Техника твоими руками - Рабиза Флорентий Владимирович. Страница 13

Изучение напряжений

Для того чтобы узнать, как распределяются напряжения на отдельных участках детали, к которой приложена нагрузка, существует очень наглядный способ. Изучаемую деталь (например, крюк) изготовляют из прозрачной пластмассы и, нагрузив ее, рассматривают через специальный прибор, в котором освещение производится не обычным светом, а поляризованным. Что это за свет, будет рассказано дальше.

Глядя в прибор, вы ясно видите прозрачный крюк и в нем цветные полосы. Они располагаются в толще пластмассы соответственно тому, как распределено в частицах крюка напряжение от груза. Линии напряжения можно сфотографировать и затем изучать. Ясно видно, какая часть крюка подвержена большей опасности сломаться.

Модель подобного прибора мы с вами сейчас изготовим, только свет у нас будет не настолько сильный, чтобы увидеть все, что можно увидеть с помощью настоящего прибора.

Свет представляет собой электромагнитные волны. Волны эти поперечные и распространяются подобно волнам, идущим по воде, причем колебания волн происходят не в одной плоскости, а в разных направлениях.

Если луч света отразится от какой-либо поверхности, он приобретает особое свойство — становится поляризованным. Волны, которые образуют поляризованный луч, расположены только в одной плоскости, подобно тому как располагаются волны у веревки, если привязать один ее конец, а другой двигать вверх и вниз. По веревке бежит волна, расположенная в одной плоскости. Через вертикальную щель такие веревочные волны пройдут легко, а вот если щель повернуть на 90°, то волны погасятся и через щель не пройдут.

Похожее явление происходит и со светом. Если поляризованный луч света заставить отразиться второй раз, но уже от другой поверхности, расположенной перпендикулярно первой, то луч света исчезнет совсем. Будет темно.

Вот такой поляризованный свет мы сейчас и получим. Прибор для его наблюдения можно сделать за 10 минут. Для этого надо иметь две банки из-под кофе (они картонные, и в них удобно вырезать отверстия) и два кусочка стекла размером 6X9 сантиметров.

В банках вырежьте прямоугольные отверстия и вставьте в них наклонно стёкла, предварительно закоптив их на свече.

Поставьте банки одна на другую отверстиями друг к другу. Перед нижней банкой укрепите лист бумаги и осветите его электролампочкой. Свет, пройдя через прямоугольное отверстие нижней банки, отражается от черного зеркала, идет вверх, отражается от второго, верхнего черного зеркала и попадает в наши глаза. Мы видим светлый прямоугольник нижней банки. Теперь, внимательно следя за его изображением, начинайте поворачивать верхнюю банку. Освещенный прямоугольник постепенно будет темнеть, пока совсем не исчезнет.

А теперь положите между круглыми отверстиями банок два прозрачных стекла, зажав между ними смятый кусочек белого целлофана. Глядя в прибор, вы увидите, что целлофан цветной. Там, где целлофан сложен вдвое, будет один цвет, где он сложен втрое, вчетверо и т. д., будут другие цвета.

Поляризованный свет, проходя через неоднородной толщины слои, по-разному преломляется и приобретает окраску, которая может еще меняться при повороте верхней банки по отношению к нижней.

Поляризованный свет широко применяется не только для исследовательских работ. Если в фары автомобилей вставить стекла, пропускающие только поляризованный свет, который будет гаситься специально изготовленным стеклом для кабины водителя, то при встрече машин ночью шоферы не будут ослепляться светом.

Изучение обтекания

Вы, конечно, слышали об аэродинамической трубе. В большой трубе, через которую с огромной скоростью прогоняют воздух, устанавливают модель самолета или его деталь — например, крыло. По их поведению в воздушном потоке судят об аэродинамических качествах будущего самолета.

Иногда бывает так. Конструктор рассчитал самолет, а когда сделал по своим расчетам модель и стал испытывать ее в трубе, оказалось, что модель ведет себя не так, как он предполагал. И тогда производятся новые расчеты, новые поиски правильного решения.

Мы будем оперировать не с воздухом, а с водяными видимыми струями.

Возьмите гладкую доску, поместите в тазу с небольшим наклоном. Вода должна вытекать из распылителя лейки. Для того чтобы получились равномерные струи, надо вбить в доску на расстоянии 1 миллиметра друг от друга ряд гвоздей. Вода, проходя через такой «частокол», разбивается на струи. С этим прибором можно проделать много интересных опытов.

Вы можете сделать из дерева несколько предметов, например: клиновидный брусок, цилиндр, прямоугольник, треугольник, модель крыла самолета, различные обтекаемые и необтекаемые предметы — и увидеть, как струи обходят препятствие на своем пути, как они сжимаются и расширяются.

Меняя наклон доски и напор воды, изменяя скорость потока, можно получить очень наглядное представление о том, какая форма более обтекаемая, а следовательно, меньше тормозится воздухом или водой.

Изучение вихрей

При конструировании самолетов и судов очень важно изучить не только обтекание, но и вихревые явления, которые сопутствуют движению самолета в воздухе, а судна — по воде.

Некоторые вихревые явления используются и в промышленности. Так, например, гигантские водяные воронки, созданные искусственно, могут служить для переправки лесосплавного материала под плотинами гидроэлектростанций.

Излишки воды, скопившейся в водохранилище перед плотиной, обычно спускают через специальные окна в плотине. Но бревна в этих окнах могут застрять. Чтобы этого не случилось, делают специальное отверстие внизу плотины и ставят перегородки, создающие водоворот. Бревна, скопившись около водоворота, по одному ныряют в воронку и выходят по другую сторону плотины.

Вихревые явления часто встречаются в природе. Они бывают очень разнообразны. Это и смерчи — мощные вращающиеся потоки воздуха, увлекающие с собой воду или песок и производящие опустошения на своем пути. Это и водовороты, опасные для жизни неосторожных купальщиков.

Несколько опытов по созданию искусственного вихревого движения можно проделать без сложного оборудования.

Возьмите небольшую деревянную коробку и вырежьте в ее дне ровное круглое отверстие. А ту сторону коробки, где должна быть крышка, заклейте плотной рисовальной бумагой, предварительно намочив ее. Когда бумага высохнет, она будет натянута, как кожа на барабане.

Поставьте коробку на боковую грань и наполните ее дымом. Для этого положите в середину коробки консервную банку с тлеющей ватой.

Щелкая пальцем по натянутой бумаге, вы создадите серию красивых дымовых колец, вылетающих одно за другим. Механизм возникновения колец очень прост. При каждом щелчке пальцем внутри коробки создается повышенное давление. Дым резко вырывается из отверстия. У краев отверстия вследствие торможения потока дыма образуется кольцевое разреженное пространство. Туда устремляются оторвавшиеся от основного потока частицы дыма, образуя вихревое кольцо. Энергия вихревого кольца настолько велика, что кольцо гасит спичку, расположенную на значительном расстоянии от места его возникновения.

Создать искусственный смерч трудно, зато легко получить как бы его негативную модель. Этой моделью будет служить водяная воронка.

Здесь все наоборот: среда, образующая смерч, и сам вихревой столб как бы поменялись веществами, из которых они состоят.

И образуется воронка не снизу вверх, как у природного смерча, а, наоборот, сверху вниз, увлекая с собой в пучину плавающие на поверхности воды предметы.