Author: Горячкин Е.Н.  

Tags: физика  

Year: 1948

Text
                    к»;ю1Ц||1Г111.!1ВШ1|!|Ш11Ш1:в11111||11Ы11> iiiiiiiiiMiiiiiimiiuii <	.
э
МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ

В СЕМИЛЕТИЕ» ШКОЛЕ
2
том II
МЕТОДИКА и ТЕХНИКА ФИЗИЧЕСКОГО
f
ЭКСПЕРИМЕНТА
2
I
i
iiniiiiimiiiHimnini HiiiimHiiiwiiiMiitiiiaiiHimiiiniiuiiiHiiWiT
Г1
ЕЛЕ
Scan AAW
АКАДЕМИЯ ПЕДАГОГИЧЕСКИХ НАУК РСФСР ИНСТИТУТ МЕТОДОВ ОБУЧЕНИЯ
Е. Н. ГОРЯЧКИН
МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ ФИЗИКИ
В СЕМПЛЕТНЕИ ШКОЛЕ
ТОМ II
МЕТОДИКА И ТЕХНИКА ФИЗИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
Пособие для учителей и руководство к практикуму для учительских институтов
ГОСУДАРСТВЕННОЕ
УЧЕБНО-ПЕДАГОГИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО МИНИСТЕРСТВА ПРОСВЕЩЕНИЯ РСФСР
МОСКВА *1948
Scan AAW
Тридцатилетию советской школы серию руководств по методике физики посвящает автор.
Москва, 1947.
ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРА.
Настоящее пособие в его целом является серией руководств по методике физики для семилетней общеобразовательной школы, составленных автором к тридцатилетию советской школы на основе его двадцатипятилетнего опыта работы с преподавателями физики и студентами педвузов. Назначением серии является ознакомление преподавателей и будущих педагогов (студентов педагогических и учительских институтов) со всеми многообразными видами знаний и навыков, которые необходимы для успешного преподавания физики в советской школе.
В состав этой серии входят:
Том 1. Основные вопросы методики физики. Методы преподавания физики. Методические указания по темам программы по физике в семилетней школе.
Том II. Оборудование физического кабинета. Методика и техника физического эксперимента (демонстрации и лабораторные работы).
Том III. (Совместно с С. Н. Жарковым.) Лабораторная техника. .Ремесленные навыки преподавателя. Упрощенные приборы и приёмы их изготовления.
Том IV. Методика педагогического рисования на уроках физики. Техника выполнения рисунков. Обзор рисунков по темам программы семи летней школы.
Том II содержит в себе три основные части. Часть первая посвящена вопросу оборудования школьного физического кабинета. В главе первой этой части рассмотрены также некоторые специальные вопросы методики и техники эксперимента, написанные в дополнение к изложенному в т. I, §§ 7, 14 и 15, и необходимые для правильного пользования настоящим пособием. Часть вторая рассматривает вопросы методики и техники демонстрационного эксперимента в средней школе; часть третья посвящена лабораторным работам.
Поскольку т. II предназначен не только для преподавателей семилетней школы, но и для преподавателей методики физики
4
учительских институтов, то приводим некоторые указания о проведении практикума по методике и технике физического эксперимента.
1)	Степень оборудования различных учительских институтов неодинакова, поэтому в настоящем руководстве приводится описание большего количества экспериментов, чем их может проделать студент во время прохождения практикума. Действительно, только при этом условии руководитель, применительно к имеющемуся на месте оборудованию, сможет сделать подбор опытов, который оказывается нужным и возможным для обязател ьного выполнения студентами.
2)	Обучение методике и технике эксперимента нельзя сводить к постановке только тех демонстрационных и лабораторных опытов, которые непосредственно нужны при преподавании в семилетней школе. Знания преподавателя и его навыки по эксперименту должны быть более глубокими и разнообразными. Подобно тому как нельзя преподавать физику, зная её только в объёме средней школы, точно так же совершенно невозможно выучиться проводить эксперимент, проделав только те из опытов, которые преподавателю придётся показывать на уроках. Особенно полными должны быть знания и навыки по основным физическим приборам: проекционные аппараты, воздушный насос, барометры, электрические и другие измерительные приборы, аккумуляторы и т. п. Поэтому на достаточно полное описание этих приборов обращено особое внимание.
3)	Отсутствие в библиотеках литературы по методике и технике эксперимента, вызванное условиями Отечественной войны, заставило автора отказаться в значительной мере от ссылок на литературные источники и описывать большинство приборов достаточно подробно, чтобы студенты и преподаватели могли пользоваться приборами без Дополнительного чтения каких-либо других пособий.
4)	Особое внимание обращено автором на формулировку и выделение в тексте правил обращения с различными измерительными и другими приборами для создания у преподавателя твёрдых и правильных знаний и навыков в этой области.
5)	В настоящее пособие включены некоторые сведения из электротехники по вопросам: гальванические и аккумуляторные выпрямители, электрические лампочки и др., так как описание их в достаточно сжатом виде трудно найти в литературе.
Двадцатипятилетний опыт автора по работе со студентами педвузов и с учителями по повышению их квалификации показывает, что молодые преподаватели физики, только что вышедшие из стен педагогического учебного заведения, оказываются далеко недостаточно подготовленными к своей практической деятель
5
ности в школе; в частности, они не владеют нужными знаниями в области методики и техники эксперимента,а также элементарными ремесленными навыками, совершенно необходимыми каждому преподавателю физики. Условия же послевоенного времени ставят молодых преподавателей в ещё более трудное, чем обычно, положение, заставляя в некоторых случаях быть организаторами физического кабинета заново и буквально на «чистом месте», и притом в данный момент при весьма ограниченных средствах и возможностях. Это же в первую очередь ставит перед руководителем преподавания физики в учительском институте ответственную задачу по выполнению программ и притом по их духу, а не букве.
Выявляя причины плохой подготовки студентов в практическом отношении, можно, конечно, ссылаться на недостаточное количество часов, отведённых учебными планами для этой цели. Но эта причина не является основной, так как при должном использовании даже этих часов качество подготовки студентов может быть значительно выше, чем оказывается на деле.
Первое, что особенно болезненно отражается на подготовке, — это отсутствие единой системы и единого плана по всем видам работы по методике физики, приводящее к излишнему теоретизированию курса и к обособленности его как от занятий в практикуме по эксперименту, так и от проведения педпрактики. К сожалению, недостаток места в настоящем издании не позволяет на страницах, специально отведённых для преподавателя методики, хотя бы коротко коснуться вопроса о постановке преподавания методики физики в учительских институтах, и автор надеется сделать это в отдельном издании.
Вторым существенным обстоятельством оказывается отсутствие специально оборудованной лаборатории по методике и технике эксперимента, где могли бы нормально протекать все виды занятий по методике физики. Между тем, совершенно точно так же, как занятия в средней школе по физике невозможны без наличия физического кабинета, так и проведение курса методики физики и педпрактики, а тем более практикума по методике и технике эксперимента совершенно немыслимы без соответствующей лаборатории. Оборудование же подобной лаборатории — труд длительный и не малый, в чём легко убедится руководитель, когда станет осуществлять постановку работ хотя бы применительно к настоящему руководству.
• Третьей причиной, самым отрицательным образом сказывающейся на качестве практической подготовки студентов, в некоторых случаях является неправильная постановка самого практикума по методике и технике эксперимента. Нужно раз и навсегда выяснить себе, что цели занятий в этом
6
практикуме специфичны и поэтому совершенно отличны от работ в практикуме по общей физике. Если целые занятий в последнем является воспроизведение тех или иных физических явлений с .целью их наблюдения студентом или овладения им методами измерения физических величин, то в практикуме по методике и технике эксперимента задача является совершенно иной. Вовсе не для того организуется методический практикум, чтобы студент лично для .себя повторил наблюдения физических явлений (он уже не раз их видел, а то и воспроизводил при своём обучении в средней школе, на лекциях экспериментальной физики, в практикуме по физике). Целью занятий является обучение такому воспроизведению физических явлений, которое соответствовало бы методическим требованиям средней школы и обеспечивало бы построение всего педагогического процесса урока по физике на эксперименте как основной базе.
Таким образом, если студент в практикуме по физике проводит опыты исключительно лично для себя, то при занятиях методикой он изучает способы и методы, как то или иное физическое явление должно быть воспроизведено им для других, именно для учащихся средней школы, и притом в полном подчинении общим и частным целевым установкам преподавания физики в средней школе.
В настоящем руководстве автор делает попытку вывести постановку работ в практикуме на тот путь, который он считает наиболее правильным на основе своего долголетнего опыта. Руководству придан с заранее обдуманной целью характер учебника, в частности делающей его ничем иным, как специальной частью курса методики физики, трактующей об экспериментальном оснащении уроков по физике в средней школе. С этой целые, кроме описаний работ, значительное внимание уделено обзорам эксперимента по всем темам существующей программы школы для того, чтобы студенты получили сравнительно полное представление о всей той экспериментальной части, которая должна быть ими развёрнута в школе. Автор поставил себе ещё целью, чтобы в процессе работы по настоящему руководству у студента развивалось критическое отношение к вопросам методики эксперимента на основе сопоставления различных вариантов эксперимента. Достаточно серьёзное внимание уделено также автором вопросу об организации лабораторных занятий учащихся; описанию их отведена часть III настоящего пособия.
Особенностью второго тома, который во многих случаях будет служить справочником для студентов и для преподавателей физики, является обилие ссылок как в пределах одного тома, так и всех других томов этого же труда. Чтобы читатель мог без затруднений пользоваться принятой системой справок, необходимо учесть всю структуру книги.
7
Каждый том, кроме «частей», разбит на «главы», которые подразделяются на «параграфы». Каждый параграф делится на «разделы», нумерация и заголовки которых набраны жирным шрифтом.
Раздел состоит обычно из нескольких пунктов; их подзаголовки набраны разрядкой и нумерация снабжена скобками, стоящими после числа.
Каждый том имеет свою сквозную нумерацию параграфов, поэтому в ссылках указываются: номер тома (римской цифрой), номер параграфа (жирным шрифтом) и номер раздела, например, т. 15 § 5, 2, пункты в ссылках обычно не упоминаются.
Если ссылка даётся в пределах одного и того же (второго) тома, то номер тома не указывается. При ссылках в пределах одного параграфа пропускается и номер параграфа: «раздел 3» или «в разделе 5». При ссылках на дальнейший третий том указывается иногда лишь номер тома.
При ссылках на литературу применяются сокращённые условные обозначения, именно:
Ф. Э. — Галанин, Горячкин, Жарков, Пав-ша, Сахаров, Физический эксперимент в школе, т. I—VI.
X. Э. — Верховский, Техника и методика химического эксперимента в школе, т. I—II.
Ст. уч. — Фалеев и Пёрышкин, Физика. Учебник для 6—7 классов, ч. 1 и 2, изд. 9-е, 1940.
Лаб. зан. — Знаменский, Лабораторные занятия по физике в средней школе, ч. I—III, изд. 3-е, 1934.
Горячкин, «Проводка» — Как самому рассчитать и сделать электрическую проводку, изд. 3-е, 1935.
Сахаров, физика. Учебник для школ взрослых, изд. 8-е, 1940.
Ц и н г е р, Начальная физика, изд. 12-е, 1928.
Буквенные обозначения, принятые в книге:
1 — длина d — диаметр D — плотность; уд. гее I — сила тока U — напряжение, ЭДС 7? — сопротивление А — ампер V -- вольт W — ватт	kW — киловатт Q — ом г — единица массы, результата взвешивания на рычажных весах Г — единица силы и веса, результата взвешивания на пружинных весах	'
Редактирование настоящей	работы произведено С. Н. Жар-
ковым, сделавшим автору ряд ценных указаний по выправлению отдельных недочётов и неясностей, и, наконец, принявшим уча-
8
стие в .составлении разделов об ошибках при физических измерениях учащихся и библиографии.
При составлении настоящего тома автором было обращено оссбое внимание на иллюстрационный материал с тем, чтобы он соответствовал аппаратуре, выпускаемой или выпускавшейся ранее нашей отечественной промышленностью. Поэтому рисунки в настоящем томе являются в подавляющем большинстве случаев оригинальными. Выполнялись они с натуры художниками М. В. Шамариным, С. В. Филипповичем и А. И. Сайчуком. Значительную помощь при фотографировании приборов и установок оказал А. Е. Ключарев.
Просьба к преподавателям физики средней школы и преподавателям методики физики о всех замеченных недостатках сообщать по адресу: Москва, Лсбковский пер., д. 5, Институт методов обучения Академии педагогических наук, Е. Н. Горячкину.
Москва. 1947 г.	Е. Н. Горячкин
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ.
ФИЗИЧЕСКИЙ КАБИНЕТ СЕМИЛЕТНЕЙ ШКОЛЫ.
Глава первая.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ МЕТОДИКИ И ТЕХНИКИ ФИЗИЧЕСКОГО ДЕМОНСТРАЦИОННОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
В СЕМИЛЕТНЕЙ ШКОЛЕ.
§ 1. Классификация школьного физического эксперимента.
Условимся понимать под термином «школьный физический эксперимент» всю ту сумму работ экспериментального характера по физике, которые приходится проделывать преподавателю и учащимся как при прохождении обязательного курса, так и при занятиях внеклассного типа. Школьный физический эксперимент может быть разделён на три основных и различных между собой вида:
1.	Демонстрационные эксперименты, или демонстрационные опыты.
2.	Лабораторные опыты, или занятия.
3.	Внеклассные занятия по подготовке учащимися демонстрационного эксперимента для проведения его учителем в классе, по подготовке и проведению опытов в кружках, по изготовлению приборов и техническому моделированию.
Все эти виды занятий служат единой цели изучения законов физики и их приложений в быту и в’технике, а также проявлений этих законов в природе. В результате такого изучения, помимо общеобразовательного значения, в известной мере достигается развитие мышления учащихся, и, кроме того, они получают ряд важнейших навыков политехнического характера (т. 1, § 5 и § 109 4).
Указанные виды школьного эксперимента весьма резко различаются между собой по своему характеру и преследуют помимо общей ещё свои специальные цели.
Демонстрационный эксперимент имеет своей непосредственной целью воспроизведение того или иного физического явления, а также ознакомление учащихся со спосо-
10
§ I
бами его получения. Роль и значение демонстрационного эксперимента были выяснены в т. I (§ 7, 1—2; § 12, 4—8 и § 15) и показаны для конкретных случаев в методических указаниях к программе. Характерно, что при демонстрациях, проводимых на уроках преподавателем, учащиеся являются только наблюдателями, и, следовательно, они остаются пассивными, в том смысле, что они не принимают участия ни в подготовке опыта, ни тем более в его проведении. Восприятие учащимися явления при демонстрациях происходит главным образом при посредстве только одного из чувств, именно — зрения и много реже слуха (акустика); все же остальные чувства (мышечное ощущение, осязание, ощущение теплоты) не участвуют в этом восприятии, хотя в некоторых случаях именно эти-то ощущения и имеют решающее значение при формировании понятий. Естественно, что учащиеся при наблюдении демонстраций никаких навыков не получают. Таким образом, демонстрационный эксперимент, являясь одним из действенных средств обучения физике, не может один решить всех задач, стоящих перед её преподаванием.
При лабораторных занятиях учащиеся являются непосредственными, или активными, участниками во всём процессе эксперимента от начала до конца, т. е. своими собственными руками в известной мере подготавливают опыт или измерение и самостоятельно воспроизводят их. Восприятия при лабораторных работах являются основанными на большем и более разностороннем числе «чувственных» впечатлений и оказываются более глубокими и полными по сравнению с восприятиями при наблюдении демонстрационного эксперимента. Поэтому, как это безусловно доказано школьной практикой, при формировании некоторых, в особенности сложных, понятий лабораторные работы играют решающую роль (т. 1, § 8, 2 и § 26, 1 и 2). Кроме того, в результате лабораторных работ учащиеся получают развитие не только своего «ума», но и своих «рук», приобретая навыки по применению приборов для воспроизведения физических явлений и для измерения физических величин. Однако по ряду причин, в том числе в целях экономии времени, при лабораторных занятиях учащиеся используют заранее подготовленную преподавателем аппаратуру и проводят работы по определённому заданному плану. Таким образом, при лабораторных занятиях обычного типа возможности для проявления, а тем более развития инициативы и конструктивных способностей учащихся крайне о г-раничены. В отличие от лабораторных занятий классного типа работы по эксперименту в кружках, будь то конструирование и изготовление приборов, подготовка опытов для демонстраций в классе или техническое моделирование, не только вооружают учащихся соответствующими знаниями и техническими навыками, но, главное, удовлетворяют особой цели, именно—широкому выявлению и развитию инициативы и конструктивных спо
$ 2
11
собностей. Все эти три вида занятий требуют различной методики и техники для своего проведения.
В настоящем томе рассматриваются вопросы, главным образом относящиеся к демонстрационным экспериментам и лабораторным занятиям. Вспросы о методике и тематике кружковой работы в основном изложены в т. 1 (§ 48—50), а также рассмотрены в т. [II, §§ 2—3.
§ 2. Взаимоотношения методики и техники физического эксперимента.
Для проведения опыта преподаватель подбирает необходимые приборы, иногда составляя из них более или менее сложные установки, и затем проделывает с ними ряд определённых манипуляций для воспроизведения тех или иных физических явлений. В некоторых случаях преподавателю приходится изготовить своими силами нужный прибор по какому-либо образцу или по описанию, а то и придумывать самостоятельно конструкцию прибора. Всё это требует от преподавателя некоторой суммы знаний: устройства приборов, правил обращения с ними и т. п., а также определённых навыков, и составляет техническую сторону эксперимента.
Таким образом, к технике физического эксперимента должны быть отнесены вопросы о соответствующем подборе или изготовлении аппаратуры и о применении таких способов и приёмов использования её, чтобы: 1) оказался исключённым какой-либо риск нанесения вреда приборам и 2) физическое явление было воспроизведено наилучшим образом как с качественной, так и количественной стороны.
Однако при постановке и проведении экспериментов в школе нельзя ограничиваться только одной задачей о воспроизведении явления как такового. Надо уяснить себе раз и навсегда, что несмотря на исключительно важное значение эксперимента в курсе физики семилетней школы, он никогда не может явиться самоцелью, а должен служить лишь средством для обеспечения педагогического процесса, т. е. для решения задач, стоящих перед преподаванием физики. Поэтому во время предварительной подготовки к уроку преподаватель определяет, что именно должно быть показано и для какой цели предназначена данная демонстрация или лабораторная работа. Такая целевая установка позволит выяснить, каким образом, а следовательно, и с какими средствами явление необходимо продемонстрировать; иными словами, позволит уточнить не только содержание, но определить форму эксперимента, а также технику проведения его.
Воспроизведение того или иного физического явления может отличаться значительной степенью глубины и полноты, а также
12
§ 2
выделением всех сторон действительного физического процесса, или же явление показывается в схематизированном и упрощенном виде. Так, например, демонстрация на закон Ома может быть сведена к рассмотрению явления для участка, а не для всей цепи; демонстрация принципа действия аккумулятора — к образованию перекиси свинца на анодной пластинке без рассмотрения изменений в свинце на катоде; демонстрация отражения и преломления параллельных лучей —к пересечению их в главном фокусе; демонстрация весового давления на дно—для сосуда с вертикальными стенками и т. п.
Степень схематизации и упрощения физического явления при его воспроизведении всецело определяется требованиями педагогического процесса, для которого этот эксперимент является базой для построения известных заключений. Эти же требования формулируются исключительно методикой преподавания физики—• отсюда полное подчинение картины воспроизводимого явления методическим целям.
Наконец, в процессе обучения физике ни в коем случае нельзя ограничиваться одним воспроизведением явления без изучения тех средств и способов, какими оно получено. Это второе требование методики имеет определяющее значение для техники постановки и проведения опытов.
Эти два основных требования методики иногда позволяют легко подобрать необходимый комплект аппаратуры и определить технику воспроизведения явления; в отдельных же случаях они, вступая между собой в некоторое противоречие, приводят к необходимости разрешить далеко не простые задачи технического и методического характера. Действительно, в ряде случаев упрощение аппаратуры, предпринимаемое в целях достижения доступности для понимания принципа её действия и устройства, неблагоприятно отражается на качестве воспроизводимого явления. Поэтому задачей методики и техники школьного физического эксперимента является создание или подбор такой аппаратуры и применения таких технических приёмов, чтобы с возможно более простыми средствами достигнуть такого воспроизведения явления, на основе наблюдения которого могли быть построены соответствующие выводы. Таким образом, методикой определяется техническая сторона эксперимента, понимая под этим и устройство применяемых приборов.
Будущему преподавателю далеко недостаточно овладеть только одной техникой школьных опытов (что сделать сравнительно просто), т. е. приобрести уменье в обращении с физическими приборами с целью демонстрации опытов, но необходимо научиться точно формулировать методические цели, которые преследуются при данном эксперименте с тем, чтобы всецело подчинить им техническую сторону, иногда вплоть до устройства приборов.
£ 3
13
Нужно также иметь в виду, что только при критическом отношении ко всей, даже общепринятой, аппаратуре и к приёмам использования её молодой преподаватель сможет стать не только образцовым педагогом, но и подняться выше того уровня, до которого достигла методика сегодняшнего дня. Преподаватель же рутинёр при проведении курса физики слепо идёт проторённой другими дорогой, предрешённой официальным учебником, и не рискует производить «переоценку ценностей», несмотря на своё безусловное право на сколь угодно оригинальное решение методических задач для достижения максимальной эффективности преподавания. Следует обратить внимание, что в учебниках и методических пособиях иногда используются некоторые эксперименты, являющиеся общепринятыми, которые, однако, в методическом отношении не выдерживают критики. Особенно ярким примером из числа таких экспериментов является обычная демонстрация электромагнитной индукции с индукционной катушкой (рис. 392). Вопрос о проведении демонстрационного эксперимента для указанного явления подробно рассмотрен в § 50, 5, где показано, какое определяющее значение имеет методика для техники эксперимента', поэтому этот конкретный пример следует подвергнуть тщательному изучению. В рассматриваемом случае методические требования приводят не только к изменению общепринятой техники воспроизведения опыта, но заставляют сделать переключения проводов внутри демонстрационного гальванометра (рис. 323), а главное изготовить своими силами индукционную катушку совершенно иного типа (рис. 40).
Молодой советский педагог должен, тщательно изучив опыт других учителей и методистов и всемерно использовав его, искать наилучших методических путей в решении задач преподавания физики, проверяя эти пути при своей работе в классе и внося в них соответствующие коррективы. Таким образом он сможет постепенно создать своё собственное методическое «кредо» и во многом способствовать дальнейшему развитию методики физики как науки.
§ 3. Демонстрационный эксперимент.
В томе I (§ 7, 2; § 12, 6; § 15 и в методических указаниях к программе) были подробно выяснены роль и значение демонстрационного эксперимента при преподавании. Поэтому здесь мы рассмотрим только важнейшие требования, которые предъявляются к школьным демонстрационным опыта^м и оказывают влияние на технику их проведения.
1)	Обеспечение видимости. Очевидно, что физическое явление, показываемое преподавателем, должно быть совершенно ясно видимым для всех без исключения учащихся, в том числе и для сидящих в наиболее отдалённых местах класса.
14
§3
Таким образом, первым основным требованием к физическому демонстрационному эксперименту служит обеспечение видимости явления и притом со всеми подлежащими изучению деталями процесса. Демонстрационный эксперимент, как бы он ни был совершенен в других отношениях, не выдерживает никакой критики, если учащиеся не столько видят демонстрируемое явление, сколько догадываются о нём, на основании объяснений преподавателя. Молодой начинающий педагог вряд ли недооценивает значение видимости; однако ему свойственно заблуждение, благодаря которому ему кажется, что это явление хорошо видят все учащиеся, если он сам его отчётливо видит. Недаром опытный педагог, заранее обеспечив должную видимость, всё же проверяет её, обращаясь к отдельным учащимся с предложением описать увиденное ими явление; это делается не только с тем, чтобы узнать, как оно воспринято, но для выяснения видимости явления. В некоторых случаях недостаточно ограничиваться обеспечением видимости демонстрируемого явления; надо того же достигнуть в отношении всей установки опыта в целом, когда рассматривается вопрос о средствах получения данного явления и изучается применяемая аппаратура. Иногда обеспечение видимости достигается сравнительно простыми средствами и способами; в других же случаях представляет собой трудно разрешимую, а то и вовсе ещё не решённую задачу. Вопрос об обеспечении видимости демонстраций ставится во главу угла настоящего руководства и подробно рассматривается в дальнейшем (§ П).
2)	Упрощенные прибо ры. Второе основное методическое требование, предъявляемое к демонстрационному эксперименту, заключается в достижении нужного результата воз-можно более простыми способами и средствами', важно, чтобы преподавателю приходилось затрачивать наименьшее количество времени на выяснение учащимся устройства аппаратуры и процесса получения данного физического явления. При этом надо руководствоваться тем обязательным условием, чтобы качество демонстрируемого явления отнюдь не оказалось сниженным за счёт допущенных упрощений в аппаратуре. В тех случаях, когда имеется возможность вовсе обойтись без специальных приборов, следует прибегать именно к такому способу. Правильный подбор аппаратуры может быть достигнут преподавателем после изучения ряда вариантов демонстрации по данному вопросу, на которые указывает методика эксперимента. Действительно, каждое физическое явление может быть продемонстрировано несколькими способами с самой разнообразной аппаратурой. Поэтому перед постановкой опыта необходимо изучить эти способы с тем, чтобы выбрать из них такой вариант, который прежде всего соответствует методической установке и в то же время осуществляется с помощью наиболее упрощенных при
§ 3 15
боров. Так, например, демонстрацию на закон Архимеда можно произвести многими способами, в том числе так, как это описано в § 29. В одном из вариантов применяются технические весы и прибор, называемый ведёрком Архимеда (рис. 181); в другом— весы Беранже и отливной стакан (рис. 182) и в третьем—динамометр и ведёрко (рис. 183). Наилучшим в методическом отношении из этих вариантов является третий; при этом не столько потому, что он обеспечивает хорошую видимость, сколько по той причине, что объяснение устройства и действия прибора требует минимального времени и без труда воспринимается учащимися.
Идеальным прибором должен явиться такой, устройство и действие которого становились бы при соответствуюгцих объяснениях понятными для учащихся чуть ли не с одного взгляда. Это методическое требование недостаточно выполняется промышленностью, выпускающей учебные пособия; только в последние годы наблюдается благоприятный для школы сдвиг производства в этом отношении. К числу приборов, приближающихся в какой-то мере к совершенному типу, должны быть отнесены, например: демонстрационный гальванометр (рис. ИЗ); модель водяной турбины Пельтона (рис. 87); прибор для демонстрации на закон Архимеда (рис. 183); модель механизма двигателя внутреннего сгорания (рис. 85); модель нагнетательного насоса (рис. 90); электрометр Брауна (рис. 293); демонстрационный динамометр (риС. 105) и др. У этих приборов сравнительно ясно видны их отдельные части, и нетрудно установить взаимоотношения частей при действии прибора. Однако, таких приборов сравнительно немного; во всяком случае их недостаточно чтобы обеспечить весь необходимый эксперимент при прохождении курса физики.
Поэтому квалифицированный преподаватель, как правило, широко применяет при своей работе уп рошенные приборы, отказываясь в некоторых случаях от имеющихся у него покупных. Естественно, что эти упрощенные приборы преподавателю приходится изготавливать своими силами и средствами, почему их называют также «самодельными». Однако надо иметь в виду, что не всякий самодельный прибор является в то же время упрощенным; в основу его конструкции не положена идея, заключающаяся в выявлении устройства и действия прибора. Методика физики, выдвигая требование о применении приборов упрощенного типа, вовсе не настаивает на том, чтобы они обязательно являлись самодельными. Следует даже как раз предостеречь от наблюдавшейся иногда тенденции проводить курс физики чуть ли не исключительно на самодельных приборах, отказываясь от покупных. Существовали попытки в отдельных статьях и даже в методических руководствах рекомендовать создание целых кабинетов из бросового материала, но такая точка зрения не выдерживает критики и представляет собой один из видов методических извра
16
§3
щений. Кстати заметим, что такие руководства в целом заслуживают внимания, так как могут и должны быть использованы в тех случаях, когда преподавателю необходимо показать явление, а нужных приборов в кабинете нет. Чтобы выяснить преимущества упрощенного прибора, сравним демонстрацию «расширения твёрдых тел от нагревания» при помощи пирометра (рис. 256) и путём простейших приёмов, показанных на рисунке 251 (§ 36, 2). Несмотря на то, что стрелка пирометра даёт отклонение на больший угол, всё же следует предпочесть упрощенный прибор. Действительно, для обнаружения удлинения в пирометре применена система двойного рычага, требующая длительных объяснений, совсехМ не простых для ученика 6 класса, в то время в упрощенном приборе действие рычага почти не нуждается в пояснении.
В качестве примеров упрошенных приборов, заслуживающих особого внимания, можно провести следующие опыты: подъём человека «дуновением» (рис. 190); кипение воды под уменьшенным давлением (рис. 285); зависимость выталкивающей силы от объёма тела и вещества жидкости (рис. 180); капиллярное поднятие воды между стёклами (рис. 227) и многие другие. На рисунках 1 —2 показаны применения некоторых особенно упрощенных приборов, не требующих никаких ремесленных навыков для сво-
Рис. 1. Использование предметов обихода (стул, щётка, бутылка) для демонстрации действия электрической силы.
S3
17
Рис. 2. Использование табуретки и полотенца для демонстрации инерции покоя.
его изготовления: обнаружение электрической силы с помощью половой щётки (рис. 1); инерция покоя, демонстрируемая посредством полотенца и стула (рис. 2). Упрощенные приборы, нуждающиеся в предварительном изготовлении, изображены на рисун-
Железо
МедЬ
Рис. 3. Упрощенный прибор для сравнения теплопроводности железа и меди.
При нагревании соответствующие восковые шарики отпадают на медном стержне много раньше, чем на железном.
2 Е. Н. Горячкин
18
§3
ках 3—6: прибор для сравнения теплопроводности железа и меди по отпаданию восковых шариков (рис. 3); жестяная полоска для изучения отражения от плоских и цилиндрических зеркал (рис. 4); применение картофеля для опытов и в приборах (рис. 5); прибор для наблюдения движения проводника в магнитном поле (рис. 376); модель паровой турбины (рис. 6).
Рис. 4. Опыты с полоской из жести для наблюдения отражения лучей от зеркал. На полоску нанесены чёрным лаком полосы. Полоску освещают параллельными лучами. 1 — Отражение от плоского зеркала. II — Отражение от цилиндрического выпуклого зеркала. III — Отражение от вогнутого зеркала.
В описанных далее работах приведено достаточное количество примеров рационального применения упрощенных приборов.
3)	Кратковременность. Так как в педагогическом процессе буквально дорога каждая минута, то при проведении
опытов надо стремиться к тому, чтобы они занимали наименьшее время; однако это не должно идти в ущерб качеству показываемого явления и тому времени, которое необходимо для восприятия самого явления. Таким образом, здесь речь идёт не о снижении времени демонстрации как таковой, т. е. времени наблюдения самого явления, а о необходимости сократить до минимальной величины время подготовки опыта. Так, например, из вышеприведённых демонстраций на закон Архимеда следует предпочтение отдать третьему варианту с динамометром, так как этот вариант для проведения всего опыта в целом требует наименьшего времени (рис. 45).
Рис. 5. Рациональное применение картофеля для некоторых демонстраций и домашних опытов по физике.
1 — Картофельный пистолет. /7—Модель пространственной решётки. Ill — Кубической сантиметр. IV — Тело для работ на закон Архимеда. V — Ареометр. VI — Обнаружение выталкивающей силы. VII — Плавание на границе двух жидкостей. VIII — Полюсоискатель.
2*
20
§3
Рис. 6. Модель активной паровой турбины из консервной банки.
тановка опыта в его целом,
4)	Выразительность и эмоциональность. Опыт можно считать выразительным тогда, когда из него легко становится ясным самое существо явления или та или другая подробность, которая является в данное время предметом изучения. У неопытного преподавателя, не учитывающего психологические особенности учащихся семилетки и степень их развития, нередки такие демонстрации, при которых ученики «из-за деревьев не видят леса». Так, например, если демонстрации на закон Архимеда показать с весами Беранже, то цель ознакомления с законом не будет достигнута (рис. 182): установка настолько сложна и требует стольких предварительных объяснений, что выявление основного вопроса покажется весьма трудным и длительным делом.
Демонстрируемые опыты должны быть также достаточно эмоциональны для возбуждения того чувства «удивления», впечатления «необычности», о которых говорит в «Основах общей психологии» проф. Рубинштейн и которые нужны для возникновения «проблемной ситуации» (см. т. I, § 12, 6). Обычно, чем проще ус-чем выразительнее сам опыт, тем
большей эмоциональностью обладает демонстрация.
5)	Демонстрационный эксперимент должен удовлетворять требованиям техники безопасности, о чём — см. в § 5. Преподаватель при проведении опытов самым строжайшим образом обязан соблюдать правила лабораторной культуры, что является необходимейшим условием для воспитательных целей (§ 4).
В итоге из всего сказанного здесь и в §§ 1—2 вытекает следующее правило.
Приступая к постановке демонстрации, прежде всего необходимо совершенно точно установить цели опыта, т. е. выяснить, как данное воспроизводимое явление должно и может быть использовано в педагогическом процессе. Дальнейшая подготовительная работа сводится к изучению по соответствующим пособиям по методике и технике эксперимента различных вариантов опыта. Тот вариант, который удовлетворяет в наибольшей мере поставленной цели и указанным выше требованиям к демонстрациям, т. е. нуждается в наиболее простой аппаратуре и, кроме
§ 4
21
того, обеспечивает необходимые видимость и «кратковременность», может быть принят за основу. Выбранный вариант подвергается всесторонней критической оценке, в том числе со стороны его выразительности и эмоциональности; в процессе практической подготовки опыт может испытать те или иные изменения, прежде чем получит своё окончательное оформление. Казалось бы, что повторив подготовленный опыт на том самом месте, где он будет демонстрироваться при таких же условиях освещения и т. п., и удостоверившись, что видимость и другие качества обеспечены, можно было бы закончить на этом подготовку. Однако это далеко не так, потому что наиболее правильным критерием для оценки демонстрации в методическом отношении является проверка её в процессе урока, показывающая, как опыт воспринят учащимися и в какой мере он удовлетворил поставленным целям, т. е. или послужил базой для обобщений, или же выполнил свою иллюстративную роль.
§ 4.	О лабораторной культуре.
Перед преподавателем физики, как и каждым педагогом, стоят задачи не только обучения своему предмету, но и не менее важные —. воспитательные. Оставляя в стороне вопрос о значении курса физики в воспитательном отношении вообще, остановимся на одном вопросе: о воспитании в учащихся лабораторной культуры.
Основным условием для успеха работы в этом направлении являются: 1) содержание преподавателем физического кабинета и в частности коллекции приборов в образцовом порядке; 2) бережное отношение к сохранению социалистической собственности и 3) неукоснительное выполнение самим преподавателем основных правил лабораторной культуры. Если кабинет находится в беспорядке, приборы хранятся кое-где и кое-как и к тому же ещё в неисправном состоянии, если вообще отсутствует некоторый культ чистоты и порядка, если сам преподаватель неряшливо ведёт производство опытов и небрежно выполняет элементарные требования лабораторной культуры, то ни о каком воспитании учащихся, конечно, не может быть и речи. Основные требования лабораторной культуры, помимо содержания кабинета в образцовом порядке, сводятся к следующим положениям:
1)	Опрятность. Как демонстрационный стол, так и приборы, применяемые для опытов, должны быть совершенно чистыми от пыли, а тем более от грязи. Недопустимо пользование недостаточно хорошо промытой стеклянной посудой, мутными непро-фильтрованными растворами и т. п. Чем чаще преподаватель станет применять полотенце для пыли, тем лучше. Отдельные приборы должны с внешней стороны иметь опрятный вид. Поэ
22

тому приходится время от времени удалять с приборов пыль, чистить мелом никелированные части и промывать стеклянные, подкрашивать различные детали при порче на них краски. При изготовлении упрощенных приборов надо позаботиться об их опрятном виде, из какого бы простого материала они ни были сделаны.
Учащиеся должны на каждом шагу воочию убеждаться, что содержание физических приборов в безукоризненной чистоте — такая же необходимость, как подобное же отношение к посуде, одежде и другим предметам в бытовых условиях.
2)	Каждая установка опыта в его целом должна являться образцом строгого порядка, что прежде всего сказывается в расположении приборов на демонстрационном или лабораторном столе. В частности, недопустимо применение в качестве подставок и подкладок случайных предметов (книг, кирпичей, ящиков от стола и т. п.); в надлежащих случаях необходимо пользоваться специально на то предназначенными приспособлениями и приборами (§ 12, 1—6, рис. 48). При сборке электрических установок недопустимо хаотическое расположение проводов. При этом для соединений должны применяться специальные гибкие провода, сделанные, например, из расплетённого шнура от электрического освещения и снабжённые па концах вилочками (рис. 289).
3)	Проливание на демонстрационный или лабораторный стол воды, а тем более растворов кислот и других хими-калиев — проступок со стороны работающего с ними. Особенно крупным будет этот проступок в случае пролитой ртути. Действительно, ртуть является не только дефицитным и дорогим продуктом, но и ядовитым, так как из щелей и углублений, куда она затечёт, она станет долгое время давать вредные для здоровья пары. Поэтому при всех работах с жидкостями, а тем более со ртутью необходимо употребление кювет или подносов, куда следует помещать прибор (рис. 203 и 315).
4)	Некоторые физические приборы требуют соблюдения определённых правил при переноске и установке их, а тем более при пользовании ими. Эти правила изложены при описании соответствующих приборов (§ 15, 5 и 6; § 17, 2). Особенно важно соблюдение строго определённых навыков и неукоснительное выполнение правил при различного рода измерениях. Преподавателю, хотя бы один раз допустившему на глазах у учащихся нарушения этих правил, никогда не добиться выполнения их учащимися при лабораторных занятиях. Совершенно недостаточно поставить в известность учащихся об этих правилах; преподавателю необходимо в течение всего курса физики прививать определённые культурные навыки обращения с физическими приборами, самому являясь при этом образцовым примером.
S °, i-з
23
§ 5.	О технике безопасности.
Преподаватель отвечает за все несчастные случаи, которые могут произойти с учащимися во время занятий физикой. На нём же лежит ответственность за всякую порчу имущества кабинета. Преподаватель обязан знать основные правила безопасности и не только сам соблюдать их, но и следить за выполнением учащимися этих правил. К числу вопросов техники безопасности относятся:
1.	Пожарная опасность от горелок (керосинки, спиртовки) возникает при неправильном пользовании и уходе за ними (§ 18, 2—6). Вполне возможно возгорание жидкого топлива со всеми вытекающими отсюда последствиями. Разлитый горящий керосин ни в коем случае нельзя гасить водой и применять огнетушитель обычного типа. Поэтому в кабинете необходимо иметь пенный огнетушитель и шерстяное одеяло; последнее нужно для накидывания на горящую жидкость. Полезно также хранить на видном месте ведро с песком.
2.	Пожарная опасность от электрического тока возможна при неисправном состоянии предохранителей, заменяемых обычно жилками от проводов. При перегрузке проводов, т. е. пропускании по ним тока выше предельного, возникает перенагревание их и разрушение резиновой изоляции, превращающейся в хрупкую растрескивающуюся массу. Разрушение изоляции рано или поздно приведёт к коротким замыканиям, которые при неисправности предохранителей вызовут возгорание проводов. В случаях такого несчастья первым делом необходимо выключить ток и затем тушить загоревшуюся изоляцию. Иногда происходит возгорание соединительных проводов в установках, что, например, сравнительно часто случается при питании вольтовой дуги' то-ком (20—30 А) посредством сравнительно тонких проводов (0,75— 1,5 мм2). Сигналом о перенагревании проводов служит лёгкий запах нагретой резины. При появлении запаха преподаватель должен тотчас же выключить ток, найти участок, где происходит перенагревание, и заменить провода более толстыми. Как правило, преподаватель не должен оставлять без присмотра в кабинете (тем более на ночь) включённых в цепь приборов (плиток, заряжаемых аккумуляторов и т. п.).
О нормах нагрузки проводов и предохранителях — см. Ф. Э., т. Ill, § 1, 2.
3.	Опасность электрического тока для человека возможна непосредственно не только При напряжении в 220 V, но и в 120 V. Как правило, все открытые токопроводящие части должны быть снабжены соответствующими ограждениями: кожухи на рубильниках (рис. 7,1), реостатах и пластинчатых предохранителях (рис. 7,11); изолирующая оболочка на клеммах. Рубильник, выключающий ток во всей лаборатории, следует располагать в не
24
§ 5, 4-5
доступном для учащихся месте, например в препаровочной, и включать ток только на то время, когда он действительно нужен. Для работ учащихся с током освещения его желательно трансформировать до напряжения 12 V—20 V. Нельзя прибегать для определения, имеется ли в цепи ток, к способу, заключающемуся в прикосновении пальцами к проводам. Определение на ощупь — лихачество, которое может привести к тяжёлым поражениям человека током. Следует учесть особую опасность электрического тока при прикосновении к одному из проводов осветительной сети, если человек стоит на мокром полу или касается в это время труб водопровода или отопления.
Рис. 7. Ограждение на распределительном щитке токопроводящих частей.
4.	Отравления осветительным газом и окисью углерода возникают: первое — при неисправности труб (§ 7, 3) и второе — при неправильном горении газовых горелок (§ 18, 2). При появлении запаха газа в классе учащихся надо удалить, открыть окна или форточки и закрыть кран на магистральной трубе газопровода.
5.	«Взрывы» могут произойти при разбивании маломощных (пустотных) электрических лампочек, сосудов Дьюара, электронных ламп и других пустотных приборов, почему они и требуют осторожного обращения с собой. Кроме того, следует иметь в виду «взрывы» при раздавливании плоского стекла атмосферным давлением (§31) и при опыте «кипение под уменьшенным давлением». В последнем случае взрыв, как правило, получается при употреблении не кругло-, а плоскодонной колбы (§ 39). При всех указанных выше «взрывах» осколки стёкол летят внутрь сосуда и только частично разбрасываются в стороны; поэтому они вызывают опасность поражения для преподавателя, а
§ 6,6-, § в, 1
25
не для учащихся. Более опасного типа взрывы могут произойти при получении пара, если пароотводящие трубы окажутся засорёнными; поэтому перед опытом всегда следует продуть трубки, чтобы убедиться в их проходимости для пара. Наиболее же опасными являются взрывы при демонстрации горения водорода, к которому по неосторожности преподавателя оказался подмешенным воздух (§ 44). Наконец, надо особенно иметь в виду лёгкую воспламеняемость бензина и эфира, пользоваться которыми в присутствии даже сравнительно далёкого пламени безусловно нельзя.
6.	Ожоги вполне возможны, особенно при занятиях учащихся в технических кружках. Ожоги вызываются не только пламе-, нем или нагретыми телами, но также кислотами и щелочами. В случае ожогов кислотами — применять раствор соды и при ожогах щелочами — слабый раствор уксусной эссенции или, что то же, уксусной кислоты.
При физическом кабинете необходимо иметь и бережно хранить на видном месте маленькую аптечку, содержащую два-три индивидуальных пакета, бинты для перевязок, гигроскопическую вату, жёлтую мазь от ожогов, 20—30 см3 иодной настойки, 1 л раствора соды и 300—500 см3 слабого раствора уксусной эссенции. Чем реже в практике преподавателя окажется использованной аптечка, тем лучше, но отсутствие её может заставить его впоследствии горько раскаиваться в своей непредусмотрительности.
Глава вторая,
ОБОРУДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКОГО КАБИНЕТА.
§ 6.	Помещение и мебель.
1.	Состав физического кабинета. Состояние физического кабинета является одним из определяющих условий для правильной постановки преподавания физики в данной школе, так как без экспериментальной базы проведение курса физики немыслимо для современного советского педагога. Не только при полном отсутствии кабинета, но и при его неудовлетворительном состоянии нельзя показать должного количества опытов, провести нужные лабораторные работы, организовать внеклассные занятия; отсутствие всего этого приводит к возврату отжившего «классического курса меловой физики», к господству голого формализма и сплошной догмы. Создание кабинета, если он отсутствовал, или его усовершенствование, когда он имеется, — первоочередная задача каждого советского педагога-физика, руководящегося «духом и смыслом, а не буквой» требований, формулируемых программой.
26
£	2
При организации кабинета надо твёрдо помнить, что ни постановка достаточного количества демонстраций, ни систематическое проведение лабораторных работ, ни правильная организация внеклассных занятий по физике, ни нормальное развитие и усовершенствование кабинета невозможны, если для кабинета отведено помещение, состоящее всего-навсего лишь из одной комнаты — обычного класса. Это тем более важно, что в последнее время в некоторых школах-семилетках физический кабинет используется для занятий биологией и химией. Действительно, совмещение в одном помещении хранилища приборов и лаборатории-класса прежде всего приведёт к значительному уменьшению полезной площади, и без того небольшой по своей величине. Кроме того, при хранении приборов в классе невозможно пользование ими для предварительной подготовки экспериментов, когда в классе идут занятия. Мало того, преподаватель для подготовки опытов к очередным урокам должен располагать специальным местом с тем, чтобы оттуда переносить на демонстрационный стол во время немногих минут перемены подготовленную аппаратуру, а то и целые установки. Ясно, что такое место выделить в классе-лаборатории, уже перегружённой хранилищем, нет возможности; организовать же демонстрацию, доставая одновременно приборы из шкапов, далеко не всегда удаётся, как ни был бы педагог опытен в области эксперимента. Наконец, без наличия, хотя бы примитивно оборудованной, мастерской нет возможности не только изготавливать, нои ремонтировать испортившиеся приборы.
Уже одни эти, далеко неполные, соображения определяют безусловную необходимость для физического кабинета располагать двумя смежными помещениями. Одно из них, большее по площади, будет служить местом для проведения уроков по физике, в частности для лабораторных и внеклассных занятий. В другом, меньшем по площади, устраивается хранилище приборов и отводятся места для подготовки опытов и для мастерской, а также ставится письменный стол для занятий преподавателя и шкап с книгами. Это помещение должно быть соединено дверью с классом-лабораторией.
2.	План кабинета. Планы размещения в кабинете могут быть различными в зависимости от величины и формы площади. На рисунке 8 изображён план типичного размещения, который должен быть принят за основу, но может быть изменён в зависимости от условий. В лаборатории-классе устраивается эстрада для помещения на ней демонстрационного стола, расположенного на расстоянии примерно 90—100 см от стены с классной доской (§ 6, 5; рис. 12). Столы для учащихся ставят в два ряда так, чтобы ширина проходов между ними была равна: у центрального — около 1 м и боковых — около 60 см. Если считать но 4 места на каждый стол, то при десяти столах вместимость лаборатории
£ в, 3
27
достигнет 40 учащихся. Стол для демонстрационного фонаря хра-
нят на месте, показанном на плане пунктиром, и устанавливают при демонстрациях в среднем проходе. Но при такой установке фонарь в некоторой мере заслоняет демонстрационный стол, по-
чему проектирование иногда рекомендуют вести на экран, расположенный сбоку, и убирать
один из столрв первого ряда, освобождая тем самым место для проектора (рис., 12).
В препаровочной комнате мебель может быть расположена так, как указано на плане рисунка 8. Шкапы ставят по стенам, оставляя лишь место для верстаков — слесарного и столярного. Стол для подготовки демонстраций может быть помещён посередине комнаты; однако, рациональнее поставить его тоже к стене, а на середине расположить шкап в виде двухсторонней витрины. Само собой разумеется, что нет никакой возможности указать совершенно точно размещение мебели и рабочих мест в препаровочной, поскольку в планах школ нет единообразия, и до сего времени ещё не разработан стандарт оборудования мебелью физических кабинетов. План размещения — дело преподавателя; допущенные в пла-
Ш к а п ы
Стол
Эксперим.стол у
Рабоч стол
Рабоч.стол
Рабоч стол
Рабоч. стол
Рабоч. стол
Шк
Рабоч. стол
Рабоч стол
Рабоч. стол


а п ы
I
не погрешности выяснятся в процессе работы, и их нетрудно будет исправить соответству-
Рис. 8. План размещения в физическом кабинете.
ющей перестановкой.
3.	Шкапы для хранения приборов и материалов. Из многочисленных типов пристенных шкапов для физических приборов заслуживает наибольшего внимания, показанный на рисунке 9, I. Верхние дверки у него ,застеклены, что ведёт к некоторому упрощению по отысканию нужных приборов, нижние — сделаны глухими. Нижняя половина шкапа делается глубиной около 60— 70 см, верхняя на 15—20 см уже. В нижней половине обычно устраивают одну полку, в верхней — две или три полки. Для мелких вещей полезно устроить между основными полками по одной узкой, располагая её у стенки. В крайнем случае могут быть
28
§0,4
Рис. 9, I. Шкап для приборов.
использованы «стандартные» канцелярские и бытовые шкапы (рис. 9, II).
Для помещения среди комнаты должен быть рекомендован шкап в виде двухсторонней витрины (рис. 10). Для посуды и материалов желателен шкап, по внешнему виду подобный шкапам для приборов, но менее глубокий и в верхней половине разделённый на ячейки, а в нижней — снабжённый многочисленными ящиками самого разнообразного размера. Такой шкап по-
Рис. 9, II. Бытовые шкапы, используемые для хранения приборов.
зволит содержать в большом порядке как посуду, так и многочисленные мелкие приборы и материалы. Лучшим шкапом для хранения книг является шведско-американский.
4.	Столы. Стол для подготовки эксперимента в отличие от обычных должен быть более тяжёлым и устойчивым, а также иметь прочную крышку, собранную из досок толщиной в 4—5 см. Крышку стола весьма желательно, во избежание её порчи от слу-

29
Рис. 10. Шкап-витрина для приборов.
чайно пролитой воды, обить или оклеить сверху линолеумом. Размеры стола зависят от помещения и планировки в нём и могут быть легко определены самим учителем, в зависимости от условий. В препаровочном столе желательно устроить несколько ящиков. Столы для учащйхся большей частью делают длиной до 200—220 см при ширине в 60—65 см (рис. 11). Для поддержания порядка в расположении рекомендуется эти столы закрепить на полу посредством ’ небольших планок. Тогда столы в случае надобности можно поднять вверх и освободить их, но без этого сдвинуть в сторону нельзя. В качестве сидений для учащихся желательны табуретки, которые при некоторых лабораторных работах легко убирать под столы.
5.	Оборудование места для проведения демонстраций. Так как при прохождении курса физики в школе проведение соответствующих опытов имеет
существенное значение, то организация места для демонстраций служит необходимейшим условием для правильной постановки преподавания. Действительно, одной из основных задач преподавателя является создание таких условий при проведении опытов, чтобы демонстрируемые им физические явления оказались со всей • отчётливостью видимыми из любого места класса, что представляет из себя далеко не простую задачу. Обеспечение видимости, которое ставится во главу угла при проведении демонстраций, предъявляет жёсткие требования к тому месту, с которого проводятся демонстрации. Преподавателю раз навсегда надо создать такие удобства при проведении опытов, чтобы на все необходимые виды подсобных работ (включение тока, получение нужного затемнения или дополнительного освещения, наливание воды, пуск в ход проекционных установок и пр.) тратилось минимальное количество времени. На это обстоятельство начинающий преподаватель обращает обыкновенно мало внимания, что ведёт к непроизводительным потерям времени и к понижению качества демонстраций.
Оборудование места для демонстраций составляет первоочередную задачу преподавателя и со всей настойчивостью должно быть им осуществлено, если не в самом начале организации кабинета, то в течение ближайшего года своей работы. На рисунке
30
§	5
Рис. И. Установка шкапа с приборами у задней стены класса.
12 показано нормальное (но далеко не идеальное!) оборудование места для демонстраций. На эстраде, или помосте, расположен специально приспособленный демонстрационный стол. Сзади стола на стене помещены со стороны окна распределительный щит электрического тока, посередине — классная доска, справа — над дверью, ведущей в препаровочную, спускной экран А для проектирования фильмов, диапозитивов, опытов и т. п. Про-
Рис. 12. Эстрада, демонстрационный стол и другие установки при образцовом оборудовании класса.
§6, 6
31
тив этого экрана устанавливается стол проекционного фонаря. Второй спускной экран помещается в свёрнутом виде с левой стороны над классной доской и используется для теневого проектирования и иных целей. Справа от доски установлены выключатели, позволяющие выключать и включать освещение лаборатории. Оснащение демонстрационного стола составляют: раковина с подведённой к ней водой, краны светильного газа и клеммы 1и2 для включения'электрического тока, о чём см. раздел 6.
6.	Демонстрационный стол. Так как пол в лаборатории представляет собою горизонтальную плоскость, то для обеспечения видимости необходимо, чтобы демонстрируемые приборы оказывались расположенными на должной высоте и чтобы все учащиеся могли видеть их со своего места, не только не вставая, а и не откло-
Рис. 13. Демонстрационный стол.
няясь в сторону от своего нормального положения. С этой целью демонстрационный стол располагают на специально сделанном помосте (или эстраде) высотой в 30—40 см, снабжённым ступеньками справа и слева от стола. Сам демонстрационный стол делается выше обычных столов примерно на 15—20 см, отчасти с указанной выше целью, но главным образом для большего удобства в работе экспериментатора (рис. 13). Длина крышки стола берётся равной 2 м, ширина 60—70 см. Крышку стола надо обить сверху линолеумом, не портящимся от воды; такую поверхность очень легко содержать в надлежащей чистоте. Для линолеума наиболее желательным является чёрный цвет.
В демонстрационном столе необходимо сделать несколько вы-, двпжных ящиков и под ними три-четыре пары дверец, ведущих в шкапчики. В ящиках преподаватель хранит: в одном — набор инструментов (пассатижи, отвёртки, молоток, нож, ножницы и т. п.), требующихся постоянно при проведении опытов; в другом — набор лапок и колец для• штативов, сетки для нагревателей и т.п.; в третьем — соединительные электрические провода. Четвёртый ящик используется преподавателем для всякого рода мелочей и частей приборов, предназначенных для очередных демонстраций. Шкапчики в демонстрационном столе служат для хранения подсобных приборов, постоянно требующихся для проведения опы-
32
$ в, Г
Рис. 14. Зажимы для подвешивания стенных таблиц.
Наилучшей является доска из
тов. К числу таких приборов относятся два-три штатива (рис. 50), всякого рода подставки (рис. 48), подъёмные столики (рис. 53), осветители (рис. 58), просвечивающий экран (рис. 57) и т. п. (§ 12, 1—7). Все ящики и шкапчики необходимо снабдить замками и держать их запертыми. Если в помещение лаборатории введён газ, то установку по крайней мере одного двойного крана надо сделать именно на демонстрационном столе, а не на стене, как это нередко делается. На стороне стола, противоположной окнам, устанавливается канализационная раковина с подведением к ней воды от водопровода (§ 7, 2). Рационально, примерно в середине стола,устроить потайной слив для удаления сточной воды при опытах. Крайне желательно на столе, примерно па середине и сбоку, установить мраморные или шиферные дощечки с клеммами, служащими для включения тока к приборам. На потолке над демонстрационным столом полезно прочно укрепить деревянную рейку шириной в 5—6 см, служащую для помещения на ней блоков, ушков, крючков и т. п.
7.	Классная доска. Классную доску делают достаточно крупных размеров (примерно 2,5 мх 1 м) и располагают её сзади демонстрационного стола, чёрного или жёлтого линолеума,
дающая много меньше отсветов, чем обычная крашеная. Доску снабжают деревянной окантовывающей рамой, с полочкой для мела внизу1). На верхней части рамы укрепляют специальные зажимы для подвешивания таблиц. Изготовление зажимов из полосок металла и автомобильных шариков не представляет затруднений (рис. 14,1). В крайнем случае в качестве таких за-.жимов могут быть использованы обычные клямеры, применяемые в быту для укрепления белья на верёвке во избежание сбрасывания его ветром (рис. 14,11). Справа подвешивается ящичек для хранения мела и крючок для специального полотенца (а не тряпки!), предназначенного для стирания мела с доски.
8.	Экран. Наиболее удобным для пользования в лаборатории-классе является спускной экран, применяемый для киноперед-
г) Для упрощения выполнения рисунков доску следует разделить на клетки, прочерчивая линии на линолеуме острым шилом (см. т. IV).
§ 6, 9
33
вижки (рис. 15). Такой экран помещается в узком деревянном ящике, снабжённом на одной из своих сторон крышкой. Экран на-мотан на деревянный вал А, имеющий на одном конце ролик В.
Рис. 15. Киноэкран и устройство его спускного механизма.
Для пользования экраном ящик подвешивают на стене и, открыв крышку, вытягивают экран вниз за рейку Е. При этом экран/), сматываясь с вала, приведёт его во вращение, благодаря чему шнурок С станет наматываться на ролик В. Если теперь, потянув за шнурок, привести во вращение вал, то экран окажется намотанным и спрятанным в ящик. За отсутствием спускного экрана можно применять обыкновенный подвесной, но он менее удобен и, конечно, не годится при указанном на рисунке 12 положении двери. Для такого экрана делают деревянную раму и обтягивают её белым коленкором или полотном (рис. 16). Для придания раме жёсткости необходимо набить угольники А из клеёной фанеры.
9.	Стол для проекционного фонаря. На рисунке 17, I дан вид наиболее простого, но в то же время достаточно удобного
стола для проекционного фонаря. Крышку стола следует укрепить к подстолью не наглухо, а на двух петлях, чтобы можно было изменять её наклон и благодаря этому получать изображение диапозитивов на различной высоте. Крышку в том или ином наклонном положении закрепляют с помощью клиньев, вкладываемых спе-3 Е. Н. Горячкин
34
§ в, 9
реди между нею и подстольем. Более удобно для этой цели воспользоваться одним А или двумя деревянными винтами от столярных струбцинок; тогда наклон крышки легко- изменять вращением этих винтов. Полка в подстолье служит для помещения диапо-
Рис. 17. Столы для проекционного фонаря.
зитивов и разного рода приспособлений, а также приборов, используемых при проектировании. На рисунке 17,11 показан менее удобный, чем описанный, стол для проекционного фонаря, обычно применяемый в школах. Рекомендуем у такого стола -крышку сделать подъёмной.
Наверху подстолья на дощечке (рис. 18) полезно установить штепсельную розетку А со шнуром С и вилкой для подведения тока от сети освещения. В эту розетку включается шнур от про-
Рис? 18. Схема электрооборудования проекционного стола (розетка на 120 V и трансформатор 120 V/12 V).
екционного фонаря. В том случае, когда один из проекционных фонарей имеет источником света лампу в 12 V, то трансформатор 120/12 V рекомендуется наглухо закрепить вверху подстолья, снабдив его распределительной дощечкой D (рис. 76). Штепсельные гнёзда на этой дощечке служат для включения проекционного фонаря и позволяют получать различные напряжения в 10, 12 и 14 V в зависимости от положения вилки. Трансформатор для подведения к нему тока в свою очередь снабжается коротким шнуром с вилкой В для включения в розетку А.
§ 7, 1-2
35
Для включения шнура С от проекционного стола на стене, возможно ближе к столу, устанавливают штепсельную розетку; не исключена также возможность присоединения к клеммам на демонстрационном столе.
§ 7. Специальное оборудование физического кабинета и лаборатории.
1.	Виды специального оборудования. Под специальным оборудованием физического кабинета и лаборатории подразумеваются различные стационарные устройства, предназначенные специально для обслуживания демонстрационных опытов и лабораторных работ. К числу специальных видов оборудования относятся: водопровод; канализация; газ, если, конечно, последний имеется в городе; освещение; затемнение; ввод электрического тока с установкой. преобразователя и распределительных щитов с разводкой тока по лаборатории. Отсутствие этих устройств самым усложняющим образом сказывается при подготовке и проведении большинства экспериментов и заставляет преподавателя терять много времени совершенно непроизводительно. Поэтому преподаватель должен, если не сразу при организации кабинета, то в течение ближайших двух-трёх лет добиться осуществления специального оборудования.
2.	Водопровод и канализация. Доказывать совершенную необходимость в кабинете физики устройства водопровода и установки сточных канализационных раковин не приходится. При выборе помещения для кабинета нужно учитывать расположение водопроводных и канализационных труб, чтобы иметь возможность к ним присоединиться. В кабинете, как минимум, устанавливают две сливные раковины с поддрдкой к ним водопровода: одну — в лаборатории и другую — в препаровочной (рис. 8). Наибольшие удобства создаются при установке раковины на боковой стороне демонстрационного стола, что вполне осуществимо при наличии эстрады, под которую укладываются трубы (рис. 12). Раковину в этом случае располагают со стороны стола, противоположной окну, чтобы при пользовании ею не отбрасывать тени на стол при проведении на нём демонстраций. Обычно же раковину располагают на стене, что менее удобно (рис. 19). Фаянсовые раковины для установки не годятся, так как сравнительно легко бьются; наилучшими являются чугунные эмалированные с плоским дном, называемые иногда «мойками». Над каждой раковиной устанавливают два или три водопроводных крана, один (два) — на обычной высоте, другой — выше его, примерно, на 40—50 см (рис. 19). При этом желательно верхний кран взять специального типа с наконечником для надевания резиновой трубки. Этот кран служит в основном для водоструйного воздушного насоса (рис. 205). На трубе, подводящей воду к раковине расположен-3*
36
$ 7, 1^2
ной в классе, необходима установка вентиля для выключения воды.
Крайне желательно от канализационной трубы раковины взять ответвление, подходящее к потайному сливу, расположенному внутри демонстрационного стола. Этот слив делается в виде воронки (d = 25—30 см) и закрывается сверху круглой крышкой, сделанной так, чтобы она не выступала над поверхностью стола (рис. 13). Такое устройство сильно упростит в некоторых
Рис. 19. Установка водоструйного насоса.
А —водопроводный кран: С —сливной патрубок насоса с надетой на него тряпкой, предохраняющей от разбрызгивания воды; Е — патрубок насоса для выкачивания воздуха; F — стеклянный кран; J — склянка, предохраняющая от проникновения воды в сосуд, из которого выкачивают воздух.
Рис. 20. Щит для просушивания стеклянной посуды.
случаях отведение отработанной воды от приборов, например, от модели турбины Поль-тона и др. В препаровочной над
раковиной подвешивают полочку, а также деревянный щит (60—70 см X 1 м) с деревянными наклонными колками для просушки разлйчной посуды (рис. 20). Здесь же уместно хранить щётки, служащие для промывания изнутри колб и другой посуды.
Отсутствие канализации и водопровода сильно усложняет работу в кабинете, заставляя вёдрами приносить туда воду и уносить тем же способом отработанную. В случае отсутствия водо
провода и канализации надо всё же установить раковины, в том
§ 7, 3
37
числе и потайную, и поместить под ними вёдра для сточной воды. Если кабинет расположен не в самом верхнем этаже, то в помещении, находящемся над лабораторией, ставят бак для воды и отводят от него трубу с краном к раковине демонстрационного стола. Можно небольшой бак для воды установить под потолком в лаборатории, накачивая туда воду из ведра при помощи насоса.
3.	Проводка газа. Наличие газа даёт возможность пользоваться не только мощными источниками теплоты, но и избавит
Рис. 21. Двойной кран для газовых горелок и простой предохранитель из резиновой трубки от утечки газа при случайном открывании крана.
преподавателя от постоянной кропотливой возни с нагревателями, вроде жаровен, спиртовок и примусов. Пользование газом возможно, конечно, в том случае, когда в городе имеется газ и его подводка сделана хотя бы к одному из соседних со школой помещений. При распределении газа по лаборатории надо обеспечить подводку его не только к демонстрационному столу ив препаровочную, но и к каждому столу для учащихся в лаборатории. В препаровочной достаточно иметь один двойной кран, расположенный на стене около слесарного стола. Двойной кран позволяет пользоваться одновременно двумя горелками (рис. 21). Кроме того, посредством надетой на оба наконечника резиновой трубки (рис. 21) легко предохранить проникновение газа в воздух помещения при утечках в кранах или при их случайном,
38
$ 7, 4
и намеренном отвёртывании. На демонстрационном
а то
столе устанавливают два двойных крана у его переднего края (рис. 13). Подводка газа к лабораторным столам учащихся представляет сложную задачу, так как трубы приходится прокладывать по полу. Прокладка труб под полом запрещена законом; поэтому трубы укладывают на поверхности пола, не углубляя. Эти трубы мешают при ходьбе. Поэтому их прокладывают так, чтобы они не оказались ни в главных проходах между рядами столов, ни тем более в проходе у демонстра
ционного стола (рис. 8). На каждом кран. Лабораторные столы, если к
Рис. 22. Задёргивающиеся занавеси
столе ставят один двойной ним сделана подводка газа, совершенно необходимо прочно закрепить на полу, а во избежание порчи газовых труб при сдвигании столов. На магистральных трубах, подводящих газ к демонстрационному столу и к лабораторным столам, обязательно устройство двух отдельных кранов, выключающих эти части газовой проводки. Газ включают, открывая соот-
затемнения.	ветствующий магистраль-
ный кран, только в том случае, когда газ нужен для работ; всё же остальное время газ должен быть безусловно выключен. При пользо-
вании светильным газом надо иметь в виду, что проникновение его, даже в весьма небольшом количестве, в атмосферу вызывает отравление, выражающееся в лёгких случаях головной болью. В качестве предохранительной меры следует держать двойные краны соединёнными между собой резиновой трубкой, как было указано выше. Необходимо обратить серьёзное внимание на возможность неполного сгорания в газовых горелках (§ 18, 2).
4.	Затемнение. При отсутствии затемнения в физическом кабинете совершенно невозможна постановка экспериментов по оптике, а также проведение ряда других важных демонстраций, требующих применения проекционных аппаратов. Поэтому устройство затемнения — одна из первоочередных работ, выполняемых при организации кабинета. Самый совершенный способ затемнения состоит в устройстве задёргивающихся занавесей на окнах (рис. 22). На каждое окно нужны: ламбрикен А — узкая полоска материи, подвешенная к карнизу (шириной примерно в 40—50 см), и два занавеса В, из которых каждый по своей длине должен быть больше высоты окна на 40—50 см и по своей ширине
§ 7, 5
39
равен примерно 2/3 ширины окна. Карнизом для занавесей служит доска шириной около. 10—12 см, подвешенная над окном при помощи костылей. На карнизе укрепляют два металлических прута (d = 2—3 мм) или две тонкие трубы (рис. 23). Если пользоваться одним прутом или одной трубой, то занавеси при за-
Рис. 23. Устройство механизма задёргивающихся занавесей затемнения.
дёргивании не смогут заходить «пола за полу», и в щель между ними станет проникать свет. На пруты надеваются кольца, к которым подвешиваются занавеси. Задёргивание производится при помощи шнурков, привязанных соответственным образом к кольцам СС занавесей и пропущенных через блоки DD, как это показано на рисунке 23. Наиболее подходящим материалом для
занавесей затемнения является бумажное сукно, в частно-	<
сти применяемое для пошивки лыжных костюмов. Чёрный
цвет для занавесей вовсе не обязателен, лателен, так как придаёт помещению колорит. Кроме бумажного сукна, для кий бумажный материал, лишь бы он не себя.
а скорее неже-лаборатории мрачный
занавесей
пропускал
годится вся-света сквозь .
Более дешёвым является затемнение, сделанное в виде закручивающейся на круглый деревянный брус'шторы из плотной синей бумаги, применявшейся для затемнения в военное время. Возможно также устройство подвешенных на петлях и открывающихся ставен, но подобное устройство оказывается менее удобным, особенно при широких окнах.
5.	Освещение. В физической лаборатории, в отличие от обычного класса, искусственное освещение обладает некоторыми особенностями. Прежде всего источники света должны давать возможно более равномерно . рассеянный свет — во избежание образования теней от приборов на демонстрационном столе и появления световых бликов на стеклянных и полированных металлических частях. Вторая особенность состоит в том, что демонстрационный стол требует более сильного освещения, чем всё остальное в лаборатории.
Эти требования при керосиновом освещении почти не осущест
40
П,5
вимы, так как приходится пользоваться двумя-тремя висячими лампами «молниями». Но и в этом случае одну из ламп надо расположить перед демонстрационным столом для освещения приборов и заэкранировать листом жести так, чтобы её свет не падал непосредственно в глаза учащимся и не слепил их. Применяются керосиновые висячие лампы с большими крупными отражателями, окрашенными белой краской. При электрическом освещении лампы следует снабдить колпаками из молочного стекла, дающими значительное рассеивание света. Наиболее подходящей является арматура, называемая люцеттой (рис. 24). Чем большее
Рис. 24. Различные виды
арматуры (люцетт) электрического освещения и
их световые характеристики.
количество источников света применено для освещения, тем равномернее получается освещённость и тем слабее станут тени. Поэтому лучше брать для освещения большее количество люцетт о маломощными лампами, чем две-три — с сильными. Расположение выключателей для освещения лаборатории и демонстрационного стола далеко не безразлично и должно быть продумано при устройстве электрической проводки. Прежде всего рекомендуется освещение разбить на две группы: одну — с двумя люцеттами, другую — с остальными, что позволит давать полное или пониженное освещение при помощи двух выключателей. Выключатели для групп важно расположить на стене около демонстрационного стола и притом с той стороны, где помещён проекционный фонарь, чтобы учителю было удобно, не покидая эстрады, гасить и зажигать свет при проведении демонстраций.Цепь
£ 7, 6
41
пониженного освещения желательно устроить с коридорными переключателями, расположив один из них, как указано, около демонстрационного стола и другой — у входной двери. Тогда свет может быть зажжён или погашен из любого из этих двух мест. Схема включения коридорных выключателей показана на рисунке 495,V. В заключение следует подчеркнуть, что правильное устройство освещения не только значительно увеличит видимость демонстраций, а следовательно, и повысит их эффективность, но и создаст необходимые гигиенические условия работы для уча-
Рис. 25. Мотор-генератор, установленный на железных балках, заделанных в каменную стену.
А — мотор трёхфазного тока; В — динамомашина; D — концы проводов трёхфазниго тока, заделанных в стену.
щихся. Из световых характеристик двух типов люцетт видно, что первый (со сплошным колпаком из матового или молочного стекла) наиболее подходящ для освещения над столами учащихся, а второй (открытый снизу)—над демонстрационным столом.
6.	Электрооборудование. Под электрооборудованием физического кабинета подразумеваются электрические распределительные устройства, предназначенные для обслуживания экспериментов по электричеству и для зарядки аккумуляторов. Только в крайнем случае возможно брать ток для тех или иных технических целей непосредственно от проводки в помещении кабинета, в которую включены лампы, служащие для освещения. При таком пользовании сетью освещения свет в помещении при нагрузках
42
§7,7
станет сильно пригасать, а при случайных перегрузках и коротких замыканиях будут перегорать предохранители. При неисп
равности последних вполне возможно возгорание проводов и возникновение пожара (§ 5 и § 41).
В состав электрооборудования входят: ввод тока в кабинет; распределительный щит для обслуживания демон-
Рис. 26. Монтаж преобразователя (ПТ-03 завода физэлектроприборов) переменного тока в постоянный на деревянной угловой панели, удобной для переноски.
страционного стола (рис. 30); выпрямитель или преобразователь переменного тока в постоянный (рис. 25 и 26) со щитком для зарядки аккумуляторов (рис. 34) и установка трансформатора для проекционного фонаря (рис. 33).
В настоящем руководстве мы даём описание наиболее простого, но в то же время вполне рационального электрооборудования для физического кабинета неполной средней школы. Если школа рас*-полагает достаточными материальными средствами, то преподаватель может произвести более совершенное электрооборудование, чем ниже описанное, обратясь для ознакомления со схемами к тому I Ф. Э.
7. Ввод тока в препаровочную. В физическом кабинете семилетней школы нет непосредственной надобности в трёхфазном токе и вполне можно обойтись вводом однофазного тока. Од-
нако преподаватель должен иметь в виду, что трёхфазный ток1
даёт возможность проводить ряд интереснейших опытов с этим
г) О трехфазном токе—см .книгу: Горячкин, «Переменный ток и его законы».
§ 7, 7
43
током при кружковых занятиях и, главное, установить сравнительно мощный источник постоянного тока — мотор-генератор (рис. 25) или преобразователь (рис. 26). Так как ввод трёхфазного тока обойдётся всего лишь в Р/2 раза дороже, то, имея в виду дальнейшее усовершенствование кабинета, всё же желательно ввести трёхфазный ток. Так как приключение к осветительной сети в самом кабинете недопустимо, то проводку для технических целей ведут от места ввода тока в школу или от толстых магист
ральных проводов, называемых стояками и прокладываемых обычно на лестничных клетках1.) Для подводки трёхфазного тока нужны три провода, для однофазного, как и для постоянного тока, —два провода. Для проводки вполне возможно воспользоваться шнуром (Ш. Р.) сечением не менее 4 мм2, а лучше 6 мм2.
Ввод делают в препаровочную и заканчивают здесь мраморным распределительным щитком с предохранителями (пластинчатыми или трубчатыми—рис. 27 и 28, но отнюдь не пробочными), рубильником однофазного или трёхфазного тока (рис. 32) и
Рис. 27. Предохранители — плавкие пластинчатые.
Е и F — клеммы для зажимания концов плавных вставок D.
четырьмя, тремя или двумя клеммами для присоединения проводов (рис. 29). От ввода в препаровочную делают ответвление для обслуживания классной лаборатории. При помощи установленного на ответвлении рубящего выключателя можно электрическую проводку в лаборатории включать лишь на то время, когда нужна электроэнергия. На рисунке 29, I показана принципиальная схема простейшего щитка, который должен быть установлен в препаровочной. Однофазный ток, пройдя через главный рубильник А, служащий, в частности, для выключения тока во всём кабинете, подходит к двум клеммам В через предохранители С. Клеммы предназначены для пользования током в препаровочной для тех или иных целей. За предохранителями сделано ответвление через рубильник I), подводящее ток к демонстрационному столу.
Предохранители надо включить в цепь (вопреки общепринятому) за рубильником, чтобы иметь возможность производить
О монтаже проводов — см. книги: Горячкин, «Проводка» и Ф. Э. т. I, гл. IX и XI.
44
§7,8
замену жилок не под током, для чего достаточно будет выключить рубильник А, Наилучшими предохранителями являются трубчатые, в которых наиболее просто и удобно заменять жилки в случае сгорания (рис. 28).
Щиток должен быть смонтирован на мраморной или шиферной доске; п рименение де рева совершенно недопустимо.
Рис. 28. Предохранители — плавкие трубчатые.
Плавная вставка (проволочка) D — помешена внутрь фарфоровой трубки А. Вставка винтами присоединяется к контактам (ножам) В, вставляемым в зажимы С.
Если сделан ввод трёхфазного тока, то придётся поставить рубильник с тремя ножами Alf три предохранителя Cj и три клеммы В19 сделав ответвление через рубильник DA в лабораторию от двух любых проводов, согласно схеме рисунка 29, II.
Устройство ввода и монтаж щитка требуют значительных ремесленных навыков, почему неосуществимы силами преподавателя или учащихся, тем более что установка должна быть разрешена и по её выполнении принята районным электромонтёром. Поэтому эту работу надо поручить опытному электромонтёру.
Вводом до щитка в препаровочной можно ограничиться на первых порах, т. е. в период организации физического кабинета. Впоследствии проводку надо продолжить в лабораторию, а также — к выпрямляющему ток устройству, например, к преобразователю, и щиток заменить или дополнить более сложным распределительным щитом.
8. Распределительный щит в лаборатории. Распределительные щиты могут иметь самые различные устройства, но в основе их лежит единая простая схема, одинаковая как для постоянно-
£ 7, 8
45
Рис. 29. Схема распределительного щитка (ввода) в препаровочной (однофазного и трёхфазного тока).
В & *
го, так и однофазного переменного тока (рис. 30). Провода, проводящие ток, присоединяются прежде всего к главному рубильнику F, выключающему всё устройство. Затем ток проходит через два предохранителя 1,1 (трубчатых или пластинчатых). За предохранителями включается параллельно вольтметр V (120 или 220 V) для измерения напряжения и последовательно амперметр А (25— —30 А) для измерения силы тока. Далее производится разветвление тока через рубильники С и D и предохранители 2,2 и 3,3. Таких ответвлений достаточно иметь два: одно — для подведения тока к демонстрационному столу, другое — к проекционному фонарю. Если ток подводят к лабораторным столам учащихся, то нужно сделать третье ответвление через предохранители 4,4 и рубильник Е, показанные на схеме 30 пунктиром.
Весьма желательно при переменном токе установить за щитом
Демон.	Проекц.	/1а бора-
стол	фонарь тория
Рис. 30. Схема распределительного щита постоянного или переменного однофазного тока.
46
§ 7, 8
трансформатор мощностью в 1—1,5 kW, снижающий напряжение соответственно с 220 или 120 V до 50—60 V для питания вольтовой дуги. Наиболее подходящим типом является автотрансформатор, употребляющийся для кинопроекционных аппаратов и известный под маркой А/ТСК (рис. 31).
Для трансформатора Т делают специальное ответвление через рубильник D и отводят от него одну цепь, общую для демонстрационного стола (60 V) и для проекционного фонаря (рис. 33). В
Рис. 31. Автотрансформатор типа А/ТСК 120—45—50 V для питания вольтовой дуги.
цепь надо включить через рубильник F и предохранители 3,3 проволочный реостат R с коммутатором до25—30 А, имеющий сопротивление в 5—6 омов. Такой реостат
Рис. 32. Рубильник трёхполюсной для распределительного щита.
носит название успокоительного, так как вольтова дуга горит при его наличии много спокойнее, чем без него (рис. 341).
Распределительный щит монтируют на мраморной доске. Вольтметр и амперметр для щита берут технического типа МН или ЭН1) (U = 120—220 V и /=25—30 А) (рис. Ill, I).
Предохранители всего лучше трубчатые; рубильники (рис. 32) необходимо снабдить защитными коробками, чтобы даже намеренное прикосновение к лишённым изоляции токопроводящим частям было невозможно (рис. 7).
Монтаж распределительного щита и разводки тока по лаборатории не под силу преподавателю, и поэтому эта работа должна
Обозначения приборов — см. § 15, 10 и 11.
§7,9
47
быть поручена опытным монтёрам также, как и вводы тока в пре-паровочну о.
Более подробные сведения о типе монтажа распределительных щитов — см. Ф. Э., т. I, гл. IX и т. III, § 1, 1—4 и § 25, 1.
9. Щит для зарядки аккумуляторов. Вопрос о зарядке акку-муляторов подробно рассмотрен в § 72 и т. III, § 23. Для аккумуляторов полезно в препаровочной подвесить: одну-две полки, на которых следует всегда хранить аккумуляторы, и рядом щиток для их
Рис. 34. Схема щитка для зарядки аккумуляторов постоянным током освещения.
Рис. 35. Схема щитка для зарядки аккумуляторов от купроксного выпрямителя (рис. 125).
48
§7,9
зарядки. Источниками тока для зарядки могут служить: 1) сеть освещения постоянного тока на 120 или 220 V; 2) купроксный выпрямитель (§ 17, 9) и 3) преобразователь трёхфазного тока в постоянный (рис. 25 и 26).
При зарядке постоянным током освещения или от мотор-гене-ратора на 120 V на щитке монтируют ламповый реостат R (рис. 308), амперметр А лабораторного типа
(рис. 112), пробочные предохранители В до 6 А, рубильник С малого размера и две клеммы D (рис. 34).
Рис. 37. Схема распределительного щитка постоянного тока (12 V) для зарядки аккумуляторов от преобразователя трёхфазного тока (рис. 26).
Рис. 36. Схема устройства преобразователя ПТ-03 завода Физэлектро-прибор (рис. 26).
Купроксный выпрямитель К (рис. 125) устанавливают на щите, снабдив его штепсельной вилкой для включения в сеть освещения (рис. 35). На том же щите монтируют амперметр А, рубильник С, предохранители В и две клеммы D (рис. 35). Установки реостата для изменения силы тока не требуется, так как это достигается посредством смещения магнитного шунта у выпрямителя (рис. 126) (§ 17, 9).
Выходной щит от преобразователя М (рис. 36) обслуживает цепь постоянного тока; на нём устанавливают предохранители В до 25—30 А, вольтметр ММ1) (J7 =20—30 V), амперметр ММ (7=20—25 А), рубильник С и две клеммы D (рис. 37). Желательно
х) Обозначения приборов — см. § 15, 10.
§ 1
49
установить также ламповый реостат R с лампами на 2 V, 50 W или с подвижным контактом (рис. 306) для изменения силы тока, заряжающего аккумуляторы. Выходной щит (постоянного тока) от преобразователя, как распределяющий низкое напряжение (U 20 V), можно сделать из дерева, а не из мрамора. Тогда монтаж их станет вполне возможен для преподавателя.
§ 8. Мастерская.
1. Назначение мастерской. Для ремонта, а также для изготовления новых упрощенных приборов, и, наконец, для кружковых занятий с учащимися необходимо приобрести для кабинета
Рис. 38, I. Вид типичного оборудования мастерской в препаровочной.
набор соответствующих инструментов и организовать специальное рабочее место, иными словами — обзавестись небольшой мастерской.
Без мастерской, как бы она ни была примитивна, невозможно не только развитие и совершенствование кабинета и лаборатории, но даже сох ранение их от постепенного развала. Без надлежащего своевременного ремонта количество неисправных приборов станет постепенно расти, что приведёт в конце концов к значительному уменьшению демонстраций на уроках физики. Конечно, 4 Е. Н. Горячкин
50

Рис. 38, 11. Подвешивание инструментов на деревянном щите для удобного хранения и контроля нахождения их на месте.
нельзя предъявлять требований к преподавателю физики, чтобы он являлся действительно мастером на все руки и мог произвести любой ремонт. Однако, преподаватель должен обладать самыми простыми ремесленными навыками, без которых совершенно нельзя обойтись даже при самом обыкновенном налаживании эксперимента. Навыки эти весьма разнообразны, так как преподавателю приходится обрабатывать пробку, картон, дерево, стекло и металл, а также производить некоторые работы по электромонтажу.
О наборе инструментов в мастерской и пользовании ими — см. т. Ill, §§ 9—18.
2. Организация рабочего места. Для мастерской в препаровочной отводят специальное место, где помещают небольшой стол с прочной крышкой из толстых досок (1—1,5 м X 60—70 см) и рядом столярный верстак, возможно меньшего размера (для экономии места). На этом ,столе и верстаке производят все работы по починке приборов и изготовлению новых, поставив себе за непременное правило — не портить крышек на других столах в препаровочной, а тем более в лаборатории (рис. 38, I).
Редко применяемый инструмент хранят обыкновенно
в шкапчике или в ящике рабочего стола;наиболее нужный подвешивают на гвоздях, вбитых в деревянный щит, укреплённый на стене. Таких щитов желательно иметь два: один,
подвешенный около стола, в основном со слесарным инструментом
§9
51
(рис. 38, II), и другой, располагаемый около верстака, — со столярным. На щитах, которые необходимо окрасить масляной краской, обводят контуры каждого из подвешенных инструментов и закрашивают места внутри контуров чёрным спиртовым лаком или какой-либо другой чёрной краской. Тогда отсутствие какого-либо инструмента на месте становится заметным с одного взгляда. Такой способ хранения инструмента сводит на нет время на отыскание инструмента, упрощает его учёт и способствует поддержанию порядка. Хранение инструментов на щитах в достаточной мере зарекомендовало себя и поэтому должно быть горячо рекомендовано. '
Щиты рационально взять следующих размеров: для слесарных инструментов 100—120 см X 60—70 см и для столярных 80—90 см X 60—70 см. При развеске надо комбинировать инструмент по группам (напильники, стамески, щипцы, молотки и т. п.), отнюдь не стараясь заполнить сразу весь щит, и, наоборот, надо оставлять свободные места для последующего заполнения их инструментом по мере приобретения.
Рабочий стол желательно окрасить кислотоупорной краской или во всяком случае масляной1 >; обивать его сверху листовым железом нет никакой надобности; более того, покрытие железом создаст ряд неудобств при работах. На крышке стола справа укрепляют настольные тисочки, которые совершенно необходимы для работы. Кроме того, там же желательно установить сверлильный станочек.
На краю стола полезно укрепить уголок из железа для сгибания жести и других работ с нею.
Для колки дерева, а также для помещения наковальни нужно завести обрез от бревна диаметром в 30—35 см и высотой в 60—70 см.
О пользовании инструментом, приёмах и способах обработки различных материалов — см. в основном т. Ill, §§ 10—20 и литературу, указанную в приложении (§ 74).
§ 9. Библиотека.
«Довести книгу до читателя» — задача далеко не простая, и разрешить преподавателю физики её легче всего в отношении научно-популярной литературы по физике и технике. Поэтому рациональнее всего библиотечку такой литературы завести при физическом кабинете, как филиал общешкольной, и выдачу книг учащимся производить самому преподавателю. В состав этой библиотечки войдут также справочники и методические пособия, нужные преподавателю, как это было подробно рассмотрено в т. 1, §§ 45 и 47.
г) См. т. Ill, § 20. 4*
52
£ to
Огромнейшее значение имеет устройство в классе-лаборатории застеклённой или затянутой сеткой витрины, где преподаватель должен выставлять литературу, рекомендуемую учащимся для чтения по данному разделу физики, а также научно-популярные и технические журналы для молодёжи (рис. 39).
Рис. 39. Витрина с книгами для выставки литературы, рекомендуемой учащимся для чтения.
Для хранения книг лучше всего завести отдельный шкап, желательно шведско-американского типа. Составление и ведение карточного каталога, а также шифровку книг необходимо производить по библиотечным правилам. Обзаведение своей библиотечкой с выставкой книг, как показывает опыт, производит чудеса в отношении повышения потребности у школьников на книги по физике.
Глава третья.
ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ.
§ 10.	Классификация физических приборов.
Вся аппаратура, применяемая в школе при прохождении курса физики, может быть разделена по своему назначению на следующие группы, или классы:
1)	Основные приборы, необходимые для воспроизведения тех или иных физических явлений и являющиеся сами по себе объектами изучения. В эту группу входит подавляющее большинство физических приборов, применяемых в школе для * постановки опытов. В свою очередь эти приборы разделяются на демонстрационные, обеспечивающие видимость одновременно всем учащимся, и лабораторные, служащие для индивидуального наблюдения.
§ 11, 1
53
2)	Измерители и измерительные п р и-б о ры, которые хотя и могут являться предметом изучения и оказаться необходимыми для воспроизведения явлений, но в основном предназначены для измерения физических величин. Измерители бывают демонстрационные и лабораторные. К числу измерительных приборов относятся: масштабные линейки (рис. 462); весы (рис. 95—99); разновес (рис, 100—101); динамометры (рис. 103—105); мензурки (рис. 469); термометры (рис. 106—107); калориметры (рис. 485); вольтметры (рис. 112); амперметры (рис. 112, II и 318) и т. п.
3)	Модели технических установок и машин, в основном предназначенные для демонстрации и объяснения устройства и действия машин или их частей. Типичными представителями моделей являются: модели цилиндра двигателя внутреннего сгорания (рис. 85); модель парораспределительного механизма (рис. 83); водяная турбина Пельтона (рис. 87); паровая машина (рис. 80) и т. п.
4)	Проекционные приборы, служащие для получения увеличенных изображений приборов или демонстрируемых явлений. Такими приборами являются: проекционные фонари (эпископ и диаскоп) (рис. 61—65) и приборы для теневого проектирования (рис. 147—148).
5)	Подсобные приборы, применяемые не для воспроизведения физических явлений, а лишь в качестве вспомогательных подставок всякого рода, поддерживающих приспособлений для основных приборов, для большего удобства обращения с последними, для улучшения видимости опыта и т. п. К числу их относятся: штативы (рис. 50); рамы (рис. 51—52); подъёмные столики (рис. 53); экраны фона (рис. 56); осветители (рис. 57—58) и т. п.
6. Источники энергии, в том числе нагреватели и горелки (рис. 127—132), гальванические (рис. 121—123) и аккумуляторные (рис. 117—118) элементы, электрические машины (рис. 25—26) и т. п.
Приведённую классификацию надо рассматривать как ориентировочную, так как строгого разграничения между приборами провести нельзя, и некоторые приборы могут то являться объектами изучения, то служить в качестве подсобных и т. п.
Из приборов всех этих видов учитель для демонстраций или лабораторных занятий составляет связные системы, образующие собой то, что носит название установки опыта.
§ 11.	Обеспечение видимости демонстраций.
1.	Проверка видимости демонстраций. При лабораторных работах наблюдение того или иного физического явления или отсчёты по измерительным инструментам производятся индивидуально и притом с близкого расстояния. Наоборот, для демонстраци
54
$ И, 2-3
онного эксперимента характерно наблюдение учащимися из самых различных мест сравнительно обширного помещения — класса, справа и слева от установки, вблизи неё и с расстояний, удалённых иногда до 6—8 м.
Не подлежит никакому сомнению, что каждый учащийся, где бы ни находилось его место в классе, должен иметь возможность, сидя спокойно на своём месте, ясно видеть всё то, что показывает учитель, никак не напрягая при этом своего зрения1).
Поэтому при постановке и проведении демонстраций совершенно необходимо постоянно проверять видимость эксперимента из различных мест помещения, в том числе и с наибольшего расстояния. Преподаватель, убедившись своими собственными глазами, что при таком же точно освещении, которое будет существовать во время демонстраций, явление отовсюду ясно видимо, может считать подготовку опыта в этом отношении законченной.
2.	Особенности демонстрационных приборов. В целях обеспечения видимости при демонстрациях пользуются специальными типами приборов, носящих название демонстрационных и отличающихся своими укрупнёнными размерами, специфическим расположением своих отдельных частей, яркой раскраской отдельных деталей и т. п.
Чтобы уяснить себе разницу между обычными измерительными приборами, употребляемыми в лабораториях, и демонстрационными, достаточно сравнить между собой: весы демонстрационные (рис. 98) и технические (рис. 99); демонстрационный амперметр (рис. 110 и 318) и лабораторный (рис. 501); вращающий виток (рис. 379) и модель электромоторчика (рис. 381); демонстрационный термометр (рис. 107) и лабораторный (рис. 106); демонстрационный динамометр (рис. 105) и лабораторный (рис. 104).
Типичными демонстрационными приборами являются: прибор для демонстрации закона Архимеда (рис. 45 и 183); турбина Пельтона (рис. 87); прибор Гофмана (рис. 315).
Так как промышленность далеко не обеспечивает полного комплекта демонстрационной аппаратуры, то некоторые, весьма нужные, приборы приходится целиком изготавливать учителю своими силами. К числу таких приборов относятся: прибор для демонстрации движения проводника в магнитном поле (рис. 376); модель витка с кольцами или коллектором (рис. 40, 12) и 379).
3.	Повышение демонстрационности приборов. Может случиться, что в физическом кабинете не окажется нужных демонстрационных приборов, и преподавателю придётся приспосабливать для демонстраций имеющиеся, не имея времени или достаточных
Зрение предполагается нормальное. Учащиеся же, страдающие недостатками зрения, должны быть заранее выявлены учителем и соответствующим образом распределены по местам в классе.
2? Рисунок 40— см. цветную вклейку.
Рис. 4,0,1. Раскрашенная модель витка с коллектором.
Рис 40 II. Образец раскраски неподвижного магнита и мотка прово-локи в качестве катушки для индукции.

55
ремесленных навыков для изготовления упрощенных. Во многих случаях выход из положения осуществляется при помощи проектирования на экран (§ 13, 1). Однако нередко возможно раскраской отдельных частей и некоторыми простыми добавочными приспособлениями повысить демонстрационность приборов.
1)	Раскраска отдельных деталей яркими красками сильно способствует выделению важнейших частей, служащих объектом изучения, и иногда вносит значительные упрощения в методическом отношении при объяснениях. Так, если, например, подвергнуть окраске демонстрационный контур, выделив различными цветами проводники А и В, пластины коллектора С и D или контактные кольца и щётки Е и F, то повысится не только видимость, но и сильно упростятся объяснения принципа получения прямого и переменного токов (рис. 40,1 и 389). Примерами, где раскраска имеет важнейшее значение, служат приборы: катушки для индукции (рис. 397 и 40, II) (§ 50); постоянные магниты (рис. 40, II); модели механизмов парораспределительной коробки (рис. 83) и двигателя внутреннего сгорания (рис. 85) и др.
Раскраску лучше всего производить масляными художественными красками, продаваемыми в тюбиках (см. т. III, § 20).
2)	Шкалы и стрелки. На демонстрационных измерительных приборах: у масштабных линеек, манометров (рис. 171) и вообще во всех тех случаях, когда при опытах производятся отсчёты длин, рационально применять раскраску шкал, как показано на рисунке 41.
Если в качестве демонстрационных приходится применять весы технические (рис. 99) или Беранже (рис. 97), то на указателях А и стрелке В полезно укрепить наконечники из бумаги и шкалу заменить другой С — бумажной с крупными делениями (рис. 42).
3)	Рейтеры. В состав некоторых приборов входят нити и проволоки, видимые очень плохо, а то и совсем невидимые, вследствие своей малой толщины. Между тем при некоторых демонстрациях, например, движения проводника в магнитном поле, колебания струн, удлинения проволоки при нагревании и т. п., надо показать изменение в положении нитей или проволок. Тогда для видимости их положений применяют: на вертикальных проволоках — флажки из тонкой (папиросной) цветной бумаги (рис. 43, I), на горизонтальных — рейтеры или гусарики из такой же бумаги (рис. 43, II).
В некоторых случаях рационально надевать на нити или проволоку отрезки раскрашенных’ соломинок (рис. 43, III).
4.	Окрашивание жидкостей. Не только сами бесцветные жидкости, но даже уровни их, если они налиты в стеклянные сосуды, плохо заметны издали. Поэтому при проведении опытов с жидкостями рекомендуется их подкрашивать. Окрашивание производится различными красками, из которых для воды рекомендуется
56
£ 11. 4
фуксин или же, что проще, раствор щёлочи и фенолфталеина (приготовление растворов — см. т. III, § 24). Эти краски не оставляют на стекле следов после себя так, как это наблюдается при употреблении растворов марганцовокислого калия, чернил и некоторых акварельных красок.
-шшппп
III
ШПшПШШШ
V
Рис. 41. Образцы демонстрационных шкал для масштабных линеек, манометров и т. п. (штриховкой условно изображена окраска в красный цвет;.
Рис. 42. Насадки из бумаги на стрелку и указатели весов и шкала для них.
§ П, 5-6
57
Для опытов по Гидростатике и в особенности по Оптике рекомендуется применение флуоресцина, дающего, кроме жёлтого окрашивания, флуоресценцию ярким зелёным цветом (§ 52). Нужная густота окраски подбирается преподавателем посредством опыта; необходимо лишь иметь в виду, что чем тоньше слой жидкости, тем более интенсивной окраски она требует. Так,
в опыте с капиллярами приходится применять очень густую
окраску. Несмотря на то что при этом жидкость в сосуде будет казаться почти чёрной, в трубках же получится лишь только достаточное по интенсивности красное окрашивание (рис. 142, I).
Незаменимо применение окрашивания для обнаружения движения струй в жидкостях, например, в опыте по конвекции в жидкостях (рис. 273) (§ 37).
5.	Применение дыма. Подмешивание дыма к воздуху
Рис. 43. Различные способы повышения видимости проводов (1 — флажки; II — рейтеры; III —соломинки).
производится в тех случаях, когда нужно демонстрировать перемещение воздуха или наблюдать направление его струй. Так, например, поступают, когда показывают конвекцию в газах (рис. 275) или проводят демонстрацию на закон Паскаля для газов (рис. 172).
Чрезвычайно полезным оказывается применение дыма при демонстрациях по геометрической оптике. Пучки лучей света в воздухе, вообще говоря, заметны вследствие засорённости воздуха частицами пыли, а также благодаря наличию «тумана». Чем больше засорённость воздуха, тем яснее обозначается путь пучка лучей света. Поэтому при задымлении воздуха пучки лучей становятся хорошо видимыми. Для получения дыма служит особый прибор, носящий название дымаря (§ 12, 10).
6.	Расположение приборов при демонстрациях. Неопытный
экспериментатор, используя, сколь угодно, прекрасные в демонстрационном отношении приборы, легко может свести на нет все их преимущества и не обеспечить даже удовлетворительной видимости. Случается это по ряду причин:
1)	Никогда нельзя устраивать на демонстрационном столе нагромождение приборов, как бы ни было велико число нужных из них для проведения урока (рис. 46). Если преподаватель расставит их по всему демонстрационному столу, то тем самым он рассеет внимание, по крайней мере самых пытливых, учащихся и может отвлечь их от предмета проводимой в данный момент демонстрации.
58
£ 11, 6
Нужно стремиться к тому, чтобы на демонстрационном столе не было никаких приборов, за исключением только тех, которые нужны для показываемого опыта в данный момент (рис. 44 и 45). Остальные приборы, необходимые для последующих опытов, рационально располагать около демонстрационного стола на небольшом столике и выставлять из них на середину стола только нужные в данный момент. Возможно, но несколько хуже, ставить на краю стола те приборы, в которых нет необходимости
Рис. 44. Демонстрация инерции тела.
для проведения демонстрируемого опыта (рис. 47). Однако это требование не всегда выполнимо; в частности, оно трудно осуществимо в случаях сложных установок, например, при некоторых демонстрациях по электричеству.
Нужно сводить к минимуму количество всякого рода вспомогательных приборов, которые в рассматриваемой демонстрации не изучаются. Так, например, нет надобности загружать стол источниками тока, когда они служат для накаливания осветительных ламп, вести на демонстрационном столе нагревание тел при некоторых опытах по теплоте и пр. Всё это надо делать в стороне.
2)	Положение тела по отношению к приборам преподавателя при проведении демонстраций далеко не безразлично. Как опыт-
$	7
59
Рис. 45. Демонстрация закона Архимеда при помощи ведёрка и динамометра.
ный педагог, ведя записи на доске, умеет не загораживать их вплоть до последней буквы, так и экспериментатор должен постоянно следить за собой, чтобы не заслонять приборов. Чаще всего преподавателю для выполнения этого требования приходится располагаться позади или сбоку установки; в некоторых случаях разрешение вопроса явится далеко не таким простым делом (рис. 44, 45, 59 и 217).
3)	При установках демонстраций нередко оказывается, что одни приборы загораживают друг друга, другие плохо, а то и вовсе не видны вследствие своих малых размеров или, наконец, что важнее всего, схема всей установки и взаимоотношение отдельных её частей для зрительного восприятия учащимися остаются скрытыми. Особенно часто это нежелательное явление наблюдается при демонстрациях из области учения об электричестве, когда в электрическую цепь входят по нескольку приборов, а соединяющие их проводники располагаются на горизонтальной пло
скости стола и потому остаются совершенно невидимыми. На рисунке 48,1 показана подобная неправильно собранная и притом сравнительно простая установка. Совершенно иной вид принимает эта установка, когда преподаватель смонтировал её в демонстрационных целях при помощи подставок (рис. 48 II), подъёмных столиков (рис. 53) и угловых панелей, на которых укреплены приборы (рис. 48,11 и 55). Этот пример показывает огромное значение подставок и панелей при демонстрационном эксперименте (§ 12, 4—6), но нельзя вдаваться в крайность и доходить до чрезмерного применения подставок.
7. Значение фона. Видимость прибора или его отдельных частей во многих случаях возрастает при правильном подборе фона, на который глаз проектирует рассматриваемые объёкты. Значение фона основывается главным образом на явлениях контраста. Случается, что одни объекты, хорошо видимые на белом фоне,
60
£ 11, 8
оказываются мало заметными на чёрном или наоборот. Таким образом, на подыскание необходимого фона приходится обращать самое серьёзное внимание, несмотря на то, что на первый взгляд такое обстоятельство кажется несущественным.
Рис. 46. Помещение излишних приборов на демонстрационный стол — неправильная расстановка приборов.
При этом нужно иметь в виду, что преподаватель, чаще всего помещаясь за демонстрируемым объектом, сам служит фоном.
Для получения фона применяются экраны, сделанные из вертикально поставленных листов фанеры (рис. 45 и 56) (§ 12, 7).
Рис. 47. Правильное расположение приборов при демонстрации.
8. Освещение п подсвет. В целом ряде опытов плохо видны приборы, расположенные на демонстрационном столе, на фоне чёрной классной доски и освещаемые через окна сбоку слева, в особенности в сумеречные дни. Тонкие провода и детали некото
§ Н, 8
61
рых приборов, окрашенные в тёмные цвета, учащиеся не в состоянии рассмотреть. Поэтому в целях улучшения видимости даже днём приходится прибегать к дополнительному освещению.
Рис. 48, I и II. Применение преподавателем подставок позволяет учащимся ясно видеть на демонстрационном столе схему включения приборов в электрической установке (измерение ’мощности или сопротивления лампочки).
Однако, при неправильном освещении классной доски на ней возникают такие отсветы и блики, которые не позволяют видеть написанное на ней мелом. Подобное же явление отсветов получается также при проведении демонстраций, что может привести
62
£ 12, 1
к сильному, а то и полному исчезновению видимости. Действительно, многие приборы имеют стеклянные и металлические полированные части; отражение света от них создаёт настолько яркие блики, что происходит не только исчезновение видимости деталей, но и ослабление зрительного восприятия прибора в целом. Особенно важное значение это имеет, когда демонстрируются процессы, происходящие за стеклянной стенкой, например, в стеклянной посуде внутри жидкости.
Повышение видимости вообще и борьба с отсветами производится при помощи дополнительного освещения прибора спереди, сбоку или сзади (рис. 58). Особенно возрастает видимость при просвечивании сзади стеклянных приборов с жидкостями, для чего употребляется специальный осветитель, называемый просвечивающим экраном (рис. 57) (§ 12, 7).
§ 12.	Подсобные приборы»
1.	Назначение и виды подсобных приборов. Как было уже указано выше, подсобные приборы сами по себе не являются ни предметом демонстрации, ни тем более объектом изучения и никак не могут считаться необходимыми
для воспроизведения тех или иных физических явлений. К подсобным приборам относятся прежде всего всякого рода поддерживающие при
Рис. 49, I и И. Таган и железная асбестированная сетка.
способления: 1) таганы и лабораторные штативы; 2) подставки и подъёмные столики; 3) рамы; 4) угловые панели. Все эти приборы служат для создания точек опоры для основных приборов, когда последние надо расположить на известной высоте. Таганы и лабораторные штативы при этом предназначаются в основном для помещения на них колб, химических стаканов и т. п., на
§ /2, 2
63
греваемых на спиртовках или иных источниках теплоты, но, кроме того, в широкой мере употребляются и для укрепления на них других приборов.
Подставки и подъёмные столики применяются главным образом для обеспечения лучшей видимости приборов, позволяя, в частности, располагать приборы в случае надобности амфитеатром (рис. 48, П, 318 и 326).
Рис. 50, 1 и II. Лабораторный штатив и лапки к нему.
Кроме поддерживающих приспособлений, к подсобным приборам должны быть причислены всякого рода экраны, предназначенные в целях улучшения видимости для создания фона, осветители и ряд других приборов специального назначения, например, дымарь, наклонное зеркало и пр.
2.	Таганы и лабораторные штативы. Таганы (рис. 49) находят себе применение только при отсутствии или недостатке лабораторных штативов (рис. 50). Так как они более дёшевы, чем штативы, то их приходится употреблять при лабораторных работах. Основные недостатки таганов заключаются в том, что высота их не может быть изменена и помещённый на них прибор нельзя закрепить, как это нетрудно сделать при помощи лабораторных штативов. Лабораторные штативы снабжаются разного рода при
64
£ 12, 3
способлениями, из которых кольца служат, как подставки, и лапки, как приспособления, поддерживающие приборы на весу
(рис. 50,11). Кроме того, лапки не боров, поставленных на кольца. При зажимании стеклянных трубок, горлышек колб в лапках устраивают прокладки из бумаги или пробки. Тонкие металлические части зажимаются при помощи кусочков дерева.
При пользовании таганами и штативами для нагревания жидкостей в стеклянной химической посуде, необходимо между дном последней и пламенем помещать железную асбестирован-
допускают падения в сторону при-
Рис. 51. Рама настольная для опы- Рис. 52. Рама большая для магде-тов по механике.	бургских полушарий, электромаг-
нита и т. п.
ную по середине сетку (рис. 49, II). Без сетки посуда может лопнуть вследствие неравномерного нагревания её дна и стенок.
3.	Рамы. В продаже рам не имеется, но так как без них обойтись очень трудно, то их приходится изготавливать своими .силами или заказывать столяру. Как минимум нужны две рамы:
$ 12, 3
63
одна —настольная (рис. 51) и другая, предназначенная для установки на полу класса (рис. 52). Настольная рама служит, главным образом, для укрепления на ней блоков и полиспастов. Делают её из деревянных брусков (лучше всего из берёзовых, сечением примерно 2,5 см^Ь см), высотой 70 см. и шириной 100 см1к Бруски связываются между собой на ребро, чтобы они оказались широкой стороной обращёнными к зрителю. Основанием рамы
Рис. 53. Подъёмный столик.
может служить доска или, много лучше, ножки с откосами. Для укрепления на рамах в продаже имеются специальные блоки на струбцинках
Рис. 54. Технический вольтметр, смонтированный на угловой панели.
(рис. 242); для подвешивания же обыкновенных блоков, полиспастов и других приборов в верхний брусок ввёртывают петельки (рис. 452).
Большая рама предназначается для подвешивания магде-бургских полушарий и электромагнита с тем, чтобы продемонстрировать, что груз человеческого тела оказывается недостаточным для отрыва полушарий друг от друга или якоря от электромагнита (рис. 214 и 365). Большую раму делают из брусков (5 смх8 см) высотой в 180—200 см и шириной в 50—60 см*\
й Об изготовлении — см. т. III, § 10
5 Е. II. Горячкин
66
£ 12. 4—5
4.	Подставки. Обыкновенные кирпичи являются очень удобными подставками для приборов, но они тяжелы, царапают и пачкают демонстрационный стол. Поэтому находят себе приме
нение «кирпичи», сделанные из деревянного бруска с прямоуголь-
ным сечением (7 см X 12 см X 25 см) и окрашенные тёмной маслинной краской. Необходимы также подставки в виде прямоугольных параллелепипедов, сбитых из досок (узкие стороны) и клеёной фанеры. Во избежание загрязнения их покрывают «морилкой» и сверху каким-либо лаком. Для удобного захватывания при переносках на двух-трёх стенках просверливают отверстия для пальцев1^. Такие подставки находят себе самое широкое применение при демонстрационном эксперименте.
I
Рис. 55. Монтаж звонка на угловой панели с двояким расположением клемм.
в
II
5.	Подъёмные столики. Подъёмные столики служат, так же как и подставки, для помещения физических приборов на некоторой высоте над демонстрационным столом, главным образом для обеспечения видимости.
Подъёмный столик Гезехуса служит в качестве подставки для сравнительно крупных предметов. Размер его крышки обыкновенно делается около 50 смхЗЬ см. Высота его может изменяться при помощи вращающейся рукоятки, насаженной на вал с винтовой резьбой. Этот вал при своём
*) Об изготовлении — см. т. III, § 10.
§ 12, 6—7
67
вращении, действуя на гайки, укреплённые в скрещивающихся ножках, позволяет изменять высоту в пределах примерно от 10 см до 40 см. Простота изменения высоты и достаточная прочность столика заставляют настоятельно рекомендовать его для физического кабинета. Такой же рекомендации заслуживает малый подъёмный столик с круглой крышкой, применяемый для помещения на нём малых по размеру предметов (рис. 53). Высота его меняется посредством перемещения стержня во втулке чугунного основания. Закрепление стержня со столиком на той или иной высоте производится винтом А.
6.	Угловые панели. Угловые панели позволяют располагать приборы в вертикальной плоскости, в чём безусловно нуждаются манометры (рис. 171), некоторые измерительные электрические приборы (рис. 54), электрические звонки (рис. 55) и др.
Действительно, перечисленные приборы могут работать или давать правильные показания только тогда, когда они расположены вертикально. Но кроме того, к монтажу на панелях прибегают и в тех случаях, когда приборы, поставленные на демонстрационный стол, остаются скрытыми от глаз учащихся. К числу таких приборов относятся, главным образом, электрические приборы, как, например, звонок, всякого рода выключатели, модели телеграфа и пр. Чтобы выяснить выгоды монтажа на угловых панелях, достаточно сравнить между собой вид приборов при обычном расположении на столе и при монтаже их на углевых подставках. Угловые панели бывают двух типов: упрощенные и более сложные (рис. 54 и 55). Следует предпочесть последний тип, как более устойчивый1).
При монтаже электрических приборов следует на каждый провод ставить по две клеммы: одну А] и В, на верху панели и другую А2 и В2 снизу (рис. 55). Тогда подключение к верхним клеммам обеспечит видимое для учащихся раепдложение проводов навесу, что важно при некоторых демонстрациях, когда, кроме самих приборов, изучается также схема соединения приборов друг с другом. Нижние клеммы оказываются более удобными при лабораторных работах и в тех случаях, когда при демонстрациях нет надобности обращать внимание на схему соединения приборов между собой.
7.	Экраны для создания фона. Выше (§ 11, 7) было указано значение фона, на котором производится демонстрирование прибора или опыта. Во многих случаях, помещая за прибором небольшой экран, окрашенный белой или чёрной краской, удаётся значительно увеличить видимость. Чтобы убедиться в справедливости этого, нужно сравнить видимость одного и того же прибора на фоне белого и чёрного экранов. Экран нетрудно сделать своими силами, изготовив три брусочка (рис. 56, II) с поперечным про-
Об изготовлении — см. т. III, § 10.
5*
68

резом А посередине такой ширины, чтобы вставленный в них лист фанеры В удерживался в вертикальном положении х). Следует заготовить два-три листа фанеры различного размера и брать
из них тот наименьший, который соответствует размерам прибора. Листы делаются прямоугольной формы, что позволяет устанавливать их применительно к прибору двумя способами: длинным ребром горизонтально или вертикально. Одну сторону экрана покрывают белой краской или бумагой, другую нужно сделать матово-чёрной, покрыв её чёрной масляной краской (сажей), материей или бумагой
При демонстрации явлений, происходящих в
и,----------------50
Рис. 57. Устройство просвечивающего экрана.
Рис. 58. Лампа с глубоким колпаком и настольная электрическая лампа, полезные для подсвечивания.
жидкостях внутри стеклянных сосудов, несравненное улучшение видимости получается при пользовании просвечивающим экраном (рис. 57). Устройство его чрезвычайно просто. Из досок сколачивают ящик с фанерным дном. Ящик для придания большей устойчивости укрепляют на доске, образующей собой подставку. В боковых стенках просверливают широкие отверстия, служащие для вентиляционных целей. Внутри ящика устанавливают три-четыре патрона с лампочками накаливания (25 W, лучше 15 W). Провод, подводящий к лампам ток, снабжают штепсельной вилкой для включения в сеть ос-
• вещения. Переднюю стенку, показанную на рисунке 57 от-
сутствующей, делают из листа бумаги, лучше всего — белой обёрточной. Этот лист приклеивают наглухо по краям ящика. При горении ламп бумага пропускает через себя рассеянный мягкий свет.
х) Об изготовлении—см. т. Ill, § 10.
£ 12, 8—9
69
8.	Осветители. В сумеречные дни нередко приходится пользоваться дополнительными осветителями для освещения всей демонстрационной установки или её отдельных частей. В первом случае зажигают освещение во всём помещении класса; во втором — берут электрическую лампу, закрепив её патрон в лабораторном штативе и снабдив глубоким непрозрачным колпаком (рис. 58, 1). Из обычной настольной арматуры могут быть с большей пользой применены типы, показанные на рисунках 58, II и III.
9.	Наклонное зеркало. Для демонстрации некоторых явлений, происходящих в горизонтальной плоскости, можно поль-
Рис. 59. Применение наклонного зеркала для демонстрации явлений, происходящих на горизонтальной плоскости.
можно держать соответствую-
зоваться наклонным зеркалом. Проще всего использовать обыкновенное настенное зеркало размером примерно 70 смхЬО см. При пользовании зеркалом ег
щим образом в руках (рис. 59). Но в таком случае производство опыта требует второго человека, а присутствие двух людей около
Рис. 60. Устройство дымаря.
70
£ 12, 10; § 13, 1
установки заставляет их невольно мешать друг другу. Поэтому рациональнее наклонное зеркало смонтировать на специальной подставке или закрепить при помощи штатива. Тогда зеркалу можно придавать любой угол наклона и с помощью винта закреплять в том или ином положении.
10.	Дымарь. Как указано выше (§ 11, 5), для обеспечения видимости некоторых явлений по оптике и др. применяется задымление воздуха. Для получения дыма служит прибор, называемый дымарём. Сущность действия простейшего дымаря состоит в том, что через горящую папиросу продувают воздух так, чтобы последний входил в неё с зажжённого конца и выходил вместе с дымом из мундштука. Конструкция дымаря может быть различной, в зависимости от типа взятого сосуда. Если дуть ртом или нагнетать воздух насосом Шинца в трубку В, то через другую резиновую трубку А станет выходить густой дым (рис. 60). Об изготовлении дымаря — см. т. III.
§ 13. Проекционные приборы.
1.	Назначение проекторов. Проекционные приборы, или фонари, служат в основном для проектирования на экран увеличенных изображений прозрачных и непро
Рис. 61. Проекционный фонарь школьного типа и его устройство.
зрачных картинок, а также некоторых приборов и воспроизводимых с их помощью физических явлений. Кинопроекторы предназначены для получения движущихся изображений, а некоторые типы из них, кроме того, для воспроизведения записанного на плёнку звука (см. т. III, § 22, т. I, § 23). Наконец, проекционные приборы в школе используются также в качестве осветителей при опытах по оптике (§§ 54 и 55).
Существуют два способа проектирования—один из них общеизвестный, при которохм проектирование прозрачных или сильно освещённых объектов производится с помощью оптических линз (объектива). При другом способе на экране получают теневое
§ 13, 2
71
изображение непрозрачных предметов. Приборы для теневого проектирования описаны в § 24, 4.
2.	Типы проекционных фонарей. Проекционные приборы, применяемые в школе, могут быть разделены на два основных типа, предназначенных для проектирования: 1) картинок (рис. 61) и 2) физических приборов (рис. 62). По-
Рис. 62. Проекционный фонарь с оптической скамьёй (опыт — спектры паров металлов).
следний тип проекторов применяется также в школе не как подсобный, а как основной прибор для демонстрации некоторых явлений геометрической оптики, для чего снабжается особым устройством, называемым оптической скамьёй, и рядом принадлежностей (рис. 63). Кроме того, он используется для проектирования картинок, почему и может быть назван универсальным.
Проекционные фонари, служащие для проектирования картинок, в свою очередь бывают двух видов, называемых эпископами и диаскопами.
ЭпископохМ называют проекционный аппарат, служащий для проектирования на экран непрозрачных картин, например, рисунков, чертежей, текста из книг (рис. 64). Диаскоп предназначен для проектирования диапозитивов, т. е. прозрачных картинок, выполненных на стекле или целлулоиде (рис. 61 и 65). Эпидиаскоп — универсальный аппарат, позволяющий получать проекцию как прозрачных, таки непрозрачных картин (рис. 64). Наи-
72
£ 13, 3
Рис. 63. Набор к проекционной скамье.
В — корпус фонаря, А — задняя стенка корпуса с рефлектором, D — конденсор, F — рамка для диапозитивов, К — столик, L — часть скамьи, Е — рейтер , S — задняя стенка корпуса с вольтовой дугой, Р — лампочка 12 V, /V — раздвижная шель, М и Мч — экраны со щелями и круглыми отверстиями, О — объектив , 1 — подставки для вкладывания линз.
большее распространение получили диаскопы, называемые обычно проекционным фонарём.
3.	Дааскэп. Диаскоп имеет железный корпус, служащий для помещения источника света и снабжённый сбоку и снизу отверстиями, а также вытяжной или вентиляционной трубой А для обеспечения циркуляции воздуха, что необходимо в целях охлаждения (рис. 61). В корпусе имеется круглое отверстие для помещения конденсора, состоящего из двух плоско-выпуклых короткофокусных линз С, обращённых выпуклостями друг к другу (рис. 61, II). Конденсор предназначен для превращения расходяще-
§ /5, 3
73
Рис. 64. Эпидиаскоп.
Рис. 65. Проекционный фонарь для ленточных диапозитивов.
гося пучка света, падающего на него от источника света, в сходящийся пучок, служащий для освещения диапозитива. Для помещения диапозитивов, вставляемых в кассеты рамки (рис. 66), служит рамкодержатель Е на раздвижном тубусе В, в котором укреплён объектив О (рис. 61).
74
£ *3, 4
Изображение диапозитива при помощи этого объектива проектируется на экран. В простейшем случае объективом может служить одна выпуклая линза; для уменьшения аберраций — хроматической (радужная окраска) и сферической (расплывчатость изображения) — объектив составляют из двух или большего количества соответствующим образом подобранных линз.
Описанный диаскоп носит название школьного проекционного фонаря. Для проектирования приборов он непригоден, что суживает круг его применения в преподавании физики. Однако при некоторой простой переделке, заключающейся в удалении
Рис. 66. Рамка А с кассетами В для удобной смены диапозитивов (7.
выступающей части корпуса и в укреплении объектива на отдельном штативе, фонарём можно с успехом пользоваться для проектирования приборов. К числу диаскопов должен быть отнесён также малый проекционный фонарь для плёночных диапозитивов (рис. 65). Устройство его осветителя показано на рисунке 67. О диапозитивах — см. т. I, § 22, рис. 48—52.
4.	Эпископ. Если в диаскопах для йолучения изображения используется свет, проходящий через диапозитив, то в эпископах изображение получается от света, отражённого от непрозрачной картинки (рис. 68). На рисунках 68, 1 и II показан схематически разрез эпископа, где S — источник света, освещающий непрозрачную картинку Р. Лучи света, отражённые от этой картинки, падают на плоское зеркало В и после отражения от него поступают в объектив О. Для эпископа, кроме использования отражённого, а не проходящего через картинку света, характерно отсутствие конденсора. Кроме того, для эпископа совершенно необходим более светосильный, чем в диаскопе, объектив, ввиду значительных потерь света при отражениях от картинки и от зеркала. Поэтому диаметр линз объектива у эпископа берётся более значительный, чем у диаскопа (рис. 61 и 62). Помимо того, в эпископах, как правило, приходится пользоваться возможно
£ /5, 5
75
более сильными источниками света, чтобы получать на экране достаточно яркое изображение. Так как сильный источник света выделяет много теплоты, то для охлаждения должны быть приняты соответствующие меры, для чего в корпусе сделано значительное число вентиляционных отверстий.
Рис. 67. Схема устройства осветителя с лампочкой S у проекционного фонаря (рис. 62 и 65). А — конденсор; В — рефлектор.
На рисунках 64 и 68 изображён аппарат, допускающий не только эпископическое, но и диаскопическое проектирование. Поэтому он снабжён ещё конденсором Е и объективом М (рис. 68, I). В случае использования аппарата для эпископического проектирования конденсор закрывается от проникновения света непрозрачным экраном С, управляемым рукояткой К, расположенной
Рис. 68. Схемы применения эпидиаскопа (рис. 64) для диаскопического (I) и эпископического (I) проектирования.
сбоку корпуса (рис. 64). Для диаскопической проекции экран С опускается на дно аппарата, и свет от источника падает на конденсор и, пройдя сквозь него, освещает диапозитив, проектируемый объективом М.
5.	Проекционный фонарь с оптической скамьёй. Проекционный фонарь с оптической скамьёй, выпускаемый Главучтехпро-мом для проектирования приборов, диапозитивов и демонстра
76
$ 13, 6—7
ции некоторых явлений по оптике, показан в собранном и разобранном виде на рисунках 62 и 63.
Основанием фонаря служит скамья из двух металлических прутьев—«рельсов», на которых помещается корпус В с источником света (лампочка Р, 12 V или 120 V, или вольтова дуга S) и с конденсором D. На скамье могут быть помещены движки Е, предназначенные для укрепления на них: объектива О\ рамки для диапозитивов F; подъёмных столиков Я; линзодержателей J;
непрозрачных экранов М и/V с одной
Рис. 69. Фонарь (осветитель) нового типа с лампой в 300 W (рис. 71, V) для проекционной скамьи.
или несколькими щелями и с круглыми диафрагмами. В новейшей модели фонаря с оптической скамьёй применён корпус иного устройства с более мощной лампой на 110 V (рис. 69). Вольтова дуга смонтирована в другом корпусе с откидным верхом (рис. 70, I и II).
Об управлении фонарём и использовании его для опытов — см. § 23.
6.	Источники света для проекционных фонарей. Проще всего вопрос об
источниках света для проекционных фонарей решается в том случае, когда в школе имеется электрическое освещение. Ис
точниками электрического света могут служить: вольтова дуга или специальные проекционные лампы; в ряде случаев с успехом можно применять также обычные осветительные лампы.
В случае отсутствия в школе электроэнергии единственным подходящим источником света является карбидная (ацетиленовая) горелка (рис. 79), дающая вполне удовлетворительные результаты при правильном и аккуратном пользовании ею. Приме-
нение керосиновых ламп, конечно, возможно, но результаты, полученные с ними, окажутся худшими, даже по сравнению с осветителем, состоящим из лампочки от карманного фонарика, питаемой элементами типа MBD (§ 17. 7).
Если школа имеет возможность заряжать аккумуляторы где-нибудь поблизости, то для проекционного фонаря следует пользоваться проекционной лампочкой на 6—12 V (рис. 71).
7.	Вольтова дуга. Применение вольтовой дуги в качестве источника света для проекционных фонарей в условиях современной техники, располагающей специально сконструированными про-
Рис. 70. Ручной регулятор для вольтовой дуги в оптической скамье.
78
$ 13, 7
екционными лампами, не является необходимостью, за исключением некоторых демонстраций, не находящих себе места в курсе физики семилетней школы. Поэтому здесь вопрос о вольтовой дуге, как основном источнике света для фонарей, не рассмат-
Рис. 71, I—VI. Лампы для проекционных фонарей:
I — бытовая, II — кинопроекционная — 110 V и 300 W, 111 — в 500 W от эпидиаскопа, у _ кинопроекционная — 12 V и 30 W, IV — «точечная» от проекционной скамьи, VI — «котельная» — 12 V.
§13, 8
79
ривается. Однако, приходится всё же упомянуть о регуляторе для вольтовой дуги, входящем в комплект фонаря с оптической
скамьёй, Главуч-техпрома. На рисунке 70 показано устройство такого регулятора. Угли расположены под углом и сближаются и раздвигаются посредством вращения винтов N с широкими головками. Основное неудобство заключается в том, что нет* приспособления для одновременного управления обоими углями, и каждый из них должен
Рис. 71, VII—IX.
Лампочки: от карманного фонарика (VII) рудничная на 4 V. для переносных фонарей (VIII) и прожекторная (IX).
перемещаться отдельным винтом. Вследствие этого
зажечь дугу, а тем
более поддерживать её правильное горение —сложное дело. Для наблюдения за горением дуги в корпусе сделаны окошечки М. О
Рис. 72. Штатив для осветительной лампы.
питании вольтовой дуги — см. § 43.
8.	Осветительные лампы. Чем меньшую площадь занимает в электрической лампочке накаливаемый волосок, техМ с большим к. п. д. может быть в проекционных фонарях использован её свет. Поэтому наилучшие результаты по сравнению с другими обычными осветительными даёт лампочка с биспи-ральным волоском.
Такую лампочку с успехом можно применять в школьном проекционном фонаре (рис. 61). Для осветительных ламп Главучтехпром выпускает специальные подставки (рис. 72). Такие подставки, позволяющие изменять высоту лампы, снабжены для лучшего
использования света вогнутыми зеркалами М (рефлекторами).
80
£ 13, 9—11
9.	Кинопроекционная лампа в 300 W. У лампы от кинопроекционного аппарата УП-1 и УП-2 (см. т. Ill, § 22), которая с большим успехом может применяться в школьном проекционном фонаре, волосок расположен так, что занимает сравнительно небольшую поверхность (рис. 71, И). Подобные лампы изготовляются мощностью в 300 W и для напряжений в 110 и 210 V. Достоинство кинопроекционной лампы в 300 W в её значительной мощности и, следовательно, в сильном свете. К числу «недостатков» должно быть отнесено устройство цоколя, требующего специального патрона типа Свана.
Правила пользования кинопроекционной лампой в 300 W:
I.	Лампа при своём горении выделяет, вследствие своей значительной мощности, большое количество теплоты, и стекло её баллона нагревается настолько, что приведённые в соприкосновение с ним бумага и другие горючие вещества воспламеняются. По причине значительной теплоотдачи её можно использовать только в железном корпусе фонаря; помещать же ее внутри картонных или деревянных корсбок ни в коехм случае нельзя.
II.	Лампа при своём горении должна: а) занимать обязательно вертикальное положение и б) быть обращённой цоколем вниз. При расположении её боком или цоколем вверх стекло баллона расплавляется, вспучивается и затем лопается.
10.	Лампа в 500 W для эпидиаскопа. Лампа для эпидиаскопа имеет такое же расположение волоска, как и кинопроекционная, и при пользовании ею должны соблюдаться изложенные выше требования. Благодаря большому объёму баллона лампа допускает при работе наклонное положение (рис. 68). Так как лампа имеет цоколь Эдисона, то её очень просто использовать в школьном проекционном фонаре, и, если не считаться с количеством расходуемой электроэнергии, она является наилучшим источником света при проектировании диапозитивов (рис. 71, III).
11.	Кинопроекционная лампа на 12 V. В старого типа проекторах для диапозитивов на киноплёнке (рис. 65) и у школьной проекционной скамьи (рис. 62) применялись в качестве источника света кинопроекционные лампы на 12 V мощностью b30W или 50 W (рис. 71, V). В новых образцах этих проекционных аппаратов в настоящее время используется «точечная» лампа (рис. 71, IV). К числу «недостатков» лампы на 12 V относится необходимость применять трансформатор, снижающий напряжение тока освеще-
f 12
81
ния co 120 V или 220 Удо 12 V (§ 51). Лампа требует патрона Свана (рис. 73).
12.	Включение ламп для проекционных фонарей. Включение осветительных ламп (рис. 71, I), применяемых в проекционном
фонаре, производится обычным путём посредством шнура со штепсельной вилкой, вставляемой в штепсельную розетку. Точно так же присоединяется к осветительной сети лампа эпидиаскопа (рис. 71, 111). «Точечная» проекционная лампа и кинопроекционная рассчитаны на напряжение в 110 V и весьма чувствительны как к недокалу, так и перекалу. В первом случае лампы станут давать недостаточное количество света, во втором — срок службы их сильно сократится, и они быстро пе
Рис. 73. Патроны Свана.
регорят. Поэтому весьма полезно включать их через автотрансфор-
матор, употребляемый для поддержания нормального напряжения у радиоприёмников (рис. 74). Такой трансформатор позволяет
повысить или понизить на-
Рис. 74. Автотрансформатор. 07 — сеть выключена;
пряжение по сравнению с сетью освещения. Схема автотрансформатора показана на рисунке 75, 11; его щиток с гнёздами для вилок—на рисунке 75,1. Лампа кинопроектора присоединяется вилкой к гнёздам с надписью «выход». Вилка, подводящая ток от сети освещения, одной ножкой вставляется в гнездо 0. Поворачивая вилку вокруг этой ножки, можно другую ножку вставить в любое из гнёзд 7, 2, 3, 4 или <5. Схема рисунка 75 показывает, что при включениях в гнёзда:
02 —напряжение на выходе меньше, чем в сети;
03 —напряжение на выходе равно напряжению в сети;
04 — напряжение на выходе больше, чем в сети;
05 — напряжение на выходе ещё сильнее повышается по срав
нению с предыдущим случаем.
6 Е. Н. Горячкин
82
§ 13, 12
Настоятельно рекомендуется применение сетевого автотрансформатора1), тем более, что он окажется полезным при постановке некоторых опытов.	тт
Выход
Сеть
Рис. 75. Щиток автотрансформатора (I) и его схема (II).
Для кинолампы на 12 V надо пользоваться специальным трансформатором с щитком для изменения напряжения (рис. 76, I) в пределах примерно 10—18 V, для чего вилка от лампочки на 12 V может быть вставлена в гнёзда одним из трёх способов (рис. 76,11).
I	II
Рис. 76. I — кинотрансформатор, позволяющий получить напряжения 6, 12, 14, 16 и 18 V; II — простейший щиток для напряжений 10, 12 и 14 V.
Если проекционные лампы имеют напряжение в 110 V, а напряжение в осветительной сети равно 220 V, то для понижения напряжения соответствующим образом необходимо применять трансформатор с 220 V на 120 V. За отсутствием такого трансфор-
’) Следует взять автотрансформатор мощностью до 500 W во избежание перегревания обмотки. Приобрести его можно в радиомагазине.
§ 13, 13
83
матора лампы можно включать в сеть через реостат, проще всего ламповый (§ 43).
13.	Центрирование света. Лучи света от источника распространяются во все стороны, но в проекционных фонарях используется лишь та их часть, которая падает на конденсор. Поэтому в целях максимального использования света сзади источника ставят вогнутое зеркало (рис. 72). Необходимейшим условием для успешного пользования проекционными фонарями является умение правильно установить: 1) источник света по отношению к конденсору и главной оптической оси и 2) зеркало по отношению к источнику света.
1) Установка обыкновенной лампочки и вольтовой дуги. Сначала рассмотрим вопрос об установке источника света, в виде обыкновенной лампочки, по отношению к конденсору, считая, что зеркало отсутствует.
Лампочку или вольтову дугу необходимо расположить так, чтобы нить лампы или пламя дуги оказались расположенными на главной оптической оси, проходящей через центры конденсора и объектива. Кроме того, далеко,не безразлично, на каком расстоянии от конденсора находится вольтова дуга или лампа. При неправильном расположении источника света на экране образуются тёмные пятна или же края освещённого круга примут радужную окраску. Радужная окраска красноватого цвета показывает, что источник расположен слишком близко; тогда осветитель надо отодвинуть от конденсора. При синеватой окраске источник находится чересчур далеко, и его надо придвинуть к конденсору. В нижеследующей таблице (стр. 84) изображены виды тёмных пятен, получаемых на экране при неправильной установке источника, и указаны способы для их устранения.
Для получения правильно освещённого круга на экране надо перемещать соответствующим образом всю подставку (рис. 72) или одну лампочку на ней. После установки лампочки на подставку надевают рефлектор-зеркало . и, не смещая подставки и лампы, меняют расстояние и высоту рефлектора до полного исчезновения бликов на экране.
Вопрос о центрировании света рассмотрен также в § 24.
2) Установка кинопроекционных ламп. Рассмотрим сначала установку кинопроекционной лампы на 12 V (рис. 71, V), применяемой в малом проекционном фонаре (рис. 65) и оптической скамье (рис. 62).
Центрирование лампы на 12 V:
I. Лампочку 5 располагают волоском к конденсору В и притом так, чтобы плоскость волоска оказалась перпендикулярной к главной оптической оси (рис. 77).
6*
84
$ 13, 13
Центрирование света
	Вид	пятен	Причина: источник света находится	У стране н и е. источник света сместить
1		Кольцо по краям	далеко	придвинуть
2	о	Два серпа по краям	»	»
3		Пятно в центре	близко	отодвинуть
4		Серп справа	справа	влево
5	□	Серп слева	слева	вправо
6		Серп сверху	выше	вниз
7		Серп снизу	ниже	вверх
8	I	I	Пятен нет	Установка	правильна
§ 13, 13
85
П. Посредством объектива получают на экране светлый круг. Перемещая объектив, добиваются, чтобы этот круг имел резко очерченные края, не обращая внимания на тёмные пятна внутри круга. Замечают, на каком расстоянии от конденсора расположится при этом передняя линза объектива.
III.	Снимают объектив и на то место, где располагалась передняя линза объектива, помещают перпендикулярно к оптической оси лист белой бумаги. Тогда на листе получится изображение светлого круга с яркой точкой или пят-HOxM внутри.
IV.	Перемещают патрон с лампой по отношению к конденсору вперёд или назад так, чтобы светлое пятно прежде всего приняло наименьшую величину.
V.	Поднимают патрон с лампой выше или ниже и добиваются, чтобы пятно расположилось на горизонтальном диаметре освещённого круга.
VI.	Вращают патрон с лампой, чтобы пятно оказалось точно в центре круга.
Когда последнее требование будет выполнено, установку лампочки можно считать законченной, и тогда на экране с помощью объектива может быть получен освещённый круг, не содержащий пятен.
После этого надо установить зеркало В (рис. 77). Прежде всего отодвигают объектив от конденсора так, чтобы на экране получилось резкое (обратное) изображение Ь раскалённой нити лампочки в увеличенном виде. Затем, приближая зеркало к лампочке, а также меняя наклон зеркала, добиваются, чтобы появившееся на экране второе (прямое) изображение а нити оказалось в «фокусе» й расположилось так, как показано на рисунке 78,1.
Подобно лампе на 12 V производится установка кинопроекционной лампы на 120 V (300 W). Лампу в 300 W помещают так, чтобы её светящая площадка оказалась перпендикулярной к оптической оси и расположилась против середины конденсора. Для установки лампы в 300 W руководствуются положениями II—VI изложенных выше правил или указаниями, данными в таблице (пункт 1).
Зеркало к этой лампе устанавливают так, чтобы получить на экране (при отодвинутом на должное расстояние объективе) вто-
86
£ /5, U
В
Рис. 77. Правильное положение кинопроекционной лампы на 12 V относительно первой линзы В (выпукловогнутой) сложного конденсора.
рое изображение зигзага нити, смещённое относительно первого (рис. 78, II).
Вопрос о центрировании света киноламп на 12 V и на 120 W изложен также в § 21.
14. Карбидная (ацетиленовая) лампа. На рисунке 79 показана карбидная (ацетиленовая) лампа, которую приходится применять в проекционном фонаре при отсутствии электрического освещения в школе. Достаточно яркое для проектирования пламя в этой горелке получается при горении газа ацетилена, выделяющегося из карбида кальция при действии на него воды. Для получения газа служит устройство А, называемое генератором; ацетилен сгорает в рожке J горелки В. В состав генератора входят: резервуар С, в котором помещается ведёрко D, куда засыпают карбид; бачок Е для воды с винтом — для регулировки её подачи (рис. 79, III).
Существует несколько различных конструкций ацетиленового генератора, поэтому они не описываются. К лампе обычно приложена инструкция по зарядке карбидом и управлению ею.
После использования генератора и горелки их надо разобрать, вычистить, вымыть и высушить.
Рис. 78. Изображения на экране нитей накала лампочек на 12 V и 120 V при правильном расположении зеркала.
Изображение: Ъ — от конденсора, а — от рефлектора.
Центрирование света ацетиленовой горелки производится точно так же, как при электрических лампах.
§ 13, 15, § 14, 1
87
15. Уход за проекционными приборами. Для проекционных фонарей желательно сшить чехлы из плотной материи для защиты
от пыли, главным образом, их «оптики».
Как линзы, так и зеркало требуют самого бережного обращения и ухода. Стёкла следует периодически протирать посредством кусочка замши или самой мягкой (стираной) и безусловно чистой тряпочкой. Протирание пальцами, а тем более первой попавшейся под руки тряпкой, хотя бы чистой, недопустимо, так как может привести к образованию царапин, в особенности на стёклах, сделанных из плексигласса. Зеркала в случае запыления обмахивают мягкой волосяной кисточкой или очень осторожно протирают мягкой тряпочкой. При образовании на зеркалах пятен иногда помогает обмывание их поверхности спиртом с последующим протиранием их сухой тряпочкой.
§ 14. Технические модели.
1. Назначение и виды моделей. Вопрос о назначении и видах технических моделей подробно рассмотрен в т. Л, § 17. Поэтому здесь мы ограничимся описанием конструкций некоторых из них (паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, водяные турбины, насосы и др.). Упрощенные модели, изготавливаемые своими силами, описаны вт. III.
Рис. 79, III. Устройство генератора.
88
§ t4, 2
Рис. 80. Модель парового котла и вертикальной паровой машины с золотниковой коробкой.
Рис. 81, 1. Упрощенная модель паровой машины с качающимся цилиндром.
2. Паровые машины и парораспределительные механизмы. Мо-
дели паровых машин по своему внешнему виду напоминают машины, применяемые в технике. Котлы у наиболее совершенных моделей имеют соответствующую арматуру, как-то: манометр,
водомерное стекло, предохранительный клапан, насос для по-
дачи воды, свисток и т. п. Паровая машина такой модели содержит паро распределительный	меха-
низм — золотниковую коробку, коленчатый вал, эксцентрик и маховик (рис. 80). Благодаря этому модель с большим успехом находит себе применение при рассмотрении устройства паровой машины. В настоящее время промышленностью выпускается упрощенная модель, показанная на рисунке 81. 1. Парораспреде-
Рис 81, II. Устройство цилиндра упрощенной паровой машины.
ление производится без помощи золотниковой коробки посредством качающегося цилиндра (рис. 81, II).
Перед пуском в ход моделей надо прежде всего убедиться, что
предохранительный клапан находится в полной исправности, ина
§	3
89
че возможен взрыв котла. Для такой проверки следует насосом
Шинца (рис. 206) продуть воздух через отверстие для наливания
воды. Если клапан в исправности, то станет выходить наружу. В случае загрязнения клапана его надо самым тщательным образом очистить, не прибегая при этом ни к ножу, ни к наждачной бумаге, чтобы не сделать на клапане царапин. До пуска в ход необходимо также смазать подшипники у паровой машины и убедиться, что её вал с маховиком сравнительно свободно поворачивается от руки.
После проверки клапана и смазки наливают в котёл воды так, чтобы её уровень поднялся почти до верха. Горелку наполняют денатурированным или древесным спиртом (не керосином!) и, поставив горелку в топку, зажигают. Так как механизм паровой машины может оказаться на мёртвой точке, то после пуска пара в цилиндр следует подтолкнуть маховик от руки.
Промышленностью выпускалась также паровая турбина (рис. 82, I и II). Достоинство модели заключалось в зна-
воздух, приподняв его,
Рис. 82, I. Упрощенная модель активной паровой турбины.
чительной величине турбины и главное в том, что, сняв крышку, можно увидеть устройство ротора.
Модели парораспределительных ме-
ханизмов, выпускаемые промышлен-
ностью, настолько несовершенны в демонстрационном отношении (рис. 83), что им следует предпочесть самодельные или даже печатные таблицы: «Устройство паровой машины». Приводятся в действие модели вращением рукоятки.
3.	Двигатель внутреннего сгорания. Большой интерес для школ представляет собой действующая модель авиационного моторчика, сконструированная для летающих моделей (рис. 84). Демонстрация этой модели, приводящей в быстрое вращение пропеллер, производит исключительно сильное впечатление на учащихся при её демонстрации на уроке или при кружковых занятиях.
Двигатель состоит из цилиндра с картером Л, карбюратора В, бака для горючего С и индукционной катушки, служащей для получения искры в свече Е. Для питания индукционной катушки необходима батарейка от карманного фонарика или 2—3 элемента или аккумулятора. Двигатель— двухтактный (а не че-
90
$ 14, 3
Рис. 82, II. Устройство упрощенной модели паровой турбины.
Рис. 83, I. Модель парораспределительного механизма с золотниковой коробкой.
тырёхтактный!); поэтому его приходится применять лишь для демонстрации действия, а не для объяснения его устройства. За недостатком места отказываемся от описаний устройства и правил пуска его в ход, отсылая преподавателя к инструкции, прилагаемой к модели при продаже.
§ м, 3
91
Рис. 83, II. Модель парораспределительного механизма с золотником в виде двух поршней.
Модель механизма двигателя внутреннего сгорания полу-
чила значительное распространение в школах
несмотря на свои крупные недостатки, весьма нужным прибором при изучении четырёхтактного двигателя (рис. 85). Посредством рукоятки, помещённой сзади прибора, приводится во вращение вал с кривошипом А, действующим на шатун В поршня и заставляющим последний перемешаться попеременно вверх и вниз. На этом*же валу помещена шестерня 4, сцеплённая с двумя другими шестернями 1 и 2, снабжёнными кулачками. При. соответствующих движениях кулачков происходит открывание и закрывание впускного и выпускного клапанов. В том месте, где помещается свеча, поставлена лампочка от карман-
и является,
92

кого фонарика, зажигающаяся в начале третьего такта в момент, соответствующий вспышке. Лампочка требует батареи в 3—4 V, присоединяемой к соответствующим клеммам, имеющимся на корпусе модели.
Рис. 85, I и II. Модель механизма двигателя внутреннего сгорания (клеммы + и — служат для включения батареи).
Корпусу модели придана объёмная форма, и в широкой мере применена раскраска отдельных частей для их выделения. Существенным недостатком модели является то, что клапаны сами по себе плохо видны, и это делает мало заметными их движения.
Свечу от двигателя внутреннего сгорания можно легко достать в любом гараже.
4.	Водяные турбины. На рисунке 86 показана модель налив-» ного и подливного колёс. Для демонстрации наливного колеса жолоб А, на который льют воду, помещён сверху; при показе подливного пользуются бачком В, с отверстием, закрываемым задвижкой С. В первом случае вода, заполняя ковши, приводит ко
§ 14, 1
93
лесо во вращение своим весом; во втором — используется кинетическая энергия воды, текущей по жолобу D.
Модель водяной турбины Пельтона имеет достаточно крупные размеры и, главное, стеклянные стенки, что позволяет хорошо видетьеё внутреннее устройство; она служит весьма ценным пособием (рис. 87). Для приведения её в движение пользуются водопроводом, присоединяя её сопло А к водопроводному крану посредством резиновой трубки. Для выхода отработанной воды служит патрубок, на который надевают широкий резиновый шланг, взятый, например, от старого противогаза. При демонстрациях,
Рис. 86. Подливное и наливное колесо.
чуть отвернув кран, получают сначала настолько слабую струю, чтобы вращение колеса происходило медленно, иначе вследствие быстрого вращения увидеть что-либо трудно. Затем, открывая кран сильнее, постепенно увеличивают скорость до максимума. Предел при этом наступает, когда отработанная вода перестаёт успевать вытекать через водоотводящий патрубок.
Описанная турбина Пельтона развивает сравнительно значительную мощность, благодаря чему от неё можно приводить в действие небольшую динамомашину, например, велосипедную. Уход за турбиной выражается в удалении воды после приведения её в действие, для чего приходится снимать хотя бы одно стекло со стороны, противоположной шкиву. Для этого отвёртывают вин ты С, удерживающие лапки. У турбины необходимо периодически смазывать подшипники. Может случиться, что вал разрегулируется; тогда отвёртывают крышку подшипника и посред-
94
§ 14, 5 - 6
ством отвёртки, вставленной в шлиц (т. е. в прорез, подобный имеющемуся у шурупов), вращают подпятник (рис. 88). На конце этого подпятника, обращённого к валу, сделана конусообразная выточка, в которую входит конус, имеющийся на конце вала турбины. Подпятник, имея на своей поверхности винтовую резьбу, может быть при своём вращении отвёрткой приближен или удалён от конуса вала. Его поворачивают настолько, чтобы
Рис. 87. Модель турбины Пельтона.
вал потерял способность к смещениям, перпендикулярным к его оси (наверх, вниз, вправо или влево), но при этом легко поворачивался вокруг своей оси.
5.	Водяные насосы. Лучшими моделями являются сделанные из стекла и укреплённые на железных штативах (рис. 89—90). Клапаны конусообразной формы сделаны из жёлтого стекла и поэтому хорошо видны (рис. 91). Для плотного прилегания к стенкам цилиндра поршень обматывают ниткой. Если нитки высохли, то насос не сможет работать до тех пор, пока их не смочат.
6.	Разные модели. 1) Детские игрушки. Преподавателю следует приобретать некоторые детские игрушки, особенно те из них, которые могут служить для демонстрации физических явлений как в классе, так и при кружковой работе (планёр, парашют, лодочка с реактивным паровым двигателем, волчок, мо-
§14, о
95
Рис. 88, I и II. Устройство подпятника у модели турбины Пельтона.
Рис. 89. Стеклянная модель водяного всасывающего насоса. (2 — впускной клапан; 2 — поршень с клапаном).
Рис. 90. Стеклянная модель водяного нагнетающего насоса.
1 — впускной клапан; 2 — поршень; 3 — выпускной клапан, А — воздушная «подушка».
дель самолёта, ванька-встанька и др.). Приобретение какой-либо заводной игрушки, например, автомобиля или паровоза, нужно признать необходимым при изучений вопроса об упругой энер-
96
$ 14, 6
гии и механическом движении. Интересно показать учащимся
движущиеся модели электрического трамвая или электровоза и
Рис. 91. Устройство клапанов из стекла.
ных механизмов (ремённая, мых как для демонстраций
танка на гусеничном ходу.
Вообще преподаватель среди игрушек может найти весьма полезные приборы для изучения физики. (Об игрушках и их использовании — см. т. 1, §§ 17 и 49, 7, рис. 23 и 110—ИЗ, а также т. 111.)
2) Набор «Конструктор» является исключительно ценным пособием, так как позволяет из отдельных деталей собрать самые разнообразные модели машин-орудий (тележка, ворот, подъёмный кран и др.) и передаточ-зубчатая, фрикционная), необходи-в классе, так и при работе в круж-
Рис. 92, II. Модель подъёмного крана, собранная из деталей набора «Конструктор».
Рис. 92, I. Модель ремённой передачи, собранная из деталей набора «Конструктор».
ках (рис. 92—93). К набору прилагается электромотор, работающий через трансформатор от сети освещения (рис. 383, 1 и 11).
3) Ш а р и к о - и роликоподшипники служат объектом демонстрации при изучении трения (рис. 94) (см. т. 1, рис. 19).
3
Рис. 93. Важнейшие детали из набора «Конструктор»:
1 — Уголковое железо: 2, 3 и 6 — болты с гайками; 4 — полосовое железо; 5 и 17 — накладки угловая и плоская; 7 и 8 — оси; 9— чстановочное кольцо и 18 — муфта соединительная; 10 — шкив желобчатый; и — плита; 14 — рейка зубчатая; 15 и 16 — колеса;
19 — колесо железнодорожное.
7 Е. Н. Горячкин
98
£ /5, 1—2
Рис. 94. Шарикоподшипник (кольцо и часть обоймы показаны вырезанными).
§ 15. Измерительные приборы.
1.	Виды измерительных приборов. К числу наиболее важных и часто применяемых в семилетней школе приборов принадлежат: весы (рис. 95—99); динамометры (рис. 103—105); термометры (рис. 106) и электрические измерительные приборы (рис. 110—ИЗ). Здесь мы рассмотрим наиболее употребительные виды этих приборов, дополнив описание в соответствующих местах при изложении применения их для опытов и лабораторных работ.
2.	Аптекарские весы. В семилетней школе находят себе применение три вида весов: аптекарские (рис. 95), Беранже (рис. 97) и демонстрационные (рис. 98). Кроме того, в физическом кабинете ока
зываются полезными технические весы (рис. 99).
Из аптекарских весов лучшими являются весы с плоскими чаш-
Рис. 95. Весы аптекарские.
ками. Аптекарские весы (рис. 95) для проведения демонстрационного эксперимента мало пригодны и находят себе применение при лабораторных работах. Устройство аптекарских весов просто и общеизвестно. При уходе за весами следует
Рис. 97. Весы Беранже.
Рис. 96. Схема устройства весов Беранже.
£ /3, 3
99
периодически производить очистку их призм от пыли и грязи. При пользовании весами во избежание порчи призм и потери чувствительности не следует перегружать весы взвешиванием грузов по величине больше предела, указанного на коромысле ве-
сов. Чувствительность аптекарских весов бывает обыкновенно 0,01 г, -Для аптекарских весов в продаже существуют специальные штативы А; при отсутствии последних могут также быть использованы с успехом обыкновенные лабораторные штативы (рис. 50).
3.	Весы Беранже. Схема устройства весов Беранже приведена на рисунке 96; внешний вид их показан на рисунке 97.
Весы Беранже до 2 кг находят себе применение в лабораторных работах: для демонстрационного эксперимента следует иметь 7*
100
$ 15, 4—5
весы до 10 кг, лучше с плоскими «чашками». Чувствительность весов Беранже достигает обычно 0,5 г, но хорошо отрегулированные весы чувствуют 0,1 г. При пользовании весами нагрузка выше предельной нежелательна, так как приводит к уменьшению их чувствительности. Перед пользованием весами следует убедиться, что призмы не выскочили из своих опорных подушек, что случается довольно часто, обыкновенно после переноски весов с места на место. Уход за весами сводится к очистке от грязи, которая легко накапливается на подушках.
Рис. 99. Весы технические и их детали.
4.	Весы демонстрационные. Для демонстрационных весов, кроме сравнительно крупных размеров, характерно наглядное расположение их деталей, позволяющее легко объяснить назначение и устройство отдельных частей, в том числе и арретира (рис. 98). Одна или обе чашки В, В весов могут быть заменены укороченными чашками А, А, снабжёнными снизу крючком для подвешивания ведёрка Архимеда или какого-нибудь тела. Уширение на конце стрелки и крупная шкала обеспечивают видимость на значительном расстоянии как колебаний стрелки, так и наступления равновесия. Чувствительность весов достигает 0,5 г, иногда 0,1 г.
5.	Весы технические. Иметь один экземпляр технических весов в семилетней школе необходимо (рис. 99). Такие весы, помимо того что дадут возможность преподавателю для тех или иных своих нужд производить сравнительно точные взвешивания,
§ 75, 3
101
Правила обращения с техническими весами:
I.	Буквы П и Л, выдавленные на серьгах В (подвесах для чашек) и чашках А, обозначают сторону коромысла (правую или левую от стрелки), на которую должны быть подвешены эти части.
II.	Перед взвешиванием прежде всего производится установка весов по имеющемуся отвесу F при помощи установочных винтов Е. Установка весов может считаться произведённой правильно, если остриё гирьки отвеса F окажется против острия указателя (рис. 99, III).
III.	Разарретировав весы, следует убедиться, что нулевое положение стрелки (т. е. положение покоя в предположении отсутствия трения) соответствует примерно среднему делению шкалы, для чего производятся отсчёты отклонений стрелки вправо и влево. Если нулевое положение окажется сильно не совпадающим со средним делением шкалы, то для совмещения их перемещают путём вращения грузик D, изменяющий центр тяжести коромысла.
IV.	Все операции с весами — подвешивание серёг и чашек, наложение взвешиваемого груза и разновесок, а также корректирование нулевого деления — безусловно необходимо производить, предварительно арретировав весы. При переноске весы также должны быть арретированы; чашки же при этом следует слегка придерживать пальцами.
V.	Если при разарретировании чашки весов оказываются приведёнными в колебательное движение, то колебание следует прекратить, прикасаясь к чашкам мягкой кисточкой или шолоской бумаги.
VI.	Нельзя производить взвешивание мокрых сыпучих тел, а тем более каких-либо химикалиев, помещая их непосредственно на чашки весов. Взвешивание таких объектов следует делать, пользуясь какой-либо тарой или, только в крайних случаях, положив на чашки весов бумажные кружки одинакового размера.
102
£ /5, 6
Рис. 100, I. Разновес латунный.
М иллиграммы
Рис. 102. Как следует брать разновески.
Рис. 100, II. Разновески от 10 мг до 500 мг.

Рис. 101. Разновес керамический.
окажутся полезными для замены демонстрационных весов при их отсутствии. Кроме того, для некоторых опытов (взвешивание воздуха, обнаружение большей весомости углекислого газа по сравнению с воздухом и т. п.) демонстрационные весы и весы Беранже оказываются недостаточно чувствительными.
На рисунке 99 показаны технические весы Главучтехпрома, допускающие взвешивание грузов до 500 г с точностью до 0,05 г. При хра-
нении технические весы
следует защищать от пыли, даже при нахождении их в шкапу. Рекомендуется для весов сшить из плотной материи или клеёнки чехол соответствующего размера.
6.	Гири и разновес. Набор чугунных гирь от 10 кг до 200 а (10 кг, 5 кг, 2 кг, 1 кг, 500 г, 200 г) необходим не только для взвешивания, но и применения их для различных целей.
§ М, 7
103
Для демонстрационных взвешиваний следует иметь разновес от 500 г до 10 мг (рис. 100, I). Для лабораторных работ применимы разновесы от 200 г до 10 мг (рис. 100, II). Керамический разновес (рис. 101) можно брать и наклады
вать на весы непосредственно рукой, что совершенно недо-
пустимо для латунного разновеса. В последнем случае необходимо применять пинцет для разновесок от 50 г и меньше; гири, большие' 50 г, следует брать рукой через бумажку (рис. 102).
7.	Динамометры. Динамометры служат для измерения сил. Наиболее распространены в школах динамометры типа пружин
ных весов — безмены (рис. 103). Они находят себе применение для
Рис. 103. Динамометр пружинные весы.
ный конец пружины
лабораторных работ, но им следует предпочесть более дешёвые и показательные лабораторные динамометры, сконструированные Баку-ши неким (рис: 104). Для демонстрационного эксперимента «пружинные весы» непригодны. Лучшими при демонстрациях являются демонстрационные динамометры, внешний вид и устройство которых показаны на рисунке 105. Измерение силы производится у таких динамометров по величине изгиба стальной прямой пружины (полоски), ВВ, укреплённой неподвижно на одном своём конце. Сила, прилагаемая к верёвке, действует на свободно верёвке, перекинутой
Рис. 104. Динамо-метри Б а к у ш и н-с к о г о для лабораторных работ.
через ролик С
со стрелкой. Винт D служит для корректирования, т. е. для уста-
новки стрелки на нуль. Динамометр закрепляется в лапке лабо
раторного штатива посредством зажимания штыря, имеющегося
сзади корпуса динамометра.
104
§ 15, 8—9
Рис. 105. Устройство демонстрационного динамометра. Ролик для верёвки делается двойным; один из роликов Е служит для верёвки, идущей от пружины, и другой С для верёвки,служащей для измерения силы.
8.	Термометры. Термометры демонстрационного типа для опытов, отличающиеся своими крупными размерами (длина до 1 м) и ясно видимой издали шкалой, нашей промышленностью не выпускаются. Поэтому при демонстрациях приходится пользоваться обычным лабораторным термометром со шкалой из молочного стекла (рис. 106). Отсчёты по ним должен делать сам учитель; учащиеся же, не видя делений шкалы, принимают отсчёты на веру. Для лабораторных работ такие термометры вполне удовлетворительны. При ознакомлении учащихся с устройством термометров полезно воспользоваться настенным спиртовым термометром крупного размера (рис. 107).
9.	Типы электрических измерительных приборов. Из электрических измерительных приборов в семилетней школе находят себе применение: демонстрационный гальванометр (рис. ИЗ); вольтметры (рис. 112, I) и амперметры (рис. 110—111) различных типов. Вольтметры и амперметры, употребляемые в современной технике, с бывают, главным образом, трёх систем: магнито-электрической (рис. 108,	I),
электромагнитной (рис. 108, II) и тепловой (рис. 108, III). Эти системы отличаются друг от друга принципами своего действия, а следовательно, и устройством.
В магнито-электрической системе мерой тока или напряжения служит угол поворота рамки Л, обмотанной проводом и помещённой в магнитном поле постоянного магнита NS. Рамку в нейтральное (нулевое) положение устанавливают спиральные пружины С, которые препятствуют поворотам рамки. Поворот рамки по часовой стрелке или против неё возникает за счёт силы взаимодействия двух магнитных полей: тока, текущего по обмотке рамки, и магнита. Соединённая с рамкой стрелка указывает деления шкалы (в вольтах или амперах). Магнито-электрическая система приме
§ 15, 10
105
i'
нима исключительно для постоянного тока и совершенно непригодна для переменного. Приборы магнито-электрической системы, помимо своей огромной чувствительности по сравнению с электромагнитными и тепловыми, обладают ещё тем достоинством, что имеют равномерные деления шкалы на всём её протяжении (рис. ill, II).
В приборах электромагнитной системы стрелка прибора соединена с якорем D из мягкого железа, удерживаемого в известном положении спиральными пружинами Е (рис. 108, II). Этот якорь втягивается внутрь электромагнита F, по которому течёт измеряемый ток. Поршень Z), соединённый с осью вращения прибора и способный перемещаться внутри закрытой с одного конца трубки, служит демфером (успокоителем) (рис. 108, V). Приборы электромагнитной системы пригодны для измерений как постоянного, так и переменного тока. Шкала у них является неравномерной (рис. Ill, I).
В тепловых приборах мерою тока или напряжения служит удлинение проводника АВ, нагреваемого измеряемым током. На рисунке 108, III показано схематическое устройство теплового прибора. Тепловые приборы обладают большей чувствительностью, чем электромагнитные, но дают при измерениях большую погрешность; шкала их имеет неравномерные деления.
Рис. 107. Термометр для измерения температуры наружного воздуха.
Применяют их
Рис 106 для измеРения переменного тока, но они оказываются Термометр пригодными и для постоянного х).
для лабора- 10. Обозначения на электрических приборах. По
торных существующему стандарту на шкалах измерительных работ. приборов употребляют следующие условные обозначения— см. стр. 107.
Системы приборов обозначаются также буквами: магнитоэлектрическая — М, электромагнитная —Э и тепловая —Т.
х) Подробности об устройстве измерительных приборов—см. Ф. Э., т. III, §§ 6, 8 и 9 и таблицу: Горячкин, «Электрические измерительные приборы».
1
в
Рис. 108. Схема устройства электроизмерительных приборов. магнитоэлектрической (I), электромагнитной (II) и тепловой (III) систем; устройство механизмов магнитоэлектрической (IV) и электромагнитной (V) систем.
$ 15, 77
107
Знак	Значение знака
* —	Прибор предназначен для постоянного тока
	Прибор предназначен для переменного тока
	Прибор предназначен для постоянного и переменного токов
	Система магнито-электрическая (рис. 108, I)
	Система электромагнитная (рис. 108, II)
	Система тепловая (рис. 108, III)
1	Прибор требует вертикальной установки
11. Вольтметры и амперметры. Описанные выше приборы всех трёх систем могут служить для измерения как напряжения, так и силы электрического тока. Механизм, включённый в
цепь последовательно, станет метр); включённый же параллельно участку цепи — напряжение тока на этом участке. Так как провода, образующие собой обмотку приборов, .могут без вреда для себя пропускать через себя ток не выше некоторого предела, то в амперметрах применяют шунтирование (S) обмотки G; в вольтметрах последовательно с обмоткой G включают проволочные сопротивления R значительной величины (рис. 109, I и II).
измерять величину тока (ампер-
Рис. 109. Схемы включения шунта у амперметра(II)и сопротивления у вольтметра (I).
108
$ 13,
Рис. 110. Демонстрационный тепловой амперметр.
Для демонстрационных целей в школе применяются вольтметр и амперметр постоянного тока, получаемые из описанного ниже демонстрационного гальванометра посредством присоединения к нему сопротивления (рис. 114, III) или шунта (рис. 114, I) (см. раздел 12).
Демонстрационные вольтметр и амперметр тепловой системы, показанные на рисунке 110, употребляются для переменного тока. Но так как погрешности, даваемые ими при измерениях, относительно велики, то их можно применять лишь при грубых ориентировочных измерениях. Полезны они в качестве самостоятельных объ-
ектов для демонстрации устройства тепловых приборов.
Для измерений напряжения и тока, в чём преподаватель часто будет нуждаться, следует
завести технические измерительные приборы, употребляемые для установки на распределительных щитах (рис. 111, I). Подобные приборы выпускаются Главучтехпромом в смонтированном виде на деревянных угловых панелях и снабжены клеммами для включения в цепь (рис. 54). Шкалы у приборов отчасти вырезаны, чтобы показать внутреннее устройство их механизмов, что важ-
но для демонстрационных целей. Система этих приборов обозначается на шкале—ука-
Рис. Ill, I. Амперметр для распределительного щита электромагнитной системы (Э. Н.).
£ 15, 11
109
занными выше (стр. 107) знаками, в каталогах — буквами М,Э и Т (§ 15, 10). Буквы, поставленные после М, Э и Т, обозначают:
Н —нормальный размер цоколя (185 мм);
М — малый размер цоколя (135 мм);
П — прибор лабораторного типа (переносный).
На рисунке 111 показаны приборы ЭН — (электромагнитный нормальный) и МП (магнитоэлектрический переносный). Для лабораторных работ имеются в продаже специальные приборы: вольтметр со шкалой до 8 V и амперметр до 5 А с делениями до десятых долей (рис. 112). Эти приборы электромагнитной систе-
Рис. Ill, II. Амперметр для точных измерений в лаборатории со шкалами до 10 А, 1 А и 0,1 А, магнитоэлектрической системы (М. П.).
мы со втягивающимся железным сердечником С. Сердечник С, имеющий форму, напоминающую букву S, укреплён на одной оси. со стрелкой. В положении, соответствующем нулевому делению шка-
Рис. 112. Прибор для лабораторных работ завода «Конструктор» и устройство механизма прибора.
110
§ 15, 71
Рис. ИЗ. Устройство механизма универсального демонстрационного гальванометра:
А — поворачивающаяся катушка; В — железный цилиндр; С — пружинка; F—стрелка; Е— противовесы для балансирования стрелки.
лы (стрелки), сердечник устанавливается благодаря постоянному стальному магниту TVS. Таким образом, постоянное магнитное поле будет противодействовать отклонению (повороту) сердечника от этого положения. При пропускании через катушки А и В тока сердечник втягивается внутрь'тем больше, чем сильнее текущий в них ток. При пользовании приборами важно, чтобы вблизи них не находилось сильных магнитов, так как в противном случае последние станут изменять величину поля постоянного магнита, что приведёт к искажению показаний приборов. Точно так же при пользовании одновременно амперметром и вольтметром нельзя помещать их ближе 5 см друг от друга. Крупный недостаток приборов заключается в том,
что постоянные магниты у них с течением времени несколько размагничиваются, и приборы начинают давать неверные (уменьшенные) показания. При хранении приборов следует обращать внимание на то, чтобы вблизи них во избежание порчи не нахо-
дилось магнитов.
Более подробное изложение вопросов об электрических измерительных приборах — см. в книге Ф. Э., т. III, § 9.
Рис. 114. Включение шунта (амперметр — I и II) и сопротивления (вольтметр— III) к демонстрационному гальванометру.
f 15, 12'
111
12. Демонстрационный универсальный гальванометр. Демонстрационный гальванометр является универсальным прибором, так как он пригоден не только для обнаружения слабых постоянных токов, но и для демонстрационных измерений напряжения и силы постоянного тока, т. е. может быть использован как вольтметр и как амперметр (рис. ИЗ и 114).
Для измерений переменного тока гальванометр как таковой или в качестве вольтметра и амперметра является безусловно непригодным, так как имеет механизм магнитоэлектрической системы (§ 15, 9). При включении к гальванометру последовательно купроксного столбика прибор становится пригодным для измерения напряжения и силы слабого переменного
Рис. 115. Купроксный столбик, включаемый последовательно к механизму демонстрационного гальванометра для измерения последним переменных токов и переменного напряжения.
тока (рис. 115). Нуль шкалы гальванометра располагается посредине, что позволяет не только включать его любым образом к полюсам источника тока, но и по отклонению стрелки (вправо или влево от нуля) судить о направлении тока, что, в частности, даёт возможность применять прибор для определения полюсов того или иного источника тока. Шкала гальванометра по ту и другую сторону от нуля содержит по 10 делений.
Непосредственное присоединение гальванометра без последовательного включения соответствующих значительных сопротивлений ни к гальваническим элементам, ни к аккумуляторам, ни тем более к осветительной .сети является совершенно недопустимым, так как безусловно приведёт его к гибели в результате сгорания обмотки.
К демонстрационному гальванометру при его продаже прилагаются три приставки: два шунта и катушка добавочных сопротивлений (рис. 114). Шунт представляет собой проводник малого
112
£ /в, 1
сопротивления, включаемый параллельно механизму гальванометра и позволяющий только малой доле электрического тока ответвляться и течь через гальванометр. Большая же часть тока, подведённого к гальванометру, протекает через шунт. Один из шунтов превращает гальванометр в амперметр, у которого вся шкала соответствует 1 А; другой — 10 А. Способы включения шунтов к гальванометру ясны из рисунка 114, 1 и II.
Катушка добавочных сопротивлений содержит в себе две обмотки, соединённые между собой последовательно, одну с меньшим и другую с большим сопротивлением. Включая эту катушку к гальванометру последовательно двумя способами (рис. 114, III), превращают его тем самым в вольтметр со шкалой, соответствующей или 1 V, или 10 V.
§ 16. Приборы для лабораторных работ.
1. Перечень приборов для лабораторных работ. Приборы для лабораторных работ предназначены для индивидуальных наблюдений и поэтому в противоположность демонстрационным имеют сравнительно небольшие размеры. В своей конструкции они не имеют тех специфических особенностей, которые характерны для демонстрационных приборов (§ 11, 2). Для работ качественного порядка, весьма немногочисленных, применяются обычно самодельные упрощенные приборы, изготовление которых трудностей не представляет. Большая часть лабораторных работ— измерительного характера и поэтому требует измерительных приборов: весов, динамометров, термометров, амперметров, вольтметров и т. п.
Наиболее крупным препятствием для широкого распространения в школах лабораторных работ являлась сравнительно большая стоимость всей необходимой аппаратуры. С выпуском промышленностью упрощенных приборов Бакушинского: динамометр, трибометр, оптическая скамья и др., доказавших свою методическую ценность на практике, а также школьных лабораторных вольтметра и амперметра организация лабораторных работ в школе стала возможной во всём объёме, требуемом программами.
Для проведения лабораторных работ в семилетней школе требуются следующие приборы (стр ИЗ).
Все перечисленные приборы требуются в одном экземпляре на каждое звено (в 2—3 человека), и, следовательно, их количество определяется общим числом учащихся в классе. Исключение составляют наборы тел из различных металлов, которых достаточно иметь 3—4 экземпляра. Приобретение лабораторных приборов может быть проведено за ограниченностью средств лишь постепенно; поэтому в списке указана наиболее рациональная очерёдность в их приобретении. Все перечисленные выше лабора-
$ 16, 1
из
№№ п/п	Очерёдность	Название прибора	№№ рисунков
1	1	Линейки, школьные масштабные	рис. 462
2	1	Мензурки на 25 или 50 см3	рис. 469
3	1	Весы аптекарские или Беранже до 200 г	рис. 95
4	1	Разновес керамический или латунный до 1 г	рис. 100,1
5	1	Разновес миллиграммовый от 1 г до 10 мг	рис. 100,11
6	2	Набор цилиндров из различных металлов	рис. 474
7	2	Динамометры по Бакушинскому	рис. 104
8	2	Трибометры по Бакушинскому	рис. 478
9	1	Стаканы химические, на 200 см3	
10	1	Таганы или, лучше, лабораторные штативы	рис. 49 и 50
11	1	" Сетки	рис. 49
12	1	Спиртовки	рис. 129, II
13	1	Калориметры —тонкостенные столовые стаканы	рис. 485
14	1	Термометры лабораторные, от 0° до 100°	рис. 106
15	1	Батареи из двух или, лучше, трёх элементов типа «Геркулес», или МВД, или аккумуляторные	рис. 121 и 123
16	1	Лампочки от карманного фонарика с патронами, на панелях	рис. 488
17	3	Звонки электрические, на угловых панелях	рис. 55
18	1	Ключи электрические	рис. 489
19	2	Вольтметры лабораторные	рис. 112 и 5 0
20	2	Амперметры лабораторные	
21	2	Провода, смонтированные на доске	рис. 496
22	2	Стрелки магнитные	рис. 342—343
23	2	U-образные магниты	
24	2	Прямые магниты	
25	2	Коробочки с ситом	
26	2	Мешочки с железными опилками	
27	3	Пластинки	плоско-параллельные стеклянные	рис. 511
28	3	Призмы стеклянные	рис. 510
29	1	Оптическая скамья по Бакушинскому	рис. 519
30	1	Лампочки керосиновые — коптилки	рис. 520
31	4	Спектроскопы карманные	рис. 446
В Е. El .Горячкин
114
16, 1
Рис. 116, I и II. Ящики подвижного фонда с приборами для лабораторных работ: I — динамометры; II — U-образные магниты и якори к ним.
торные приборы позволят осуществлять число работ, не только обеспечивающее выполнение программных требований, но и превышающее эти требования.
Об использовании приборов для лабораторных работ — см. §60—71; об изготовлении — см. т. Ill, §§ 28—55.
£ 16, 2; § 17, 1
115
2. Хранение лабораторных приборов и подвижной фонд. Приборы для лабораторных работ следует хранить отдельно от демонстрационных, создав специальные комплекты. В этом случае станет возможна организация любой лабора-
торной работы в течение 5—8 минут и свёртывание её в продолжение такого же времени. Приборы следует комплектовать не в виде целого набора, нужного для постановки той или иной лабораторной работы, а создавать комплект каждого из приборов в отдельности, так как он может явиться составной частью в нескольких лабораторных работах.Для каждого из комплектов надо изготовить специальный ящик из фанеры с ячейками для помещения приборов (рис. 116, I и II). Такой занумерованный ящик с комплектом не только упорядочит хранение приборов, но, главное, обеспечит быстроту распределения их по столам учащихся. Собирание приборов после их использования в работе производится также очень быстро, если пользоваться ящиком. Если же ящики снабдить задвигающимися крышками, а также ручками для переноски, то один комплект подобного подвижного фонда позволит обеспечивать лабораторными работами несколько школ (рис. 116, III). Такое своеобразное «кооперирование», особенно в местностях, разорённых войной,
Рис. 116, III. Транспортировка приборов для лабораторных работ из одной школы в другую.
имеет огромное значение, позволяя материальные средства нескольких школ соединить вместе и тем самым в один год решить вопрос об обеспечении школ ла-бо р ато рны ми з анятия ми. Н астоятел ьно
рекомендуем создание описанного подвижного фонда, проверен-
ного автором на практике в течение многих лет.
§ 17. Источники электрического тока.
1. Виды источников электрического тока. Источником электроэнергии в школе служит” сеть электрического освещения переменного или же, что бывает много реже, постоянного тока. Однако, таким током, в особенности если он является переменным, можно обслужить сравнительно небольшое количество опытов; подавляющее же большинство из них требует источников не только постоянного, но и н и з к о-
8*
116
£ /7, 2
вол ьтного тока. Поэтому как для демонстрационного эксперимента, так в особенности для лабораторных занятий неизбежно применение гальванических или аккумуляторных элементов. Аккумуляторы имеют то преимущество перед гальваническими элементами, что после израсходования своей энергии вновь возобновляют своё действие после зарядки электрическим током. У гальванических элементов в таком случае приходится заменять электролит новым, подвергать пластины очистке от окислов и амальгамировать цинк.
Однако, аккумуляторы, в особенности кислотные, требуют за собой самого внимательного и, главное, непрерывного наблюдения; в противном случае они быстро придут в негодность. Кроме того, для зарядки аккумуляторов в кабинете приходится устанавливать выпрямитель, или мотор-генератор, или же возить их периодически на зарядную станцию. Поэтому начинающему преподавателю физики, в оссбенности если ему приходится организовывать кабинет заново, надо рекомендовать на первое время применение гальванических элементов. Впоследствии, когда работа кабинета развернётся нормально, следует перейти к использованию аккумуляторов как источников тока.
Выпрямители для зарядки аккумуляторов бывают различных типов. Из них наибольшего внимания для школы заслуживают 1) электролитические — алюминиевые, как доступные для самостоятельного изготовления, и 2) купроксные, не требующие за собой почти никакого ухода и чрезвычайно простые в обращении с ними.
К числу выпрямителей надо отнести выпускаемый Главуч-техпромом конвертер, или вращающийся преобразователь трёхфазного тока в постоянный. Этот конвертер особенно ценен тем, что позволяет применять выпрямленный ток (12—16V, 20 А) при демонстрациях (рис. 26).
Ниже приведены, за недостатком места, только такие сведения об источниках тока, знание которых необходимо при уходе и пользовании этими источниками. Указания, где можно найти более подробные сведения, сделаны дальше в соответствующих разделах.
2. Аккумуляторы щелочные и кислотныеЧ Аккумуляторы, применяемые в современной технике, бывают двух типов: свинцовые, или кислотные (рис. 117), и железо-никелевые, или щелочные (рис. 118). У свинцовых аккумуляторов пластины состоят из свинца и его солей; электролитом служит 25-процентный раствор серной кислоты. У железоникелевых в состав пластин входят, железо и никель и их соли (иногда соли кадмия); электролитом является 21-процентный раствор щёлочи — едкого кали. Свинцовые аккумуляторы имеют со-
1) О зарядке аккумуляторов — см. § 72 и т. Ill, § 23.
£ /7, 2
117
суды из стекла или пластмассы; железо-никелевые — из никели
рованного железа.
От пластин свинцового аккумулятора сквозь его крышку,
залитую асфальтом, выведены свинцовые толстые провода, присо-
единённые к клеммам. Эти клеммы во избежание окисления покрыты свинцом. В крышке сосуда аккумулятора имеется отверстие,
Рис. 117. Батарея аккумуляторов свинцовых, или кислотных 4 V (I); II — пластины аккумулятора.
служащее для заливания электролита и выхода газов, образу-
ющихся при зарядке и разрядке, резиновой (а не корковой!) пробкой, ляторов клеммами, соединёнными
Рис. 118. Аккумуляторы железоникелевые, или щелочные.
Это отверстие закрывается У железо-никелевых аккуму-с пластинами, служат железные никелированные штыри с гайками, помещающимися на крышке. Там же имеется отверстие, закрытое железной завинчивающейся пробкой, полой внутри и имеющей в кольцеобразном углублении отверстие В малого диаметра для выхода газов (рис. 119, III). Резиновое кольцо А, надетое на пробку, служит клапаном, который допускает выход газов изнутри сосуда наружу и препятствует проникновению воздуха к электролиту аккумулятора. Периодический осмотр
118
$ 17, 2
и очистка клапана от образующихся солей совершенно необходимы, так как при его закупорке выделяющиеся газы раздуют на-
ружные стенки сосуда, и аккумулятор примет характерный бочкообразный вид.
При зарядке свинцовых аккумуляторов, если в их пробках не сделано узких
Рис. 119. 1 — вид части пластины «пакета» щелочного аккумулятора; II — часть поверхности пакета в увеличенном виде; III — устройство клапана в пробке железо-никелевого аккумулятора.
отверстий, следует пробки вынимать. Отвёртывать же пробки у
щелочных аккумуляторов ни в коем случае нельзя, так как имеющийся в воздухе углекислый газ станет реагировать с электролитом, превращая едкое кали в поташ (2 KQH -|-СО2—? = К2СО3Ц-Н2О) и тем самым портить раствор г).
Снаружи как стенки сосудов железо-никелевых аккумулято-
ров, так и их крышек покрыты щищающей железо от образования ржавчины и служащей, кроме того, для изоляции сосудов друг от друга, от земли и от каких-либо металлических поверхностей. Если этот изолирующий слой почему-либо окажется разрушенным, то в условиях школьного физического кабинета нет надобности возобновлять изоляцию.
Полюсы аккумуляторов у свинцовых аккумуляторов
массой воскообразного вида, за-
Рис. 120. Короткое замыкание у железо-никелевого аккумулятора.
иногда обозначаются посредством
окрашивания положительного полюса красной краской, чаще же выдавленными на сосудах знаками и —. У щелочных
аккумуляторов на крышке их около клемм выштампованы
х) О приготовлении раствора — см. т. III, § 23 и 24.
§ 17, 3
119
знаки полюсов. Важно заметить, что сосуд железо-никелевого аккумулятора соединён с его положительными пластинами, почему находится под током. Поэтому при неаккуратном присоединении провода, лишённого изоляции, к отрицательной клемме его конец может прийти в соприкосновение с сосудом, и тогда участок АВ провода замкнёт аккумулятор накоротко (рис. 120). Провод при этом раскалится и может сгореть; короткое же замыкание повредит аккумулятор. По указанной выше причине соединённые между собой последовательно аккумуляторы нельзя ставить на какие-нибудь металлические подставки, так как возникнет короткое замыкание.
3. Сравнительные данные кислотных и щелочных аккумуляторов. Щелочные аккумуляторы в одних отношениях имеют преимущество перед кислотными, в других, наоборот, уступают им.
Для сравнения щелочных и кислотных аккумуляторов приводим следующие данные:
Щелочные (железо-никелевые) аккумуляторы	Кислотные (свинцовые) аккумуляторы
1. Напряжение около 1,2 V	1. Напряжение почти в l1^ раза выше и равно около 1,8 V
2. Внутреннее сопротивление больше, чем у кислотных одинаковой ёмкости	
3. Короткое замыкание не вызывает гибельных последствий	3. При коротких замыканиях пластины коробятся, активная масса выпадает — аккумулятор приходит в негодность
4. Зарядка аккумуляторов может быть произведена в течение четырёх часов	4. Требуют более длительного периода зарядки
5. Сосуды (железные) и пластины по большей части не портятся при опрокидывании аккумулятора, ударе или даже падении его	5. Сосуды (стеклянные или из пластмассы) и пластины .разбиваются, а последние так же изгибаются— при тех же условиях
6. Не даёт едких испарений	6. Образует пары серной кислоты
7. Выделение газов водорода и кислорода наступает задолго до окончания зарядки	7. Выделение газов наступает в конце зарядки и может служить признаком её окончания
8. Электролит (раствор- едкого кали) нуждается в замене 1 раз в год	8. Электролит (раствор серной кислоты) не требует смены, но дополняется по мере испарения дести ллированной водой
120
£ 17, 4
Рис. 121, II. Элемент Леклан-ш е наливной для сильных токов — «Геркулес».
Рис. 121, I. Элемент Леклан-ш е наливной для слабых токов.
4. Аккумуляторы для школы и их монтаж, свинцовых аккумуляторов наиболее подходящими лы являются батареи накала для радиоламп,
Из числа для пи;о-состоящие
Рис. 122.
Элемент Грене.
из двух аккумуляторов, соединённых между собой и помещённых в общем сдвоенном сосуде- (рис. 117,1). Напряжение такой батареи около 4 вольт. Батареи бывают различной ёмкости: для школы желательно иметь две батареи ёмкостью в 40—60 ампер-часов. Для лабораторных занятий применение свинцовых аккумуляторов нежелательно, так как возможны короткие замыкания. В школьных условиях как для демонстрационного эксперимента t так, главное, для лабораторных занятий наиболее подходящими являются батареи из щелочных аккумуляторов. Желательно для демонстрационных опытов завести две батареи — каждую из трёх аккумуляторов ёмкостью по 40—60 ампер-часов и соответствующее число (по количеству звеньев учащихся
$ 17, 5
121
при лабораторных занятиях) малых батарей ёмкостью по 10 ампер-часов. Аккумуляторы по 3 штуки необходимо поместить в деревянные ящики, изолировав сосуды друг от друга прокладками из парафинированного картона. При этом раз навсегда следует сделать последовательное соединение элементов в каждой батарее, выполнив его отрезками провода П. Р. (в резиновой изоляции), употребляемым для проводки электрического освеще-
Рис. 123. Элементы сухие и сухоналивные различного типа: В Д (воздушная деполяризация) и др. Батарея (КАВ) из трёх элементов с рефлектором и лампочкой.
ния. Знаки полюсов-{-и —батареи надо обозначить краской на боковых стенках крайних аккумуляторов.
5. Типы гальванических элементов. При демонстрационном эксперименте в школе применяются элементы типа Лекланше (рис. 121) и типа Грене (рйс. 122) и батареи с хромовой жидкостью. Достоинствами этих элементов и батарей являются сравнительно небольшое внутреннее сопротивление и величина напряжения, достигающая по 2 V у одного элемента. Однако электролит отрабатывается сравнительно быстро, почему его приходится заменять свежим, что обходится не так уж дёшево. Кроме того, цинковые электроды в хромовых элементах, несмотря на амальгамирование, необходимо на то время, когда элементы не нагружены, вынимать из электролита во избежание непроизводительной порчи раствора и разрушения цинка. Элементы с хро
122
§ /л 6
мовой жидкостью поэтому употребляются в демонстрационном эксперименте в тех случаях, когда нужно получение сравнительно сильного тока в несколько ампер и притом на короткое время.
Примеры рационального применения хромовых элементов приведены при опытах: с движением проводника в магнитном поле (рис. 371); с накаливанием проводника и др. Использование хромовых элементов при демонстрациях на сравнительно
продолжительное время, хотя бы для получения слабых токов, например: питание лампочки от карманного фонарика и электрического звонка, опыты по электролизу и т. п., нерентабельно, как и употребление этих элементов для лабораторных работ. В указан-
Рис. 124. Устройство сухого элемента.
ных случаях надо применять элементы типа Лекланше («Геркулес», рис. 121, II), сухоналивные или типа МВД (рис. 123), обладающие огромной электроёмкостью. Сухой элемент в разобранном виде является при изучении гальванических элементов одним из нужных учебных пособий (рис. 124).
6. Элементы с хромовой жидкостью. Элемент Грене состоит из толстостенной и широкогорлой стеклянной колбы, закрытой деревянной крышкой (рис. 122). На этой крышке укреплены две угольные пластины С и подъёмная цинковая Zn, закрепляемая в поднятом состоянии при помощи винта А. Угольные пластины, соединённые между собой параллельно, соответствуют положительному полюсу (-}-), цинковая — отрицательному (—). Батарея с подъёмными пластинами состоит из четырёх элементов подобного типа, с той разницей, что из раствора вынимаются все электроды, в том числе и угольные. На крышке каждого элемента в батарее поставлены клеммы', что позволяет пользоваться по желанию одним, двумя, тремя и всеми четырьмя элементами, соединяя их между собой в случае надобности параллельно, последовательно или смешанно.
При пользовании элементами Грене или батареями с хромовой жидкостью следует соблюдать правила:
I.	Электролит для заливки элемента имеет следующий состав: 100 частей воды, 37 частей серной кислоты и 16 частей двухромовокислого натрия или калия.
£ 17, 7
123
II.	Перед каждой новой зарядкой цинк элемента совершенно необходимо амальгамировать (§ 44 и рис. 314).
III.	Цинковую пластину элемента Грене и пластины батареи можно и нужно опускать в электролит только на время их работы, т. е. когда от них берут ток.
IV.	Отработанную, ставшую коричнево-зелёной, жидкость нельзя оставлять в элементе Грене на продолжительное время во избежание образования кристаллов, впоследствии трудно удалимых и вызывающих иногда растрескивание углей.
V.	Перед зарядкой следует тщательно вымыть стеклянный сосуд и очистить от окислов и кристаллов угли и цинковую пластинку, приготовляя её тем самым для новой амаль-гамировки.
7.	Элементы Лекланше. Из элементов типа Лекланше, применяемых в современных технических установках, наибольшего внимания заслуживают элементы: наливные «Геркулес» (рис. 121, II), сухие и сухо-наливные и типа МВД с воздушной деполяризацией (рис. 123). Наибольшую силу тока способен давать элемент «Геркулес», состоящий из круглого угольного электрода с «мешочным» аггломератом (-J-) и цинкового цилиндра (—), помещённых в сосуд с раствором хлористого аммония, или нашатыря. Неудобство элемента, помимо того, что жидкость при переноске легко пролить, ещё в том, что, несмотря на присутствие крышки, происходит испарение электролита. Вследствие испарения происходит кристаллизация солей, и кристаллы выползают сначала по внутренним, а затем по наружным стенкам сосуда. Во избежание выползания кристаллов верхний край сосуда следует смазать салом или вазелином и периодически доливать чистой водой (а не раствором нашатыря!).
От указанного недостатка свободны сухо-наливной элемент и тем более элемент типа МВД. Разница между этими элементами в эксплоатационном отношении состоит в том, что сухо-наливные элементы (в особенности типа накальных, т. е. служащих для накаливания радиоламп в приёмниках) способны давать более сильные токи, чем элементы типа МВД. Последние же замечательны тем, что обладают огромной электроёмкостью —до 150 ампер-часов и выше. Таким образом, батарея из трёх элементов МВД, соединённых последовательно, способна накаливать лампочку от карманного фонарика непрерывно в течение 300—400 часов. Эти элементы могут быть, между прочим, использованы преподавателем для устройства миниатюрного «электрического освещения».
124
£ /7, 8-9
Если элемент «Геркулес» прекратит своё действие, что случится примерно через год, то действие его можно возобновить на некоторый короткий срок, промыв электроды и залив свежим раствором нашатыря. Подливание того же раствора в сухо-наливной элемент редко возобновляет его действие. Элемент типа МВД восстановить нельзя.
Правила зарядки и обращения с сухо-наливными элементами и типа МВД указаны на каждом из них и поэтому здесь не приводятся.
8.	Алюминиевый выпрямитель. Алюминиевые выпрямители требуют за собой постоянного надзора и ухода и в основном обладают тем крупным недостатком, что при нагревании электро-
Рис. 125. Купроксный выпрямитель завода им. Казишюго.
лита выпрямляющее действие прекращается. Однако, устройство их чрезвычайно просто и под силу каждому преподавателю. Наиболее рационально применение алюминиевого выпрямителя для демонстрационного эксперимента в тех случаях, когда нужен сравнительно сильный ток, но на короткое время, в течение которого электролит не успеет сильно нагреться. В стационарных установках, например, для зарядки аккумуляторов, приходится брать 4 сосуда крупного размера, вместимостью около 1 ведра каждый, чтобы обеспечить нужную теплоотдачу, или при малых сосудах устраивать охлаждение проточной водой. Многочисленные попытки применения алюминиевых выпрямителей дали явно отрицательный результат, за исключением их примитивных типов, описанных в § 51 (рис. 413). Исчерпывающее описание алюминиевых выпрямителей дано в книгах Ф. Э., т. I, гл. X и X. Э., т. I, гл. XI, 2.
9.	Купроксный выпрямитель. Наилучшим выпрямителем для зарядки небольшого числа аккумуляторов является к у п р о к с-
£ 17 > 9
125
н ы й, выпускавшийся заводом им. Казицкого (рис. 125). Главное достоинство купроксного выпрямителя заключается в простоте обращения с ним и в надёжности его действия.
Выпрямляющее действие купроксных выпрямителей получается заг счёт односторонней проводимости, которою обладают мед
ные пластинки, покрытые закисью меди. Выпрямитель завода им. Казицкого ’состоит’из трансформатора, снижающего напряжение с 120 или с 220 V (рис. 125). Пониженное напряжение подводится к купроксному столбику С, где ток выпрямляется. Клеммы АВ с обозначенными полюсами (+ и — ) служат для получения постоянного тока. Купроксные выпрямители выпускаются для различного напряжения (2 V, 12 V и 24 V) и для различной нагрузки, т. е. для силы тока от долей ампера до нескольких ампер. Наиболее подходящим для школьного физического
Рис. 126. Схема магнитного шунта.
кабинета является выпрямитель .на 12 V, дающий силу тока в 2,5—3,0 А. Трансформатор снабжён подвижным
ярмом или магнитным шунтом D (рис. 126), сдвигая который
можно изменять напряжение, а следовательно, и силу тока,
заряжающего аккумуляторы.
Купроксный выпрямитель требует за собой самого простого ухода, состоящего в удалении с него пыли. Однако, выпрямитель легко привести в негодность при нарушении правил обращения
с ним.
Правила эксплоатации купроксного выпрямителя:
I.	Купроксные выпрямители не выдерживают сильного нагревания, так как при температурах выше 50—55° может произойти разрушение плёнки окиси. Поэтому нельзя помещать выпрямитель в закрытый ящик, что мешает охлаждению столбика.
II.	Недопустимо брать от выпрямителя ток больший, чем указанный на «паспорте» ,заводом.
III.	Рекомендуется при пуске в ход сначала присоединить нагрузку, т. е. заряжаемые аккумуляторы, и затем включать переменный ток. Работа «на холостом ходу», т. е. без нагрузки, может вызвать пробой плёнки выпрямителя.
126
£ /7, Ю
Подробности о купроксных выпрямителях можно найти в книге: Ф. Э., т. V, § 6, 5. О зарядке аккумуляторов — см. § 74 и т. Ill, § 23.
10.	Преобразователь трёхфазного тока в постоянный. Принцип действия вращающегося преобразователя заключается в следующем (рис. 36).
В асинхронном моторе благодаря обмоткам, расположенным на статоре и питаемым трёхфазйым током, образуется вращающееся магнитное поле1). Это поле возбуждаете коротко замкнутой обмотке ротора индукционный ток, в результате чего ротор приходит во вращение. Наоборот, в преобразователе обмотка 7\ питаемая через кольцо со щётками L трёхфазным током, нанесена на ротор; короткозамкнутая обмотка Е помещена на статоре. Так как ротор, создающий вращающееся поле, движется в сторону, противоположную по Отношению к направлению вращения поля, то при достижении синхронизма * 2) магнитный поток (между ротором и статором) устанавливается неподвижно. В преобразователе на роторе сделана ещё вторая обмотка, кроме трёхфазной (па схеме не показанная), обычного типа с коллектором и двумя щётками а и Ь, в которой благодаря происходящему вращению ротора в установившемся неподвижном магнитном потоке генерируется постоянный ток. Этот постоянный ток используется во внешней цепи через клеммы А и В.
Однако, синхронизм для описанной конструкции асинхронного электродвигателя недостижим, и вращение ротора всегда будет происходить со скоростью, меньшей скорости вращения поля. Поэтому на статоре, кроме коротко замкнутой обмотки сделана ещё обмотка «возбуждения» в виде двух катушек cud, присоединённая к щёткам а и b обмотки якоря постоянного тока. Эти катушки с и d через «пускатель» CD замкнуты при пуске в ход через два сопротивления г и /?, из которых одно г имеет небольшую величину и другое R — значительную (500 омов). После того как якорь придёт во вращение и скорость его приблизится к синхронной, сопротивление R выключают, замыкая последнее накоротко посредством выключателя К, Сильный ток, установившийся в обмотках с и d, вызывает появление значительного магнитного потока, доводящего ротор до синхронизма и поддерживающего последний при пользовании постоянным током от преобразователя.
При пуске в ход и пользовании преобразователем должны соблюдаться следующие основные правила:
г) О принципе действия и устройстве асинхронного мотора—см. Горячкин Е. Н., «Переменный ток» и Ф. Э., т. V, § 9.
2) Скорость вращения ротора при синхронизме становится равной по величине (но не по направлению) скорости вращения поля.
£ 18, 1
127
I.	Вращение ротора должно происходить по направлению стрелки, нарисованной на корпусе преобразователя. Если ротор вращается в противоположную сторону, надо поменять местами включение двух из любых проводов, подводящих трёхфазный ток, благодаря чему направление вращения изменится.
II.	Рычажок выключателя К перед пуском в ход должен находиться наверху, благодаря чему сопротивление R (500 й) окажется включённым. Убедившись в этом, включают рубильник трёхфазного тока, подводящий ток к преобразователю. Через 3—5 сек., когда ротор приобретёт достаточную скорость вращения, рычажок выключателя К опускают вниз, выключая тем самым сопротивление R,
III.	Отклонение стрелки полюсоуказателя со значком «плюс» в ту или другую сторону указывает на полученное положение полюса плюс на одной из клемм А или В преобразователя. Для изменения полярности рычажок выключателя К на короткое время переводят из нижнего положения в верхнее и отсюда вновь в прежнее нижнее. Если положение полюсов не изменилось, повторяют операцию до получения нужного результата.
IV.	Наибольшая сила тока, которой без вреда для преобразователя можно пользоваться для длительных нагрузок, составляет 20 А. Для кратковременных нагрузок (несколько секунд) возможно брать ток силою до 30 А.
Важно отметить, что преобразователь универсален. При питании его постоянным током (U =15—20 V) с его колец L можно снять трёхфазный ток. Если, надев на вал щкив, вращать ротор преобразователя от двигателя, то он может служить как генератор постоянного тока или как синхронный генератор трёхфазного тока.
Преобразователи выпускаются двух типов для напряжения трёхфазного тока в 120 V и 220 V..
§ 18.	Нагревательные приборы.
1.	Виды источников теплоты. Под нагревательными приборами подразумеваются различного рода источники теплоты, служащие для нагревания как при демонстрациях, так и при лабораторных работах.
Наилучшим источником теплоты является газ, но применение его возможно только в немногих крупных городах, где он
128

имеется. При употреблении газа надобность в каких-либо иных нагревателях отпадает. В обычных условиях для эксперимента рацио-
Рис. 127, I. Газовые горелки Теклю и Бунзена.
нально применение нескольких различных источников теплоты, как-то: электрической плитки (рис. 130), примуса (рис. 128), фитильной керосиновой кухни Греца и спиртовых лампочек (рис. 129). В одних случаях удобнее всего пользоваться плиткой или кухней, например, для нагревания воды и получения пара при демонстрациях; в других, например, при обработке стеклянных трубок, нужен примус; в третьих, например в лабораторных работах, применяются спиртовые
лампочки.
Может случиться, как это было в военное время, что керосина, а тем более спирта, достать нельзя, тогда приходится пользоваться малыми жаровнями с углями.
Рис. 127, II. Насадки для газовых горелок для получения пламени различной формы.
2.	Газовые горелки. В настоящее время в лабораториях находят себе применение главным образом два типа газовых горелок: БунзенаиТеклю (рис. 127, 11 и I). При помощи этих горе-
£ /$, з
129
лок, благодаря смешиванию газа с воздухом, газ может гореть голубым высокотемпературным пламенем. Количество газа, поступающего в горелку, регулируется при помощи крана, установленного на газовой трубе; на наконечник крана надевается резиновая трубка. Количество воздуха, примешиваемого к газу, может быть изменено посредством открывания в той или иной мере отверстий, имеющихся внизу горелок. Для этого в горелке Бунзена повёртывают кольцо с отверстиями Л, а в горелке Теклю вращают диск В (рис. 127). Перед зажиганием газовой горелки закрывают отверстия, подводящие воздух, для чего завёртывают диск В или повёртывают соответствующим образом кольцо А. Затем, приготовив зажжённую спичку, открывают газовый кран и, поднеся спичку к отверстию горелки сверху, зажигают газ. Газ загорается при этом красноватым длинным пламенем. После этого постепенно приоткрывают доступ воздуху до получения голубого пламени.
Однако чересчур сильное открывание отверстий для воздуха совершенно недопустимо, так как пламя может с характерным щелчком «проскочить» внутрь горелки, что заметно по резкому уменьшению величины пламени. В этом случае станет происходить неполное сгорание газа, что поведёт к появлению запаха и к отравлению воздуха в помещении, а следовательно, и работающих там. Когда пламя проскочило, газ продолжает гореть у выходного отверстия внутри горелки; это влечёт за собой при продолжительном горении весьма сильный нагрев всей горелки, и прикосновение к ней пальцами даёт болезненные о ж о-г и. По этой причине надо всё время внимательно следить за работой горелки, и как только пламя проскочит, немедленно погасить горелку. Гашение газа всегда производится обратным п о-воротом газового крана доотказа (ни в коем случае нельзя задувать пламя!). Дав горелке остыть, её зажигают снова, уменьшив доступ воздуха. Преподаватель в случаях применения газа для лабораторных занятий обязан обучить учащихся правильному пользованию горелками и предупредить об опасностях тяжёлого отравления светильным газом.
Газовые горелки иногда снабжаются сверху различными насадками для изменения формы пламени.«Из таких насадок наиболее нужна показанная на рисунке 127, II, позволяющая получать плоское пламя, удобное для нагревания стеклянных трубок при изгибании их под углом.
3.	Керосиновые горелки. Керосиновые горелки имеют тот недостаток, что требуют постоянного надзора за собой во избежание образования копоти. В высокотемпературных горелках, какими являются примус (рис. 128, I) и паяльная керосиновая лампа, керосин подаётся к месту горения посредством нагнетания воздуха в резервуар горелки и притом в парообразном состоянии. При нормальной работе получается голубое пламя; при 9 Е. Н. Горячкин
130
£ 18,3
Рис. 128, I. Керосиновая горелка типа «примус» для лаборатории; II—in—устройство клапанов: у насоса выпускного и в поршне впускного.
недостаточном давлении воздуха внутри резервуара .или частичном засорении отверстия всё пламя или часть его получает жёлтую окраску, а иногда пламя начинает давать копоть.
Правила обращения с примусом и паяльной керосиновой лампой:
I.	При наливании керосина не заполнять резервуар целиком; надо оставлять примерно —г/6 пространства для нагнетаемого воздуха.
II.	Перед зажиганием совершенно необходимо произвести прочистку отверстия специальной иголкой, сделанной из кусочка стальной проволоки и укреплённой на конце полоски из жести.
III.	Зажигание производить, пользуясь исключительно денатурированным спиртом, который наливают в круглое корытце.
IV.	Нагнетание воздуха в резервуар (3—4 движения поршня) начать производить, когда подогревающий спирт будет близок к выгоранию.
131
§ 18, 4
V.	Величину пламени можно изменять, увеличивая насосом давление воздуха в резервуаре (не более 3-4 качаний) или уменьшая последнее, выпуская воздух через винтовой клапан А. Открывание этого клапана служит для гашения примуса.
VI.	Во избежание взрыва нельзя давать выгорать керосину целиком. Недопустимо наливание керосина в недостаточно остывший резервуар горелки. .
VII.	Пользование вместо керосина бензином или «горючими смесями» для автомобилей — преступление, так как безусловно поведёт к взрыву со всеми вытекающими отсюда последствиями.
Применение примуса или паяльной лампы не совсем удобно при проведении классных опытов, вследствие шума, даваемого этими горелками. Поэтому на демонстрационном столе более уместна фитильная кухня Греца, устройство которой общеизвестно.
4. Спиртовые горелки. Для демонстрационного эксперимента с успехом можно применять спиртовую горелку Бартеля, дающую горячее и достаточно большое пламя (рис. 129,1).
Рис. 129. Спиртовая горелка (I) и спиртовая лампочка (II).
Горят в ней пары спирта, подаваемого к месту горения под давлением, создаваемым поднятием резервуара А на некоторую высоту. Для приведения горелки в действие заполняют спиртом кольцеобразное корытце В у горелки и зажигают спирт. После того как спирт почти весь выгорит, постепенно отвёртывают вен-9*
132
$ 18, 5
тиль С и зажигают выходящие пары спичкой; горелка начинает действовать.
При лабораторных работах применяются исключительно спиртовые лампочки, стеклянные или металлические (рис. 129, II). Фитили для лампочек делаются из специальных фитильных ниток; в крайнем случае возможно применение скрученной жгутом ваты. Наличие жестяной или латунной трубочки А, сквозь которую пропущен фитиль, обязательно. При её отсутствии резервуар стеклянной лампочки обязательно лопнет, что может вызвать разливание по столу горящего спирта. Нередко у продажных лампочек отверстие трубочки, а следовательно, и толщина фитиля бывают настолько невелики, что величина пламени оказывается недостаточной. В этом случае приходится делать из жести (от консервных банок) своими силами новые трубки с внутренним отверстием, примерно равным толщине карандаша.
I.	Величину пламени у спиртовок изменяют посредством вытаскивания или вдвигания фитиля в трубочку, но только не во время горения.
II.	Гашение лампочки производят при помощи колпачка, закрывая им фитиль.
III.	Не следует давать спирту выгорать в лампочках более чем на две трети, так как при малом количестве спирта станут происходить периодически загорания его паров внутри резервуара, выражающиеся в мелких взрывах. При первой же подобной вспышке необходимо, остудив лампочку, заполнить её горючим.
5. Электрические нагревательные приборы. Из различных видов электронагревателей наиболее удобной для нагревания воды или для получения пара является электрическая плитка (рис. 130, I). Она состоит из керамики, в зигзагообразном углублении которой уложена спираль из нихромовой проволоки. Концы этой спирали присоединены к двум штепсельным стерженькам, к которым подводится ток при помощи шнура. Эти стержни часто приходят в неисправность, когда вследствие нагревания нарушается их контакт со спиралью; такое повреждение легко отремонтировать своими силами, разобрав плитку. Следует избегать ставить на плитку металлическую посуду (алюминиевые кастрюли, жестяные банки и т. п.), так как при дефор-
<£ 18, 6
133
мации спирали возможно замыкание накоротко её частей. В результате оставшиеся невыключенными части спирали станут перегреваться выше нормы, и затем произойдёт перегорание нихромовой проволоки. Перегоревшую нихромовую проволоку можно, конечно, скрутить; однако место скрутки, нагреваясь сильнее нормального, вскоре опять перегорит. Перегоревшую спираль, стоящую недорого, надо заменять новой.
Из электронагревательных приборов следует упомянуть о «минутке»—нагревателе, опускаемом в сосуд с водой (рис. 131). В некоторых
Рис. 130. Электрические нагреватели — плитки бытовая (I) и для колб (II). Муфельная печь (III).
случаях «минутка» незаменима, позволяя, например, нагревать воду в стеклянных банках, которые наверняка лопнут при непосредственном помещении их на электрическую плитку или в пламя какой-либо горелки. ’Для получения горячей воды полезен также, но ' далеко не обязателен, электрический чайник или кастрюля.
6. Жаровня. Применение жаровен с углями может быть допущено как крайняя мера, при отсутствии других нагревателей. Жаровни требуют за собой хлопотливого ухода и, кроме
134
$ 1
того, отравляют воздух в помещении продуктами горения. Недопустимо сжигание в жаровнях «самоварного» угля, дающего при своём горении ядови-
Рис. 131. Нагреватель, полезный для нагревания воды в толстостенной стеклянной посуде.
тый угар —окись углерода; следует пользоваться углями, вы-гребленными из печей.
На рисунке 132 показано устройство оправдавшей себя на практике школьной жаровни, описанной проф. Верховским1).
§19. Хранение приборов.
Рис. 132. Школьная жаровня.
1. Расстановка приборов в шкапах. Как правило, приборы хранят в шкапах, за исключением тех, которые по своим крупным размерам не могут там поместиться. Поэтому такие приборы, как, например: подставка с манометрами (рис. 213), рама по механике (рис. 52), лабораторные штативы (рис. 50) и т. п., можно расположить на одном из шкапов. Совершенно недопустимо хранение в шкапу приборов, содержащих в себе раствор серной кислоты,—кислотные аккумуляторы (рис. 117), хромовые элементы (рис. 122), прибор Гофмана (рис. 315) и др., так как пары её вызовут быстрое заржавление железных частей у других приборов. Для кислот
ных аккумуляторов и хромовых элементов уместно подвесить к стене специальную небольшую полку.
Приборы в шкапах размещают по отделам физики в рабочем, но отнюдь не выставочном порядке. Порядок определяется таким подбором приборов и приспособлений, который позволял
J)O6 изготовлении жаровни — см. т. III, § 13.
§ Ь9, 2
135
бы собрать тот или иной опыт в возможно меньшее время, не прибегая к поискам в различных местах и шкапах. Рядом с приборами кладут или ставят все добавочные части и различные мелкие приспособления, которые оказываются нужными при проведении определённых опытов. Поэтому у опытного преподавателя наряду с приборами в шкапах находятся всякого рода коробки и коробочки, содержащие, казалось бы на первый взгляд, ненужные мелочи (нитки, провода, кусочки различных веществ, пробки и т. п.), которые можно бы поместить в ящики с материалами. Однако, множество мелочей оказываются необходимыми при опытах, и поэтому преподаватель, приладив их один раз, хранит затем из года в год, чтобы пользоваться ими впоследствии и тем самым экономить дорогое время.
Посуду хранят в отдельном шкапу, за исключением тех банок, колб и т. п., которые пришлось подобрать для данного опыта, так как годилась не всякая, а только определённая посуда, или же к ней были прилажены какие-нибудь приспособления. Химикалии хранятся в отдельнОлМ шкапу, лучше всего в стеклянных банках с ясно видимыми надписями; помещать туда серную, а тем более соляную кислоту не рекомендуется г). Для хранения материалов особенно удобен шкап с мелкими ящиками.
Преподаватель обязан периодически удалять пыль из шкапов и с приборов.
2. Инвентаризация приборов. Преподаватель несёт ответственность как за сохранность имущества физического кабинета и лаборатории, так и за содержание его в исправном состоянии. Для учёта имущества преподаватель обязан составлять и вести две книги: инвентарную книгу — опись имущества и материальную книгу — опись различных материалов. Для ведения инвентарной описи бухгалтерия школы выдаёт специальную книгу с пронумерованными страницами и прошнурованную. В эту книгу записываются все приборы, приобретённые по счёту в магазинах, полученные по развёрсткам, пожертвованные и т. п. Сюда же записываются и наиболее ценные самодельные приборы, если на изготовление их были затрачены материальные средства и эти приборы получили надлежащее оформление, позволяющее их применять в будущем из года в год. Для приборов, хотя бы и приобретённых, но имеющих стоимость менее 5— 10 руб., а также для большинства упрощенных, изготовленных своими силами, составляют в материальной кциге отдельный список. В материальную книгу записывают различные материалы: проволоку, химикалии, посуду, лампочки, изделия из каучука, электрические монтажные принадлежности и т. п.
Инвентарная книга должна быть на разворотах разграфлена вертикальными линиями, как показано на рисунке* 133.
Х)О хранении химикалиев и растворов — см. т. III, § 24.
136
$ 19, 2
по порядку	Название прибора	Количество	Цена		Сумма		
			руб.	коп.	руб-	коп.	
168	Аккумуляторная батарея из двух кислотных элементов ёмкостью 40 ампер-час	1	60	—	60	—	
169	Воздушный насос Комовского	1	240	—	240	—	
170	Трансформатор школьный разборный 120 V /12 V (сердечник, 3 катушки 12 V, 120 V, 220 V)	1	70	—	70	—	
Рис. 133. Пример записи
№№ по порядку	Название материала	Количество	Цена		Сумма		
			руб.	коп.	руб.	коп.	
36	Трубки стеклянные легкоплавкие	3 кг	2	90	8	70	
37	Колбы вместимостью 250 см3	5 шт.	—	27	1	35	
38	Пробирки	50 шт.	—	15	7	50	
Рис. 134. Пример записи
Преподаватель при распаковке присланных приборов проверяет по счёту или накладной наличие их и всех прилагаемых к ним частей, а также, убеждается в исправном состоянии этих приборов. В противгом случае (разбитое стекло, недостача или некомплектность частей и т. п.) составляется соответствующий акт для отсылки его в ту организацию, от которой поступили приборы.
В инвентарную книгу записывают все приборы в порядке их поступления и отнюдь не по разделам физики. Пример такой записи показан на рисунке 133. Порядковый номер, под которым прибор записан в книгу, является инвентарным. Этот
£ 7.9, 2
137
	Откуда поступил	Время поступления	1 Примечание
	В порядке оказания помощи школе от завода № 2 Приобретён в магазине Учсбыт по счёту от 24/ХП 1936 г. Приобретён в магазине Учсбыт по счёту от 24/ХП 1936 г.	1936 г. 30/XII 1936 г. 30/XII 1936 г.	Исключён как пришедший в негодность по акту № 7 от 23/IV 1946 г.
в инвентарной книге.
	Откуда поступил	Время поступления	Расход
	Магазин Учсбыт по счёту от 13/II 1940 г. Магазин Учсбыт по счёту от 18/III 1940 г. Магазин Учсбыт по счёту от 1/11 1941 г.	15/П 1940'г. 24/1П 1940г. 10/П 1941 г.	По учёту: 21/IV 1941 г. израсходовано 1/2 кг, остаток 2х/2 кг По учёту: 21/IV 1941 г. утрачена 1 колба, остаток 4 колбы По учёту: 21/IV 1941 г. утрачено 6 пробирок, оста ток 44 пробирки
в материальной книге.
номер аккуратно надписывают на приборе масляной или эмалевой краской, где-нибудь не на очень видном месте, сбоку или на уголке, но в то же время так, чтобы номер легко было отыскать, не перевёртывая и не разбирая прибора. На дополнительных частях к прибору надписывается тот же номер и в скобках ставится римская цифра согласно обозначению в инвентарной книге, например, 350 (II). Возможно, конечно, делать надписи на бумажных ярлычках, наклеиваемых на приборы, но при таком способе надписи оказываются менее долговечными и, в частности, легко загрязняются.
138
£ 7.9, 2
При записи в инвентарную книгу на обратной стороне счёта вновь перечисляются приборы с указанием инвентарного номера, под котсрым записан прибор. Такое переписывание названий приборов нужно для бухгалтерии во избежание искажения в их записях, так как в счетах названия приборов бывают иногда искажены или просто недостаточно разборчиво написаны. Такие же надписи с указанием инвентарного номера делаются на накладных и прочих документах. Если полученный прибор является не новым и в некоторой мере изношенным или же нуждается в ремонте, то в инвентарной описи в графе «Примечание» делается пометка с указанием процента изношенности или же о необходимости ремонта.
В случае порчи прибора при работе, под влиянием естественного изнашивания или по другим причинам, тотчас же составляется акт примерно следующего содержания:
АКТ № 7.
20 июня 1945 г, заведующий физическим кабинетом—преподаватель физики Петров А1.И. и завхоз N-ской неполной средней школы Иванов А. А, составили настоящий акт в нижеследующем:
Свинцовый аккумулятор, емкостью в 40 ампер-часов, числящийся в инвентарной описи под номером 261, в виду выпадения массы из пластин пришел в полную негодность и подлежит выключению из описи. Стоимость аккумулятора 26 руб,
( Подписи,)
В графе «Примечание» инвентарной книги тотча® же делается пометка об исключении прибора со ссылкой на номер акта и дату его составления, например: «Исключен как пришедший в полную негодность, по акту Л? 7 от 20 июня 1945 г.».
Материальная книга служит для описи приобретаемых в кабинет материалов и для записей об их израсходовании. В эту книгу записываются также малоценные физические приборы, в том числе изготовленные своими силами.
Книгу полезно разбить на несколько отделов, где и делать соответствующие записи. Отделы могут быть следующие:
1) Малоценные и самодельные приборы. 2) Подсобные или вспомогательные малоценные приборы. 3) Инструмент. 4) Посуда и изделия из стекла. 5) Каучуковые изделия. 6) Проволока и провода. 7) Электромонтажный материал и т. д.
На каждый из разделов в книге отводится несколько страниц; для справок на первой странице пишется оглавление с указанием страниц. Для бухгалтерии на счетах и накладных на материалы делается надпись с указанием, на какую страницу матери аль
5 19, 2
139
ной книги записан малоценный прибор или материал, например, калий двухромовокислый 500 г — см. материальную книгу, стр. 24. В материальной книге опись делается примерно так, как это изображено на рисунке 134.
По мере израсходования материалов в соответствующей графе делаются пометки. Один раз в год по окончании учебного года производится проверка инвентаря согласно описи; об износившихся приборах составляются акты, и производится их списывание. По материальной книге также проверяется наличие материалов и выясняется их наличность на новый учебный год.
Гст	11401
МЫТ,	/- нсымшй
JZra&yzme zcvyoosr /339 г
//азнаъенис Эел?омс/л>рсгц<У9 &езсг£сусы -
Сосуда
/умнгм/мг Ула£ут'&е:г/у>олга-
gj	У-ze
/7occ*?ufi С Т.4б (*/-£/)
З&меТа/ШЯ;	сосуд
Рис. 135/ Карточка каталога физических приборов (лицевая и оборотная стороны).
Кроме инвентарной и материальной книг, преподавателю нужно иметь опись приборов по разделам физики. Наилучшим является карточный каталог, позволяющий классифицировать приборы по любым признакам и в случае надобности видоизменять его в любой последовательности. Карточки для этого каталога берутся обычные, библиотечные; хранить их удобнее всего в специальных ящиках, применяемых в библиотеках. Карточки различных отделов отделяют друг от друга вставками из фанеры, представляющими собой прямоугольники, по ширине
140
£ 19, 2
равные карточке и превышающие её по высоте на 2—3 см. На карточке полезно поместить следующие данные:
1.	Название отдела физики (подсобные приборы, измерения, гидростатика, аэростатика, механика, теплота, электричество, акустика, оптика, лабораторные работы, мастерская), пользуясь каким-нибудь шифром, например: П. п. Изм, Г-ст, А-cm, Мех., Теп., Эл., Ак., On., Лаб. р.
2.	Инвентарный номер согласно описи; например: 246.
3.	Название прибора; например: Пирометр.
4.	Составные части прибора; например: Подставка со стрелкой, жестяное корытце, два стержня: железный и медный.
5.	Фирма; например: Главучтехпром.
6.	Год приобретения; например: 1940 г.
7.	Цена; например: 12 руб.
8.	Назначение прибора; например: Демонстрация теплового расширения твёрдых тел.
9.	Литературные источники, где имеется описание прибора и его использования; например: Двиняников, Учебные пособия, 1933 г., стр. 86.
10.	Разные замечания и данные.
Образец карточки показан на рисунке 135.
ЧАСТЬ ВТОРАЯ.
ДЕМОНСТРАЦИОННЫЕ ОПЫТЫ В СЕМИЛЕТНЕЙ ШКОЛЕ.
§ 20.	Методические указания студентам о работах в практикуме по методике и технике физического эксперимента.
При работе в практикуме надо руководствоваться следующими положениями и правилами:
1.	Как было уже выяснено в § 2, техника постановки эксперимента в основном определяется методическими требованиями. Перед проведением каждого эксперимента должна быть точно выяснена его целевая установка, т. е. выяснено, каким образом наблюдаемое учащимися явление будет использовано в педагогическом процессе урока. Поэтому во время предварительной подготовки к проведению эксперимента на заданную тему студент должен определить не только то, что именно должно быть показано, но и для какой цели. Тогда целевая установка позволит решить, каким образом явление необходимо продемонстрировать, и таким путём определить технику проведения эксперимента.
Равным образом целевая установка должна быть выяснена в отношении лабораторных работ. Целью работы определяется её тема или содержание, а также форма её проведения (§ 60) Р.
II.	Перед каждым занятием в практикуме необходимо провести небольшую подготовительную работу, заключающуюся прежде всего в отчётливом овладении материалом по физике по данной теме. Для этого необходимо проштудировать соответствующие главы стабильных учебников как для первого, так и второго концентров. Поскольку стабильные учебники в методическом отношении являются далеко не образцовыми, а местами даже неудачными, то следует производить просмотр изложения того же материала в других пособиях и во всяком
*) При пользовании настоящим пособием нужно иметь в виду, что некоторые, описанные в работах, эксперименты окажутся не соответствующими поставленным методическим требованиям, что должно быть студентами соответственно видоизменено.
142
£ 20
случае в учебниках Ц ингера и Сахарова (см. Предисловие). Какие бы твёрдые знания на основании вузовского курса ни имел студент по данному вопросу физики, это оказывается совершенно недостаточным, так как ему нужно познакомиться именно с методическими особенностями изложения этого вопроса для учащихся средней школы. После просмотра учебников и затем соответствующих глав т. 1 производится определение целевой установки лабораторных и демонстрационных экспериментов.
III.	Описание в данном пособии работы (назначенной руководителем практикума для выполнения) должно быть студентом з а-ранее проштудировано с тем, чтобы время, отведённое на з а-нятие, использовать именно на постановку опытов, а отнюдь не на подготовительное чтение. Если же делать опыты без предварительной к ним подготовки, то, значит, сознательно терять время совершенно непроизводительно, так как в этом случае студент не успеет овладеть ни техникой, ни тем более методикой эксперимента.
IV.	Задача, стоящая перед студентом при его занятиях в практикуме, заключается вовсе не в том, чтобы, выполнив данные в работе технические указания, пронаблюдать самому то или иное физическое явление или проделать лабораторную работу. Задача является много более сложной и многообразной и содержит в себе характерные отличия от требований, предъявляемых в практикуме по общей физике.
При занятиях в практикуме по методике и технике эксперимента студент обязан собрать те или иные установки и Прове с т и на них опыт ы, которые должны соответствовать целевой установке этих экспериментов для школы-семилетки. Кроме того, эти эксперименты должны полностью удовлетворять требованиям, предъявляемым к демонстрационному эксперименту (§§ 3 и 11) или к лабораторным занятиям.
V.	Одной из основных задач, решаемых в лаборатории методики и техники эксперимента, является вопрос об обеспечении видимости опытов. При постановке демонстрационных экспериментов совершенно обязательно заранее в процессе подготовки опыта принимать меры для обеспечения видимости (§ 11) и с расстояния 6—8 м проверить её.
VI.	В письменном отчёте по каждой работе демонстрационного характера, представляемым студентами руководителю практикума, должны быть занесены:
1.	Название опыта.
2.	Целевая установка опыта, т. е. указание, как воспроизводимое явление будет использовано в дальнейшем процессе урока.
3.	Схемы и рисунки, выполненные от руки пером (без применения линейки, циркуля, цветных карандашей и т. п.) в том виде, как они делаются учителем на доске мелом в процессе объяснения данного вопроса по физике, иллюстрируемого или определяемого демонстрируемым опытом (см. т. I, §§ 24 и 25 и т. IV).
§ 21, 1—2
143
4.	Указания, какие именно мероприятия (§ 11, 1—9) приняты для обеспечения видимости.
5.	Ответы на поставленные в описаниях работ вопросы.
6.	Замечания по вопросам техники и методики данного опыта, которые студент сам находит нужным занести для памяти.
Глава четвёртая.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ НА ЭКРАНЕ ДИАПОЗИТИВОВ И ПРИБОРОВ.
§ 21. Диаскопическое проектирование диапозитивов.
1.	Методические замечания. Целью настоящей работы является ознакомление с типами школьных проекционных фонарей и с приёмами проектирования на экран диапозитивов — стеклянных и плёночных. Наиболее трудной и в то же время наиболее важной частью работы является центрирование света, на что нужно обратить самое серьёзное внимание. Выполнение этой работы безусловно необходимо для каждого студента, так как всякий преподаватель вообще, а физики тем более, должен овладеть в совершенстве техникой проектирования на экран диапозитивов. Кроме того, данная работа является подготовительной к проектированию приборов на экран. Проектирование следует изучить для различных источников света, в том числе для карбидной горелки и обыкновенной лампочки накаливания и проекционных ламп на 120 V и 12 V.
2.	Диапозитивы. Стеклянные диапозитивы бывают различных размеров: 80 дшХ80логиб0 дшх45 мм. Диапозитивы при проектировании вставляются в деревянные или металлические кассеты, в свою очередь вкладывающиеся в рамку (рис. 66). Без рамки вести проектирование диапозитивов нельзя. Рамки делаются всегда с двумя кассетами для того, чтобы возможно было изображение на экране одного диапозитива непосредственно сменять другим. Рамка устроена так, что пока ведётся проектирование одного диапозитива, вторую кассету можно вынуть и заменить в ней следующим тот диапозитив, который уже был продемонстрирован. Кассеты сделаны одинакового размера, но гнёзда в них для диапозитивов имеют различную величину, в соответствии с размерами диапозитива. Поэтому к одной рамке при продаже прилагается несколько кассет.
Посредством школьного» проекционного фонаря (рис. 61) можно производить проектирование стеклянных диапозитивов. Малый проекционный фонарь (рис. 65) позволяет проектировать стеклянные диапозитивы лишь малого размера (60 лшх45 мм)', в основном же он предназначен для плёночных диапозитивов. Для проектирования последних к фонарю прилагается специальная приставка (рис. 136).
144
£ 2/, 3
Об изготовлении диапозитивов своими силами см. т. IIL О типах диапозитивов — см. т. I, рис. 48—52.
3.	Опыт I. Центрирование света в проекционном фонаре школьного типа.
Приборы и материалы: 1) Проекционный фонарь школьного типа (рис. 61). 2) Экран. 3) Электролампы — обыкновенная (рис. 71, I) и от эпидиаскопа (рис. 71, III). 4) Подставка для лампы.
Рис. 136. Приставка для ленточных диапозитивов.
А и В — ролики для перемещения плёнки. СС — скобки для вкладывания плёнки.
Настоящая работа, ставящая своей целью научить правильному центрированию света, т. е. установке источника света в надлежащем месте по отношению к конденсору, имеет важнейшее значение для всех последующих работ с фонарём.
1)	По описанию (§ 13, 1, 2, 3) ознакомиться с устройством школьного проекционного фонаря и с источником света (§ 13, 6—14), обратив особое внимание на вопрос о центрировании света (§ 13, 13).
2)	Взять проекционный фонарь школьного типа (рис. 61) и подставку для лампы (рис. 72). Ввернуть в неё сначала обыкновенную лампочку накаливания, лучше всего биспиральную мощностью в 98 W (рис. 71, I). С подставки снять вогнутое зеркало и поставить подставку примерно на середину внутри фонаря (с конденсором и объективом). Передвигая объектив взад и вперёд, получить на экране, помещённом на расстоянии 1 г/2—2 м, освещённый круг с резко очерченными краями.
S Ы 4
145
3)	Вследствие неправильного расположения источника света по отношению к конденсору обычно на освещённом круге наблюдаются тёмные или окрашенные пятна. Перемещая слегка подставку внутри фонаря влево, вправо, вверх и вниз, можно убедиться, что пятна на освещённом круге экрана меняют свой характер и свои места. На рисунках в § 13, 13 показаны наиболее типичные случаи пятен и указано, какая неправильность допущена в установке источника света в каждом случае.
Найти такое положение источника, при котором освещённый круг оказывается освещённым совершенно равномерно без каких-либо пятен.
4)	Когда это требование будет выполнено, надеть на подставку вогнутое зеркало и посмотреть, как его присутствие отражается на освещённости экрана. Оставляя источник света в одном и том же положении, соответствующем случаю равномерно освещённого экрана, менять положение зеркала относительно лампы, сдвигая вниз, вверх, ближе и дальше. Найти опытным путём такое положение зеркала, при котором получается наибольший выигрыш в освещённости при полном отсутствии пятен и бликов.
5)	Повторить центрирование света* заменив обыкновенную лампу лампой от эпидиаскопа или кинопроектора УП—2 (300 W) (рис. 71, II и III).
6)	Зарядить согласно описанию (§ 13, 14) ацетиленовый газогенератор (рис. 79) и процентрировать свет. После того как весь карбид отработается, газогенератор разобрать, вычистить и промыть.
П римечание. После центрирования света каждого источника можно спроектировать диапозитив согласно указаниям, данным в дальнейшем изложении (раздел 5).
4.	Опыт II. Центрирование света в малом проекционном фонаре и в оптической скамье.
Приборы и материалы: 1) Малый проекционный фонарь (рис. 65). 2) Оптическая скамья с объективом (рис. 62). 3) Трансформатор на 120/12 V. 4) Проекционная лампочка на 12 V. 5) Ламповый реостат (рис. 308). 6) Экран. 7) Провода для соединений.
1)	Ознакомиться по описанию (§ 13, 3 и 5) с конструкцией фонарей (рис. 62 и 65), а также со способами включения лампы на 12 V (§ 13, И и 12).
2)	Зажечь лампочку на 12 V, собрав для этого схему с трансформатором, показанную на’рисунке 137, I.
3)	Включить в осветительную сеть лампочку на 12 V через ламповый реостат (§ 43,7), ввернув в него лампочки по 40 W или, лучше, по 100 W (рис. 308 и 137, II). Для лампочки на 12 V, 30 W нужно будет взять примерно 3 лампочки по 100 W или 8—9 лампочек по 40 W. Если же мощность лампочки на 12 V равна Ю Е. Н. Горячкин
146
$ 21, 5
50 W, то количество лампочек на 120 V в реостате должно быть увеличено в 11/2 Раза (расчёты —см. в § 43,7).
4)	Включить лампочку на 12 V через реостат или трансформатор и поместить её в малый проекционный фонарь. Согласно ука-
'-'•'120 6
Х«« (30 6тJ
J и
^120 б
о---
XZ___ 3 ламп!»
120 б (100 6т)
Рис. 137. Включение лампочки на 12 V через трансформатор (I) и ламповый реостат (II).
заниям (§ 13,13), центрировать свет так, чтобы освещённый круг на экране не имел тёмных или окрашенных пятен.
5)	Центрировать свет подобным же образом в проекционном фонаре с оптической скамьёй. Добившись равномерного освещения круга на экране, перейти к установке зеркала. Для этого, согласно указаниям (§ 13,13), сдвинуть объектив вперёд до получения на экране изображения светящейся нити лампочки. Придвигать к лампочке посте-
пенно зеркало и добиться получения на экране второго изображения нити в перевёрнутом виде. Менять угол наклона зеркала, чтобы изображения нитей оказались расположенными так, как это показано на рисунке 78.
6)	Вновь сдвинуть объектив так, чтобы получить освещённый круг, и проверить, не появилось ли тёмных пятен. Если это случилось, поправить положение лампочки. В случае, если граница освещённого круга окажется двойной, надо слегка переместить
зеркало до исчезновения этого явления.
5.	Опыт III. Проектирование на экран диапозитивов.
Приборы и материалы: 1) Проекционные фонари — школьного типа и малый. 2) Экран. 3) Подставка с электрической лампой. 4) Рамки с кассетами. 5) Диапозитивы различного размера и характера — штриховой, тоновой и цветной. 6) Киноплёнка с диапозитивами. 7) Приставка для проектирования плёночных диапозитивов.
1) Центрировав электрический источник света, согласно указаниям предыдущего опыта, вставить диапозитив с чертежом в рамку и, сдвигая объектив, получить изображение на экране. Действуя винтом кремальеры или же сдвигая соответствующий рычажок на объективе, добиться на экране наиболее резкого изображения. Обратить внимание на неодинаковую чёткость в середине и по краям изображения картинки.
§ 21, 6
147
Рис. 138. Перевёртывание диапозитива для его правильной установки в кассету рамки.
2)	Научиться правильно вставлять диапозитив в кассету рамки. Для этого надо усвоить раз навсегда следующий приём. Взят! диапозитив в руку так, чтобы на просвет рисунок и надписи оказались расположенными правильно (рис. 138). Затем повернуть диапозитив вокруг горизонтальной оси (т. е. в вертикальной плоскости) на 180° и вставить его в кассету рамки.
3)	Спроектировать на экран диапозитивы различных р азмеров. Сп роекти-ровать диапозитивы с
различными рисунками—штриховым (чертёж), тоновым (фото) и раскрашенным (см. т. I, § 22 и рис. 48—52).
4)	Укрепить на малом проекционном фонаре приставку для киноплёнки (рис. 136) и спроектировать на экран несколько плёночных диапозитивов (см. т. I, рис. 51).
6. Опыт IV. Изучение проекционного фонаря и экрана.
Приборы и материалы: 1) Проекционный фонарь школьного типа. 2) Лампочка на подставке. 3) Стекло к конденсору с царапинами и трещинами. 4) Две линзы — длиннофокусная и короткофокусная. 5) Зеркало размером не менее 1 дм2. 6) Диапозитив. 7) Рамка для диапозитива. 8) Лист фанеры. 9) Полосы различной белой и серебряной бумаги и полотно. 10) Кнопки.
1)	Центрировать свет (§ 13,13) в проекционном фонаре, получив равномерно освещённый круг на экране. Спроектировать диапозитив.
2)	Удалить конденсор из фонаря и вновь спроектировать диапозитив на экран. Выяснить разницу в получаемых изображениях с конденсором и без него.
3)	Удалить из конденсора одно стекло. Спроектировать диапозитив. Сравнить качества получаемых изображений: а) при полном конденсоре; б) при неполном —со стеклом, поставленным ближе к лампе; в) при неполном — со стеклом, расположенным ближе к диапозитиву.
4)	Взять одно стекло в конденсоре с царапинами и треснутое, другое —нормальное. Выяснить, как эти дефекты отражаются на качестве проектирования. Как лучше расположить стекло с дефектами —ближе к лампе или к диапозитиву?
5)	Заменить объектив фонаря линзами, сначала длиннофокусной и затем короткофокусной (рис. 139). Выяснить, как изменяют
148
§ 21, 6
ются размеры получаемых изображений; как проявляется сферическая и хроматическая аберрации. При проектировании воспользоваться диапозитивом со штриховым рисунком и надписями
Рис. 139. Проектирование при помощи линзы А взамен объектива.
(чертёж) или, лучше, самодельным, начертив тушью на стекле несколько взаимно перпендикулярных прямых линий (сетка).
6)	Вынуть из объектива одну из линз и выяснить, каким образом её отсутствие скажется йа качествах изображения.
Рис. 140, I. Положения зеркала для проектирования на боковые и заднюю стены.
7)	Пользуясь нормальным объективом и конденсором и передвигая фонарь, получить изображение различных размеров с поперечником в 1 м, 1,5 м и 2 м. Выяснить, как изменяется освещённость. Каким образом изображение может быть получено на экране выше или ниже?
§ 22, 1
149
Рис. 140, 11. Приставка к проекционному фонарю для проектирования с горизонтальной плоскости.
8)	Взяв хорошее зеркало (размером около 1 дм2), поставить его под углом к направлению пучка света, идущего из объектива фонаря, и получить изображения на боковой стене, потолке и сзади фонаря (рис. 140, I).
9)	На листе фанеры кнопками укрепить несколько одинаковых по величине полос: а) из белой бумаги различных сортов: глянцевой, обычной писчей, чертёжной и матовой (ватман или полуватман); б) из полотна; в) из бумаги, покрытой «серебряной» краской из порошка алюминия. Получить на таком экране изображение диапозитива и сравнить между собой освещённость, получаемую на различных материалах.
§ 22. Эпископическое проектирование.
1. Опыт I. Центрирование света в эпископе и проектирование картин.
Приборы и материалы: 1)Эпидиаскоп (рис.64). 2)Картинки— штриховая, тоновая и раскрашенная. 3) Рамка для диапозитивов. 4) Диапозитив. 5) Карманные часы. 6) Закреплённый магнитный спектр. 7) Книга с картинками.
1)	Рассмотреть устройство эпидиаскопа (рис. 64 и 68) и, в частности, изучить действие рукоятки К, помещённой сбоку, для перехода от эпископической проекции к диаскопической (§ 13, 4).
2)	Поворотом рукоятки Q опустить Р подъёмный столик и, положив на него лист чистой белой бумаги, вновь поднять столик. Зажечь лампу и посредством верхнего объектива О (выдвигая или вдвигая его) получить изображение бумаги на экране, расположенном на расстоянии 2—3 м.
3)	Добиться, чтобы изображение бумаги не содержало бликов и являлось освещённым равномерно. Для этого, несколько отвинтив винт, закрепляющий лампу S (рис. 68), медленно перемещать лампу вверх и вниз, а также поворачивать её до получения равномерной освещённости изображения на экране.
4)	Центрировав таким образом свет, положить на столик одну после другой различные картинки—штриховую (чертёж), тоновую и раскрашенную и спроектировать их на экран. Для
150
£ 22, 2; § 23, 1—2
получения правильного расположения изображения на экране накладываемая картинка должна лечь на столик своим верхним краем параллельно задней стенке эпископа.
5)	Обратить внимание на сильное нагревание картинки, которую поэтому нельзя долго держать освещённой во избежание её порчи (вспучивания и даже обугливания).
6)	Положить на подъёмный столик книгу с картинкой и спроектировать текст на экран.
7)	Поместить на столик поочерёдно свою руку, карманные часы (с открытой задней крышкой), закреплённый на бумаге магнитный спектр (§69) и спроектировать их. Убедиться, что отчётливое изображение получается лишь для точек предмета, лежащих в одной плоскости.
8)	Перейти на диаскопическое проектирование и, центрировав свет (§ 13),. спроектировать диапозитив.
2.	Вопросы к отчёту студента:
1)	Начертить ход лучей в эпископе (рис. 64).
2)	Почему у объектива эпископа диаметр больше, чем у объектива диаскопа?
3)	Почему в эпископе применена мощная лампа в 500 W? Нельзя ли заменить её обычной осветительной лампой или лампочкой на 12 V (30 W или 50 W)?
§ 23. Диаскопическое проектирование приборов.
1. Методические замечания. Проведение настоящей работы возможно лишьпосле усвоения приёмов центрирования света и проектирования диапозитивов (§ 21). В данной работе приведён ряд типичных опытов, демонстрация которых в классе без проектирования или вовсе невозможна, или же во всяком случае сильно затруднена, так как не обеспечивает необходимой видимости.
Рис. 141. Сосуд с плоско-параллельными стенками для проекции.
2.	Опыт I. Капилляры.
Приборы и материалы: 1) Проекционный фонарь (объектив, подъёмный столик) (рис. 62). 2)Трансформатор на 120/12V (рис.76). 3) Сосуд с плоско-параллельными стенками. 4) Капилляры. 5) Марганцовокислый калий. 6) Полоска картона. 7) Ножницы.
Для данного опыта необходим сосуд с плоско-парал
лельными стенками, изготовление которого своими силами не представляет затруднений (рис. 141). Капилляры изготавливаются также своими силами посредством быстрого растягивания нагретой на спиртовке стеклянной трубки (см. т. Ill, § 16).
£ 23, 2
151
1)	Приготовить для опыта проекционный фонарь, центрировав в нём свет.
2)	Приготовить густо окрашенный раствор марганцовокислого калия. Вырезать из картона полоску так, чтобы она образо-
Рис. 142. Прибор для проектирования капиллярных трубочек (I) и электролиза уксуснокислого свинца (II).
вывала крышку для сосуда. Вставить в картон несколько капиллярных трубок различного диаметра (рис. 142, I). В сосуд налить на 3/4 раствора марганцовокислого калия.
152
§ 23, 3
3)	Поставить сосуд на столик проекционного фонаря и спроектировать изображение капилляров на экран так, чтобы изображение уровня жидкости в них оказалось примерно в середине полученной на экране картины (рис. 143).
3.	Опыт II. Выделение металла при электролизе.
Приборы и материалы: 1) Проекционный фонарь (объектив, столик). 2) Трансформатор на 120/12 V. 3) Сосуд с плоско-параллельными стенками. 4) Уксуснокислый свинец. 5) Свинцовые электроды. 6) Батареи аккумуляторов или элементов на 12 V. 7) Дестиллированная вода. 8) Уксусная эссенция.
Рис. 144. Проектирование электролиза уксуснокислого свинца.
Опыт служит для демонстрации того, что при электролизе солей металл выделяется на катоде. Демонстрация весьма показательна, так как свинец откладывается в кристаллическом виде, образуя нечто подобнсе разветвлению ветвей на дереве, почему явление носит название «сатурнова дерева».
1)	Приготовить раствор уксуснокислого свинца в дестилли-рованной воде. При употреблении обычной воды раствор вследствие образования нерастворимых солей свинца получается мутный. Однако муть совершенно исчезнет при добавлении двух-трёх (но не более) капель уксусной кислоты (эссенции).
2)	Вырезать из листового свинца электроды — один К в виде руки с растопыренными пальцами и другой А в виде тонкой полоски. Укрепить электроды, *как показано на рисунке 142, II, в деревянной или картонной крышке к сосуду. Наполнить сосуд с плоско-параллельными стенками раствором и опустить туда электроды.
§ 23, 4; § 24, 1
153
3)	Спроектировать сосуд на экран, фокусируя его электроды. Приключить через реостат минус батареи в 6 V к электроду в виде руки и плюс — к свинцовой полосе (рис. 144). Если реакция выделения свинпа пойдёт слишком медленно, повысить напряжение, постепенно приключая добавочные элементы или аккумуляторы. Иметь в виду, что при чересчур большом напряжении образующиеся кристаллы станут отпадать хлопьями.
4)	Получив «сатурново дерево», переменить полюсы источника тока и наблюдать, что происходит с «деревом» и на каком электроде выделяется свинец.
4.	Вопросы к отчёту студента:
1)	Какой недостаток имеет марганцовокислый калий как красящее вещество?
2)	Какой вид приобретают в проектировании стеклянные трубки?
3)	Почему для уничтожения мути в растворе уксуснокислого свинца рекомендуется прилить две-три капли уксусной кислоты, но не более?
4)	Почему важно расположить свинцовые электроды в одной плоскости?
5)	Какое методическое значение имеет демонстрация с уничтожением «сатурнова дерева» при перемене полюсов батареи?
§ 24. Теневое проектирование.
1. Принцип ние отличается
Рис. 145. Вид прибор ов при теневом проек-
тировании.
теневого проектирования. Теневое проектирова-от обычного проектирования (§ 13, 21 и 22) тем, что на экране получают не изображение предмета, а только его тень. В некоторых случаях такой способ является весьма выгодным для обеспечения видимости (рис. 145). Кроме того, в
А
Рис. 146. Принципиальная схема теневого проектирования.
теневом проектировании может быть использовано физическое явление преломления света при прохождении через границу двух сред, благодаря чему на экране удаётся сделать видимыми струи различных газов и паров или горячего воздуха (рис. 14Э).
154
§ 24, 1
Аппаратура для теневого проектирования крайне проста и состоит из точечного источника света, помещённого внутри какой-нибудь коробки с отверстием для выхода лучей света (например, в корпусе проекционного фонаря без конденсора).
Если точечный источник света S помещён внутри камеры с круглым отверстием в одной из её стенок (рис. 146), то на экране АВ расходящийся пучок света даст освещённый круг. Если на пути распространения света поместить какой-либо предмет С, например, шар, то на фоне ярко освещённого экрана будет получена
Рис. 147. Установка для теневого проектирования на вертикальный экран.
тень в виде круга; у неё будут тем более резко очерчены контуры, чем больше источник приближается к точечному. На рисунке 147 показана установка для теневого проектирования на вертикальный экран. Источник света помещён внутри корпуса В проекционного фонаря, из которого удалён конденсор. На пути распространения света помещён прибор А, дающий на экране теневое изображение. Таким образом, зритель видит не только самый прибор, к тому же ещё ярко освещённый, но и его тень в увеличенном виде. Чем ближе предмет расположен к источнику света и чем дальше экран, тем больше будет увеличение. Так как обычные источники света не являются точечными и свет
в них излучается с некоторой поверхности, то границы тени будут тем более резкими, чем дальше проектируемый предмет находится ст источника света. На опыте легко подобрать такое расстояние предмета от источника света, чтобы увеличение оказалось достаточным, а границы тени резко очерченными.
Теневое проектирование, давая увеличенное изображение предмета, позволяет увидеть теневое изображение различных мелких деталей, которые при обычных условиях могут быть рассмотрены лишь в непосредственной близости от предмета.
Теневая проекция применяется с равным успехом и для получения теневых изображений объектов, расположенных в горизонтальной плоскости, например, магнитных спектров, поверхности воды и т. п. Простейший вид установки для горизонтальной проекции показан на рисунке 148. Точечный источник света
§ 24, 2—3
155
помещён между ножками табуретки, у которой вместо крышки положено зеркальное стекло. Табуретка должна быть закрыта с боков тёмной материей, не пропускающей света. Если положить какой-либо предмет на стекло, то на потолке получится его теневое изображение в увеличенном виде.
2.	Источник света. Наилучшим источником света, достаточно близким к точечному, является вольтова дуга, питаемая постоянным током. Дуга переменного тока, у которой одинаково ярко светятся концы обоих углей, даёт два теневых изобра
жения, сдвинутых по отношению друг к другу. Нет никакой надобности применять дугу с сильным током (20—30 А); при тонких углях и силе тока в 5—10 А получается достаточно сильное освещение экрана. В частности, для проектирования может быть с успехом использована дуговая лампа от проекционной скамьи (§ 13, 5 и рис. 70).
О включении дуговой лампы — см. § 43, 5—6.
Чтобы избавиться от одной из двух теней и полу-
Рис. 148. Установка для теневого проектирования на горизонтальный экран.
чить резкое изображение,
следует, взяв для проектирования какой-нибудь предмет с мелкими деталями, менять положение углей относительно друг друга и в заключение поворачивать дуговую лампу различным образом впредь до получения желаемого результата.
Много проще воспользоваться в качестве источника света лампочкой на 12 V, 30 W от кинопроекционного аппарата (рис. 71, IV). Для этой лампочки, так же как и для вольтовой дуги, надо на опыте найти подходящее положение для получения наиболее резкого изображения.
3.	Объекты для теневого проектирования. Теневое проектирование следует применять только в тех случаях, когда оно является действительно необходимым. В дальнейших опытах приведены случаи рационального применения этого метода в семилетней школе.
Особый интерес представляет теневое проектирование газов и паров, струи которых становятся явно видимыми на тени.
Проектирование на экран тонкостенной стеклянной посуды (химических стаканов, колб и т. п.) невозможно, так как её отдельные части, действуя то как собирающие, то как рассеивающие линзы, создают на экране блики, искажающие форму этих предметов
156
$ 24, 4—5
до неузнаваемости. Плоские стёкла, вследствие неправильностей своей поверхности (углубления и выступы), действующих как выпуклые и вогнутые цилиндрические линзы, дают при теневом проектировании тёмные и светлые полосы, в чём легко убедиться, спроектировав кусок оконного стекла. Зеркальные стёкла, поверхность которых посредством шлифовки делается плоской, дают на экране равномерную серую тень, лишённую искажающих бликов. Неплохими для проектирования оказываются стёкла от фотографических пластинок, с которых смыта эмульсия. В случае необходимости иметь прямоугольный стеклянный сосуд, его следует собирать из стёкол от фотопластинок (см. т. III, § 16).
4.	Установка для теневого проектирования. Для теневого вертикального проектирования может служить тот же самый экран, что и для проекционного фонаря. Однако, выгоднее воспользоваться переносным экраном, подвесив его сзади демонстрационного стола. Тогда проектируемый предмет можно расположить на этом столе, где он хорошо виден для всех учащихся. Источник света придётся поместить перед демонстрационным столом на специальном столике или первом столе, за которым сидят учащиеся.
Для горизонтального проектирования желательно сделать из клеёной фанеры прямоугольный параллелепипед (куб) высотой около 1 м со сторонами основания в 50—70 см, который мы в дальнейшем будем называть «стол для теневого проектирования». Внизу в боковой стенке стола необходимо для вдвигания источника света прорезать прямоугольное отверстие, закрываемое дверкой или задёргивающейся светонепроницаемой занавеской (рис. 453). Стол закрывают, как крышкой, зеркальным или бемским стеклом, предварительно выбрав такое ровное, которое не даёт бликов. Проектирование производится на потолок, который в случае отсутствия штукатурки оклеивают белой бумагой.
Для получения лучшей видимости отверстие, через которое проходит свет, закрывают экранами, сделанными из фанеры или жести и снабжёнными круглыми или прямоугольными прорезами. Это позволит получать освещённое поле на экране такой наименьшей величины, чтобы на нём умещалась только тень предмета или его отдельных частей, подлежащих проектированию.
б. Опыт I. Движение проводника в магнитном поле.
Приборы и материалы: 1) Корпус от школьного проекционного фонаря. 2) Точечный источник света. 3) Прибор для демонстрации движения проводника в магнитном поле (рис. 376). 4) Батарея из двух-трёх аккумуляторов или элементов. 5) Ключ. 6) Провода для соединений.
Опыт служит для демонстрации, что проводник с электрическим током перемещается в магнитном поле, но в основном опыт предназначен для овладения техникой теневого проектиро
£	6
157
вания. Поэтому особое внимание надо обратить на получение чёткого изображения прибора в теневом проектировании.
1)	В качестве источника света взять кинопроекционную лампу на 12 V (рис. 71, V1).
Лампу на 12 V включить через трансформатор (§ 13, 12). Поместить лампу внутрь корпуса от проекционного фонаря. Направить пучок света на экран.
2)	На расстоянии примерно!—1V2 м от фонаря расположить прибор: движение проводника в магнитном поле (рис. 145). При этом прибор должен оказаться в пучке лучей света, падающем на экран.
3)	Повернуть лампу на подставке так, чтобы тень от получаемого изображения прибора приобрела резко очерченные границы, и провод оказался ясно видимым на экране. Приближая и удаляя прибор от фонаря, найти положение, при котором получается резкое изображение при достаточном увеличении.
4)	Повернуть прибор так, чтобы теневое изображение магнита и провода приняло вид, наиболее выгодный для демонстрации смещения провода между полюсами магнита.
5)	Присоединить к прибору батарею из 2—3 элементов или аккумуляторов через ключ и, включая ток, показать два случая смещения провода в магнитном поле.
6.	Опыт II. Восходящие потоки горячего воздуха.
Приборы и материалы: 1) Установка для вертикального теневого проектирования. 2) Спички. 3) Спиртовка или газовая горелка. 4) Лист картона или фанеры. 5) Чугунная гиря в 5 кг. 6) Подъёмный столик.
Опыт служит для демонстрации восходящих потоков воздуха, образующихся над пламенем или над сильно нагретым телом. Для получения отчётливо видимых восходящих потоков необходимо более тщательное центрирование света, чем в предыдущем опыте.
1)	Согласно указаниям предыдущего опыта, установить лампу на 12 V в корпусе фонаря так, чтобы тень от какого-либо предмета получалась с особо резкими границами.
2)	На пути распространения лучей света поместить зажжённую спичку или, лучше, лучинку. Приближая и удаляя её от источника света, найти наилучшее положение, при котором мощные восходящие потоки воздуха видны наиболее ясно (рис. 149,1).
3)	Взять подъёмный столик и, поставив на нём зажженную спиртовку или газовую горелку, получить теневое изображение восходящих потоков.
Ч Наиболее удобной является котельная лампа на 12 V, требующая обыкновенного патрона (рис. 71, VI); для неё пригодна нодставка, изображённая на рисунке 72.
158
§ Ы, 7
4)	На пути потока поместить наклонно лист картона или фанеры так, чтобы лист проектировался в виде прямой линии, и наблюдать, как поток, скользя вдоль листа, поднимается вверх (рис. 149, И).
5)	Сильно нагреть на примусе чугунную гирю (весом в 5 кг) или утюг и, поместив на подъёмный столик, получить теневое изображение восходящих потоков. При этом, чтобы не испортить крышки столика, под гирю подложить лист- асбеста.
7.	Опыт III. Наблюдение паров эфира.
Приборы и материалы:!) Установка для вертикального проектирования. 2) Сосуд с плоско-параллельными стенками. 3) Подъёмный столик. 4) Серный эфир. 5) Колба. 6) Стёкла от фотографических негативов. 7) Сургуч.
к	п.
Рис. 149. Восходящие потоки горячего воздуха в теневом проектировании: I — поток от пламени спички и II — поток вдоль наклонной площадки.
Опыт служит для обнаружения, что пары эфира тяжелей воздуха и их можно переливать из одного сосуда в другой.
1)	Прежде чем производить опыт, надо добиться получения наибольшей видимости струи паров эфира и воздуха. Для этого взять бутылку или, лучше, колбу и налить в неё несколько капель эфира; тогда при небольшом подогревании руками шарообразной части она окажется заполненной парами эфира. Наклонить горлышко колбы так, как это делается при выливании жидкости, расположив колбу при этом на пути распространения лучей света установки для теневого проектирования. Наблюдать за тенью, получаемой на экране, и при этом добиться наилучших результатов, центрируя источник света. Когда струя вытекающих из колбы паров станет достаточно ясно видной, менять расстояние колбы от источника света, чтобы получить достаточное
§ 24, 8
159
увеличение при возможно большей резкости изображения (рис. 150, I).
2)	Получить теневое изображение руки и на её ладонь капнуть из пузырька несколько капель эфира; наблюдать струи паров бурно испаряющегося эфира.
3)	Сосуд с плоско-параллельными стенками из фотопластинок (6 см х 9 еж)1), склеенный (по углам) сургучом или бумагой, поставить на подъёмный столик или иную подставку и получить его теневое изображение (рис. 150,11). Пользуясь описанной в пункте 1 колбой, «наливать» из неё в сосуд пары эфира до тех пор, пока они не потекут через край. В заключение показать, что пары эфира могут быть вылиты из сосуда при его наклоне. Опыт сделать несколько раз, добиваясь наилучшей видимости как процесса наполнения, так и опорожнения сосуда.
I.	н.
Рис. 150. Опыты с парами эфира в теневом проектировании:
I— вытенание струи паров из бутылки; II — заполнение сосуда парами. .
Примечание. При опытах с парами эфира иметь в виду их лёгкую воспламеняемость, почему нельзя в это время вблизи зажигать спички, а тем более иметь горящую спиртовку или какую-либо другую горелку.
8.	Опыт IV. Магнитные спектры.
Приборы и материалы: 1)Стол для горизонтального теневого проектирования (рис. 148). 2)'Лабораторный штатив. 3) Кинопроекционная лампа на 12 V (рис. 71, IV). 4) Магниты — два прямых (рис. 342) и U - образный. 5) Железные опилки. 6) Коробочки с ситом. 7) Зеркальные стёкла.
*)Об изготовлении — см. т. III, § 16.
160
? 24, s
Опыты служат для демонстрации типичных магнитных спектров, но в основном предназначены для овладения техникой теневого проектирования.
1) Закрепить лампу в штативе и поставить её внутри столика для проекции (рис. 148). Обратить внимание на то, чтобы свет
Рис. 151. Получение магнитного спектра Рис. 153. Получение камерто-для горизонтальной проекции.	ном с остриём графика коле-
баний ветвей.
Рис. 152. Камертон с остриём.
А	В	С
Рис. 154. Демонстрация явления параллакса.
проходил только через верхнюю часть столика, т. е. сквозь зеркальное стекло.
2)	Положить на стекло А столика прямой магнит, покрыть его сверху зеркальным стеклом и посредством сита насыпать на последнее равномерно железных опилок. Постучать пальцем по стеклу и получить спектр прямого магнита (рис. 151).
3)	Поворачивать проекционную лампу, придавая ей разнообразные положения до тех пор, пока теневое изображение спектра на потолке не станет наиболее чётким. На правильное центрирование источника об
ратить особое внимание, добиваясь паилучших резулыатов.
4)	Взяв четыре куска фанеры, картона или плотной бумаги, закрыть ими края стекла, оставив свободной лишь ту его часть, где расположен спектр, и посмотреть, как это отражается на видимости.
§ 24, 9; § 25, 1
161
5)	В заключение получить спектры между одноимёнными и разноимёнными полюсами двух магнитов и для U-образного магнита.
9.	Опыт V. Колебательное движение ветвей камертона.
Приборы и материалы: 1) Стол для горизонтального проектирования (рис. 148). 2) Камертон с остриём (рис. 152). 3) Деревянный молоточек для камертона. 4) Сухой песок. 5) Сито.
Опыт имеет целью показать, что ветви звучащего камертона находятся в колебательном движении. Опыт более труден для своего осуществления, чем получение магнитных спектров.
Воспользоваться установкой предыдущего опыта для горизонтального теневого проектирования.
1)	На стекло стола посредством сита равномерно насыпать сухого песка.
2)	Для опыта взять камертон, снабжённый на конце одной из ветвей остриём, т. е. изогнутой заострённой проволочкой. При отсутствии камертона заменить его вилкой из согнутой железной полоски.
Возбудить колебания, ударив деревянным молоточком по концу ветви камертона.
3)	Провести остриём по поверхности стекла с насыпанным на него песком, двигая звучащий камертон к себе в направлении его ветвей.
4)	Повторить опыт несколько раз и добиться, чтобы на песке в результате движения камертона получалась правильная синусоида (рис. 153). При этом надо обратить внимание на правильное центрирование света, чтобы получить на потолке достаточно резкое изображение синусоидальной кривой.
Глава пятая.
ДЕМОНСТРАЦИОННЫЕ ОПЫТЫ ПО ПРОСТЕЙШИМ ФИЗИЧЕСКИМ ИЗМЕРЕНИЯМ.
§ $5. Измерения длины, объёма и веса.
Методическиеуказани’я — см. т. I, §§58 и 59.
Изготовление приборов — см. т. III, § 28.
Рисунки по теме — см. т. IV, §§ 29—32 и рис. 119—133.
1. Понятие об измерениях. Линейное измерение, как сравнение измеряемой длины с мерой, показывают, прочертив на классной доске прямую линию. Откладывают на прямой какую-нибудь условную меру длины (чертёжную линейку), отмечая поперечными штрихами концы отрезков, равных избранной мере. Взвешивание показывают, подобрав заранее тело такого веса, чтобы оно могло быть уравновешено несколькими одинаковыми гирями.
11 Е. Н. Горячкин
162
§ 25, 2
2. Измерение длин, площадей и объёмов. 1) Измерение д л й н ы. Из простейших измерительных инструментов показывают рулетки и различные масштабные линейки (рис. 462), в том числе демонстрационный метр (рис. 41). Не объясняя устройства нониуса, желательно показать применение штангенциркуля для измерений расстояний между точками, толщины и наружных диаметров цилиндра, внутреннего диаметра и глубины (см. ф. Э., т. II, § 2, 13). Возможно также в нескольких словах ознакомить с назначением кронциркуля (см. Ф. Э., т. II, § 4, 3). Объяснения правил измерения длины сопровождаются демонстрацией явления параллакса1 > (рис. 154), а также посредством правильного и неправильного расположения демонстрационного метра, прикладываемого между двумя штрихами, нанесёнными на классную Доску.
2)	Измерение площадей. Если доска содержит нанесённую на неё сетку (§ 6, 7), то, нарисовав на ней замкнутый контур любой формы, можно показать способ измерения площадей, изложенный в § 62, 3 (рис. 472). Полезными пособиями оказываются квадратные куски картона площадью в 1 см2 и 1 дм2, а также лист фанеры площадью в 1 ж2, разделённый на квадратные дециметры.
3)	Измерения объёмов. Показывают разборный кубический дециметр (рис. 5, II) и выполненные из жести или картона кубический дециметр и кубический сантиметр. Весьма желательна также демонстрация кубического метра (см. т. I, рис. 126). Литр демонстрируется в виде кружки, а также набором стеклянной посуды, применяемой в быту: бутылки и стандартные стеклянные банки из-под консервов (1 л и х/2 л). Измерение объёмов тел неправильной формы демонстрируется с помощью мензурки (рис. 469) и отливного стакана (рис. 470), как введение к соответствующей лабораторной работе (рис. 473) (§ 62).
4)	Взвешивание. Чтобы помочь учащимся запомнить, что вес воды в объёмах 1 см2 и 1 дм2 соответственно равен 1 Г и 1 кГ, полезно при помощи весов показать, что равновесие весов для гирь в 1 Г и 1 кГ наступает после заполнения водой сосудов в 1 см2 и 1 дм2. Для демонстрации берут весы—аптекарские (рис. 95), технические (рис. 99), Беранже (рис. 97)‘ или демонстрационные (рис. 98). Для разъяснения принципа действия весов полезными оказываются упрощенные самодельные весы, сделанные из рычага Бакушинского (рис. 476). Показывая взвешивание, разъясняют правила обращения с весами (§ 15, 3).
5)	Измерение времени. Желательно показать учащимся песочные часы, а также секундомер.
9 Учащимся, находящимся в точках Л, В и С, предлагается сделать отсчёты положения стрелки (указки) по шкале, нанесённой на классную доску (рис. 154). Показывают также, как изменяется ошибка на параллакс при удалении и приближении указки к шкале.
§ 26, 1
163
§ 26. Силы и их измерения.
Методические указания — см т. I, § 60.
Изготовление приборов — см. т. III, § 29. Рисунки по теме — см. т. IV, § 33 и рис. 134—139.
1. Понятие о силах. 1) Сила — причина измене-
ния движения. Воздействуя рукой, ние шарик или тележку. Выпуская шарик из рук, дают ему возможность свободно упасть. Показывают скатывание шарика по наклонной плоскости.
2)	Виды сил. Кроме мышечной силы и силы тяжести, следует показать: силу давления пара, электрическую силу и силу магнитного притяжения. Силу давления пара демонстрируют, на
приводят в движе-
Рис. 155. Суждение о направлении действия силы по направлению верёвки.
Рис. 156. Совпадение нити отвеса с траекторией свободного падения шарика.
гревая на пламени спиртовки небольшое количество воды в металлической (а не стеклянной!) пробирке от прибора Тиндаля (рис. 287). Под давлением пара пробка вылетает. Пробирку следует укрепить в штативе наклонно и притом так, чтобы пробка и брызги горячей воды не попали на учащихся. Электрическую силу обнаруживают с помощью половой щётки, уравновешенной на спинке стула (рис. 1), или линейки — на корешке книги. Поднося к концу щётки или линейки наэлектризованную палочку, показывают смещейие этого конца. О демонстрации силы притяжения магнитом — см. § 47 и рис. 349.
3)	Направление силы тяжести. К гвоздю, вбитому в край классной доски, привязывают бечёвку (рис. 155). Взявшись за свободный конец бечёвки и натягивая её в различных направлениях, показывают, что она принимает направление 11*
164
§ 26, 1
действующих сил. Опыт служит для объяснения, почему нить
отвеса показывает направление силы тяжести.
направлений.
Совпадение с направлением ти показывают падающего шарика. Кусочек
картона или фанеры с не-
нити отвеса силы тяжес-с помощью
Рис. 158. Отвес (I) и его применение (II).
большим круглым отверстием закрепляют горизонтально наверху лабораторного штатива. Сквозь отверстие дают упасть шарику на слой песка, насыпанного с той целью, чтобы шарик не мог скатиться в сторону. Продев сквозь отверстие нить отвеса, при помощи зеркала С показывают, что остриё располагается точно над центром шарика (рис. 156). Горизонтальное направление показывают с помощью установки, изображён
Рис. 159. I—установка горизонтальной поверхности с помощью отвеса. II— выкройка из бумаги для изготовления угольника; III—установка в горизонтальной плоскости по уровню, помещаемому в направлении 1—1 и 2—2.
$ 2в, 1
165
ной на рисунке 157, применяя кусок фанеры с положенным на него стальным шариком, чертёжный угольник, сосуд с водой и
отвес.
4)	О т в е с, имеющийся в продаже, показан на рисунке 158, I. Отвес располагают, как показано на рисунке 158, II, и, закрыв
один глаз, определяют, насколько совпадают между собой провешиваемая линия и нить отвеса. Установка в горизонтальной плоскости по отвесу по Ба-кушинскому требует применения уровня или угольника из бумаги, сделанного по способу, изображённому на рисунке 159. ' При установке дощечки пользуются тремя деревянными кли-
нышками.
5)	Ватерпас и уровень. Модель ватерпаса, которую легко изготовить своими силами из фанеры, показана на рисунке 160. Следует позаботиться о нанесении ясно заметной метки О, соответствующей положению острия отвеса при горизонтальном направлении основания АВ. Уровень демонстрируют в виде модели, у которой трубка с пузырьком воздуха сделана больших размеров и преувеличенно изогнута (рис. 161, III). Необ
///
Рис. 161. Уровни (I и II) и модель уровня (III).
ходимо также показать уровни, применяемые на практике (рис. 161, I и II).
6)	И з м е р е н и е сил. Подвешивают на штативе спиральную пружину с чашкой на конце и, производя манипуляции, описанные в § 64, 5, устанавливают закономерность, что величина удлинения прямо пропорциональна действующей силе. Для опыта можно воспользоваться также школьным динамометром, удалив у него кожух (рис. 162). Надо показать динамометры следующих типов; школьный (рис. 103); Бакушинского (рис. 104); демонстрационный (рис. 105). Описание их устройства приведено в § 15, 7. Полезно познакомить с устройством медицинского силомера, продемонстрировав, между прочим, опыт, представленный на рйсунке 130 в т. I.
166
§ 27, 1—2
Глава шестая.
ДЕМОНСТРАЦИОННЫЕ ОПЫТЫ ПО СВОЙСТВАМ ТВЁРДЫХ, ЖИДКИХ И ГАЗООБРАЗНЫХ ТЕЛ.
§ 27. Свойства твёрдого тела.
Методические указания — см. т. I, § 63.
Изготовление приборов — см. т. III, § 30.
Рисунки по теме — см. т. IV, § 34 и рис. 143—149.
1. Методические замечания. Демонстрационные опыты по теме «Твёрдое тело» немногочисленны и просты и должны обнаружить: простейшие виды изменений формы твёрдого тела — рас-
Рис. 162. Демонстрация удлинения пружины динамометра различными грузами.
тяжение, сжатие и изгиб, и свойства твёрдых тел — упругость, пластичность, хрупкость и т. д., а также давление тела на опору.
2. Растяжение, сжатие и изгиб. Растяжение показывают, растягивая руками или же при помощи подвешиваемых гирь (рис. 162) пружину, резиновую трубку или нитку. Эффектен опыт с растяжением резиновой полоски, показанный на рисунках 619—620 вт. II Ф. Э. Сжатие проще всего продемонстрировать, сжимая между губками тисков и в струбцинке мягкую резинку для стирания карандаша (рис. 163, I). Изгиб получают, изгибая руками линейку. Изгиб демонстрируют также, оперев
§ 27, 3—4
167
1
Рис. 163. Демонстрация сжатия резины (I). Упругая звёздочка из пластического материала (II).
линейку концами на две подставки и поместив на её середину достаточно тяжёлую гирю (см. т. I, рис. 128—137).
. Попутно можно показать кручение, скручивая руками тонкую школьную линейку.
3. Свойства твёрдых тел. 1) Упругость. В качестве упругих тел демонстрируют стальную полоску, пружину, резиновую трубку или нитку. Эффектен опыт с прыгающим стальным или стеклянным шариком, падающим на стальную плиту или на метлахскую плитку1).
Для опыта устанавливают плитку по уровню строго горизонтально и ставят на неё ламповое стекло или стеклянный цилиндр, нужные для того, чтобы шарик не скатывался в сторону при неправильном отражении. Шарику дают возможность упасть на плитку, выпус
кая его из руки без толчка. Не хуже стального на каменной плитке станет прыгать стеклянный шарик.
Проявление упругости следует показать у хрупких тел, слегка изгибая для этого длинную стеклянную трубку или полоску оконного стекла, и пластических тел, бросая на пол звёздочку, сделанную из мятого чёрного хлеба (рис. 163, II).
2)	Тягучесть демонстрируется растягиванием подогретого сургуча, воска или пластелина. В холодном состоянии хорошо растягивается руками медный провод толщиной в 0,3—0,5 мм, для чего один конец его следует привязать к гвоздю, вбитому в стену. Тягучесть показывают также, расковывая молотком куски свинца или меди на наковальне или перевёрнутом утюге.
3)	Хрупкость. Поочерёдно кладут на наковальню кусочки кирпича, сахара, сургуча и т. п. и заставляют их рассыпаться в порошок под ударом молотка.
4)	Пластичность. Вылепляют из пластелина, размягчённого воска, сырой глины и т. п. какую-нибудь фигуру.
4. Давление твёрдого тела. 1) Опыт со столиком. В дощечку по углам вбивают четыре гвоздя так, чтобы получилось нечто подобное игрушечному столику. Столик ставят ножками на поверхность песка, насыпанного в стеклянную банку (рис. 164). На крышку столика ставят достаточно тяжёлую гирю и показывают, что ножки уходят в песок. Затем перевёртывают
Метлахскими плитками покрывают пол в ванных комнатах.
1F8
§ 1
столик ножками кверху и показывают, что крышка не погружается в песок.
2) О п ы т с мылом. Кусок хозяйственного мыла концами опирают на подставки и перекидывают через него петлю из тесёмки. Подвешивают к петле гирю и обнаруживают, что тесьма
Рис. 164. Опыты с давлением твёрдого тела.
не режет мыла. Повторяют опыт, заменив тесьму тонкой проволокой или суровой ниткой, и демонстрируют разрезание мыла на две части весом того же груза.
§ 28. Свойства жидкости.
Методические указания — см. т. I, § 64.
Изготовление приборов — см. т. III. § 31.
Рисунки по теме — см. т. IV, § 41—42 и рис. 169 — 178.
1. Методические замечания. Количество опытов, которые могут быть показаны по данной теме, весьма значительно. На первый взгляд они отличаются кажущейся простотой по технике своего проведения, почему преподаватель иногда не уделяет достаточного времени на их подготовку. В результате часть опытов совсем не выходит; остальные много теряют в своей выразительности и, в частности, оказываются недостаточно хорошо видимыми для учащихся.
Наиболее трудными для успешного выполнения являются демонстрации давления внутри жидкости, давления снизу вверх. Первая демонстрация требует подбора надлежащего натяжения плёнки, испытывающей давление жидкости, и достаточно чувствительного манометра (рис. 269). Вторая демонстрация с донышком цилиндрического сосуда, поддерживаемым давлением жидкости, нуждается в довольно многочисленных упражнениях, пока преподаватель не овладеет соответствующей техникой (рис. 177).
§ 28, 2—3
169
Помимо обращения самого серьёзного внимания на продуманную и тщательную подготовку опытов следует, в целях обеспечения наилучшей видимости, прибегать к подкрашиванию воды (§ 11, 4) и к применению экранов фона, в том числе и просвечивающего (§ 12, 7). Эффективность опытов в этом случае сильно возрастёт по сравнению с обычными способами демонстрирования
их.
2. Обзор опытов по теме «Свободная поверхность у жидкостей. Форма жидкостей». 1) Объём. Тот факт, что жидкость занимает определённый объём, хорошо известен учащимся, но всё же полезно
провести демонстрацию, изображённую на рисунке 33, стр. 35 Ст. уч., часть 1.
2) Форма. Для подтверждения, что жидкость принимает форму сосуда, переливают подкрашенную воду в мензурку, колбу, стакан и т. п.
3) Горизонтальность свободной поверхности жидкости показывают, прикладывая чертёжный угольник одним из его катетов к поверхности жидкости, налитой в стеклянный широкий сосуд (кристаллизатор, аквариум); вдоль другого катета направляют нить отвеса, под
Рис. 165. Демонстрация горизонтальности свободной поверхности жидкости.
вешенного к лапке штатива (рис. 165). Полезно, как это указано в Ст. уч., часть 1, рис. 35 и 36, наклонить сосуд. В методическом отношении весь-
ма интересна демонстрация, при-
ведённая у Сахарова, стр. И и 12, рис. 5, 6 и 7.
В заключение, взяв стакан и наклоняя его над кюветкой,
следует показать, что выливание жидкости из сосуда является следствием стремления её сохранить горизонтальность своей свободной поверхности.
3. Обзор опытов по теме «Сообщающиеся сосуды». 1) С о с у-д ы. В продаже имеются сообщающиеся сосуды самой разнообразной формы. Одинаковость уровня жидкости в них показывают на фоне просвечивающего экрана (см. § 12, 7), наполнив их подкрашенной водой (рис. 166, I).
В методическом отношении оказываются более полезными сообщающиеся сосуды, сделанные самим преподавателем, из воронки и стекла от лампы или из двух ламповых стёкол и т. п. (Ст. уч., рис. 38—41), соединённых между собой резиновой трубкой, которая снабжена зажимом Мора (рис. 167) (см. т. 1, рис. 17). Меняя на фоне экрана уровень подкрашенной воды в одном сосуде подъёмом его или подливанием воды, получают изменение уровня
170
§ 28, 4
в другом. В частности, демонстрируют действие фонтана. Показывая чайник, кофейник и детскую лейку в качестве сообщающихся сосудов, демонстрируют, по какой причине происходит выливание жидкости через носик.
4. Обзор опытов по теме «Давление жидкости». 1) Сравнение давлений твёрдого те ла. Интересная демонстрация ста
Рис. 166, I. Сообщающиеся сосуды различной формы.
Рис. 166, II. Модель дна сосуда (кв. см) и столбика (куб. см.) жидкости.
тического порядка приведена у Цингера (стр. 105, рис. 127) для сравнения давления твёрдого тела (брусок в стакане), сыпучего (дробь) и жидкости. Галанин в книге «Демонстрации и лабораторные работы по физике в неполной средней
Рис. 167. Зажимы М о р а (II) и Гофмана (I).
§ 28, 4
171
школе» (1936) в опыте 12 на стр. 18, применяя бумажную коробочку и вставляя в неё сначала брусок, затем насыпая песок, придаёт динамичность этой демонстрации. Проф. Хвольсон высказался против демонстрации с бруском, поставленным внутрь стакана, применяемой в качестве иллюстрации давления лишь на одно дно, а не на стенки; действительно, этот опыт в методическом отношении является спорным.
Рис. 168, I. Прибор для обнаружения давления на дно.
2)	Давление на дно показывается с общеизвестным прибором (рис. 168). Обнаружение силы давления производится или посредством прогибания тонкой резиновой плёнки А, воздействующей через диск С и стержень D на рычаг В со стрелкой (рис. 168, II), или отпадением дна Е, уравновешенного с помощью рычага F, нагружаемого на свободном конце чашкой с соответствующим грузом. Более простой является демонстрация стеклянной трубки лампового стекла или перевёрнутой воронки, у которых дном служит очень тонкая резиновая плёнка. Однако прогиб, вызываемый давлением воды, весьма невелик и поэтому плохо заметен.
3)	Давление на стенки чаще всего демонстрируется при помощи сосуда с тремя отверстиями (рис. 169). Судя по интенсивности или дальности полёта струй, можно заключить об увеличении давления с возрастанием глубины. Опыт лучше выходит, если расположить сосуд на какой-нибудь подставке.
172
§ 28, 5
4)	. Давление внутри жидкости—см. разделы 8 и 9.
5.	Манометры водяные и ртутные. В продаже имеются лишь укороченные, закрытые ртутные манометры, находящие себе применение при работах с воздушным насосом (рис. 170). Между тем совершенно необходимо располагать по меньшей мере
Рис. 168, II. Два способа обнаружения давления на дно (прогиб плёнки и отпадение дна).
двумя открытыми манометрами: водяным и ртутным (рис. 171). Изготовление их своими силами затруднений не представляет и описано в т. Ill, § 31.
При хранении открытые концы трубок у манометров во избежание засорения пылью, а
Рис. 170. Манометр — ртутный закрытый.
также испарения жидкостей следует держать заткнутыми кусочками ваты. Желательно также построить спиртовой манометр высотой в 30—40 см.
Действие манометра легко разъяснить посредством опыта (Ст. уч., рис. 61, стр. 47) с воронкой, у которой узкий конец соединён с водяным манометром, а широкий затянут тонкой резиновой плёнкой. Демонстрируя ртутный манометр, воздух нагнетают или, наоборот, разрежают воздушным насосом (Шинца или Комовского, § 31) или же просто ртом в
Рис. 169. Сосуд с тремя отверстиями, сосуде, соединённом с мано-
метром.
Особого внимания заслуживают манометры с просвечивающей шкалой. Для этого вертикальную стойку панели снабжают прямоугольными прорезами (окнами), заклеенными писчей бу
§ 28, 6—7
173
магой с нанесёнными на неё делениями. При помещении сзади манометра электрической лампочки его шкала просвечивает и делает особо заметной разницу уровней. Подобный манометр имеется в продаже (рис. 174 и 211).
6.	Опыт I. Передача давления жидкостью и газом.
Приборы и материалы: 1) Шар Паскаля (рис. 172). 2) Кюветка. 3) Дымарь (рис. 60). 4) Папиросы. 5) Спички.
Опыт служит для демонстрации того, что давление, оказываемое на поверхность жидкости или газа, передаётся ими во все стороны и притом в равной мере.
В продаже имеются стеклянные шары Паскаля со стеклянными цилиндром и поршнем, обмотанным ниткой (рис. 172, 1). Как редкость, встречаются металлические сосуды с кожаным поршнем. Лучше всего, когда на шаре имеется всего лишь один пояс отверстий; тогда жидкость разбрызгивается в одной плоскости, а не во все стороны, что оказывается крайне неудобным для экспериментатора.
1)	Зарядить дымарь папиросой (§ 12, 10) и, вынув поршень, наполнить шар дымом. Вставить поршень на своё место и, надавливая на него рукой, показать, что дым выходит из отверстий
Рис. 171. Манометр — открытый водяной или ртутный.
струями, перпендикулярными к поверх-
ности и имеющими одинаковую интенсивность. Выяснить, на каком фоне (чёрная классная доска или белый экран проекционного фонаря) обеспечивается наилучшая видимость опыта.
2)	Наполнить шар Паскаля водой и, расположив его над большой кюветой, произвести опыт. Сравнить видимость на чёрном и белом фонах.
7.	Опыт II. Давление на жидкость.
Приборы и материалы: 1) Резиновая надувная подушка или круг для больного (рис. 173). 2) Стеклянная толстостенная трубка. 3) Подкрашенная вода. 4) Чертёжная доска или деревянный щит площадью в Va—Vi м'2- 5) Метровая линейка.
174
£ 28, 8
Опыт служит для демонстрации распределения силы давления груза на площадь и парадоксального уравновешивания веса человека небольшим столбиком воды.
1)	К резиновым надувным подушке или кругу для больного присоединить через сосок (удалив из него клапан) стеклянную трубку длиной около 1 м (рис. 173, I).
Рис. 173. Уравновешивание человека столбом жидкости (II) (старинный рисунок) и медицинский резиновый круг со стеклянной трубкой для такого же опыта (I).
Рис. 172. Шар Паскаля, стеклянный (I), и устройство поршня (II).
2)	Заполнить подушку подкрашенной водой и, положив её на пол, накрыть чертёжной доской или ровным щитом из досок. Стеклянную трубку при этом расположить вертикально.
3)	Поставить на щиток человека и измерить метровой линейкой высоту уравновешивающего столбика воды, повторяя известный исторический опыт (рис. 173, II).
8.	Опыт III. Давление внутри жидкости.
Приборы и материалы:!) Две малые химические воронки. 2) Резиновая плёнка. 3) Кусок железной проволоки. 4) Резиновая трубка, толстостенная. 5) Водяные манометры (рис. 269 и 171).
Опыт служит для доказательства существования давления жидкости на площадку, как бы она ни была расположена внутри жидкости, и увеличения давления по мере глубины погружения.
1)	Химические воронки затянуть тонкой резиновой плёнкой (детская соска, напальчик), натянув её у одной воронки сравнительно слабо, у другой — сильнее. К горлышку воронок прикре-
§ 28, 9
175
пить куски железного или медного провода, как показано на рисунке 175. Провод должен быть взят достаточно жёстким, чтобы посред-
ством соответствующего изгиба его можно было, погружая воронку в жидкость, располагать плёнку различным образом. Воронку присоединить толстостеннойх) резиновой трубкой к манометру (рис. 174). Уравнять уровни в манометре.
2)	Опускать воронку в высокий сосуд с водой и замечать показания манометра на различной глубине. Заменить воронку другой и решить, с какой из них опыт выходит лучше.
Рис. 175. Расположение воронки внутри жидкости для обнаружения равенства давлений на одном горизонте.
Рис. 174. Манометр (с просвечивающей шкалой) с воронкой, затянутой резиновой плёнкой для обнаружения давления внутри жидкости.
3)	Повторить те же наблюдения, заменив манометр другим с наклонной трубкой (рис. 269).
4)	Сгибая соответствующим образом проволоку, ориентировать воронку в одной горизонтальной плоскости различным образом (рис. 175), чтобы обнаружить неизменность давления.
5)	Воспользоваться капсюлем (рис. 176) и наклонным манометром и повторить опыт. Сравнить чувствительность капсюля и воронки (рис. 175 и 176).
6)	Сравнить видимость опыта с просвечивающим экраном и без него.
9.	Опыт IV. Давление снизу вверх.
Приборы и материалы:!) Стеклянный цилиндр с отнимающимся донышком. 2) Ламповое стекло. 3) Кружок из картона. 4) Нитка. 5) Сосуд с водой. 6) Пипетка. 7) Экраны фона — белый, чёрный и просвечивающий (рис. 56 и 57).
Опыт более наглядно, чем предыдущий, обнаруживает явление давления внутри жидкости, направленного снизу вверх, и позволяет в некоторой мере судить о величине этого давления.
х) Тонкостенная трубка легко образует перегибы.
176
§ 28, 9
Рис. 176. Капсюль А для обнаружения давления внутри жидкости. Крючок В служит для укрепления капсюля к верхнему краю сосуда.
1) Плотно приложить стеклянный кружок А к притёртому краю основания цилиндра и, удерживая кружок ниткой, погрузить в сосуд с водой, как указано на рисунке 177. Отпустить нитку, донышко отва-повторять опыт пор, пока до
Если лится, до тех нышко не будет держаться. ” выяснить, условиях донышко лучше удерживается, когда оно прикладывалось сухим или смоченным.
2) Погрузив цилиндр достаточно глубоко, осторожно пипеткой наливать внутрь цилиндра воду. Выяснить, при какой высоте налитой
Рис. 177. Опыт для обнаружения давления снизу вверх: I — опыт с приставным донышком; II — «клапан Бойля» (старинный рисунок).
Путём проб при каких
воды отпадает донышко.
3) Повторить опыт, взяв ламповое стекло и кружок из картона,
£ 28, 10; § 29, 1—2
177
прикрепив к нему (сургучом) нитку. Сравнить результаты обоих опытов.
4) Выяснить видимость опыта при применении различных экранов фона — белого, чёрного и просвечивающего.
10.	Вопросы к отчёту Студента:
1)	Определить целевые установки всех проделанных опытов и сделать зарисовки.
2)	Каким образом надо поступить, если отверстия сделаны на всей поверхности шара Паскаля?
3)	Нужно ли подкрашивать жидкость для опыта Паскаля?
4)	Можно ли считать демонстрацию (рис. 172) для объяснения закона Паскаля вполне удовлетворительной в методическом отношении?
5)	Какую стеклянную трубку нужно взять для опыта с подушкой (рис. 173) — с большим диаметром или с малым?
6)	Скажется ли на результатах опыта, если в подушке остался воздух?
7)	Какой из манометров является наиболее чувствительным — ртутный, водяной или спиртовой, а также с вертикальной или наклонной трубкой?
8)	Можно ли заменить стеклянную трубку А в опыте с подушкой (рис. 173) манометром — ртутным или водяным (рис. 171)?
9)	Может ли оказать влияние на результаты опыта (рис. 176) величина диаметра трубки манометра и длина резиновой соединительной трубки?
10)	Не выгоднее ли для увеличения показаний манометра в опыте (рис. 175) брать большую площадь резиновой плёнки, заменяя поэтому химическую воронку капсюлем от телефонной трубки или коробочкой из-под гуталина.
И)	Какой из опытов — описанный выше в разделе 7 или указанный в Ст. уч. часть 1, стр. 48, рис. 62 и 63: а) проще по технике своего осуществления? б) даёт лучшие результаты? в) более ценен в методическом отношении?
12)	Для получения лучшей водонепроницаемости между отпадающим донышком и цилиндром их можно смазать вазелином. Почему это не рекомендуется делать?
§ 29.	Закон Архимеда для жидкостей и газов.
Методические указания — см. т. I, §§ 42, 4, 65 и 67. Изготовление приборов — см. т. III, §§ 31 и 32.
Рисунки по теме — см. т. IV, § 46 и рис. 194—201.
1.	Методические указания. Количество демонстраций на закон Архимеда и его следствия, в том числе по вопросу плавания тел, весьма велико и разнообразно. На уроках приходится ограничиваться сравнительно небольшим числом опытов, но многие демонстрации могут служить благодарным и интересным материалом для внеклассных занятий кружкового характера.
Дальше приведены лишь важнейшие опыты; демонстрация же самого закона Архимеда рассмотрена в трёх различных вариантах, в основном с целью суждения по вопросу о взаимоотношении между собой методики и техники эксперимента.
2.	Обзор опытов по теме: «Закон Архимеда». 1) Выталкивающая сила. Для обнаружения действия выталкивающей силы полезен прибор, указанный в Ст. уч., часть 1, рис. 70 12 Е. Н. Горячкин
178
§ 29,2
и 71 на стр. 54. В качестве поплавка может быть взята деревянная палочка, обмотанная внизу проволокойх) или нагружённая на конце иным грузом, например, привязанной гирькой, картофелиной и т. п. Возможно также воспользоваться ареометром.
Опыт сводится к обнаружению, что поплавок, погружаемый посредством пальца глубже нормального для него положения, после прекращения действия внешней силы выпрыгивает кверху. Опыт служит введением к последующим демонстрациям закона Архимеда, на которых устанавливаются количественные взаимоотношения.
2) Закон Архимеда. В качестве вводных опытов рекомендуются описанные в разделе 5, позволяющие сравнить величину выталкивающих сил, действующих: а) натела различного объёма в одной жидкости и б) на одно и то же тело в разнородных жидкостях. После этого приводится демонстрация с целью выяснения величины выталкивающей силы.
Показ закона Архимеда требует демонстрационных весов или динамометра и специального прибора, называемого ведёрком Архимеда.
Ведёрко Архимеда состоит из полого металлического сосуда D и цилиндрического тела Е, объём которого равен вместимости сосуда (рис. 181 и 183). Сосуд со стороны своего открытого конца снабжён «рукояткой», снизу — крючком. Крючок имеется также у цилиндра Е и служит для подвешивания его к ведёрку. Выпускавшиеся ранее в продаже демонстрационные весы снабжались, кроме двух обычных, ещё третьей чашкой на укороченном подвесе (рис. 98). Эта чашка с крючком предназначалась для подвешивания ведёрка. Таких весов в настоящее время в продаже нет, и поэтому демонстрацию проводят на обыкновенных технических весах (рис. 99). Весы Беранже также оказываются пригодными и для демонстрации, но в этом случае для подвешивания ведёрка приходится изготавливать специальный штатив (крючок) (см. Ц и н г е р, рис. 153). Иной характер в методическом отношении имеет демонстрация посредством весов Беранже, описанная в разделе 7.
Наиболее простым по технике своего осуществления и более ценным в методическом отношении является показ закона Архимеда при помощи динамометра или специального прибора И ПО (см. раздел 8).
Наиболее простой опыт приводит Сахаров (стр. 55, рис. 77). Там же (рис. 78, стр. 56, задача ИЗ) описывается интересное и важное в принципиальном отношении явление, когда кусок парафина не всплывает в воде при известных условиях (отсутствие давления снизу вверх).
А) Наиболее пригоден в этом случае освинцованный телефонный кабель.
§ 29, 3
179
// о
I г
Рис. 179. Ареометры для D>1 и Ъ<1.
3.	Обзор опытов по теме: «Плавание тел в жидкостях». 1) Водолаз Декарта. Опыт служит для объяснения погружения и всплывания подводной лодки. Описание наиболее простого прибора — см. раздел 9.
2) Плавание тел. Различную глубину погружения при плавании тел показывают, пуская на воду пробку и брусочки дерева из двух пород различного удельного веса, например, ели и дуба (Ц и н ге р, рис. 163). Взвешивая брусочки и вычисляя вес воды в объёме погружённой части,что легко сделать для прямоугольной формы, можно установить равенство весов брусков и вытесненной ими жидкости. То же можно воспроизвести, взвесив пробирку с насыпанной внутрь её дробью и замечая по делениям мензурки, какой объём воды вытесняется при плавании (рис. 178). Подобный опыт иногда проводят в виде лабораторной работы для учащихся (Б а к у ш и н с к и й, Организация лабораторных работ, стр. 37, работа 2).
Очень важно провести демонстрацию плавания в воде льда, обратив внимание учащихся на величину погружённой части.
Потопление или плавание тела в различных жидкостях можно продемонстрировать, опуская железный гвоздик в ртуть и в воду. Более интересно воспроизвести опыт, описанный в разделе 10 с картофелиной или куриным яйцом, опущенным в воду и в раствор
Рис. 178. поваренной соли.
Опыт с пла- 3) Ареометры. Примене-вающейпро- ние ареометров для измерения р * удельных весов жидкости не является предметом изучения в семи летней школе, но обычно демонстрируется принцип их действия.
Преподаватель же должен, уметь производить измерения ареометрами, что ему окажется полезным, в частности, при приготовлении различных растворов. Ареометры, имеющиеся в продаже, бывают двух типов: для удельных весов, меньших единицы, обычно от 0,65 до 1 и для удельных весов, больших единицы, от 1 до 2 (рис. 179). Однако, кроме указанных, применяются арео-
12*
180
$ 29, 4—5
метры специального назначения: лактометры, спиртометры и пр. со шкалами, проградуированными в меньших пределах или в условных
(градусах Боме).
Интересен опыт для сравнения погружения ареометра в спирт или горячую воду, в воду со льдом и в раствор соли (рис. 180).
Об устройстве ареометров —
см. Ф. Э., т. II, § 12, И.
4. Обзор опытов по теме: «Закон Архимеда для газов». ^Закон Архимеда. Демонстрация закона Архимеда для газов трудностей не представляет,. но требует применения сравнительно чувствительных, например, технических, весов (см. раздел 11). Кроме того, надо иметь в своём распоряжении источник углекислого газа (прибор Киппа; сухой лёд: баллон с углекислотой). Углекислый газ добывают, действуя на мрамор соляной кислотой или на соду раствором какой-нибудь кислоты (уксусной, виннокаменной, серной и т. п.).
2) Плавание в воздухе демонстрируют, пуская мыльные пузыри, наполненные водородом (см. раздел 12). Для цели возможно приобрести детскую игрушку —летаю-
делениях
Рассол
Спиот
Рис. 180. щей силы
вода
Зависимость выталкиваю-от удельного веса жидкости.
этой же
щий воздушный шар. В т. III, § 32 приведены указания для изготовления модели монгольфьера. В продаже имеются резиновые шары-пилоты (диаметром около 1 м), но наполнять их надо • водородом; при надувании светильным газом они не взлетают.
5. Опыт I. Выталкивающая сила.
Приборы и материалы: 1) Два рычага (рис. 476). 2) Три картофелины. 3) Гиря в 100 г. 4) Три стакана — два с водой и один со спиртом. 5) Нитки. 6) Нож.
Опыты имеют целью—обнаружить и сравнить выталкивающие силы, действующие на тела, погружённые в жидкость. Рассматриваются два случая для тел равной массы: 1) различного объёма, погружаемых в воду, и 2) одинакового объёма, но помещаемых в различные жидкости.
£ 29t 6
181
1)	На рычаге, например, от лабораторного прибора Вакушин-ского (рис. 476), илина коромысле от аптекарских весов, сняв чашки (рис. 95), подвесить: в одном опыте — гирю в 100 г и картофелину и в другом —две одинаковые картофелины. Подрезая картофелины, добиться равновесия на каждом из рычагов.
2)	Опустить одну картофелину в стакан с водой и обнаружить нарушение равновесия.
3)	Опустить картофелину и гирьку в отдельные стаканы с водой и показать, что равновесие нарушается, т. е. продемонстрировать зависимость величины выталкивающей силы от объёма тела (см. т. 1, рис. 10).
4)	Опустить картофелины—одну в стакан с водой и другую в стакан с денатурированным спиртом или керосином и обнаружить, что вода действует с большей выталкивающей силой, чем спирт или керосин.	।
5)	Выяснить, какова видимость эксперимента. Принять надлежащие меры к её обеспечению.
6. Опыт II. Демонстрация закона Архимеда на технических весах.
Приборы и материалы:!) Технические весы. 2) Скамеечка. 3) Ведёрко Архимеда (рис. 181). 4) Сосуд с водой. 5) Пипетка. 6) Тара. 7) Экраны фона — чёрный и белый.
При подготовке опыта необходимо сделать скамеечку или столик из двух деревянных брусочков и кусочка фанеры (рис. 181). Указать наперёд размеры этой скамеечки нельзя, так как они зависят от размеров весов. Скамеечку делают такой высоты и ширины, чтобы она не оказывала препятствий небольшим колебаниям чашки весов около положения равновесия.
1)	Установить весы для точного взвешивания. Подвесить к левой чашке весов ведёрко Архимеда и к нему на нитке цилиндрическое тело так, как показано на рисунке 181, I. Расстояние между ведёрком и телом подобрать таким, чтобы при колебаниях весов во время опыта тело не выходило из воды, а ведёрко не погружалось в воду. Подвесив ведёрко с телом, уравновесить их какой-либо тарой.
2)	Поставить на скамеечку стеклянный сосуд с водой и убедиться, что равновесие нарушилось благодаря действию на погружённое в воду тело выталкивающей силы (рис. 181, II).
3)	Заполнять ведёрко водой при помощи пипетки^до тех пор, пока равновесие не восстановится (рис. 181, III). При этом окажется, что ведёрко надо налить точно до верхнего края, т. е. взять воду
х) Наливание воды следует производить при помощи пипетки, так как это позволит последнюю порцию воды вводить каплями, чтобы «не переполнить» ведёрка и не вызвать перевешивания им тары. Это может случиться, когда вода, влитая в излишнем количестве, установится поверх края ведёрка в виде выпуклого мениска.
182
g 29, 7
Рис. 181. Демонстрация закона Архимеда на технических весах.
в объёме погружённого тела.
4) Проводя демонстрацию, обратить особое внимание на обеспечение видимости, для чего необходимо на стрелку и шкалу весов сделать насадки из бумаги (§ 11, 3 и рис. 42) и подобрать экран для создания фона.
7.	Опыт III. Демонстрация закона Архимеда на весах Беранже.
Приборы и материалы: 1) Весы Беранже. 2) Отливной стакан. 3) Самодельный штатив для подвешивания тела. 4) Тело (указания — ниже). 5) Два стакана или мензурки. 6) Гиря. 7) Подставка. 8) Тара.
Демонстрация закона Архимеда при помощи весов Беранже в техническом отношении является более сложной, чем описанная в предыдущем опыте, но не требует ведёрка Архимеда.
Для опыта необходим стакан с носиком, носящий название отливного (§ 62, 1 и рис. 470). Заранее следует изготовить из квадратной дощечки и куска жёсткой проволоки штатив В с крючком для подвешивайия к нему тела (рис. 182). Тело А лучше всего взять возможно большего объёма, насколько это позволяют размеры отливного стакана, и притом сравнительно малого удельного веса, приближающегося к удельному весу воды. Наиболее подходящими телами оказываются: картофелина, фарфоровый изолятор или два-три крупных ролика, связанных вместе.
1)	Собрать установку, согласно рисунку 182, подвесив тело на нитке такой длины, чтобы оно при колебаниях весов не выходи
5 29, 7
183
ло из воды, заполняющей отливной стакан С, когда оно будет погружено в воду. При этом оно не должно также касаться ни стенок, ни дна сосуда. Так как тело взято сравнительно большего объёма, а следовательно, значительного веса, то во избежание перекувыркивания штатива на его основание придётся поставить какую-либо гирю D,
На левую чашку весов поместить стакан Е, куда потом будет налита вода, вытесненная телом, погружённым в отливной стакан.
Рис. 182. Демонстрация закона Архимеда на весах Беранже (теневая проекция).
2)	Отливной стакан С заполнить водой до предела, т. е. чтобы наливаемая в него вода стала выливаться наружу через носик. Стакан отставить в сторону.
3)	Не погружая тела А в отливной стакан, уравновесить на левой чашке штатив В с телом А и пустой стакан Е гирями или тарой, кладя их на правую чашку весов.
4)	Придвинув к весам отливной стакан С, осторожно погрузить в него подвешенное тело, собрав при этом всю (до капли) выливающуюся из носика воду в стакан F. Убедиться, что весы вышли из равновесия и что при этом тело не касается ни стенок, ни дна отливного стакана.
5)	Воду, вылившуюся из отливного стакана, перелить в стакан £*, стоящий на левой чашке, что должно восстановить равновесие.
Если же этого не случится, то, следовательно, опыт был выполнен недостаточно тщательно (отливной стакан был наполнен не до предела, собрана не вся вода, вытесненная телом, и т. п.).
184
$ 29, 8—9
соответствующие
Рис. 183. Прибор И. П. О. для демонстрации закона Архимеда.
Опыт в этом случае надо повторить, чтобы добиться нужных результатов.
6)	Выяснить видимость опыта и для её обеспечения принять >ры (экраны фона, подкрашенная вода, насадки на указатели весов и т. п., о чём—см. § 11, 3 и 4).
8.	Опыт IV. Демонстрация закона Архимеда при помощи динамометра.
Приборы и материалы: 1) Прибор И. П. О. (рцс. 183). 2) Сосуд с водой. 3) Штатив. 4) Пипетка.
Прибор И.П.О. для демонстрации закона .Архимеда состоит из пружины А, укреплённой на железной раме и служащей динахмо-метром (рис. 183). О степени растяжения пружины судят по дисковому указателю В, перемещающемуся вдоль шкалы. Для отметки того или иного положения указателя динамометра, кроме делений на шкале, имеется металлическая стрелка С, которую можно установить в любом месте. Кроме динамометра, в состав прибора входит ведёрко D и цилиндрическое тело Е, по своему объёму равное вместимости ведёрка.
1)	Динамометр с подвешенными к нему ведёрком и телом прикрепить к лапке шта
тива. Для упрощения техники опыта тело следует подвесить к ведёрку с помощью проволоки или нитки длиной около 10 см. Заметить подвижной стрелкой положение указателя динамометра.
2)	Погрузить тело в сосуд с водой и обнаружить, что показания динамометра уменьшились под действием силы, выталкивающей тело из воды.
3)	При помощи пипетки заполнить ведёрко до верхнего края и показать, что динамометр даёт прежнее показание, отмеченное стрелкой.
9.	Опыт V. Поплавок Декарта (картезианский водолаз).
Приборы и материалы: 1) Цилиндрический сосуд. 2) Пробирка малого размера. 3) Пипетка. 4) Просвечивающий экран. 5) Стакан с водой. 6) Кювета.
1)	В пробирку А малого размера (длиной в 40—60 мм и диаметром в 8—10 мм) с выпуклым донышком налить, примерно, на Vs воды и, заткнув отверстие пальцем, перевернуть её (рис. 184, I). В таком виде опустить её в стакан с водой и отнять палец. Заметить, какая часть пробирки при плавании выступает над поверхностью жидкости. Вынув пробирку и долив в неё воды, добиться
§ 29, 10
185
такого плавания пробирки, чтобы над поверхностью выступала самая малая часть её донышка (рис. 184, II).
2)	Пустить перевёрнутую пробирку А в стеклянный высокий цилиндрический сосуд с водой, например, цилиндр для собирания газов, употребляемый химиками (рис. 184, III). Воды в сосуд налить возможно больше и накрыть его ладонью руки. Про-
Рис. 184. Поплавок Декарта из плавающей пробирки.
гибая ладонь внутрь, добиться, чтобы пробирка опускалась вниз. Выгибая ладонь в противоположном направлении, получить всплывание пробирки вверх.
3)	Повторить опыт на фоне просвечивающего экрана и сравнить видимость при экране и без него.
4)	Затянуть отверстие цилиндра тонкой резиновой плёнкой и повторить опыт (рис. 184, IV).
10.	Опыт VI. Плавание внутри жидкости.
Приборы и материалы: 1) Два высоких цилиндрических сосуда. 2) Ареометры для D < 1 и D > 1. 3) Крепкий раствор поваренной соли. 4) Картофелина или куриное яйцо. 5) Химическая воронка с длинной трубкой. 6) Два стакана. 7) Денатурированный спирт.
Опыт имеет целью показать, что при известных условиях тело может оказаться плавающим внутри жидкости. Попутно приводятся измерения удельных весов с помощью ареометров.
186
$ 29t 11
1) Один из высоких цилиндрических сосудов, употребляемых химиками для собирания газов, заполнить денатурированным спиртом, другой —крепким раствором соли. Взяв нужные арео-
Рис. 185. Плавание картофелины внутри жидкости (на границе воды и раствора соли).
метры, измерить удельные веса спирта и раствора.
Поменяв местами ареометры, наблюдать, как они будут вести себя в жидкостях.
2) Опустить картофелину (или куриное цйцо) сначала в стакан с водой, затем — с раствором и обнаружить, что в первом случае картофелина тонет и во втором —плавает.
3) Налить в цилиндрический сосуд до половины воды. Взять химическую воронку с длинной трубкой. Опустить конец этой 1 рубки до
Рис. 186. Аппарат Киппа для получения углекислого газа.
дна сосуда и наливать через воронку крепкий раствор соли (см. указания в § 32. 5 и рис. 228, I) до тех пор, пока уровень
воды, поднявшись кверху, не будет отстоять от края сосуда, примерно, на 4—5 см.
4) Опустить в воду осторожно картофелину и наблюдать, как
последняя, опустившись, примерно, до середины сосуда, останется там плавать (рис. 185).
5) Сравнить видимость опыта на фоне экранов —белого, чёр-ного и просвечивающего.
11.	Опыт VII. Закон Архимеда для газов.
Приборы и материалы: 1) Технические весы (рис. 99). 2) Тара. 3) Скамеечка к весам. 4) Стеклянный сосуд, прямоугольный или круглый. 5) Электрическая лампочка в 200—300 W. 6) Аппарат Киппа (рис. 186). 7) Соляная кислота. 8) Куски мрамора. 9) Лучинка. 10) Спички. 11) Экраны для фона — белый и чёрный.
Опыт служит для демонстрации, что тело испытывает большее выталкивающее действие в углекислом газе, чем в воздухе.
5 29, 12
187
1)	Установить весы, приготовив их для взвешивания.
2)	Поставить скамеечку так, чтобы чашка весов не касалась её при своих колебаниях (рис. 187). К чашке подвесить указанным на рисунке 187 образом твёрдое тело возможно более крупного объёма, насколько это позволяют размеры стеклянной банки, поставленной на скамеечку. Тело взять сравнительно небольшого
Рис. 187. Установка для демонстрации закона Архимеда в газах.
веса, например, электрическую лампочку мощностью в 200—300 W или колбу. Подвешенное тело уравновесить тарой, следя при этом, чтобы тело при колебаниях весов не задевало за стенки сосуда.
3)	Зарядить аппарат Киппа для получения углекислого газа.
4)	Опустить в сосуд трубку от аппарата Киппа и наполнить сосуд углекислым газом. Наблюдать нарушение равновесия.
5)	Опуская в сосуд горящий конец лучинки, показать, что сосуд заполнен углекислым газом.
6)	Вылить из сосуда углекислый газ и показать возвращение весов к равновесию.
7)	Обеспечить видимость опыта, сделав бумажные насадки на стрелку и шкалу весов (§ 11, 3), и подобрать фон —белый или чёрный, какой из них окажется наиболее подходящим.
12.	Опыт VIII. Мыльные пузыри с водородом.
Приборы и материалы: 1) Склянка Вульфа для получения водорода. 2) Цинк. 3) Серная кислота. 4) Мыльный порошок для бритья. 5) Глицерин. 6) Фарфоровая выпаривательная чашка. 7) Аппарат Киппа для получения углекислого газа.»
Опыт служит для демонстрации, что мыльные пузыри, наполненные водородом, всплывают в воздухе, а наполненные углекислым газом опускаются вниз (тонут).
1)	В небольшой чашке, например, фарфоровой выпариватель-ной, растворить мыльный порошок или натереть мыла. В раствор
188
§ 29, 13
добавить одну-две капли глицерина. Свернув из бумаги трубочку, научиться выдувать ртом
мыльные пузыри.
2)	Зарядить склянку Вульфа для добывания водорода и, окунув в раствор мыла конец резиновой трубки, получить мыльный пузырь. Лёгким, но резким движением стряхнуть пузырь и наблюдать его всплывание в воздухе (рис. 188).
Рис. 188. Использование склянки Вульфа для получения водорода. Наполнение мыльных пузырей.
3)	Подобным же образом наполнить мыльный пузырь углекислым газом и, стряхнув его, показать опускание его вниз на пол.
4)	Повторять опыты до получения чётких результатов.
13.	Вопросы к отчёту студента:
1)	Выяснить целевые установки проделанных опытов и сделать зарисовки установок.
2)	Почему в опыте на закон Архимеда с весами Беранже (рис. 182) рекомендуется брать тело с небольшим удельным весом, в частности, использовать изделия из фарфора (фаянса), картофелину и f. п.?
3)	Какие методические особенности имеет опыт (рис. 182) по сравнению с демонстрациями, показанными на рисунках 181 и 183?
4)	Почему в ряде опытов на закон Архимеда в качестве тела рекомендовано применение картофеля?
5)	Какие меры могут быть приняты для улучшения видимости «поплавка Декарта» и, в частности, видимости изменения объёма воздуха в поплавке?
6)	Имеет ли значение, если при выполнении опыта с «поплавком Декарта» окажется под ладонью некоторое количество воздуха?
7)	Каким образом из деревянной палочки и картофелины может быть устроен простейший ареометр для суждения об удельных весах, меньших единицы?
8)	Почему для демонстрации закона Архимеда для газов нужно пользоваться техническими весами, а не весами Беранже? Показать это приблизительным подсчётом.
9)	Почему в описании этого же опыта дано указание, чтобы погружаемое в газ тело имело возможно больший объём при незначительном весе?
§ 30, 1—2
189
§ 30.	Свойства газов.
Методические указания — см. т. I, § 66. Изготовление приборов — см. т. III, § 32. Рисунки по теме — см. т. IV, §§ 43—44 и рис. 179—192.
1.	Методические замечания. Количество опытов по теме «Свойства газов», которые могут быть показаны в семилетней школе, весьма значительно, но большинство из них по технике своего осуществления сравнительно трудны. Следует заметить, что демонстрации с газами вызывают к себе повышенный интерес у учащихся; это налагает на преподавателя обязанность особенно тщательно отнестись к подготовке и к проведению этих опытов.
Так как ряд интереснейших демонстраций за недостатком времени не сможет найти себе места в классной работе, то их крайне желательно провести в порядке кружковых занятий. При этом многие из них являются весьма подходящими для вечеров занимательной физики. К числу демонстраций для кружковых занятий относятся: «картофельный пистолет» (рис. 5); «поднимание человека дуновением» (рис. 190); «наказанное любопытство» (рис. 193); «вода в перевёрнутом стакане» (рис 194, I); «тяжёлый газетный лист» (рис. 194.11); «примитивный барометр или альтиметр» (рис. 200).
Из числа основных опытов классного характера для воспроизведения предлагаются главным образом наиболее сложные по своей технике, именно: взвешивание воздуха (рис. 201); подъём воды вслед за поршнем (рис. 202); опыт Торичелли (рис. 203 и 204). Кроме того, производится изучение барометров и производство отсчётов по ним.
Все демонстрации на атмосферное давление, требующие воздушного насоса, отнесены к последующей работе (§ 31). Закон Архимеда для газов —см. в§ 29, 11 и 12. Опыт Торичелли своеобразен по своей технике вследствие применения в нём ртути, требующей своей предварительной подготовки для опыта и определённых правил обращения с нею.
Кроме того, ртутью бывают заполнены ртутные манометры (рис. 170) и барометры (рис. 198 и 199). Наконец, ртутью заполняют также капилляры, чтобы показать, что уровень в них будет ниже, чем в широком сообщающемся сосуде (рис. 226). Все эти опыты, за исключением «ртутного дождя», требуют ртути, очищенной не только от пыли и грязи, но и не содержащей в себе во сколько-нибудь значительном количестве растворённых металлов. Загрязнённая ртуть, а также ртуть с примесями металлов станет прилипать к стенкам стеклянных трубок и оставлять на них грязные пятна. Впрочем, прилипание чистой ртути будет наблюдаться также, если стеклянная посуда в свою очередь недостаточно очищена от пыли и грязи. Об очистке ртути —см. т. Ill, § 26.
2.	Обзор демонстраций по теме: «Свойства газов». 1) О б ъ ё м газа. То, что газ занимает определённый объём, который
190
S 30, S
не может быть занят одновременно другим телом, показывают с опрокинутым стаканом, погружённым в воду (рис. 189). Вариант подобного опыта приведён в Ст. уч. на рисунках 85—87.
Вопрос о демонстрации, что газ занимает весь предоставленный ему объём, целиком надо признать совершенно не разработанным, и описанные в различных методических пособиях опыты —по меньшей мере неудовлетворительны (например, Ст. уч., рис. 88).
2)	Сжимаемость и упругие свойства г а-з а можно показать посредством велосипедного насоса, у кото-
рого выходное отверстие плотно закрывают пальцем и сжимают
Рис. 189. Демонстрация, что газ занимает некоторый объём.
газ поршнем. Если освободить поршень от нажима, то газ, возвращаясь к своему прежнему объёму, сдвигает поршень обратно. Эта же демонстрация может быть использована по вопросу об упругих свойствах газа. Для этой же цели полезно показать действие картофельного пистолета,
состоящего из стеклянной трубки (1—2Ь—35 см', rf=12—15 мм). Вдавливанием в ломтик картофеля одного конца трубки получают «снаряд» и другого конца —«поршень», вталкиваемый палочкой внутрь трубки для стрельбы (рис. 5).
3)	Весомость газа. Для обнаружения весомости углекислого газа (вернее —его большей весомости по сравнению с воздухом) уравновешивают на технических весах сосуд вместимостью в 1—2 л. Заполняют сосуд углекислым газом (§ 29, И) и получают нарушение равновесия (см. т. I, рис. 149). Взвешивание воздуха описано ниже (§ 30, 7) и требует технических весов и колбы вместимостью в 2—Зл, обязательно круглодонной (колба с плоским дном лопнет).
4.	Передача давления газом демонстрируется при помощи прибора Паскаля, заполненного дымом (§ 28, 6) и является более удовлетворительной в методическом отношении, чем шар Паскаля с манометрами.
Очень эффектна для кружковых занятий демонстрация поднимания человека давлением воздуха, нагнетаемого лёгкими в резиновый мешок (рис. 190), причём имеется полная возможность «поднять самого себя» указанным способом. Для демонстрации
нужны: щит Л площадью около у ж2 (чертёжная доска); две (од
на недостаточна) резиновые надувные подушки В или один круг
§ 30, 3
191
для больного (§ 28, 7); тройник для соединения и резиновая труб-ка (/=1~ —2 ж). Вполне возможно склеить надувной мешок
из бумаги (пригоден даже газетный лист, взятый в два слоя) пло-щадью не менее у м2 (рис. 190). Об изготовлении —см. т. Ill, § 32.
3.	Обзор
1)	П о д ъ ё лее простым
демонстрации по теме: «Атмосферное давление», мжидкости вариантом,
вслед за поршнем. Бо-чем описанный ниже в разделе 8, но менее ценным в методическом отношении является демонстрация подъёма воды при высасывании (ртом или насосом) воздуха из трубки.
Рис. 190. Поднимание «самого себя дуновением».
2)	Водяные насосы — см. § 14, 5 и раздел 8.
3)	О п ы т Торичелли — см. раздел 9.
4)	Продавливание стекла, магдебургские полушария, фонтан в пустоте и другие опыты, требующие воздушного насоса, —см. § 31, 5, 6, 8.
5)	Цилиндр Герике, в конструкции И. П. О., показанной на рисунке 191, служит для обнаружения давления атмосферы. Состоит он из чугунного цилиндра, внутри которого помещён поршень (плошадью около 50 с^и2), тщательно приточенный. Патрубок В служит для сообщения внутреннего пространства с атмосферой. На патрубок надевается резиновая трубочка, закрываемая зажимом Гофмана (рис. 167). Поршень А вдвигают возможно глубже внутрь цилиндра и прибор подвешивают к раме (рис. 52). К крючку или рукоятке, соединённым с поршнем, привешивают гири или мешки с песком в 10 и более килограммов, ограничиваясь грузом, какой оказывается недостаточным для полного выдвижения Поршня из цилиндра. Цилиндр Герике возмож
192
§ 30, 4
но также использовать для некоторых опытов: упругие свойства
газа, модель гидравлического пресса, передача давления газа и
т. п. (см. брошюру Главучтехпрома: «Прибор для демонстра-
ции упругости газов»). Цилиндр Герике легко испортить, допустив образование ржавчины на поверхности поршня. Во избежание этого прибор хранят смазанным изнутри тавотом или
вазелином.
6)	Л и в е р. Действие ливера проще всего показать при помощи пипетки, употребляемой химиками (рис. 192).
Рис. 192. Демонстра-
ция ливера.
Рис. 191. Цилиндр Герике.
Для занимательного видоизменения опыта служит жестянка (би-
дончик) с дном, содержащим ряд отверстий, проколотых тонким
Рис. 193. «Наказанное любопытство» (при открывании пробки вода выливается через дно с мелкими отверстиями).
шилом. Погружением заполняют её водой и закрывают её горлышко пальцем или резиновой пробкой (рис. 193). Вода таким приёмом удерживается внутри жестянки. При открывании доступа воздуха внутрь, для чего отнимают палец или открывают пробку, вода струями вытекает через отверстия.
7)	Р а з н ы е. К числу интересных опытов, рекомендуемых для воспроизведения в кружках, относятся: «вода в перевёрнутом стакане», «тяжёлый газетный лист» и др. (рис. 194).
Указания о выполнении этих опытов можно найти в книгах Перельмана и Тома Тита (см. § 74).
8)	Закон Архимеда. Плава н и е — см. § 29, 12.
4.	Обзор демонстраций по теме: «Измерение давления воздуха». 1) Металлический манометр Бурдона, имеющийся в продаже, показан на рисунке 195. Его чугунное основание мо
§ 30, 5
193
жет быть отвёрнуто: тогда патрубок с краном служит для присоединения (посредством резиновой трубки) воздушного насоса (§ 31, 4) для нагнетания или разрежения воздуха внутри полой изогнутой металлической трубки EF. При на-
гнетании трубка несколько «выпрямляется», при разрежении сильнее изгибается, что отмечается стрелкой манометра.
Рис. 194. Занимательные опыты с атмосферным давлением: I — вода в перевёрнутом стакане; II—«тяжёлая газета».
I
Перед демонстрацией манометра следует показать, что короткая прямая резиновая трубочка, закрытая на своём свободном конце, при выкачивании из неё воздуха сплющивается и изгибается и, наоборот, согнутая при нагнетании выпрямляется. О тех
Рис. 195. Модель (Г) и устройство (Неметаллического манометра.
ническом металлическом манометре — см. § 31,1.
2) Манометры открытые и закрытые, ртутные и водяные — см. § 28, 5.
5.	Барометры. В школе демонстрируются: барометр -анероид (рис. 196) и ртутный (сифонный) (рис. 198). Устройство барометра-анероида описано в каждом курсе физики. Моделей этого
13 к. H. Горячкин
194
$ 30, 5
барометра, которые наглядно знакомили бы с устройством его механизма, в продаже, к сожалению, нет. В этом отношении весьма полезен барограф, у которого совершенно ясно видны несколько «коробочек» А, соединённых вместе для
О,
Рис. 196. Устройство механизма барометра-анероида.
получения значительных по величине отклонений стрелки С (пишущего пера) (рис. 197). Чтобы не вводить в заблуждение учащихся, следует уничтожить на барометре-анероиде надпись: «буря», «дождь», «переменно» и т. д., как несоответствующие истинному положению вещей. Проверка анероида производится по ртутно-
Е
Рис. 197. Барограф.
glllllillllllllllllllilllllllllllllllllm
$ 30, 5
195
му барометру. Стрелку анероида для корректирования можно заставить сместиться вперёд или назад по шкале, поворачивая для этого отвёрткой головку винта, для доступа к которому на обратной стороне анероида сделано отверстие.
Рис. 198. Сифонный барометр Рис. 199. Чашечные барометры, школьного типа.
Сифонный ртутный барометр школьного типа показан на рисунке 198. Для упрощения отсчёта на трубку надеты жестяные ползунки А с двумя указателями. Ползунок устанавливают так, чтобы его верхний край совпал с серединою мениска ртути, тогда по положению указателя можно будет произвести соответствующий отсчёт по шкале. Чтобы компенсировать ошибку при перекосе ползунка, следует брать среднее арифметическое из отсчётов, сделанных для обоих указателей по шкалам справа и слева от барометрической трубки. Подобным образом производят отсчёты положения уровня ртути как в правом закрытом колене, так и в левом открытом. Величина атмосферного давления равна разности этих отсчётов1).
Ч Подробное описание барометра — см. в брошюре Главучтехпрома «Школьный ртутный барометр».
13*
196
§ 30, 6
Преподаватель, в особенности в сельской школе, безусловно
должен уметь производить измерения и по другим типам ртутных барометров. У некоторых сифонных барометров шкала делается подвижной, тогда для отсчёта смещают её так, чтобы нуле-
вое деление оказалось установленным против уровня ртути в
открытом колене.
В чашечных барометрах, применяемых на метеорологи-
ческих станциях, колебания уровня в чашке учитываются приме-
Рис. 200. Водяной альтиметр для обнаружения уменьшения атмосферного давления при подъёме.
поиграет её произойдёт.
вила:
нением особой шкалы с уменьшенными делениями (рис. 199,1). Для уточнения отсчётов на верхней части оправы барометрической трубки сделана подвижная часть К с нониусом, приводимая в движение посредством кремальеры L (рис. 199, II). Встречаются чащечные барометры, у которых перед отсчётом уровень ртути в чашке должен быть поднят или опущен до соприкосновения с концом острия указателя D (рис. 199, ДИ). Достигается это вращением винта В, поднимающего или опускающего мягкое (кожаное) дно А у чашки.
В заключение следует упомянуть о примитивном водяном барометре, позволяющем судить об изменениях атмосферного давления. Такой барометр состоит из любой бутылки со стеклянной трубкой, пропущенной через пробку и доходящей до дна (рис. 200). Для полной изоляции пространства внутри бутылки от атмосферы пробку тщательно покрывают сверху сургучом. В бутылку налито некоторое количество воды так, что уровень её в трубке стоит выше пробки. Этот уровень станет опускаться или подниматься при изменениях давления наружного воздуха.
6. Правила хранения ртути и обращения с нею. Пары ртути сильно ядовиты, и это налагает на преподавателя обязанность строго соблюдать особые предосторожности. Однако, если учащийся подержит на своей ладони несколько капель ртути или шариками, то никакого отравления, конечно, не Опасно лишь длительное, изо дня в день,
вдыхание воздуха, в котором содержатся napbi ртути. Симптомы отравления выражаются сначала в некотором недомогании и головной боли, которые обычно приписывают иным причинам случайного характера. Во избежание отравления воздуха парами ртути следует строго соблюдать следующие пра-
§ 30, 7
197
I.	Ртуть следует хранить в толстостенных стеклянных банках, лучше всего с притёртой пробкой (флакон из-под духов). Оставлять флакон открытым при хранении ни в коем случае нельзя. Для наливания небольшого количества ртути очень удобны специальные деревянные сосуды с завинчивающейся крышкой, на которой сделан отросток с трубочкой из кости или пластмассы.
II.	Стеклянный флакон со ртутью нельзя при переноске брать за горлышко, так как оно может оторваться, и ртуть окажется разлитой.
III.	При производстве опытов со ртутью (опыт Торичелли и др.) приборы надо помещать в большую фотографическую кювету или на самодельный железный противень, окрашенный внутри масляной краской. Размеры противня могут быть взяты, примерно, следующие: ширина 40—50 см, длина 70 — 100 см и высота бортиков 4—8 см. Назначение кюветы заключается в том, чтобы случайно пролитая ртуть не попала на стол, а тем более на пол (рис. 203).
IV.	Ртуть, пролитая на стол, а тем более на пол и попавшая в щели, будет постепенно испаряться, и воздух класса будет всегда содержать в себе пары ртути. Поэтому преподаватель, не собравший разлитой ртути и не удаливший капельки её из щелей, совершает непростительный поступок.
V.	Ртуть, использованную для опыта, не следует смешивать с чистой и надо хранить в отдельной бутылке впредь до очистки. Ртуть, оставшуюся после амальгамирования (см. § 44, 5), как содержащую в себе цинк, следует слить отдельно и употреблять впоследствии только для амальгамирования.
VI.	Ни в коем случае нельзя допускать, во избежание тяжких-отравлений, нагревание, а тем более кипячение ртути, кроме как в вытяжном шкапу.
7.	Опыт I. Взвешивание воздуха.
Приборы и материалы: 1) Технические весы (рис. 99). 2) Разновес. 3) Круглодонная колба на 2—3 л. 4) Резиновая пробка со вставленной стеклянной трубкой. 5) Зажим Гофмана. 6) Насос Комовского
198
$ 30, 8
(рис. 208). 7) Сосуд с водой. 8) Мензурка. 9) Кусочек тонкой проволоки или бечёвки. 10) Экран фона.
Опыт имеет целью показать, что воздух имеет вес. Кроме того, здесь же приводится простой способ для определения удель
ного веса воздуха.
Как было уже указано, во избежание раздавливания следует применять обязательно колбу с
Рпс. 201. Взвешивание воздуха.
круглым, а не с плоским дном.
1) Подобрать к колбе резиновую, а не корковую пробку. В пробке просверлить отверстие и вставить (плотно) в него кусочек стеклянной трубки, надев на конец последней небольшую резиновую трубку (рис. 201). Винтовой зажим Гофмана надеть на резиновую трубку. Снабдить колбу петлей из проволоки для подвешивания к весам.
2) Для обеспечения видимости сделать насадку из бу-
маги на стрелку и шкалу для весов (§ 11, 3). Определить вес колбы вместе с пробкой и зажимом (рис. 201).
3)	Выкачать из колбы воздух посредством насоса Комовского (рис. 208) и плотно зажать трубку зажимом.
4)	Вновь взвесить колбу с разреженным воздухом. Вычислить вес удалённого воздуха.
5)	Опустить резиновую трубку в сосуд с водой. Медленно открыть зажим под водой и дать возможность воде заполнить доот-каза пространство внутри колбы.
6)	Измерить мензуркой объём воды, проникшей в колбу.
7)	Вычислить вес 1 см‘л воздуха при атмосферном давлении.
8)	Сравнить полученный результат с табличными данными с учётом температуры и давления и определить величину относительной ошибки в процентах.
8.	Опыт II. Водяные насосы.
Приборы и материалы: 1) Всасывающий насос (рис. 89). 2) Нагнетательный насос (рис. 90). 3) Сосуд с водой. 4) Стакан. 5) Стеклянная трубка (d—3—4 мм; Z=60—80 см). 6) Проволока (d—1 мм;'1—1 м). 7) Вата. 8) Просвечивающий экран (рис. 57). 9) Подъёмный столик (рис. 53).
В результате опыта должна оказаться изученной конструкция водяных насосов.
1)	Привязать к концу проволоки кусок смоченной в воде ваты или тряпки. Вставить проволоку внутрь стеклянной трубки.,
§ 30, 9
199
Рис. 202. Демонстрация подъёма воды за поршнем.
поместив «поршень» (из ваты) в самое низкое положение (рис. 202). Опустить трубку этим нижним концом в сосуд с водой и медленно вытягивать поршень вверх. Трубку держать вертикально. Добиться, чтобы вода поднималась вслед за поршнем, для чего придётся несколько раз делать поршень различной плотности и толщины.
2)	Проверить видимость опыта. Применить подкрашивание жидкости и просвечивающий экран.
3)	Ознакомиться с устройством водяных насосов —всасывающего и нагнетательного и привести их в действие (§ 14, 5). Предварительно смочить водой обмотку из ниток на поршнях.
4)	Сравнить улучшение видимости работы насосов при применении просвечивающего экрана (рис. 57).
9.	Опыт III. Опыт Торичелли.
Приборы и материалы:!) Стеклянная толстостенная трубка (Z=80—85 см). 2) Чугунная чашка (рис. 204). 3) Демонстрационный метр. 4) Кювета. 5) Сосуд с ртутью. 6) Химический стакан с носиком. 7) Лабораторный штатив. 8) Экраны (рис. 56).
Для опыта Торичелли нужна стеклянная толстостенная трубка длиной около 80—85 см и с внутренним отверстием в 5—6 мм. Более узкая трубка хотя и выгодна тем, что требует меньшего количества ртути, но её труднее заполнить так, чтобы внутри не осталось пузырьков воздуха. В продаже имеются
специальные чугунные чашки с углублением, сделанным согласно тому положению пальца, которое ему придают при погружении в ртуть (рис. 204. I и II). Такая форма углубления позволяет применять меньшее количество ртути, чем при круглой чашке.
Проделать опыт Торичелли (рис. 203):
1)	Поместить вертикально стеклянную трубку (совершенно чистую) закрытым концом вниз обязательно над кюветой.
Заполнить трубку А ртутью через бумажную вороночку почти до верха, т. е. так, чтобы уровень не доходил до края примерно на 10 мм (рис. 204, III). Наливать ртуть надо или из описанного выше сосуда для ртути, или из небольшого химического стаканчика с носиком. В чугунную чашку (рис. 204, I) следует также заранее налить ртути.
2)	Обратить внимание на пузырьки воздуха В, приставшие к стеклу (рис. 204, IV). Этот воздух при перевёртывании трубки проникнет в торичеллиеву пустоту, вследствие чего уровень
200
$ 30, 9
Рпс. 203. Опыт Торичелли.
ртути в трубке установится ниже, чем то следовало бы при данном атмосферном давлении.
Для удаления пузырьков плотно закрыть отверстие трубки пальцем и наклонять её сначала до горизонтального положения, а затем так, чтобы закрытый конец оказался немного приподнятым. Тогда столбик воздуха «поедет» вверх, присоединяя к себе на пути пузырьки воздуха. После этого трубку повернуть попрежнему и, если все пузырьки оказались удалёнными, заполнить ртутью до самого верха. Пузырьки можно удалять также, вставив заранее внутрь трубки стальную проволоку, и затем после нескольких поворачиваний вынуть её.
3)	Заполнив трубку Торичелли так, чтобы ртуть выступала над её краями, отверстие крепко зажать пальцем (указательным) (рис. 204,11). После этого трубку ос
торожно перевернуть и погрузить в чашку со ртутью так, чтобы нижний край трубки- оказался ниже поверхности ртути. Затем от отверстия удалить палец, вынуть его из чашки и трубку закрепить вертикально при помощи лабораторного штатива.
4)	При демонстрации опыта надо, во-первых, показать, что высота столба ртути в трубке Торичелли будет около 65—75 см в зависимости от давления воздуха. Во-вторых, надо наклонить трубку так, чтобы её верхний закрытый конец опу-
Рис. 204. Наполнение трубки Торичелли ртутью.
§ 30. 10-11
201
скался ниже указанной высоты, и показать, что в этом случае трубка целиком заполняется ртутью.
5)	Сравнить видимость столба ртути при применении экранов фона — белого и чёрного.
10.	Опыт IV. Барометры.
Приборы и материалы: 1) Барометр-анероид (рис. 196). 2) Ртутный сифонный барометр (рис. 198). 3) Ртутный чашечный барометр (рис. 199). 4) Барограф (рис. 197). 5) Отвёртка. 6) Примитивный водяной барометр (рис. 200). 7) Масштабная линейка.
Работа имеет своей целью ознакомить с устройством различного типа барометров, а также с отсчётами по ним.
1)	По описанию познакомиться с устройством барометров и барографа.
2)	Произвести отсчёт величины атмосферного давления по школьному сифонному барометру (см. раздел 5).
3)	Взять ртутный чашечный барометр. Действуя винтом В (рис. 199, III), установить уровень ртути в чашке так, чтобы он пришёл в соприкосновение с остриём D. Произвести отсчёт величины атмосферного давления по чашечному барометру.
4)	Вставить в барограф (рис. 197) ленту и установить его перо, действуя для этого отвёрткой на корректирующий винт так, чтобы перо указывало величину атмосферного давления согласно показанию ртутного барометра. Пустить в ход часовой механизм барографа и через неделю ознакомиться с кривой, записанной барографом.
5)	Сравнить показания ртутного барометра и анероида (рис. 196). Осторожно, поворачивая корректирующий винт анероида, привести стрелку последнего на деление, соответствующее показанию ртутного барометра.
6)	Произвести по анероиду отсчёт величины атмосферного давления в самом нижнем этаже дома. Там же отметить положение уровня воды в примитивном барометре (рис. 200). Произвести измерение по анероиду и определить изменение уровня в водяном барометре в верхнем этаже дома.
11.	Вопросы к отчёту студента:
1)	Определить целевые установки всех проделанных опытов и сделать зарисовки.
2)	Можно ли для опыта «взвешивание воздуха» взять колбу меньшей вместимости, чем в 2—3 л? Как такое изменение объёма скажется на результатах?
3)	Как опытный преподаватель может без манометра судить, что разрежение воздуха в колбе достаточно для успеха демонстрации?
4)	Что нужно сделать, если для опыта «взвешивание воздуха» взята корковая, а не резиновая пробка?
Ч Руководство указывает студенту руководитель практикума.
202
$ 31, I
5)	Можно ли для этого опыта воспользоваться весами Беранже, а не техническими?
6)	Выйдет ли опыт «подъём жидкости вслед за поршнем», если воду заменить ртутью?
7)	Почему для начала работы водяных насосов обмотку поршня и клапаны надо смочить водой?
8)	Какую небрежность допустил экспериментатор, если трубка Торичелли в наклонённом положении не заполняется целиком ртутью?
9)	Как в опыте Торичелли надо располагать метровую линейку при измерении высоты столбика ртути?
10)	Должна ли высота столбика ртути в опыте Торичелли непременно равняться 76 см? Указать явления, влияющие на высоту столбика.
11)	Какие существенные недостатки имеет примитивный барометр (рис. 200), делающие его негодным для измерения величины давления воздуха?
12)	Вычислить поправку на температуру для ртутного барометра. Каким образом она сказывается на искажении результата измерения?
§ 31.	Воздушные насосы.
Методические указания — см. т. I, § 66, Изготовление приборов — см. т. III, § 32.
Рисунки по теме — см. т. IV, § 45, рис. 193. 181 и 201.
1.	Методические замечания. Настоящая работа имеет своей целью ознакомить с основными типами воздушных насосов, применяемых в школе, и с важнейшими демонстрациями по темам: «Свойства газов» и «Атмосферное давление», требующим использования насосов. По своей технике опыты могут быть разделены на три группы:
1)	Нуждающиеся только в насосе без тарелки: магде-бургские полушария (рис.214,тарелки); трубка Ньютона (рис. 217); кипение при пониженном давлении (рис. 285); фонтан в пустоте (рис. 218); модель манометра Бурдона (рис. 195) и др.
2)	Требующие, кроме насоса, ещё тарелки (рис. 210), но без колокола; продавливание стекла (рис. 222); прогиб резиновой плёнки (рис. 221) и др.
3)	Не осуществимые без применения тарелки и колокола: расширение газов (рис. 219); бароскоп (рис. 220); звонок в вакууме и др.
Поэтому опыты, описанные дальше, разбиты согласно этой классификации, несмотря иногда на совершенно их различную тематику. При опытах, не нуждающихся в тарелке, всё же предложено воспользоваться ею — исключительно для измерения манометром степени разрежения, чтобы судить о качестве вакуума.
Следует обратить внимание на точное выполнение правил пользования насосами во избежание порчи их или манометра. Необходимо также иметь в виду возможность раздавливания «со взрывом» колбы в опыте с кипением (рис. 285) и разбрасывание осколков стекла при продавливании его действием атмосферного давления (рис. 222).
5 31, 2
203
2. Вакуум-насосы. 1). Т и п ы насосов. В школе находят своё применение три типа воздушных насосов: водоструйный (рис. 205), Ш и н ц а (рис. 206) и К о м о в с к о-г о (рис. 208). Наиболее же ценным в техническом отношении, благодаря весьма значительной скорости выкачивания воздуха, является насос Геде, но он мало доступен школе по своей высокой стоимости и требует для приведения в действие электромотора (см. т. I, рис. 197). Наибольшая же степень разрежения, даваемая этим насосом, одинакова с насосом Комовского. Насос Геде необходим, если преподаватель хочет показать замораживание воды под колоколом насоса (см. т. I, рис. 168).
Водоструйный насос для приведения в действие нуждается в водопроводе, при этом чем значительней напор воды, тем скорее насос даст нужное разрежение. Водоструйный насос способен давать разрежение примерно до 15—20 мм ртутного столба х), что позволяет применять его*почти для всех опытов в школе-семилетке. Однако поскольку устройство и действие его не может быть объяснено учащимся, постольку применение его в школе нежелательно.
Наиболее дешёвым по своей стоимости из поршневых насосов является насос Шинца: при умелой наладке он даёт разрежение до 20 мм ртутного столба* 2).
Насос Шинца может быть использован не только для разрежения, но и как нагнетательный. Недостаток насоса состоит в том, что разрежение в сосуде может быть получено через сравнительно длительное время; поэтому при опытах для сокращения времени выкачивания следует брать сосуд возможно меньшего объёма.
Наиболее совершенным является насос Комовского. способный давать разрежение до 0,3 мм ртутного столба 3\ Кроме разрежения, насос предназначен и для нагнетания воздуха (до 4 атмосфер). Разрежение обычного порядка посредством насоса Комовского производится в сравнительно короткое время и является для учителя менее утомительным, чем работа с насосом Шинца.
2)	Водоструйный насос. Устройство водоструйного насоса показано на рисунке 205. Струя воды, вытекающая с большой скоростью из отверстия на конце одной трубки Л, втекает в отверстие В другой трубки С, в которую частично входит первая. При этом происходит засасывание воздуха в щель и выбрасывание его вместе с водой через нижнюю трубку С. В результате в сосуде D, в который заключены обе трубки, возникает разрежение воздуха.
Ч Степень разрежения зависит от температуры и в основном ограничивается давлением насыщающих паров воды.
2) У него значительно «мёртвое пространство»!
31 Давление паров масла.
204
£ 3/, 2
Верхним патрубком А водоструйный насос присоединяют к крану водопровода (см. § 6, 5 и рис. 19); на нижний патрубок С надевают резиновую трубку такой длины, чтобы конец её можно
было положить на дно водопроводной раковины, что важно для уменьшения разбрызгивания воды. Как верхняя, так и нижняя трубки должны быть толстостенными; верхнюю во избежание её соскакивания с крана следует обвязать проволокой. Боковой патрубок, или ниппель Е, сделан для соединения посредством резиновой трубки с тем сосудом, из которого выкачивается воздух. Необходимо включить в эту трубку
Рис. 206. Устройство насоса Ш и н ц а.
Рис. 205. Водоструйный насос, стеклянный, и его устройство.
кран (стеклянный), а также крайне желательно установить сосуд, предохраняющий включённый прибор от проникновения воды из насоса (см. правило VII).
Водоструйные насосы делаются из стекла, реже из металла; металлические более прочны; стеклянные же легко бьются и ломаются при надевании резиновых трубок, но более наглядны.
§	2
205
3)	Насос Шинца. Устройство насоса Шинца показано на рисунке 206. Внутри металлического цилиндра помещён пор-
шень а , перемещаемый взад и впер кой на конце. Этот поршень состоит из двух кожаных манжет ВВ, обращённых загнутыми краями в противоположные стороны (рис. 207). Никаких клапанов внутри цилиндра нет; один клапан помещён на продолжении цилиндра, другой — сбоку. Каждый клапан состоит из резинового колпачка С цилиндрической формы или из резиновой трубки, на одном своём свободном конце закрытой наглухо (рис 207, II и III). В колпачке
посредством штока с рукоят-
Рис. 207. Устройство поршня и клапанов насоса Шинца.
сделан бритвой небольшой сквоз-
ной продольный прорез Е наподобие щели. Если давление воздуха внутри колпачка становится большим, чем вне его, щель раскрывается и пропускает воздух наружу. Когда же давление
Рис. 208. Устройство насоса К омовского.
воздуха оказывается большим снаружи, чем внутри, то края щели ещё плотнее прижимаются друг к другу, и она воздуха не пропускает. Из рисунка 206 видно, как расположены колпачки: в клапане 2, являющемся нагнетательным, и в клапане 1, служа
206
# 31, 2
щем для разрежения воздуха. Клапаны портятся редко; чаще всего неисправность насоса вызывается тем, что кожаные манжеты поршня плохо прилегают к стенкам цилиндра или смазка (тавот, сало) оказывается недостаточной. Когда кожа сработалась «до дыр», её надо заменить; если же она только вытерлась, то, отогнув манжеты, следует наложить на металлическое основание поршня некоторое количество ниток.
/ // ///
Рис. 209. Схема работы насоса К омовского.
4)	Насос Комовского (рис. 210). Устройство насоса показано на рисунке 208. Посредством вращения рукоятки, укреплённой на массивном маховике, через кривошипношатунный механизм поршень С получает движение вверх и вниз внутри цилиндра D. В боковой стенке цилиндра сделано отверстие £*, ведущее в трубку F, служащую для разрежения воздуха в том или ином приборе. Клапаном является отъёмное дно J цилиндра, притёртое к нижним краям его стенок и поддерживаемое пружиной К, опирающейся на дно корпуса. Насос заполнен маслом. На рисунке209, I—III показана схема работы насоса. При движении вверх под поршнем в цилиндре образуется вакуум (1)х). Поршень, поднявшись на известную высоту, откроет отвер-
1) Характерно, что так как мёртвое пространство отсутствует, то под поршнем нет воздуха и находятся лишь одни пары масла.
§ 31, 2
207
стие E в трубке F, ведущей к сосуду, предназначенному для разрежения в нём воздуха (II). Воздух из этого сосуда частично войдёт в цилиндр, т. е. в пространство под поршнем. При движе-
Рис. 210. Тарелка для воздушного насоса с манометром. Насос К о м обского. Разрез тарелки.
нии вниз поршень сначала своим телом закроет отверстие Е и тем самым разобщит от насоса сосуд, из которого выкачивается воздух (III). При дальнейшем движении поршень станет сжимать
208
$ 31, 2
находящийся в цилиндре воздух, и когда давление последнего сделается большим атмосферного, откроется нижний клапан. При этом воздух будет через масло подниматься вверх и,пройдя через маслоуловитель L (рис. 208), выйдет наружу
Более подробные указания об устройстве насоса— см. в брошюре Главучтехпрома «Насос Комовского».
4) Тарелка и колокол. Тарелка для воздушного насоса показана на рисунке 210. Основную часть тарелки образует чугунное основание с отшлифованной поверхностью, на которую ставится стеклянный колокол с притёртым нижним краем.
Рис. 211. Присоединение тарелки к манометру (I). Измерение давления воздуха в колбе при помощи открытого водяного манометра (11).
Тарелка снабжена ртутным манометром М (рис. 210) для измерения степени разрежения под колоколом. Тарелка имеет кран В, заканчивающийся ниппелем А, предназначенным для надевания резиновой трубки, служащей для соединения с насосом Шинца (рис. 206), Комовского (рис. 208) или с водоструйным (рис. 205). Второй, вывёртывающийся, ниппель С установлен в центре тарелки и может служить для присоединения того или иного прибора (рис. 215). При таком соединении используется кран и, главное, манометр. На тарелке сделан ввод для электрического тока. Для включения прибора, поставленного на тарелку, служат клеммы 1,1\ для присоединения батареи —клеммы 2,2. В продаже имеется .также тарелка с колоколом меньшего размера и без манометра. В этом случае приходится применять отдельный манометр (рис. 170 и 211, I).
U Маслоуловитель служит для улавливания капелек масла во избежание их выбрасывания через ниппель, предназначенный для нагнетания воздуха.
§ 31, 2
209
Перед помещением того или иного прибора под колоколом мягкой чистой тряпкой с тарелки удаляют пыль. Края колокола и соответствующее место на тарелке намазывают салом, тавотом или, что хуже, вазелином. Чрезмерное намазывание скорее повредит, чем принесёт пользу, не говоря уже о том, что приборы окажутся чересчур покрытыми этими смазочными веществами. Лучше всего приобрести кусок плоской мягкой резины и вырезать из неё круг по размеру тарелки с тремя отверстиями — одно для ниппеля и два дл; то при прокладке её между тарелкой и колоколом надобность в применении сала совершенно отпадает.
5) Соединения между насосом и тарелкой или прибором делаются посредством резинового шланга, т. е. трубки с толстыми стенками. Обычная резиновая трубка при работе насоса сплющится под действием внеш
него давления атмосферы и разобщит насос от тарелки. При пользовании в силу необходимости тонкостенной резиновой трубкой можно до некоторой степени оказать препятствие сплющиванию, плотно обмотав трубку в два-три слоя изолирующей лентой1 2). Можно также внутрь тонкостенной трубки вложить спираль из железной проволоки.
Если шланги имеют отверстия различной величины, применяют специальные соединители из стекла или металла (рис. 212,1). При одинаковых шлангах соединения можно сделать при помощи короткой стеклянной трубочки (рис. 212,11). При этом рекомендуется концы резиновых трубок, если они тонкостенны, обвязать ниткой или проволокой (рис. 212,111). В случае необходимости «заглушить» конец резиновой трубки прибегают к помощи зажима Мора или лучше Гофмана (рис. 167), или, перегнув конец трубки, завязывают его прочной ниткой (рис. 211, V). Можно также отверстие заткнуть круглой палочкой из дерева, стёкла или металла (рис. 212, VI).
1) О хранении резины и пр. — см. т. III, § 17.
2) См. т. III, § 17.
14 Е. Н. Горячкин
210
$ 31, 3
3.	Правила применения вакуум-насосов. При пользовании насосами для опытов следует соблюдать следующие правила:
I.	При работе насосом Шинца (рис. 206) его поршень следует сдвигать на всю длину цилиндра (примерно под полу-секундный счёт: раз, два, раз, два,...), но без резких ударов об основания последнего. При очень быстрых и коротких по длине качаниях насос работает много хуже.
II.	Для получения наибольшего разрежения поршень насоса Шинца особенно важно каждый раз доводить до нижнего предельного положения, что нужно для уменьшения «мёртвого пространства».
III.	При работе насосом Комовского (рис. 208) плавно вращать рукоятку по часовой стрелке, делая примерно 60— 120 оборотов в минуту (т. е. с секундным или полусекундным счётом). При резком изменении скорости или весьма быстром вращении возможна порча насоса.
IV.	Перед соединением прибора или тарелки с насосом следует выбрать ниппель, соответствующий выкачиванию, что легко определить, приведя насос в действие и прикладывая палец к отверстиям ниппелей.
V.	Так как насосы Шинца и Комовского делаются из железа, то при опытах, сопровождающихся испарением воды, например: кипение под уменьшенным давлением (рис. 285, I), более рационально пользоваться водоструйным насосом. Если были применены всё же насосы Шинца или Комовского, то их после работы следует «просушить», сделав для этого вхолостую несколько десятков качаний.
VI.	Колокол, поставленный на тарелку, при начале откачивания следует несколько нажать руками вниз и слегка повернуть, что особенно важно в случае применения резиновой подкладки. Затем, сделав несколько качаний, убедиться, что колокол «присосался», т. е. не поддаётся усилиям руки, стремящейся поднять его вверх.
VII.	Перед каждым, хотя бы временным, прекращением работы поршнем желательно закрывать кран, разобщая насос от тарелки или от прибора. Это безусловно необходимо
$ 57, 4
211
для водоструйного насоса не только перед полным закрыванием водопроводного крана, но и при всяком уменьшении протока воды через насос. При несоблюдении этого правила проберётся вода в соединительный шланг и в каналы тарелки.
VIII.	После окончания опыта шланг разобщают от тарелки обязательно при закрытом кране. Воздух под колокол впускают медленно, лишь постепенно открывая кран; при быстром впуске ртуть манометра может своим ударом разбить его стеклянную трубку.
IX.	После работы с тарелкой протереть её поверхность и края колокола для удаления жира, который при хранении загустеет и сильно загрязнится.
Рис. 213. Измерение давления при помощи демонстрационного закрытого ртутного манометра.
4.	Опыт I. Определение степени разрежений, создаваемых насосами.
Приборы и материалы: 1) Насосы—водоструйный (рис. 205), Шинца (рис. 206) и Комовского (рис. 208). 2) Ртутный открытый манометр (рис. 171). 3) Резиновый шланг. 4) Винтовой зажим Гофмана (рис. 167).
Рис. 214. Магдебургские тарелки.
Опыты служат для ознакомления с методом определения степени разрежения, создаваемого различными типами насосов; один из этих опытов может быть продемонстрирован в классе при объяснении действия манометра (§ 30, 4).
1)	Присоединить к одной из трубок открытого ртутного манометра ( с ртутным столбом, допускающим измерение до 1 атмосферы) насос Шинца посредством резинового шланга (рис. 213). На шланг поставить зажим В Гофмана (рис. 167).
14*
212
$ 31, 5
2)	Откачивать воздух (соблюдая при этом правила 1, II и IV — см. раздел 3).до тех пор, пока разность уровней в манометре не перестанет изменяться. Затем, согласно правилу VII, завинтить зажим В Гофмана для разобщения насоса от манометра. Измерить разрежение, созданное насосом.
3)	Отсоединив насос от шланга, медленно открывать зажим для постепенного впуска воздуха во избежание выбрасывания ртути через свободную трубку.
4)	Произвести такие же опыты с насосами Комовского и водоструйным. При применении последнего насоса не забыть о соблюдении правила VII.
5.	Опыт II. Магдебургские полушария. Трубка Ньютона.
Приборы и материалы:!) Магдебургские тарелки (рис. 214). 2) Насосы Шинца и Комовского. 3) Тарелка с манометром (рис. 210). 4) Резиновые шланги. 5) Рама по механике (рис. 52). 6) Набор гирь до 15— 20 кГ. 7) Платформа на цепях или проволоках. 8) Трубка Ньютона (рис. 217). 9) Сало. 10) Масштабная линейка.
Опыт с магдебургскими полушариями и опыт Ньютона, различные как пр своим темам, так по приёмам
Рис. 215. Выкачивание воздуха через тарелку.
демон стри рования, описываются здесь вместе потому, что по технике получения вакуума являются единообразными.
1) Протереть притёртые части магдебургских тарелок (рис. 214) тряпкой, измерить диаметр последних масштабной линейкой И и намазать края салом, таво-том или вазелином. Тарелки, наложив их, сжать и немного повернуть одну относительно другой. Насос Шинца или Комовского соединить шлангом с ниппелем А на тарелке с манометром (рис. 215); на ниппель С тарелки надеть шланг и присоединить к нему ниппель магдебургских тарелок * 2>. Открыть кран В (рис. 210).
J) См. вопрос 5 к отчёту студента.
2) Присоединять именно так, как указано: иначе нельзя будет без получения толчка в манометре отсоединить магдебургские тарелки.
§ 31,6
213
2) Вести откачивание (правила 1, II и VII) до получения давления в несколько сантиметров ртутного столба. Закрыть снача-
ла крану магдебургских полушарий, затем кран у тарелки и после этого, сняв конец А шланга у тарелок, медленно пустить воздух к манометру (правило VIII), медленно открывая кран В.
3)	Повесить магдебур] ские тарелки на раме (рис. 52), к ним при
соединить платформу (квадратную доску на цепочках или верёв-
ках). На платформу ставить гири до 15—20 кГ, повторяя тем самым исторический опыт Герике (рис. 216). Обратить внимание на обеспечение видимости опыта.
4)	Освободить тарелки от груза и дать попробовать разорвать их сначала одному, затем двум учащимся. Тянуть надо за ручки по направлению, перпендикулярному к плоскости тарелок.
5)	Взять в обе ру
Рис. 216. Опыт Герике (по старинному рисунку).
ки трубку Ньютона за её концы и поместить её несколько
сбоку от своего кор-
пуса (рис. 217). Повернуть трубку резким движением на 180°. Овладеть таким навыком, чтобы дробинка, бумажка и перо одновременно начинали своё падение г). Установить, на каком фоне — белом (экран для фонаря) или чёрном (классная доска) — обеспечивается лучшая видимость.
6)	Произвести описанным выше способом откачивание воздуха из трубки Ньютона до давления в несколько сантиметров ртутного столба. Показать, что падение тел на дно трубки происхо
дит одновременно.
6.	Опыт III. Фонтан в .пустоте. Кипение под уменьшенным давлением.
Приборы и материалы:!) Водоструйный насос (рис. 205).
2) Круглодонная колба вместимостью в 2—3 литра. 3) Резиновая пробка.
В При резком повороте трубки предметы удерживаются во время движения у основания трубки действием центробежной силы.
214
§ 31, в
4)	Стеклянная трубка с оттянутым конном. 5) Резиновая трубка, толстостенная. 6) Сосуд с водой. 7) Горячая вода. 8) Лабораторный штатив. 9) Экраны фона — белый, чёрный и просвечивающий.
Опыты «фонтан в пустоте» и «кипение под уменьшенным давлением» требуют применения водоструйного насоса. Однако, в крайнем случае, можно пользоваться насосами Комовского и
Рис. 217. Положение экспериментатора с трубкой Н ь ю т о н а.
Шинца (см. правило V). Кругло донную колбу можно заменить стеклянной бутылкой, но обязательно с толстыми стенками; в частности, вполне пригодны бутылки для химикалиев и графин для воды (рис. 285, I).
1)	В бутылку или колбу вставить пробку с пропущенной через неё стеклянной трубкой, имеющей оттянутый конец (рис. 218). На свободный конец стеклянной трубки надеть резиновую толстостенную трубку с винтовым зажимом (рис. 167). Бутылку или колбу установить дном кверху на штативе.
2)	Откачать из бутылки или колбы воздух, открыв зажим (см. вопрос 6 к отчёту студента), соблюдая правила I, III, VII, VIII
§ 31, 7
215
(см. раздел 3). Крепко завинтить зажим, отсоединить насос и поставить под бутылку сосуд с водой Конец резиновой трубки опустить под воду. Сзади поставить экран фона или, лучше, просвечивающий. Открыть зажим и получить фонтан. Проверить видимость опыта.
3)	В колбу, бутылку или графин налить горячей воды с температурой в 60—70°. Чтобы стекло не треснуло при наливании горячей воды, принять меры, указанные в § 35, 3. Закрыть плотно горлышко заранее приготовленной резиновой пробкой с газоот
Рис. 219. Демонстрация расширения газа при посредстве футбольной камеры.
водной трубкой (рис. 285). Трубку шлангом с зажимом Гофмана присоединить к насосу —водяному или Комовского. Сзади бутылки поместить экран фона или просвечивающий. Вести откачивание и наблюдать кипение воды; иметь в виду возможность раздавливания колбы или бутылки. Проверить видимость опыта.
4)	Если откачивание ведётся посредством насоса Комовского или Шинца, не забыть выполнить правило V (см. раздел 3).
7.	Опыт IV. Расширение газа при уменьшении внешнего давления. Бароскоп.
Приборы и матерйалы: 1) Камера, футбольная, или обо-/ 1 1 \
лочка от резинового шара. 2) Стеклянный пузырёк (——— л)срезиновой
пробкой. 3) Бароскоп (рис. 220). 4) Насос Комовского или Шинца. 5) Булавка или иголка. 6) Кусочек цветной бумаги. 7) Экраны фона — белый и чёрный (рис. 56 и 57).
216
$ 31, 8
Расширение газа при уменьшении внешнего давления может быть продемонстрировано двумя способами — с футбольной камерой или с любым пузырьком, закрытым резиновой пробкой. Попутно здесь описывается опыт с бароскопом, требующим также
Рис. 220. Бароскоп.
применения тарелки с колоколом.
1)	Оставив в футбольной камере самое небольшое количество воздуха, завязать ниткой конец её трубки (рис. 219). Поместить камеру под колокол воздушного насоса и производить откачивание, соблюдая правила I, Ill, VIII, особое внимание обратить на правило VI. Получить раздувание камеры до приобретения ею шарообразной формы (рис. 219). Заканчивая опыт, показать, что при впускании воздуха под колокол камера постепенно уменьшается в объёме до первоначальной величины.
2)	Поставить под колокол воздушного насоса аптекарский пузырёк или бутылочку (74 л}, заткнув их плотно, но не чересчур сильно, резиновой пробкой. В пробку воткнуть булавку или иголку с
ярким флажком на конце. Откачивать воздух до выскакивания пробки из бутылки. Проверить видимость опыта.
3)	Рассмотреть устройство бароскопа (рис. 220). Передвинуть посредством вращения грузик А до уравновешивания коромысла. Поместив бароскоп под колокол, откачивать воздух до ясного нарушения равновесия. Проверить видимость опыта; применить экран фона.
8.	Опыт V. Продавливание стекла атмосферным давлением»
Приборы и материалы: 1) Насос Комовского. 2) Тарелка (рис. 210). 3) Цилиндр для раздавливания стекла (рис. 222). 4) Тонкая резиновая плёнка. 5) Нитки. 6) Оконное тонкое стекло. 7) Вазелин или сало. 8) Стеклянный большой колпак. 9) Экран фона — белый и чёрный.
Опыты служат для демонстрации атмосферного воздуха, что обнаруживается в одном случае продавливанием стекла и в другом сильным растяжением резиновой плёнки. При опыте с продавливанием стекла иметь в виду опасность ранения осколками; во избежание этого необходимо применить для защиты большой колокол или стеклянный колпак, применяемый в химии.
1)	Затянуть резиновой плёнкой верхнее основание цилиндра (рис. 221). Плёнку привязать ниткой. Поставить цилиндр на тарелку, соединённую с насосом Комовского. Откачивать воздух
$ 31, 9
217
до получения ясно видимого растяжения плёнки внутрь цилиндра. Проверить видимость опыта; применить экран фона.
2)	Смазать верхнее основание цилиндра вазелином, салом или тавотом и наложить на него возможно более тонкое (Л=1—2 мм) стекло (рис. 222). Прикрыть ниппель на середине тарелки какой-либо крышкой (например, от коробочки для вазелина), чтобы воспрепятствовать попаданию внутрь осколков стекла. Поставить цилиндр-на тарелку (выполняя указания правила VI при-
менительно к цилиндру), накрыть цилиндр колпаком или колоколом, подложив под один из его краёв какой-либо предмет для образования небольшой щели. Вести откачивание до разрушения
Рис. 221. Демонстрация растяжения резиновой плёнки.
Рис. 222. Демонстрация продавливания стекла.
стекла. И меть.в виду, что при продавливании стекла получается довольно громкий звук (наподобие взрыва) и звон стёкол. Обратить внимание на обеспечение видимости. Для уменьшения отсветов применять просвечивающий экран.
9.	Вопросы к отчёту студента.
1)	Подобрать демонстрации по теме «воздушный насос» и наметить их целевую установку. Сделать зарисовки опытов.
2)	Какой из насосов следует показывать при объяснении принципа действия насоса?
3)	Какого размера колокол—большего или меньшего — следует брать при пользовании насосом Шинца (рис. 206)?
4)	При каком положении рукоятки кран В является открытым (рис. 210)?
5)	На основании измерения диаметра магдебургских тарелок (рис. 214) вычислить величину силы, необходимой для их отрыва друг от друга. Расчётами показать также, до какого давления достаточно вести откачивание.»
6)	До какой степени следует производить откачивание из бутылки для опыта «фонтан в пустоте» (рис. 21*8)?
7)	Какой формы сосуд наиболее пригоден для опыта «фонтан в пустоте» (рис. 218)? Как следует расположить оттянутый конец трубки внутри сосуда — выше или ниже? Какое значение может иметь диаметр отверстия этого конца?
8)	Иногда, показывая опыт «кипение под уменьшенным давлением», прикладывают сбоку к бутылке руку (рис. 285, I). Что этим хотят показать?
218
.? ^2> 7
§ 32. Молекулярные явления.
Методические указания — см. т. 1, §§ 69 и 76. Изготовление приборов — см. т. III, § 33. Рисунки по теме — см. т. IV, § 47 и рис. 202—204.
1. Методические замечания. Количество опытов по молекулярным явлениям в семи летней школе невелико. Демонстрации охватывают: силы сцепления, как у твёрдых, так и жидких тел; явления смачивания; капиллярность и диффузию жидкостей и газов. Полезно также демонстрирование видоизменённого прибора Эйхенвальда (см. т. 1, рис. 171). На этом приборе возможно дать представление о механизме движения частиц газа и возникновения броуновского движения. Многочисленные и интересные опыты, связанные с явлениями поверхностного натяжения, возможно проводить лишь на дополнительных занятиях в кружке. Большинство указанных выше обязательных демонстраций требует весьма несложных установок, которые приходится собирать преподавателю своими силами. Из приобретаемых приборов нужны: свинцовые цилиндры (рис. 223)1), стеклянные пришлифованные пластинки (рис. 511) и сосуды с капиллярными трубками (рис. 226).
Опыты по вопросу смачивания настолько просты, что не описываются в дальнейших работах. К числу опытов, которые полезно показать по данному вопросу, относятся следующие: стеклянные палочки —одну, чисто промытую, а другую, покрытую жиром или парафином, погружают в воду и обнаруживают прилипание воды в первом случае; полезно также сравнить результаты погружения стеклянных палочек в воду, масло и ртуть; смачивание ртутью металлов весьма эффектно показать, амальгамируя на глазах у учащихся цинк (см. § 44 и рис. 314).
Кроме описанных ниже капиллярных явлений, полезно продемонстрировать постепенное проникновение воды в кирпич, поставленный своим основанием в кювету с водой, действие фитилей и т. п.
Для внеклассных занятий следует рекомендовать ряд увлекательнейших опытов, которые могут быть проведены при кружковых работах или даже в домашней обстановке.
К числу этих опытов относятся:
1) Плавание иглы на поверхности воды. 2) Образование окон на поверхности воды, покрытой ликоподием, при действии паров эфира. 3) Разбегание плавающих в воде спичек при растворе-
х) Свинцовые цилиндры (с ушками для подвешивания) имеются в продаже (рис. 223). Предпочтительно приобрести цилиндры диаметром в 20— 25 мм; тогда величина удерживаемого груза может быть доведена до 20— 25 кГ. Изготовление таких цилиндров путём отливки их из свинца в глиняной форме особых затруднений не представляет для преподавателя, владеющего хотя бы элементарными ремесленными навыками.
5 32, 2
219
пии мыла. 4) Опыты с мыльными пузырями. 5) Опыты с жидкими плёнками на каркасах и т. д.
2. Опыт L Сцепление у твёрдых тел.
Приборы и материалы: 1) Стеклянные пришлифованные пластинки (рис. 511). 2) Свинцовые цилиндры (рис. 223). 3) Воск или парафин. 4) Рама. 5) Гири в 5 и 10 кГ. 6) Мешок с песком весом в 15—20 кГ. 7) Нож.
Далее описаны три опыта, которые могут и должны быть по-
казаны при рассмотрении вопроса о проявлении сил сцепления
1) Стеклянные пришлифованные сухие пластинки наложить одна на другую и плотно сжать их, несколько повернув одну относительно другой. Поддерживая пальцами края верхней пластинки, показать, что нижняя не отпадает, удерживаемая силами сцепления.
2) Основным условием для успеха опыта сцепления свинца является не-
Рис.
обходимость возможно лучшей пришли-фовки оснований цилиндров друг к другу, чтобы силы сцепления проявились между возможно большим количеством точек. Для пришлифовки взять острый нож с прямолинейным лезвием, и, зажав цилиндр, лучше всего, в тисках, скоблить ножом основание цилиндра, как показано на рисунке 223, 11. Когда основание станет совершенно ровным и блестящим по всей своей поверхности, то подобную же операцию совершить со вторым цилиндром. Пришлифовку следует сделать непосредственно перед самым опытом.
3) Привязать к ушкам цилиндров куски проволоки (от шнура электрического освещения), завязав на концах у последних петли: одну—для подвешивания цилиндров к раме и другую —для прикрепления гири. На головке гири из жёсткой проволоки сделать крючок. Взяв цилиндры в руки, с силой прижать их основаниями друг к’другу и для более тесного приле-
гания постараться повернуть один относительно другого. Подве-
223. Свинцовые цилиндры и их цришлифовка.
224.
Рис.
Сцепление свинцовых цилиндров.
сить цилиндры к деревянной раме и затем осторожно прице-
1)См. книги: Знаменский, «Лаб. зан.», Том Т н т, «Научные развлечения».
220
$ 32, 3
Рис. 225. Сцепление стеклянных смоченных жидкостью пластинок.
пить гирю к петле на нижнем цилиндре (рис. 224). Получив силы сцепления, удерживающие груз в 5 кГ, что осуществить сравнительно легко, заменить гирю большей — в 10 кГ и, наконец, попытаться подвесить мешок с песком весом в 15—20 кГ. Если пришлифовка сделана достаточно тщательно, то удерживаемый груз можно довести до 25 кГ для цилиндров диаметром в 25 мм.
4) Взять куски парафина или лучше воска и показать, что, приведённые в соприкосновение, они не сцепляются между собой. Нагреванием размягчить парафин или воск и обнаружить их сцеп ляемост ь.
3. Опыт II. Сцепление у жидкостей.
Приборы и материалы: 1) Два стекла от фотопластинок (6 см X 9 см или, лучше, 9 см X 12 см). 2) Резиновый шнурок. 3) Нитки. 4) Сургуч или воск. 5) Сосуд с водой.
Опыт служит для обнаружения сил сцепления у жидкостей, а также явления прилипания последних к твёрдым телам.
1) Промыть с мылом стёкла от фотопластинок для удаления следов жира с их поверхности.
2) К одной из пластинок по её углам приклеить сургучом или воском концы четырёх ниток Свободные концы этих ниток связать вместе и притом так, чтобы пластинка, поддерживаемая за узел от всех четырёх ниток, висела горизонтально (рис. 225).
, 3) Складывая сухие пластинки, обнаружить, что стёкла не способны сцепляться между собой. Смочить поверхности пластинок водой (в случае надобности промыв их ещё раз) и показать, что нижняя пластинка удерживается силами сцепления (рис. 225). Снабдив предварительно нижнюю пластинку приклеенными к ней нитками, продемонстрировать,
что силы сцепления удерживают не только вес нижнего стекла, но и некоторый груз.
4) Привязать к узлу четырёх нитей, приклеенных к стеклянной пластинке, тонкий резиновый шнурок. Проверить, что плас-
г) При приклеивании положить на утлы пластинки маленькие кусочки воска или сургуча и расплавить их на месте, прикасаясь для этого к ним нагретой на спиртовке полоской железа, иначе воск и сургуч не пристанут к стеклу достаточно прочно.
§ 32, 4
221
тинка, поддерживаемая за свободный конец резинового шнурка в висячем положении, располагается строго горизонтально. Опустить пластинку на поверхность воды и, натягивая резиновый шнурок, показать, что для отрывания пластинки от поверхности воды нужно некоторое определённое усилие. О величине этого усилия можно судить по удлинению шнурка.
4.	Опыт III. Капилляры. Мениск.
Приборы и материалы: 1) Два сосуда с капиллярами (рис. 226). 2) Стеклянный трёхгранный сосуд (рис. 227, II). 3) Подкрашенная вода. 4) Ртуть. 5) Штатив. 6) Экраны—белый, чёрный и просвечивающий. 7) Электрическая лампочка с глубоким колпаком (рис. 58). 8) Два стекла от фотопластинок (9 см\12 см). 9) Сосуд с водой.
Для опыта, имеющего своей целью показать, как устанавливается уровень ртути и воды в капиллярных трубках по сравнению с их уровнем в широких сосудах, имеются в продаже сообщающиеся сосуды, показанные на ри-сунке 226. Эти сосуды позволяют также | I I |( | обнаружить форму менисков у ртути и	|
воды.	fl	I ‘I.
1)	Наливая через широкий сосуд, на-полнить приборы примерно на половину,	(	I	|И
ОДИН —ЧИСТОЙ ртутью И Другой —ВОДОЙ,	я	J	|И
подкрашенной флуоресцином, фуксином,	!	|	[И
ноне марганцовокислым калием (§ 11, 4).	I	I	1И
2)	Укрепить сосуды на штативе и \^-расположить их на фоне сначала белого, а затем чёрного экрана (§ 12, 7). Приме-	Ртуть
нить дополнительное освещение спереди рис 226. Сообщающиеся или сбоку посредством лампочки с глубо- сосуды с капиллярами, ким колпаком (§ 12,8). Выяснить наилучшие условия для обеспечения видимости.
3)	Расположить те же сосуды на фоне просвечивающего экрана. Сравнить видимость с предыдущим случаем. Выяснить, хорошо ли видны выпуклый и вогнутый мениски и разница уровней в широкой и узкой трубках.
*4) Взять два стекла от фотопластинок, промыть их тщательно водой с мылом и связать вместе ниткой, вложив с одного края обломок спички (рис. 227, I). Погрузить их нижний край в сосуд с водой, чтобы получить картину, изображённую на рисунке 227,1.
5) Взять сосуд, изготовленный из трёх фотопластинок и деревянного брусочка, и налить в него ртути и воды. Наблюдать мениски (рис. 227, II).
6) Выяснить, не выиграют ли опыты по своей видимости при употреблении подкрашенной воды, а также какой фон нужно применить для данного опыта.
222
§ 32, 5
5. Опыт IV. Диффузия жидкостей.
Приборы и материалы 1)Три мензурки или три стеклянных цилиндра для собирания газов (рис. 228). 2) Насыщенные растворы — сернокислой меди и двухромовокислого калия. 3) Кружочек из пробки или дерева. 4) Химическая воронка. 5) Просвечивающий экран.
Настоящий опыт —длительного характера, так как полное смешивание жидкостей, в зависимости от температуры в помеще-
Рис. 227. Капиллярное поднятие воды между двумя стёклами (I). Расположение уровней воды и ртути в трёхгранном сосуде (II).
нии, может занять несколько дней. Основная трудность в подготовке опыта заключается в том, чтобы заполнить примерно по
ловину (нижнюю) высокого цилиндрического сосуда раствором и другую верхнюю половину — водой, притом так, чтобы эти жид-
Рис. 228. Различные способы заполнения цилиндрических сосудов для опытов с диффузией.
кости оказались резко разграниченными между собой. Здесь для сравнения описываются два способа заполнения и притом с различными растворами (рис. 228).
1)	Налить в один из цилиндров до половины воды, в другой —столько же насыщенного раствора сернокислой меди. Применить два способа заполнения. Для этого в цилиндр с водой опустить химическую воронку с длинной трубкой, доходящей до дна; через во
§ 32, 6
223
ронку наливать осторожно раствор сернокислой меди (рис. 228, 1). В другой сосуд с раствором опустить на поверхность его пробочный или деревянный кружок почти такого же диаметра, как и у цилиндра. Полезно к кружку заранее привязать ниточку. Из стакана с носиком осторожно наливать воду до заполнения цилиндра водой, поддерживая кружочек за ниточку (рис. 228, II и 111).
2)	Воспользоваться тем из описанных способов заполнения, который дал наилучшие результаты в отношении получения резкой границы между раствором и водой, и заполнить третий сосуд раствором двухромовокислого калия.
3)	Выяснить, как возрастает видимость содержимого сосудов на фоне просвечивающего экрана.
4)	Поставить осторожно цилиндры в «укромное место» и ежедневно производить наблюдения, как происходит диффузия. Делать соответствующие пометки в дневнике до полного смешения. Сравнить, какой из растворов является наиболее подходящим для демонстрации.
6.	Опыт V. Диффузия аммиака.
Приборы и материалы: 1) Большой стеклянный колпак (рис. 229). 2) Фильтровальная бумага. 3) Раствор фенолфталеина. 4) Нашатырный спирт. 5) Кусочек ваты. 6) Лист фанеры или картона.
Опыт с диффузией аммиака выгодно отличается от подобных ему опытов с диффузией воздуха и водорода или углекислого газа тем, что постепенное распространение аммиака обнаруживается наглядно покраснением индикаторных бумажек.
1)	Отрезать от листа фильтровальной бумаги пять-шесть коротких полосок (1 смХЗ—4 см) и одну длинную узкую (1 см X 23— —30 см) и смочить их раствором фенолфталеина (см. т. Ill, § 24). Капнув на одну из коротких полосок нашатырным спиртом, убедиться, что из бесцветной она становится яркокрасной. Три-четыре короткие полоски «приклеить» в горизонтальном направлении на разных высотах и длинную — вертикально внутри *вы-
ная стеклянная банка, колпак или, в крайнем случае, колокол от воздушного насоса) (рис. 229).
со ко го (чем выше, тем лучше!) стеклянного сосуда (прямоуголь
Рис. 229. Опыт с диффузией аммиака.
224
$ 32, 7; § 33, 1
2)	Намочить небольшой кусочек ваты в нашатырном спирте, бросить его внутрь сосуда и тотчас плотно прикрыть последний листом фанеры или картона. Вместо ватки возможно ввести в сосуд кусочек углекислого аммония, выделяющего из себя аммиак.
3)	Наблюдать, через сколько времени и в какой последовательности проявляется окрашивание полосок. Сравнить, какие — горизонтальные или вертикальные—бумажки окажутся более выгодными для наглядности опыта.
7.	Вопросы к отчёту студента:
1)	Определить целевую установку проделанных опытов, сделать зарисовки в тетрадях.
2)	Какой формы сосуд наиболее удобен для демонстрации сцепления между стеклянной пластинкой и жидкостью? Сколько наливать в сосуд воды? На какохм фоне лучше всего* обеспечивается видимость?
3)	Почему важно, чтобы пластинка, висящая на резиновом шнурке, свободно располагалась горизонтально?
4)	Почему для отрывания двух стеклянных пластинок, смоченных водой (рис. 225), нужна большая сила, чем для отрывания одной пластинки от поверхности воды?
5)	Каким образом можно продемонстрировать наличие сил сцепления у ртути? Какую пластинку следует взять? Что предварительно надо сделать с этой пластинкой?
6)	На основании какого явления можно утверждать, что в опыте (рис. 225) измеряется сцепление между частицами воды, а не между стеклом и водой?
7)	Каким простейшим способом можно измерить силу, необходимую для отрывания пластинки от воды (рис. 225)?
8)	С какой целью некоторые экспериментаторы предлагают в опыте с диффузией жидкости брать воду слегка подогретую (25—30°), а раствор — обычной комнатной температуры или слегка охлаждённый (10—15°)?
9)	Сравнить в методическом отношении описанные здесь опыты по капиллярности с опытом, приведённым в § 23, 2.
10)	Почему перед опытом «диффузия аммиака» необходима демонстрация, указанная в первом пункте описания?
И) Какие промахи допущены во время опыта с диффузией аммиака, если бумажки отвалятся или получат слабое окрашивание?
Глава седьмая.
ДЕМОНСТРАЦИОННЫЕ ОПЫТЫ ПО МЕХАНИКЕ.
§ 33. Виды движения. Инерция. Трение.
Методические указания — см. т. 1, §§ 77—81.
Изготовление приборов — см. т. III, § 34.
Рисунки по теме — см. т. IV, §§ 35—37 и рис 150—159.
1. Методические замечания. Демонстрации по отделу механики «Движение и сила» сравнительно немногочисленны и просты. Нередко количество этих демонстраций сводится до предельного минимума, так как считают, что некоторые механические процессы настолько просты и, главное, общеизвестны, что не стоит терять дорогого времени на воспроизведение таких явлений, и пото
§ 33, 2
225
му находят вполне возможным ограничиться приведением примеров явлений, происходящих чуть ли не на каждом шагу в окружающей обстановке. Такое положение безусловно является
крупнейшей методической ошибкой.
Для внеклассных занятий и вечеров занимательной физики легко подобрать значительное количество демонстраций; особенно интересными будут для учащихся
вращательное движение и в том числе центробежная и центростремительная силы (см. Ф. Э., т. II, §42).
2. Обзор опытов по теме: «Виды движения». ^•Движения —к риволиней-ное и прямолинейное следует показывать так, чтобы траектория всего движения оказалась видимой
Рис. 230. Вычерчивание траектории шариком, движущимся по наклонной плоскости.
хотя бы на самое короткое время. Для этого можно воспользоваться двумя способами: или получить реальную запись траектории (рис. 230), или воспользоваться способностью че-
ловеческого глаза сохранять зрительное впечатление в течение 0,1 секунды (рис. 231).
Для записи траектории заставляют катиться шарик, вымазанный штемпельной краской или густо разведённым чернильным порошком1), по листу бумаги, постеленной на наклонную плоскость (лист фанеры, примерно 50 еж X 70 ел*, рис. 230). Выпуская шарик (без толчка) из руки, получают прямолинейную траекторию; при боковых толчках
Рис. 231. Траектория движущейся получаются криволинейные (па-светящейся точки.	раболические) пути движения.
Второй способ требует затемнения в классе. Лучинку, ’ фитиль, тлеющие на конце, или горящую папиросу, сигару быстро двигают по прямой, кривой, и в частности, по окружности (рис. 231). Огонь
й Чтобы краска пристала ко всей поверхности шарика, надо промыть его в воде с мылом.
15 Е. н. Горячкин
226
§ 55, 2
тлеющего фитиля, прикреплённого к свободно падающей гирьке, «вычертит» прямую линию.
2)	Вращательное движение показывают посредством фанерного диска, вращаемого на центробежной машине, при помощи электростатической машины или шкива какой-либо машины или модели. На диске, круге электростатической машины или шкиве делаются отметки в виде точек белым или чёрным и показывается, что эти отметки совершают движения по окружностям.
Весьма полезна демонстрация шарика, привязанного на нитке и вращаемого посредством руки.
Передачу вращательного движения при внеклассных занятиях можно показать на модели трансмиссии, собираемой учащимися из деталей «Конструктора» (§ 14, 6 и рис. 92, I). Для вечеров занимательной физики рекомендуется демонстрация стробоскопического эффекта, наблюдаемого при вращении колеса со спицами или электростатической машины (рис. 296), освещаемых неоновой лампой переменного тока (рис. 333 и 334). Интересен показ также мёртвой петли (см. Ф. Э., т. II, § 42, 22).
3)	Передачу и преобразование движения можно продемонстрировать на швейной машине, параллельных тисках, токарном станке, модели парового цилиндра (рис. 83) и т. п. Подробности — см. ф. Э., т. II, § 20.
4)	Равномерное движение демонстрируют при помощи заводной детской игрушки (автомобиль, паровоз, танк), пускаемой по демонстрационному столу (§ 14, 6). Пути, проходимые за время удара метронома (рис. 232) или маятника (рис. 233), отмечаются указателями и сравниваются между собой. Интересно показать опыт с шариком, падающим внутри трубки, заполненной жидкостью. Для этого опыта берётся стеклянная трубка длиной около 70—100 см с внутренним диаметром, незначительно превышающим диаметр металлического шарика. Трубку снизу и сверху закрывают пробками, предварительно наполнив её водой так, чтобы не оставалось пузырька воздуха. При перевёртывании трубки шарик станет двигаться весьма медленно, так что легко удаётся выявить равномерность движения. Весьма полезно на трубке нанести какие-либо деления для отсчётов проходимого шариком пути. При использовании вместо воды глицерина или другой вязкой жидкости (патока) можно получить весьма медленное равномерное движение.
5)	Звуковые сигналы времени необходимы при демонстрациях равномерного движения. Отсчёты времени: а) порядка минут — делаются по часам с секундной стрелкой или по секундомеру и б) порядка секунд и их долей —посредством метронома (рис. 232) или самодельного громкоотбивающего маятника (рис. 233). У метронома продолжительность интервала между ударами можно изменять смещением грузика по колеблю-
§ 33, 3
227
щейся полоске, снабжённой делениями (рис. 232). У колеблющегося маятника А маленькая гирька В, периодически ударяющаяся о фанерное или жестяное дно ящика, вызывает гулкие удары. Интервал между ударами зависит от длины маятника, считая её от центра тяжести большой гири до точки подвеса. Для полу секундного маятника (удары через — секунды) эта длина — около 2,5 см.
Рис. 232. Метроном и его шкала
Рис. 233. Громкоотбивающий маятник простейшего устройства.
3.	Обзор опытов по теме: «Трение». 1) Изучение трения требует прибора трибометра, состоящего из гладко выструганной доски (20—25 еж х 100—150 см) без сучков, лучше всего берёзовой, и двух или трёх платформ (плашек, рис. 235). Доску достаточно сделать толщиной в 2—Зсм, плашки —в 4—6 см, чтобы в торцы последних можно было ввернуть крючки для соединения друг с другом. Доску* с одной стороны покрывают тонким листовым железом и прибивают его по краям мелкими гвоздиками. Для изучения трения по стеклу можно воспользоваться стеклом с письменного стола. Одну из плашек с одной стороны тоже покрывают железом, другую оклеивают мелкой наждачной или стеклянной бумагой (шкуркой). 15*
228
§ 33, 3
Существуют два способа для приведения в движение плашки или тележки и для измерения силы тяги. В одном случае плашку тянут вдоль доски, поместив между ней и рукой динамометр (рис. 234). В другом случае свободный конец бечёвки, привязанной к крючку плашки А, перекидывают через блок В (рис. 235). На
Рис. 234. Трибометр с динамометром.
этом конце укрепляют чашку С и нагружают её гирьками до возникновения равномерного движения плашки. На рисунке 235 показан трибометр по А. А. Покровскому. На одном конце доски укреплена петля D, закрепляемая струбцинкой; блок В берётся на струбцинке. Демонстрацию по изучению трения — см. раздел 5.
Рис. 235. Трибометр, установленный, как наклонная плоскость.
Сравнение трения скольжения и катания производят, сначала поставив на наклонную плоскость деревянный или металлический цилиндр и затем положив его боком. Наклон плоскости берётся предельным, т. е. таким^ чтобы в первом случае цилиндр оставался неподвижным и во втором — скатывался.
2) Подшипники. Весьма желательно достать обычный подшипник с вкладышами от какой-либо старой машины. Кро-
§ 33, 4—5
229
ме того, надо показать ролико-и шарикоподшипники, возможно более крупного размера (рис. 94) (см. т. I, рис. 19).
Принцип действия роликоподшипника демонстрируют, подложив между плашкой и доской трибометра два-три круглых карандаша. Для разъяснения действия шарикоподшипника между сторонами доски и плашки насыпают велосипедных шариков. Если поставить на плашку тяжёлую гирю, то достаточно небольшого
нажима пальцем на плашку, чтобы вызвать её движение.
4.	Обзор опытов по теме: «Инерция». Опыты по инерции весьма многочисленны. Некоторые из них, например, переламывание палки, повешенной на бумажных кольцах, выбивание монеты или шашки из стопки их, вращение сырого и сваренного яйца и др., могут быть рекомендованы для йвчеров занимательной физики.
Из имеющихся в продаже приборов заслуживает внимания показанный на рисунке 236. Выпуская из руки оттянутую в сторону плоскую пружину из-под металлического шарика листок
Рис. 236. Демонстрация инерции выбиванием подкладки из-под шарика.
А, заставляют её выбить В картона или жести.
Шарик, оставшись на месте и лишившись опоры, падает внутрь трубки.
5.	Опыт I. Трение.
Приборы и материалы:!) Доска (20 см х 100 см), с одной стороны обитая чёрной жестью 1). 2) Настольное стекло. 3) Две платформы (плашки, одна — оклеенная мелкой шкуркой и другая — обитая жестью). 4) Три катка (круглые карандаши). 5) Динамометры (рис. 103 и 105). 6) Гири — две по 1 кГи две по 2 кГ. 7) Машинное масло. 8) Бечёвка.
Опыт имеет целью показать явление трения при различных условиях, т. е. провести изучение законов трения. При производстве опыта необходимо, во-первых, обратить особое внимание на приобретение навыка получать при тяге равномерное движение (§ 64, 3) и, во-вторых, тщательно следить за тем, чтобы направление тяги совпадало с направлением перемещения плашки.
1)	Положить доску трибометра на стол. Привязать к одной из плашек бечёвку; свободный конец бечёвки прикрепить к крючку динамометра (рис. 234). Экспериментатор должен расположиться сбоку стола.
2)	Поставив на плашку сперва гирю в 1 кГ, затем в 2 кГ, и, наконец, в 3 кГ, для этих трёх случаев (трение дерева по дереву) определить силы тяги. Выяснить, насколько полученные результаты соответствуют закону трения.
Чёрная жесть — тонкое листовое мягкое железо.
230
§ 33, 6
3)	Взять две плашки, сцепив их между собой, и показать для грузов по 1 кГ, а также по 2 кГ на каждой плашке, что силы тяги при этом окажутся одинаковыми по сравнению с применением одной плашки с нагрузками, соответственно равными 2 кГ и 4 кГ.
4)	Для нагрузки в 1 кГ или в 2 кГ измерить силы тяги для случаев трения: а) дерево по стеклу и по железу; б) железо по железу, сухому и смазанному маслом; в) шкурка по дереву и железу.
5)	Вычислить коэфициенты трения для различных случаев.
6)	Положить плашку с нагрузкой в 1—4 кГ на катки (два круглых карандаша) и измерить силу тяги.
7)	Обратить внимание на обеспечение видимости. Применить подставки. Взять вместо демонстрационного школьный динамометр (рис. 103) и выяснить, в чём недостатки и преимущества этого динамометра по сравнению с демонстрационным (рис. 105).
6.	Опыт II. Инерция.
Приборы и материалы:!) Тележка из набора «Конструктор» (рис. 93). 2) Автомобильный шарик. 3) Круглая картонная коробка или жестяная банка (с крышками). 4) Лист бумаги. 5) Песок. 6) Табуретка. 7) Полотенце. 8) Доска (Z=l м). 9) Деревянный брусок. 10) Рубанок. 11) Киянка.
Опыты служат для демонстрации инерции покоя и движения несколькими простейшими способами.
k 1) Взять рубанок и, ударяя киянкой (а не железным молотком) сначала сзади, а затем спереди, показать, какое смещение железки происходит при этом.
Рис. 237. Опыты по инерции с тележкой.
2)	Положить с одного края табуретки, поставленной на стол, полоску бумаги. На бумагу сначала поставить, а затем положить круглую коробку или банку, наполненную, примерно до половины, песком. Резким движением выдернуть бумагу так, чтобы банка осталась на том же самом месте. Достигнув успеха, опорожнить банку и повторить опыты.
3)	Положить на лист бумаги шарик от автомобильного подшипника, мяч или деревянный игрушечный шар, добиться, чтобы при
§ 33, 7; § 34, 1
231
выдёргивании бумаги шарик оставался на прежнем месте. Испытать такой приём: ударом пальца выбивать бумагу, держа её свободный конец в другой руке.
4	Поставить на постеленное на стол полотенце табуретку. Натягивая полотенце несколько вниз, резким движением выдернуть его из-под табуретки (рис. 2) так, чтобы она осталась на прежнем месте. Усложнить опыт, положив на табуретку шарик.
5)	Собрать тележку из деталей «Конструктор». Поставив на неё деревянный брусок, резким движением толкнуть тележку вперёд, добившись падения бруска (рис. 237). Затем дать тележке с поставленным на неё бруском скатиться с наклонной плоскости, заранее расположив на пути какое-нибудь препятствие (тяжёлую книгу, гирю и т. п., рис. 237). Добиться, чтобы при ударе о препятствие брусок опрокидывался вперёд.
6)	При производстве всех опытов обратить внимание на обеспечение видимости. Определить положение экспериментатора, при котором он не загораживает установки (рис. 44).
7.	Вопросы к отчёту студента:
1)	Наметить демонстрации по теме. Определить их целевую установку. Сделать зарисовку в тетради.
2)	Почему и в каком отношении опыт с измерением силы тяги посредством груза уступает способу с применением динамометра?
3)	Почему при изучении трения необходимо, чтобы направление силы тяги совпадало с направлением движения плашки?
4)	Какое значение при опытах по инерции имеет величина массы тела, состояние поверхности (гладкая, шероховатая) опирающегося и выдёргиваемого тела, величина поверхности опоры?
§ 34. Работа и энергия. Простые механизмы.
Методические указания — см. т. I, §§ 82—85. Изготовление приборов — см. т. III, § 35. Рисунки по теме — см. т. IV, §§ 38 и 39 и рис. 160—168.
1. Методические замечания. Демонстрации по вопросу о работе и мощности собственно отсутствуют, если не считать измерений этих величин. Однако, в целях наглядности и, главное конкретизации этих весьма сложных для понимания учащихся величин надо сопровождать объяснения определёнными манипуляциями, поднимая на высоту гирю и измеряя линейкой путь, протягивая медленно и затем быстро нагружённую тележку по столу посредством динамометра и производя измерения и т. п. (см. раздел 2). Как ни малозначащи могут показаться такие демонстрации, но они в значительной степени помогут получить правильные представления о работе и мощности. Тема «Энергия», наоборот, весьма богата демонстрациями по вопросу о её преобразовании из одного вида в другой.
Изучение простых механизмов производится на основании демонстрации их и измерения действующих и преобразуемых сил,
232
§ 34, 2—3
а также длин путей. Затруднений эти опыты по своей технике не представляют, но требуют тщательной и вдумчивой подготовки.
Для внеклассных занятий следует рекомендовать сборку самими учащимися из набора деталей «Конструктор» различных моделей машин и передаточных механизмов (рис. 92).
2. Обзор демонстраций по теме: «Работа и мощность». ^Подъём груза. Работу при подъёме груза по вертикальному направлению иллюстрируют, поднимая рукой посредством динамометра гирю вдоль демонстрационного метра. При подъёме по наклонной плоскости лучше всего воспользоваться сначала плашкой от трибометра (рис. 235), а затем нагружённой в такой же мере тележкой. Производя измерения силы тяги, выясняют вычислением разницу в совершённых работах (рис. 482). В конце изучения темы этот опыт послужит также для определения к. п. д. при подъёме груза по’наклонной плоскости, причём, кроме демонстрации, следует по этому вопросу поставить лабораторную работу (§ 64, 7).
2) Падение груза может быть использовано для совершения работы. Надо показать, что груз, привязанный к верёвке, перекинутой через блок, может привести в действие какую-нибудь машину (см. т. I, рис. 176). В качестве машин-орудий могут быть применены кофейная мельница, швейная машина, тележка.
3) Падение воды. Демонстрируют водяное наливное колесо (рис. 86) или турбину (рис. 87), заставляя их поднимать небольшую гирьку, привязанную к бечёвке, закручивающейся па валу колеса.
3. Обзор опытов по теме: «Превращение энергии». 1) Потенциальная энергия груза и воды —см. пункт 2 и 3 раздела 2 (рис. 86).
2)	Кинетическую энергию и её превращение в потенциальную показывают, приводя в действие турбину Пель-тона (рис. 87) и заставляя её поднимать гирю посредством закручивающейся на вал бечёвки.
3)	Маятник Максвелла — см. раздел 5.
4)	Превращение механической работы в теплоту — см. § 40 и рис. 287 и теплоты в работу — см. § 40 и рис. 288.
5)	Показывают превращение в теплоту: а) химической энергии, зажигая какую-нибудь горелку (рис. 127—129); Ь) электрической — накаливая электроплитку (рис. 130) или электрическую лампочку.
6)	Демонстрируют превращение электрической энергии в лучистую, «зажигая» неоновую лампочку (рис. 333); в механическую, приводя электромоторчик в действие от батареи (рис. 382).
§ 34, 4
гзз
7) Превращение механической энергии в
электрическую показывают, приводя во вращение электростатическую машину и получая от неё искру. То же можно показать, накаливая от магнето электрической машины лампочку (рис. 394).
4.	Обзор опытов по теме: «Простые механизмы». 1) Набор «Конструктор» (рис. 92 и 93) является иключительно ценным пос )бием в методическом отношении не столько для демон-
страций, сколько для самостоятельных работ учащихся в кружке. В состав набора входят: полосы, уголки, плиты, скобы, диски,
шкивы, ролики, колёса, зубчатые обода, рукоятки, валы и пр., из которых могут быть собраны посредством скрепления этих деталей болтиками самые разнообразные конструкции и действующие модели (рис. 92 и т. I, рис. 32).
2)	Рычаги. Рычаги работ —см. § 64, 2 и рис. демонстрационных рычагов
для лабораторных 476. Конструкции весьма разнообраз-
Рис. 238, I и II. Демонстрация с грузами простейших рычагов.
ны (см. Ф. Э., т. II, § 31). Наиболее простые демонстрации с рычагами, опирающимися на деревянную призму, показаны на рисунке 238. Для обеспечения лучшей видимости следует пользоваться рычагами, способными вращаться около оси, состоящей из гвоздя, вбитого в какую-либо подставку (риё. 239). Рычагами могут служить демонстрационные метры или деревянные брусочки длиной в 60—100 см и сечением в 6—8 мм X 25— 30 мм, с делениями, нанесёнными, как у демонстрационных шкал (§ 11). В рычаге просверливают три отверстия — одно точно посередине (в центре тяжести) и два других, отступя от краёв примерно на 1 см. Эти отверстия служат для надевания рычага на ось вращения, сделанную из гвоздя (без шляпки), вбитого в стойку рамы по механике. Для подвешивания грузов и зацепления динамометра в рычаге вдоль осевой линии ( по длине) просверливаются отверстия через 5 см, или, что более удобно, вбивают
Рис. 239, I и II. Демонстрация с грузами рычагов на раме по механике.
§ 34, 5
235
опытов с демонстрацион-
Рис. 240. Деталь устройства рычага и грузы для рычагов.
насквозь тонкие (драночные) гвозди без шляпок (рис. 240), чтобы они выдавались с обеих сторон. Лучше всего применять для подвешивания грузов петли из проволоки, что позволяет привесить груз (гири) в любом месте. Иногда пользуются специальными грузами (весом, примерно, в 50 У7) с крючками для сцепления их друг с другом и для подвешивания к петле (рис. 240).
Динамометры применяют демонстрационные (рис. 105). Для демонстраций рычага второго рода нужен динамометр, измеряющий силу нажима (рис. 241). Описание ными рычагами — см. раздел 6.
Кроме демонстраций для «установления» закона рычага, необходимо показать использование рычагов в различного типа инструментах, что обычно игнорируют, считая это общеизвестным. Следует показать (и притом в действии): кусачки, перерезающие проволоку; выдёргивание гвоздя клещами или молотком с гвоздодёрным приспособлением; резание жести и бумаги ножницами; раскалывание ореха щипцами и пр. Особенно эффектными становятся эти демонстрации, когда видимость обеспечивается теневым проектированием.
3)	Блоки. Для подвешивания на раме по механике (рис. 51) наиболее удобными являются блоки на струбцинке (рис. 242). Эти блоки обладают ещё тем достоинством, что имеют кон
ников, что позволяет посредством винта изменять величину трения в оси. Иногда неподвижные блоки укрепляют на рейке над демонстрационным столом (§ 6, 5 и 6). Тогда при демонстрации можно поднимать сравнительно значительные грузы. Подвижной блок лучше применять деревянный с обоймой из тонкого металла для получения наименьшего веса блока.
Для достижения наибольшего к. п. д. следует стремиться к получению наименьшего трения в осях блока, что в основном зависит от конструкции, от смазки, и, конечно, от содержания их в чистоте. Важное значение имеет также качество применяемых бечёвок. Бечёвки при достаточной крепости нужно брать кручёные, гибкие (от рыболовных жерлиц). Хороши также лески от спинингов или удочек. Описание демонстраций с блоками — см. раздел 7.
в качестве подшип-
5.	Опыт I. Маятник Максвелла.
Приборы и материалы:!) Маятник Максвелла (рис. 243). 2) Демонстрационный метр. 3) Рама по механике (рис. 51). 4) Экраны фона — чёрный и белый.
236
§ #4, 5
Маятник Максвелла служит для демонстрации преобразования механической энергии: потенциальной в кинетическую и обратно.
1)	Подвесить маятник к верхней перекладине рамы на петлях С и £, чтобы можно было легко изменять расстояние между точками подвеса (рис. 243).
2)	Взявшись за концы АВ оси маятника руками и вращая её,
Рис. 241. Динамометр
для измерения нажима.
закрутить на ней нити до возможно большего подъёма маятника наверх.
3)	Освободить ось из рук и предоставить маятнику возможность двигаться вниз, причём нити будут раскручиваться.
4)	Выяснить, как сказывается на успешности опыта наклон оси к горизонту и как должны быть расположены точки подвеса (нити параллельны или слегка сходятся кверху или расходятся). Найти из опытов оптимальные условия, при которых маятник без перекручивания нитей двигается вверх и вниз.
5)	Установить рядом демонстрационный метр для наблюдения высоты подъёма.
6)	Проверить видимость опыта. Применить экраны фона, выбрав наиболее подходящий.
£ 34, 6
237
Рис. 242. Блоки: неподвижный (I) на струбцинке и подвижной (II).
6.	Опыт II. Рычаги.
и 105) и нажимной (рис. 241).
Рис. 243. Маятник Максвелла.
Приборы и материалы: 1) Рама по механике (рис. 51). 2) Рычаг из линейки. 3) Набор грузов с крючками (рис. 240). 4) Демонстрационный динамометр— вытяжной (рис. 103	~	~	•
5)	Блок на струбцинке (рис. 242). 6) Два лабораторных штатива. 7) Экраны фона — белый и чёрный.
Опыты служат для демонстрации рычагов первого и второго родов с целью выяснения преобразования величины сил.
Устройство рычага —см. раздел 4.
1)	Надеть рычаг средним Отверстием на гвоздь, вбитый в стойку рамы (рис. 239, I). Надев на рычаг петли из прочной нити и беря грузы с отношением 1 : 2; 2:3 и 1 : 4, найти их положения на линейке при равновесии. На основании отсчётов величин плеч выяснить, насколько
получаемые результаты для каждого случая соответствуют закону моментов.
2)	Выяснить для одного из .случаев (например, 1 : 2), с какими грузами —наименьшими или наибольшими —получаются наилучшие результаты опыта.
3)	Проверить видимость опыта; применить экран фона.
4)	Собрать рычаг второго рода сначала с грузами (рис. 239, II) для различных отношений плеч. Произвести отсчёты и вычис-
Рис. 245. Демонстрация с динамометром рычага 2-го рода.
$ 34, 7
239
ления. Ось вращения для рычага второго рода взять на середин© бруска для исключения влияния веса рычага на результаты.
5)	Заменить груз, тянущий рычаг кверху (рис. 239, II), нажимным динамометром (рис. 241). Меняя положение груза, произвести отсчёты (плеч и сил) и вычисления.
6)	Применить вытяжной динамометр (рис. 103 и 105), как показано на рисунках 244 и 245. Произвести отсчёты и вычисления.
7)	На одном из случаев выяснить, как сказывается на правильности результатов вес взятых грузов и отношение плеч.
8)	Проверить видимость для одного из случаев; применить экран фона.
7.	Опыт III. Блоки.
Приборы и материалы: 1) Рама по механике (рис. 51). 2) Блоки — подвижной и два неподвижных на струбцинках (рис. 242). 3) Нить. 4) Полиспаст. 5) Гири — одна в2кГи две по 1 кГ. 6) Динамометры— школьный (рис. Юз) и вытяжной демонстрационный (рис. 105). 7) Два демонстрационных метра. 8) Две струбцинки. 9) Отвёртка. 10) Экраны фона— белый и чёрный.
Опыт имеет целью демонстрацию блоков и полиспаста и определение к. п. д. при пользовании этими механизмами. При опыте необходима тренировка с целью овладеть навыком производить равномерное перемещение груза.
Рис. 246, I и Ц. Установка для демонстрации блоков.
240
§ 34, 8; § 35, 1
1)	Укрепить неподвижный блок и, перекинув через него нить, подвесить на ней гирю в 1 кГ или большую. Свободный конец нити-Присоединить к динамометру (рис. 246, I). Меняя угол наклона нити относительно вертикали, показать, что величина силы, действующей на динамометр, остаётся неизменной (равной 1 кГ) при любом направлении нити.
2)	Укрепив с помощью струбцинок два демонстрационных метра и поднимая груз при посредстве блока, измерить величины: приложенной силы и длины путей перемещения гири и динамометра. Вычислить к. п. д.
3)	Увеличить трение в блоке (завёртывая для этого винт А у конусного подшипника (рис. 242, I). Выяснить, изменилась ли сила, необходимая для подъёма груза и к. п. д.
4)	Продемонстрировать равновесие двух гирь одинакового веса на неподвижном блоке.
5)	Проверить видимость опыта. Обратить внимание на такое расположение динамометра, метровых линеек и самого экспериментатора, при котором обеспечивается наибольшая простота отсчёта путей и величин силы. Применить экран фона.
6)	Определить подобным же образом к. п. д. при подъёме груза посредством подвижного блока (рис. 246, II). Показать уравновешивание гирь различного веса.
7)	Определить к. п. д. при подъёме груза посредством полиспаста.
8)	На одном из случаев выяснить, какой динамометр —школьный (рис. 103) или демонстрационный (рис. 105) — является наиболее удобным и обеспечивающим наибольшую наглядность.
8.	Вопросы к отчёту студента:
1)	Наметить демонстрации по темам. Определить их целевые установки. Сделать зарисовки опытов в тетради. *
2)	Какое значение может иметь масса маятника Максвелла и гибкость нитей, на которых он подвешен?
3)	С какими грузами (по величине — большими или меньшими) и с каким соотношением их величин результаты измерения окажутся наиболее близкими к ожидаемым по расчёту?
4)	Сравнить в методическом отношении различные, приведённые в разделе 6 демонстрации с рычагами.
Глава восьмая,
ДЕМОНСТРАЦИОННЫЕ ОПЫТЫ ПО ТЕПЛОТЕ.
§ 35.	Нагреватели и посуда.
1.	Источники теплоты. Демонстрации по теплоте обладают своеобразием по своей технике, вследствие применения в них нагревания тел тем или иным способом. В основном приходится использовать источники теплоты в виде разного рода горелок, они-
$ 35, 2
241
санных в § 18, 1—6. Для демонстрационного эксперимента при подогревах значительных масс наилучшим источником является электрическая плитка (рис. 130), а при отсутствии тока и газа — примус (рис. 128). Однако во многих случаях наиболее удобно применять для нагревания спиртовую лампочку.
2.	Посуда и правила пользования ею. Для нагревания жидкостей служит специальная стеклянная посуда, носящая название химической (колбы, реторты, химические стаканы, пробирки). Для этой посуды характерны тонкие стенки, не трескающиеся даже при сравнительно быстром изменении их температуры.Химическая посуда весьма непрочна и легко бьётся, поэтому во всех тех случаях, когда это не вызвано условиями опыта, рационально применять металлические кастрюли (железные, эмалированные, алюминиевые и т. п.), а то и жестяные консервные банки и бидончики.
При всякого рода нагревании воды, а также при пользовании химической посудой следует соблюдать:
Правила пользования посудой.
I.	Для сокращения времени подготовки опыта на уроке следует заранее во время перемены нагреть воду в кастрюльке, электрическом чайнике и т. п. или непосредственно в той же посуде, которая применяется для опыта.
II.	При нагревании воды в колбах и химических стаканах на спиртовке, а тем более на примусе и газовой горелке совершенно необходимо между пламенем и дном сосуда помещать железную асбестированную сетку (рис. 49). При отсутствии сетки посуда может лопнуть вследствие неравномерного нагревания её отдельных частей.
III.	Нагревание воды в химических стаканах можно производить, ставя их на сетку, положенную на таган (рис. 49); при пользовании колбами рекомендуется брать лабораторный штатив и во избежание опрокидывания колбы при неосторожном движении слегка закреплять горлышко посредством лапки (рис. 50).
IV.	При нагревании пробирок в обволакивающем их пламени, например, при демонстрации плохой теплопроводности воды (рис. 271), надо следить за тем, чтобы пламя не касалось участков, расположенных выше поверхности воды. При несоблюдении этого условия капли воды, стекающие после конденсации вдоль стенок, попадают на раска-
16 Е. Н. Горячкин
242
§ 35. 3
ленный участок стекла и заставляют его треснуть. Подобное явление часто наблюдается у колб при нагревании их с небольшим количеством воды без применения сетки.
V.	На рисунке 247 показаны неправильное и правильное расположения пламени относительно сетки и подогреваемого предмета. Сетку следует располагать так, чтобы она находилась примерно на высоте 2/3 по сравнению с величиной нормального пламени.
Рис. 247. Неправильное (I) и правильное (II) положения пламени спиртовки.
3.	Нагревание и кипячение в толстостенной стеклянной посуде.
I.	В некоторых случаях (см. §39, 7 и рис. 285) надо иметь горячую воду в стеклянных крупных сосудах и бутылках. Такая посуда и бутылки обычно имеют толстые стенки и поэтому при наливании в них кипятка могут лопнуть. Во избежание этого поступают так. Наливают в бутылку или сосуд очень немного горячей (50°—60°) воды и «ополаскивают» для прогревания стенок. Затем, вылив воду, вновь наливают уже большее количество горячей воды и, взбалтывая, прогревают ещё сильнее стенки посуды. После нескольких таких операций в посуду можно будет налить горячей воды в достаточном количестве.
II.	Воду в бутылках можно нагреть, хотя бы до кипения, поместив их в большую кастрюлю с холодной водой, клторую затем нагревают до кипения на примусе.
§ 36, 1
243
III.	В стеклянных банках или других сосудах с широким горлом воду можно нагреть, опустив в неё электрический нагреватель «минутка» (рис. 131). Однако этот нагреватель надо подвесить так, чтобы он находился близ дна, но не касался его и расположился примерно на одинаковом расстоянии от стенок сосуда.
IV.	При подогревании воды и воздуха в трубках, например, для демонстрации явлений конвекции в жидкостях и газах (рис. 273 и 274), нельзя оставлять пламя неподвижным; необходимо несколько перемещать его взад и вперёд вдоль посуды и тем самым распространить нагревание на некоторый участок.
Об уходе за посудой и в частности мытье её — см. т. Ill, § 25.
§ 36. Расширение тел от нагревания.
Методические указания — см. т. I, § 71.
Изготовление приборов — см. т. III, § 36.
Рисунки по теме — см. т. IV, § 49 и рис. 205—213.
Рис. 248. Различное сжатие жидкостей при охлаждении.
1.	Обзор опытов по теме: «Расширение жидкостей и газов. Термометр».' 1) Расширение жидкости. Демонстрация может быть осуществлена двумя способами, как это описано в разделе 3. Весьма поучителен опыт, показывающий, что жидкость, нагретая примерно до 100°, при своём охлаждении до комнатной температуры претерпевает сравнительно значительное изменение объёма. Для этого заранее нагревают в большой кастрюле с водой бутылку из-под водки (в х/2 л или лучше в 1 л), наполненную водой. Бутылку переносят на демонстрационный стол и обращают внимание учащихся, что она заполнена до самого верха. Через час-два уровень воды понизится в горлышке на
1,5—2,5 см. Если нагреть подобным же образом вторую бутылку с керосином, то при охлаждении обнаружится ещё более значительное уменьшение объёма, чем у воды (рис. 248). Таким обра-16*

£ 36, 2
ЛеЪ
зом можно показать, что различные жидкости расширяются неодинаково.
2)	Особенности расширения воды. Наблюдение особенностей расширения воды требует сравнительно длительного времени и притом условий лаборатории, а не аудитории, почему демонстрации этого явления обычно бывают неудовлетворительными. Наиболее просто показать особенности расширения воды при помощи водяного термометра, но этот прибор у нас не изготавливался (рис. 249). Косвенным образом явление «демонстрируется» посредством высокого сосуда с двумя термометрами, наполненного водой; окружающее среднюю часть жестяное круглое корытце заполняется охлаждающей смесью льда и поваренной соли (рис. 250). Через некоторое время нижний термометр станет показывать температуру около -|- 4Э, верхний — более низкую (около 0°).
3)	Термометр. Прибор, служащий для демонстрации расширения воды при нагревании, является моделью термометра (рис. 254,11). Для демонстрации весьма полезен спиртовой термометр крупного размера, употребляемый для измерения температуры наружного воздуха (рис. 107).
4)	Расширение
Рис. 249. газов показывается од-
Водяной и ним из двух способов, из- Рис. 250. Прибор для «де-ртутный ложенных в разделе 4 монстрации» наибольшей термометры. (рис 255)	плотности воды.
2.	Обзор опытов по теме: «Расширение твёрдых тел от нагревания». Увеличение длины при нагревании твёрдого тела оказывается настолько незначительным, что его нельзя непосредственно обнаружить простым глазом, и приходится прибегать к некоторым косвенным способам, к числу которых относятся:
1)	Рычаг. Расширяющийся стержень при своём удлинении воздействует на конец короткого плеча рычага. Тогда перемещение конца длинного плеча АА} получается во столько же раз больше, чем удлинение ВВ}, во сколько раз длинное плечо больше короткого (рис. 251, I). На рисунке 251 показаны некоторые слу-
§ 36, 2
245
чаи применения рычага для обнаружения удлинения стержня D. Такое применение рычага используется в многочисленных типах приборов. В распространённом в школах пирометре Главучтех-прома применяется двойной рычаг (рис. 256, I и II).
Рис. 251. Различные способы обнаружения удлинения стержней.
D — удлиняющиеся стержни; F — пружина; С — каток, соединённый со стрепкой Е; Д’ — призма, входящая в вырез L удлиняющегося стержня и соединённая со стрелкой.
2)	Калибр. Нагреванием производится изменение размеров или одного калибра, или одного тела, подобранного соответственно калибру до его нагревания. Тогда после нагревания или охлаждения	/	//
обнаруживается нарушение равенства размеров калибра и тела. Этот способ находит себе применение: в простейшем опыте с пятачком, калибрируемым с помощью двух булавок, вколотых в дощечку; в приборе Гравезанда (рис. 252); при использовании подковы в ка-
Рис. 252. Кольцо Гравезанда.
честве калибра и т. п.
3)	Изгиб. При неравномерном нагревании плохо проводящих
246
$ Зв, %
теплоту стержней возникает изгиб, что позволяет заключить об удлинении при нагревании и сжатии при охлаждении. Два стержня из различных материалов, склёпанные друг с другом, при нагрева-
нии и при охлаждении изгибаются
Рис. 253. Прибор Тиндаля для демонстрации излома чугунного стержня при термическом сжатии.
(рис. 257). Этот способ находит себе применение главным образом для сравнения расширения различных веществ.
4) Разрушение. Как при расширении, так и при сжатии, вследствие изменения температуры, возникают огромные силы, если препятствовать этим изменениям длины. В приборе Тиндаля сжатие охлаждаемого железного бруска В обнаруживается посредством разруше-
ния чугунного стерженька D (рис. 253). Этот нагретый брусок В вкладывается в станину А А и «натягивается» посредством гайки С с рукояткой.
5) П р о в е с. В достаточно длинных (Р/2 —2 м) проволоках,
подвешенных за их концы
горизонтально, при сильном нагревании образуется заметный провес. Проволоку обычно нагревают электрическим током. Для обеспечения видимости к проволоке подвешиваются на крючках бумажные флажки (§ 11, 3, рис. 43). После выключения тока и охлаждения проволоки провес исчезает.
Опыт с прибором Гра-везанда сводится к показу, что шарик, проходящий сквозь кольцо, после своего нагревания становится неспособны