Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Физика»Содержание №11/2007

С.В.КИРБЯТЬЕВ,

Классическая гимназия № 610, г. Санкт-Петербург

Kirbjatjev@yandex.ru

Давление жидкостей и газов

Простые демонстрационные и фронтальные опыты06-01.gif (11533 bytes)

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.

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.

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 КирбятьевСергей 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.