Юный техник, 2000 № 06
Шрифт:
Движение спортсмена на водных лыжах можно до известной степени сравнивать с движением автомобиля по переправе Меркулова. Как и доски переправы, лыжа быстро толкает вниз значительную массу воды. Возникает сила реакции, удерживающая вес человека. По существу, он бежит по воде, но на этот бег расходуется немалая мощность буксирующего катера.
Еще в глубокой древности люди изобрели ласты — приспособление для сравнительно медленного хождения по зыбкой почве, болоту, снегу. Напрашивается мысль и о ластах, пригодных для бега по поверхности воды (рис 2).
Рис. 2
Расчет
Те же болотные птицы, прыгая по плавающим листьям, по существу, используют их как ласты, значительно увеличивающие площадь опоры ноги. Но эти «ласты» нет нужды вытаскивать. Для нас одно из возможных решений — ласта, выполненная как пластина с клапанами. Они легко открываются при ходе вверх и смыкаются при толчке.
Стоит сказать, что такая, казалось бы, известная более двух тысяч лет вещь, как клапан, является одной из нерешенных технических проблем. Новые конструкции клапанов патентуются ежемесячно, но придумать нечто действительно совершенное в этой области удается редко. В последний раз это сделал в 40-е годы советский инженер Френкель. Компрессоры, оснащенные его клапанами с очень низким сопротивлением потоку, сразу же увеличивали свою производительность на 50 %. Именно их мы изобразили на ластах.
Клапан (рис. 3) состоит из упругого стального язычка и седла обтекаемой формы. В одну сторону поток отодвигает язычок и течет, почти не встречая сопротивления. Поток же, текущий в обратном направлении, мгновенно прижимает язычок к седлу. Но можно, наверное, обойтись и без клапана.
Рис. 3
Вспомним классический опыт.
Если аккуратно налить воду в промасленное решето, она из него не вытечет. Решето сможет плавать и при достаточных размерах даже выдержит вес человека. А теперь представьте себе ласту, выполненную в виде гипотетического решета. При толчке оно отталкивает воду, не пропускает через свои ячейки, а во время обратного хода ноги материал меняет свои свойства и начинает смачиваться водой. Решето становится проницаемым.
Управлять проницаемостью ячеек решета можно, например, подачей на них электрического напряжения или опрыскивая их раствором мыла. Наверняка существуют и другие физические эффекты. Стоит их поискать в литературе. В случае успеха окажется, что человек будет ходить по воде на принципах водомерки и болотной птицы одновременно.
При достаточном упорстве у вас все обязательно получится. А пока напомним последний абзац из «Бегущей по волнам» Александра Грина.
«Добрый вечер! — услышали мы с моря. — Добрый вечер, друзья! Не скучно ли вам на темной дороге? Я тороплюсь, я бегу…»
А.
Рисунки автора
СДЕЛАЙ ДЛЯ ШКОЛЫ
Тайны давления
«Атмосферное давление» и «закон Паскаля», «сообщающиеся сосуды» — интереснейшие темы начального курса школьной физики. Они позволяют рассказать немало интересных историй и показать серию любопытных демонстраций. Грех этим не воспользоваться!
Первые устройства, использующие атмосферное давление — всасывающие водяные насосы, — описал древнегреческий ученый Ктезибий еще за сто лет до новой эры. Почему вода поднимается за поршнем насоса? На этот вопрос ученые отвечали: «Horror vacui» — боязнь пустоты…
Истинность любых логических построений проверяется экспериментом, и у каждой эпохи здесь свои возможности. Почему вода за поршнем насоса поднимается лишь на определенную высоту? Может, это тоже объяснить боязнью — боязнью высоты?
Мало получить результат эксперимента, его еще нужно правильно истолковать.
Вот как делал это сам Галилей: «Вода во всасывающем насосе поднимается не выше 18 локтей; если же высота поднятия превышает этот предел, то водяной столб обрывается от собственного веса, следовательно, «боязнь пустоты» настолько значительна, что она удерживает водяной столб в 18 локтей». Таким образом, получается, что эксперимент как бы подтверждает не только наличие у природы чувства страха, но и дает возможность его количественно измерить!
Однако ученики Галилея Эванджелиста Торричелли и Винченцо Вивиани провели эксперимент со ртутным столбом и получили удивительный по тем временам результат. Высота столба ртути оказалась в 13,5 раза меньше, чем столба воды.
Торричелли засомневался в существовании «horror vacui». Пронаблюдав же за тем, как день ото дня высота столба ртути меняется, он прокомментировал сей факт в духе своего времени: «Нельзя допустить, чтобы природа менялась произвольно, подобно кокетливой девице…»
Преждевременная смерть не позволила Торричелли разрешить эту загадку. Сделал это французский ученый Блез Паскаль. Однако его работа в значительной мере осталась достоянием специалистов.
Как это нередко бывает, теми же вопросами, оставаясь в полном неведении о работах других ученых, занимался весьма просвещенный человек, но, в сущности, любитель, бургомистр Магдебурга Отто фон Герике. Благодаря своему высокому положению эксперименты он проводил в присутствии князей, коих в Германии того времени было превеликое множество. Благодаря им учение об атмосферном давлении быстро разнеслось по Европе.
На рис. 1 приведено взятое из старинной книги изображение первых опытов (он описан в учебнике) с магдебургскими полушариями.