Статья «Два простых опыта, прямой и обратный»

11
8
Материал опубликован 28 April 2017 в группе
М.А. Старшов ДВА ПРОСТЫХ ОПЫТА, ПРЯМОЙ И ОБРАТНЫЙ

Большое впечатление практически на всех зрителей неизменно производит опыт, едва ли не самый простой в подготовке и демонстрации. Для него нужно только какую-нибудь крупу насыпать в банку или бутылку доверху. Когда это сделано, спокойно, не резко втыкаем нож или заточенный карандаш. Введя нож на небольшую глубину, поднимаем его обратно. Нож, естественно, выскальзывает из крупы, разве можно ожидать чего-либо другого? Повторив движение пару раз, всё с одним и тем же результатом, в очередной раз вводим нож несколько глубже, почти до дна – и вдруг поднимаем не только нож, но и приклеившуюся к нему крупу вместе с банкой!

У этой эффектной демонстрации есть довольно много вариантов. И крупа может быть разная, и сосуд может иметь разную форму, лишь бы у него сверху было сужение, горлышка, хотя бы как у майонезной баночки. Вместо ножа удобно воспользоваться отвёрткой или даже простым карандашом.

А вот крупу можно заменить даже обычным речным песком.

Много лет показываю этот опыт в разных аудиториях с неизменным успехом. Было только одно исключение, когда демонстрировал его самый первый раз, хотя именно тогда наиболее тщательно готовился к выступлению. Весь день экспериментировал, тренировался и, кажется, всё стало получаться. Но когда вечером вышел на эстраду, перед которой собралась вся смена одарённых детей в летнем лагере, крупа закапризничала, не захватывала нож раз за разом! Правда, тогда мне попалась огромная стеклянная банка из-под кофе, такая красивая, фигурная, в которой этого кофе был, наверно, килограмм. В столовой в банку насыпали ячневой крупы. Да и нож был из столовой, такой тонкий, широкий, ну, знаете, самый дешёвый кухонный нож.

И вот, наконец, вся банка повисла в воздухе на этом ноже, вызвав заслуженные аплодисменты!

С тех пор таких неприятностей не было никогда, но и беру с собой на лекцию или на какой-нибудь День открытых дверей не такой большой сосуд, а чаще всего просто баночку с песком под завинчивающейся крышкой и обычный карандаш в кармане. Всё просто, элегантно и надёжно.

Говорят, что это очень старый фокус индийских факиров. Это вполне возможно, а всё-таки опыт хорош, впечатляет всех.

И вот только что придумал обратный вариант этой демонстрации, не менее загадочный и трудный для объяснения. То, что при перевозке картошки по тряской дороге, на верху мешка или ведра обычно оказывается самая крупная, замечали многие. Для лекционной демонстрации картошка не очень удобна, но можно насыпать в банку песок и утопить в нём тяжёлый шарик от большого подшипника. У многих мальчиков такой шарик найдётся в хозяйстве.

Любопытно, что если постучать ладонью по верхней части, по горлышку банки, то вскоре из песка покажется блестящий шарик, а затем вылезет почти полностью на поверхность.

Самый практичный вариант этой демонстрации получился буквально вчера, когда догадался насыпать просеянный песок примерно до половины высоты в пузырёчек из-под лекарства, которые мы в детстве называли «от пенициллина», и бросил туда шарик диаметром около сантиметра (измерять не стал, выбрал тот, которой прошёл через горлышко), закрыл плотно пластиковой пробкой и слегка потряс пузырёк. Понятно, что шарик полностью погрузился в песок, совсем спрятался. Но после нескольких лёгких похлопываний по пробке из песка показалась блестящая выпуклость, а затем и весь шарик предстал перед глазами.

Плотно закрытый пузырёк очень удачно подходит для этой демонстрации, потому что его без хлопот можно брать с собой для показа, но его же можно после первой демонстрации просто перевернуть пробкой вниз – шарик снова окажется целиком под слоем песка. Постучав теперь по донышку, заставим шарик выглянуть на поверхность, т.е. опыт очень удобно повторять и комментировать, что при всей случайности движения шарика в песке результат всегда один и тот же.

Такой же шарик с трудом выбирается на поверхность, если вместо песка в пузырёк насыпать крупу, зато легко прячется при встряхивании пузырька. А вот в песке он поднимается очень быстро, если к пузырьку снизу прижать вибрационную электробритву и включить её.

Наконец, ещё одно изменение идёт на пользу этой демонстрации. Уже несколько лет, как обнаружил в пробках некоторых элитных винных бутылок очень симпатичные шарики диаметром около сантиметра. Часть из них оказалась пластиковыми, и для них нашлось интересное физическое применение, использующее их среднюю плотность, близкую к плотности воды. А вот ещё более красивые, из бесцветного стекла, или слегка голубые или зеленоватые, никак не мог приспособить. Кто-то из учителей физики догадался положить их в стакан с водой, где они практически не видны, но это как-то не вдохновляет. Зато в пузырьке с песком они ведут себя приличнее стальных шариков, хорошо «всплывают» при постукивании по пробке, и всплывают полностью, красиво лежат на песке, почти на одной точке. Теперь достаточно перевернуть пузырёк, и можно опыт повторять. а можно резко встряхнуть пузырёк, и шарик прячется в глубину песка, но не очень глубоко, так что демонстрация получается ещё быстрее.

в формате Microsoft Word (.doc / .docx)
Комментарии

Интересно... Шепотом: а как объяснить-то? С ножом - силы притяжения? Несколько раз двигаем нож способствуем сближению? А с шариком - результирующая сила множества крупинок?

1 May 2017

Да ну, Галина Николаевна, физика такая зараза, что объяснений не даёт в самых простых событиях. Учёные там где-то чёрные дыры штопают, а вот сюда посмотреть им лень и не по чину. Думаю, крупу нож выстраивает, пока не расклинит. для того у баночки необходимо горлышко, плечики, так сказать. В них и упирается вся цепочка ориентированных зёрен. А для шарика предполагаю чуть разные силы трения вверх и вниз, в смысле играет роль тяготение. Это, конечно, мои домыслы. Но эффект хорош!

2 May 2017

По поводу шарика. Мне кажется, что здесь подойдет для объяснения закон сохранения энергии. Система переходит в состояние, в котором у нее минимальная потенциальная энергия. Это как с кубиком: он никогда не плавает плашмя, всегда вершиной вниз. В проблеме разбиралась несколько лет назад, когда внук писала работу по НОУ о сыпучих телах.

3 May 2017

Наталья Николаева, Вы правы, конечно, хотя с законом сохранения энергии в этом случае я не очень справляюсь. Всё-таки тяжёлый шарик упорно всплывает!

3 May 2017
Ответ для

Мне кажется, что дело в сыпучей среде, Михаил Александрович. Мы с внуком проводили опыт. В банку объемом 0,6 л насыпали пшено почти до верха, слегка разровняли, чтобы горки не было, потом линейкой просто стучали по стенкам. Высота понижалась на 10-13%. При встряхивании плотность сыпучего тела увеличивалась, промежутки между крупинками уменьшались. В целом центр масс понижался.

3 May 2017

Ответ #24971 был удален 3 May 2017

Ответ #30244 был удален 5 June 2017

Интересный опыт. Может промежутки между песчинками и стенкой больше, чем между песчинками. Когда стучим, вдоль стенок больше песчинок падает вниз ко дну, этим приподнимая шарик?

4 June 2017

Я больше подозреваю силу трения покоя и скольжения.

4 June 2017

ДА, возможно. Может и несколько причин вместе.

5 June 2017