СОДЕРЖАНИЕ
От редакторов перевода................13
Введение ...................15
Глава I. Механика жидкостей
§ 1. Методическая записка...............19
§ 2. Жидкость, имеющая свободную поверхность. Сообщающиеся сосуды .................27
* 1. Исследование формы и положения свободной поверхности жидкости визированием.........27
* 2. Исследование формы и положения свободной поверхности жидкости при помощи щупа..........28
* 3. Постоянство объема жидкости при ее переливании .. 29
4. Моделирование жидкостей...........29
5. Демонстрация несжимаемости жидкости......30
6. Расширение жидкости при понижении внешнего давления ..................30
7. Сообщающиеся сосуды на примере стеклянной трубки, погруженной в цилиндр, наполненный водой .... 31
8. Уровень жидкости в трубках, соединенных резиновым шлангом.................32
9. Уровень жидкости в погруженной в воду U-образной трубке с отверстием.............33
10. Демонстрация, объясняющая действие сообщающихся сосудов ................. 33
11. Модель водомерного стекла.......... 34
12. Модель уровнемера............. 35
13. Модель гидростатического нивелира....... 37
14. Модель плотницкого уровня .......... 37
* 15. Модель камерного уровня..........39
§ 3. Поршневое давление в замкнутой со всех сторон жидкости. Передача давления. Закон Паскаля.........40
16. Эксперимент по передаче давления жидкостями ... 40
17. Передача давления жидкостью во все стороны в шаровом шприце (шар Паскаля)...........41
18. Передача давления жидкостью, наполняющей резиновую трубку..................42
19. Гидростатическая передача давления в камере давления с открытым манометром............43
20. Показ передачи давления на модели жидкости ... 44
* 21. Подъем уровней жидкости в трубках разного сечения при одностороннем давлении............46
* 22. Модель гидравлического подъемника из двух трубок разного сечения ...............48
23. Резиновая камера футбольного мяча в качестве самодельного прибора для передачи давления ....... 49
24. Модель гидравлического пресса.........51
25. Передача давления велосипедной камерой, наполненной водой..................52
§ 4. Весовое давление.................53
26. Зонд для измерения давления внутри жидкости ... 53
* 27. Измерение давления внутри жидкости мембранным зондом, соединенным с открытым манометром.....54
* 28. Зависимость весового давления от плотности жидкости . 56
29. Демонстрация давления на дно сосуда при помощи весов Паскаля.................57
30. Демонстрация давления на дно сосуда при помощи прибора Хальдата..............58
* 31. Демонстрация давления на дно при помощи самодельного
сборного прибора с отпадающим дном ......59
32. Демонстрация давления жидкости на стенки сосуда по вытекающим струям.............64
33. Демонстрация давления жидкости на стенки сосуда
по водомерной трубке ............ 65
34. Демонстрация направленного вверх давления внутри жидкости.................66
35. Изучение действия фонтана на самодельной модели .. 68
* 36. Определение при помощи погружаемой трубки удельного веса жидкости, смешивающейся с водой......70
* 37. Определение при помощи открытых трубок удельного веса жидкости, несмешивающейся с водой.......72
* 38. Определение удельного веса жидкости методом засасывания ...................73
* 39. Определение удельного веса ртути при помощи U-образной трубки ............... 75
§ 5. Закон Архимеда. Условия плавания тел........77
40. Плавучесть наполненной воздухом жестяной банки или резинового мяча ..............77
41. Модель для демонстрации плавучести деревянного бруска 77
42. Сравнение выталкивающей силы и веса вытесненной жидкости при помощи пружинного динамометра ... 79
* 43. Сравнение выталкивающей силы и веса вытесненной жидкости при помощи гидростатических весов.....79
* 44. Сравнение выталкивающей силы и веса вытесненной жидкости при помощи настольных чашечных весов ... 80
45. Изменение веса и глубины погружения плавающей зажженной свечи..............82
46. Отсутствие плавучести тел, у которых устранено давление жидкости на их подошву.........83
* 47. Определение удельного веса твердого тела гидростатическим взвешиванием ............84
* 48. Определение удельного веса жидкости по величине выталкивающей силы, действующей на твердое тело ... 86
* 49. Определение удельного веса жидкости при помощи весов Мора для жидкостей с удельным весом от 0 до 2 п/см3 87
50. Проведение эксперимента по исследованию плавучести тел...................90
51. Погружение, всплывание или нахождение во взвешенном состоянии закупоренного флакона в зависимости от изменения его веса ..............91
52. Подтверждение закона Архимеда на опыте с различными телами равного объема............91
53. Самодельный «картезианский водолаз».......92
54. Тело, плавающее в холодной воде и тонущее в нагретой .................93
55. Демонстрация плавания твердых тел на модели жидкости 94
56. Плавание металлических шариков в ртути.....95
57. Плавучесть твердых тел, не плавающих в обычных условиях.................95
58. Изменение положения трехгранной деревянной призмы при плавании ее в пресной и соленой воде.....96
59. Определение удельного веса янтаря по удельному весу солевого раствора, в котором янтарь окажется во взвешенном состоянии..............97
60. Взвешенное состояние куриного яйца в солевом растворе ....................97
* 61. Модель ареометра из пробирки, наполненной дробью.
Предварительный эксперимент для пользования ареометром ..................98
* 62. Определение удельного веса жидкости ареометром .. 99
§ 6. Водяные двигатели................100
63. Модель наливного колеса...........100
64. Модель подливного колеса ..........102
65. Модель активной гидравлической турбины (турбина Пельтона).................103
66. Модель пропеллерной реактивной гидравлической турбины (турбина Каплана)...........105
Глава II. Механика газов
§ 7. Методическая записка...............108
§ 8. Демонстрации, подтверждающие действие давления воздуха ..113
67. Действие давления воздуха на воду, помещенную в закрытый с одной стороны сосуд.........113
68. Показ давления воздуха при помощи колбы для фильтрования ............... 113
69. Демонстрация разрыва пленок или стеклянных пластинок под действием давления воздуха ........114
70. Показ равенства давления воздуха во всех направлениях в пределах одного и того же горизонта над уровнем моря..................116
71. Действие давления воздуха на поверхность воды, наполняющей опрокинутый отверстием вниз сосуд ....116
72. Показ давления воздуха на вложенных друг в друга пробирках................117
73. Показ давления воздуха при помощи резинового баллона, помещенного в склянку с нижним тубусом.....118
74. Демонстрация упругости воздуха.........119
75. Шар Герона под колоколом воздушного насоса ...120
76. Шар Герона в склянке с притертой пробкой ....120
77. Демонстрация упругости воздуха при помощи опрокинутой в сосуд с водой колбы, помещенной под колокол насоса..................121
78. Демонстрация упругости воздуха при помощи колбы, соединенной с сосудом, из которого выкачивается воздух 122
79. Демонстрация наличия воздуха в древесине ....123
80. Предварительный опыт с сифоном........124
81. Простейший сифон .............125
82. Сифон в разреженном пространстве .......126
83. Эксперимент на модели сифона.........128
84. Самонаполняющийся сифон...........129
85. Модель сифона для переливания вредных для здоровья веществ.................131
86. Модель сифона с клапаном ..........132
§ 9. Измерение давления воздуха. Барометры и манометры ...133
87. Опыт Торричелли. Ртутный барометр.......133
88. Опыт Герике. Водяной барометр ........135
89. Эксперимент на модели контрбарометра Гюйгенса ..136
* 90. Измерение атмосферного давления при помощи трубки Мельде..................138
91. Измерение пониженного давления при помощи укороченного манометра..............139
* 92. Показ на вариометре-высотомере зависимости давления воздуха от высоты поднятия над землей......140
93. Показ на дифферент-барометре Бонэ изменения разницы между атмосферным давлением и давлением газа в городском газопроводе..............142
94. Модель барометра-анероида..........143
95. Измерение высоты места по показанию барометра-анероида .................145
96. Открытый манометр. Измерение повышенного давления в городском газопроводе...........146
97. Закрытый манометр. Определение давления в городском водопроводе................147
98. Изготовление микроманометра высокой чувствительности для измерения незначительных разностей давления ..149
§ 10. Закон Бойля..................150
* 99. Подтверждение закона Бойля при помощи трубки Мельде.................150
* 100. Демонстрация закона Бойля при помощи бюретки ..152
* 101. Демонстрация закона Бойля при помощи манометра и газоизмерительного колокола (газовой бюретки Мюллера)...................154
* 102. Демонстрация закона Бойля при помощи прибора для взятия проб воды .............156
* 103. Демонстрация закона Бойля при помощи разноплечей U-образной трубки............158
§ 11. Выталкивающая сила в газах........... 160
104. Всплывание тела в углекислоте........160
105. Демонстрация выталкивающей силы воздуха при помощи дазиметра (статического плотномера — бароскопа)... 161
106. Измерение при помощи дазиметра удельного веса газа из городского газопровода...162
107. Повышение плавучести в воздухе резинового шара при наполнении его водяным паром.........164
108. Определение подъемной силы детского воздушного шара, наполненного водородом или городским газом 164
* 109. Определение при помощи гайдропа подъемной силы баллона, наполненного городским газом.......165
110. Плавучесть мыльных пузырей, наполненных городским газом .................166
111. Плавучесть в различных парах мыльных пузырей, наполненных углекислым газом..........167
112. Демонстрация подъемной силы нагретого воздуха .. 168
113. Модель монгольфьера............169
114. Наполнение воздушных детских шаров городским газом..................171
115. Подготовка мыльных растворов ........173
§ 12. Воздушные и водяные насосы............173
116. Воздушные насосы для школ и их применение ...173
117. Модель поршневого воздушного насоса......177
118. Модель водяного насоса. Всасывающе-нагнетающая колодезная помпа.............178
* 119. Зависимость между понижением давления в сосуде, из которого откачивается воздух, и временем откачивания...............180
Глава III. Молекулярные свойства жидкостей и газов
§ 13. Методическая записка............... 182
§ 14. Молекулярное строение жидкостей и газов. Подвижность молекул....................187
* 120. Определение порядка величины диаметра молекул масла..................187
* 121. Броуновское движение в воде.........189
* 122. Броуновское движение в воздухе........190
123. Предварительные опыты сравнения вязкости жидкостей 192
* 124. Измерение вязкости жидкости в пуазах при помощи
простейшего вискозиметра ..........193
* 125. Определение вязкости жидких масел.......194
* 126. Определение вязкости глицерина........195
127. Деформация пластичных тел под действием собственного веса................196
128. Деформация стеклянной палочки под действием нагрузки.................197
§ 15. Поверхностное натяжение и капиллярность.......197
129. Предварительный эксперимент, демонстрирующий поверхностное натяжение воды.........197
130. Демонстрация поверхностного натяжения воды при помощи иголок или лезвий безопасных бритв ....198
131. Плавание алюминиевого кружочка на поверхности воды 199
132. Демонстрация поверхностного натяжения воды в U-образной трубке.............. 199
133. Образование капель анилина в воде.......200
134. Получение капель анилина при его нагревании в воде 201
135. Образование круглых капель в жидкостях, делающих капли невесомыми.............201
* 136. Зависимость скорости истечения капель воды от величины силы поверхностного натяжения........202
* 137. Изменение величины поверхностного натяжения воды при внесении кристаллов камфары.......203
138. Влияние поверхностного натяжения различных веществ, внесенных между двумя подвижными телами .. 204
* 139. Эксперимент, демонстрирующий явление флотации .. 205
140. Вытеснение воды спиртом или эфиром......206
141. Демонстрация поверхностного натяжения мыльных пленок на круглой рамке.....206
142. Демонстрация поверхностного натяжения мыльных пленок на рамке из ниток....208
* 143. Определение силы поверхностного натяжения мыльных пленок по измерению предельной силы их растяжения ............. 209
* 144. Определение коэффициента поверхностного натяжения
мыльных пленок по измерению силы, необходимой для их разрыва................211
145. Подъем мыльной пленки в воронке.......212
146. Самосокращение поверхности мыльной пленки ...212
* 147. Зависимость давления внутри мыльного пузыря от его размеров................213
148. Действие давления в двух взаимосвязанных мыльных пузырях ................215
149. Образование наименьших поверхностей мыльных пленок 216
* 150. Капиллярное поднятие воды в трубках разного сечения 218
151. Капиллярная депрессия ртути.........219
152. Действие силы капиллярности на два близко подвешенных друг от друга лезвия безопасной бритвы .. 220
* 153. Зависимость величины капиллярного поднятия жидкости
от размера просвета между двумя стеклянными пластинками ......................220
154. Капиллярность фильтровальной бумаги .....221
* 155. Капиллярное поднятие воды в песке и пылеватых почвах.................223
§ 16. Растворы, смеси. Адсорбция и абсорбция.......224
156. Растворение твердого тела в воде. Получение насыщенных растворов сахара и поваренной соли.....224
157. Зависимость растворимости твердых тел от величины их поверхности и температуры.........226
158. Уменьшение объема при растворении твердых тел
в воде .................227
159. Растворение эфира в воде...........227
160. Изменение объема при сливании воды и спирта ... 227
161. Получение эмульсии различных несмешивающихся жидкостей................228
162. Адсорбция красителей углем .........229
163. Адсорбция паров брома углем.........230
164. Адсорбция паров бензола углем........230
165. Адсорбция аммиака углем..........232
166. Адсорбция городского газа платиной.......233
167. Абсорбция аммиака водой..........234
168. Абсорбция углекислого газа резиной.......236
§ 17. Диффузия и осмос................237
169. Диффузия медного купороса в воду.......237
170. Демонстрация диффузии жидкости в проекции на экран ................239
171. Отделение коллоидной фракции от кристаллической (по Граму)................241
172. Демонстрация осмотического давления раствора сахара 243
173. Диффузия солей металла в жидком стекле .... 244
174. Демонстрация диффузии углекислого газа в воздух.. 245
175. Демонстрация диффузии городского газа и паров брома в воздух................246
176. Сравнение скорости диффузии брома в различных газах..................247
177. Повышение давления в пористом сосуде при диффузии
в него городского (светильного) газа или водорода .. 248
178. Понижение давления в пористом сосуде при диффузии в него углекислого газа......249
179. Изготовление шара Герона, используя диффузию городского газа или водорода в пористый сосуд.....250
180. Эксперимент на модели автоматического газоанализатора ............ 251
Глава IV. Общее учение о потоках
Из предисловия авторов руководства к главам IV, V и VI . 253
§ 18. Методическая записка..............254
§ 19. Ламинарные потоки...............259
181. Показ струй потока жидкости в струепотоковой камере Поля..................259
182. Показ струй потока газа в самодельной потоковой камере.................260
* 183. Показ граничного слоя между движущимися и покоящимися частицами разнородных жидкостей.....262
184. Распределение скоростей в живом сечении ламинарного потока жидкости, движущейся в широкой трубе .. 263
185. Показ распределения скоростей в потоке жидкости внутри трубы...............264
186. Количественная характеристика распределения скоростей по поперечному сечению воздушного потока... 264
187. Параболический профиль диаграммы скоростей в живом сечении потока по форме воздушного пузырька ... 265
§ 20. Турбулентные потоки...............266
188. Завихрения в поднимающемся папиросном дымке .. 266
* 189. Ламинарность и турбулентность струй жидкости.
Определение числа Рейнольдса.........266
190. Исследование потока воздуха при помощи вертушки-индикатора и ниточного зонда.........268
191. Показ при помощи ниточного зонда линий тока вокруг помещенных в поток преград.........269
192. Показ при помощи зонда-пропеллера завихрений позади пластинки, помещенной в поток......271
193. Картина завихрений позади плоской преграды Показ поля потока при помощи зажженных свечей . 272
194. Обтекание пластинки, помещенной наклонно к оси потока.................273
195. Показ линий тока при помощи зонда-пламени ... 274
196. Получение замкнутых вихревых колец в воздухе .. 274
197. Проекция на экран вихревых колец в жидкости .. 275
§21. Аэро- и гидродинамическое сопротивление тел в потоках жидкости и газа..................276
198. Картины завихрений при обтекании преград в потоковой ванне................. 276
199. Картины завихрений при обтекании преград в потоковом канале специального прибора .......... 277
200. Картины завихрений при продвижении тел различной обтекаемости в неподвижной жидкости.......278
* 201. Сравнение аэродинамического (лобового) сопротивления
тел различной формы. В эксперименте используется фен и почтовые весы с квадрантом.....280
202. Измерение аэродинамического сопротивления при помощи самодельных однокомпонентных весов ... 282
* 203 Определение аэродинамического сопротивления при помощи чашечных настольных весов...... 283
204. Градуирование шкалы чашечного анемометра ... 285
§ 22. Измерение давления и скорости потока. Уравнение неразрывности. Уравнение Бернулли...............285
* 205. Вывод уравнения неразрывности по вытекающей струе 285
* 206. Вывод уравнения неразрывности измерением скоростей
в двух трубках разного сечения ..... 288
207. Демонстрация падения давления в сливной трубе однородной по поперечному
сечению ......289
208 Демонстрация падения давления в сливной трубе, имеющей суженный участок..........290
209. Демонстрация падения давления в сливной трубе, имеющей сужение в различных участках.....291
210. Измерение напорного (или динамического) давления воздушного потока трубкой Пито........293
211. Измерение статического давления в воздушном потоке трубкой-зондом..............294
212. Измерение трубкой-зондом статического давления в потоке жидкости, заключенной в трубу......294
* 213. Измерение скорости потока трубкой Прандтля .. 295
* 214. Измерение скорости воздушного потока дюзой Вентури................296
* 215. Измерение расхода потока круглой диафрагмой ... 298
* 216. Измерение статического давления в водоструйном насосе.................300
217. Измерение давления в пульверизаторе.......301
§ 23. Аэродинамические и гидродинамические парадоксы ....301
218. Демонстрация аэродинамического парадокса на самодельном приборе..............301
219. Демонстрация гидродинамического парадокса на приборе фабричного изготовления....302
220. Поведение бумажного конуса в воронке при продувании воздуха.................302
221. Поведение двух картонных или бумажных полосок при продувании между ними воздуха.........303
222. Сближение двух ложек в струе воды или воздуха .. 304
223. Поведение бумажного круга при продувании воздуха через плоскодонную воронку....304
224. Поведение матерчатого зонда в краевой зоне воздушного потока.................305
225. Демонстрация аэродинамического парадокса на парящем в воздушном потоке шарике от настольного тенниса . 306
* 226. Измерение силы втягивания воздушного потока при помощи парящего резинового тонкостенного шарика . 307
227. Поведение нескольких детских резиновых шаров в потоке воздуха.................308
228. Поведение бумажного цилиндра при внесении его в горизонтальный поток воздуха........309
229. Демонстрация трения воздуха в свободном и связанном трубой потоке...............309
Глава V. Движение потока вокруг самолета
§ 24. Методическая записка..............311
§ 25. Поток вокруг несущей поверхности. Сопротивление и подъемная сила несущей поверхности............314
230. Потоки вокруг модели крыла.........314
231. Исследование потока вокруг модели крыла при помощи зонда-пламени ..............314
232. Исследование потока вокруг модели крыла при помощи ниточного зонда ............ 315
233. Демонстрация распределения давления на модели крыла при помощи накидного бумажного капюшона....315
* 234. Измерение распределения давления вдоль поверхности
крыла при различных углах атаки........316
* 235. Измерение при помощи настольных чашечных весов
сопротивления крыла потоку при различных углах атаки..................319
* 236. Измерение при помощи настольных чашечных весов подъемной силы крыла.........320
237. Измерение при помощи однокомпонентных весов сопротивления крыла потоку и его подъемной силы ... 322
* 238. Построение поляр-диаграммы модели крыла при помощи настольных чашечных весов.........323
* 239. Построение поляр-диаграммы модели крыла при помощи двухкомпонентных весов..........325
* 240. Составление поляр-диаграммы модели крыла при помощи спирально-цилиндрической пружины......326
§ 26. Устойчивость самолета. Органы управления.......328
241. Поведение потоков вокруг крыла, имеющего предкрылок...................328
242. Показ краевых завихрений у модели крыла при помощи вертушки-индикатора и ниточного султанчика .. 329
243. Показ устойчивости самолета вокруг вертикальной оси при стреловидном и V-образном расположении крыльев 330
244. Определение устойчивости самолета вокруг продольной оси при V-образном расположении крыльев...331
245. Эксперименты с моделями органов управления самолета 332 § 27. Воздушный винт-пропеллер.............334
* 246. Измерение частоты вращения воздушного Бинта при помощи стробоскопа, имеющего известное число оборотов 334
* 247. Измерение частоты вращения воздушного винта по высоте тона.................335
248. Демонстрация силы тяги воздушного винта при помощи зонда-пропеллера............337
249. Демонстрация силы тяги воздушного винта, насаженного на вал электродвигателя.........337
* 250. Зависимость силы тяги воздушного винта от частоты его вращения...............338
251. Поведение воздушного винта в потоке, направленном вверх..................340
252. Показ действия винта вертолета на самодельной модели ..................341
253. Поведение зонда-пропеллера в горизонтальном воздушном потоке................341
254. Эксперименты по авторотации крыла.......342
Глава VI. Избранные эксперименты из различных областей учения о потоках
§ 28. Методическая записка...............344
§ 29. Моделирование «тяги» дюз. Опыты с моделью бумеранга. Эффект Магнуса..................345
* 255. Определение силы отдачи — «реакции» воздуходувного
аппарата. Моделирование тяги дюз.......345
* 256. Опыты с моделями бумеранга.........348
257. Струераспределение вокруг вращающегося цилиндра . 349
258. Показ эффекта Магнуса на скатывающемся бумажном цилиндре.................349
259. Показ эффекта Магнуса на падающем и одновременно-вращающемся бумажном цилиндре........350
260. Отклонение катящегося шарика от нормального направления падения...............350
§ 30. Опыты на аэродинамической камере с туманообразователем . 351
261. Обтекание различных тел...........352
262. Характер потоков вокруг парашюта...... 353
263. Характер потоков вокруг крыла.........354
264. Характер потоков вокруг крыла с предкрылком ... 355
265. Боковые завихрения на модели крыла......355
266. Характер потоков вокруг профилей различного вида авто- и мототранспорта............356
Приложение I. Хранение и очистка ртути. Работа со ртутью... 357
Приложение II. Простейшие работы со стеклом........360
Алфавитный указатель...........366
Примечание. Эксперименты, отмеченные звездочкой *, могут быть выполнены как самостоятельные лабораторные работы или как работы, включаемые в практикумы.
(“Эксперимент по курсу элементарной физики. Ч. 2. Жидкости и газы” Р. Гирке, Г. Шпрокхоф 1959)
Эту книгу Вы можете скачать на www.librus.ru