Картезианский водолаз. Опыт Плато.

                             Картезианский водолаз.

                                                                                О том, что физика наука молодая,
                                                                               Сказать определённо здесь нельзя.
                                                                               И в древности науку познавая,
                                                                               Стремились постигать её всегда.
                                                                                Цель обучения физики конкретна,
                                                                                Уметь на практике все знания                                    
                                                                                применять,
                                                                                И важно помнить – роль                                                              
                                                                                эксперимента
                                                                                Должна на первом месте устоять.

      Законы физики основаны на фактах, установленных экспериментальным опытным путём. Изучение физики предполагает широкое использование экспериментов.
Картезианский водолаз – это классический научный эксперимент, названный в честь французского учёного Рене Декарта и наглядно демонстрирующий принципы плавучести.
Рене Декарт (на латыни его фамилия звучит как Картезиус) – математик, физик, физиолог и философ, изучая гидростатические явления, впервые сконструировал и продемонстрировал действие прибора, на основе которого позже создали игрушку, которую и назвали в его честь – Картезианский водолаз.  Прибор -  стеклянный цилиндр, наполненный водой, в которой вертикально плавала  полая стеклянная фигурка человечка. Фигурка находилась в верхней части сосуда. Когда нажимали на мембрану – резиновую плёнку, закрывающую верх цилиндра фигурка медленно опускалась вниз на дно. Когда переставали нажимать на мембрану, фигурка поднималась вверх.  
Вариантов проведения физического опыта Картезианский водолаз (другое название – Декартов поплавок) много. Самый простой и наглядный – опыт с пипеткой. Наливаем в пластиковую бутылку теплую воду и опускаем внутрь бутылки пипетку, предварительно набрав в неё немного воды. Пипетка должна плавать, чуть-чуть выступая над уровнем воды. Закрываем бутылку крышкой  и плотно завинчиваем. Сжимаем бутылку – пипетка опускается на дно, прекращаем нажимать – пипетка поднимается наверх. Почему это происходит? Сжимая бутылку, мы передаём это давление воде. Давление повышается. Давление в жидкостях передаётся во все стороны одинаково ( закон Паскаля ). Вода снаружи вдавливается в пипетку – пипетка стала тяжелей и утонула. При прекращении давления на бутылку, сжатый воздух внутри пипетки удалил лишнюю воду и пипетка всплыла.    
Тела внутри жидкости, например, подводные лодки и батискафы, плавают если их плотность равна плотности окружающей жидкости. Эту плавучесть, т.е. свойство, погружённого в жидкость тела оставаться в равновесии, можно регулировать, изменяя среднюю плотность. Для подводных лодок это делают путём продувки балластных цистерн.
Опыт Картезианский водолаз служит для исследования условий плавания тел и демонстрации закона Архимеда.      

                            Опыт Жозефа Плато.
                                                   
                                                             Есть опыт – занимательный!
                                                                      И, если ты внимательный,
                                                                      Умом самостоятельный
                                                                      И с физикой на “ты”.
                                                                      То опыт занимательный,
                                                                      Весёлый, увлекательный
                                                                      Тебе откроет тайны и новые мечты.  

      Мы привыкли думать, что жидкость не имеет никакой собственной формы. Но это не так. Естественная форма любой жидкости – шар. Но сила тяжести мешает жидкостям принимать эту форму, она либо растекается тонким слоем, либо принимает форму сосуда, в который налита. Находясь внутри другой жидкости такого же удельного веса, жидкость по закону Архимеда, теряет свой вес: она словно ничего не весит, сила тяжести на неё не действует и тогда жидкость принимает естественную шарообразную форму.
     Опыт бельгийского физика Жозефа Антуана Фердинанда Плато  показывает, как под действием сил поверхностного натяжения жидкость превращается в шар. Плато впервые произвёл опыт, показывающий, что масло внутри сосуда с разбавленным спиртом собирается в шар, который не тонет и не всплывает. При быстром вращении этого шара от него отделяется кольцо, которое в свою очередь разрывается на части. Образуются шарики, которые продолжают обращаться вокруг основного шара. Плотность спирта меньше плотности масла, а плотность масла меньше плотности воды.
      Превращаем жидкость в шар.                                                                           Вариант  1. Смешиваем спирт с водой в пропорции 1:1. Наливаем в стакан и вводим растительное масло. Масло располагается в середине стакана, образуя красивый желтый шар.  
Вариант  2. Маленький стакан, предварительно сполоснув его водой, наполняем маслом и ставим в большой стакан, в который наливаем спирт так, чтобы маленький стакан был погружён в  него полностью. Затем по стенке большого стакана понемногу осторожно доливаем воду. Поверхность масла становится выпуклой, а при достаточном количестве воды поднимается из стакана, образуя шар. Силы поверхностного натяжения всегда стремятся сократить площадь поверхности жидкости.
Вариант  3. Наливаем воду в стакан. Капаем подсолнечное масло, понемногу добавляем спирт. Масло собирается в ровный гладкий шар. Пропустив через центр масляного шара проволоку (можно насадить на неё смоченный маслом картонный кружок), начинаем вращать шар. При вращении от него отделяется кольцо.
Вариант  4. Наливаем половину стакана воды, затем аккуратно по стенке стакана, чтобы жидкости не перемешались, наливаем спирт. Долив стакан почти доверху, осторожно вливаем чайную ложку растительного масла.  Масло собирается в шар и как бы “парит” на границе раздела воды и спирта.