Начнем с самого простого. Плотно заткните натуральной пробкой горлышко пластиковой бутылки, предварительно просверлив в ней отверстие и туго вставив металлическую трубочку диаметром 6 — 10 мм. Наденьте на трубочку и примотайте проволокой шланг автомобильного насоса. После нескольких качков насоса пробка с громким хлопком вылетит из бутылки. Если вы будете достаточно внимательны, то заметите в этом нехитром опыте много примечательного.
Начнем с того, что в момент хлопка из горлышка бутыли вырывается туманная струйка воздуха. Сама же бутылка охладится и на ее стенках появятся капельки воды. Это газ совершил механическую работу, кинетическая энергия движения его молекул от этого уменьшилась, температура упала и содержащаяся в воздухе влага начала конденсироваться. В струе же, вылетавшей из пробки, образовался туман. А в переохлажденном воздухе бутылки выпала роса. Газ за счет адиабатного расширения — его нам и продемонстрировал эксперимент — может охлаждаться гораздо сильнее.
Так, в 1877 г. французский физик Кольете в замкнутом сосуде после предварительного сжатия до 300 атм расширял кислород.
Хотя газ был предварительно очищен от влаги, в сосуде появился туман, а на стенках его — капельки жидкого кислорода!
На этом принципе, кстати, действовали первые ракетные ранцы. На спине человека закрепляли легкие баллоны, накачанные до давления 300–400 атм. При открывании клапана воздух поступал в специальные сопла, и человек поднимался в воздух.
Длительность полета составляла несколько секунд, но этого было достаточно, чтобы взлететь, к примеру, на крышу двухэтажного дома.
Избыток давления выталкивает пробку из бутылки, а находящийся в ней воздух расширяется и охлаждается.
В аппарате Кольете предварительно сильно сжатый кислород быстро расширяется и охлаждается настолько, что превращается в жидкость.
Вы знаете, наверное: если мячик уронить, например, с высоты один метр, то он подпрыгнет на меньшую высоту. Иначе и быть не может. Часть энергии падающего мяча выделяется в виде тепла, а оставшейся не может хватить даже на то, чтобы мячик вновь подпрыгнул на прежнюю высоту. Ничего не поделаешь: закон сохранения энергии! А вот вам опыт, где, на первый взгляд, этот закон словно не действует. Наполните литровую бутыль водой по самое горлышко и аккуратно уроните ее с высоты всего 1 см. Будьте осторожны! Тонкая струйка воды из горлышка взлетит до потолка!
Казалось бы, на этом принципе можно сделать вечный двигатель. Но приглядитесь: в момент удара бутылки о стол из горлышка медленно выплескивается вода. В этом вся «соль».
При ударе в бутылке резко возрастает давление и стенки ее растягиваются. В следующий миг они начинают сжиматься, посылая потоки воды в сторону оси бутылки. Далее эти потоки встречаются, и в них начинается перераспределение энергии. Скорость потоков, расположенных на оси, резко возрастает, и они, сливаясь в струю, летят под потолок. А окружающие слои, отдав ей свою энергию, с трудом переливаются через край горлышка бутылки.
Бутылка, сорвавшись с пробки, превратилась в ракету.
Нечто подобное происходит при взрыве бронебойного кумулятивного заряда. Он представляет собой кусок взрывчатки с углублением посередине. При взрыве заряда часть газов встречается на оси углубления и с большой скоростью выдавливаются наружу, отдавая ей часть своей энергии. Получается концентрированная скоростная струя, которая пробивает значительно более толстую броню, чем это могла сделать взрывчатка без углубления.
Если пластиковую бутылку с водой уронить с высоты всего лишь один сантиметр, струя воды может достать до потолка!
А. ИЛЬИН
Рисунки автора