Сквозняк всегда идет от окна, смотрящего во двор. Если там тихо и нет ветра, воздушный поток направлен к окну уличному, когда мимо него дует ветер. Естественно предположить, что воздух в комнате движется из области, где понижается давление. А понижается оно там, где дует ветер, там, где воздух приходит в движение. Размышления над этим привели Д.Бернулли к открытию закона, согласно которому давление в потоке жидкости или газа зависит от скорости.
Вот любопытный опыт. Отрежьте от бутылки горлышко, чтобы получилась воронка. Положите в нее небольшой бумажный колпачок (или легкий шарик) и… дуньте. Казалось бы, он должен тотчас вылететь. Но нет: колпачок или шарик начнут вращаться и бегать по воронке. А выдуть их вам не удастся…(рис. 3).
Дело в том, что воздух растекается по стенкам воронки. Его скорость в центре мала, а у стенок велика. Стало быть, давление воздуха там, где он движется быстро (у стенок), меньше, чем в центре, где он почти неподвижен. Поэтому колпачок прижимается к воронке.
Совсем неожиданный результат получится, если своим дуновением попытаться загнать пробку в бутылку. Пробка должна быть легкой, свободно входить в горлышко с небольшим зазором. Итак, вложите пробку в горизонтально лежащую бутылку и дуньте. Пробка вылетит из бутылки, с какой бы силой вы ни дули! Воздух в бутылке неподвижен, и давление там равно атмосферному, а в струе давление ниже атмосферного, значит, ниже давления в бутылке. Поэтому воздух, находящийся в бутылке, расширяется и выбрасывает пробку.
Закон Бернулли объясняет и такое грозное явление, как водоворот. Две крышки от пластиковых бутылок соедините скотчем донышко к донышку. Затем проделайте в них отверстия. Соедините этими крышками две пластиковые бутылки на 1,5–2 л. Но предварительно одну из них на две трети заполните водой, подкрашенной пищевым красителем, куда бросьте полспички (рис. 4).
Раскрутите бутылки и поставьте вертикально. В верхней бутылке образуется вихрь, водоворот. Проследите, как спичка засасывается в образовавшуюся воронку. Сначала она движется медленно, а по мере продвижения к центру все быстрее и быстрее. Таков закон движения в вихре. Следовательно, давление в центральной части ниже, чем у стенок бутылки. Потому-то все предметы, плавающие на поверхности, засасываются в воронку.
Помешайте ложечкой чай в стакане и приглядитесь — в стакане образовался водоворот. Чаинки втягиваются в воронку, а потом со дна поднимаются на поверхность. Это модель самого типичного речного водоворота. Поэтому во всех пособиях для пловцов рекомендуется, попав в водоворот, набрать воздуха, нырнуть и плыть по течению. Оно вас постарается вынести на поверхность, словно чаинку в стакане.
Но к водовороту надо относиться с почтением и умом. Ведь он может возникать и в районе неисправного водозаборного сооружения промышленного предприятия или гидроэлектростанции. Тогда в него лучше не попадать…
А напоследок продемонстрируем, как работает бронебойный снаряд.
Налейте в пластиковую бутылку воду до самого верха и уроните ее с высоты 1–2 см. Тонкая струйка воды вылетит из бутылки более чем на метр! В горлышке бутылки происходит сложный процесс. При сжатии бутылки от удара объем ее уменьшается, а давление воды кратковременно и значительно возрастает. Принято говорить, что жидкость не сжимаема. Однако вода все же сжимается на миллионную долю своего объема, и этого оказывается достаточно, чтобы вобрать в себя почти всю энергию удара. Она устремляется вверх к горлу бутылки. Л оно непрерывно сужается, и вода, протискиваясь между его стенками, увеличивает свою скорость. Потенциальная энергия давления переходит в кинетическую. Скорость струи воды в 10–20 раз превышает скорость падения бутылки (рис. 6).
Нечто подобное происходит и при взрыве кумулятивного бронебойного снаряда. От многих других он отличается тем, что взрывчаткой наполнен меньше чем на половину. И в ней устроено углубление, покрытое металлической чашкой. При взрыве развиваются огромные давления. Металл выдавливается и начинает течь. Чашка сжимается в тонкую струю, движущуюся со скоростью 50 — 100 км/с, в 10–20 раз быстрее, чем газы, образующиеся при взрыве. Такой скорости достаточно для того, чтобы одолеть не только земное тяготение, но и покинуть Солнечную систему.
Это явление в целом называется кумулятивным эффектом. От него произошло и название снаряда. Этот грозный эффект в миниатюре мы и наблюдали в нашем последнем опыте.