Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2004 № 08

Прибор служил украшением аристократических салонов и физических кабинетов. Пластину посыпали мелким песком, а затем, придерживая рукой, проводили по ее краю смычком скрипки.

Пластина начинала дрожать, издавая протяжный звук, и песчинки на ее поверхности выстраивались в замысловатые фигуры. По своей сути это картина стоячих звуковых волн, возникающих в твердом теле. Песок, находящийся в пучностях стоячей волны (максимальная амплитуда колебаний), скатывается и скапливается в узлах, где амплитуда колебаний минимальна. Картина колебаний становится видимой.

Прибор Хладни давно уже не выпускается. Но в одном из кружков его сделали из круглой стеклянной пластины от электроскопа. Если провести по ее краю точильным бруском, получается песочный крест с четкими границами.

Вообще для изготовления прибора Хладни нужна гладкая плоская пластина толщиною около 3 мм из металла, в котором долго не затухают звуки, например, стали или бронзы.

В воздухе заметить звуковые волны тоже непросто, поскольку он прозрачен. Но в местах сгущения и разрежения волн его оптические свойства чуть-чуть меняются. Глаз этого не замечает, но есть довольно сложные приборы, дающие изображение волн на экране.

Уже известный вам немецкий физик-экспериментатор Вихардт Поль нашел очень простой и изящный способ, позволяющий увидеть стоячие звуковые волны, распространяющиеся в комнате. Чтобы их создать, достаточно подключить громкоговоритель к школьному звуковому генератору. В зависимости от выбранной частоты колебаний длина волн может меняться от метров до сантиметров. Длинные волны неудобно наблюдать, очень короткие — плохо воспроизводит громкоговоритель. Лучше всего подать на него частоту 5 — 10 кГц.

Наблюдать волны можно на поверхности воды в ванночке с прозрачным дном. Осветив ее снизу лампочкой карманного фонаря, вы получите на потолке яркий рисунок стоячих звуковых волн. Его четкость повысится, если вы добавите в воду немного жидкости для мытья посуды. Она снижает поверхностное натяжение воды и заметно усиливает впадины и выступы на ее поверхности.

Картина стоячих звуковых волн в комнате довольно замысловата и меняется в окрестностях каждого предмета. На рисунке 4, взятом из книги В.Поля, вы видите «звуковой отпечаток» руки, поднесенной к волновой ванне. В. Поль полагал, что примерно так «видят» мир своими ушами летучие мыши, которым звук заменяет свет.

Г.ТУРКИНА, А.ИЛЬИН

Рисунки А.ИЛЬИНА

Рис. 4

Поливать сад или огород, таская воду ведрами из ближайшего водоема, — работа нелегкая. Но ее можно избежать, сделав насос, настолько простой по конструкции, что практически все его детали можно найти, как говорится, в хозяйстве. А чтобы лучше разобраться в его работе, предлагаем поставить простой эксперимент.

Возьмите прозрачную трубку, приладьте к ней тонкий шланг (рис. 1) и опустите в ведро с водой.

Если подуть в шланг, то видно, как по трубке побегут воздушные пузырьки и уровень воды в ней начнет повышаться. Немного старания, и пенящаяся вода потечет через край трубки.

Вот чем это объясняется. Давление жидкости на дне сосуда зависит от высоты ее столба и плотности. В трубке находится смесь воды и воздуха. Плотность ее меньше, чем у воды. Поэтому давление, которое она создает своим весом у нижнего конца трубки, меньше, чем давление, создаваемое в том же месте водой, находящейся в ведре. Разность этих давлений и поднимает воду.

На этом принципе работает простейшее водоподъемное устройство, названное эрлифт — воздушный лифт. Это труба, опущенная в пруд или в колодец, к нижнему отверстию которой подведен воздух. Наполненная воздушными пузырьками вода течет по трубе непрерывным потоком, не боясь даже засоров. Поэтому эрлифты применяют для очистки водоемов или добычи глины со дна.

Применяют эрлифты и химики. Ими перекачивают агрессивные жидкости, которые мгновенно разъедают детали любых насосов. Или, наоборот, жидкости столь чистые, что даже ничтожные химические примеси от материала самого насоса могут ее полностью испортить. В таких случаях трубки эрлифта делают иногда даже из кварца, подают в него не воздух, а гелий.

Используют эрлифты и в аквариумах. Специалисты обнаружили, что, если воду в них очищать от постоянно возникающих в ней вредных примесей, численность живности в них быстро растет.

Раньше воду прокачивали через специальный фильтр при помощи небольшого центробежного насоса. Но вода в аквариуме в некотором смысле «живая». В ней плавают нужные рыбам микроорганизмы, содержатся полезные вещества, и, главное, в ней не должно появляться ничего вредного для его обитателей. Поэтому лопастям насоса придают особо плавную форму, чтобы не повредить даже амебу, и делают их из особых, химически инертных материалов. Не удивительно, что такие насосы весьма дороги.

С эрлифтом все проще. Его делают из стеклянной трубки. Воздух подают в ее нижнюю часть обычным компрессором АК-1 через стандартный керамический распылитель. Давление регулируется до получения пузырьков диаметром около 1 мм, что обеспечивает максимальную производительность эрлифта.

Велика ли она? Компрессор АК-1, развивающий давление не более 0,08 атм, способен перекачать на высоту 120 мм 40 л воды в час. Для аквариума этого более чем достаточно. Да и для полива большого огорода полутонны воды в сутки, как говорится, хватит за глаза. Только воду для полива нужно поднимать не на сантиметры, а на метры. И это эрлифту по силам.

Высота подъема воды над поверхностью водоема составляет у эрлифта не более пятой части длины погруженной части трубы. Это означает, что для подъема, например, на высоту 2 м нужно иметь водоем, позволяющий опустить нижний конец трубы на 10 м.

Давление воды на этой глубине равно 1 атм. Поэтому, чтобы воздух попал в трубу эрлифта, его давление должно быть примерно на 0,1 атм выше. А чтобы еще преодолеть давление поднятого на 2 м над поверхностью пруда столба воды, нам нужно давление 1,3–1,5 атм. Получить его можно от компрессора старого холодильника.

И опять начните с эксперимента. Возьмите трубу (лучше всего пластиковую) диаметром 40–60 мм и длиною 2–3 м. На конце ее при помощи скотча закрепите шланг и проволочные упоры для установки трубы на дне пруда (рис. 2).