Парящий шарик

Колосова Анна, 7 класс
Научный руководитель: Валиев Б.М.

 Известно, что в струе воздуха давление ниже, чем вне её. Это происходит потому, что скорость воздуха в струе достаточно большая: больше скорость - меньше давление и наоборот. Это позволяет продемонстрировать явление парения шарика, который используют при игре в настольный теннис. Если шарик «зафиксирован» в струе, не перемещается в ней по вертикали, т.е. находится в состоянии равновесия, то на него действуют две силы. Одна из них действует вниз - сила земного притяжения, другая - в противоположном направлении, т.е. сила реакции воздушной струи, которая и удерживает шарик в состоянии равновесия. Действие первой силы является неизменной, постоянной, а вторую можно изменять в достаточно широких пределах, что позволяет изменять положение, высоту шарика в струе. Покажем простые и красивые эксперименты, используя бытовой пылесос со шлангом, ЛАТР, несколько одинаковых теннисных шариков, резиновую пробку, в которую герметично вставлена стеклянная воронка.

Первый эксперимент

 Подключим пылесос к источнику питания. Установим теннисный шарик на конце пылесосной трубы. Плавно изменяя напряжение источника, увеличиваем скорость воздушной струи. Наблюдаем: шарик медленно отрывается от трубы и зависает, парит на некотором расстоянии; при уменьшении скорости струи можно осуществить так называемую «мягкую посадку». Возрождаем прежнюю скорость струи и вносим в струю ещё один шарик. Изменяя скорость воздушного потока, изменяем и высоту подъёма шариков, т.е. чем больше скорость воздушного потока, тем выше поднимаются шарики и наоборот.

Второй эксперимент

 Делаем всё так же, как и в первом случае, но уже в образовавшуюся струю помещаем один шарик. Фиксируем скорость струи. Наклоняя трубу пылесоса относительно вертикальной оси, видим, что шарик не выходит из струи даже при больших углах наклона. Если продолжать увеличивать угол наклона пылесосной трубы, шарик со временем упадёт на пол.

Третий эксперимент

 Вставим герметично в металлический отросток пылесосной трубы резиновую пробку со стеклянной воронкой соответствующих размеров. В воронку поместили шарик. Включили пылесос. Шарик вращается в воронке, и вследствие перепада давлений положение шарика в воронке будет настолько устойчивым, что трубку вместе с шариком можно повернуть на 180°; он не «расстанется» с воронкой.

Четвёртый эксперимент

 Пылесос работает. Шарик находится на столе или... лучше в стеклянном сосуде. Опускаем в сосуд перевёрнутую воронку. Накрываем ею шарик и извлекаем воронку. Шарик, удерживаемый внешним давлением, вновь остаётся в воронке.
 Вывод

 При определённой скорости газовой струи шарик может парить в ней. Если эту же струю пропустить через воронку, то струя будет удерживать шарик и в вертикальном положении при угле в 180°.