Разрежение — остыванием
Если в предыдущем опыте разрежение в стакане достигалось за счет удаления воды из герметически закрытого для воздуха стакана, то сейчас мы проделаем опыт, где разрежение происходит за счет охлаждения воздуха.
Возьмите две глубокие тарелки, в одну налейте холодную воду, в другую — теплую. На поверхность воды в тарелках положите по одной пробке. Пробку, которая плавает на холодной воде, накройте перевернутым стаканом. Воздух в стакане сожмется и вытеснит воду. Вода останется в таком небольшом количестве, что пробка уже не будет плавать, а опустится на дно тарелки. Перед вами маленькая модель водолазного колокола. Настоящий водолазный колокол в виде стального ящика без дна или цилиндра, открытого с одного конца, опускается на дно реки или другого водоема, в котором нужно произвести какие-то работы. Воздух внутри сжимается и не впускает туда воду. В колоколе могут находиться рабочие. Воздух для дыхания подается в колокол под давлением. Более совершенные устройства для подводных работ называются кессонами.
Возьмите второй стакан, хорошо его прогрейте сначала теплой водой, а затем кипятком и быстро накройте им пробку, которая плавает на теплой воде во второй тарелке (теплая вода здесь нужна для того, чтобы горячий стакан при опускании в воду не лопнул). Сначала пробка опустится вместе с водой, а затем, по мере остывания стакана и, конечно, воздуха внутри него, вода с плавающей на ней пробкой будет подниматься, и при полном охлаждении стакана ее уровень станет выше воды в тарелке.
Нагретый воздух, охладившись, уменьшился в объеме. В стакане давление понизилось, и наружное атмосферное давление вогнало в стакан воду.
Воздух побеждает железо
Это очень известный опыт. Он описывается во всех учебниках физики, но выполнить его по этим описаниям в домашних условиях невозможно — надо иметь специальную банку, да и она придет в негодность после первого же опыта.
Инженер Е. И. Орлов, автор многих интересных опытов по физике, предложил простую и удобную постановку этого опыта дома.
Для удачного выполнения его от вас потребуется умение быстро и хорошо произвести пайку. Если вы сами еще не умеете паять, пусть кто-нибудь вам поможет.
Приобретите жестяную банку с фруктовым соком. Банка должна быть большая — емкостью не меньше 0,8 литра. Гвоздем надо пробить в крышке с краю небольшое отверстие. Напротив, тоже с краю, нужно пробить еще одно такое же отверстие. Теперь можно будет легко вылить содержимое банки в какую-нибудь посуду (сначала перевернутую банку хорошо потрясите, а потом сок потечет сам). Если у вас банка не с соком, а с компотом, то вместо второго маленького отверстия в крышке надо вырезать отверстие, через которое можно удалить из банки фрукты. После этого банку надо вымыть, залить на одну четверть водой и наложить на большое отверстие заплату из жести, тщательно пропаяв края заплаты оловом.
Если же банка из-под сока, то после заполнения ее на одну четверть водой одно маленькое отверстие в крышке запаяйте.
Банку с налитой в нее водой поставьте на огонь. Вода скоро закипит, и пар будет стремительно вылетать из оставленного отверстия. Пусть вода хорошо покипит несколько минут, чтобы из банки удалился весь воздух, а пространство над водой было бы заполнено только паром.
Приспособления для пайки должны быть наготове и находиться под рукой. Быстро снимите банку с огня и запаяйте отверстие. От тщательности и быстроты пайки зависит успех опыта.
Поставьте банку под струю холодной воды. На ваших глазах жестяная банка сомнется так, как будто кто-то сжал ее могучими невидимыми руками.
Что же произошло? Как уже говорилось, воздух из банки был вытеснен паром, пар под действием холодной воды сконденсировался, превратился в воду, и над ее поверхностью образовался вакуум. Банка, довольно прочная для хранения небольшого количества фруктового сока, совсем не была рассчитана на то, чтобы из нее удаляли воздух и подвергали действию могучего атмосферного давления.
Если во время опыта вы услышите свист или шипение— это значит, пайка неудачная. Надо распаять только что запаянное отверстие, прочистить его и снова поставить банку на огонь и повторить все, что было проделано раньше.
Модель шлюза для выхода в космос
Принцип устройства шлюза для выхода космонавта из корабля в открытый космос такой же, как и у шлюзовой системы, через которую проходят суда, когда им нужно обойти плотину гидроэлектростанции или перейти из одной реки в другую. Только масштабы другие и в одном случае приходится иметь дело с воздухом, а в другом — с водой.