Физические опыты для детей - вода течет вверх. Гравитационная аномалия для недоучек

Ничем не примечательна внешне водонапорная башня колхоза «Заветы Ильича» Спасского района Горьковской области. Не один год снабжает сна сельчан родниковой водой. Однако, подойдя ближе, вы не услышите привычного шума работы водяного насоса - его здесь нет! И хотя источник расположен значительно ниже уровня верхней емкости, вода постоянно, лишь с короткими передышками, поднимается вверх! Уж не чудо ли? Нет, просто горьковскому умельцу, слесарю-сборщи-иу Л. Черепнову удалось изобрести и проверить на деле оригинальную гидравлическую установку, в которой для подъема воды используется… энергия самого источника. Предлагаем нашим читателям познакомиться с принципом ее работы и устройством.

Нехитро устройство водопровода в сельской местности:электронасос подает воду в напорный бак, откуда она поступает к потребителям. Но электроэнергию для подъема воды нередко вырабатывают местные гидроэлектростанции за счет преобразования напора движущегося потока. Так не обойтись ли в этом случае вовсе без помощи электричества, заставив работать только сам источник воды - ручей, родник? Это можно осуществить с помощью несложной гидравлической установки, действующей по принципу своеобразных «качелей»: слив определенного количества воды обеспечивает подъем части ее на некоторую высоту над источником.

Устройство безмоторного автоматического водоподъемника изображено на рисунке 1. Его основные части: водонапорный бак, колодец источника, напорный и воздушный герметичные баки с клапанными механизмами и соединительные трубы.

Вода от родника заполняет колодец. Как только ее уровень достигнет входного отверстия соединительной трубы 9, она начинает поступать в напорный бак. Когда тот заполнится, уровень в колодце поднимется до обреза трубы 8 и вода станет поступать в воздушный бак. Давление сжимаемого там воздуха по трубе 2 передается в напорный бак, и так как высота Н] больше Нз на величину потери напора ст сопротивления в трубах, вода оттуда будет подниматься в водонапорный бак. Обратному перетеканию воды из напорного бака в колодец будет препятствовать закрывшийся обратный клапан А.

1 - воздушный бак, 2 - воздушная труба, 3 - напорный бак, 4 - колодец, 5 - родник, 6 - водонапорный бак, 7 - нагнетательная труба, 8 - напорная труба, 9 - соединительная труба; А, Б - клапаны напорного бака.

Подача воды в водонапорный бак будет продолжаться до тех пор, пока воздушный не заполнится водой. При этом сработает его клапанный механизм и вода уйдет в сливное отверстие. Затем рабочий цикл повторяется.

Клапанный механизм воздушного бака (рис. 2) работает следующим образом. Поступающая по трубе 3 вода, вытесняя воздух в напорный бак, заполняет воздушный бак.. Поднявшись в нем до верхнего уровня цилиндра, вода поднимет поплавок 10, который закроет клапан 13, преграждая доступ в стакан поплавка 2. Попасть в него она сможет лишь через верхний срез стакана - когда весь воздух будет вытеснен в напорный бак. При заполнении стакана поплавок своими рычагами откроет воздушный и сливной клапаны, сообщая напорный бак с атмосферой, а воздушный - со сливным патрубком 14. Клапаны останутся открытыми до тех пор, пока бак не опорожнится. И только когда вода через небольшое отверстие 12 вытечет из цилиндра 11, поплавок 10 откроет своим рычагом сливной клапан 13 стакана. Поплавок 2 опустится, закроет клапаны 8 и 15 - бак снова готов к работе.

1 - стакан, 2 - поплавок, 3 - напорная труба, 4-воздушнаятруба,5, 6, 7 - рычаги поплавка, 8 - воздушный клапан, 9 - рычаг, 10 - поплавок, 11 - цилиндр, 12 - перепускное отверстие, 13 - клапан, 14 - сливной патрубок, 15 - сливной клапан.

Производительность такого водоподъемника зависит от дебита источника, высоты подъема воды, диаметра труб. Действующая установка при перепада воды Н1 = 8,2 м и напоре Н2 = 7 м имеет производительность 21 312 л воды в сутки. Один цикл зарядки баков занимает 15 минут и подает в водонапорную башню 222 л, сливая из воздушного 507 л.

Установка проста по конструкции и может быть изготовлена из доступных материалов в небольших механических мастерских. Надежность, безотказность в работе и автономность позволяют эксплуатировать такой водоподъемник вдали от линий электропередачи, использовать для создания искусственных водоемов, систем орошения, других хозяйственных нужд. Благодаря автоматическому режиму система может длительное время работать без присмотра человека.

На схеме изображен лишь один вариант такой установки, действующей по принципу гидрокомпрессора. Для получения большего напора систему можно сделать двухступенчатой: с последовательным подъемом воды в двух напорных баках. Отсутствие гидравлической связи между воздушным и напорным баком позволяет установке работать на двух источниках воды, когда, например, чистый родник имеет небольшую производительность, а протекающий рядом стремительный горный ручей,непригоден для питья. Тогда ключевая веда может поступать только в напорный бак, а из ручья - в воздушный, создавая необходимый напор в системе.

Если читателей журнала заинтересовало мое сообщение, с удовольствием поделюсь с ними своим опытом и новыми идеями.

Л. ЧЕРЕПКОВ, г. Горький

Заметили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter , чтобы сообщить нам.

Давид Малкольм

Краткое изложение

Все реки текут вниз. Теплота перемещается из теплой зоны в более охлажденную зону. Одежда и обувь изнашиваются, а здания без определенного ухода обваливаются. Каждый из нас знаком с этими физическими процессами, в которых учёные видят примеры второго закона термодинамики. Креационисты утверждают, что для эволюции необходимо совершенно противоположное этому общему принципу естественного вырождения. Поэтому нам важно ответить на вопрос: МОЖЕТ ЛИ ВОДА ТЕЧЬ В ВОСХОДЯЩЕМ НАПРАВЛЕНИИ?

Под понятием “восходящее направление” мы понимаем что-либо противоположное естественному направлению. И если мы наблюдаем процесс, при котором теплота перемещается из более холодной зоны в более тёплую, мы называем это восходящим процессом или процессом “в гору”, потому, что для теплоты естественно перемещаться в обратную сторону. То же самое касается химических реакций: если мы сжигаем в воздухе водород и получаем как продукт горения водяной пар, то мы наблюдаем “нисходящую” реакцию. Но если мы хотим получить водород и кислород из воды, то мы рассматриваем восходящую реакцию, которая не произойдет без значительного количества энергии, необходимой для этого.

2H 2 + O 2 => 2H 2 O Нисходящий процесс

2H 2 O => 2H 2 + O 2 Восходящий процесс

Теперь давайте рассмотрим, может ли вообще восходящий процесс когда-нибудь проходить самопроизвольно? Немного изменив этот вопрос, зададим его так: “Может ли всё-таки вода течь в восходящем направлении?” Кажется, что ответ на этот вопрос может быть “Да, может”. Есть такое устройство, которое называется плунжерный насос, который вынуждает воду течь в восходящем направлении, причем кроме самого течения воды на неё не оказывается никакого внешнего воздействия.

Плунжерный насос

Это устройство было изобретено в Великобритании и начало применяться в конце 1700-х годов. Как показано на рисунке, это устройство имеет простое строение. Лишь две его детали двигаются: подпружиненный “створчатый” клапан и невозвратный откидной клапан. Из резервуара (R) вода стекает вниз по впускной трубе (I), а также из спускного отверстия (D), до тех пор, пока скорость потока не заставляет подпружиненный “створчатый” клапан (C) закрыться. Получающийся в результате этого скачок давления вытесняет небольшое количество воды через откидной клапан (F), и таким образом сжимает воздух (A) в резервуаре высокого давления. Скачок давления быстро завершается, и откидной клапан закрывается. После этого объем воздуха (A) увеличивается, что поднимает воду верх по водонапорной трубе, которая стекает в водонапорный бак (E).

Сколько воды может подняться в результате этого процесса? Предположим, что за один час может протечь 12 кг воды; при этом расстояние между резервуаром и спускным отверстием составляет пять метров, и нам необходимо поднять воду на высоту 25 метров. Наибольшее течение, которое мы можем получить, составляет 2 килограмма воды в час: Потенциальная энергия вычисляется по формуле PE = mgh, поэтому при условии, что в системе отсутствует какое-либо изменение энергии, мы можем сказать, что энергия, потерянная водой, которая протекает в спускное отверстие, равна энергии, которая образуется в результате протекания воды в водонапорный бак, таким образом:

l0kg x g x 5m=2kg x g x 25m

Это была бы идеальная ситуация. На самом деле из-за различных неэффективных факторов мы бы ожидали получить гораздо меньшее течение. Восходящий процесс или процесс в гору наступает только тогда, когда на него действует более сильный “нисходящий” процесс.

Холодильник

Наш домашний холодильник является тем же устройством, которое вызывает восходящий процесс. Теплота перемещается из более холодной зоны в более тёплую. Если предположить, что электрическая энергия, которая питает наш холодильник, образуется электростанцией, которая работает на угле, то целая система может быть рассмотрена с точки зрения термодинамики. Законы термодинамики, по которым работает наш холодильник, намного сложнее законов, по которым работает плунжерный насос. Но и здесь, в результате, восходящий эффект внутри нашего холодильника меньше, чем нисходящий эффект, измеренный на электростанции. И здесь опять общая тенденция направлена вниз.

Но каким же образом всё это связано с вопросом сотворения и эволюции? На самом деле это имеет отношение к двум вещам.

Живые организмы как Машины

Учёные усердно трудятся над тем, чтобы показать, что все живые организмы функционируют согласно известным законам физики. До окончательного подтверждения ещё очень далеко, и это связано с невероятной сложностью живых организмов. И будьте уверены, что когда они это сделают, они представят это как доказательство эволюции. Но на самом деле они путают два разных вопроса:

1. Действительно ли этот объект функционирует согласно известным законам физики?

2. Действительно ли данный объект произошел в результате действия этих известных законов?

Если ответ на первый вопрос “да”, это вовсе не означает, что на второй вопрос можно ответить тоже “да”. Давайте зададим эти два вопроса в отношении плунжерного насоса. Функционирует ли он согласно известным законам физики? Да! Появился ли он в результате действия законов природы? Конечно, нет! Кто-то, очень талантливый и обладающий творческими способностями спроектировал и построил его. А как насчёт холодильника? Работает ли он согласно известным законам физики? Да, работает – и для его работы не требуется каких-либо особых чудес. Но произошел ли он в результате действия законов физики? Нет! Тот факт, что мы заплатили за него наши с трудом заработанные деньги, является признанием того, что это устройство - продукт творческой конструктивной способности и разумного усилия, за которое мы заплатим деньги, на что справедливо надеется производитель!

Точно так же дело обстоит и с живыми организмами. Утвердительный ответ на первый вопрос никаким образом не подразумевает такой же ответ на второй вопрос. Только обратите внимание на то, как смешанны эти два вопроса (вероятно осознанно) в популярных научных изданиях и публикациях.

Плунжерный насос как аналогия для эволюции

Один учёный следующим образом использует плунжерный насос как способ объяснения эволюции:

«Многих представителей вида, переживших вредные мутации, можно сравнить с большей частью воды, которая вытекает из спускного отверстия; это ведёт к генетическому улучшению небольшого числа представителей, что можно сравнить с водой, которая выталкивается вверх»

Однако эта идея бессмысленна. Если бы не вмешательство разума в этой ситуации, ВСЯ вода может вытекать из резервуара в спускное отверстие, а это - именно то, что мы обычно наблюдаем.

Этот учёный также мог бы предположить, что на основании того факта, что каждый день в мире изнашиваются миллионы автомобилей, где-то должно существовать небольшое число более сложных машин, которые создаются исключительно с помощью природных процессов. Этот довод совершенно нелогичен, так как здесь между нисходящим процессом и предложенным восходящим процессом не существует никакой «стыковки». Ранее он верно заметил, что “восходящий или обратный процесс может происходить в природе самопроизвольно, только если он связан с более преобладающим нисходящим процессом. Исходя из этой связи, нисходящий процесс фактически может вести другой процесс "обратно" или в так называемом восходящем направлении”. Для того, чтобы разработать способы связывания нисходящего процесса с восходящим необходимо присутствие разума. Если бы кому-нибудь удалось разгадать, как это сделать в случае с автомобилями, он бы сразу стал миллионером.

Заключение

Давайте четко определим, что происхождение и/или развитие жизни было определённо восходящим процессом. Однако многих смущает такая постановка вопроса. Мы говорим о термодинамике, которая связана с энергией; мы установили энергетический баланс в случае с плунжерным насосом, и посмотрели на энергетическую ситуацию, заставив химическую реакцию проходить в восходящем направлении. Многие люди попадаются в ловушку, когда думают, что всё, что необходимо для эволюции – это вход энергии в систему. Это самое большое заблуждение. На самом деле, самым важным компонентом, который должен быть внесён в систему, является ИНФОРМАЦИЯ (то есть организация).

Эту ситуацию можно сравнить с торнадо, которое проносится через двор старых и разбитых машин, захватывает весь железный хлам, и в результате из него вылетает пассажирский реактивный самолёт. Мы знаем, что такие чудеса могут происходить только в мультфильмах. Необходимый восходящий эффект в данной ситуации включает формирование лопаток турбины и алюминиевых панелей точно правильной функциональной формы, а после этого сборку тысячи составных компонентов в точном и правильном положении по отношению друг к другу, чтобы достичь необходимой функции. Естественный нисходящий процесс для автомобилей заключается в том, что двери ржавеют, замки перестают закрываться, протекторы стирают шины, и так далее. Мы бы определённо увидели восходящий процесс, если бы наш Фольксваген каким-то образом превратился в пассажирский реактивный самолёт, включая всю сложность этой конструкции.

Никто и никогда не предлагал способа, с помощью которого потеря организационной информации у одного организма могла бы быть использована для того, чтобы дополнить информацию другого организма, поэтому аналогия гидравлического плунжера не имеет для эволюции никакого смысла. Аргумент креационистов стоит, а живые организмы являются результатом удивительного восходящего процесса.

Ссылки и примечания

Этот простой опыт хорошо иллюстрирует, как происходит процесс впитывания жидкости твердым телом, а именно бумажной салфеткой и х/б веревочкой.

Суть опыта:

Для опыта вам понадобится:

• бумажная салфетка
• два больших пластиковых прозрачных стаканчика
• обрезанная бутылка
• бечевка
• фломастеры
• ножницы

Вырезаем из бумажной салфетки полоску. Наносим по ее ширине разноцветными фломастерами точки в один ряд. На бечевке также наносим несколько отметок фломастерами разных цветов, но не в ряд, а вдоль и на равном расстоянии друг от друга. Для опыта лучше брать прозрачные стаканы, в прозрачной посуде ребенку интересней будет наблюдать за происходящим. Наливаем в стаканы воду. В первый стакан опускаем полоску из бумажной салфетки так, чтобы она немного касалась поверхности воды. Во второй стакан помещаем бечевку таким же образом, как и салфетку. При этом обрезанная бутылка поможет вам закрепить верхний конец бечевки. Всё. Наблюдаем с ребенком, как вода сама поднимается вверх.

Вода - уникальное вещество. При всей распространенности и простоте своего состава ее физические и химические свойства зачастую являются исключениями. Так, например, при 4 о С плотность воды максимальна, а при переходе в твердое состояние (лед) она уменьшается! Никакое другое вещество себя так не ведет.

Что же касается данного опыта, на первый взгляд, все очевидно и просто. Вода смачивает бумагу и бечевку, и материалы намокают. А вот объяснить почему так происходит, затруднительно.

Для начала разберемся в самом термине «смачивание». Оно представляет собой явление взаимодействия жидкости с поверхностью твердого тела. Вариантов развития событий, как всегда, два:

• притяжение между молекулами жидкости сильнее, чем их притяжение к молекулам твердого тела. Жидкость стремится сократить контакт с поверхностью и, в результате, собирается в капли.
• притяжение между молекулами жидкости слабее, чем их притяжение к молекулам твердого тела. Жидкость стремится увеличить площадь соприкосновения и, в результате, прижимается к поверхности тела, растекаясь по ней.

Тут, очевидно, второй вариант. Растекание происходит до тех пор, пока жидкость не покроет всю поверхность, или пока слой жидкости не станет мономолекулярным.

Но как вода преодолевает силы гравитации?

Собственно, так же, как и в растениях. Вода поднимается вверх по капиллярным сосудам растения и доставляет ее от корней к листьям и плодам.

Происходит это за счет разницы давлений и сил поверхностного натяжения воды. Поверхность воды, попадающей в узкий капилляр, принимает вогнутую форму (мениск). При таком положении давление жидкости под этим мениском становится меньше атмосферного, и вода стремится вверх. И чем тоньше капилляр, тем выше поднимается вода, стремясь уравновесить отрицательное давление. Если жидкость не смачивает поверхность, то мениск будет выпуклый, и она не станет подниматься вверх по капилляру.

Салфетка имеет пористую структуру и состоит преимущественно из целлюлозы, которая, в свою очередь, имеет волокнистое строение. Таким образом, воде не составляет труда найти себе пути-капилляры для движения вверх.

В бечевке процессы протекают аналогичным образом, с той лишь разницей, что в ней не нарушаются механические свойства, так как состоит она из цельных нитей.

В Синьцзян-Уйгурском автономном районе на северо-западе Китая существует аномальный холм, по склону которого вода течет не вниз, а вверх.

Странный холм был обнаружен в 2003 году двумя туристами в районе горной гряды, расположенной в 10 км от поселка Баньцзегоу уезда Цзитай. События, произошедшие с ними дальше, не поддаются объяснениям. Так, остановив автомобиль, на котором они путешествовали, на дне расположенной на вершине холма V-образной впадины и сняв его с тормозов, туристы с удивлением обнаружили, что автомобиль стал сам двигаться вверх по западному склону с нарастающей скоростью, которая к моменту достижения вершины склона достигла 30 км\ч.

Еще большее изумление туристов вызвал тот факт, что вода, разлитая на западном склоне, потекла не вниз, а вверх, в сторону вершины.

Некоторые эксперты пытаются объяснить эти аномальные явления геологическими особенностями местности. Однако эти факты подтверждены проверкой, выполненной профессором Ланьчжоуского университета Фан Сяомином еще в конце прошлого века. Так, на локальной площадке длиной 60 м все круглые предметы, машины с выключенными двигателями самопроизвольно движутся вверх, кроме того - и вода течет вверх по склону с наклоном в 15 градусов.

Чтобы проехать на этом участке на автомобиле, велосипеде или даже на роликовых коньках, нужно забыть о всякой логике. Водителю при подъеме приходится жать на тормоз, а не на газ, поскольку автомобиль начинает набирать скорость.

Профессор Фан Сяомин считает причиной столь аномального явления геомагнетизм или изменения атмосферного давления. На всякий случай всех желающих посмотреть на то, как вода течет по склону не вниз, а вверх, предупреждают: часто у людей, побывавших в таких "загадочных" местах, в дальнейшем наблюдаются психические отклонения, они начинают часто болеть, зафиксировано несколько летальных исходов.

В мире есть еще несколько подобных мест

Ранее неоднократно упоминалось о странных явлениях, происходящих близ холма Мегурэ (по-румынски - "курган") в местечке Бакэу в Румынии. Там в начале 90-х был обнаружен большой клад - 2000 серебряных монет эпохи римского императора Траяна. После этой находки некая неведомая сила стала выталкивать все посторонние предметы - даже автомобили - с подножья холма. Местные корреспонденты, отправленные на расследование, рассказали о своем опыте: "Капот машины приподнялся, будто от действия могучей подземной пружины, и автомобиль поехал назад к вершине холма!".

Кроме того, фактическое повторение аномальных явлений в Китае наблюдается в Израиле.Очевидец утверждает , что недалеко от Бейт-Шемеша вода также поднимается по склону вверх. Турист, наслушавшись рассказов о подобном явлении, решил провести эксперимент - он останавливал на этой горе машину, ставил ее на "нейтралку" и отпускал тормоз. Вопреки ожиданиям, машина катилась вверх.

Однако, по мнению туриста, это не связано с магнитными свойствами, так как пластиковые мячи замечательно катились под гору. На снимке хорошо видно, как вылитая вода течет не вниз, а вверх - к кромке перевала, которая довольно отчетливо видна. Данная аномалия наблюдается на всем протяжении шоссе, примерно 600 метров, вплоть до пересечения этой дороги с главной магистралью.

Как-то объяснить такие явления очевидец не смог, но сообщил, что это место эзотерически необычно - оно связано с потерей ковчега Завета. Именно в этих местах евреи потеряли довольно большой сундук с каменными скрижалями, где были начертаны 10 заповедей.

http://www.newsru.com

Этот вопрос совсем не так неразумен, как это может показаться. В самом деле, разве вода - это только та бесцветная жидкость, что налита в стакан? Океан, покрывающий почти всю нашу планету, всю нашу чудесную Землю, в котором миллионы лет назад зародилась жизнь, - это вода. Тучи, облака, туманы, несущие влагу всему живому на земной поверхности, - это ведь тоже вода. Бескрайние ледяные пустыни полярных областей, снеговые покровы, застилающие почти половину планеты, - и это вода. Прекрасно, невоспроизводимо бесконечное многообразие красок солнечного заката, его золотых и багряных переливов; торжественны и нежны краски небосвода при восходе солнца. Этот великий художник природы - вода. Кроме того, разве все секреты воды открыты учеными? На этот вопрос сможет ответить только время. Почему нас заинтересовала вода?

Мы хотим узнать, может ли вода течь вверх?

Гипотеза: вода может течь вверх.

Цель исследования: исследовать, может ли вода течь вверх.

Задачи:

1. Изучить информацию о свойствах воды, используя научно–популярную литературу;
2. Провести физические опыты по исследованию свойств воды;
3. Выяснить, когда и при каких условиях вода поднимается вверх;
4. Сформулировать выводы.

При подготовке работы была изучена различная литература, изучены материалы Интернет–сайтов, применены знания, полученные на уроках окружающего мира и на кружке “Калейдоскоп наук”, проведен ряд опытов.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Действие силы тяжести

Если вы выпустите книгу из рук, она неизбежно упадет на пол. “Виновата” в этом сила тяжести, которая притягивает все без исключения объекты к центру Земли. А подняв упавшую книгу, вы заметите, что ее внешний вид нисколько не изменился. Она – твердая, а твердые предметы сохраняют свою первоначальную форму. Если, конечно, не прикладывать к ним какую – либо специальную силу.

Теперь представьте себе, что упала не книга, а стакан с водой. Вода выплеснется и в беспорядке растечется. В самом деле, жидкость собственной формы не имеет. Она лишь занимает тот объем, ту форму, в которую налита. Все та же сила тяжести заставляет ее стремиться к самой низкой точке. Одним словом, где вода - там самое низкое место. Почему реки впадают в море? Просто уровень воды в морях ниже. Любая река как бы наклонена к тому морю, в которое она впадает. Ярким доказательством тому, что вода притягивается к Земле и стремится занять самый низкий уровень, являются водопады.

Сообщающиеся сосуды

Конечно, в обычном состоянии вода не сможет подниматься по склону, тем не менее, инженерам удалось заставить ее пересекать горные перевалы. Для этого оказалось достаточным... поместить воду в трубы. Именно так! Вода, бегущая в трубе со склона, давит на массы воды в трубе, поднимающейся в гору. И они, эти тысячи тонн воды, текут вверх! Правда, выше головы не прыгнешь: вода не поднимется выше своего первоначального уровня – высоты первой горы, с которой стекает. Но человек всегда найдет возможность сделать ту точку, из которой вытекает вода, самой высокой, и тогда никакие перевалы ему не страшны!

ЧЕГО НЕ ЗНАЛИ ДРЕВНИЕ?

Жители современного Рима до сих пор пользуются остатками водопровода, построенного еще древними: солидно возводили римские рабы водопроводные сооружения.

Не то приходится сказать о познаниях римских инженеров, руководивших этими работами; они явно недостаточно были знакомы с основами физики. Взгляните на прилагаемый рисунок, воспроизведенный с картины Германского музея в Мюнхене. Вы видите, что римский водопровод прокладывался не в земле, а над ней, на высоких каменных столбах. Для чего это делалось? Разве не проще было прокладывать в земле трубы, как делается теперь? Конечно, проще, но римские инженеры того времени имели весьма смутное представление о законах сообщающихся сосудов. Они опасались, что в водоемах, соединенных очень длинной трубой, вода не установится на одинаковом уровне. Если трубы проложены в земле, следуя уклонам почвы, то в некоторых участках вода должна течь вверх, - и вот римляне боялись, что вода вверх не потечет. Поэтому они обычно придавали водопроводным трубам равномерный уклон вниз на всем их пути (а для этого требовалось нередко либо вести воду в обход, либо возводить высокие арочные подпоры). Одна из римских труб, Аква Марциа, имеет в длину 100 км, между тем как прямое расстояние между ее концами вдвое меньше. Полсотни километров каменной кладки пришлось проложить из–за незнания элементарного закона физики!

ЧЕГО НЕ ЗНАЛИ МЫ?

Исследуя проблему воды, мы столкнулись с задачей. Перед нами было два кофейника одинаковой ширины: один высокий, другой - низкий. Какой из них вместительнее? В какой из этих кофейников можно налить больше жидкости?

Мы, не подумав, решили, что высокий кофейник вместительнее низкого. Однако когда стал лить жидкость в высокий кофейник, то налили его только до уровня отверстия его носика - дальше вода начала выливаться. А так как отверстия носика у обоих кофейников на одной высоте, то низкий кофейник оказался столь же вместительным, как и высокий с коротким носиком.

Это и понятно: в кофейнике и в трубке носика, как во всяких сообщающихся сосудах, жидкость должна стоять на одинаковом уровне, несмотря на то, что жидкость в носике весит гораздо меньше, чем в остальной части кофейника. Если же носик недостаточно высок, вы никак не нальете кофейник доверху: вода будет выливаться. Обычно носик устраивается даже выше краев кофейника, чтобы сосуд можно было немного наклонять, не выливая содержимого.

Капиллярные явления

При определенных обстоятельствах вода способна самопроизвольно подниматься вверх. Если поместить достаточно тонкую трубку (например, соломинку) в сосуд с водой, уровень воды в трубке поднимается выше уровня воды в сосуде. Разница между уровнями воды в сосуде и в трубке будет тем больше, чем меньше внутренний диаметр трубки. Способность воды подниматься в трубке с достаточно узким каналом – один из примеров, так называемых капиллярных явлений, благодаря которым растения способны доставлять воду из почвы к ветвям и листьям. Эти же явления помогают крови циркулировать в человеческом теле, особенно в капиллярах – мельчайших кровеносных и лимфатических сосудах. Кроме того, это происходит всегда и повсеместно. Сама поднимается вода вверх в почве, смачивая всю толщу земли от уровня грунтовых вод. Сама поднимается вода вверх по капиллярным сосудам дерева и помогает растению доставлять растворенные питательные вещества на большую высоту - от глубоко скрытых в земле корней к листьям и плодам. Сама движется вода вверх в порах промокательной бумаги, когда нам приходится высушивать кляксу, или в ткани полотенца, когда вытираем лицо.

Атмосферное давление

В старину – в 17–18 веках – вельможи забавлялись следующей поучительной игрушкой: изготовляли кувшин, в верхней части которой имелись крупные узорчатые вырезы. Такой кувшин, налитый вином, предлагали незнатному гостю, над которым можно было безнаказанно посмеяться. Как пить из нее? Наклонить нельзя: вино польется из множества отверстий, а до рта не достигнет ни капли. Случится, как в сказке:

Мед, пиво пил,
Да усы лишь обмочил.
–Как выпить содержимое?

Надо заткнуть отверстие В, взять в рот носик и втянуть в себя жидкость, не наклоняя сосуда. Вино поднимется через отверстие Е по каналу внутри ручки, далее по его продолжению С внутри верхнего края кувшина и достигнет носика.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Для выяснения того, как вода может течь вверх, мы провели ряд опытов.

Свои наблюдения мы занесли в таблицу:

Опыт 1 – с фонтаном

Для наблюдения используется опытный макет фонтана (два сообщающихся сосуда, соединенных резиновой трубкой). В один из сосудов (резервуар) наливается вода. Другой сосуд имеет отверстие, из которого “бьет фонтан”. Резервуар с водой опускается вниз и поднимается вверх. Вода в сообщающихся сосудах устанавливается на одинаковом уровне. Если резервуар поднимать, то вода сама поднимается вверх (из фонтана).

Опыт 2 – с цветком

Для опыта отбираются несколько цветков на стебле. В воде растворяется марганцево–кислый калий. Вода подкрашивается для того, чтобы можно было наблюдать за поднятием жидкости по стеблю. В подкрашенную воду опускаются цветы. Через некоторое время становится заметно, что подкрашенная вода сама поднимается вверх по стеблю. Ей помогает в этом атмосферное давление. При этом наблюдаются капиллярные явления. Через продолжительное время подкрашенная вода проникает даже в цветы.

Опыт 3 – с пробиркой

Для опыта используется: пробирка химическая, сосуд с горячей водой, сосуд с холодной подкрашенной водой.

Пробирка опускается в горячую воду так, чтобы открытый конец был вверху. Воздух в пробирке некоторое время прогревается. Затем открытый конец пробирки закрывается пластилином или большим пальцем. Пробирка очень быстро переворачивается и опускается в сосуд с холодной водой. Холодная вода сама начинает подниматься вверх. В этом воде помогает атмосферное давление.

В горячей воде воздух в пробирке прогревается, расширяется, частично выходит из пробирки. В холодной воде воздух сжимается. Атмосферное давление подталкивает воду в пробирку.

Опыт 4 – со шприцем

Для опыта используется: шприц демонстрационный или медицинский и сосуд с подкрашенной водой.

Вначале опыта поршень шприца до упора продвигается к отверстию шприца. После этого отверстие шприца опускается в подкрашенную воду. Поршень подтягивается вверх. Вода сама начинает подниматься вверх за поршнем.

В этом воде помогает атмосферное давление, которое подталкивает воду в разреженное пространство.

Опыт 5 – с сообщающимися сосудами

Для проведения опыта используются: электрическая плитка, теплоприемник, манометр, резиновая трубка, подкрашенная жидкость.

В сообщающиеся сосуды манометра наливается подкрашенная вода. Вода устанавливается на одинаковом уровне в обоих сосудах. Один из сообщающихся сосудов соединяется с теплоприемником резиновой трубкой. Разогретая электрическая плитка располагается напротив теплоприемника. Вода в одной из трубок сама начинает подниматься.

От разогретой плитки к теплоприемнику доходят тепловые лучи. Воздух в теплоприемнике нагревается, расширяется, давит на воздух над жидкостью в том сосуде, который соединен резиновой трубкой с теплоприемником. В этой трубочке вода начинает опускаться, а в другой трубке вода начинает подниматься.