Лаборатория юного физика

Придайте трубкам различную форму, как показано на рисунке 4.

Рис. 4. Сообщающиеся сосуды.

Если же вы не сможете достать стеклянные трубки, придется подобрать разные бутылки, стекла от керосиновых ламп и одни из них прикрепить к доске прямо» а другие — косо.

Все сосуды должны быть одинаковой высоты, иначе прибор будет выглядеть неаккуратно. Трубок для соединения сосудов друг с другом нужно заготовить четыре штуки: две угловые и две — Т-образные. Их вид и размеры показаны на чертеже (рис. 4). Сверните трубки из жести на школьной ручке и аккуратно пропаяйте по шву.

К каждому сосуду подберите плотную пробку. Просверлите в пробках отверстия диаметром чуть меньше диаметра трубок. Если, скажем, трубки получились наружным диаметром 8 мм, то отверстия нужно сверлить диаметром 7 мм. Тогда трубки войдут с трудом и будут держаться туго.

Доску прибора размером 250X400 мм и толщиной 10–12 мм чисто обстрогайте, отшлифуйте шкуркой и покройте лаком. Из фанеры выпилите две одинаковые стойки. Их тоже надо отшлифовать шкуркой и покрыть лаком. Только на место ставить пока не нужно, чтобы не мешали при сборке.

Сосуды прикрепите к доске скобками из жести. Скобки привинтите шурупами.

Концы жестяных трубок, торчащие из пробок сосудов, соедините отрезками резиновой трубки. Наполнив сосуды водой, проверьте, нет ли где течи. Только после того, как сделаете все соединения трубок совершенно плотными, прикрепите стойки. Их нужно прибить, смазав предварительно места стыков столярным клеем.

Прибор готов. Медленно наливая в один из сосудов подкрашенную воду, вы увидите, как она поднимется на одинаковый уровень во всех остальных.

Если вместо двух Т-образных трубок сделать три, то воду из сосудов можно будет спускать через резиновый шланг с зажимом. Устройство зажима понятно из рисунка 4. Если открыть зажим и выпустить часть воды, то уровень ее будет понижаться во всех сосудах одинаково.

Используя закон сообщающихся сосудов, можно сделать простое приспособление для проведения на стене горизонтальных линий. Это бывает нужно, если вы хотите повесить школьную доску, большой ковер или же верхнюю часть стены побелить, а нижнюю окрасить клеевой или масляной краской. Линия раздела должна быть строго горизонтальной, иначе получится некрасиво. Приспособление состоит из двух стеклянных трубочек, соединенных резиновой трубкой. Как им пользоваться, ясно из рисунка 5.

Рис. 5. Приспособление для проведения горизонтальных линий.

Водомерное стекло

Как определить уровень жидкости в закрытом сосуде, например в паровом котле? Котел ведь непрозрачный, не видно, сколько в нем воды. Того и гляди, вся вода выкипит и котел распаяется.

Но вы знаете, что в сообщающихся сосудах жидкость устанавливается на одном уровне. Значит, можно к котлу приделать еще один сосуд, стеклянный. На каком уровне будет стоять вода в этом сосуде, на таком она и в котле стоит. Стеклянный сосуд в этом случае называют водомерным стеклом. Его легко сделать из стеклянной трубки. Когда трубку подберете, сверните и спаяйте две жестяные трубки такого же наружного диаметра. Спилите их с одного конца под углом в 45° и составьте вместе так, чтобы получился прямой угол. В этом положении трубки прихватите пайкой, а затем аккуратно пропаяйте по всему стыку. Таким же образом заготовьте вторую угловую трубку.

Котлом в нашем приборе будет служить консервная банка (рис. 6).

Рис. 6. Котел с водомерным стеклом.

Лучше взять банку повыше. У верхнего и нижнего ее краев проделайте два отверстия. Вставьте в них угловые трубки и аккуратно пропаяйте по контуру. Сбоку впаяйте у нижнего края еще одну прямую трубочку для спускного крана.

Отрежьте стеклянную трубку такой длины, чтобы как раз входила между угловыми трубками. Для того чтобы торец трубки не имел острых краев, его можно обточить точильным бруском или кирпичом, а еще лучше — осторожно оплавить в пламени спиртовки, газовой горелки или свечи.

На стеклянную трубку наденьте два кусочка резиновой трубки. Вставьте ее на место и натяните резиновые трубки на жестяные. Места соединений перевяжите прочной ниткой. Вместо резиновых трубок можно просто обернуть стыки хлорвиниловой изоляционной лентой. На трубочку для спускного крана наденьте кусок резиновой трубки подлиннее. Зажмите эту трубку прищепкой для белья.

Постепенно наполняя банку водой, вы увидите, как поднимается уровень воды в водомерном стекле. А если, разжимая прищепку, вы будете опорожнять банку, то и уровень воды в водомерном стекле будет понижаться.

Геронов фонтан

Этот простой и интересный прибор придумал знаменитый ученый древности Герон Александрийский.

Подберите бутылку как можно большего объема с плотной пробкой.

Трубка для фонтана нужна потоньше. Хорошо, если ее внутренний диаметр будет 1–2 мм. В пробке просверлите или прожгите раскаленным гвоздем отверстие, в которое трубка должна входить очень туго.

Налейте в бутылку немного воды. Вставьте пробку в горлышко. Нижний конец трубки должен погрузиться в воду и дойти почти до самого дна. Фонтан готов (рис. 7).

Рис. 7. Геронов фонтан.

Для того чтобы он стал действовать, воздух в бутылке надо сжать. Лучше всего сделать это насосом, которым накачивают мячи.

Если насоса нет, можно просто взять конец трубки в рот и дуть в него, сколько хватит силы. Только в этом случае конец трубки должен быть ровным, гладким, чтобы не порезать губы. Если трубка стеклянная, оплавьте ее конец на свече или горелке. Если металлическая, аккуратно опилите мелким напильником. Перед каждой демонстрацией прибора конец трубки протирайте ваткой, смоченной одеколоном.

Когда освободите верхний конец трубки, из него забьет фонтан. Это сжатый в бутылке воздух, стремясь расшириться, вытесняет воду. Фонтан перестанет действовать, когда давление воздуха в бутылке упадет до нормального.

Что нужно для того, чтобы фонтан работал дольше?

Прежде всего, объем воздуха в бутылке должен быть как можно больше. Для этого и берется большая бутылка. А воды на дно наливайте поменьше. Ведь она отнимает место у воздуха. И трубочка берется с узким каналом, чтобы вода выходила не так быстро.

Но все-таки Геронов фонтан работает недолго. Для того чтобы он действовал длительное время, воздух нужно подкачивать. Это можно сделать, если удастся пропустить через пробку еще одну трубку. Эту трубку не нужно опускать до самой воды. Верхний конец ее отогните и дуйте в него или накачивайте воздух насосом с вентилем. Тогда фонтан будет работать, пока не кончится вода.

Модель водопровода

Водопровод работает по закону сообщающихся сосудов. На водопроводной станции имеется огромный сосуд — водонапорный бак. Он устанавливается где-нибудь на холме или на высокой башне. В бак накачивают воду насосом. А из бака идут трубы к потребителям воды. Если даже потребитель живет в верхнем этаже высокого дома, все равно вода поднимется к нему, как поднимается она в сообщающихся сосудах. Важно только, чтобы потребитель не забирался выше уровня воды в водонапорном баке. Фонтаны на площадях и скверах тоже питаются от водопровода. И чем выше установлен водонапорный бак, чем сильнее напор в сети водопровода, тем на большую высоту будет бить фонтан.

В нашей модели роль водонапорного бака играет консервная банка. Припаяйте к ней ножки из толстой проволоки, как показано на рисунке 8.

Рис. 8. Модель водопровода.

В середине дна банки сделайте отверстие и впаяйте в него жестяную трубку, свернутую на школьной ручке и спаянную по шву.

Для сбора воды, выливающейся из фонтана, нужно сделать бассейн. Иначе вода разольется по комнате. На рисунке 8 показан бассейн из низкой консервной банки. Можно взять и высокую банку, обрезав ее до небольшой высоты, или согнуть корытце из жести. Помните только, что емкость бассейна не должна быть меньше емкости водонапорного бака, иначе вода перельется через край.

Для того чтобы вода била достаточно высоко, фонтан должен иметь узкое сопло. Мы сделали сопло из ниппеля от старой велосипедной камеры. Внутреннюю трубочку, на которую раньше надевалась ниппельная резинка, мы отпилили, оставив только конусную часть и горловину с резьбой. Это видно на рисунке 8.

Ниппель мы вставили в трубочку, спаянную из жести, и опаяли вокруг. Трубочку пропустили через дно банки-бассейна и тоже опаяли. Если у вас ниппеля нет, можете сделать сопло из какой-нибудь другой подручной детали, просверлив в ней отверстие диаметром 1,5–2 мм, или свернуть и спаять жестяной конусок с таким же отверстием в вершине.

Сделайте для модели деревянную подставку из доски на двух брусочках. Под водонапорным баком и под бассейном просверлите отверстия для пропуска трубок. Поставьте бак на место и привинтите ножки к подставке. Бассейн с фонтаном тоже установите на место, пропустив трубочку сквозь подставку. Длина трубочки должна быть такой, чтобы конец, выступающий из подставки снизу, был не короче 10 мм. А отверстие сопла фонтана должно быть чуть выше верхнего края бассейна, чтобы вода никогда его не покрыла.

Осталось соединить трубку бака с трубкой бассейна при помощи гибкой резиновой трубочки. Наполните бак водой, и фонтан начнет работать. Чем ниже будет опускаться уровень воды в баке, тем меньше напор. Фонтан будет постепенно ослабевать.

Для того чтобы банки от воды не ржавели, а подставка не коробилась, покрасьте модель масляной или эмалевой краской. Для модели водопровода кран не очень нужен. Можно пользоваться прищепкой для белья, зажимая ею резиновую трубочку.

А вот у настоящего водопровода кран есть. И бывает иногда, что он портится. Как его ни заворачивай, вода продолжает бежать тонкой струйкой. Юный физик должен уметь сам починить кран.

Заверните вентиль на трубе, подающей воду к неисправному крану. Гаечным ключом выверните из корпуса крана головку вместе с ручкой. На валике ручки сидит внизу клапан с круглой кожаной прокладкой. Прокладка износилась, ее нужно заменить новой.

В обрывке старого ремня или другом кусочке кожи подходящей толщины проделайте отверстие. Наденьте кожу на клапан и аккуратно обрежьте ее по контуру. Вывернув ручку крана до отказа в положение «открыто», заверните головку в корпус.

Ремонт окончен. Можете открывать вентиль на трубе.

Водяные насосы

Насосы широко применяются в технике. Они бывают разного устройства. Один из самых простых — насос с диафрагмой, или так называемая «лягушка» (рис. 9).

Рис. 9. Насос с диафрагмой.

Устройство насоса-«лягушки» понятно из рисунка 10.

Рис. 10. Детали насоса-«лягушки».

Корпус насоса — низкая металлическая консервная банка. Хорошо подходят банки от бычков в томате, тресковой печени и других рыбных консервов.

Тщательно промойте банку горячей водой с ершиком, чтобы удалить остатки содержимого и клей от этикетки. Если на кромке, оставшейся от крышки, образовались заусенцы, осторожно отогните их внутрь, чтобы они не прорезали диафрагму.

В противоположных стенках банки прорежьте круглые отверстия и впаяйте в них патрубки для клапанов. Патрубки сверните и спаяйте из жести от консервных банок. Их наружный диаметр должен быть равен наружному диаметру клапанов. Мы брали 12 мм.

К одному боку банки, как раз посредине между патрубками, припаяйте кронштейн для ручки насоса. Кронштейн в разрезе имеет форму буквы «П». Сгибать его можно прямо на ручке насоса. Тогда он точно подойдет по размеру. Ручку сделайте из деревянной рейки сечением 6Х10 мм и длиной 200 мм. Грани рейки закруглите на длине примерно 100 мм. За эту половину вы будете потом браться рукой. Всю ручку отшлифуйте шкуркой.

Ширина заготовки для кронштейна — 16 мм. Ушки кронштейна закруглите, а с другой стороны срежьте бока под углом в 30°, оставив кромки по 2 мм для припайки. Эти кромки разогните наружу.

Очень важно сделать отверстия в ушках кронштейна так, чтобы они оказались точно друг против друга. Иначе ось встанет косо и ручка не пройдет над центром банки.

Если есть сверлильный станок, наметьте одно из отверстий, вложите в кронштейн конец ручки и просверлите сквозное отверстие диаметром 1,5–2 мм.

Если сверлильного станка нет, пробейте одно из отверстий гвоздиком. Положив кронштейн набок, пропустите гвоздик в отверстие и установите его строго вертикально. В таком положении пробейте второе отверстие. Делать это нужно на дощечке, чтобы не испортить стол. Отверстие в ручке можно пробить тем же гвоздиком, просверлить дрелью или прожечь раскаленным гвоздем.

Временно посадите ручку на гвоздик. Кронштейн поставьте на место так, чтобы ручка проходила точно над центром банки, и в этом положении припаяйте. Ручку пока снимите.

Диафрагму насоса сделайте из тонкой резины. Годится, например, старая волейбольная камера. Вырезав кусок диаметром 140 мм, проколите его в центре.

Заготовьте по чертежу скобу.

Подберите или вырежьте две шайбы из тонкого органического стекла, целлулоида, гетинакса или другого материала, который не ржавеет и не набухает в воде. Грани шайб с одной стороны затупите, чтобы они не врезались в резину. Наложив шайбы по обе стороны диафрагмы, поставьте скобу и стяните все винтом с резьбой 3 мм. Гайка должна войти внутрь скобы. Винт нужен нержавеющий — латунный, никелированный, анодированный.

Диафрагму наложите на отверстие банки, расправьте и закрепите двумя оборотами суровой нитки.

Осторожно подтягивая края диафрагмы, торчащие из-под нитки, установите скобу точно в центре.

После этого надежно закрепите диафрагму еще несколькими оборотами нитки, а сверху обмотайте изоляционной лентой в два-три слоя. Если диафрагма пропускает воздух, насос не будет работать.

Снова поставьте на место ручку насоса, сделайте на ней отметку через отверстие скобы диафрагмы и просверлите или прожгите гвоздем. Ручку закрепите в ушках кронштейна и скобы шплинтами. Годятся и гвоздики, только их концы нужно загибать очень осторожно, иначе весь гвоздик изогнется дугой.

Если теперь опустить насос в воду и покачать его ручку, то диафрагма будет то вдавливаться внутрь, то оттягиваться наружу. Вода при этом будет то вытесняться из банки через патрубки, то всасываться внутрь.

Но насос должен работать иначе. Он должен гнать воду в одном определенном направлении. Через один патрубок вода должна всегда только всасываться, а через другой только вытесняться. Для этого на патрубках нужно установить клапаны: всасывающий и нагнетательный.

Клапан — самая трудная для изготовления часть насоса. Они бывают разных конструкций. Мы с вами сделаем шариковые клапаны.

Клапан состоит из двух основных частей: корпуса и шарика. Мы брали шарики диаметром 5,5 мм от шариковых подшипников. Лучший материал для корпуса клапана — органическое стекло.

Заготовив корпус по рисунку 10, просверлите в нем по оси канал диаметром 3 мм. Затем рассверлите этот канал до половины его глубины сверлом диаметром 6–6,5 мм. Если шарики у вас будут не 5,5 мм, а другие, этот диаметр соответственно измените.

Чтобы сделать стенки каналов прозрачными, отполируйте их мелкой наждачной шкуркой. Навернув кусочек шкурки на сверло меньшего диаметра, смажьте ее машинным маслом и снова пройдите оба канала.