Занимательная физика. Книга 2

Если после истечения из самовара 20 стаканов уровень воды в нем (считая до отверстия крана) понизился в четыре раза, то 21-й стакан наполнится вдвое медленнее, чем 1-й. И если в дальнейшем уровень воды понизится в 9 раз, то для наполнения последних стаканов понадобится уже втрое больше времени, чем для наполнения первого. Все знают, как медленно и вяло вытекает вода из крана самовара, который уже почти опорожнен.

На основании этого закона можно доказать, что время, нужное на полное опорожнение сосуда, в два раза больше, чем то время, в течение которого вылился бы такой же объем жидкости при неизменном первоначальном уровне.

Удивительный сосуд

Вы легко можете устроить сосуд, из которого вода вытекала бы все время равномерной струей, несмотря на то, что уровень жидкости в нем понижается. Такой сосуд изображен на рис. 56. Это обыкновенная банка с узким горлом, через пробку которой вдвинута стеклянная трубка. Если вы откроете кран С ниже конца трубки, то жидкость будет литься из него неослабевающей струей до тех пор, пока уровень воды не опустится в сосуде до нижнего конца трубки. Вдвинув трубку почти вплотную ко дну, вы можете заставить всю жидкость из сосуда вытечь равномерной, хотя и очень слабой струей.

Рис. 56. Устройство сосуда Мариотта.

Отчего это происходит? Следите внимательно за тем, что совершается в сосуде при открытии крана С. Прежде всего вода из стеклянной трубки выльется; уровень жидкости внутри нее опустится до конца трубки. При дальнейшем вытекании воды будет опускаться уже уровень воды в сосуде; через стеклянную трубку будет входить наружный воздух; он протиснется пузырьками через воду и соберется над ней в верхней части сосуда. Теперь на всем уровне В давление равно атмосферному. Значит, вода из крана С вытекает лишь под давлением слоя воды ВС, потому что давление атмосферы изнутри и снаружи сосуда уравновешивается. А так как толщина слоя ВС остается постоянной, то и неудивительно, что струя все время течет с одинаковой скоростью.

Попробуйте же теперь ответить на вопрос: как быстро будет вытекать вода, если вынуть пробочку В на уровне конца трубки?

Оказывается, что она вовсе не будет вытекать (разумеется, если отверстие не слишком велико). В самом деле: здесь изнутри и снаружи давление одинаково – равно атмосферному, – и ничто не побуждает воду вытекать.

Рис. 57. При выдвинутой трубке струя течет сначала быстро, потом постепенно ослабевает

Рис. 58. При глубоко вдвинутой трубке вода течет, хотя и слабой, но неизменной струей.

А если бы вы вынули пробочку А выше нижнего конца трубки, то не только вода не вытекала бы из сосуда, но в него бы еще втекал наружный воздух, – так как внутри этой части сосуда давление меньше атмосферного.

Этот сосуд со столь необычайными свойствами был придуман знаменитым физиком Мариоттом и назван по имени этого ученого «сосудом Мариотта».

Человек, который ничего не весил

Быть легким как пух, быть легче воздуха, чтобы свободно летать высоко над землей куда угодно – вот мечта, которая с детства кажется нам заманчивой. Но обыкновенно забывают при этом одно обстоятельство: ведь люди могут свободно двигаться на земле только потому, что они тяжелее воздуха. В сущности, мы живем на дне воздушного океана, и если бы почему-либо мы сделались вдруг в 1000 раз легче (т. е. стали бы легче, чем воздух), то неизбежно должны были бы всплыть на поверхность этого океана. Мы поднялись бы вверх, быть может, на несколько верст, пока не достигли бы области, где удельный вес воздуха равен весу нашего тела. Все мечты о свободном витании над горами и долинами рассыпались бы прахом: освободившись от оков тяжести, мы стали бы пленниками другой силы – атмосферного давления.

Писатель Уэллс в одном из своих юмористических рассказов в весьма наглядной форме показывает, какие неудобства ожидали бы нас при такой перемене.

Один очень полный господин желал во что бы то ни стало избавиться от своей полноты. А у рассказчика будто бы как раз имелся рецепт, полученный от какого-то индусского чародея: рецепт этот обладал способностью облегчать тучных людей от их чрезмерного веса. Толстяк выпросил у автора чудодейственный рецепт, принял лекарство, – и вот какого рода неожиданные сюрпризы поразили рассказчика, когда, придя навестить своего знакомца, он постучал у его дверей.

Дверь долго не открывалась. Я слышал, как повернулся ключ, затем голос Пайкрафта (так звали толстяка) произнес:

– Войдите.

Я повернул ручку и открыл дверь. Естественно, я ожидал увидеть Пайкрафта.

Рис. 59. «Человек, который ничего не весил». …Он плавал наверху, как пузырь…