Занимательная физика. Книга 1

Сложное объяснение простого явления. Пульверизатор

До сих пор мы все время встречали простые объяснения для более или менее сложных явлений. Теперь перед нами обратный случай: явление на первый взгляд крайне просто, а объяснение его очень сложно.

Мы говорим о пульверизаторе, обо всем известном, обыкновенном коленчатом пульверизаторе. Каждый из нас знаком с его употреблением, но едва ли найдется много людей, которые могли бы правильно объяснить механизм его действия.

Рис. 73. Как течет газ по трубе.

В школьных курсах физики действие пульверизатора объясняется чересчур в общих чертах, – не потому, что оно само собой понятно, а наоборот: потому что оно очень сложно. Для физика-любителя, однако, обидно не знать, на чем основано устройство столь обыкновенного и всем известного снаряда. Постараемся же разобраться в этом.

Прежде всего нам придется сделать маленькое отступление и побеседовать о скорости течения газа в трубке, имеющей неодинаковую ширину. Легко показать, что количество газа, проходящее в 1 секунду через поперечное сечение трубки, должно быть одинаково как в узких, так и в широких частях трубки. Действительно, если бы (рис. 73) в какой-нибудь промежуток времени через сечение ab проходило большее количество газа, нежели через сечение сd, то это значило бы, что часть газа застревает в промежутке между аb и сd; в этом промежутке все время происходило бы накопление газа, – а это не отвечает действительности.

Но если количество газа, протекающее через поперечное сечение, одинаково и в узкой и в широкой частях трубки, то ясно, что скорость течения должна быть не одинакова, а именно: она должна быть больше в узкой части и меньше – в широкой. Ясно это из того, что столбик n широкой трубки превратится в её узкой части в столбик m, имеющий меньшую ширину, но большую длину; между тем, согласно предыдущему, время прохождения обоих столбиков через поперечные сечения должно быть одинаково, – ибо они заключают равные объемы газа. Теперь рассмотрим, как изменяется давление (или упругость) газа при переходе из широкой трубки в узкую. Возьмем тонкий слой газа k на самой границе. В широкой части он двигался медленно, теперь же будет двигаться быстрее; ясно, что сзади он испытывает больший напор, нежели спереди, – иначе он не стремился бы ускорять свое движение. Отсюда прямо следует, что сзади нашего слоя, т. е. в широкой части трубки, давление (упругость) больше, нежели впереди его, т. е. в узкой её части.

Тут мы и подошли к самой сути дела: мы логически доказали, что газ, переходя из широкой части трубки в узкую, уменьшает свою упругость.

Зная эту особенность, уже легко объяснить действие пульверизатора.

Рис. 74. Пульверизатор в разрезе.

Когда мы дуем в колено a, заканчивающееся сужением (рис. 74), то воздух, переходя в это сужение, уменьшает свою упругость. С этой уменьшенной упругостью он и выходит из трубки. Таким образом, над трубкой оказывается воздух с уменьшенной упругостью, и потому давление атмосферы гонит жидкость вверх по трубке; у отверстия жидкость попадает в струю выдуваемого воздуха и под её действием распыляется.

Таков довольно сложный механизм действия столь простого на вид прибора. В заключение укажем, как самомý устроить пульверизатор из двух гусиных перьев и пробки. Описывать здесь нечего – все ясно из рис. 75.

Рис. 75. Самодельный пульверизатор из гусиных перьев.

Недоумение автора

Объяснение действия пульверизатора изложено выше по курсу физики Г. Лоренца, профессора Лейденского университета, одного из величайших физиков нашего времени.

Познакомившись с этим объяснением, я увидел как-то в магазине целую партию пульверизаторов, трубки которых не имели и намека на то сужение у конца, которое, согласно теории, необходимо для действия пульверизатора: они были рóвны по всей длине.

– Вы продаете эти пульверизаторы? – спросил я продавца.

– Конечно.

– Но ведь они никуда не годятся!

И я объяснил продавцу, какой недостаток имеют эти пульверизаторы и почему они совершенно негодны к употреблению.

Вместо ответа продавец молча взял в рот раскритикованный мною пульверизатор и, погрузив другое колено в стакан с водой, извлек из него целое облако водяных брызг.

Я был поражен: предо мной вопиющее нарушение теории! Решив расследовать дело поближе, я приобрел один из посрамивших меня пульверизаторов и отправился домой, чтобы на досуге обдумать, где кроется ошибка в теории знаменитого физика. Ведь если трубка не имеет на конце сужения, то воздух, согласно теории, должен выходить из неё неразряженным, и, следовательно, воде нет никаких причин подниматься…