4.52. Игрушка «паровая лодочка»

Лодочку, изображенную на рис. 4.7, приводит в движение вода, вытекающая через две торчащие из «парового котла» трубочки на ее корме. Паровым котлом может служить отдельный объем, а может просто трубка, изогнутая несколько раз. Чтобы подготовить лодочку к плаванию, надо наполнить паровой котел и трубки водой, запустить лодочку в таз с водой, а затем поставить под котел зажженную свечку. Когда вода в котле нагреется и начнет образовываться пар, давление повысится и вытолкнет воду из трубочек на корме лодки.

Рис. 4.7 / Задача 4.52. Вырывающаяся из трубочек вода приводит в движение игрушечную лодочку.

ОТВЕТ • Когда вода выталкивается из трубочек, некоторое количество пара из котла попадает в трубочки, где конденсируется, поскольку там температура ниже. И движение, и конденсация приводят к понижению давления в газе. Когда давление падает, вода за кормой лодочки втягивается в трубочки, заполняя их опять. Затем цикл «выталкивание — заполнение» повторяется, и лодочка плывет вперед.

Резко выталкиваемая из трубочек вода — это реактивная струя, направленная от кормы, и, следовательно, лодочка должна двигаться вперед. Ее не отбрасывает назад во время наполнения трубочек, поскольку это происходит медленно и вода затекает в трубочку под разными углами (интервал углов приблизительно составляет полусферу). Поэтому сила, тянущая лодочку назад, слабая. Таким образом, всякий раз, когда из трубочек выталкивается вода, лодочка продвигается вперед, но она не сдает назад, когда трубочки заполняются водой.