Текст книги "Юный техник, 2002 № 04"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 5 страниц)

ПАТЕНТНОЕ БЮРО

ШАГИ В БУДУЩЕЕ

В начале февраля в МГТУ им. Н.Э.Баумана прошла очередная Российская молодежная научная и инженерная выставка «Шаг в будущее». На ней учащиеся школ, гимназий и лицеев представили более шестидесяти научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. Почти все они могли бы лечь в основу будущих диссертаций. Вот некоторые работы, заслуживающие особого внимания.

…ЧТОБ НЕ ТОНУЛИ КОРАБЛИ

Ольга Лихторенко (Нальчик, школа № 18, 8-й класс) выполнила работу с замысловатым названием «Некоторые аспекты присоединенной массы». Что это такое?

Представьте себе корабль, плывущий по бурному морю. Его раскачивают волны, корпус дрожит и изгибается. Если частота качки и резонансная частота корпуса совпадут, корабль переломится. Чтобы этого избежать, конструктор должен знать заранее, с какой частотой волны могут раскачать корабль. Но определить это не так просто. Да, корабль качается подобно маятнику, но во время качки к его массе присоединится значительная масса воды.

Для прояснения этого вопроса Ольга изучала, как влияет на частоту колебаний обычного маятника погружение его в воду.

Вообще-то задача это довольно старая. Но обычно ее решают с привлечением очень сложной теории, изучаемой на последних курсах института. Ольге удалось обойтись школьными знаниями. Вот как была сделана эта работа. На длинную нить подвесили маленькую, но тяжелую гирю.

Получилось подобие математического маятника. Экспериментально определили период его колебаний. Затем подставили глубокий ящик с водой и повторили опыт. Период колебаний возрос. Стали разбираться почему. На тело в воде действует выталкивающая сила Архимеда, уменьшая его вес. Для маятника это равноценно уменьшению земного ускорения и должно привести к возрастанию периода колебаний. Посчитали, проверили. Оказалось, теоретически он должен был бы возрасти больше, чем показал эксперимент.

Объяснить это можно было лишь тем, что к массе маятника присоединялась еще масса воды. Вычислить ее не представляло труда. Ольга Лихторенко была награждена почетным дипломом «ЮТ» и годовой подпиской.

«УМНАЯ» БАТАРЕЯ

Максим Привалихин (Красноярск, школа № 9), самый юный участник соревнования, учится в шестом классе. Но тема его работы интересна и взрослым. Речь идет об отоплении. Если в доме печь, электронагреватель или АГВ, постоянную температуру поддерживать более или менее просто. Но в большинстве случаев квартиры отапливаются при помощи батарей, через которые пропускается горячая вода. И нередко получается, что котельная работает во всю мощь, а жильцы вынуждены открывать окна и выпускать тепло наружу. Как же сделать так, чтобы тепла в квартиру поступало ровно столько, сколько нужно?

Можно воспользоваться, конечно, опытом американцев, разработавших в свое время краны, которые поворачивает пружина, изгибающаяся в ту или иную сторону при изменении температуры в комнате.

Но Максим пошел другим путем. Задачу регулировки количества тепла, поступающего в комнату, решить можно по-разному. Например, можно сделать батарею гибкой, как мехи гармони. Растягивая ее или сжимая, можно увеличивать или уменьшать ее площадь, а значит, и поток тепла, поступающего в комнату.

Можно поступить дешевле, например, поместить обычную батарею в ящик с решеткой, щели которой можно открывать и закрывать, пуская тепло в комнату и наоборот…

Но что будет управлять этими щелями? Да то же самое тепло! В конструкции Максим предусмотрел цилиндр с поршнем, наполненный жидкостью. В зависимости от температуры в комнате жидкость меняет объем, заставляет поршень двигаться и совершать работу по управлению заслонками.

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ «АЛЬФА»

Кирилла Воликова (г. Ангарск, ангарский лицей № 2) интересуют электродвигатели. Есть двигатели постоянного тока. Притормози такой двигатель – он начнет вращаться медленнее, но с большей силой, увеличивая момент. Потому такие моторы ставят на троллейбусы и трамваи, которым то и дело приходится подниматься в гору.

Недостаток же таких моторов – коллектор и щетки, подверженные износу.

У двигателей переменного тока обмотки расположены на статоре, а ротор – это по существу болванка, в которую запрессованы железные пластины. Изнашиваться здесь почти нечему, но стоит его немного притормозить, как он тотчас остановится.

Вместе со своими учителями и наставниками И.А. Колтаковым и Т.В. Малыгиной Кирилл попытался создать двигатель переменного тока, с механическими характеристиками двигателя постоянного тока. Он не имеет коллектора и щеток, вообще каких-либо подвижных контактов.

Вот как он устроен. На одном валу – две электрические машины. Переменный ток подводится к обмотке статора левой машины, ротор ее имеет обмотки, в которых наводится ЭДС индукции.

По существу это вращающийся трансформатор, током которого питается двухполупериодный выпрямитель, расположенный на валу и вращающийся вместе с ним. Постоянный по направлению, но пульсирующий по амплитуде ток выпрямителя поступает на обмотку ротора правой машины. Обмотка ее статора питается постоянным током от отдельного выпрямителя, но может быть применен и постоянный магнит. Вращающий момент возникает за счет взаимодействия пульсирующего тока обмоток ротора с магнитным полем статора.

Промышленный образец двигателя «Альфа» – так назвал его автор – будет простым и компактным. Прекрасные механические характеристики сулят ему широчайшее применение. Кроме того, отсутствие подвижных контактов исключает образование искр, а потому двигатель можно применять во взрывоопасной атмосфере – на шахтах и нефтеперегонных заводах, где коллекторные моторы абсолютно недопустимы.

ИЗ СОБРАНИЯ ГРУКОВ ПИТА ХЕЙНА

Перевел груки Генрих ВАРДЕНГА

ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРИЕМ

Рецепт

Удача в технике достигнет полноты в соединении высокой простоты с той мерой изощренности подспудной, чтоб показать, как это сделать трудно.

ТВОЯ СОБСТВЕННАЯ ПОГОДА

Зря ты жизнь отравляешь ближним своим и напрасно жалеешь себя, если веришь, что солнце сияет другим, когда дождь поливает тебя.

ЕДИНСТВЕННОЕ РЕШЕНИЕ

Решателей проблем, все их удачи должны мы холить и лелеять свято – ведь каждая решенная задача потянет за собой еще десяток.

ПРИЕМНАЯ КОМИССИЯ

МОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СВЯЗИ И ИНФОРМАТИКИ

Об институте рассказывает его ректор, действительный член Российской инженерной академии и Международной академии информатизации, лауреат Государственной премии СССР и премии Правительства Российской Федерации в области науки и техники, Ваган Ваганович ШАХГИЛЬДЯН.

Московский технический университет связи и информатики (МТУСИ) ведет свою историю с 1921 года. Это первое в нашей стране высшее учебное заведение, которое начало готовить высококвалифицированных специалистов для отрасли связи. За большие заслуги в подготовке инженеров-связистов и успехи в научно-исследовательской работе в 1971 году университет был награжден орденом Трудового Красного Знамени.

В числе преподавателей университета 42 действительных члена и члена-корреспондента Российской академии наук. Российской инженерной академии. Международной академии связи и ряда других академий. У нас работают 9 заслуженных деятелей науки и техники Российской Федерации, 17 лауреатов Ленинской и Государственной премий, 10 заслуженных связистов России, один заслуженный экономист Российской Федерации.

На 40 кафедрах университета ведется учебно-методическая и научная работа. Преподаватели и студенты МТУСИ активно публикуют результаты исследований, выступают с докладами на различных, в том числе и международных, симпозиумах, конференциях.

Основными направлениями международного сотрудничества являются: обучение иностранных учащихся, проведение совместных научных исследований, обмен научной информацией, создание совместных предприятий и центров с иностранными фирмами, проведение семинаров, конференций, симпозиумов, выставок. В рамках двухсторонних отношений с зарубежными вузами-партнерами значительно увеличилось число студентов, стажеров и преподавателей, проходящих подготовку во Франции, Германии, Бельгии, Италии, Великобритании, Испании. США.

На базе университета созданы учебные центры и лаборатории таких телекоммуникационных компаний мира, как Alcatel Bell Telephone, Italtel CIT, Ericsson, Cisco Systems, Lucent Technologies, Siemens, NEC, Motorolla.

В распоряжении студентов клуб, здравпункт, профилакторий, спортивные и туристические секции. В 150 км от Москвы, на берегу Оки, расположен спортивно-оздоровительный лагерь МТУСИ.

Подготовка специалистов ведется в университете по 17 специальностям, обеспечивающим глубокие знания как по общеобразовательным (математика, физика, информатика), общетехническим (теория электрических цепей, теория электрической связи, вычислительная техника и программирование), так и по специальным дисциплинам (автоматические системы коммутации, системы многоканальной связи, технические средства обработки информации, линии связи, радиоприемные и радиопередающие устройства, телевидение, радиовещание).

Студенты обучаются на факультетах:

• экономики и управления

• автоматической электросвязи, информатики и вычислительной техники

• автоматизации и информатизации предприятий связи

• многоканальной электросвязи

• радиосвязи, радиовещания и телевидения

• радиотехнический

• заочный

Для подготовки к поступлению в МТУСИ в университете работают подготовительные курсы, налажены связи со многими средними учебными заведениями Москвы и ближнего Подмосковья, проводятся дни открытых дверей и пробные экзамены. Подробности можно узнать в Центре довузовской подготовки по телефонам: (095) 192-73-29, (095) 192-85-47 или в приемной комиссии – тел. (095) 273-36-00).

ВНИМАНИЕ: КОНКУРС!

Вашему вниманию предлагаются задания по математике и физике.

Оформление работ должно соответствовать требованиям, предъявляемым к оформлению школьных контрольных работ. В частности, при решении задач по физике следует давать краткие пояснения и, если необходимо, поясняющие рисунки или графики. К каждой работе обязательно приложите свой почтовый адрес и, если есть, телефон.

Фамилии победителей конкурса читайте в «ЮТ» № 7 за 2002 год.

К проверке принимаются работы, высланные в редакцию «ЮТ» до 25 мая 2002 года. Победителям конкурса будут вручены специальные сертификаты, уравнивающие их в правах с выпускниками Центра довузовской подготовки.

Право на участие в конкурсе дает анкета с первой страницы журнала. Заполните ее, вырежьте и вложите в конверт с решениями. Ответы без анкеты рассматриваться не будут. На конверте обязательно сделайте пометку: «Приемная комиссия».

МАТЕМАТИКА

1. Упростите выражение

2. Решите уравнение

3. Решите неравенство

4. Решите неравенство

5. Решите систему уравнений

6. Докажите тождество

sin ²3α – sin ²2α = sin α x sin 5α.

7. Бесконечно убывающая геометрическая прогрессия, сумма которой равна 16/3 содержит член, равный 1/6. Отношение суммы всех членов, стоящих до него, к сумме членов, стоящих после него, равно 30. Определить номер этого члена.

8. Решите уравнение

cos 2x = cos 3x – sin 3x.

9. Найдите угол при вершине равнобедренного треугольника, если медиана, проведенная к боковой стороне, образует с основанием угол arcsin 3/5.

10. Определите, при каких значениях параметра а уравнение log ₂(4 ^x– а) = химеет два решения?

ФИЗИКА

1. Тело массой m= 0,2 кг соскальзывает с высоты Н= 8 м по наклонной плоскости, плавно переходящей в вертикальную петлю радиусом R= 2 м. Определить работу силы трения при движении тела до верхней точки петли, если давление тела на петлю в ее верхней точке F= 2 Н, G= 10 м/с ².

2. Электрон влетает в область электрического поля напряженностью Е= 10 ⁶В/м со скоростью V ₁= 10 ³м/с, направленной под углом α= 30° к вектору Е ^→. Найти изменение импульса частицы за время движения в поле, если размер области поля L= 2 см.

3. Источник с ЭДС ε= 11 В и внутренним сопротивлением r= 0,5 Ом замкнут на конденсатор С= 18 мкФ. Насколько изменится энергия конденсатора, если параллельно к нему подключить два резистора сопротивлением по R= 10 Ом каждый? Возрастет или уменьшится?

4. На двух вертикальных нитях горизонтально висит металлический стержень длиной l= 0,4 м и массой m= 20 г. Стержень находится в вертикальном магнитном поле с индукцией B= 0,8 Тл. Определить угол отклонения нитей от вертикали, если по стержню пропускают ток силой I= 12 А.

5. При фотографировании очень далеких предметов расстояние между объективом фотоаппарата и пленкой l= 50 мм. С какого минимального расстояния d _minможно фотографировать этим аппаратом, если ход объектива x= 2 мм?

КОЛЛЕКЦИЯ «ЮТ»

Серия легких торпедных катеров проектов 68.300 и 68.200 была спущена на воду в 1962–1965 годах. Они отличались широкой унификацией с целым рядом других многоцелевых кораблей. При конструировании, как ни удивительно, широкое применение нашло дерево, конечно, специально обработанное. Так что даже косметический ремонт требовался гораздо реже.

Техническая характеристика:

Длина… 17 100 мм

Ширина… 3590 мм

Осадка… 1450 мм

Водоизмещение… 19,2 т

Двигатели… 2DM «M50F4»

Суммарная мощность… 1765 кВт

Скорость… до 52 узл./ч

Вооружение… 3х533 торпеды, мины

Одна из последних разработок германского концерна «Opel», входящего в состав GENERAL MOTORS. Автомобиль «гольф-класса», он уже сейчас имеет массу модификаций – от кабриолета до универсала. Немецкое качество изготовления и сборки, универсальность – все это сыграло немалую роль в завоевании рынка. Гамма двигателей и самые различные варианты обивки салона еще больше сказались на круге покупателей. Недавно ASTRA пошла на экспорт, где также была встречена благосклонно.

Техническая характеристика:

Двигатели… от 1,6 до 1,8 л объемом

Число цилиндров… 4

Мощности… от 84 до 125 л.с.

Максимальная скорость… от 138 до 170 км/ч

Динамика 0 – 100 км/ч… от 14,5 с до 10 с

Расход топлива в смешанном цикле… от 7 до 8 л на 100 км

Снаряженный вес… 1200 кг

ПОЛИГОН
По ветру – быстрее ветра

Можно ли плыть под парусом быстрее ветра? Вопрос, казалось бы, абсурдный. Но не будем спешить с выводами.

Вспомните детский эксперимент, обычно вызывавший недовольство родителей. Если взять свежую арбузную косточку и медленно сжать двумя пальцами, наступит момент, когда она выскользнет и улетит в дальний угол комнаты. Значит, малая скорость, действующая на тело сбоку, способна вызвать во много раз большую.

При желании все это можно объяснить через правило параллелограмма. Но практики столь заумным рассуждениям не верили, пока не увидели доказательство своими глазами.

Впервые парус обогнал ветер в 1870 году. А произошло это на суше.

В те годы американский изобретатель Бэском, работавший на Канзас-Тихоокеанской железной дороге, построил парусную тележку для перевозки по рельсам рабочих и грузов (рис. 1).

Рис. 1

Порою ее скорость превышала скорость ветра и достигала 60 км/ч. С тех пор, правда, о применении парусов на железных дорогах не слышно.

Но в наше время рекордный буер-парусник, движущийся по льду на своеобразных коньках, при скорости ветра 15 км/ч может развить все 120. В 1960 году француз дю Буше за пять дней прошел на четырехколесном парусном экипаже по пескам Сахары 750 км. Выходя на дороги, он развивал до 80 км/ч. И это уже никого не удивляет. Однако успехи паруса на море скромнее. Здесь скорость ветра пока удается превысить лишь в два-три раза. Причина в том, что при боковом ветре на парус действует и боковая сила, сносящая его в ту же сторону. На земле, на рельсах или на льду ей противодействуют силы сцепления с дорогой, и, главное, на это почти не требуется тратить энергию. На воде же боковой упор создается за счет киля судна, который работает как крыло.

Крыло самолета характеризуется аэродинамическим качеством – отношением подъемной силы к силе тяги винта. Например, у хорошего самолета на каждый кг тяги создается 15 и более кг подъемной силы.

У старинных парусников длинный киль создавал огромное сопротивление и на один кг тяги «вырабатывал» лишь 2–3 кг силы бокового упора. Потому создатели скоростных парусных судов стараются поднять как можно выше гидродинамическое качество киля, чем дополнительно уменьшают расход энергии на создание упора, и аэродинамическое качество паруса, который тоже можно рассматривать как самолетное крыло. Для повышения качества крыла, работает оно в воздухе или в воде, применяются одни и те же способы. Его делают узким, тонким и длинным. Потому, например, у быстроходных яхт применяют не киль, а шверт, по сути, это крыло с большим относительным удлинением. Все чаще вместо паруса на быстроходных спортивных судах ставят крылья, потому что у них аэродинамическое качество выше, чем у паруса.

Глиссирующую яхту-катамаран с жестким парусом предложил в начале прошлого века американский конструктор О. Херешофф. Модель такой яхты длиной 0,76 м развивала скорость 10 узлов (14 км/ч). Изобретатель ожидал, что судно длиной девять метров должно развить скорость 30 узлов, двигаясь в 1,5 раза быстрее ветра. Однако на воде таких скоростей удалось достичь лишь к концу века.

Внешне такие парусники выглядят непривычно (рис. 2).

Рис. 2

Они имеют два, три и более корпусов, систему подводных крыльев, которые за счет изменения наклона выполняют роль швертов.

Эта тенденция доведена до крайности в «плавательном аппарате» – судном его назвать трудно – «гидрокрыло» Б.Смита. Здесь все подчинено цели как можно сильнее обогнать ветер.

Гидрокрыло состоит из пустотелой продольной балки с парой несущих подводных крыльев по концам (рис. 3).

Рис. 3

Примечательно, что оба крыла расположены по одну сторону от балки. На ней расположена поворотная мачта-крыло, к которой крепится мягкий парус. Сбоку на шарнирно закрепленной балке установлено еще одно подводное крыло, служащее для сохранения устойчивости при боковом ветре. Управление аппаратом производится при помощи воздушного руля и стабилизатора, как на самолете.

Испытания радиоуправляемых моделей подтвердили возможность развить скорость 75 км/ч при ветре 28 км/ч.

Однако судно предназначено для достижения рекорда и сохраняет устойчивость только при ветре, дующем с одной стороны.

На рисунке 4 изображена модель парусника с жестким крылом, в которой чувствуется влияние идей Смита.

Рис. 4

Изобретатель надеялся получить устойчивое мореходное судно, способное перевозить груз в 25 т со скоростью около 60 км/ч.

Величина значительная, но до буеров этому паруснику далеко. Во всех этих случаях аэродинамическое качество крыла-паруса с учетом воздушного сопротивления корпуса судна не превышало десяти.

Увеличение скорости крылатых судов требует дальнейшего повышения качества их воздушных и подводных крыльев, но традиционный способ, основанный на улучшении профиля и повышении относительного удлинения, себя исчерпал. Возможно, сегодня в аэрогидродинамике происходит тихая революция. Появились компьютерные программы, позволяющие моделировать обтекание жидкостью или газом любых тел.

Московский изобретатель О.Г. Войцех обратился к старой идее решетчатого крыла, аналогичного птичьему. Оказалось, что при скоростях менее 150 км/ч аэродинамическое качество его на воздухе достигает 300! Продувки модели в аэродинамической трубе показали правильность выбранного пути. Если так, то ждите наступления эры крылатых судов! Тем же, кто не захочет сидеть сложа руки, для начала рекомендуем читать книги и статьи Ю.С. Крючкова, публиковавшиеся до 1991 года в известном ежеквартальном сборнике и журнале «Катера и яхты», и строить модели. Успехов вам!

А.ИЛЬИН

Рисунки автора

ФИЗИКА В ШКОЛЕ
Капли, которые гуляют сами по себе

Обычно жидкость под влиянием силы тяжести принимает форму того сосуда, в который она налита. В состоянии невесомости вода собирается в одну большую шарообразную каплю. Это было можно видеть в кинофильме космонавта Серебрякова «Физика в космосе», снятом на борту станции «Мир».

Действие силы тяжести мы не умеем устранять полностью, поэтому в земных условиях не сможем точно повторить космические опыты. Но порою действие силы тяжести на жидкость бывает не столь уж значительно, это дает возможность наблюдать поразительные явления.

Возьмите стакан и налейте его до краев. Сколько воды можно подлить в полный стакан? Чтобы ответить на этот странный вопрос, попробуйте добавлять воду пипеткой по капельке. Капля, две, три, десять, пятьдесят… Можно добавлять воду не по капельке, а целыми пипетками. Но и на эту процедуру вы потратите много времени, прежде чем вода начнет выливаться.

Присмотритесь, ее поверхность поднялась над краями стакана, и вода ведет себя так, будто ее удерживает эластичная пленка. Состоит она из молекул, между которыми активно действуют силы взаимного притяжения. С увеличением объема жидкости пленка «растягивается». Образуется «горка» воды (рис. 1).

Это явление называется поверхностным натяжением. Влияние поверхностной пленки особенно заметно, когда объем жидкости мал.

Капните на чистую стеклянную пластинку воду, масло и тушь. Они растекутся по стеклу лужицей. Это называется смачиванием. Объясняется оно тем, что молекулы жидкости притягиваются молекулами твердого тела сильнее, чем друг к другу.

Растопите на водяной бане немного парафина. Вылейте его на стекло ровным слоем и дайте застыть. (Парафин можно купить в аптеке или взять из обычной белой свечки. Цветной парафин, применяемый в декоративных свечах, для опытов не годится.)

Капните из пипетки на покрытую парафином пластину воду, масло или тушь. Масло по-прежнему растекается по поверхности. Капельки же воды и туши на поверхности воска станут похожи на «лепешечки». Немного наклоните подложку – капельки устойчиво держатся на ней.

Силы взаимодействия молекул жидкости между собой и с молекулами твердой поверхности примерно одинаковы. Про капли воды и туши мы говорим, что они частично смачивают поверхность воска.

Закоптите на свечке стеклянную пластину или кусочек жести. Капните на нее масло, воду и тушь. Масло смачивает сажу и растекается лужицей, а вот вода и тушь образуют шарообразные капельки. При этом чем они меньше, тем круглей. Наклоните подложку, и капли мгновенно скатятся. Листья некоторых растений, подобно закопченной поверхности, не смачиваются водой и на них становятся видны капельки росы.

Однако глаз здесь не все успевает заметить. Дополните его видеокамерой, произведите съемку крупным планом с увеличенной частотой кадров, а фильм просмотрите с обычной частотой. Вы увидите, что капли на саже подвижны, непрерывно колеблются, как бы «дышат». Они скатываются не как твердые шарики, а как слабо надутые резиновые мячи, проминающиеся в местах соприкосновения с поверхностью.

На пластинку, покрытую сажей, поместите капельку воды. Поднесите к ней наэлектризованную палочку. Капелька воды вытянется в сторону электрического поля. Она может перекатываться и даже подпрыгивать.

Опустите в воду пластину, покрытую сажей. Разверните ее под некоторым углом. На ваших глазах она из черной превратится в зеркально-серебристую. В чем тут дело?

Сажа не смачивается водой. При погружении пластины в воду между сажей и водой образуется слой воздуха, от которого отражается свет.

Таким свойством обладает не только сажа. Опустите в воду клубок шерсти. Он тоже станет серебристым. Кстати, в водоемах встречается паук-серебрянка. Он плетет под водой дом-купол и приносит в него с поверхности воздух на ворсинках своего тела. Погружаясь в воду, паук становится серебристым, как клубок шерсти в предыдущем опыте. А теперь несколько опытов с жидкостью, находящейся в условиях, близких к невесомости.

Бельгийский ученый Плато поставил следующий опыт. Он подобрал две несмешивающиеся жидкости одинаковой плотности: прованское (оливковое) масло и смесь воды и спирта.

Поскольку плотности жидкостей одинаковы, то вес капельки масла в смеси равен нулю. Капелька не тонет и не всплывает, находится в состоянии невесомости! При этом ее форма почти идеально сферическая!

Повторите опыт Плато в небольшой плоской кювете, заменив дорогое оливковое масло машинным. Налейте на дно кюветы немного спирта. Затем из пипетки или трубочки впрысните капельку масла. Плотность масла больше плотности спирта, поэтому она ляжет на дно. Аккуратно, маленькими порциями, доливайте воду, и капелька масла начнет всплывать.

Вы увидите два слоя жидкости: нижний – спиртовой раствор голубоватого оттенка, верхний – прозрачный слой воды. Между слоями большая капля машинного масла, сверху красная, внизу прозрачная. Большую каплю обычно сопровождают несколько маленьких (рис. 4).

Рис. 4

Понаблюдайте за образованием капли на кончике пипетки. Вначале образуется полусферическая оболочка. Она растет, как бы раздувается, стремясь принять некую удлиненную шарообразную форму. Вот появляется тонкая шейка, и капля отрывается (рис. 3).

На какой-то миг она превращается в шар. Этот шар начинает падать и очень быстро под действием сопротивления воздуха приобретает форму падающей капли. Между тем процесс на кончике пипетки на этом не завершается. Шейка, от которой уже отделилась первая капля, продолжает удлиняться и стремительно превращается в новую каплю, поменьше. Процесс протекает быстро. Всех деталей не углядеть. Обычно мы не успеваем заметить большую каплю. Конечно, можно замедлить картину, применив киносъемку. Но можно поступить проще (рис. 2).

Налейте в пробирку прозрачное растительное масло и начните капать в нее воду из пипетки. Капля должна пробивать поверхность масла и опускаться на дно. Если сразу это не получится, придется увеличить порцию воды. Из двух-трех капель, образовавшихся в воздухе, в масле формируется только одна. Под лупой можно увидеть, что она имеет почти идеальную сферическую форму. Опускается на дно медленно и равномерно и там долго сохраняет свою шарообразную форму.

Плотность масла близка к плотности воды. Сила Архимеда почти уравновесила силу тяжести, и получилось состояние, близкое к невесомости. Силы поверхностного натяжения стремятся придать жидкости форму с минимальной поверхностной энергией. Этому условию отвечает форма сферы.

Налейте в пробирку подсолнечное масло, а сверху – машинное. Должно получиться два слоя с четкой границей. Машинное масло недостаточно прозрачно, имеет красноватый цвет. Покрасьте воду тушью и понаблюдайте, как одна и та же капелька жидкости, проходя через различное масло, меняет свою форму. Плотность машинного масла меньше, чем подсолнечного, поэтому и выталкивающая сила меньше. Капельки в нем опускаются быстрее, с ускорением. Сила тяжести делает их форму чуть сплющенной по вертикали. Но, входя в нижний слой прозрачного масла, капелька вновь становится похожей на шар.

Тот же опыт можно сделать как бы наоборот, увидев при этом кое-что новое. Плотность масла меньше, чем плотность воды. Поэтому капля масла в воде падает… вверх. При помощи пипетки и трубочки для коктейля выпустите каплю масла на дно сосуда. Часто образуются сферические капельки разных размеров. Подсолнечное масло поднимается медленнее машинного. Вооружитесь лупой и внимательно проследите за поведением капелек у поверхности воды: капельки масла, словно резиновые мячики, с силой ударяются о поверхностную пленку воды, пружинят, отскакивают, снова возвращаются к поверхности, пока не успокаиваются у поверхности воды.

Опыт Плато и все последующие показали нам, что в условиях, когда сила тяжести хотя бы частично компенсируется силой Архимеда, жидкость под действием сил поверхностного натяжения стремится принять форму шара.

Не следует думать, что все наши опыты и размышления в области капель есть лишь гимнастика ума. В 40-х годах прошлого века советский ученый Я.И. Френкель уподобил атомное ядро капле сверхплотной, в миллиарды раз плотнее золота, жидкости. И на этой основе правильно рассчитал тонкости деления ядра урана…

Но есть у жидкости и еще одна не до конца изученная форма движения – вихревое кольцо.

Наполните банку водой доверху и капните тушью из пипетки. Капелька, падая в воду с высоты 3 см, примет вид колечка (рис. 5).

Через некоторое время кольцо разделится на ожерелье капель. Хоровод капелек медленно погрузится в воду, и начнется второй цикл распада. Каждая капелька превратится в новое колечко, которое, в свою очередь, даст новые капли и кольца. Процесс размножения идет лавинообразно, типичная цепная реакция. За каплями тянется шлейф, связывающий их воедино.

Удивительно, что из одной капли образовалось столько новых капелек. Так и в живой природе происходит деление клеток.

Если вы хотите подольше полюбоваться этим опытом, то замените чистую воду соленой, процесс будет идти настолько медленно, словно перед вами застывшая фотография.

В середине XIX века великий немецкий ученый Герман Гельмгольц создал элементарную теорию кольцевых вихрей и на ее основе построил теорию элементарных частиц. Реальные вихревые кольца оказались намного сложнее. Современной математике они еще не по зубам. Однако, как полагают сегодня отдельные ученые, именно на их основе можно построить полную теорию мироздания. От простого до великого – один шаг. Дерзайте!

Все описанные работы были выполнены учащимися восьмых классов из клуба «Маленькие находчивые». Автор выражает благодарность Институту новых технологий за предоставленную возможность съемки опытов и лично Кабакову Е.Г. за консультацию и помощь в работе.

Г. ТУРКИНА