Давление жидкостей и газов

Простые демонстрационные и фронтальные опыты

Эксперименты с использованием подручных средств получаются часто более выразительными, чем с обычным оборудованием. Разумеется, какой-то минимум его необходим, но он обычно имеется.

1. Мензурки. Их можно сделать из-под высоких баночек для консервированных овощей или грибов. Шкалу (от 100 до 250 мл, цена деления 2 мл) лучше выполнить на компьютере, но можно и вручную. Фиксируем её на банке клеем ПВА, затем покрываем скотчем.

2. Зависимость давления от площади опоры. Бутылочку из-под кока-колы (0,5 л) наполняем дробью (болтами, гайками, в крайнем случае, можно и водой, но тогда придётся сверху класть какой-нибудь груз) и ставим его сначала донышком, а затем крышкой вниз в прозрачный пластиковый контейнер, например, с сухим горохом.

3. Увеличение давления газа при уменьшении объёма. На горлышко двухлитрового баллона надеваем новый, ещё не надувавшийся воздушный шарик так, чтобы в шарике не было воздуха и он свешивался бы с горлышка вниз. При сжатии баллона руками, шарик раздувается, что свидетельствует об увеличении давления газа в баллоне.

4. Увеличение давления газа при нагревании. Точно так же шарик будет раздуваться, если баллон облить горячей водой.

5. Закон Паскаля. Демонстрацию закона Паскаля лучше провести в три этапа. Сначала показываем, что жидкость передаёт давление по направлению действия силы, для чего выдавливаем струю воды из шприца без иглы. Затем берём заполненный водой баллон, закрытый крышкой с небольшим отверстием в ней. И, наконец, используем баллон с дырками, проколотыми по бокам ближе к горлышку. Спрашиваем, будет ли выливаться вода, если надавить на баллон с боков?

6. Зависимость гидростатического давления от высоты столба жидкости.

Берём прозрачный пластиковый стакан со скруглённым краем. Дно отрезаем, а верх, который теперь будет дном, затягиваем плёнкой и закрепляем аптечной резинкой. Хорошо использовать плёнку от детской игрушки – наполненного водой резинового шарика, т.к. она эластичнее плёнки от воздушного шарика. При наливании в стакан воды дно заметно провисает.
В стенке двухлитрового баллона на разной глубине проделываем отверстия, из которых вытекает вода с разным напором. Отверстия удобно затыкать резиновыми наконечниками от гелевых стержней.
Небольшой полиэтиленовый пакет учащиеся надевают на два пальца и погружают в стакан с водой. С увеличением глубины погружения хорошо чувствуется, что полиэтилен всё сильнее сжимает пальцы, что свидетельствует об увеличении давления.

7. Сообщающиеся сосуды. Два баллона с отрезанными донышками (маленький и большой) соединяем прозрачным пластиковым шлангом. Такие шланги различных диаметров (8 мм, 10 мм и т.д.) продаются в магазинах стройтоваров. Они удобнее трубок от капельницы, т.к. имеют больший диаметр и, следовательно, вода перетекает по ним намного быстрее. Подбираем пробку, чтобы она туго входила в горлышко и просверливаем в ней отверстие для шланга. Эту же установку используем для демонстрации действия водопровода и фонтана, только малый баллон надо заменить стеклянной трубкой.

8. Пробки с одним и двумя отверстиями. Если нет резиновых пробок с одним и двумя отверстиями для трубок, можно использовать пробки от вина и шампанского (пробковые). Они легко сверлятся и вполне надёжны.

9. Соединение трубок. В качестве переходника для соединений резиновых трубок разного диаметра удобно использовать корпус шариковой ручки.

10. Атмосферное давление.

В литровый, лучше прозрачный, пластиковый контейнер с легко отпадающей крышкой (обычно крышка держится довольно крепко, тогда надо её немного обработать шкуркой) наливаем почти доверху воду, закрываем крышкой и переворачиваем. Крышка не отпадает даже при встряхивании.
Пузырёк с широким горлышком (раньше в них продавали пенициллин) заполняем водой, накрываем листком бумаги и переворачиваем. Осторожно убираем бумажку, вытягивая её вбок, – вода не выливается. Этот опыт не всегда получается с первой попытки, но в конце концов получается уверенно.
Внутренняя пробирка втягивается в чуть более широкую при вытекании воды. Этот опыт будет гораздо выразительнее, если вместо пробирок использовать два баллона немного разного диаметра.

11. Жидкостный манометр. Манометр можно изготовить из стеклянной трубки, разогрев её в пламени газовой плиты и придав U-образную форму. Можно использовать и уже упоминавшийся пластиковый шланг, прикрепив его скотчем в нескольких местах к белой картонке. На картонку приклеиваем шкалу. В учебнике описано, как с помощью коробочки, затянутой плёнкой, продемонстрировать увеличение давления с глубиной. Если такая коробочка отсутствует, то можно проделать этот опыт и без неё, просто погружая резиновую трубку, присоединённую к манометру, в воду.

12. Принцип действия металлического манометра. Если подуть в изогнутый длинный пакет, он разгибается. Можно использовать пакет, например, от майонеза или использовать пластиковый тюбик от зубной пасты. Чтобы пакет приобрёл нужную форму, надо заранее обернуть им цилиндрический сосуд и скрепить резинкой.

13. Гидравлическая машина. Два шприца разного диаметра, заполненные наполовину водой, соединяем трубкой от капельницы. Шприцы берем в левую и правую руки и нажимаем большим пальцем на поршень меньшего диаметра. При этом палец другой руки ощущает большее давление со стороны другого поршня. Кроме того, хорошо заметна разница в скоростях перемещения поршней.

14. Закон Архимеда. Прямоугольный брусок из пенопласта насаживаем на стержень демонстрационного динамометра. Брусок раскрашен на части объёмом по 200 см³, поставлены деления, соответствующие 100 и 300 см³. При погружении в воду до делений на 200 и 400 см³ динамометр показывает соответственно 2 и 4 Н. Значит, архимедова сила равна весу вытесненной воды.

15. Вес плавающего тела равен весу вытесненной жидкости. Отливной стакан изготавливаем из литрового пластикового контейнера с достаточно плотной стенкой. Сверлим дырку и вставляем в неё прочную трубку (например, корпус шариковой ручки) нужной длины. В качестве плавающего тела удобно использовать пластиковую бутылочку, нагруженную болтами, гайками и т.п.

16. Как изменится уровень воды в озере, если из лодки выбросить в воду груз? В качестве озера используем обрезанный сверху примерно на две трети двухлитровый баллон, а в качестве лодки – обрезанную пластиковую бутылочку, на дно которой для устойчивости кладём какой-нибудь плоский груз, например, большую гайку. Ставим на дно бутылочки дополнительный груз, такой, чтобы она плавала, почти целиком погрузившись в воду. Отмечаем маркером уровень воды в баллоне. Если теперь вынуть груз за привязанную к нему нитку и опустить его в воду, уровень воды заметно понизится.

17. «Аквариум» для опытов. Разрезаем пятилитровый баллон для воды по вертикали, но не посередине, а оставляя крышку для удобного слива воды.

18. Автопоилка. Демонстрационную автопоилку легко соорудить за пару минут из двух баллонов. Варианты показаны на рисунке. В первом случае вода выливается через дырочку сбоку, а во втором – через горлышко, неплотно прикрытое пальцами.

19. Всплытие и погружение подводной лодки. В качестве модели подводной лодки проще всего использовать прозрачный пластиковый баллончик с крышкой, снабжённой трубочкой (например, от шампуня). В донышке проделываем отверстие, кладём в баллончик какой–нибудь груз, например, большую гайку, а на трубочку надеваем достаточно длинную и достаточно мягкую трубку. Модель готова. Опускаем её в воду, где она и тонет, заполняясь водой через отверстие в дне. Если теперь через трубку вдувать ртом или резиновой грушей воздух, то он будет вытеснять воду и в конце концов «подводная лодка» всплывёт. Если теперь втягивать воздух через трубку в себя, она начнёт погружаться. Регулируя количество воздуха в баллончике, можно добиться, чтобы он плавал внутри жидкости. Можно сделать модель более похожей на настоящую лодку, если вместо баллончика использовать бутылочку из-под минеральной воды и заставить её плавать горизонтально. Для этого груз надо закрепить скотчем на стенке бутылки, чтобы он не перемещался, и проделать в стенке несколько небольших отверстий, а трубочку воткнуть в стенку с противоположной стороны.

Сергей Владимирович Кирбятьев окончил Оренбургский ГПИ в 1973 г., учитель физики первой квалификационной категории, педагогический стаж 27 лет. Работал 3 года в Благодарновской школе Тюльганского района Оренбургской области, затем 22 года в школе № 2 (ныне гимназии) г. Оренбурга, в 1998 г. приглашён в ОАО «Высокие технологии» г. Санкт-Петербурга на должность замначальника теоретического отдела, с 2005 г. ещё и преподаёт физику в классической гимназии № 610. Отличник народного просвещения, старший учитель, дважды Соросовский учитель, лауреат премии губернатора Оренбургской области. Публикации в журналах «Физика в школе», «Физика», «Квант». Педагогического кредо, как такового, нет, но во 2-й гимназии в физкабинете над доской висел лозунг «De omnibus dubitandum» («Сомневайся»). Семья: жена, двое детей.