Веселые научные опыты и эксперименты

При раскопках древнекельтских поселений археологи обнаружили странный предмет из камня, получивший название «кельтский камень» (предполагалось, что кельты использовали его в качестве топора) (рис. 64). Кто-то из археологов совершенно случайно крутил на подвернувшейся доске эту находку. И что же обнаружилось? Этот ничем не примечательный предмет обладает интересным свойством: легко вращается в одну сторону, но отказывается вращаться в другую. Если его закрутить в «неправильном» направлении, то, сделав несколько оборотов, он быстро остановится, покачается несколько секунд и начнет вращаться в «правильном» направлении. Закрученный в «правильном» направлении, он продолжает вращаться до остановки.

Кельтский камень можно купить в магазинах, торгующих различными познавательными играми. Но его нетрудно сделать самим в домашних условиях. Нужно взять половинку эллипсоида (подойдет предмет, имеющий форму половинки яйца, или столовая пластиковая ложка с отломанной ручкой) и прикрепить к нему пластилином какой-либо предмет, имеющий форму параллелепипеда (подойдет картон, склеенный в 3–4 слоя), – так, чтобы продольные оси этих тел были сдвинуты относительно друг друга на 5–10°. Вместо параллелепипеда можно использовать металлический штырь (например, гвоздь). Не составит особого труда найти кельтские камни в природе, например в речной гальке.

Рис. 64

В чем же кроется секрет данного феномена? Дело в том, что любое твердое тело имеет три взаимно перпендикулярные оси, проходящие через его центр масс, вокруг которых оно может свободно вращаться, не вращаясь при этом вокруг других осей. Когда тело имеет оси симметрии, то главные оси совпадают с ними.

Рис. 65

При рассмотрении моментов инерции кельтского камня для всех возможных осей, проходящих через его центр масс, выясняется, что самое большое и самое маленькое значение соответствуют осям, совпадающим с двумя из трех главных осей тела. На рис. 65 показано, что ось Z соответствует наибольшему моменту инерции параллелепипеда, Х – наименьшему, Y – промежуточному. Действительно, момент инерции тем больше, чем дальше части тела находятся от соответствующей оси. Например, кусочки параллелепипеда А и В находятся дальше от оси Z, чем от оси Y, а от оси Y дальше, чем от оси X.

Смачиваемость и несмачиваемость

Оборудование и принадлежности:

• стеклянный стакан;

• парафин;

• бутылка;

• стеклянная палочка.

Когда жидкость налита в сосуд, то большая часть ее поверхности граничит со стенками сосуда. В зависимости от того, смачивает жидкость стенки сосуда или не смачивает, форма поверхности жидкости у места соприкосновения со стенкой имеет разный вид.

Для исследования явления смачиваемости – несмачиваемости проведите следующий эксперимент. Возьмите обычный стакан и натрите его стенки изнутри парафином. Важно, чтобы стакан был чистым и сухим. Затем аккуратно налейте в него чистую холодную воду – чуть больше половины емкости. Когда поверхность воды успокоится, внимательно посмотрите на то, как выглядит поверхность воды в непосредственном месте соприкосновения со стенками стакана. Вы заметите, что вода как бы отталкивается от стекла, натертого парафином (рис. 66, а), и поверхность имеет в зоне контакта выпуклый вид, то есть на лицо эффект несмачиваемости. Результат вполне ожидаемый, поскольку парафин обладает водоотталкивающими свойствами. Еще проще провести этот же опыт со стеклянной пластинкой. Натрите поверхность чистой сухой пластинки и капните на нее пару капель воды. Капельки воды будут держаться плотными шариками и не растекаться (рис. 66, б).

Рис. 66

Теперь повторите все те же действия, но со стаканом, у которого стенки просто чистые, или с чистой сухой стеклянной пластинкой. Вы увидите совершенно противоположный результат (рис. 67, а, б): вода как бы тянется вверх по стенкам стакана, а в таком узком сосуде, как пробирка, поверхность воды приобретает вогнутую форму – ее еще называют мениском (от греческого «менискос» – полумесяц).

Рис. 67

Каждая жидкость, соприкасаясь с тем или иным твердым материалом, проявляет в определенных условиях смачиваемость или несмачиваемость. Можете поэкспериментировать с различными жидкостями. Для этого достаточно на плоскую горизонтальную поверхность капнуть жидкостью и понаблюдать, как капля распределится на поверхности. Если капля свободно растекается – значит, смачивает, если же, наоборот, держится плотным шариком наподобие ртути – значит, не смачивает.

Еще один простой способ продемонстрировать свойства воды смачивать стеклянные поверхности – это налить воду в бутылку с узким горлышком без применения воронки. Возьмите бутылку, стакан воды и стеклянную палочку. Введите один конец палочки в бутылку, а с другого конца аккуратно лейте на нее воду (рис. 68). Вода будет стекать, не прокапывая мимо.

Рис. 68

Кумулятивный эффект