какой можно разорвать надрезанную с кран буькпкную полоску, нс противоречит прочнрсти такой жс иеналрсэаияой полоски при равномерном ее растягиванииж «и Здесь у читателя лепю может возникнуть ложное представление, на которое обратил мое внимание яллюстратор книги.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
