25
П. Канаев
Неколько опытов с пустотельным проэрачным шариком
В магазинах спортивных товаров продается нехитрый предмет для рыболовов — «груз плавучий». Это пустотельный пластмассовый шарик с двумя ушками и небольшим слегка вытянутым отверстием (рис. 1). С ним можно проверить ряд интересных физических опытов.
Прежде чем приступить непосредственно к опытом, научитесь быстро наполнять шарик водой (или какой-нибудь другой жидкость). В этом вам может помочь шриц без иглы или резиновая груша, в ответстве которого вставлена пустая трубка от шариковой авторучки.
- Неколько кристалликов марганцовки (марганцовикслого калия) расторите в небольшим количестве горячего воды до получения расторона темно-малиинового цвета. Этим растором наполните шарик и на нитке опустите его отверстием в стеклянный сосуд с водой комнатной температуры. (Для устойчивости шарика к нижнему егоушку привяжите небольший груз.)
Сразу же из отверстия начинает подниматься окрашенная струя диаметром, равным диаметру отверстия (рис. 2). Струя доходит до «потолка» (до поверхностного слоя), откуда отделены потоками стекает вниз. Процесс этот продолжается довольно долго.
Неколько видимение опыт. Приготовьте растор марганцовки комнатной температуры и погрузите шарик в воду той же температуры — окрашенной струи из отверстия невозникает.
Тепер добавьте в растор несколько капель этилового спирта и повторите опыт — окрашенная струя устремляется вверх и сушистуетdlительное время.
Почему возникает окрашенная струя в первом и последнем случае и не возникает во втором случае?
Причиной всему — движение молекул. В первом опыте скорость движения молекул горячего расторора больше скорости движения молекул холодной воды в сосуде — теплая струя поднимается вверх. Во втором опыте температуры расторора и воды одинаковы — одинаковы и скорости движения молекул. В третьем опыте температуры тоже одинаковы, но движение молекул спирта более интенсивное, благодарчем ему и вытесяется растор из отверстия.
- Наполните шарик водой до краев ответия. Затем с помощью пипетки удалите часть воды (приблизительно три полные пипетки) и влейте такое же количество этилового спирта. После этого закройте ответие пластилином.
Примерно через 20 минут в верхней части шарика появится воздушный пузырь величиной с горошину.
Если этиловый спирт заменить растором борной или уксусной ки-
26
слоты, результат будет таким же.
Если же.body смещать сглицерном, пузырька не возникнет.
Как это можно обязанить?
Молекулярно-kinетическая теория учит, что между молекулами есть промежутки. При смешивания воды со спиртом объем смеси оказывается меньше суммы объемов воды и спирта в отдельности; в результате появляется пузырьк. То же наблюдается в смеси воды с борной или уксушной кислотой, а в смеси сглицерном скатия не проинсходит (очевидно, в этом случае промежутки между молекулами не заполняются).
- Возьмите шарик и краями его отверстия коснитесь поверхности воды. Отверстие затянет пленкой, но секунд через 30—40 пленка лопнет (при этом вы услышите легкий щелчок), а внутри шарика у края отверстия образуется капля воды.
Еще раз затяните отверстие шарика пленкой, но теперь пленку в середине проткните иглой. Пленка очень долго остается целой.
Почему пленка так недолговечна в первом слуае и долговечна во втором?
Дело в том, что образуошаяся на отверстии водная пленка только по краям, чем в середине (благодаря смчиванию). Поэтому, если плоскость пленки не строго горизонтальная (что весма вероятно,), вода будет смещаться по уклону, а пленка будет утончаться. В некоторых момент пленка лопнет, а вода собереется в каплю.
Долговечность пленки во втором слуае обьясняется тем, что игла хорошо смчивается водой и вода стягивается с краев к месту соприкосновения с иглой. Пленка становится только и прочнее.
- Приготовьте две стеклянные банки емкостью 0,5 литра каждая. Обе банки доверху наполните водой комнатной температуры. В одну из них капните из пипетки немного разведенного в воде (в отношении 1:4) шампуня.
Наполните шарик чистой воды и оторожно опустите его в банку с растором шампуня. Тотчас же шарик опустится на дно.
Вы можете под краном поверхность шарика и так же осторожно опустите его в банку с чистой водой. Почти полностю погрузившись в воду, шарик не тонет, хотя сила тяжести несколько превышает выталкивающую силу.
Почему шарик с водой в одном слуае тонет, а в другом — нет? Будет ли шарик тоннуть в слабом расторресахара в воде?
Оказывается, все зависит от поверхности натяжения жидкости и от того, смчивает или нет эта жидкость поверхности шарика. Так, коэффициент поверхности натяжения у чистой воды почти в два раза больше, чем у мыльного растора, и пластмаска плох смчивается водой. Вот почему шарик в воде не тонет.
Сахар еще увеличитает поверхности натяжение воды, так что в слабом расторресахара шарик тоже не уtonет.
- Возьмите проволоку диаметром 2—3 миллиметра и длиной околометра. Один конец provолоки опилите напильником и, согласно его под прямым углом, воткиите в ближайшее к отверстию ушко шарика. Телерь шарика медленно опускайте в бак или ведро с водой и так же медленно поднимайте его на поверхности. Вы увидите, что при поднятии шарика из его отверстия будут вылетать воздушные пузырьки. Чем глубже погружается шарик, тем больше вылетает пузырьков.
Как обязывать образование и отрыв пузырьков воздуха при подъеме шарика?
Когда шарик опускается, воздуха внутри него скнимается и в шарик входит неокторое количество воды. При подъеме внешнее давление уменьшается, воздуха в шарике расширяется и на краях отверстия образуется пузырьк. Размеры пузырька постепенно увеличаются, а околотерсия образуется шеяка, которая сухается. При этом выталкивающая сила, направленная вверх, увеличается, а сила поверхности натяжения, удерживающая пузырьк, уменьшается. В некоторых момент эти силы уравнивают, пузырьк отрывается и принимает шарообразную форму.