Веселые научные опыты и эксперименты

Подводная лодка (субмарина) – это судно, способное передвигаться как на поверхности воды, так и в ее глубинах совершенно автономно. В отличие от батисфер и батискафов подводные лодки не могут погружаться на очень большие глубины (как правило, не более 350 м), но зато они способны совершать длительные переходы, не всплывая на поверхность. К тому же субмаринам, в отличие от батискафов, нет необходимости перед каждым погружением принимать дополнительный балласт и сбрасывать его при всплытии.

Все субмарины, не зависимо от того, где и когда они были созданы, устроены по одному принципу – это герметичный корпус, в котором размещены жилые отсеки, силовая установка, системы жизнеобеспечения и управления, отсеки специального назначения и балластные цистерны. Подводные лодки конструируются так, чтобы иметь незначительную положительную плавучесть, то есть чтобы архимедова сила удерживала лишь небольшую их часть в надводном положении. В надводном положении в цистернах находится воздух. При погружении под воду цистерны заполняются забортной водой. Для всплытия вода из цистерн выдувается сжатым воздухом.

Надеемся, вы знакомы с захватывающими приключениями героев романа французского писателя-фантаста Жюля Верна «20 000 лье под водой», в котором увлекательно описан подводный мир и невероятный подводный корабль «Наутилус».

Предлагаем вам построить собственное подводное судно (рис. 83). Возьмите пластиковую 1,5-литровую бутылку. Прорисуйте маркером две продольные линии на расстоянии 4 см друг от друга. Вдоль этих линий прорежьте отверстия через каждые 2 см. Эти дырочки послужат для крепления балласта и в качестве водозаборных клапанов (1). Тонкой проволокой или нитками прикрепите балласт (2). В качестве балласта можно использовать металлические гайки или несколько железных штырей. Также неплохо для балласта в прорезанные отверстия вкрутить болты, но в этом случае между обозначенными линиями необходимо провести еще одну линию и проделать в ней дополнительные водозаборные отверстия, так как через отверстия с болтами вода будет плохо входить и выходить.

Рис. 83

В пробку (3) вставьте иглу (4) с трубочкой (5) от капельницы. На противоположной от балластной стороне бутылки из пластилина укрепите ходовую рубку (6). Из трубочки для коктейлей прекрасно получится перископ (7). Итак, ваша субмарина готова к испытаниям.

Наполните ванну или другую подходящую по объему емкость водой. Положите на воду испытуемый объект. При правильной балластной балансировке подлодка будет занимать правильное положение, то есть рубка с перископом будет находиться вверху. Судно должно принять в себя некоторое количество воды через водозаборники и занять устойчивое положение.

Количество принятой воды вы сможете регулировать, перекрывая клапан (8). В зависимости от количества воды, принятой лодкой, будет зависеть глубина ее погружения. При постоянно открытом клапане она будет опускаться все глубже и глубже, пока полностью не ляжет на дно. Для всплытия вам нужно ртом или насосом вдувать воздух внутрь субмарины. Воздух будет выдавливать воду за борт, и лодка всплывет.

Конечно, это не полная аналогия настоящей подлодки, поскольку у модели нет двигающего винта и рулей глубины. Но если вы проявите фантазию и изобретательность, то вполне сможете доработать и усовершенствовать предложенный вариант подводного корабля.

Распространение звука в упругой среде

Звук – это упругие механические колебания, распространяющиеся в виде волн в какой-либо среде, воспринимаемые человеческим ухом (частоты от 16 до 20 000 Гц). Любые механические колебания могут распространятся только в упругих средах – в воздухе, воде, древесине, бетоне, металлах и т. п. Чем плотнее среда, тем лучше в ней распространяются механические волны. В древности, для того чтобы узнать о приближающейся вражеской кавалерии, стражники прикладывали ухо к земле. Земля намного плотнее воздуха, и топот копыт вражеских лошадей передавался по земле на многие десятки километров. Так дозорные заблаговременно узнавали о приближающейся опасности. Подобным же образом поступали грабители поездов на Диком Западе (США) – прикладывая ухо к рельсу, они узнавали о приближении поезда задолго до его появления.

Предлагаем вам убедиться в том, насколько эффективно распространяется звук в материалах плотнее воздуха. Возьмите обычные наручные механические часы и положите их на край стола (рис. 84). Обычно их тиканье можно услышать, только приложив часы к уху, а даже на маленьком расстоянии его уже не слышно. Приложите ухо к противоположному от часов краю стола – и вы четко услышите звук работы часового механизма. Воздух, конечно, достаточно упруг, но по сравнению с деревом его плотность очень мала, поэтому через древесину столешницы звуковые колебания распространяются гораздо эффективнее.

Еще одним примером этого явления может послужить сравнение шумового фона в деревянном, кирпичном и бетонном домах. Чем тверже и плотнее материал стен, тем хуже звукоизоляция помещений. Именно поэтому для борьбы с нежелательным шумом используют различные пористые материалы, которые препятствуют распространению звука и поглощают его.

Рис. 84

Занимательные факты

Болото – неньютоновская жидкость

Множество трагических историй и ужасных легенд связано с болотами! Человек или животное, плавая, свободно держатся на поверхности воды, но никакое умение, никакие действия не помогут им выбраться из трясины. Почему так коварно болото?

Для начала скажем несколько слов о том, какая жидкость является ньютоновской, а какая – неньютоновской. Ньютоновская жидкость (названа так в честь И. Ньютона) – это вязкая жидкость, подчиняющаяся в своем течении закону вязкого трения Ньютона. Для ньютоновской жидкости вязкость зависит от температуры и давления, а также от химического состава. Жидкость эта несжимаема! Например, вода – ньютоновская жидкость, ее свойства сохраняются вне зависимости от скорости перемешивания.

Неньютоновские жидкости – это жидкости сильно неоднородные, они состоят из крупных молекул, образующих сложные пространственные структуры.

Вязкость неньютоновских жидкостей изменяется в зависимости от скорости тока жидкости, к примеру перемешивание может оставлять «дыру» позади, которая со временем понемногу заполняется. Такое поведение вещества можно наблюдать, например, в пудингах, суспензии крахмала (1 часть воды + 1 часть крахмала), сыпучих песках, красках.

По некоторым признакам болото напоминает жидкость, по крайней мере, оно может течь и в нем можно утонуть. В то же время топь ведет себя, как твердое тело, – довольно тяжелые предметы, например камни, способны держаться на ее поверхности, несмотря на то что их плотность больше плотности вещества, составляющего болото. Кстати, его плотность заметно превышает плотность воды, а плотность человека и животных незначительно выше плотности воды, и поэтому если бы для болота выполнялся только закон Архимеда, то в нем невозможно было бы утонуть.

Все-таки болото можно считать жидкостью, но особой – вести себя как жидкость трясина начинает только тогда, когда нагрузки превышают некую предельную величину Т. Поэтому тяжелый камень не обязательно утонет в болоте, сначала он будет погружаться, но при этом будет возрастать выталкивающая сила и в какой-то момент может оказаться, что вес камня, скомпенсированный частично силой Архимеда, уже не создает нагрузки, бо́льшие Т, и возникает состояние недопогружения.