Магдебурзькі півкулі розтягували 8 коней. Магдебурзькі півкулі

- (Від імені міста Магдебурга). Дві мідні півкулі, порожні всередині, служать для доказу атмосферного тиску в усіх напрямках. Словник іноземних слів, що увійшли до складу російської мови Чудінов А.Н., 1910. МАГДЕБУРГСЬКІ ПІВКУЛІЇ від… … Словник іноземних слів російської мови

Великий Енциклопедичний словник

Дві щільно притиснуті одна до одної металеві напівсфери, які важко роз'єднати, якщо з простору між ними відкачано повітря. Магдебурзькі півкулі зроблені в Магдебург (звідси назва) в 1654 О. Геріке, який за їх допомоги ... Енциклопедичний словник

магдебурзькі півкулі- Magdeburgo pusrutuliai statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Magdeburg hemispheres vok. magdeburgische Halbkugeln, f; magdeburgsche Halbkugeln, f rus. магдебурзькі півкулі n Pranc. hémisphères de Magdebourg, f … Fizikos terminų žodynas

- (Фіз.). Отто фон Геріке, М. бургомістр, дипломат і фізик, перший шукав кошти довести шляхом досвіду існування порожнього простору [Геріке не досяг цього, але за його життя Торрічеллі показав існування порожнечі (Торрічеллієва порожнеча).

Дві щільно притиснуті один до одного металлич. півсфери, які важко роз'єднати, якщо з простору між ними відкачано повітря. М. п. зроблені в м. Магдебург (звідси назв.) в 1654 О. Геріке, який за їх допомоги наочно продемонстрував ... ... Природознавство. Енциклопедичний словник

ПІВКУЛЯ, півкулі, порівн. (Книжковий.). 1. Половина геометричної кулі, одержувана за допомогою розподілу його площиною, що проходить через центр (мат.). || Предмет, що має таку форму. Півкулі головного мозку (дві частини великого мозкулюдину і… … Тлумачний словникУшакова

Енциклопедичний словник Ф.А. Брокгауза та І.А. Єфрона

- (Pumpen, pompes, pumps) назва більшої частини різноманітних машин для підняття води в трубах, а також для розрідження та згущення газів. Щоб привести в рух крапельну або пружну рідину в незамкненій трубі від одного її поперечного перерізу… … Енциклопедичний словник Ф.А. Брокгауза та І.А. Єфрона

У статті простежується розвиток хімії від її витоків, з тих часів, коли людина вчилася добувати і підтримувати вогонь і виплавляти з його допомогою метали з руд, далі через епоху античності та Середні віки до нашого часу періоду. Енциклопедія Кольєра

Малюнок 58. Влаштування судини Маріотта. З отвору вода тече рівномірно.
Чому це відбувається? Простежте подумки за тим, що відбувається у посудині при відкритті крана С (рис. 58). Насамперед виливається вода зі скляної трубки; рівень рідини всередині неї опускається остаточно трубки. При подальшому витіканні опускається рівень води в посудині і через скляну трубку входить зовнішнє повітря; він просочується бульбашками через воду і збирається над нею у верхній частині судини. Тепер на всьому рівні тиск дорівнює атмосферному. Значить, вода з крана С витікає лише під тиском шару води ВС, тому що тиск атмосфери зсередини та зовні судини врівноважується. Оскільки товщина шару ВС залишається постійної, те й не дивно, що струмінь весь час тече з однаковою швидкістю.
Спробуйте ж тепер відповісти на запитання: як швидко витікатиме вода, якщо вийняти пробічку на рівні кінця трубки?
Виявляється, що вона зовсім не витікатиме (зрозуміло, якщо отвір настільки мало, що шириною його можна знехтувати; інакше вода витікатиме під тиском тонкого шару води, товщиною в ширину отвору). Насправді, тут зсередини і зовні тиск рівний атмосферному, і ніщо не спонукає воду витікати.
А якби ви вийняли пробку А вище нижнього кінця трубки, то не тільки вода не витікала б з судини, але в неї ще входило б зовнішнє повітря. Чому? За дуже простою причиною: усередині цієї частини судини тиск повітря менший, ніж атмосферний тискзовні.
Ця посудина з такими надзвичайними властивостями була придумана знаменитим фізиком Маріоттом і названа на ім'я вченого «судиною Маріотта».

Поклажа з повітря
У середині XVIIстоліття жителі міста Рогенсбурга і володарі князі Німеччини, що з'їхалися туди, на чолі з імператором були свідками разючого видовища: 16 коней щосили намагалися розняти дві додані один до одного мідні півкулі. Що пов'язувало їх? «Ніщо», – повітря. Проте вісім коней, що тягли в один бік, і вісім, що тягли в інший, виявилися не в змозі їх роз'єднати. Так бургомістр Отто фон Геріке на власні очі показав усім, що повітря - зовсім не "ніщо", що він має вагу і тисне зі значною силою на всі земні предмети.
Досвід цей був зроблений 8 травня 1654 при дуже урочистій обстановці. Вчений бургомістр зумів усіх зацікавити своїми науковими дослідженняминезважаючи на те, що справа відбувалася в розпал політичних негараздів та спустошливих війн.
Опис знаменитого досвіду з «магдебурзькими півкулями» є у підручниках фізики. Все ж таки, я впевнений, читач з цікавістю вислухає цю розповідь з вуст самого Геріке, того «німецького Галілея», як іноді називають чудового фізика. Об'ємна книга з описом довгого ряду його дослідів вийшла на латинською мовоюв Амстердамі в 1672 р. і, подібно до всіх книг цієї епохи, носила розлогу назву. Ось воно:
ОТТО фон ГЕРІКЕ
Так звані нові магдебурзькі досліди
над БЕЗПОВІТРЯНИМ ПРОСТОРОМ,
спочатку описані професором математики
у Вюрцбурзькому університеті Каспаром Шоттом.
Видання самого автора,
більш ґрунтовне та поповнене різними
новими дослідами.
Досвіду, що цікавить нас, присвячена глава XXIII цієї книги. Наводимо дослівний її переклад.
«Досвід, що доводить, що тиск повітря з'єднує дві півкулі так міцно, що їх не можна розняти зусиллями 16 коней.
Я замовив дві мідні півкулі діаметром у три чверті магдебурзьких ліктів. Але насправді діаметр їх укладав всього 67/100, оскільки майстри, зазвичай, було неможливо виготовити точно те, що потрібно. Обидві півкулі цілком відповідали одна одній. До однієї півкулі приробили кран; за допомогою цього крана можна видалити повітря зсередини та перешкоджати проникненню повітря зовні. Крім того, до півкуль прикріплені були 4 кільця, через які протягувалися канати, прив'язані до упряжі коней. Я звелів також пошити шкіряне кільце; воно насичене було сумішшю воску в скипидарі; затиснуте між півкулями, воно не пропускало в них повітря. У кран була вставлена ​​трубка повітряного насоса, і було видалено повітря всередині кулі. Тоді виявилося, з якою силою обидві півкулі притискалися один до одного через шкіряне кільце. Тиск зовнішнього повітря притискало їх так міцно, що 16 коней (ривком) зовсім не могли їх розняти або досягали цього лише важко. Коли ж півкулі, поступаючись напрузі всієї сили коней, роз'єднувалися, то лунав гуркіт, як від пострілу.
Але варто було поворотом крана відкрити вільний доступповітрі - і півкулі легко було розняти руками».
Нескладне обчислення може пояснити нам чому потрібна така значна сила (8 коней з кожного боку), щоб роз'єднати частини порожньої кулі. Повітря тисне з силою близько 1 кг на кожний кв. площа кола діаметром 0,67 ліктя (37 см) дорівнює 1060 см2. Отже, тиск атмосфери на кожну півкулю має перевищувати 1000 кг (1 тонну). Кожна вісімка коней мала, отже, тягнути з силою тонни, щоб протидіяти тиску зовнішнього повітря.
Здавалося б, для восьми коней (з кожного боку) це дуже великий вантаж. Не забувайте, однак, що, рухаючи, наприклад, поклажу в 1 тонну, коні долають силу не в 1 тонну, а набагато меншу, саме - тертя коліс про осі та бруківку. А ця сила складає - на шосе, наприклад, - всього п'ять відсотків, тобто при однотонному вантажі - 50 кг. (Не говоримо вже про те, що при з'єднанні зусиль восьми коней втрачається, як показує практика, 50% тяги.) Отже, тяга в 1 тонну відповідає при восьми конях навантаженні воза в 20 тонн. Ось яка та повітряна поклажа, везти яку мали коні магдебурзького бургомістра! Вони ніби мали зрушити з місця невеликий паровоз, не поставлений до того ж на рейки.
Виміряно, що сильний ломовий кінь тягне віз із зусиллям всього 80 кг. Отже, для розриву магдебурзьких півкуль знадобилося при рівномірної тязі 1000/80 = по 13 коней з кожного боку .
Читач буде, мабуть, здивований, дізнавшись, що деякі зчленування нашого скелета не розпадаються з тієї ж причини, що й магдебурзькі півкулі. Наше кульшове зчленування є саме такими магдебурзькими півкулями. Можна оголити це зчленування від м'язових і хрящових зв'язків, проте стегно не випадає: його притискає атмосферний тиск, оскільки в міжсуглобовому просторі повітря немає.
Нові геронові фонтани
Звичайна форма фонтану, що приписується стародавньому механіку Герону, мабуть, відома моїм читачам. Нагадаю тут його пристрій, перш ніж перейти до опису новітніх змін цього цікавого приладу. Героновий фонтан (рис. 60) складається з трьох судин: верхнього відкритого а і двох кулястих b і с, герметично замкнутих. Судини з'єднані трьома трубками, розташування яких показано малюнку. Коли а є трохи води, куля b наповнена водою, а куля з - повітрям, фонтан починає діяти: вода переливається по трубці з а в с. витісняючи звідти повітря у кулю b; під тиском повітря, що надходить, вода з b прямує по трубці вгору і б'є фонтаном над судиною а. Коли ж шар b спорожниться, фонтан перестає бити.

Малюнок 59. Кістки наших кульшових зчленувань не розпадаються завдяки атмосферному тиску, подібно до того, як стримуються магдебурзькі півкулі.

Малюнок 60. Урожай геронів фонтан.

Малюнок 61. Сучасна видозміна геронового фонтану. Вгорі - варіант влаштування тарілки.
Такою є старовинна форма геронового фонтану. Вже в наш час один шкільний вчительв Італії, що спонукається до винахідливості мізерною обстановкою свого фізичного кабінету, спростив пристрій геронова фонтану і придумав такі видозміни його, які кожен може влаштувати за допомогою найпростіших засобів (рис. 61). Замість куль він ужив аптечні склянки; замість скляних чи металевих трубок взяв гумові. Верхню посудину не треба продірявлювати: можна просто ввести в неї кінці трубок, як показано на рис. 61 зверху.
У такому видозміні прилад набагато зручніше до вживання: коли вся вода з банки b переллється через посудину в банку, можна просто переставити банки b і с, і фонтан знову діє; не треба забувати, зрозуміло, пересадити також наконечник на іншу трубку.
Інша зручність видозміненого фонтану полягає в тому, що він дає можливість довільно змінювати розташування судин та вивчати, як впливає відстань рівнів судин на висоту струменя.
Якщо бажаєте багато разів збільшити висоту струменя, ви можете досягти цього, замінивши в нижніх склянках описаного приладу воду ртуттю, а повітря - водою (рис. 62). Дія приладу зрозуміло: ртуть, переливаючись з банки з банку b, витісняє з неї воду, змушуючи її бити фонтаном. Знаючи, що ртуть у 13,5 рази важча за воду, ми можемо обчислити, на яку висоту повинен підніматися при цьому струмінь фонтану. Позначимо різницю рівнів через h1, h2, h3. Тепер розберемося, під дією яких сил ртуть із судини (рис. 62) перетікає в b. Ртуть у сполучній трубці схильна до тиску з двох сторін. Праворуч на неї діє тиск різниці h2 ртутних стовпів (який рівносильний тиску в 13,5 рази вищого водяного стовпа, 13,5 h2) плюс тиск водяного стовпа h1. Зліва напирає водяний стовп h3. У результаті ртуть захоплюється силою
13,5 h2 + h1 - h3.
Але h3 – h1 = h2; тому замінюємо h1 - h3 на мінус h2 і отримуємо:
13,5 h2 - h2 тобто 12,5 h2.
Отже, ртуть надходить у посудину під тиском ваги водяного стовпа висотою 12,5 h2. Теоретично фонтан повинен бити на висоту, рівну різниціртутних рівнів у склянках, помноженій на 12,5. Тертя дещо знижує цю теоретичну висоту.
Проте описаний прилад дає зручну можливість отримати струмінь, що б'є високо вгору. Щоб змусити, наприклад, фонтан бити на висоту 10 м, достатньо підняти одну банку над іншою приблизно на один метр. Цікаво, що, як видно з нашого розрахунку, піднесення тарілки над склянками з ртуттю анітрохи не впливає на висоту струменя.

Малюнок 62. Фонтан, що діє тиском ртути. Струменя б'є разів у десять вище різниці рівнів ртуті.

Оманливі судини
За старих часів - у XVII і XVIII століттях- вельможі бавилися наступною повчальною іграшкою: виготовляли кухоль (або глечик), у верхній частині якого були великі візерунчасті вирізи (рис. 63). Такий кухоль, налитий вином, пропонували незнатному гостеві, з якого можна було безкарно посміятися. Як пити із неї? Нахилити - не можна: вино ллється з безлічі наскрізних отворів, а до рота не досягне ні краплі. Станеться, як у казці:

Малюнок 63. Оманний глечик кінця XVIIIстоліття та секрет його устрою.
Мед, пиво пив,
Та вуса лише обмочив.
Але хто знав секрет пристрою подібних кухлів - секрет, який показаний на рис. 63 справа, - той затикав пальцем отвір В, брав у рот носик і втягував у себе рідину, не нахиляючи судини: вино піднімалося через отвір Е по каналу всередині ручки, далі за його продовженням верхнього краюкружки і досягало носика.
Нещодавно ще подібні гурткивиготовлялися нашими гончарями. Мені довелося в одному будинку бачити зразок їхньої роботи, що досить майстерно приховує секрет пристрою судини; на гуртку був напис: «Пий, але не облійся».

Скільки важить вода в перекинутій склянці?
- Нічого, звісно, ​​не важить: у такій склянці вода не тримається, виливається, - скажете ви.
- А як не виливається? - Запитаю я. - Що тоді?
Насправді, можливо ж утримати воду в перекинутій склянці так, щоб вона не виливалася. Цей випадок зображено на рис. 64. Перекинутий скляний келих, підв'язаний за денце до однієї чашки терезів, наповнений водою, яка не виливається, оскільки краї келиха занурені в посудину з водою. На іншу чашку терезів покладено такий самий порожній келих.
Яка чашка терезів перетягне?

Малюнок 64. Яка чашка перетягне?
Перетягне та, до якої прив'язаний перекинутий келих із водою. Цей келих відчуває зверху повний атмосферний тиск, знизу - атмосферний тиск, ослаблений вагою води, що міститься в келиху. Для рівноваги чашок потрібно було б наповнити водою келих, поміщений в іншу чашку.
При зазначених умовОтже, вода в перекинутій склянці важить стільки ж, скільки і в поставленому на дно.

Чому притягуються кораблі?
Восени 1912 р. з океанським пароплавом «Олімпік» - тоді одним із найбільших у світі суден - стався наступний випадок. "Олімпік" плив у відкритому морі, а майже паралельно йому, на відстані сотні метрів, проходив з великою швидкістюінший корабель, набагато менший, броненосний крейсер Гаук. Коли обидва судна зайняли положення, зображене на рис. 65, сталося щось несподіване: менше судно стрімко згорнуло з дороги, наче підкоряючись якійсь невидимій силі, повернулося носом до великого пароплава і, не слухаючись керма, рушило майже прямо на нього. Сталося зіткнення. «Гаук» врізався носом у бік «Олпмпіка»; удар був такий сильний, що «Гаук» зробив у борту «Олімпіка» велику пробоїну.

Малюнок 65. Положення пароплавів «Олімпік» та «Гаук» перед зіткненням.
Коли цей дивний випадок розглядався в морському суді, винною стороною був визнаний капітан гіганта «Олімпік», оскільки, - говорила постанова суду, - він не віддав жодних розпоряджень поступитися дорогою «Гауку», що йде навперейми.
Суд не побачив тут, отже, нічого надзвичайного: проста нерозпорядність капітана, не більше. А тим часом, мала місце зовсім непередбачена обставина: випадок взаємного тяжіннясудів на морі.
Такі випадки неодноразово відбувалися, мабуть, і раніше при паралельному русі двох кораблів. Але поки що не будували дуже великих судів, Це явище не виявлялося з такою силою. Коли води океанів стали борознити «плавучі міста», явище тяжіння судів стало набагато помітнішим; з ним рахуються командири військових судів при маневруванні.
Численні аварії дрібних суден, що пропливали в сусідстві з великими пасажирськими та військовими судами, відбувалися, ймовірно, з тієї ж причини.
Чим пояснюється це тяжіння? Звичайно, тут не може бути й мови про тяжіння згідно із законом всесвітнього тяжінняНьютона; ми вже бачили (в гол. IV), що від тяжіння надто мізерно. Причина явища зовсім іншого і пояснюється законами перебігу рідин у трубках і каналах. Можна довести, що якщо рідина протікає каналом, що має звуження та розширення, то у вузьких частинах каналу вона тече швидше і тисне на стінки каналу слабше, ніж у широких місцях, де вона протікає спокійніше і тисне на стінки сильніше (так званий принцип Бернуллі »).
Те саме справедливо і для газів. Це явище в навчанні про гази носить назву ефекту Клеман - Дезорма (на ім'я фізиків, що його відкрили) і нерідко називається «аеростатичним парадоксом». Вперше явище це, як то кажуть, виявлено було випадково за таких обставин. В одному з французьких копалень робітнику наказано було закрити щитом отвір зовнішньої штольні, через яку подавалося в шахту стиснене повітря. Робітник довго боровся з струменем повітря, але раптом щит сам собою закрив шпильку з такою силою, що, якби щит недостатньо великий, його втягло б у вентиляційний люк разом із переляканим робітником.
До речі, цією особливістю перебігу газів пояснюється дія пульверизатора. Коли ми дуємо (рис. 67) в коліно а, що закінчується звуженням, повітря, переходячи в звуження, зменшує свій тиск. Таким чином, над трубкою b виявляється повітря зі зменшеним тиском, і тому тиск атмосфери жене рідину зі склянки вгору трубкою; біля отвору рідина потрапляє в струмінь повітря, що видується, і в ньому розпорошується.
Тепер ми зрозуміємо, у чому полягає причина тяжіння судів. Коли два пароплави пливуть паралельно один одному, між їхніми бортами виходить водяний канал. У звичайному каналі стіни нерухомі, а рухається вода; тут навпаки: нерухома вода, а рухаються стінки. Але дія сил від цього не змінюється: у вузьких місцях рухомого капала вода слабше тисне на стіни, ніж у просторі навколо пароплавів. Іншими словами, боки пароплавів, звернені один до одного, відчувають з боку води менший тиск, ніж зовнішні частини суден. Що ж має статися внаслідок цього? Судна повинні під натиском зовнішньої води рушити один до одного, і природно, що менше судно переміщається помітніше, тим часом як масивніше залишається майже нерухомим. Ось чому тяжіння проявляється з особливою силою, коли великий корабельшвидко проходить повз маленьке.

Малюнок 66. У вузьких частинах каналу вода тече швидше і тисне на стінки слабше, ніж у широких.

Малюнок 67. Пульверизатор.

Малюнок 68. Перебіг води між двома суднами, що пливуть.
Отже, тяжіння кораблів обумовлено всмоктувальною дією поточної води. Цим же пояснюється і небезпека швидкіс для тих, що купаються, всмоктувальна дія вир. Можна обчислити, що протягом води в річці при помірній швидкості 1 м/с втягує людське тілоіз силою 30 кг! Проти такої сили легко встояти, особливо у воді, коли власна вага нашого тіла не допомагає нам зберігати стійкість. Нарешті, потяг, що втягує дію швидко несучого, пояснюється тим же принципом Бернуллі: поїзд при швидкості 50 км на годину захоплює близьку людину з силою близько 8 кг.
Явлення, пов'язані з «принципом Бернуллі», хоч і дуже нерідкі, мало відомі серед нефахівців. Тому корисно зупинитися на ньому докладніше. Далі ми наводимо уривок зі статті на цю тему, вміщену в одному науково-популярному журналі.

Принцип Бернуллі та його слідства
Принцип, вперше висловлений Данилом Бернуллі в 1726 р., говорить: у струмені води чи повітря тиск великий, якщо швидкість мала, і тиск мало, якщо швидкість велика. Існують відомі обмеження цього принципу, але тут ми на них не зупинятимемося.
Рис. 69 ілюструє цей принцип.
Повітря продувається через трубку АВ. Якщо переріз трубки мало, - як і а, - швидкість повітря велика; там же, де переріз великий, - як і b, - швидкість повітря мала. Там, де швидкість велика, тиск мало, а де швидкість мала, тиск великий. Внаслідок малої величини тиску повітря в рідина в трубці С піднімається; в той же час сильний тиск повітря b змушує опускатися рідина в трубці D.

Малюнок 69. Ілюстрація принципу Бернуллі. У звуженій частині (а) трубки АВ тиск менший, ніж у широкій (b).
На рис. 70 трубка Т укріплена на мідному диску DD; повітря продувається через трубку Т і далі повз вільний диск dd . Повітря між двома дисками має велику швидкістьале ця швидкість швидко зменшується в міру наближення до країв дисків, так як переріз повітряного потоку швидко зростає і долається інерція повітря, що випливає з простору між дисками. Але тиск навколишнього диска повітря велике, оскільки швидкість мала, а тиск повітря між дисками мало, оскільки швидкість велика. Тому повітря, що оточує диск, робить більший вплив на диски, прагнучи їх зблизити, ніж повітрянний струмміж дисками, що прагне їх розсунути; в результаті диск dd присмоктується до диска DD тим сильніше, чим сильніший струм повітря Т.
Рис. 71 є аналогією рис. 70, але лише з водою. Вода, що швидко рухається, на диску DD знаходиться на низькому рівні і сама піднімається до більш високого рівняспокійна вода в басейні, коли огинає краю диска. Тому спокійна вода під диском має більше високий тиск, Чим рухома вода над диском, внаслідок чого диск піднімається. Стрижень Р не допускає бічних зсувів диска.

Малюнок 70. Досвід із дисками.

Рисунок 71. Диск DD піднімається на стрижні Р, коли його виливається струмінь води з бака.
Рис. 72 зображує легку кульку, що плаває в струмені повітря. Повітряний струміньударяється об кульку і не дає йому падати. Коли кулька вискакує зі струменя, навколишнє повітряповертає його назад у струмінь, так як тиск навколишнього повітря, що має малу швидкість, велике, а тиск повітря в струмені, що має велику швидкість, мало.
Рис. 73 представляє два судна, що рухаються поруч у спокійній воді, або, що зводиться до того ж, два судна, стоять поручта обтічні водою. Потік більш обмежений у просторі між суднами, і швидкість води у цьому просторі більша, ніж з обох боків судів. Тому тиск води між судами менший, ніж з обох боків судів; більш високий тиск води, що оточує суд, зближує їх. Моряки дуже добре знають, що два кораблі, що йдуть поряд, сильно притягуються один до одного.

Малюнок 72. Кулька, що підтримується струменем повітря.

Малюнок 73. Два судна, що рухаються паралельно, хіба що притягають одне одного.

Малюнок 74. Під час руху суден уперед судно повертається носом до судна А.

Рисунок 75. Якщо між двома легкими кульками продувати повітря, вони зближуються до зіткнення.
Більш серйозний випадок може мати місце, коли один корабель йдеза іншим, як на рис. 74. Дві сили F і F, які зближують кораблі, прагнуть повернути їх, причому судно повертається до Л зі значною силою. Зіткнення у разі майже неминуче, оскільки кермо не встигає змінити напрям руху корабля.
Явище, описане у зв'язку з рис. 73 можна демонструвати, продуючи повітря між двома легкими гумовими м'ячиками, підвішеними, як зазначено на рис. 75. Якщо між ними продувати повітря, вони зближуються і вдаряються одне одного.

Призначення рибного міхура
Про те, яку роль виконує плавальний міхур риб, зазвичай говорять і пишуть - начебто, цілком правдоподібно - наступне. Для того щоб спливти з глибини в поверхневі шари води, риба роздмухує свій плавальний міхур; тоді обсяг її тіла збільшується, вага води, що витісняється, стає більше її власної ваги - і, за законом плавання, риба піднімається вгору. Щоб припинити підйом чи опуститися вниз, вона, навпаки, стискає свій плавальний міхур. Об'єм тіла, а з ним і вага води, що витісняється, зменшуються, і риба опускається на дно відповідно до закону Архімеда.
Таке спрощене уявлення про призначення плавального міхура риб сягає часів вчених Флорентійської академії (XVII ст.) і було висловлено професором Бореллі в 1685 р. Протягом більш ніж 200 років воно приймалося без заперечень, встигло вкоренитися в шкільних підручниках, і лише працями нових дослідників (Моро, Шарбонель) було виявлено повну неспроможність цієї теорії,
Бульбашка, безсумнівно, дуже тісний зв'язокз плаванням риби, тому що риби, у яких міхур був при дослідах штучно видалений, могли триматися у воді, тільки посилено працюючи плавцями, а при припиненні цієї роботи падали на дно. Яка справжня його роль? Дуже обмежена: він лише допомагає рибі залишатися на певній глибині, - саме на тій, де вага витісняється рибою води дорівнює вазі самої риби. Коли ж риба роботою плавників опускається нижче за цей рівень, тіло її, відчуваючи великий зовнішній тиск з боку води, стискається, стискаючи міхур; вага об'єму води, що витісняється, зменшується, стає менше ваги риби, і риба нестримно падає вниз. Чим нижче вона опускається, тим сильнішим стає тиск води (на 1 атмосферу при опусканні на кожні 10 м), тим більше стискається тіло риби і тим швидше вона продовжує опускатися.
Те ж саме, тільки в зворотному напрямку, відбувається тоді, коли риба, залишивши шар, де вона перебувала в рівновазі, переміщається роботою плавців у вищі шари. Тіло її, звільнившись від частини зовнішнього тиску і, як і раніше, розпирається зсередини плавальним міхуром (у якому тиск газу знаходилося до цього моменту в рівновазі з тиском навколишньої води), збільшується в обсязі і внаслідок цього спливає вище. Чим вище риба піднімається, тим більше роздмухується її тіло і тим, отже, стрімкіше її подальше піднесення. Перешкодити цьому, «стискаючи міхур», риба неспроможна, оскільки стінки її плавального міхура позбавлені м'язових волокон, які б активно змінювати його обсяг.
Перельман Я.І. Цікава механіка. За редакцією Р. Бончковського - Кооперативне видавництво, 1933. - 241 с.
завантажити(пряме посилання) : zanim_mech.djvu Попередня 1 .. 6 > .. >> Наступна

Сказане пояснює нам, до речі, чому тертя про нерухоме тіло розглядається в механіці як сила, хоча ніякого руху воно викликати не може.

Тертя є сила тому, що воно сповільнює рух. Такі сили, які самі не можуть породити руху, а здатні лише уповільнювати рух, що вже виник (або врівноважувати інші сили), називаються «пасивними» на відміну від сил рушійних, або активних».

Підкреслимо ще раз, що тіла не прагнуть залишатися в спокої, а просто залишаються в спокої. Різниця тут та сама, що між наполегливим домосідом, якого важко витягти з квартири, і людиною, яка випадково перебуває вдома, але готова з найменшого приводу залишити квартиру. Фізичні тілаза своєю природою зовсім не «домосіди»; навпаки, вони в вищого ступенярухливі, тому що достатньо докласти до вільному тілухоча б найменшу силу, - і воно починає рухатися. Вираз «тіло прагне зберігати спокій» ще й тому недоречно, що виведене зі стану спокою тіло само собою до нього не повертається, а навпаки, зберігає назавжди повідомлений йому рух (за відсутності, звичайно, сил, що заважають руху).

Чимала частка тих непорозумінь, пов'язаних із законом інерції, обумовлена ​​цим необережним словом «прагне», що вкралося у більшість підручників фізики та механіки.

Не менше труднощів для правильного розуміння представляє третій закон Ньютона, до розгляду якого ми зараз переходимо.

ДІЯ І ПРОТИДІЯ

Бажаючи "Відкрити двері, ви тягнете її за ручку до себе. М'яз вашої руки, скорочуючись, зближує свої кінці: вона з однаковою силою тягне двері і ваш тулуб

юдно до іншого. В цьому випадку до наочності ясно, що між вашим тілом і дверима діють дві сили, прикладені одна до дверей, інша ж вашому тілу. Те саме, зрозуміло, відбувається і у разі, коли двері відчиняються не на вас, а від вас: сили розштовхують двері і ваше тіло.

Те, що ми спостерігаємо тут для сили м'язової, вірно для будь-якої сили взагалі, незалежно від того, якою вона є природою. Кожна напруга діє у дві протилежні сторони; воно має, висловлюючись образно, два кінця (дві сили): один прикладений до тіла, на яке, як ми говоримо, сила діє; інший прикладений до тіла, яке ми називаємо чинним. Сказане прийнято висловлювати в механіці коротко - занадто коротко для ясного розуміння - так: «дія дорівнює нрот і-водействію».

Сенс цього закону у тому, що це сили природи - сили подвійні. У кожному випадку прояви дії сили ви повинні уявляти собі, що десь в іншому місці є інша сила, рівна цій, але спрямована в протилежний бік. Ці дві сили діють неодмінно між двома точками, прагнучи їх зблизити чи розштовхнути.

Нехай ви розглядаєте (рис. 5) сили /\ QwK, які діють на вантаж, підвішений до дитячого воз-

Рис. 5. Сили (P9 Q, R)1 діють на вантаж дитячого повітряної кулі. Де сили протидіють?

задушливій кульці. Тяга P кулі, тяга Q мотузочки і вага Tv грузика - сили начебто поодинокі. Але це лише

відволікання від дійсності; насправді для кожної з трьох сил є рівна їй, але (протилежна за напрямом сила. А.іменно, сила протилежна силі P - прикладена до повітряній кульці(рис. 6, сила F1); сила, протилежна силі Q - діє на ру-КУ (Qi) у сила, протилежна силі R-прикладена в центрі земної кулі(сила /?, рис. 6), тому що грузик не тільки притягується Землею, а й сам її притягує.

Ще одне суттєве зауваження. Коли ми запитуємо про величину натягу мотузки, кінці якої розтягуються силами в 1 кг, ми запитуємо по суті про ціну 10-<копеечной почтовой марки. Ответ содержится в самом вопросе: веревка на-кг. Сказать «веревка растягивается двумя

Рис. 6. Огвст питанням попереднього малюнка: Pj9Q1Ji^-сили протидіючі.

тягнута з силою 1 силами в 1 кг» або «мотузка схильна до натягу в 1 кг» - означає висловити буквально одну й ту саму думку.

"Адже іншого натягу в 1 кг бути не може, крім якого, яке складається з двох сил, спрямованих у протилежні сторони. Забуваючи про це, впадають нерідко у грубі помилки, приклади яких ми зараз наведемо.

ЗАВДАННЯ ПРО ДВОХ КОНЕЙ

Два коні розтягують пружинний безмін із силою 100 кг кожен. Що вказує стрілка безміна?

Багато хто відповідає: 100 + 100 = 200 кг. Відповідь невірна. Сили по 100 кг, з якими тягнуть коня, викликають,

Рис. 7. Кожен кінь тягне із силою 100 кг. Скільки показує

пружинний бевмен?

як ми щойно бачили, натяг не 200, а лише 100 кг.

Тому, між іншим, коли магдебурзькі півкулі розтягувалися 8 кіньми в один бік і 8 у протилежний, то не слід думати, що вони розтягувалися силою 16 коней. За відсутності протидіючих 8 коней, решта 8 не справили б на півкулі рівно жодної дії. Одну восьмерику коней можна було замінити просто стіною.

* ЗАВДАННЯ ПРО

Рис. 8. Який з човнів причалить раніше?

У середині XVII століття жителі міста Рогенсбурга і володарі князі Німеччини, що з'їхалися туди, на чолі з імператором були свідками вражаючого видовища: 16 коней щосили намагалися розняти дві прикладені один до одного мідні півкулі. Що пов'язувало їх? "Ніщо" - повітря. Проте вісім коней, що тягли в один бік, і вісім, що тягли в інший, виявилися не в змозі їх роз'єднати. Так бургомістр Отто фон Геріке на власні очі показав усім, що повітря – зовсім не «ніщо», що він має вагу і тисне зі значною силою на всі земні предмети.

Досвід цей був зроблений 8 травня 1654 при дуже урочистій обстановці. Вчений бургомістр зумів усіх зацікавити своїми науковими дослідженнями, незважаючи на те, що справа відбувалася у розпал політичних негараздів та спустошливих воєн.

Опис знаменитого досвіду з «магдебурзькими півкулями» є у підручниках фізики. Все ж таки, я впевнений, читач з цікавістю вислухає цю розповідь з вуст самого Геріке, того «німецького Галілея», як іноді називають чудового фізика. Об'ємна книга з описом довгого ряду його дослідів вийшла латинською мовою в Амстердамі в 1672 р. і, подібно до всіх книг цієї епохи, носила велику назву. Ось воно:

ОТТО фон ГЕРІКЕ

Так звані нові магдебурзькі досліди
над БЕЗПОВІТРЯНИМ ПРОСТОРОМ,
спочатку описані професором математики
у Вюрцбурзькому університеті Каспаром Шоттом.

Досвіду, що цікавить нас, присвячена глава XXIII цієї книги. Наводимо дослівний її переклад.

«Досвід, що доводить, що тиск повітря з'єднує дві півкулі так міцно, що їх не можна розняти зусиллями 16 коней.

Я замовив дві мідні півкулі діаметром у три чверті магдебурзьких ліктів. Але насправді діаметр їх укладав всього 67/100, оскільки майстри, зазвичай, було неможливо виготовити точно те, що потрібно. Обидві півкулі цілком відповідали одна одній. До однієї півкулі приробили кран; за допомогою цього крана можна видалити повітря зсередини та перешкоджати проникненню повітря зовні. Крім того, до півкуль прикріплені були 4 кільця, через які протягувалися канати, прив'язані до упряжі коней. Я звелів також пошити шкіряне кільце; воно насичене було сумішшю воску в скипидарі; затиснуте між півкулями, воно не пропускало в них повітря. У кран була вставлена ​​трубка повітряного насоса, і було видалено повітря всередині кулі. Тоді виявилося, з якою силою обидві півкулі притискалися один до одного через шкіряне кільце. Тиск зовнішнього повітря притискало їх так міцно, що 16 коней (ривком) зовсім не могли їх розняти або досягали цього лише важко. Коли ж півкулі, поступаючись напрузі всієї сили коней, роз'єднувалися, то лунав гуркіт, як від пострілу.

Але варто було поворотом крана відкрити вільний доступ до повітря – і півкулі легко було розняти руками».

Нескладне обчислення може пояснити нам чому потрібна така значна сила (8 коней з кожного боку), щоб роз'єднати частини порожньої кулі. Повітря тисне з силою близько 1 кг на кожний кв. площа кола діаметром 0,67 ліктя (37 см) дорівнює 1060 см 2 . Отже, тиск атмосфери на кожну півкулю має перевищувати 1000 кг (1 тонну). Кожна вісімка коней мала, отже, тягнути з силою тонни, щоб протидіяти тиску зовнішнього повітря.

Здавалося б, для восьми коней (з кожного боку) це дуже великий вантаж. Не забувайте, однак, що, рухаючи, наприклад, поклажу в 1 тонну, коні долають силу не в 1 тонну, а набагато меншу, саме – тертя коліс про осі та бруківку. А ця сила становить – на шосе, наприклад, – всього п'ять відсотків, тобто при однотонному вантажі – 50 кг. (Не говоримо вже про те, що при з'єднанні зусиль восьми коней втрачається, як показує практика, 50% тяги.) Отже, тяга в 1 тонну відповідає при восьми конях навантаженні воза в 20 тонн. Ось яка та повітряна поклажа, везти яку мали коні магдебурзького бургомістра! Вони ніби мали зрушити з місця невеликий паровоз, не поставлений до того ж на рейки.

Виміряно, що сильний ломовий кінь тягне віз із зусиллям всього 80 кг. Отже, для розриву магдебурзьких півкуль знадобилося при рівномірної тязі 1000/80 = по 13 коней з кожного боку.

Читач буде, мабуть, здивований, дізнавшись, що деякі зчленування нашого скелета не розпадаються з тієї ж причини, що й магдебурзькі півкулі. Наше кульшове зчленування є саме такими магдебурзькими півкулями. Можна оголити це зчленування від м'язових і хрящових зв'язків, проте стегно не випадає: його притискає атмосферний тиск, оскільки в міжсуглобовому просторі повітря немає.


Кістки наших кульшових зчленувань не розпадаються завдяки атмосферному тиску,
подібно до того як стримуються магдебурзькі півкулі.

"Магдебурзький лікоть" дорівнює 550 мм.
Береться площа кола, а чи не поверхню півкулі, оскільки атмосферний тиск дорівнює зазначеної величині лише за дії поверхню під прямим кутом; для похилих поверхонь цей тиск менший. В даному випадку ми беремо прямокутну проекцію кульової поверхні на площину, тобто площу великого кола.
***При швидкості 4 км/год. У середньому приймається, що сила тяги коня становить 15% її ваги; важить же кінь: легкий – 400 кг, важкий – 750 кг. На дуже короткий час (початковий зусилля) сила тяги може бути в кілька разів більшою.



Останні матеріали розділу:

Основний план дій та способи виживання Вночі тихо, вдень вітер посилюється, а надвечір затихає
Основний план дій та способи виживання Вночі тихо, вдень вітер посилюється, а надвечір затихає

5.1. Поняття про місце існування людини. Нормальні та екстремальні умови життєпроживання. Виживання 5.1.1. Поняття про довкілля людини...

Англійські звуки для дітей: читаємо транскрипцію правильно
Англійські звуки для дітей: читаємо транскрипцію правильно

А ви знали, що англійський алфавіт складається з 26 літер та 46 різних звуків? Одна й та сама буква може передавати кілька звуків одночасно.

Контрольний тест з історії на тему Раннє Середньовіччя (6 клас)
Контрольний тест з історії на тему Раннє Середньовіччя (6 клас)

М.: 2019. – 128 с. М.: 2013. – 160 с. Посібник включає тести з історії Середніх віків для поточного та підсумкового контролю та відповідає змісту...