Текст книги "Лаборатория юного физика"

Автор книги: Леонид Гальперштейн

Соавторы: Петр Хлебников
сообщить о нарушении

Текущая страница: 5 (всего у книги 7 страниц)

Простейший звукосниматель

Звук – это колебания воздуха. Все звучащие тела колеблются. Колеблются кожа барабана и диффузор громкоговорителя, голосовые связки человека и струны гитары.

Изобретены различные способы записи звука. Самый наглядный из них – это запись на граммофонной пластинке. Рассмотрите бороздки пластинки через увеличительное стекло. Вы увидите, что бороздки эти неровные. Они усеяны извилинами, а у долгоиграющих пластинок– углублениями. Когда пластинка вертится, конец иглы скользит по бороздке. Извилины или углубления заставляют его дрожать, колебаться.

В электрических проигрывателях и радиолах колебания иглы усиливаются электрическим путем и передаются к громкоговорителю. В обычных патефонах колебания иглы передаются мембране.

Мембрана заставляет колебаться воздух в изогнутой трубке, на которую она надета. Трубка, постепенно расширяясь, переходит в свернутый в виде улитки рупор. Этот рупор спрятан в нижней части ящика патефона. Он заканчивается отверстием у места прикрепления крышки. Из этого отверстия и вырываются усиленные рупором звуки. Попробуйте заткнуть отверстие мягкой тряпкой, и патефон умолкнет. Только верхняя сторона мембраны будет звучать, но совсем тихо: с этой стороны ведь нет рупора.

Вы можете сами сделать простейший звукосниматель– прибор, воспроизводящий граммофонную запись. Для этого понадобится только лист чертежной бумаги, немного клея, патефонная игла и капля сургуча.

Из бумаги вырежьте квадрат со стороной 300–400 мм. Сверните из этого квадрата «фунтик», как показано на рисунке 26.

Рис. 26. Простейший звукосниматель.

Вершина «фунтика» должна быть в одном из углов квадрата. Боковые стороны наложите одну на другую и аккуратно склейте столярным или казеиновым клеем. Наденьте на «фунтик» в месте склейки канцелярскую скрепку. Положите его швом на стол и придавите склейку изнутри грузами. В таком положении оставьте «фунтик» сохнуть до утра.

Высохший «фунтик» будет в одно и то же время рупором и мембраной нашего звукоснимателя. Осталось укрепить иглу. Воткните ее возле конца «фунтика», проколов обе стенки насквозь. На рисунке 26 показано, что должно получиться. Там же виден и правильный наклон иглы.

Иглу закрепите, посадив на нее каплю клея БФ-2 или расплавленного сургуча.

Звукосниматель готов. Возьмите его за выступающий угол «фунтика» и опустите иглу на бороздку вращающейся пластинки. Держите «фунтик» так, чтобы игла была наклонена к пластинке под углом примерно 75°.

Колебания иглы передадутся стенкам «фунтика»-рупора. От стенок начнет колебаться и воздух в рупоре. Распространяясь по рупору, колебания усилятся и выйдут из «фунтика» уже довольно громкими.

Рупор

Рупор – простейшее приспособление для усиления звука. Он известен с древних времен. Простой рупор можно сделать из плотной бумаги.

Основные части рупора – горловина и раструб. Начнем с раструба. Он склеивается из десяти одинаковых лепестков. Размеры лепестка даны на рисунке 27.

Рис. 27. Рупор.

По этим размерам вычертите на картоне шаблон. Вырезав шаблон, наложите его на плотную бумагу. Твердым, остро заточенным карандашом аккуратно очертите шаблон по контуру. Когда будете вырезать очерченные лепестки, не забудьте у каждого из них оставить с правой стороны кромку шириной 5–6 мм. Эта кромка нужна для приклейки соседнего лепестка. Чтобы кромку можно было отогнуть, прорежьте ее в нескольких местах.

Заготовив все лепестки, разогрейте столярный клей и приступайте к склейке. Помните, что каждому шву нужно давать подсохнуть, иначе при подклейке следующих лепестков прежние швы будут расползаться.

Сначала склейте все лепестки попарно между собой. Пока будете клеить последние пары, первые подсохнут. Затем склейте первую пару со второй, а третью с четвертой. Когда склейка первых двух пар подсохнет, приклейте к ним пятую пару. Наконец, когда и эта шестерка подсохнет, склейте ее с оставшейся четверкой.

Горловина имеет форму конуса. Выкройка для нее дана на рисунке 28. Прочертите вдоль края бумаги прямую линию длиной 350 мм. Поставив ножку циркуля в один конец этой прямой, проведите две дуги: одну радиусом 70, а другую – 350 мм. Возьмите транспортир и в центре дуг отложите от прямой линии угол в 52°. Такой угол можно отложить и без транспортира. После того как проведете дугу радиусом 350 мм, раскройте циркуль на 310 мм. Поставив ножку циркуля в точку пересечения дуги с прямой линией, сделайте на дуге засечку. Соединив эту засечку с центром дуги, получите угол в 52°. Для склейки конуса нужно с одной стороны оставить кромку шириной 8 мм. Она тоже видна на рисунке.

Вырежьте готовую выкройку и склейте из нее конус. Когда клей подсохнет, с узкой стороны конуса сделайте десять – двенадцать надрезов по 10 мм длиной. Полученные язычки нужны для приклейки патрубка.

Патрубок склеивается на болванке– круглой деревянной палочке диаметром 20 и длиной 50–60 мм. Оберните болванку полоской писчей бумаги. Это нужно для того, чтобы готовый патрубок легче снимался.

Из писчей бумаги нарежьте несколько полосок шириной по 40 мм. Смажьте их клеем и навертывайте на болванку, пока толщина стенки патрубка не достигнет 1–1,5 мм. Когда клей достаточно подсохнет, стяните патрубок с болванки.

Язычки горловины смажьте клеем изнутри и вставьте патрубок. Сверху оберните язычки два-три раза полоской бумаги с клеем.

Рис. 28. Горловина рупора.

Обе основные части рупора готовы. Сложите их так, чтобы горловина входила в раструб изнутри на глубину 6–8 мм. Отгибая горловину пальцем внутрь, подмажьте края раструба по всей окружности столярным клеем.

Когда рупор окончательно просохнет, поставьте его раструбом на стол, приколите кнопками и покройте снаружи слоем жидкого столярного клея. Дав рупору высохнуть при обычной комнатной температуре, снимите его со стола и покройте клеем внутреннюю сторону. Рупор станет жестким. Теперь можете покрасить его или покрыть лаком.

Пришлось порядочно повозиться, зато рупор получился прочный и красивый.

Попробуйте говорить в патрубок. Вы убедитесь, что рупор заметно усиливает звук. Самое интересное то, что хорошо будет слышно не только тому, кто станет перед раструбом, но и тому, кто будет стоять позади рупора.

Приклеив к горловине ручку из плотной бумаги, можете использовать рупор для усиления голоса. Такой рупор пригодится судье на спортивных соревнованиях.

Электроскоп

Для различных опытов по электризации тел удобным прибором является электроскоп. Он очень прост по своему устройству. Но, для того чтобы электроскоп хорошо работал, нужно точно следовать всем указаниям по его изготовлению. Стоит что-нибудь упустить– и электроскоп не будет действовать как следует.

Самодельный электроскоп показан на рисунке 29.

Рис. 29. Электроскоп.

Он состоит из металлического стержня, к которому подвешены два листочка из папиросной бумаги. Стержень пропущен через пробку, вставленную в горло бутылки. На верхнем конце стержня сидит металлический шарик.

Для электроскопа хорошо взять литровую молочную бутылку. Она сделана из белого стекла, имеет широкое горло и достаточно большой объем. Еще лучше, если достанете бутыль емкостью 3–5 л. Электроскоп в такой бутыли будет дольше держать заряд. Бутыль нужно тщательно вымыть в горячей воде с содой при помощи ершика. Каждый раз перед началом опытов ее следует просушивать над пламенем спиртовки или газовой горелки или хотя бы над плитой. Если стекло не будет достаточно сухим, электрический заряд быстро стечет в землю.

Очень важная деталь электроскопа – пробка. Обыкновенная корковая пробка не годится: она легко впитывает влагу из воздуха. Лучше всего сделать пробку из куска янтаря, а если его нет – из эбонита или парафина. Пробка должна плотно закрывать бутыль. В центре пробки просверлите отверстие, в которое туго входил бы металлический стержень электроскопа.

Стержень сделайте из медной проволоки толщиной около 5 мм или медной трубки диаметром 5–8 мм. На верхнем конце стержня нарежьте резьбу. Сюда нужно навинтить медный или латунный шарик диаметром 15–30 мм. Электроскоп без шарика не будет заряжаться.

Листочки электроскопа вырежьте из папиросной бумаги. Хорошо взять цветную бумагу: она лучше видна. Только гофрированная бумага не годится.

Самая важная деталь прибора – крепление листочков к стержню. Они должны быть подвешены так, чтобы могли поворачиваться как можно свободнее.

Силы, возникающие в электроскопе, очень малы, и даже незначительное трение резко ухудшает действие прибора.

Лучше всего просверлить в стержне электроскопа отверстие на расстоянии 50 мм от нижнего конца. Из тонкой гладкой медной проволоки согните две скобочки. Их средние части должны быть совершенно прямыми и не иметь никаких помятостей и зазубрин. Концы вставьте в отверстие стержня и закрепите пайкой. При этом скобочки поверните несколько вниз, чтобы их прямолинейные части отстояли от стержня электроскопа на 1,5–2 мм.

На скобочках заклейте хомутики из плотной и гладкой бумаги (из тетради высшего качества). Хомутики должны висеть и поворачиваться совершенно свободно. Для того чтобы еще уменьшить трение, внутренняя часть их вырезается, остаются только две полоски по краям. К склеенным концам хомутиков подклейте полоски папиросной бумаги размером 50X8 мм: Еще раз убедитесь в том, что они совершенно легко поворачиваются на любой угол.

Стержень электроскопа с листочками тоже нужно перед демонстрацией опытов хорошо просушивать. Опыты с электроскопом описаны в учебнике физики.

Гальванические элементы

Наиболее распространенный гальванический элемент – это элемент Лекланше. Из таких элементов, например, составлена батарейка карманного фонаря. Элементы Лекланше применяются также в технике связи.

Проще всего сделать самодельный гальванический элемент, восстановив вышедший из строя элемент Лекланше. Для этого необходимо разобрать батарею на отдельные элементы, а отдельные элементы вскрыть. Работа эта грязная, поэтому делайте ее обязательно в фартуке или другой рабочей одежде, а на рабочем месте подстелите старые газеты в несколько слоев.

Разбирать надо аккуратно, чтобы не сломать торчащий из середины элемента уголь и не прорвать матерчатый мешочек. Черную массу, которой залита батарея сверху, лучше не отковыривать, а осторожно выплавить на спиртовке, свечке или газовой горелке.

Элемент Лекланше (рис. 30) состоит из угольного стержня, окруженного мешочком с деполяризатором, цинкового цилиндра и раствора электролита.

Рис. 30. Гальванические элементы.

Угольный стержень служит положительным электродом. Деполяризатор состоит из перекиси марганца и графита. Перекись марганца окисляет водород, который во время работы элемента выделяется на положительном электроде. Графит добавляется для лучшей проводимости.

Электролитом служит насыщенный раствор нашатыря (хлористого аммония). В элементы для карманных фонарей он заливается не жидкий, а в смеси с крахмалом и мукой. Поэтому он становится похож на студень и не выливается.

При работе элемента Лекланше угольный стержень не портится. Деполяризатор может служить очень долго.

А вот цинк разъедается, и раствор истощается и засоряется посторонними веществами. Поэтому для восстановления элемента необходимо сменить раствор и восстановить цинковый электрод.

Выньте из элемента угольный стержень вместе с деполяризатором в мешочке и оставьте их на ночь в воде, подкисленной несколькими каплями соляной кислоты. На другой день еще раз хорошенько промойте мешочек с деполяризатором подкисленной водой.

Если цинковый электрод сильно разъеден, придется его выбросить и заменить новым. Новый электрод сверните из листового цинка толщиной 0,5–2 мм. Чем толще цинк, тем дольше он прослужит. Припаяйте к электроду отвод, который должен выступать над поверхностью электролита. К нему припаяете впоследствии контактный провод. Если конец провода будет погружен в электролит, в этом месте образуется свой маленький гальванический элемент. Он будет мешать работе основного элемента.

Если цинковый электрод проеден только в одном месте (это иногда бывает в больших элементах), его можно еще использовать. Промойте электрод в горячей воде со щеткой, чтобы удалить окислы, и напаяйте цинковую заплату.

Электролит приготовьте, растворив нашатырь в теплой воде. Растворять надо до насыщения, то есть до тех пор, пока на дне сосуда не останутся нерастворившиеся кристаллы нашатыря.

Соберите элемент в стеклянном сосуде. Мешочек с деполяризатором ни в коем случае не должен касаться цинка. Поэтому обвяжите его в нескольких местах бечевкой с изоляционными бусами, как показано на рисунке 30.

После того как зальете элемент электролитом, он начнет давать ток только через несколько часов.

Элемент Лекланше можете сделать и сами, если есть все необходимые материалы. Его устройство показано на рисунке 30. Сосуд– стеклянная банка из-под майонеза или полулитровая банка. Положительный электрод – угольный стержень диаметром 15–20 мм и длиной на 18–20 мм больше высоты сосуда. Как сделать цинковый электрод, сказано выше.

Деполяризатор приготовьте из двух весовых частей перекиси марганца и одной весовой части графита. И то и другое должно быть в мелком порошке. Если графита у вас нет, можете мелко истолочь уголь от старых элементов или огарки углей от дугового фонаря, от кинопроектора и т. п.

Мешочек для деполяризатора сшейте из бязи или холста. Он должен быть круглый, с дном диаметром 40–50 мм. Для баночки из-под майонеза уголь возьмите потоньше (до 10 мм), а мешочек диаметром 25–30 мм.

Вставьте мешочек в согнутую из жести формочку; установите в середину угольный стержень и туго набейте деполяризатором. Смесь насыпайте слоями. Каждый слой плотно утрамбовывайте деревянной палочкой и слегка смачивайте водой. Набив мешочек на 3/4 высоты, выньте его из формы и стяните вокруг угля толстой суровой ниткой.

Обвяжите мешочек по окружности в нескольких местах суровой ниткой или тонкой бечевкой. Стяните туго, чтобы плотнее прижать массу к угольному стержню. А на бечевку предварительно нанижите бусы или кусочки стеклянных трубок. Это для того, чтобы мешочек не касался цинка.

На верхнем конце угольного стержня ребром напильника сделайте желобок и туго обмотайте концом медной проволоки. Как приготовить электролит, сказано выше.

Этот элемент работает 20–30 часов. Затем раствор надо сменить, а цинковый электрод промыть в горячей воде щеткой, чтобы удалить с него окислы. Элемент Лекланше дает напряжение около 1,5 в. Для получения более высоких напряжений соединяют несколько элементов в батарею. Так, в батарейке карманного фонаря три последовательно соединенных элемента Лекланше дают напряжение 4,35 в.

Самодельную батарею из трех элементов Лекланше можно использовать для переносного фонаря. Сделайте для батареи ящик. К верхней крышке ящика приделайте ручку. Под ручкой установите маленький выключатель, так называемый тумблер. На передней стенке ящика укрепите жестяной рефлектор с патроном для лампочки от карманного фонаря.

Переносный фонарь пригодится вам в пионерском лагере.

Постоянный магнит

В технике магниты делают из специальных сплавов, в состав которых входят, кроме железа, магний, кобальт, никель, алюминий, вольфрам или другие металлы. Но мы с вами сделаем магнит из старого напильника. Такой магнит вполне достаточен для опытов по физике.

Насечку с напильника снимите на наждачном точиле. Это необязательно, но магнит с насечкой будет выглядеть некрасиво. Затем накалите напильник докрасна и ударами тяжелого молотка изогните его в подкову (рис. 31).

Рис. 31. Изготовление магнита из напильника.

Дайте подкове медленно остыть на воздухе. Опилите напильником ее концы, чтобы подкова хорошо стояла на столе. Если у вас нет наждачного точила и вы не сняли насечку, можете спилить ее теперь напильником.

Прежде чем намагничивать подкову, придется ее снова закалить. Нагрейте ее в печи по возможности ровнее, пока вся она не станет светло-красного цвета. Раскаленную подкову быстро опустите в чистую холодную воду концами вниз. Закаленную подкову очистите от окалины.

Оберните подкову по всей длине бумажной или изоляционной лентой и обмотайте изолированной проволокой. Вся обмотка должна идти в одном направлении. Для намагничивания от сети переменного тока намотайте 250 витков провода диаметром 0,7–0,8 мм (рис. 32).

Рис. 32. Схема намагничивания самодельного магнита.

Если электросети нет, намагничивать придется от автомобильного или тракторного аккумулятора. В этом случае намотайте всего 45–50 витков толстого провода в оплетке или шнура, которые употребляются для электропроводки.

Концы подковы замкните между собой перемычкой – каким-нибудь стальным предметом, чтобы улучшить намагничивание. Чтобы перемычка не отвалилась, привяжите ее шпагатом.

Намагничивать от электросети можно только через добавочный предохранитель, иначе сожжете пробки. Таким предохранителем может служить проволочка диаметром 0,13—0,15 и длиной 50 мм. Проволочка большего диаметра может привести к аварии в сети. Не берите жилку от обычного электрошнура, ее диаметр 0,3 мм. Нет подходящей проволочки – вырежьте ленточку шириной 3 и длиной 50 мм из станиолевой бумажки, в которую завертывают чай и шоколад.

Добавочный предохранитель прикрутите к одному из концов намагничивающей обмотки. Другой конец обмотки включите в осветительную розетку. Теперь, взяв в руку конец обмотки с предохранителем, коснитесь этим предохранителем свободного гнезда розетки. При этом не наклоняйтесь слишком близко: добавочный предохранитель, мгновенно сгорая, разлетится брызгами.

Не смущайтесь, что ваш добавочный предохранитель сгорел в неуловимую долю секунды. Он сделал свое дело: магнит уже намагничен, а предохранители электросети остались невредимыми.

Хорошо намагниченный магнит должен любым полюсом поднимать за конец ручки столовый нож. Если намагничивание недостаточно, повторите его еще раз.

При намагничивании от аккумулятора добавочный предохранитель не нужен. Очень кратковременного короткого замыкания автомобильные аккумуляторы не боятся. Надежно подсоединив конец намагничивающей обмотки к одному из полюсов аккумулятора, вторым концом быстро чиркните по другому полюсу. Проскочит яркая искра. Магнит намагничен. Чтобы зря не разряжать аккумулятор, не задерживайте конец обмотки на полюсе, когда будете чиркать.

Электромолот

Железный сердечник втягивается внутрь катушки, по обмотке которой идет электрический ток. На этом основано устройство некоторых электроизмерительных приборов, а также магнитных пускателей и других электромагнитных механизмов, применяемых в технике.

Мы с вами можем сделать простой и очень интересный прибор со втягивающимся сердечником – электрод молот (рис. 33).

Рис. 33. Общий вид электромолота.

Детали прибора показаны на рисунке 34.

Рис. 34. Детали электромолота.

Электромолот состоит из подставки с наковальней и кнопкой, станины с катушкой электромагнита и стального стержня, исполняющего роль молота.

Подставка – кусок доски толщиной 20–25 мм и размерами 100X120 мм. По верхнему краю снимите фаски. Отступив на 50 мм от одной из узких сторон, просверлите в середине подставки сквозное отверстие диаметром 10 мм.

Подберите болт диаметром 10 ми с шестигранной или квадратной головкой. Отпилите головку вместе с куском болта длиной 15–18 мм. Это будет наковальня. Осторожно забейте ее в отверстие подставки.

Станину вырежьте из жести, согните и спаяйте углы отогнутых ребер жесткости.

У отогнутых наружу лапок для крепления станины к подставке ребра жесткости загните вверх. На эти места и на верхние углы станины припаяйте Г-образные жестяные накладки. В центре верхней площадки станины вырежьте круглое отверстие диаметром 15 мм. В боковых сторонах можете вырезать овальные окна. Это позволит лучше видеть работу молота, а прочность станины и так достаточная.

Молотом будет служить стальной стержень диаметром 10 мм и длиной 120 мм. Если у вас нет стального прутка, можете отпилить кусок болта или шпильки такой же величины. Резьба не помешает работе молота.

Заготовьте каркас катушки. Обернув стальной стержень гладкой бумагой в три-четыре слоя, сверните на нем латунную гильзу длиной 90 мм с небольшим зазором. Оберните гильзу в несколько слоев бумажной лентой шириной 90 мм с клеем. Общая толщина получившейся бумажной трубки должна быть не менее 1 мм на сторону.

На бумажную трубку с двух сторон наденьте щечки: круглую диаметром 40 мм и квадратную 45x45 мм. Материал для щечек – картон толщиной 1,5–2 мм.

Установив щечки так, чтобы между ними был просвет 75 мм, приклейте их к бумажной трубке. После этого стяните каркас со стального стержня, выступающие из-под щечек концы бумажных трубок срежьте, а концы латунной гильзы нарежьте лепестками, отогните их на щечки и сверху заклейте бумагой.

Данные обмотки зависят от того, какое у вас напряжение в электросети. Для напряжения 127 в намотайте 2000 витков провода 0,21—0,23 мм в любой изоляции. Для напряжения 220 в намотайте 2600 витков провода 0,16– 0,18 мм.

Обмотку ведите слоями. Через каждые два-три слоя делайте прокладку из бумаги. Она должна плотно прилегать к щечкам каркаса, чтобы крайние витки не западали. Готовую обмотку оберните сверху киперной лентой, компрессной клеенкой или оклейте дерматином. Выводы от начала и конца катушки, сделанные гибким многожильным проводом в хорошей изоляции, оденьте в кембриковые или резиновые трубочки.

В углах квадратной щечки каркаса просверлите по отверстию и привинтите катушку к станине винтами с гайками и шайбами. Выводы катушки проложите вдоль одной из ног станины под скобку.

Кнопка для включения электромолота нужна самая обычная, от электрического звонка. Установите ее на краю подставки. Один провод от шнура с вилкой соедините с выводом катушки напрямую, а другой – со вторым выводом через кнопку. Шнур с вилкой прикрепите к подставке прибора скобкой, подложив полоску тонкого картона или изоляционную трубку.

Поставьте станину с катушкой над наковальней и вставьте в нее «молот». Включив вилку в штепсельную розетку, нажмите кнопку. Если все сделано правильно, стержень втянется внутрь катушки и повиснет. Отпустите кнопку – он упадет вниз. Подвиньте станину так, чтобы стержень падал точно на середину «наковальни». В этом положении прибейте станину гвоздиками или привинтите шурупами.

Электромолот работает очень хорошо. При каждом замыкании кнопки стержень подскакивает, а при размыкании – падает, ударяя по наковальне. Не вздумайте только подсовывать под него палец: молот бьет сильно.