Техника твоими руками

ЕЩЕ ОДНА ВРЕДНАЯ И ПОЛЕЗНАЯ СИЛА

При рассматривании трения и колебательных движений мы видели, что одно и то же явление может и причинять огромный вред и приносить большую пользу. Вот почему необходимо хорошо изучить эти явления и уметь правильно их использовать.

Сейчас мы поговорим еще об одной силе, и вредной и полезной, — о так называемой центробежной силе. Если привязать к веревке какой-нибудь небольшой груз, например гайку, и начать ее вращать, то гайка натянет веревку и будет описывать правильную окружность. Чем быстрее вращается гайка, тем сильнее будет натягиваться веревка. Гайка как бы стремится улететь по прямой линии, перпендикулярной к веревке, но веревка ее не пускает и заставляет все время описывать окружность. Сила, которая натягивает веревку, называется центробежной.

Опыт можно разнообразить. Налейте в маленькое ведерко воду до краев и, сначала осторожно раскачав его взад и вперед, начинайте быстро вращать вокруг своего плеча. Вода, прижатая центробежной силой ко дну ведерка, не будет выливаться даже тогда, когда ведерко находится кверху дном.

Нельзя пренебрегать центробежной силой при конструировании машин.

Сколько бывало случаев, когда огромные маховики при быстром вращении разрывались на части. Куски металла разлетались под влиянием центробежной силы в разные стороны, разрушая все на своем пути. А происходило это только потому, что инженеры или были неопытны, или забывали о прочности. При расчетах не учитывали возникновения центробежной силы, которая, как известно, зависит от скорости вращения. Чем больше скорость вращения, тем больше и сила, которая стремится в данном случае разорвать маховик.

Прежде чем перейти к опытам с центробежной силой, сделайте несложный прибор. Возьмите тяжелый диск с отверстием посередине (можно его сделать из конфорки от плиты, зажатой между фанерными кружками), проденьте в отверстие сложенную вдвое веревку, завязав ее узлом, чтобы диск висел, опираясь на этот узел. Верхние концы веревки привяжите к какой-нибудь перекладине. Затем вставьте вверху между веревками круглую палочку и вращайте диск в одну сторону — веревки скрутятся. Если теперь вы отпустите диск и будете с силой нажимать на вставленную между веревками палочку, то диск придет в быстрое вращение.

Проделайте следующие опыты, основанные на действии центробежной силы.

Подвесьте под диском на небольшой веревке не очень тяжелое кольцо. При быстром вращении диска кольцо, также вращаясь, займет горизонтальное положение и ось вращения будет проходить через его центр. Кольцо как бы само выбрало себе незримую свободную ось и «удобно» расположилось вокруг нее. Для успешного проведения этого опыта надо подыскать подходящее по размеру и массе кольцо и подобрать подходящую скорость его вращения.

Затем вместо кольца подвесьте к диску какой-нибудь продолговатый предмет, например отвертку. Отвертка, вращаясь, расположится горизонтально.

Укрепите на диске бумажный круг и, приведя диск в не очень быстрое вращение, капните около его центра каплю чернил.

Капля нарисует на поверхности диска кривую полоску — результат сложного движения капли по кругу вместе с диском и движения от центра к краю вследствие действия центробежной силы.

Центробежная сила широко применяется в промышленности. Например, ее используют при литье труб. Если длинную цилиндрическую форму быстро вращать вокруг ее продольной оси и одновременно лить в нее расплавленный металл, то он под действием центробежной силы равномерно распределится по стенке формы. Металл застынет, и труба готова.

Издавна для регулирования скорости паровых машин пользовались центробежными регуляторами.

Центробежная сила применяется в различных центрифугах — аппаратах с быстро вращающимся цилиндром— для отделения тяжелых частиц жидкости от легких. Например, молочный сепаратор отделяет сливки от молока. Центрифуги высушивают белье. Вода, как более тяжелая по удельному весу, чем ткань белья, при быстром вращении центрифуги отжимается к стенкам и через отверстия в них выходит наружу. Центрифуги применяются для очистки сахара при его производстве. Всех применений центробежной силы и не перечтешь.

В заключение проделайте опыт, иллюстрирующий принцип работы молочного сепаратора. Возьмите бутылку из бесцветного стекла и налейте в нее до половины воды. Привяжите к горлышку две веревки, расположив их по обе его стороны.

Закрутите веревки, вращая бутылку вокруг ее вертикальной оси. Всыпьте в горлышко щепотку измельченной пробки.

Когда бутылка начнет вращаться на раскручивающихся веревках (а для быстроты вращения можно давить палочкой сверху на место скрутки), мы увидим следующую картину: кусочки пробки собрались в центре поверхности воды. Вода, как более тяжелая, чем пробка, отжимается центробежной силой к стенкам бутылки, а пробка остается посередине.