Приближаются весенние каникулы, и многие родители задумываются: чем занять детей? Домашние опыты по физике — например, из книги «Опыты Тома Тита. Удивительная механика» — отличное времяпрепровождение для младших школьников. Особенно если в результате получается такая полезная вещь, как духовое ружье, и становятся понятнее законы пневматики.
Сарбакан — духовое ружьё
Воздух широко применяется в различных современных технических устройствах. С его помощью работают пылесосы, им накачивают шины автомобилей, а также используют в духовых ружьях вместо пороха.
Духовое ружьё, или сарбакан, —это древнее оружие для охоты, которое иногда использовали и в военных целях. Оно представляет собой трубку длиной 2-2,5 метра, из которой под действием воздуха, выдыхаемого стрелком, выбрасываются миниатюрные стрелы. В Южной Америке, на островах Индонезии и в некоторых других местах сарбакан для охоты используют до сих пор. Миниатюру такого духового ружья ты можешь изготовить самостоятельно.
Что потребуется:
- пластмассовая, металлическая или стеклянная трубка;
- иголки или швейные булавки;
- рисовальные или малярные кисти;
- изолента;
- ножницы и нитки;
- мелкие перья;
- поролон;
- спички.
Опыт. Корпусом для сарбакана послужит пластмассовая, металлическая или стеклянная трубка длиной 20-40 сантиметров и внутренним диаметром 10-15 миллиметров. Подходящую трубку можно изготовить из третьего колена телескопической удочки или лыжной палки. Трубку можно свернуть из листа плотной бумаги, обмотав снаружи для прочности изолентой.
Теперь одним из способов нужно изготовить стрелы.
Первый способ. Возьми пучок волос, например, от рисовальной или малярной кисти, с одного края туго свяжи ниткой. Затем вставь в полученный узелок иголку или булавку. Закрепи конструкцию, обмотав изолентой.
Второй способ. Вместо волос можно использовать мелкие перья, например такие, которыми набивают подушки. Возьми несколько перьев и примотай их остевые концы изолентой непосредственно к иголке. С помощью ножниц обрежь края перьев по диаметру трубки.
Третий способ. Стрелу можно изготовить с древком из спички, а «оперение» —из поролона. Для этого по центру поролонового кубика размерами 15-20 миллиметров воткни конец спички. Затем привяжи поролон к спичечному древку за краешек. С помощью ножниц придай кусочку поролона форму конуса с диаметром, равным внутреннему диаметру трубки сарбакана. К противоположному концу спички изолентой примотай иголку или булавку.
Вложи стрелу в трубку остриём вперёд, приложи трубку к сомкнутым губам, и разомкнув губы, резко дунь.
Результат. Стрела вылетит из трубки и пролетит 4-5 метров. Если взять трубку длиннее, то, немного потренировавшись и подобрав оптимальный размер и массу стрел, ты сможешь попадать в цель с расстояния в 10-15 метров.
Объяснение. Выдуваемый тобой воздух вынужден выходить через узкий канал трубки. При этом скорость его движения сильно возрастает. А поскольку в трубке находится стрела, препятствующая свободному движению воздуха, он ещё и сжимается — в нём накапливается энергия. Сжатие и ускоренное движение воздуха разгоняют стрелу и сообщают ей кинетическую энергию, достаточную для полёта на некоторое расстояние. Однако за счёт трения о воздух энергия летящей стрелы постепенно расходуется, и она полает.
Пневматический подъёмник
Тебе, несомненно, приходилось лежать на надувном матрасе. Воздух, которым он наполнен, сжат и легко держит твой вес. Сжатый воздух обладает большой внутренней энергией и оказывает давление на окружающие предметы. Любой инженер скажет, что воздух — это прекрасный работник. С его помощью работают транспортёры, прессы, грузоподъёмные и многие другие машины. Их называют пневматическими. Это слово происходит от древнегреческого «пневмотикос» — «надутый воздухом». Проверить силу сжатого воздухо и смастерить простейший пневматический подъёмник ты можешь из простых подручных предметов.
Что потребуется:
- плотный полиэтиленовый пакет;
- две-три тяжёлые книги.
Опыт. Поставь на стол две-три тяжёлые книги, например в форме буквы «Т», как показано на рисунке. Попробуй дунуть на них, чтобы они упали или перевернулись. Сколько ни старайся, вряд ли у тебя это получится. Однако силы твоего дыхания всё же достаточно, чтобы решить эту сложную, на первый взгляд, задачу. На помощь надо призвать пневматику. Для этого воздух дыхания надо «поймать» и «запереть», то есть сделать его сжатым.
Положи под книги пакет из плотного полиэтилена (он обязательно должен быть целым). Прижми рукой открытый конец пакета ко рту и начни дуть. Не спеши, дуй медленно, ведь воздух никуда не денется из пакета. Наблюдай, что происходит.
Результат. Пакет будет постепенно раздуваться, поднимдть книги всё выше и выше и, наконец, опрокинет их.
Объяснение. Когда воздух сжимается, количество его частиц (молекул) в единице объёма возрастает. Молекулы чаще ударяют о стенки объёма, в котором он сжат (в данном случае — пакета). Это значит, что давление со стороны воздуха на стенки возрастает, причём тем больше, чем сильнее воздух сжат. Давление выражается силой, приложенной к единице площади стенки. И в данном случде сила давления воздуха на стенки пакета становится больше, чем сила тяжести, действующая на книги, и книги поднимаются.
