Задачи - опыты по физике (стр. 4 )

Что нужно сделать для того, чтобы, не дотрагиваясь до скорлупы, заставить ее опуститься на дно банки?

Дополнения. 1. Что нужно сделать для обратного опыта: заставить скорлупу, лежащую при нормальных условиях на дне банки, подняться вверх?

2. Что произойдет со скорлупой, плавающей на поверхности воды, если на ее верхушку капать очень холодной водой? А если горячей?

Решение и пояснения

4. (6-й кл.) Рот должен быть плотно охвачен отверстием банки, а щеки и подбородок прижаты к краям. В таком положении вдувается воздух.

Дополнения (даются вместе с задачей). 1. Втянуть в себя часть воздуха из банки.

2. От холодной воды скорлупа может опуститься, но тотчас всплывет. От горячей воды скорлупа еще больше поднимется.

Удаление белка и желтка из скорлупы яйца можно осуществить с помощью трех приемов.

1. В остром конце яйца иголкой протыкается в скорлупе отверстие и осторожно расширяется приблизительно до таких размеров, чтобы в него входила спичка. Затем в это отверстие вводится спица или жесткая проволока, с помощью которой перемешивается содержимое яйца. Затем яйцо устанавливается на тарелке воздушного насоса над чашечкой, отверстием вниз и накрывается колпаком. При выкачивании воздуха из-под колпака содержимое яйца вытекает в чашечку. Внутренность яйца тщательно промывают водой. Для этого удобнее всего использовать стеклянную трубку с оттянутым кончиком, соединенную с помощью резиновой трубки с небольшой воронкой (можно воспользоваться сифоном и банкой с водой). Оттянутый кончик вводится в отверстие скорлупы, а в воронку наливается небольшое количество воды, достаточное для заполнения четверти объема скорлупы. Стеклянная трубка вынимается из скорлупы, а вода в ней взбалтывается встряхиванием руки. Затем скорлупа поворачивается отверстием вниз и освобождается от жидкости встряхиванием. Промывают скорлупу до тех пор, пока вытекающая из нее вода не будет совершенно прозрачной. После этого скорлупа наполняется до половины чистой водой и опускается отверстием вниз в воду, налитую в банку. Если скорлупа плавает, то необходимо в нее добавить еще воды, чтобы она затонула. После этого скорлупу вынимают из воды (отверстие внизу!) и удаляют из нее одну-две капли воды легким встряхиванием или подведя к отверстию в скорлупе кусочек промокательной или фильтровальной бумаги. Если после этого скорлупа снова затонет, еще раз удаляют из нее одну-две капли воды и так продолжают до тех пор, пока скорлупа не останется на поверхности воды. Этим приемом добиваются наименьшей плавучести скорлупы, что важно для успеха опыта, т. е. для решения задачи.

2. Второй прием удаления содержимого яйца отличается от первого тем, что для него не нужен воздушный насос. Оттянутый кончик стеклянной трубки делают длиной примерно в 5 см. В левой руке держат яйцо отверстием вниз над какой-нибудь чашкой. Содержимое яйца уже перемешано. Правой рукой вводят в отверстие скорлупы оттянутый кончик трубки почти до верхнего конца яйца. С помощью резиновой трубки, соединенной со стеклянной, вдувают в яйцо воздух, вследствие чего его содержимое вытекает из скорлупы. Вдувать воздух можно ртом или резиновой грушей от пульверизатора и т. п.

Остальное проделывается так же, как указано в п. 1.

3. Третий прием отличается от второго тем, что для него не нужна стеклянная трубка. В скорлупе с тупого конца яйца делается иголкой второе отверстие. После перемешивания спицей содержимого яйца его удаляют из скорлупы, вдувая ртом в верхнее отверстие яйца воздух или просто сильно встряхивая яйцо. Промывается яйцо всасыванием воды в скорлупу через верхнее отверстие. (Можно просто погрузить скорлупу в воду.) Наполняется скорлупа таким же приемом. Затем нижнее отверстие закрывается пальцем и скорлупа вынимается из воды. Верхний конец досуха вытирается, в отверстие вкладывается кусочек парафинированной или вощеной ваты и затем заливается парафином или воском.

5. Удельный вес двух жидкостей.

Установка. Бутылка из-под молока (0,5 л), наполненная водой. Широкая стеклянная банка (1 л), в которую налит подкрашенный керосин. Объем керосина несколько меньше объема воды. Кусочек гладкой бумаги (см. в решении).

Условие задачи. В банке – подкрашенный керосин. В бутылке – вода. Как перелить керосин в бутылку, а воду в банку, пользуясь только выставленными предметами?

Дополнения. 1. Когда прекратится переливание керосина в бутылку, если ее горло опустить в керосин значительно ниже его поверхности?

2. Почему керосин переливается в бутылку не сплошной струей, а отдельными „шариками"?

Решение и пояснения

5. (Все классы.) Кусочком бумаги накрывают горлышко бутылки и, прижимая его ладонью руки, переворачивают бутылку. Руку отнимают, а горлышко бутылки вставляют в банку с керосином. Надавливая краем бумажки на стенку банки, сдвигают бумажку в сторону и освобождаются от нее.

Когда керосин заполнит бутылку, наклоняют ее возможно сильнее в сторону, не выводя ее горлышка из-под поверхности воды, перелившейся в банку. Затем быстрым движением руки переворачивают бутылку горлом вверх.

Дополнения. 1. Переливание прекратится, когда уровень воды в банке достигнет горлышка бутылки.

2. Вопрос из курса физики.

Первый вопрос дополнений дается вместе с задачей. Второй вопрос может и совсем не задаваться, так как он касается уже иной физической темы.

В банку можно налить и обыкновенный, не подкрашенный керосин, но желательно тогда, чтобы керосин был неочищенным и имел желтоватый или даже светло-коричневый цвет, чтобы поверхность раздела двух жидкостей была отчетливо видна. (Если керосин подкрасить эозином, он приобретет цвет красного вина.)

Вместо керосина можно употребить любую другую жидкость, которая не смешивалась бы с водой и имела бы плотность, значительно отличную от плотности воды.

6. Измерение удельного веса жидкости.

Установка. Легкая деревянная палочка (диаметр 5–6 мм, длина 30 см) укреплена на оси, проходящей через ее середину. Она применяется в качестве равноплечего рычага, к одному концу которого подвешен на проволочной петле кусочек алюминия, весом приблизительно 20 г. Петлю вместе с куском алюминия можно перемещать вдоль плеча рычага. На втором плече подвешен на тонкой нитке, привязанной к рычагу, второй кусок алюминия, уравновешивающий первый. Вес его примерно в два раза меньше первого. Стакан с насыщенным раствором NaCl и полоска миллиметровой бумаги или линейка с миллиметровыми делениями (рис. 2).

Условие задачи. Как с помощью выставленного рычага и полоски миллиметровой бумаги найти приблизительное значение удельного веса жидкости, налитой в стакан?

На рычаге подвешены грузики из алюминия, удельный вес которого равен 2,7 Г/см3.

Дополнения. 1. Упростятся ли измерения и вычисления, если будет дан вес большого грузика? Обоих грузиков?

2. Увеличится ли точность результата ваших вычислений при определении удельного веса жидкости, если в задаче будет указан вес большого грузика, измеренный с очень большой (недоступной для вас) точностью?

3. Когда получится бульшая точность результата измерения удельного веса жидкости: при погружении в нее большого или малого алюминиевого грузика?

Решение и пояснения

6. (8-й кл.) Производятся два измерения плеча рычага, на котором подвешивается в равновесии большой алюминиевый грузик. Первое измерение l1 производится, когда грузик в воздухе, а второе –l2, когда он опущен в жидкость.

Обозначая вес большого грузика в воздухе через Р, в жидкости – через Р', вес малого через р и длину плеча, на котором он подвешен, через l, найдем:

и

Отсюда получим:

(1)

Удельный вес жидкости находим из равенства:

dж = , (2)

где V – объем большого грузика, равный V = , где d – удельный вес алюминия.

Подставляя найденное значение V в (2), получим:

dж = (3)

Вес вытесненной жидкости Рж равен разности весов:

Рж = Р – Р'.

Тогда из (3) получим:

dж = d. (4)

Сопоставив (4) с (1), найдем:

dж = d. (5)

Дополнения. 1. Измерения остаются те же, что и в задаче. Вычисления значительно усложнятся, если только вес большого грузика будет использован учащимися для измерений, а это наверное случится именно так. В самом деле, их рассуждения будут примерно такими. Дан вес грузика в воздухе Р и из справочника найден удельный вес алюминия d. Следовательно, найдем его объем, равный объему вытесненной им жидкости:

V = (деление двух чисел).

Удельный вес жидкости равен dж = ,, причем вес вытесненной жидкости Рж равен разности веса грузика Р в воздухе и его веса в жидкости Р', т. е. Рж = Р – Р'. Вес Р' неизвестен, но его можно найти из закона рычага [см. (1) в задаче]: