Текст книги "Веселые научные опыты и эксперименты"

Том Тит
Веселые научные опыты и эксперименты

© Книжный Клуб «Клуб Семейного Досуга», издание на русском языке, 2014

© Книжный Клуб «Клуб Семейного Досуга», художественное оформление, 2014

© ООО «Книжный клуб“ Клуб семейного досуга”», г. Белгород, 2014

Введение

В книге представлены интересные опыты и эксперименты, автором большинства из которых является французский популяризатор науки Артур Гуд, более известный под псевдонимом Том Тит. Сто лет назад он весело проводил время с сыном Жаном: без всяких лабораторий и особых приборов они ставили физические и химические опыты, создавали простые приспособления, способные заменить серьезные «взрослые» машины. Теперь и у вас есть возможность повторить эти опыты, правда, нам пришлось несколько их «осовременить», чтобы вы, как и читатели Тома Тита в начале XX века, смогли найти оборудование и материалы для них в каждом доме.

Опыты Тома Тита блещут неистощимой изобретательностью и остроумием, однако они далеко не игрушка и кажутся забавой только потому, что увлекательны и общедоступны. Главная же их ценность заключается в том, что они возбуждают интерес к изучению науки и развивают экспериментальные навыки.

Кроме того, в книге содержатся занимательные факты, которые позволят читателю узнать много нового об окружающем мире.

Опыты, представленные в книге, заинтересуют как детей, так и взрослых и помогут организовать совместный досуг.

Копейка на острие иглы

Оборудование и материалы:

• длинная скрепка или кусок проволоки диаметром 1 мм;

• игла или булавка;

• монета;

• кольцо.

Согните длинную скрепку или кусок проволоки, как показано на рис. 1. В правый сгиб вставьте одно– или двухкопеечную монету, а в сгиб слева повесьте кольцо (в случае необходимости – два кольца). Край монеты вы можете опереть на острие иглы (или длинной булавки). Всю систему легко не только уравновесить, но и привести в быстрое вращение: для этого вам стоит лишь дунуть на одну из сторон системы.

Если игла из достаточно твердой стали, то при продолжительном вращении она углубляется в монету, и таким образом вы можете очень просто решить трудную, на первый взгляд, задачу: одно дуновение – и вы иглой просверлите монету.

Рис. 1

Равновесие тарелки

Оборудование и материалы:

• половник;

• шумовка;

• плоская тарелка;

• графин или кувшин.

Как видно из рис. 2, для данного опыта важно, чтобы у половника и шумовки на концах длинных ручек были крючки. Это поможет создать устойчивое равновесие тарелки, опирающейся на край графина. Чтобы ручка половника не проскальзывала по тарелке, проложите в месте крепления пробковый кружочек или кусочек ластика. Скрепленную таким образом пару возьмите в левую руку и устанавливайте тарелку на горлышко графина, а правой рукой в это время надевайте шумовку на половник. Аккуратно найдите положение, в котором конструкция достигнет равновесия.

Рис. 2

Бутылка-акробат

Оборудование и материалы:

• винная бутылка;

• зонт-трость с изогнутой ручкой;

• веревка из натуральных материалов;

• кусочек мела.

Конечно, добиться, чтобы бутылка ходила по веревке, протянутой в комнате, как акробат по канату, нам не удастся, но заставить бутылку держаться на веревке вполне возможно: для этого достаточно в ее горлышко вставить изогнутую ручку зонта (рис. 3, слева). Для предотвращения скольжения бутылки натрите веревку мелом.

На рис. 3 (справа) показано, как можно разлить по стаканам вино, не притрагиваясь к бутылке. Для такого деликатного опыта замените веревку лентой и снова прибегните к помощи половника, на который наденьте ведерко. Крючок половника вставьте к горлышко бутылки и наливайте понемногу в ведерко воду. По мере наполнения ведерка бутылка начнет наклоняться, а вино – постепенно выливаться из нее. Вам остается только подставлять бокалы. Не проводите этого опыта с дорогим вином.

Рис. 3

Равновесие карандашей

Оборудование и материалы:

• два заточенных карандаша;

• два одинаковых ножа (можно заменить дротиками для дартса);

• две перьевые ручки (также можно заменить дротиками);

• нить.

Опыт посвящается учащимся! Его цель – поставить один карандаш острием на другой, который должен висеть горизонтально на нитке. Из рис. 4 видно, что опыт выполняется посредством двух уравновешенных систем:

1-я система – горизонтальный карандаш с воткнутыми в него ножами (или дротиками для дартса);

2-я система – вертикальный карандаш с воткнутыми в него перьевыми ручками (или дротиками для дартса).

Первый карандаш острым концом вставляется в петлю висящей нитки, а второй карандаш ставится острием недалеко от тупого конца первого.

Эта система, приведенная во вращение, долго сохраняет движение.

Рис. 4

Лопатка и щипцы

Оборудование и материалы:

• каминный совок;

• каминные щипцы.

Неистощимая изобретательность Тома Тита на этот раз останавливает наше внимание на принадлежностях для камина – лопатке и щипцах для подкладывания угля (рис. 5). Поскольку Том Тит был французом, то в домах его читателей эти предметы, как правило, имелись. У нас они встречаются крайне редко, но мы все же решили включить в книгу данный опыт и предлагаем нашим читателям подойти к делу с изобретательностью и поискать среди предметов домашнего обихода что-нибудь подходящее вместо каминных принадлежностей.

Для опыта с совком и щипцами положите совок нижней стороной на пол, а затем с помощью щипцов постарайтесь достигнуть равновесия, при котором щипцы и ручка совка оставались бы в наклонном положении. Из рис. 5 видно, что один конец щипцов должен упираться в совок, а другой надо зацепить за основание его ручки.

Рис. 5

Картонный уровень

Оборудование и материалы:

• лист плотного картона;

• булавка;

• клей.

Из картона изготовьте два прямоугольника; пусть оба имеют одинаковую длину (приблизительно 20 см), но различную ширину, например 10 см и 6 см. В каждом куске на середине его длины и на расстоянии 0,5 см от края проколите отверстие (рис. 6). Укрепите булавку в той полоске, которая шире. Чтобы она держалась плотнее, подклейте сзади два-три кусочка картона.

Отверстие в меньшей детали продлите вниз, в виде вертикального прореза. Этим прорезом наденьте картонку на острие булавки, придвиньте ближе к большему картонному прямоугольнику. Однако соприкасаться они не должны, меньший прямоугольник должен свободно покачиваться на булавке. Теперь, если вы поставите уровень на горизонтальную поверхность (например, стол), верхние края картонок будут параллельны. Если же доска стола наклонна, то между меньшей картонкой, которая по-прежнему будет висеть горизонтально, и большой, висящей с наклоном, образуется какой-нибудь угол.

Впрочем, чтобы можно было полагаться на показания этого прибора, его необходимо предварительно проверить (торрировать). Для этого поставьте его на какую-нибудь поверхность, где картонки принимают параллельное положение; затем снимите меньшую картонку с булавки, переверните вперед другой стороной и снова повесьте на булавку. В верно сделанном уровне края картонок останутся параллельными.

Рис. 6

Головой к стене

Оборудование и материалы:

• прочный табурет

Поставьте у стены табурет, а сами станьте так, чтобы носки ваших ног находились на расстоянии от стены, вдвое большем, чем ширина табурета. Наклонитесь над табуретом, возьмите его руками по сторонам и упритесь головой в стену. Теперь поднимите табурет над полом и попробуйте выпрямиться (рис. 7). Чтобы не поскользнуться и не переступить ногой во время проведения опыта, его следует выполнять на ковре. Выпрямиться из данного положения вам будет довольно трудно, потому что центр тяжести значительно смещен вперед. Но достаточно опустить табурет на пол и слегка на него опереться, как вы снова без проблем сможете выпрямиться.

Рис. 7

Равновесие с палкой

Оборудование и материалы:

• прочная и гладкая палка или аналогичный предмет длиной 1,5–2 м.

Предложите тому, кто еще не видел рис. 8 и 9, исполнить следующий опыт: упереться концом длинной палки в угол между стеной и полом, при этом держать палку нужно обеими руками на высоте груди, а затем переместить свое тело в пространстве между полом и палкой так, чтобы оказаться по другую сторону палки (отнимать рук от палки нельзя). Обычно человек становится лицом к стене, и это ведет к неизбежной неудаче – равновесие в данном случае сохранить никак не удается. Между тем очень легко выполнить задание, обратившись к стене спиной. Точки опоры под ногами и концом палки образуют вершины треугольника, внутри которого будет оставаться центр тяжести всего тела – как по одну, так и по другую сторону палки.

Рис. 8–9

Весы для писем

Оборудование и материалы:

• кусок круглой палки, например черенка от лопаты, длиной 30 см;

• 3-литровая банка;

• карманный календарик;

• маркер или карандаш;

• пакетики с фасованным сахаром или кофе.

Для взвешивания писем нужны точные весы, и Том Тит смело рекомендует для этой цели прибор, который вам по силам соорудить за несколько минут.

Отпилите от круглой палки кусок длиной 30 см и погрузите его в банку с водой, прикрепив к нижнему концу заготовки грузик из металла или камешка с таким расчетом, чтобы палка погрузилась в воду где-то на 20 см. Сверху на палку приколите карманный календарик или визитную карточку – она будет служить чашей весов (рис. 10).

Сооружение весов завершено, и остается только отградуировать прибор. Для этого положите гирьку или другой предмет с известной массой (в данном случае нас интересует масса письма, оплачиваемая стандартной маркой) на чашу весов; стержень погрузится глубже, и вы маркером или карандашом отметите черту на уровне жидкости.

Теперь, когда вы положите письмо и увидите, что черта осталась на уровне жидкости, это будет означать, что письмо не превышает установленной массы для оплаты стандартной маркой.

Прибавляя гирьки на чашу весов, вы можете разметить весы и для бо́льших грузов, тут все зависит от того, какова длина надводной части вашего стержня.

Если у вас нет гирек для градуировки весов, то можно использовать как эталон массы 1– или 2-граммовые пакетики с сахаром, кофе и т. п.

Если вы собираетесь пользоваться такими весами постоянно, то рекомендуем покрыть дерево лаком или другим водозащитным средством. Это предохранит древесину от разбухания и изменения массы, а следовательно, обеспечит точность взвешивания.

Рис. 10

Команда пловцов

Оборудование и материалы:

• неметаллическая миска с водой;

• стальные иголки;

• магнит.

На поверхность воды аккуратно опустите несколько булавок или иголок и понаблюдайте, будут ли они плавать совершенно независимо друг от друга или будут как-то взаимодействовать? Повторите опыт с пробками, но предварительно покройте каждую из них, снизу и с боков, сажей или копотью; теперь они не будут смачиваться жидкостью и разбегутся одна от другой.

Как воздействуют магниты между собой, можно наблюдать, если опустить на воду несколько намагниченных иголок.

Как плавают пробки

Оборудование и материалы:

• широкая посуда, наполненная водой;

• несколько пробок;

• ножницы.

Когда бросаешь пробку на поверхность воды, она всегда плавает в горизонтальном положении. Попробуйте установить ее на поверхности воды вертикально. Несмотря на все ваши старания, упрямая пробка все равно окажется на боку. Вертикальное положение пробки – неустойчиво; теоретически оно возможно, но на практике этому мешают незаметные колебания воды, которые возникают вследствие дрожания руки, держащей пробку, и прочих природных факторов.

Проводя опыты с пробками различных длин, вы сделаете открытие: одна из коротких пробок окажется послушной и будет плавать в желаемом положении, то есть вертикально.

Разрежьте одну из длинных пробок на одинаковые кружочки и положите на воду один из них. Затем начинайте накладывать на него один за другим остальные кружочки, чтобы восстановить как целое разрезанную вами пробку. Несколько кружочков удастся уложить без особых сложностей, но вот незадача – при накладывании одного из последующих кружочков ваша воссоздаваемая пробка опрокидывается. Таким образом вы определяете высоту пробки (приблизительно), при которой ее равновесие на воде в вертикальном положении становиться неустойчивым. Сравните эту высоту с диаметром пробки и с глубиной погружения.

В заключение проделайте следующий эксперимент с длинными пробками. Поставьте одну из них на стол и окружите ее тесной компанией из шести таких же пробок. Всю эту систему пробок возьмите в руку и опустите полностью под воду, чтобы все пробки и промежутки между ними хорошо смочились. Теперь приподнимите пробки и оставьте их на поверхности воды; пробки будут послушно стоять в вертикальном положении, совсем не проявляя склонности лечь на бок (рис. 11). Вся система не опрокидывается потому, что ее высота меньше суммарной ширины, а каждая пробка в отдельности не может опрокинуться, так как связана с остальными пробками силами поверхностного натяжения между частицами воды на их боковых поверхностях.

Рис. 11

Фейерверк из рома

Оборудование и материалы:

• тоненькие металлические трубочки;

• пробки.

В данном опыте важное значение имеет негорючесть некоторых элементов конструкции. Вертушка из металлических трубочек и пробок собирается согласно изображению на рис. 12. Такая конструкция, подвешенная на шнуре, может быть использована в грандиозном и зрелищном эксперименте, в котором вместо воды в вертушку вливают спирт, коньяк, ром или другой крепкий напиток. Струйки вытекающей жидкости поджигают. При проведении этого опыта будьте крайне осторожны с огнем, лучше всего делать это в пожаробезопастном месте во дворе. Весьма желателен помощник с огнетушителем наготове. Устройте все это в темное время суток, и вы получите блестящее и оригинальное фаер-шоу. Мелкие горящие брызги спирта будут разлетаться по кругу потоками голубых искр, кружась и переплетаясь в воздухе. Дорогой алкоголь можно заменить керосином или бензином. Для большей надежности и безопасности металлические трубочки вместо пробочного соединения можно спаять.

Рис. 12

Сифон-вертушка

Оборудование и материалы:

• широкая плоская тарелка;

• жестяная банка;

• пенопласт;

• пробки;

• пластилин;

• стакан;

• соломинки или полистироловые трубочки.

Круглую и высокую жестяную банку, например от «Вискаса», опрокиньте на широкую плоскую тарелку и сверху на дно банки поставьте стакан с водой. В этот стакан опустите кружок пенопласта с системой соломинок, скрепленных пластилином или с помощью пробок по схеме, приведенной на рис. 13. Вертикальная соломинка нижним концом укреплена в пенопластовом диске-поплавке, а верхним соединена с поперечной соломиной, торцы которой заглушены.

Длинные соломинки потоньше спускаются вниз от отверстий, проделанных у концов поперечной соломинки. На нижних концах длинных соломинок укреплены коротенькие соломинки для направления истекания воды.

Чтобы вода проникла в сифон и он заработал, необходимо одновременно, вдвоем, потянуть воздух из нижних соломинок.

Создается разряжение, вода засасывается в соломинки, и вытекающая из нижних соломинок вода сообщает конструкции вращательное движение. Вода в стакане постепенно убывает, но если периодически подливать в него воду, то вертушка будет вращаться сколь угодно долго.

В правой части рис. 13 изображена конструкция из четырех металлических трубочек, проходящих сквозь одну пробку. Такое прочное изделие легко сделать один раз и затем многократно использовать в различных опытах. Скреплять соломинки можно с помощью пластилина или пробок. Можно использовать полистироловые трубки, они легко обрабатываются и прочно склеиваются полистироловым клеем для моделизма.

Рис. 13

Извержение вулкана

Оборудование и материалы:

• баночка от детского питания с плотно завинчивающейся крышкой;

• растительное масло;

• куркума;

• прозрачная емкость.

Завинчивающуюся бутылочку или баночку наполните доверху растительным маслом (рис. 14), подкрашенным, например, куркумой (можно использовать красное вино). В крышечке проколите маленькое отверстие и плотно закрутите емкость, при этом важно обратить внимание на то, чтобы масло полностью заполняло весь внутренний объем и несколько просачивалось через отверстие.

Прикрыв пальцем отверстие в крышке, опустите баночку на дно прозрачной емкости с водой. Вода, как более тяжелая жидкость, начнет проникать в баночку, а масло будет истекать из нее и подниматься вверх тонкой струйкой подобно дыму от сигареты.

Точно также в природе дымятся вулканы. Для большей иллюзии баночку на дне емкости с водой можно присыпать аквариумными камешками (рис. 14). Таким образом, у вас получится имитация извергающегося вулкана.

Рис. 14

«Самодвижущийся» шприц

Оборудование и материалы:

• одноразовый шприц на 20 мл;

• прочная нить.

Возьмите шприц на 20 мл и наберите в него 5–7 мл воды. Затем заткните входное отверстие иглой шприца с колпачком или зубочисткой. К концу штока поршня привяжите один конец нити, а второй конец нити привяжите за ручку на окне (рис. 15). Плавно потяните шприц вниз до тех пор, пока поршень не займет крайнее вытянутое положение. Теперь оставьте в покое и наблюдайте, как шприц начнет медленно подниматься, пока не займет исходное положение. Явление объясняется просто: внутри шприца был создан вакуум, и атмосферное давление вернуло систему в равновесное положение.

Рис. 15

Шприц – дизельный двигатель

Оборудование и материалы:

• одноразовый шприц на 20 мл;

• вата;

• эфир.

Этим опытом мы постараемся воспроизвести процесс воспламенения топлива в дизельных двигателях – детонацию. Выньте полностью из шприца поршень, а затем тщательно и плотно закройте впускное отверстие. Кусочек ваты, смоченный эфиром, поместите внутрь шприца и вставьте поршень обратно. Эту операцию необходимо делать довольно быстро, поскольку эфир испаряется. Уперев в стол шприц в вертикальном положении – так, чтобы шток поршня находился сверху, резко, почти ударом, максимально вдавите поршень. В результате быстрого сжатия температура воздуха внутри шприца возрастет и эфир вспыхнет. Будьте осторожны: при достаточно эффективном возгорании эфира шприц может разорваться! Если опыт не получится с первой попытки, не отчаивайтесь – причиной неудачи может быть недостаточное или избыточное количество эфира, а также слишком медленное сжатие.

Как опорожнить стакан при помощи полной бутылки

Оборудование и материалы:

• стакан;

• пластиковая бутылка с пробкой;

• две тонкие соломинки для коктейлей.

У вас есть полный стакан воды и полная бутылка с водой. Возможно ли опорожнить этот стакан с помощью бутылки, которая должна остаться полной?

Сделайте в пробке два отверстия и установите в них соломинки. Соломинки должны плотно входить в отверстия. Длина одной соломинки, выступающей из пробки, равняется глубине стакана, а другая – вдвое длиннее (рис. 16).

Закройте пластилином или жевательной резинкой наружное отверстие меньшей соломинки, а затем плотно закрутите пробку. Бутылка должна быть максимально заполнена водой – так, чтобы при закручивании из конца длинной соломинки слегка выступила вода.

Чтобы опорожнить стакан, достаточно перевернуть бутылку и опустить короткую соломинку в стакан до самого дна. Чтобы процесс начался, необходимо под водой убрать булавкой пластилиновую заглушку на конце соломинки (или просто отрезать закрытый конец ножницами). Вода, вытекая из бутылки по длинной соломинке, создает в ней разрежение, и под действием атмосферного давления вода из стакана засасывается в бутылку – таким образом стакан опорожняется, а бутылка остается полной.

Соломинки образуют две ветви сифона, и, поскольку они обе заполнены водой, сифон начинает действовать, то есть из-за разницы давлений в короткой ветви вода поднимается, а в длинной – опускается. Давление воды в соломинках зависит от высоты водяного столба (опыт Паскаля), следовательно, в длинной соломинке давление выше, чем в короткой.

Рис. 16

Бумажная «бомба»

Оборудование и материалы:

• плотная бумага (пергамент);

• клей ПВА.

Вероятно, вы уже успели создать себе имидж фокусника и иллюзиониста, демонстрируя эффектные трюки по рецептам Тома Тита. Однако вместо всеобщего интереса вы определенно вызовите переполох, если вдруг заявите, что задумали кому-то из знакомых подложить бомбу. В подтверждение серьезности своих намерений покажите тугой пакет, склеенный из плотной бумаги и надутый воздухом. Но не стоит ударять по «бомбе» кулаком. Подложите ее тайком в каком-нибудь достаточно теплом месте, смотрите только, чтобы бумага не загорелась. Через несколько минут раздастся взрыв.

Была ли в этой бомбе взрывчатка? Нет, конечно, в ней не было ничего, кроме воздуха. Просто воздух, нагреваясь, расширялся, давление внутри герметично заклеенного пакета возрастало, что и привело к взрыву.