Шкільні та університетські досліди

2.1. Передавання тиску рідиною. Закон Паскаля.

Дослід з кулею Паскаля.

Обладнання: 1. Куля Паскаля. 2. Склянка з водою. 3. Великий кристалі­затор або кювета.

Для досліду викорис­товують прилад заводсь­кого виробництва, який називається кулею Паска­ля (рис. 2.1).Цей прилад скла­дається зі скляного ци­лінд­ра з металевими опра­­вами на обох кін­цях і порш­нем усередині. Обид­ві оправи мають гвинтову різьбу. На одну з оправ нагвинчено порожнисту металеву (нікельовану) кулю з дуже малими отворами, розміщеними в одній площині, яка проходить через центр кулі, а на другу – металеву муфту, що має отвір, крізь який проходить стержень поршня.

 

Рис. 2.1. Куля Паскаля (розібрана)

Для демонстрування вигвинчують муфту і, витягнувши поршень, наповнюють кулю і трубку водою, у труб­ку вставляють поршень і, нагвинтивши муфту, на­тис­кають на поршень. При цьому спостерігаєть­ся витікання струменів води з усіх отворів (рис. 2.2).

 

Рис. 2.2. Рівномірне передавання тиску рідиною у всіх напрямах

Під час досліду труб­ку тримають над кюветою так, щоб пло­щина, яка проходить крізь отвори кулі, була паралельна площині класної дошки. Щоб краще було видно, можна застосувати бічне підсвічування за допомогою ліхтарика для тіньової проекції, а воду зафарбувати флюоресцеїном.

Якщо кулі Паскаля заводського виробництва немає, то такий прилад можна виготовити самому. Для цього на звужений кінець скляної бюретки надівають і міцно прив’язують гумову кульку від дитячої пищалки або гумовий напальчник (про­­дається в апте­ках і зас­тосовується для одягання на поранений палець, щоб за­хистити місце поранення від забруднення). У кульці роблять кілька проколів тонкою голкою. Бюретку й кульку наповнюють водою і відкритий кінець бюретки-щільно закривають пробкою, крізь яку пропущено коротку скляну трубку. Цю трубку з’єд­нують із гумовим нагнітальним насосом або насосом Шінца.

Повіль­но нагнітають повітря в трубку, створюючи таким чином тиск на воду, і спостерігають витікання струменів води з усіх отворів гумової кульки або напальчника (рис. 2.3).

 

Рис. 2.3. Рівномірне передавання тиску рідиною у всіх напрямах

Дослід, який підтверджує закон Паскаля.

Обладнання: 1. Саморобний прилад для демонстрування закону Паскаля. 2. Гумовий насос від пульверизатора або насос Шінца. 3. Підфар­бована вода. 4. Екран, який підсвічується. 5. Ящик-підставка.

Прилад для цього досліду легко виготовити зі скляної банки (придатна, наприклад, банка з-під майонезу або з-під гірчиці). До банки підбирають корок (або гумову пробку), який би щільно закривав отвір банки. У пробці просвердлюють чотири отвори діаметром, що відповідає діаметрам скляних трубок, узятих для виготовлення приладу (6–10 мм). Центри трьох отворів мають лежати на одному з діаметрів пробки. Четвертий отвір можна просвердлити в будь-якому місці пробки; у цей отвір встав­ляють трубку, крізь яку в банку вдувають повітря. Трубки згинають так, як показано на рис. 2.4, і вставляють в отвори пробки.

 

Рис. 2.4. Скляні трубки для виготовлення приладу Паскаля

 

Перед демонструванням банку на 1/3 її висо­ти наповнюють підфар­бованою водою; при цьому вода має покривати отвори перших трьох трубок. Кінець четвертої трубки можна у воду не занурювати. Вдуваючи повітря в банку насосом або просто ротом через гумову трубку, надіту на зовнішній кінець четвертої скляної трубки, спостері­гають піднімання води на однакову висоту в усіх трубках, що доказує рівномірне передавання тиску ріди­ною. Дослід найкраще показувати на фоні освітленої стінки ящи­ка для підсвічування (рис. 2.5).

 

 

Рис. 2.5. Саморобний прилад для демонстру­вання закону Паскаля

Дослід методично дуже цінний, і ми рекомендуємо виготовити прилад для його демонстрування. Якщо пробки значного діаметра немає, то можна виготовити інший прилад.

Для цього беруть скляну банку місткістю 0,5–1 л і ме­талеву кришку до неї з гумо­вою прокладкою (такі криш­ки продаються для домаш­нього консервування про­дук­тів).

У чоти­рьох гумових проб­­ках просвердлюють отво­ри для описаних вище скляних трубок (рис. 2.6). У кришці просвердлюють отвори для пробок.

Кришкою закривають банку і за допомогою спеціального ключа (такі ключі є в продажу) обкочують її краї.

У банку нали­вають підфарбованої води й отвори кришки закри­вають гумовими пробками з вставленими в них скляними трубками (рис. 2.6).

3. Передавання тиску рідиною у сполучених посудинах.

Обладнання: 1. Три скляні трубки завдовжки 15–20 см, діаметром 6–10 мм. 2. Скля­ний трійник. 3. Три шта­тиви. 4. Три гумові трубки. 5. Лійка. 6. Підфар­бо­­вана вода.

Патрубки скляного трійника з’єднують гумовими трубками зі скляними трубками, які закріплюють у лапках штативів (рис. 2.7).

 

Рис. 2.6. Саморобний прилад Рис. 2.7. Передавання тиску рідиною

іншої конструкції для у сполучених трубках

демонстру­вання закону Паскаля

За допомогою лійки наповнюють систему трубок підфарбова­ною водою, стежачи за тим, щоб у трубках не залишилося буль­башок повітря, і звертають увагу учнів наоднаковий горизон­тальний рівень води в усіх трубках (рівні води визначають за гумовими кільцями, надітими на трубки). Натискають на гумову трубку пальцями й демонструють, що вода в усіх трубках підні­мається на однакову висоту. Дослід доцільно повторити, натискаю­чи на трубки в різних місцях.

2.2. Залежність тиску рідини на дно посудини від висоти стовпа й густини

Обладнання: 1. Прилад Паскаля. 2. Підфарбована вода. 3. Наси­нений розчин солі. 4. Ящик-підставка. 5. Кристалізатор.

Для цього досліду використовують прилад Паскаля. Наводимо докладний опис приладу Паскаля і дослідів з ним.

Прилад (рис. 2.8) побудований так. На масивній чавунній підстав­ці 9 закріплено муфту 6 із внутрішньою гвинто­вою різьбою. З боку муфти розміщений патрубок 19 з надітою гумовою трубкою 17 і гвинтовим затискачем 12 для зливання води.

 

 

Рис. 2.8. Прилад Паскаля для демон­стрування залежності

тиску рідини на дно посудини від висоти стовпа рідини та її густини

Дном циліндра є гумова плівка 20 (рис. 2.9) завтовш­ки 0,3–0,4 мм, яка в натяг­ну­тому стані прив’язана до ебонітового кільця-шайби з жолобком 22; на плівку зверху покладено кільцеву прокладку 23, а знизу вона притиснута до ви­ступаючої муфти 6 круглою гай­кою 8. У верхню частину му­фти 6 вкручують одну з трьох скля­­них посудин (без дна) одна­кової висоти, різ­ного об’єму й фо­р­ми: циліндрич­ної 1 (рис. 2.10), конічної з розширенням угорі 24 і ко­нічної з розширенням унизу 25. Нижня частина кожної посудини має внизу обойму 5, яка зовні має різьбу для вкручування у верхню час­тину муфти 6 (рис. 2.9).

Обойма при вкручуванні на­тискає на гумову прокладку, покладену на виступ у муф­ті 6, і забезпечує водонепро­никність з’єднання. Вода, налита у вста­новлену на місце по­судину, тисне на гу­мову плівку; тиск цей передається стержню стрілки 16 через стер­жень 21, який має диск угорі та протива­гу внизу.

 

Рис. 2.9. Муфта і дно приладу Паскаля

 

 

Рис. 2.10. Посудини приладу

Паскаля

У протива­зі стержня 21 зроб­­лено виріз, який дає змогу насаджувати стержень на ко­рот­ке плече стержня стріл­ки. Стержень стрілки насаджено на вісь 18, закріплену на колін­частому кронштейні 11, який може підніматись або опу­скатися поворотом гвин­та 10 (рис. 2.8).

Стержень стрілки насад­же­но на вісь 18, закріплену на колін­частому кронштейні 11, який може підніматись або опускатися поворотом гвин­та 10 (рис. 2.8). До кронштейна підставки 9 прикріплена планка 13, яка вдержує шкалу без поділок 15. По­чаткове й кінцеве положення вістря стрілки відмічають рухомими стрілками-покажчиками 14.

Для визначення рівня води, налитої в посудину, є пересувний покажчик 2, що може вільно переміщатись по вертикальному стержню 4; його закріплено в отворі підставки гвинтом 7. Покажчик складається з двох час­тин: муфти 3, яка закріп­люється стопорним гвинтом на стержні, і зігнутої стріл­ки 2, що вільно обертається і переміщається на стержні.

Щоб продемонструвати тиск рідини на дно посудини, у муфту приладу Паскаля вкручують циліндричну по­судину й наливають у неї воду. Кінець стрілки при цьому піднімається вгору, що є доказом існування тиску рідини на дно посудини. Звертають увагу учнів на збіль­шення відхилення стрілки при збільшенні висоти стов­па рідини й роблять висновок про залежність тиску рідини на дно посудини від висоти її стовпа.

Залежність тиску рідини на дно посудини від густини рідини показують, наливаючи в циліндричну посудину приладу Паскаля майже доверху спочатку підфарбовану воду, а потім – насичений розчин кухонної солі. Рівень налитої води треба позна­чити стрілкою, а потім до такого самого рівня налити розчин ку­хонної солі. Відхилення стрілки буде більшим у випадку напов­нення посудини розчином солі. Положення стрілки слід відмічати пересувними стрілками-покажчиками.

2.3. Незалежність тиску рідини на дно посудини від її форми

Обладнання: 1. Прилад Паскаля. 2. Підфарбована вода. 3. Криста­лізатор. 4. Ящик-підставка.

Прилад Паскаля встанов­люють на ящик-підставку і вкручують у муфту прила­ду циліндрич­ну посудину. У посудину наливають під­фарбованої води й відмі­чають стріл­кою її рівень. Другою пе­ре­­сувною стріл­кою відмічають положення кінця стрілки, відхилення якої зумовлюється тиском рідини на дно посудини (рис. 2.11). Випускають во­ду в підставлений кристалі­затор, і циліндричну посу­ди­ну заміняють конічною з розширенням угорі. Повторюють дослід і показують, що тиск води на дно посудини (відхилення стрілки) буде однаковим при тій самій висоті стовпа води. Цей дослід демонстру­ють із третьою посудиною, що має вигляд конуса, звужено­го вгорі, і дістають той самий результат.

Роблять висновки про незалежність тиску рідини на дно від форми посудини.

Рис. 2.11. Незалежність тиску рідини на дно посудини від її форми

2.4. Залежність тиску рідини на стінки посу­дини від висоти стовпа рідини

Обладнання: 1. Ци­ліндрична посудина з отворами в бічній стінці. 2. Вода. 3. Ящик-підставка. 4. Кювета або великий кристалізатор.

Для досліду використовують бляшану циліндричну посудину заввишки 40–60 см, у бічній стінці якої є кілька (3–5) отворів, розміщених на одній твірній циліндра на однаковій відстані один від одного. Посудину ставлять на ящик-підставку й підставля­ють кювету або кристаліза­тор. Наливають у посудину воду і спостерігають, на якій відстані падають струмені рідини від основи циліндра (рис. 2.12). Роблять висновок про збільшення тиску рідини зі збільшенням висоти стовпа рідини над отворами цилінд­ра.

Якщо заводського приладу немає, то його можна вигото­ви­ти з алюмінієвої або заліз­ної труби завдовжки 50–70 см, діаметром 40–90 мм. У стінці труби просвердлюють 5–7 отворів діаметром 0,6–1,0 мм.

 

Рис. 2.12. Залежність тиску рідини на стін­ки посудини від висоти стовпа рідини

 

Отвори мають бути розміщені на однаковій відстані один від одного на одній твірній циліндра. З однієї сторони трубу закривають дерев’яною або гумовою пробкою. Для демон­стрування трубу закріп­люють у лапці штатива вертикально, за­критим кінцем униз.

Нарешті, якщо труби зазначеного діаметра немає, то дослід можна показати, використав­ши металеву труб­ку діа­метром 5–12 мм, зав­довж­ки 40–70 см. У трубці про­свер­длюють за наведени­ми вказівка­ми отво­ри. Отвір з одно­го кінця трубки закри­вають гумовою пробкою або замазують віконною замаз­кою Трубку за до­помогою штатива вста­новлюють вертикально, запаяним кінцем дони­зу. Верхній кінець труб­ки гумовим шлангом з’єднують зі скляною трубкою, пропущеною крізь гумову пробку, яка закриває тубус скляної посудини, вста­новленої на підйомному столику так, щоб дно посудини було вище верхнього кінця трубки (рис. 2.13).

 

 

Рис. 2.13. Залежність тиску рідини на стінки трубки від висоти стовпа рідини

У посудину наливають воду і спостерігають струмені води, які витікають у підставлене кювету або кристалізатор.

2.5. Напрям і величина тиску всередині рідини

Обладнання: 1. Манометрична капсула. 2. Відкритий водяний манометр. 3. Гумова трубка. 4. Дві однакові скляні банки з водою і насиче­ним розчином кухонної солі. 5. Ящик-підставка.

Якщо попередні досліди да­ли можливість установити са­м факт існування тиску все­редині рідини, то завдання описуваного досліду ширше: показати, що тиск усередині рідини напрямлений у всі сторони й залежить від глибини занурення та від питомої ваги рідини. Для досліду використо­вують манометричну капсулу (рис. 2.14), що є циліндричною металевою коробочкою, одне дно якої металеве й має в центрі отвіріз впаяною в нього мета­левою трубочкою, призначеною для приєднання коробочки до мано­метра. Другим дном коробочки є натягнута гумоваплівка, при­в’язана до бічної поверхні коробки.

До коробочки припаяно ме­талеву скобу, що має отвір, крізь який проходить дротяна вісь. Навколо неї коро­бочка може обертатись. Вісь зігнута під пря­мим кутом і має довге коліно, яке є руч­кою. На ручку надіта скоба, за допомогою якої капсулу можна закріплювати на стінці посудини на бажаній глибині. Для обертання капсули навколо осі під во­дою беруть зігну­ту дротину.

 

 

Рис. 2.14. Манометрична капсула

Якщо манометричної капсу­ли у фізич­ному кабінеті немає, то її можна замінити самороб­ною, виготовленою з пластма­сової або скляної лійки, затяг­нутої гумовою плівкою. Лійку найкраще брати кулясту з дов­гою трубкою. Трубку відріза­ють (роблять надріз напилком і ламають) так, щоб біля лійки залишився патрубок завдовжки 3–4 см.

Для демонстрування мано­метричну капсулу або лійку з’єднують з відкритим водяним манометром і занурюють у бан­ку з водою, тримаючи спочатку капсулу (лійку) гумовим дном догори. Манометр показує збіль­шення тиску зі збільшенням глибини занурення капсули. Повертаючи капсулу гумовим дном донизу й у різні сторони, упевню­ються в існуванні тиску рідини з усіх боків (рис. 2.15).

 

Рис. 2.15. Установка для демонстрування тиску всередині рідини

Після цього демонструють однаковість тиску рідини з усіх сто­рін на однаковій глибині, для чого банку з водою обв’язують мотузком на деякій віддалі від дна і занурюють капсулу у воду так, щоб при горизонтальному положенні по­вер­нуте вгору або вниз гумове дно було на рівні мотузки (тобто на однаковій гли­бині), а при вертикальному або похилому положенні дна на цьому рівні був його центр. У всіх випадках покази манометра будуть одна­кові.

Щоб показати залежність тис­ку від питомої ваги рідини, кап­сулу занурюють на однакову гли­­бину у воду і в насичений роз­чин кухонної солі. Різниця рів­нів стовпів рідини в манометрі в дру­гому випадку буде більша.

Для успішного проведення дослідів температура води в банці має дорівнювати температурі навколишнього повітря, щоб запобігти зміні тиску повітря, зумовленій зміною його температури при опусканні капсули у воду. Найкраще воду в банку налити напередодні досліду.

2.6. Сила тиску рідини на дно посудини

Обладнання: 1. Скляний циліндр з притертою до нього скляною пластин­кою. 2. Скляна банка з водою. 3. Універсальний штатив. 4. Ящик-підставка. 5. Ящик для підсвічування. 6. Підфарбована вода.

Прилад для проведення досліду складається з товстостінного скляного циліндра і всередині рідини, притертої до нього круглої скляної пластин­ки, до якої в центрі приклеєно металевий диск з крючком. До крючка прив’язана нитка. Банку з водою ставлять на фоні освітле­ної стінки ящика для підсвічування на ящик-підставку. Нитку протягують крізь отвір скляного циліндра й, натягнувши нитку, притискують пластинку до циліндра. Циліндр із пластинкою опускають у воду й закріплюють за допомогою пружної лапки універсального штатива. Відпускають нитку і спостерігають, що пластинка не відпадає – її вдержує напрямлений знизу вгору тиск води (рис. 2.16).

Наливають у циліндр підфарбовану воду і спостерігають відпадання плас­тинки в той момент, коли рі­вень води в циліндрі зрівнюєть­ся з рівнем води в банці, що дуже добре видно на фоні освітленої стінки ящика.

 

Рис. 2.16. Тиск рідини знизу вгору

Якщо у фізичному кабінеті немає описаного приладу, то його легко замінити саморобним. З орга­нічного скла вирізують лоб­зиком круглу пластинку діа­метром, на 1-2 мм більшим від діаметра циліндричного скла при­ладу Паскаля. У центрі плас­тинки просвердлюють отвір ду­же малого діаметра, крізь який протягують тонкий мотузок із вузликом на кінці. Порядок демо­н­стрування досліду зали­ша­є­ть­ся попереднім, тільки внас­лідок не­щіль­ного приляган­ня плас­тин­ки до країв циліндра в останньому поступово просо­чується во­да, че­рез що відпадає потреба нали­вати в нього воду. Як тільки рівні води в циліндрі і в банці зрівнюються, пластинка відпадає.

Циліндричне скло прилада Паскаля в цьому досліді можна з успіхом замінити циліндричним ламповим склом.

2.7. Закон Архімеда

Обладнання: 1. Штатив. 2. Відерце Архімеда. 3. Висока скляна банка з водою. 4. Хімічний стакан.

Для експерименталь­ної перевірки закону Архімеда існує прилад, який називається відерцем Архімеда (рис. 2.17, а). Він складається з пружинного динамометра, шкала якого не градуйована, але має пересувний покажчик у вигляді стрілки, яка закріплюється в потрібному місці шкали. Пружина динамометра прикріплена верхнім кінцем до обойми, крізь отвір у зігнутому нижньому кінці якої проходить стержень з диском-покажчиком. Стержень верхнім кінцем підві­шений до пружини, а на нижньому – має крючок. До крючка можна підвісити металеве відерце, що має впаяний у дно крючок, призначений для підвішування важка, об’єм якого дорівнює місткості відерця.

 

 

Рис. 2.17. Установка для досліду Архімеда

Динамометр із підвішеним до нього відерцем і важком закріп­люють у лапці штатива і відмічають стрілкою-покажчиком поло­ження диска (рис. 2.17, а), прикріпленого до стержня динамометра.

Занурюють важок у воду і спостерігають скорочення пружини, зумовлене дією виштовхувальної сили на важок (рис. 2.17, б).

Наливають у відерце воду і спостерігають поступове збіль­шення довжини пружини. Коли відерце вщерть наповниться во­дою, диск зупиняється проти стрілки; отже, виштовхувальна сила урівноважу­ється вагою налитої у відерце води, об’єм якої дорівнює об’єму важка (рис. 2.17, в). Щоб доказати це учням, зні­мають важок та відерце й, виливши з відерця воду, кладуть у нього важок.

Недоліком описаного приладу (і досліду з ним) є його конструк­ція, яка наперед передбачає результат досліду. Крім того, дослід можна показати тільки з тілом певного об’єму й форми.

2.8. Вивчення умов плавання тіла за допомогою картезіанського водолаза

Обладнання: 1. Картезіанський водолаз.

Досвід слугує для з’ясування умов спливання, занурення і плаван­ня тіл.

Прилад (рис. 2.18) складається зі скляного циліндра з водою, у якому плаває невеликий порожнистий поплавок. Циліндр зверху затягнутий гумовою перетинкою.

Особливість поплавка полягає в тому, що його вага трохи менше ваги витис­­неної ним води при повному зану­ренні, тому поплавок плаває в циліндрі, висту­паючи не значною своєю частиною над поверхнею; знизу в поплавку є отвір.

Якщо натискувати гумову перетинку приладу, то тиск в циліндрі збіль­шу­ється. Він передається через рідину в поплавок, внаслідок чого об’єм повітря в ньому зменшується і всередину вхо­дить деяка кількість води. Поплавок разом з во­дою, що ввійшла, стає важчим і по­чи­нає пово­лі опускатися на дно.

 

Рис. 2.17. Установка длядосліду Архімеда

Відпускаючи гумову перетинку, від­но­в­­люють в циліндрі попередній тиск. Повітря в поплавку розширюється і ви­тіс­­няє над­мір­ну кількість рідини. Попла­вок стає легшим і знов спливає вгору.

Поволі збільшуючи (або зменшуючи) натиск на перетинку, можна добитися такого тиску в циліндрі, коли поплавок плаватиме усере­дині рідини.

Щоб учні могли спостерігати зміну рівня води в поплавку, необхідно надіти на нього тонке гумове кільце. Місце розміщення кільця визначається рівнем води в поплавку, коли він вільно плаває всередині циліндра. У поплавку, плаваючому на поверхні, рівень води нижче за кільце, а в поплавку, зануреному до дна циліндра, рівень рідини – вище за кільце.

Поплавок для картезіанського водолаза можна виготовити з пробірки діаметром 10–15 мм і заввишки 50–60 мм. Заповнюють його таким способом. Спочатку в пробірку наливають воду приблизно на її об’єму; помічають рівень гумовим кільцем і опускають в яку-небудь мілку посудину з водою. Якщо поплавок занурюється повніс­тю і починає опускатися на дно, значить, він важкий і воду з нього потрібно злити. Якщо ж поплавок спливає, підіймаючись над поверхнею більш ніж на 2–3 мм, – води в ньому мало. Отже, шляхом декількох проб поплавок наповнюють на стільки, щоб він підіймався над водою лише на 2–3 мм (рис. 2.18).

Під час заповнення гумове кільце застосовується для позначення рівня води в пробірці, який у процесі підготовки доводиться міняти кілька разів.Потрібно мати на увазі, що картезіанський водолаз є однією з кращих демонстрацій при поясненні принципу занурення і спливання підводного човна.Після цього досвіду корисно продемонструвати навчальний фільм «Плавання тіл в рідині».

На початку фільму стисло з’ясовують умови плавання тіл. З цією метою показуються два досліди: із залізною пластинкою, яка тоне у воді, і з плаваючим залізним човном, зробленим з тієї ж пластинки.Потім демонструють надводне плавання різних суден. Звертаєть­ся увага на ватерлінію і з’ясовується її призначення.Далі демонструється підводний човен, який плаває на поверхні води, його поперечний і поздовжній розрізи. З’ясовується роль баласт­них цистерн при зануренні й підйомі підводного човна.

У кінці фільму дається достатнє уявлення про підйом за допомо­гою понтонів затонулого підводного човна й наведення понтонного моста для переправи через річку.

2.9. Будова і дія металевого манометра

Обладнання: 1. Демонстраційний металевий манометр. 2. Насос Комовсь­ко­го або Шінца. 3. Технічні манометри.

Головучтехпром випускав для шкіл демонстраційний металевий манометр (рис. 2.19), будова якого майже не відрізняється від бу­дови технічних манометрів відповідного типу (в манометрі Головуч­тех­прому для поліпшення демонстративності збільшено розміри шкали та стрілки). Демонстраційний манометр дуже зручний тим, що весь його механізм відкритий і може бути показаний не тільки безпосередньо, а й у проекції на екран.

 

Рис. 2.19. Демонстраційний металевий манометр

Манометр має шкалу, розраховану на 6 атм. Його можна викори­стати не тільки для показу його будови і принципу дії, а й для бага­тьох інших дослідів, що значно підвищує його методичну цінність.

Основною деталлю механізму мано­метра є пружна, зігнута по дузі кола, мета­лева трубка з перерізом, форму якого показано на рис. 2.20, причому зовніш­ня поверхня трубки – опукла, а внут­рішня – плоска. Один кінець цієї трубки прива­рено до цилін­дричного патрубка із суціль­ною верхньою основою. Канал трубки з’єднано з каналом патрубка. Па­трубок унизу не закритий і на зовнішній поверхні має гвинтову різьбу, за допомогою якої вкру­чується в отвір циліндричної ме­талевої колонки, закріпленої на масивній чавунній тринозі. З про­тилежних боків у колонку вкру­чені два патрубки з кранами. Ко­лонка отвору знизу не має.

Рис. 2.20. Переріз трубки металевого манометра

Отже, простір усере­дині пруж­ної трубки манометра можна за допомогою гумових трубок, наді­тих на патрубки з кранами, сполу­чити з простором, у якому вимі­рюється тиск. При підвищенні тиску всере­дині пружної трубки манометра вона випрямляється через те, що сили тиску зсередини на опуклу та плоску поверхні трубки різні. Площа опуклої поверхні більша, тому на неї діє більша сила тиску, ніж на плоску поверхню. Вна­слідок цього трубка випрямляється, причому дефор­мація трубки тим більша, чим більший тиск, а отже і різниця сил тиску на по­верхні трубки. При зменшенні тиску всередині трубки вона зги­нається більше.

Рух кінця трубки передається стрілці за допомогою механіз­му, який складається з важеля, зубчатки, надітого на вісь стрілки трибочка і спіральної пружини, один кінець якої приварено до осі стрілки, а другий – до нерухомого стержня (рис. 2.19). Увесь передавальний механізм змонтовано на металевій скобі, привареній до верхньої основи циліндричного патрубка, вкрученого в отвір колонки. До цієї скоби пригвинчено шкалу.

Стрілку манометра в певних межах можна переміщати. Для цього треба трохи відкрутити гвинт, що входить у проріз, зроб­лений у пластинці зубчатки, і переміщати кінець важеля разом із гвинтом відносно пластинки. Доцільно перемістити кінець стріл­ки так, щоб він показував не нуль, а одну атмосферу. Це зручно для деяких дальших дослідів.

З будовою манометра учнів ознайомлюють, показуючи його ме­ханізм безпосередньо і в тіньовій проекції на екран.

Дію манометра де­монструють так: нагні­тальний ніпель насоса Комовського або Шінца з’єднують з одним із па­трубків манометра, від­криваючи його; кран другого патрубка при цьому закритий. Нака­чують повітря і спосте­рігають поступове збільшення показів маномет­ра (рис. 2.21).

 

Рис. 2.21. Вимірювання металевим маномет­ром тиску, більшого від атмосферного

 

Відкри­вають другий кран і помічають вихід повітря з каналу патрубка, який супроводжується ха­рактерним шипінням; одночасно манометр по­казує поступове змен­шення тиску. Якщо стрілку манометра вста­новлено так, що вона при атмо­сферному тиску показує 1 атм, то патру­бок манометра слід спо­лу­чити з всмоктувальним ні­пе­лем насоса й повторити дослід, роз­ріджуючи повітря в мано­метрі. Після цих дослідів до­цільно показати уч­ням технічні мано­метри (на­прик­лад, котла Папена, парового котла діючої моделі парової машини, прила­ду Куземи для демон­стрування закону Бойля-Маріотта).

Якщо демонстраційного манометра у фізичному кабінеті нема, то за допомогою епідіаскопа на екран можна спроектувати ри­сунки механізму манометра або використати відповідну таблицю, після чого показати технічні манометри, які є у фізичному кабі­неті.

РОЗДІЛ ІІІ