Новые Героновы фонтаны

Обычная форма Геронова фонтана, вероятно, всем известна. Впрочем, напомню здесь об устройстве этого любопытного прибора, прежде чем перейду к описанию его новейших видоизменений. Геронов фонтан состоит из 3 сосудов: верхнего – открытого (а) и двух шарообразных, b и с, герметически замкнутых. Сосуды соединены тремя трубками, расположение которых показано на рисунке. Когда в сосуде а есть немного воды, шар b наполнен водой, а шар с – воздухом, – фонтан начинает действовать: вода переливается по трубке из сосуда а в нижний шар с, вытесняет из него воздух в шар b; под давлением поступающего воздуха вода из b устремляется по трубке вверх и бьет фонтаном над сосудом а. Когда шар b опорожнится, т. е. вся вода из него перейдет в шар с, фонтан перестает бить. Струя бьет тем выше, чем больше расстояние между а и с. Теоретически высота струи над уровнем сосуда b должна в точности равняться разности уровней в сосудах а и с; но трение о стенки трубок нарушает это равенство.

Рис. 52. Обыкновенный Геронов фонтан.

Такова старинная форма Геронова фонтана. Недавно один школьный учитель в Италии, побуждаемый к изобретательности скудной обстановкой своего физического кабинета, упростил устройство Геронова фонтана и придумал такие видоизменения его, который всякий может устроить сам при помощи простейших средств. Вместо шаров он употребляет обыкновенные аптечные склянки; вместо стеклянных трубок берет резиновые. Верхний сосуд не надо продырявливать: можно просто ввести в него концы трубок, как показано на рисунке.

Упрощенное устройство верхней тарелки Геронова фонтана.

Упрощенный Геронов фонтан из аптечных склянок.

Налив в сосуды ртуть, можно заставить фонтан бить гораздо выше.

В таком видоизменении прибор гораздо удобнее к употреблению: когда вся вода из банки b перельется в банку с, можно просто переставить банки – опустить b, поднять с, – и фонтан вновь действует (не надо забывать, разумеется, пересадить также наконечник на другую трубку).

Другое удобство видоизмененного фонтана состоит в том, что он дает возможность произвольно изменять расположение сосудов и изучать, как влияет расстояние уровней сосудов на высоту струи.

Если желаете во много раз увеличить высоту струи, вы можете достигнуть этого, заменив в нижних склянках описанного прибора воду ртутью, а воздух – водой (рис. 55). Действие прибора понятно: ртуть, переливаясь из банки с в банку b, вытесняет из нее воду, заставляя ее бить фонтаном. Зная, что ртуть в 13½ раз тяжелее воды, мы можем легко вычислить, на какую высоту должна подниматься при этом струя фонтана. Обозначив разности уровней соответственно через d₁, d₂ и d₃, имеем для высоты струи выражение:

Сделав преобразования и приняв во внимание, что d₃ – d₁ = d₂, получаем для высоты фонтана величину 12½ d₂, т. е. расстояние между уровнями ртути в сосудах, увеличенное в 12½ раз. Трение в трубках несколько уменьшает эту теоретическую высоту. Но во всяком случае она раз в десять больше той, какая достигается без ртути. В обыкновенном фонтане Герона понадобилось бы раздвинуть сосуды на целую сажень и более, чтобы получить струю, бьющую вверх на сажень. В видоизмененном же, как описано, фонтане для достижения того же эффекта достаточно поднять одну банку всего на 4 вершка выше другой. При этом высота чашки а над нижними сосудами (как видно из приведенного расчета) не имеет никакого влияния на высоту струи.