counter?id=2204607;js=na Отталкивание и притяжение, вызванные одной и той же причиной
logo
logo

Если проделать в паровой трубке, соединенной с паровым котлом, узкое отверстие, то пар будет выходить из него в виде тонкого луча. Сжатый пар вступает во внутренний конец отверстия с известной скоростью (около 400 м в секунду). Двигаясь вдоль узкого канала, он расширяется, так как его вначале высокое давление постепенно уменьшается до атмосферного. Следствием этого расширения является то, что пар, оставив отверстие, приобретает скорость, может быть, около 1000 м в секунду. Двигающийся с такою скоростью пар может совершать значительную работу, как, например, при движении паровых турбин.
Наш рисунок (рис.48) показывает другой способ, каким может быть обнаружена его рабочая сила.
Конец паровой трубки А закрыт металлической крышкой, которая снабжена в В маленьким отверстием. Когда луч пара встречает препятствие, он с силой гонит его перед собой. Луч пара подталкивает, например, легкую пластинку, подвешенную над лучом в С, т.е. сравнительно далеко от В, и мешает ей упасть. Вообразим теперь, что прибор изменен следующим образом. Конец паровой трубки расширяется в плоскую пластинку EF, просверленную посередине. Предположим также, что подвижная пластинка D подвешивается на очень незначительном расстоянии от EF. Когда потом выпускают луч пара, то оказывается, что верхняя пластинка, вместо того чтобы отталкиваться, теперь до известной степени притягивается нижней. Необходима значительная сила, чтобы удалить верхнюю пластинку от нижней. Каким образом возможно, чтобы один и тот же луч пара производил два совершенно противоположных действия?
Чтобы объяснить это, нужно прежде всего принять во внимание, что в первом случае давление пара при прохождении его через узкий канал постепенно уменьшается, пока оно сейчас же по выходе пара из трубки не становится равным давлению воздуха. Все действие расширившегося таким образом пара происходит за счет большой скорости его частичек. Во втором же случае верхняя пластинка лежит так близко к нижней, что мы можем допустить, что в выходном канале и непосредственно над ним продолжает еще господствовать то же высокое давление, которое находится в паровом котле. Однако вблизи выводного канала пар сейчас же расширяется и давление его становится одинаковым с давлением атмосферного воздуха. В то время как в первом случае пар имеет возможность расширяться по всем направлениям и может поэтому сохранить первоначальное направление движения ВС главной массы пара, — во втором случае он до тех пор, пока пластинка D не удалена, находит себе выход лишь по направлениям, параллельным пластинке EF. Правда, и в этом случае пар при выходе из отверстия сообщает толчок пластине. Но непосредственно он ударяет лишь об очень небольшую часть пластинки, и ввиду «инерции» пластинки не может поднять ее на значительную высоту. Это влияние инерции легко проследить, если мы станем ударять молотком очень быстро и сильно об открытую и легко поворачивающуюся дверь — во избежание неприятностей не следует для этого пользоваться комнатной дверью; в таком случае легче разбить дверь вдребезги, чем заставить ее удалиться на сколько-нибудь значительное расстояние от ее первоначального положения.

Притяжение и отталкивание, вызванные струей пара

Рис.48. Притяжение и отталкивание, вызванные струей пара

Вследствие этого и пар в первую минуту после своего выхода не отодвинет на значительное расстояние верхнюю пластинку. Но и в следующий момент он расширяется в стороны и почти совершенно заполняет весь узкий промежуток между обеими пластинками. Теперь следует заметить, что когда пар переходит от средней точки пластинки к ее краям, объем, который он в состоянии занять, растет чрезвычайно быстро.
Мы можем наглядно представить себе это, если построим на одной из круглых пластинок вокруг ее центра большое число концентрических окружностей и затем проведем два радиуса, которые образуют между собой угол небольшой величины. Ограниченный радиусами сектор расширяется по направлению от центра наружу, как мы это видим у секторов концентрических кругов различной величины. Малое количество пара, расположенное у самого центра пластинок между обеими радиусами, встречает, подвигаясь наружу, все увеличивающийся объем, и вследствие этого постоянно расширяется, занимая все больше места. Разумеется, большая скорость его мельчайших частичек при этом не изменяется, так что и расширившийся пар все еще в состоянии не допускать воздух в пространство между пластинками, но по мере расширения пара уменьшается его давление на пластинку, В то время как верхняя пластинка испытывает посредине давление, значительно превышающее давление атмосферы, давление пара по мере его вытекания наружу вскоре уменьшается до степени атмосферного давления. Вследствие равномерного уменьшения давления по всем сторонам то место, где наступает это равенство давлений, представится одной из концентрических окружностей. Снаружи от этого круга давление все более уменьшается сравнительно с атмосферным давлением, пока, наконец, на краю, где пар смешивается с воздухом, оно опять почти внезапно не возрастает до величины атмосферного давления. Если та часть подвижной пластинки, на которую приходится «давление ниже атмосферного», значительно превосходит ту, которая испытывает «давление выше атмосферного», то пластинка под действием давления внешнего воздуха должна двигаться по направлению к неподвижной пластинке. Таким образом, получается парадоксальный результат, который заключается в том, что если пластинки сначала находятся на заметном расстоянии друг от друга, то необходимо сильное давление, чтобы приблизить их друг к другу, если же они лежат одна на другой с самого начала, то приходится употребить значительную силу, чтобы оторвать их друг от друга. Следует заметить, для тех читателей, которые не имеют возможности получить вышеописанную струю пара, что это явление может быть обнаружено также при помощи струи воздуха. Из тонкого дерева или толстой папки приготовляют 2 круглые пластинки, которые имеют 15 сантиметров в поперечнике. В одной из них посередине прорезывают круглое отверстие от 4 до 5 миллиметров в поперечнике. Чтобы удобно было пропускать через отверстие струю воздуха, укрепляют посередине пластинки с отверстием перпендикулярно к ней стеклянную трубку приблизительно в 5 миллиметров ширины. Это удается очень легко, если пробуравить в обыкновенной или резиновой пробке отверстие такой величины, чтобы стеклянная трубка как раз в него входила, и затем укрепить эту пробку на пластинке клеем, сургучом и т. п. Затем пластинку ставят на подходящей подставке таким образом, чтобы поверхность ее заняла вертикальное положение, а стеклянная трубка легла горизонтально. Это удается лучше всего, если зажать трубку в приспособленные для этой цели тиски или прикрепить ее проволокой к вертикальному стержню. Другую пластинку без отверстия подвешивают на двух нитях, которые прикрепляются на расстоянии 3—4 сантиметров друг от друга к краю пластинки (например, при помощи сургуча). Висящая и неподвижно установленная пластинки должны быть приблизительно параллельны друг другу. Сначала вешают свободную пластинку на расстоянии 1 1/2 - 2 сантиметров от неподвижной пластинки. Свободная пластинка отталкивается, если сильно вдувать воздух через стеклянную трубку. Если же сблизить обе пластинки так, чтобы они находились на расстоянии одного сантиметра друг от друга, или еще ближе того, то хорошо видно, как свободная пластинка притягивается к неподвижной.