Как сделать картезианский водолаз
Как сделать картезианский водолаз
Самая высокая температура, когда-либо достигнутая людьми, была зафиксирована в Принстонском Университете в 1978 году. Во время физического эксперимента удалось достичь температуры в 70 миллионов градусов Цельсия.
Наши спонсоры
Прибор представлял из себя стеклянный цилиндр, наполненный водой, в которой вертикально плавала фигурка человечка. Фигурка находилась в верхней части сосуда. Когда нажимали на резиновую пленку, закрывавшую верх цилиндра, фигурка медленно опускалась вниз, на дно. Когда переставали нажимать, фигурка поднималась вверх.
Рене Декарт 1596-1650 (Renatus Cartesius) и его в одолаз
Вариантов этого опыта встречается достаточно много. Сейчас рассмотрим некоторые из них…
Вариант 1. Самый простой и наглядный (на наш взгляд)
Роль водолаза будет выполнять пипетка, а сосудом послужит обыкновенная пластиковая бутылка.
Инструкция:
Наполните бутылку водой, оставив два-три миллиметра до края горлышка.
Возьмите пипетку, наберите в нее немного воды и опустите в горлышко бутылки. Она должна своим верхним резиновым концом быть на уровне или чуть выше уровня воды в бутылке. При этом нужно добиться, чтобы от легкого толчка пальцем пипетка погружалась, а потом сама снова всплывала.
Объяснение:
Когда пипетка находится на дне бутылки, легко проследить, как от усиления нажима на бутылку вода входит в пипетку, а при ослаблении нажима выходит из нее.
Как мы сделали этот вариант опыта, можете посмотреть в видеоролике:
P .S. Если в начале опыта «водолаз» Вас не слушается, значит, надо отрегулировать начальное количество воды в пипетке (добавить) или прикрепить немного груза к пипетке (в нашем опыте мы добавили маленький металлический грузик внутрь пипетки, но можно и прикрепить немного пластилина снаружи).
Вариант 2. Со стеклянной бутылкой
Описание такое же, как и в варианте № 1. Различие только в том, что для изменения давления внутри бутылки, мы давим не на боковые стенки бутылки (стеклянную бутылку мы так просто не сожмем), а на верхний слой воздуха, который находится над водой. Для этого горлышко бутылки затяните плотной и прочной пленкой (от надувного шарика, например).
При нажатии на резиновую пленку, пипетка пойдет на дно бутылки. Ослабьте давление пальца – она снова всплывет. В данном варианте опыта мы немного сжали воздух в горлышке бутылки, и это давление передалось воде. А дальше вы уже знаете.
Вариант 3. Старинный. Спички-водолазы
Этот опыт можно показать так, как его показывали наши дедушки и бабушки (в Вашем случае скорее прабабушки и прадедушки). В обычную стеклянную бутылку наливаем воду доверху и опускаем на воду несколько спичечных головок, обломанных почти у края головки, слегка варьируя длину обломка. Затыкаем горлышко бутылки плотно пальцем и нажимаем на воду (спичкам иногда лучше дать слегка поплавать, но не обязательно). И спичка, как водолаз, идет ко дну. Нажмем сильнее – за ней следует другая и т.д. Вероятно, этот вариант имеет больше «фокусности», да и показать его в быту просто.
Вариант 4. Надувательный. Насос или легкие.
Вместо того чтобы сжимать бутылку или нажимать на мембрану сверху можно просто сильно подуть в горлышко бутылки и водолаз также потонет. В этом варианте мы передаем давление воде воздухом, который мы вдуваем. Можно смастерить устройство со шприцом или насосом, герметично присоединив их к пробке бутылки. При нажатии на поршень шприца – поплавок тонет, а при оттягивании поршня – всплывает.
или 
Картезианский водолаз
Дубликаты не найдены
Споры о науке
119 постов 1K подписчик
Правила сообщества
Уважайте оппонентов и аргументируйте свои доводы. Ссылки на соответствующую литературу приветствуются.
а я в школьные годы использовал обычную ручку
объем воздуха подбирался так чтобы при нормальном давлении медленно всплывала
Снег и огонь
Первый профессиональный популяризатор науки
Продолжаю серию постов по истории популяризации науки. В этот раз речь пойдет про Англию. 1650-х годах там (в Оксфорде) сформировался кружок из полутора десятка относительно молодых и образованных людей, который они сами называли просто The Company или «невидимый колледж».
Во главе с Джоном Уилкинсом они проводили различные эксперименты. Сначала воспроизводили опыты Галилея и Торричелли, потом стали придумывать свои. Эта деятельность оживилась в 1653 году, когда в Оксфорд из Лондона приехал физик, химик и богослов в одном флаконе, граф Коркский, более известный в истории науки как Роберт Бойль. Вскоре у Бойля появился молодой лаборант из студентов Оксфорда – Роберт Гук. Он то и будет главным героем сегодняшнего поста.
Участники «колледжа» развлекались от души – ставили различные опыты с воздушным насосом, наблюдали Луну в восьмидесятифутовый телескоп, вводили различные инъекции в кровь животным и проектировали корабли для подводного плавания. И через какое-то время решили, что им пора расширять аудиторию, с целью показать, что в науку могут не только итальянцы, но и англичане. А чтобы сразу поставить дело на надежную базу – решили заручиться поддержкой короля. Взошедший на престол по итогам гражданской войны Карл II считал, что наука вещь для государства полезная и даже проводил какие-то химические опыты во дворце (короли могут развлекаться по-разному). Так что идею оксфордцев (большей частью уже перебравшихся в Лондон, где стало безопасно) он поддержал и на свет родилось Лондонское королевское общество.
Роберт Гук не вошел официально в число его основателей (поскольку был всего лишь лаборантом у Бойла), но его роль была тоже очень важной. Гук, в отличие от «отцов-основателей» (в большинстве своем – университетских преподавателей) был не только простым лаборантом, но и незнатного происхождения. Проще говоря, довольно беден. Поэтому было решено, что в обмен на некоторое жалование из бюджета Общества, он возьмет на себя подготовку экспериментальной работы и проведение еженедельных открытых семинаров с демонстрацией научных достижений. Поэтому его можно считать одним из первых профессиональных популяризаторов науки.
Собственно, на этой стороне его деятельности я бы и хотел сосредоточиться больше всего. Хотя Гук, несомненно, прежде всего был талантливым ученым, его называют одним из «отцов экспериментальной физики». Да и коллеги Гука уважали и уже через год работы избрали полноценным членом Королевского общества.
Что касается семинаров, перед Гуком была поставлена двойная задача. Во-первых, развивать экспериментальные исследования природы, а во-вторых, демонстрация возможностей науки далеким от науки людям. В состав общества входили многие аристократы, и чтобы они платили членские взносы (а общество на них жило), нужно чтобы им было интересно. Поэтому к каждому семинару (а они проводились еженедельно) Гук готовит эксперименты и «вопросник» – список вопросов, на которые нужно отвечать, чтобы всесторонне исследовать данное явление.
Для такой работы Гуку пришлось самому изготовить немало приборов, а некоторые и вовсе разработать с нуля. В результате, вклад Гука-изобретателя в копилку человеческого знания впечатляющ.
Вот лишь некоторые примеры. Исследуя законы механики, он придумал механизмы воспроизведения нужного ему движения или для преобразования одного типа движения в другой. И в результате изобрел карданный шарнир, который мог передавать вращательное движение между двумя осями, расположенными под небольшим углом друг к другу. Этот шарнир широко применяется до сих пор.
Небольшое уточнение. Википедия и ряд других источников указывают, что карданный шарнир изобрел итальянец Кардано, в честь которого он и назван. Да и сделал это на несколько десятилетий раньше Гука. Но тут есть, как говорится, нюанс. Интернета в ту пору не было. Энциклопедий и справочников тоже не было. И массовой механизации тоже не было. Поэтому периодически случались истории, когда в разное время в разных местах разные люди изобретали один и тот же «велосипед». С карданным шарниром так и вышло: это мы сейчас знаем про Кардано, соответственно и называем его карданом. Гук же о нем ничего не знал (механизмы Кардано были в единичных экземплярах и не в Англии), изобретал его сам и называл по-другому. Поэтому неверным было бы написать «Гук первым изобрел. ». Но он его именно изобрел, а не скопировал.
Другая его работа касалась усовершенствования зубчатой передачи: его идея заключалась в том, что между зубцами колес не должно происходить удара, а это возможно, если зубцы колес находятся в постоянном контакте друг с другом, а точка их контакта лежит на прямой, соединяющей центры колес.
Еще один пример. Область научных интересов Гука была очень широка и однажды он заинтересовался микрографией – изучением объектов, которые обычным глазом толком и не разглядеть. Дальнейшая история – это типичный Гук. Сначала он сам сделал микроскоп (Алиэкспресс еще не было) Потом провел полсотни исследований, рассматривая все, что оказывалось под рукой и подходило по размерам. Но как было продемонстрировать их результаты другим? И Гук стал перерисовывать то, что увидел. А рисовал он очень хорошо. На фото, которое я прикрепил справа фото блохи, сделанное в наше время, слева – рисунок Гука.
Когда он показывал этот рисунок на своих семинарах, дамы падали в обморок (видимо, представив, что по их одежде периодически прыгает ЭТО). Чтобы рисунки быстро не истрепались, Гук стал делать на их основе детальные гравюры. Опять сам, своими руками. А когда рисунков набралось много – издал книгу «Микрография» со своими иллюстрациями. Благодаря им, научный трактат стал популярен среди людей, от науки вроде бы далеких. Так получилась еще одна известная научно-популярная книга. Но известная, увы, не у нас – ее до сих пор так и не перевели на русский язык.
Перечислять работы Гука можно еще долго. Но есть один важный нюанс. Он постоянно не завершал свои исследования, когда из-за нехватки денег, когда из-за дефицита времени (надо было готовить следующий семинар). Эту работу проделывали другие, тот же Бойль, они же получали всю славу. Что доводило Гука до белого каления, он ввязывался в споры о приоритете, но они редко заканчивались для него успешно, ведь формально его работу завершали другие (пусть часто им была проделана основная ее часть), либо, проделав схожие исследования позже, документировали свои результаты, чем Гук тоже не всегда заморачивался.
Ситуацию усугубляло то, что Гук был, говоря современным языком, интровертом и человеком вспыльчивым. А еще – горбуном со слабым здоровьем, что вкупе с загрузкой тоже порой служило причиной бросить исследования, не доведя их до конца. В общем, так он и вошел в историю как автор закона упругости и изобретатель ряда механизмов. Хотя его вклад в науку намного больше. А сколько людей (и весьма влиятельных в Англии людей) поменяло свое отношение к науке благодаря его еженедельным семинарам и подсчитать невозможно.
Картезианский водолаз
Многие приборы и приспособления для наочной демонстрации тех или иных физических явлений и законов носят названия географических мест, где они были разработаны или где использовались. Сегодня мы Вам хотим представить один из таких приборов. Это картезианский водолаз – прибор для исследования условий плавания тел и демонстрации закона Архимеда.
Как же можно изготовить картезианский водолаз? За основу нужно взять цилиндрическую тонкостенную пробирку или похожий сосуд. Потом налить около трети объема воды и поместить плавать в банку с водой. Далее наполним нашего водолаза водой с помощью пипетки до уровня, когда он плавает, выступая над поверхностью воды в банке на высоту 1–1,5 мм. Теперь картезианский водолаз готов к погружению. А плавать водолаз будет в высоком прозрачном сосуде, например, мензурке. Причем надо учесть, что сосуд нужно будет закрывать сверху тонкой резиновой пленкой или пробкой.
А как же, наполненный водой, картезианский водолаз перенести из банки в мензурку? Это не так просто с первого раза, но после определенной тренировки получится. Итак, пробирку-водолаза вынимают из банки, закрыв сверху плотно пальцем, потом переворачивают, опускают в мензурку с водой и под водой убирают палец. Все, водолаз может плыть – при успешном погружении пробирка плавает в воде практически полностью погруженной в нее.
Чтобы погрузить картезианский водолаз, нужно закрыть мензурку тонкой резиной, например от хозяйских или медицинских перчаток. А лучше закрыть сосуд резиновой пробкой со стеклянной трубкой, на которую одеть резиновую трубку длиной около 10 см. Свободный конец резиновой трубки также закрыть пробкой.
Демонстрировать условия плавания тел можно следующим образом. Нажимая на резиновую крышку или сжимая с помощью пальцев резиновую трубку, будем наблюдать погружение или всплытие нашего водолаза. Можно подбирать такие условия, когда картезианский водолаз будет внизу сосуда, вверху или посредине.
Как можно объяснить наблюдаемое с точки зрения физики? Сжимая резиновую трубочку или нажимая на резиновую перегородку, мы увеличиваем давление внутри прибора и в пробирку-водолаза входит немного воды (кстати, это можно также увидеть – следует лишь как-то, например, с помощью нитки или резинки, указать начальное положение воды в пробирке). Вес пробирки становится больше от выталкивающей силы и пробирка тонет. При отпускании резиновой трубки или перегородки сжатый в пробирке-водолазе воздух выдавливает лишнюю воду, пробирка становится легче и всплывает.
Поведение картезианского водолаза очень хорошо демонстрирует принципы погружения подводных лодок. В корпусе судна имеются цистерны, в которые для погружения лодки набирают забортную воду. Когда же нужно всплывать, то сжатым воздухом эту воду выдавливают за пределы лодки.
Сразу хотим сказать, что здесь описана только общая схема такого интересного физического эксперимента-демонстрации, как картезианский водолаз. Конечно, кто-то пробирку разрисует разными цветами или нарисует на ней водолаза, например, с помощью лака для ногтей. А кто-то приклеит фигурку сверху. При неимении пробирки можно поэкспериментировать с глазной пипеткой. Так или иначе, здесь нет ограничения фантазии и Ваш картезианский водолаз может быть оригинальным и неповторимым. Как и путь в невероятно интересный мир науки.
Картезианский водолаз
Дубликаты не найдены
Споры о науке
119 постов 1K подписчик
Правила сообщества
Уважайте оппонентов и аргументируйте свои доводы. Ссылки на соответствующую литературу приветствуются.
я первый раз увидел этот опыт с пивной стеклянной бутылкой и кусочком спички.
давишь сверху на горлышке пальцем на воду, спичка катается
Снег и огонь
Первый профессиональный популяризатор науки
Продолжаю серию постов по истории популяризации науки. В этот раз речь пойдет про Англию. 1650-х годах там (в Оксфорде) сформировался кружок из полутора десятка относительно молодых и образованных людей, который они сами называли просто The Company или «невидимый колледж».
Во главе с Джоном Уилкинсом они проводили различные эксперименты. Сначала воспроизводили опыты Галилея и Торричелли, потом стали придумывать свои. Эта деятельность оживилась в 1653 году, когда в Оксфорд из Лондона приехал физик, химик и богослов в одном флаконе, граф Коркский, более известный в истории науки как Роберт Бойль. Вскоре у Бойля появился молодой лаборант из студентов Оксфорда – Роберт Гук. Он то и будет главным героем сегодняшнего поста.
Участники «колледжа» развлекались от души – ставили различные опыты с воздушным насосом, наблюдали Луну в восьмидесятифутовый телескоп, вводили различные инъекции в кровь животным и проектировали корабли для подводного плавания. И через какое-то время решили, что им пора расширять аудиторию, с целью показать, что в науку могут не только итальянцы, но и англичане. А чтобы сразу поставить дело на надежную базу – решили заручиться поддержкой короля. Взошедший на престол по итогам гражданской войны Карл II считал, что наука вещь для государства полезная и даже проводил какие-то химические опыты во дворце (короли могут развлекаться по-разному). Так что идею оксфордцев (большей частью уже перебравшихся в Лондон, где стало безопасно) он поддержал и на свет родилось Лондонское королевское общество.
Роберт Гук не вошел официально в число его основателей (поскольку был всего лишь лаборантом у Бойла), но его роль была тоже очень важной. Гук, в отличие от «отцов-основателей» (в большинстве своем – университетских преподавателей) был не только простым лаборантом, но и незнатного происхождения. Проще говоря, довольно беден. Поэтому было решено, что в обмен на некоторое жалование из бюджета Общества, он возьмет на себя подготовку экспериментальной работы и проведение еженедельных открытых семинаров с демонстрацией научных достижений. Поэтому его можно считать одним из первых профессиональных популяризаторов науки.
Собственно, на этой стороне его деятельности я бы и хотел сосредоточиться больше всего. Хотя Гук, несомненно, прежде всего был талантливым ученым, его называют одним из «отцов экспериментальной физики». Да и коллеги Гука уважали и уже через год работы избрали полноценным членом Королевского общества.
Что касается семинаров, перед Гуком была поставлена двойная задача. Во-первых, развивать экспериментальные исследования природы, а во-вторых, демонстрация возможностей науки далеким от науки людям. В состав общества входили многие аристократы, и чтобы они платили членские взносы (а общество на них жило), нужно чтобы им было интересно. Поэтому к каждому семинару (а они проводились еженедельно) Гук готовит эксперименты и «вопросник» – список вопросов, на которые нужно отвечать, чтобы всесторонне исследовать данное явление.
Для такой работы Гуку пришлось самому изготовить немало приборов, а некоторые и вовсе разработать с нуля. В результате, вклад Гука-изобретателя в копилку человеческого знания впечатляющ.
Вот лишь некоторые примеры. Исследуя законы механики, он придумал механизмы воспроизведения нужного ему движения или для преобразования одного типа движения в другой. И в результате изобрел карданный шарнир, который мог передавать вращательное движение между двумя осями, расположенными под небольшим углом друг к другу. Этот шарнир широко применяется до сих пор.
Небольшое уточнение. Википедия и ряд других источников указывают, что карданный шарнир изобрел итальянец Кардано, в честь которого он и назван. Да и сделал это на несколько десятилетий раньше Гука. Но тут есть, как говорится, нюанс. Интернета в ту пору не было. Энциклопедий и справочников тоже не было. И массовой механизации тоже не было. Поэтому периодически случались истории, когда в разное время в разных местах разные люди изобретали один и тот же «велосипед». С карданным шарниром так и вышло: это мы сейчас знаем про Кардано, соответственно и называем его карданом. Гук же о нем ничего не знал (механизмы Кардано были в единичных экземплярах и не в Англии), изобретал его сам и называл по-другому. Поэтому неверным было бы написать «Гук первым изобрел. ». Но он его именно изобрел, а не скопировал.
Другая его работа касалась усовершенствования зубчатой передачи: его идея заключалась в том, что между зубцами колес не должно происходить удара, а это возможно, если зубцы колес находятся в постоянном контакте друг с другом, а точка их контакта лежит на прямой, соединяющей центры колес.
Еще один пример. Область научных интересов Гука была очень широка и однажды он заинтересовался микрографией – изучением объектов, которые обычным глазом толком и не разглядеть. Дальнейшая история – это типичный Гук. Сначала он сам сделал микроскоп (Алиэкспресс еще не было) Потом провел полсотни исследований, рассматривая все, что оказывалось под рукой и подходило по размерам. Но как было продемонстрировать их результаты другим? И Гук стал перерисовывать то, что увидел. А рисовал он очень хорошо. На фото, которое я прикрепил справа фото блохи, сделанное в наше время, слева – рисунок Гука.
Когда он показывал этот рисунок на своих семинарах, дамы падали в обморок (видимо, представив, что по их одежде периодически прыгает ЭТО). Чтобы рисунки быстро не истрепались, Гук стал делать на их основе детальные гравюры. Опять сам, своими руками. А когда рисунков набралось много – издал книгу «Микрография» со своими иллюстрациями. Благодаря им, научный трактат стал популярен среди людей, от науки вроде бы далеких. Так получилась еще одна известная научно-популярная книга. Но известная, увы, не у нас – ее до сих пор так и не перевели на русский язык.
Перечислять работы Гука можно еще долго. Но есть один важный нюанс. Он постоянно не завершал свои исследования, когда из-за нехватки денег, когда из-за дефицита времени (надо было готовить следующий семинар). Эту работу проделывали другие, тот же Бойль, они же получали всю славу. Что доводило Гука до белого каления, он ввязывался в споры о приоритете, но они редко заканчивались для него успешно, ведь формально его работу завершали другие (пусть часто им была проделана основная ее часть), либо, проделав схожие исследования позже, документировали свои результаты, чем Гук тоже не всегда заморачивался.
Ситуацию усугубляло то, что Гук был, говоря современным языком, интровертом и человеком вспыльчивым. А еще – горбуном со слабым здоровьем, что вкупе с загрузкой тоже порой служило причиной бросить исследования, не доведя их до конца. В общем, так он и вошел в историю как автор закона упругости и изобретатель ряда механизмов. Хотя его вклад в науку намного больше. А сколько людей (и весьма влиятельных в Англии людей) поменяло свое отношение к науке благодаря его еженедельным семинарам и подсчитать невозможно.