Энциклопедия Технологий и Методик

оооооооооооооооооооооооо

Энциклопедия Технологий и Методик
 
Технологии по работе со стеклом
 

Батавские слезки

Как появились "Батавские слезки"

Неведомый нам голландский ученый некогда провел интересный опыт. Он плавил на сильной горелке стеклянную палочку, а капельки жидкого стекла ронял в стакан с холодной водой. Там они застывали в виде слегка вытянутых шариков с длинными, причудливо изогнутыми хвостиками. Исследователь назвал их "батавскими слезками" в честь старинного названия своей родины - Батавии. "Слезки" эти обнаружили любопытное свойство.

Все привыкли считать стекло материалом хрупким. Но когда "слезку" клали на железную пластину и сильно ударяли по ней молотком, стекло удар выдерживало, а на пластине появлялся отпечаток капли. Однако если клещами или даже голыми руками отламывали у "слезки" хвостик, она мгновенно превращалась в порошок.

Загадочное поведение обыкновенного стекла стало понятным только спустя сотни лет. Когда капли стекла, расплавленного при температуре 400-600 °С, падают в воду, их наружный слой резко охлаждается и сжимается. При этом он сильно сдавливает внутреннюю часть капли, так что она давит изнутри на поверхность капли, подобно сжатому газу в баллоне. Это-то внутреннее напряжение и противодействует силе удара. Отломанный хвостик разрушает поверхностный слой, и "слезку" разносит в пыль внутреннее давление.

Аналогичным образом когда-то делали так называемые закаленные стаканы. Такой стакан без вреда для него можно было ронять на кафельный пол. Но как только на его краю появлялась маленькая щербинка, стакан мог взорваться в любой момент. Поэтому с такими стаканами приходилось обращаться осторожно, и рекомендовалось даже не вставлять их один в другой.

Как сделать "Батавские слезки"

Сделать "батавские слезки" и провести с ними описанные выше опыты несложно и в домашних условиях. Получить высокую, выше температуры плавления стекла, температуру можно при помощи обыкновенной свечи или пламени декоративной масляной лампы. Для этого придется воспользоваться нехитрым устройством, давно знакомым геологам, - паяльной трубкой. Она служила для испытания проб минералов в полевых условиях высокой температурой - получения так называемого королька. По цвету королька опытный геолог мог определить минеральный состав пробы.

Устройство паяльной трубки ясно из рисунка (А). В длинный конец ртом вдувают воздух; короткий патрубок вводят в пламя. Расширение на конце служит для улавливания водяных паров и капелек слюны, которым не следует попадать в огонь. Сделать паяльную трубку можно из консервной банки и резиновой трубки. Патрубок должен иметь внутренний диаметр около миллиметра и быть сделан из тугоплавкого материала.

Более удобна механизированная трубка (Б). Воздух в нее качают "лягушкой" для надувных матрасов, а чтобы дутье было ровным, воздух сначала подают в ресивер - 3-5-литровую емкость, например пластиковую бутыль из-под воды.

Патрубок вводят в пламя свечи так, чтобы под действием потока воздуха оно приобрело форму острого горизонтального конуса. Самая горячая область находится вблизи его вершины. В него и нужно ввести тонкую полоску обыкновенного оконного стекла. Ее можно держать просто рукой - стекло очень плохой проводник тепла.

ВНИМАНИЕ! Все опыты со стеклом необходимо проводить в защитных очках, ставя перед зрителями экран из оргстекла. Отламывая хвостик "слезки", необходимо завернуть ее в плотную ткань.

Как проводить опыты с "Батавскими слезками"

Воздушное дутье

До сих пор пылесос был для нас источником энергии. Он служил и воздушным насосом и паровым котлом. Мы приводили в движение различные механизмы. Но есть и еще одна сила воздуха — сила, успешно работающая в черной металлургии.

Струя воздуха, направленная в печь, в огонь, во много раз увеличивает выделение тепла.

Используя воздушное дутье, мы будем плавить стекло и получим так называемые батавские слезки — капли закаленного стекла. Эти маленькие стекляшки сродни закаленным стеклам, вставленным в окна автомобилей, или стеклам, которые защищают трубки телевизоров. Закаленная капля удивительно прочна. Сила внутреннего напряжения сообщает ей огромную прочность. Насколько велика эта сила, можно понять, если ее освободить, обломав у капли хвостик.

Чтобы, обламывая хвостик, не пораниться, проявите максимум осторожности. Налейте в миску воду. Опустите туда предварительно обвернутую тряпочкой батавскую слезку и обломайте ее хвостик плоскогубцами под слоем воды. Каплю буквально разорвет на куски.

«Черный ящик»

Прежде чем приступить к опыту с батавскими слезками, придется познакомиться с одним методом научного исследования, который носит таинственное название метод «черного ящика».

Название это пришло из области электроники. Первоначально задача была поставлена так: имеется блок, закрытый кожухом; имеются входные и выходные клеммы; внутренность блока скрыта от глаз, но надо выяснить поведение блока, подавая сигналы на вход и снимая напряжения на выходе.

«Черный ящик» — это название, которое просто напоминает о том, что ящики с электронной аппаратурой для того, чтобы они лучше рассеивали тепло, красят в черный цвет.

Как много можно узнать об устройстве ящика, не залезая внутрь?

Возьмем пылесос.

Мы знаем, например, что внутри пылесоса работает мотор. Попробуем определить направление вращения его ротора. Можно воздействовать на пылесос, включая и выключая мотор. Это вход. Выходом можно считать реакцию пылесоса на воздействие. Реакция эта будет ощущаться на ручке, если держать пылесос на весу.

Поднимем пылесос за ручку. Включим ток. Пылесос крутануло. Ага! Действие равно противодействию! Значит, ротор вращается в обратном этому рывку направлении.

В действительности проблема «черного ящика», как ее понимают в настоящее время, гораздо шире.

Это не только вопрос о поведении блоков, закрытых крышками.

Проблему «черного ящика» решает ребенок, когда учится орудовать ложкой. Повернул так — попал на рубашонку. Повернул этак — попал в рот.

Боксер на ринге тоже имеет дело с «черным ящиком». Его партнер — очень сложная анатомическая и физиологическая система. Внутреннее строение ее скрыто от глаз. Как узнать, на что она способна? Приходится прибегать к методу «черного ящика». Бой обычно начинается с разведки. Боксер воздействует на противника и запоминает его реакцию. В результате накапливаются знания, которые позволяют со временем получить достаточно полную характеристику партнера.

С «черным ящиком» встречается инженер, когда начинает новый расчет. Он вводит какие-то исходные данные, получает результат. Меняя вход в свой «черный ящик», он следит за изменением результата.

Другими словами, все человечество только и делает, что раскрывает свойства «черных ящиков». Когда мы приступим к изготовлению батавских слезок, тоже не обойдемся без метода «черного ящика».

Батавские слезки

Прежде всего сделайте коптилку. Фитиль должен быть круглым и широким: не меньше сантиметра в диаметре. Затем сделайте так называемую паяльную трубку. Согните из жести коническую трубочку. На тонком ее конце оставьте отверстие с диаметров равным толщине швейной иголки. На широкий конец наденьте резиновую трубку. Ее можно купить в аптеке. Трубку с помощью соски соедините со шлангом пылесоса. Отрежьте кончик у соски. Наденьте ее широким концом на шланг пылесоса, а тонким — на трубку. Если трубка недостаточно жесткая, сделайте переходник от соски к резиновой трубке из жестяной или какой-либо другой жесткой трубки. Для охлаждения пылесоса необходимо, чтобы через него проходило достаточно воздуха. Прорежьте в соске отверстие для свободного выхода воздуха.

Теперь можно приступать к плавке стекла. Очень горячее пламя получится, если заправить коптилку смесью в равных долях бензина и керосина. (Чистый бензин наливать не следует. Коптилка вспыхнет, а нужного пламени не получится.) Направьте сбоку на пламя струю воздуха из паяльной трубки. По мере приближения трубки к пламени вид его будет меняться. Сначала появится горизонтальный язык белого пламени. Потом он превратится в синее шумящее пламя. Вот такое пламя и нужно. Двигая паяльную трубку, добейтесь, чтобы получилось ровное и устойчивое пламя длиной сантиметров двенадцать. Если не получается, виновата паяльная трубка. Скорей всего она дает слишком сильное дутье, и ее кончик следует обжать.

Когда нужное пламя получено, возьмите полоску оконного стекла шириной не более полсантиметра. Начинайте плавить конец полоски. Капля получилась очень быстро. Но она никак не хочет падать. Не смущайтесь. Пока вы плавили стекло, вы все время инстинктивно пользовались методом «черного ящика». Вы следили, как образовывается капля, и все время поддерживали нужную форму пламени. Когда капля образовалась и повисла на стеклянной палочке, у вас не стало больше признака, по которому можно судить о температуре пламени. Пропал выход «черного ящика». Надо его восстановить. Для этого вам нужно очень немного. Когда вы орудуете паяльной трубкой, вы должны знать только, плавится стекло или нет. Поверните полоску стекла. Капля стоит горизонтально. Вы успели остудить уже расплавленное стекло!

Двигайте паяльную трубку, пока капля не начнет опускаться. В какой-то миг она поползет вниз и сорвется со стеклянной палочки. Здесь ее поджидает ванна для закалки.

Разные сорта стекла надо закаливать по-разному. Приходится подбирать и сорт стекла и закаливающую жидкость. Капли, полученные из двухмиллиметрового оконного стекла, хорошо закаливаются в вело-машинном масле.

Итак, подставьте рядом с коптилкой консервную банку с машинным маслом. Расплавленная капля, попав в масло, еще несколько секунд остается красной, потом быстро тускнеет. Через минуту ее можно вынимать. У вас в руках настоящая батавская слезка — очень прочная капля закаленного стекла.

ВНИМАНИЕ! Проделывая опыты с огнем, не забывайте о правилах пожарной безопасности. Под коптилку и жестянку с маслом подставьте лист железа. Не позволяйте детям производить опыты с огнем без наблюдения взрослых.

Склянки болонские

При выливании жидкого расплавленного стекла в воду капли его принимают форму груши с длинным хвостиком (фиг. 1) — обыкновенная форма батавских слезок; при очень жидком стекле и непрерывности струи стекла получаются нити, согнутые змейками, имеющие те же свойства.

Батавские слезки — целая и после разрыва.

Стекло при такой закалке получает значительную твердость, и слезка выдерживает сильные удары молотком по толстой, грушевидной части, между тем как отламывание хвостика около шейки груши вызывает разрыв всей слезки на мелкие части, сопровождаемый треском и иногда появлением света. Разрыв слезки происходит и при распиливании толстого конца, когда разрез дойдет до известного места, а также и от растворения в плавиковой кислоте, если она в нее погружена суженной частью; но если постепенное растворение происходит со стороны толстой части, то слезка может быть почти вся растворена без разрыва. Слезки, залитые в гипс и вызванные на разрыв, удерживаются от распадения гипсовой оболочкой, и в этом состоянии можно наблюдать расположение частичек, на которые они распадаются и которые представляют части с коническими поверхностями, вложенные одна в другую и обращенные вершинами конусов в сторону повреждения (см. рисунок). Все эти свойства батавской слезки исчезают, если ее долго нагревать не ниже 100°С и не выше красного каления (de Luynes, 1873).

"Болонские склянки", охлажденные на открытом воздухе при обыкн. темп., подобны по свойствам "Батавским слезкам"; они представляют круглый сосуд с толстым дном, выдерживающий сильные удары без разрушения; разрыв их на части (более крупные, чем у батавских слезок) происходит от незначительного повреждения внутренней поверхности "Болонской склянки", например, от царапины куском кварца или стальным острием.

Статья составлена по публикациям С.Транковского, Евгения Орлова и С.Я. Петухова.

http://patlah.ru

© "Энциклопедия Технологий и Методик" Патлах В.В. 1993-2007 гг.

 

оооооооооооооооооооооооо