Если я свешаю железный кубик, стороны которого равняются 1 см, то я найду, что его вес равняется приблизительно 7,5 г. Если же я захочу получить двойной вес, то я должен взять 2 кубика указанной величины, другими словами, я должен удвоить массу. Увеличивать же вес, не удваивая массы, кажется нам поэтому очень невероятным. Но мы увидим, что в известном смысле можно найти средство к достижении этой цели.
Если мы прикрепим не слишком легкий предмет к нитке и приведем тело в круговое движение, то мы почувствуем как натянулась нитка благодаря подвешенному предмету. Если прикрепить тела различного веса к ниткам одинаковой длины и вертеть их одинаково быстро, то мы заметим, что большая масса будет натягивать нитку больше, чем меньшая масса. Силу, благодаря которой движущееся по кругу тело натягивает нитку, называют центробежной силой.
При одинаковой скорости она пропорциональна массе движущегося тела. Чем меньше радиус круга, тем больше центробежная сила, и чем больше увеличивается скорость движения, тем больше увеличивается сила.
Насколько значительна бывает эта центробежная сила, можно видеть из того, что иногда точильные камни лопаются вследствие быстрого вращения.

Вспомним, как точильный камень отделяет от прижатого куска железа мелкие частички, которые в раскаленном состоянии отбрасываются им в виде искр.

Когда тело во время центробежного движения освобождается от нитки, то оно уже не продолжает своего первоначального кругового движения, но летит прямо по направлению, которое математики называют направлением касательной линии (рис. 31), как известно, это те направления, по которым отрываются частички Н от вращающегося тела.
Из этого видно, что движущееся тело в данный момент стремится к прямолинейному движению (по направлению касательной) и что оно только благодаря двигательной силе нитки совершает кругообразное движение. Вследствие этого, тело (по закону равенства действия и противодействия) производит такое же сильное натяжение по направлению от центра. Вместо шнурка можно употреблять и другие способы, чтобы держать предмет на одинаковом расстоянии от центра. Предмет можно поставить на колеса и заставить его следовать по внутренней стороне кругового пути.

Движение по окружности

Рис.31. Движение по окружности

Такой случай мы имеем, например, когда велосипедист показывает свое искусство и еще больше того смелость на так называемой «центробежной дороге» (см. рис. 32). Необходимую скорость он приобретает, предварительно спускаясь с крутой наклонной плоскости, которая лежит немного выше, чем тот круг, по которому он желает ехать. Этого достаточно, чтобы велосипед катился по полотну, находящемуся с внутренней стороны кругового пути. При этом велосипедист проезжает высшую точку пути головой вниз и ногами вверх. Одна только центробежная сила прижимает его к опрокинутому сиденью, но он может быть спокоен, если все приспособления безупречны и сам он достаточно владеет своими нервами. Этих примеров пока достаточно, чтобы показать, как при каждом центральном движении возникает центробежная сила.
Так как мы уже несколько раз сказали, что величина этой силы при одинаковом радиусе и скорости зависит от массы тел и так как массу можно определить посредством веса, то можно центробежную силу рассматривать, как один из видов действия веса тела, при котором вес действует не по направлению к центру Земли, как обыкновенно, но по направлению радиусов пути, описываемого движущимся телом. Так как далее центробежная сила увеличивается с увеличением скорости, то, увеличивая скорость движения тела, мы тем самым имеем возможность увеличить действие веса тела, не увеличивая его массы.

Центробежная дорога

Рис. 32. Центробежная дорога

Центробежная сила находит себе очень полезное применение, именно для быстрого разделения тел, которые хотя и сами отделяются друг от друга вследствие различного веса, но значительно медленнее. Таким путем химик отделяет кристаллы и осадки от растворов, в которых они образуются; таким же образом в молочном хозяйстве освобождают и отделяют сливки от тяжелой, водянистой части молока. Разница в удельном весе сливок и водянистой части молока не очень велика: отношение весов равно приблизительно 9:10. Если поэтому оставить молоко стоять, то нужно много часов, пока мельчайшие капельки жира, рассеянные в молоке, частью соберутся сверху в виде сливок.
Предположим, например, что в известном количестве молока находится 9 г сливок, тогда вес вытесненной сливками водянистой части будет 10 г и «выталкивающая сила», т. е. причина поднятия сливок, равна 1 г. Если бы сделать обе части в 1000 раз тяжелее, так, чтобы сливки весили 9 кг, а вытесненная часть молока 10 кг, то «выталкивающая сила» была бы равна 1 килограмму, эта задача осуществлена в центробежном сепараторе.
Простая форма сепаратора, пригодная для лабораторных целей, представлена на рис.33. Рама с 6-10 плечами вращается горизонтально с большой скоростью при помощи особого приспособления, не изображенного на рисунке. На конце каждого плеча находится вращающееся кольцо. В эти кольца вставляются трубки, содержащие вещества, которые надо «центрифугировать». Чтобы не было колебаний прибора, друг против друга должны находиться одинаковые количества жидкости. При вращении этого аппарата под действием центробежной силы трубки отклоняются от своего первоначального положения А кнаружи. Когда они приходят в положение В, где образуют с первоначальным направлением угол в 45° и оказываются, таким образом, посредине между вертикальным и горизонтальным положениями, то сила тяжести, действующая по вертикальному направлению, равна по величине горизонтально действующей центробежной силе. Таким образом, всякий грамм массы внутри трубки, кроме своего веса в 1 г, которому он обязан силе тяжести, еще, так сказать, приобретает 1 г «горизонтального веса» благодаря действию центробежной силы. Центробежная сила пропорциональна квадрату скорости. Таким образом, если машина вращает трубки вдвое быстрее, то развивается вчетверо большая центробежная сила; каждый грамм массы приобретает теперь 4 г горизонтального веса, при удесятеренной скорости каждый грамм приобретает 100 г горизонтального веса и т.д.
Таким путем небольшая первоначальная разница в весе двух тел в такой трубке обусловливает при достаточно быстром вращении прибора весьма значительную разницу в центробежном весе тел, и более тяжелое скоро собирается на наружном конце трубки, т. е. на дне ее. В машинах, основанных на этом принципе и отличающихся от нашего прибора лишь отдельными деталями, ежедневно центрифугируются большие количества молока. Водянистая часть молока гонится при этом во внешние части сепаратора, между тем как более легкие сливки собираются вблизи середины.

Центрифуга

Рис. 33, Центрифуга

Подобным же приемом пользуются в больших прачечных, чтобы быстро удалить воду из мокрого белья. На пасеках таким способом извлекают мед из ячеек пчелиных сот, не разрушая этих последних, как это было прежде, когда их разрезали и раздавливали.

Опубликовано в Глава 4. Выгодное использование веса

© 2018 Global - Library . Ru. Все права защищены.
При копировании текста на Ваш ресурс просим указывать страницу - источник.
GlobaL - LibrarY . Ru — Бесплатная интернет библиотека для Вас. По всем вопросам обращаться сюда.