Звичайна форма фонтану, приписуваного древньому механіку Герону, ймовірно, відома моїм читачам, Нагадаю тут його пристрій, перш ніж перейти до опису новітніх видозмін цього цікавого приладу. Геронов фонтан (див. рисунок) складається з трьох судин: верхнього відкритого а і двох кулястих b і з, герметично замкнутих. Посудини з'єднані трьома трубками, розташування яких показано на малюнку. Коли в а є трохи води, куля b наповнений водою, а куля з - повітрям, фонтан починає діяти: вода переливається по трубці з а в з, витісняючи звідти повітря в кулю b; під тиском повітря, що поступає вода з b спрямовується по трубці вгору і б'є фонтаном над посудиною а. Коли ж куля b випорожниться, фонтан перестає бити.
Старовинний геронов фонтан.
Така старовинна форма геронова фонтану. Вже в наш час один шкільний учитель в Італії, спонукувана до винахідливості убогою обстановкою свого фізичного кабінету, спростив пристрій геронова фонтану і придумав такі видозміни, що кожен може влаштувати за допомогою найпростіших засобів (див. наступний малюнок). Замість куль він вжив аптечні склянки; замість скляних або металевих трубок взяв гумові. Верхній посудину не треба продірявлювати: можна просто ввести в нього кінці трубок, як показано на малюнку вгорі.
Сучасне видозміна геронова фонтану. Вгорі - варіант пристрою тарілки.
У такому видозміні прилад набагато зручніше до вживання: коли вся вода з банки b переллється через посудину а в банку з, можна просто переставити банки b і з, і фонтан знову діє; не треба забувати, зрозуміло, пересадити також наконечник на іншу трубку.
Інше зручність видозміненого фонтану полягає в тому, що він дає можливість довільно змінювати розташування судин і вивчати, як впливає відстань рівнів судин на висоту струменя.
Якщо бажаєте у багато разів збільшити висоту струменя, ви можете досягти цього, замінивши в нижніх склянках описаного приладу воду ртуттю, а повітря - водою:
Фонтан, діючий тиском ртуті. Струмінь б'є разів у десять вище різниці рівнів ртуті.
Дія приладу зрозуміло: ртуть, переливаючись з банки з у банку b, витісняє з неї воду, змушуючи її бити фонтаном. Знаючи, що ртуть у 13,5 разів важча за воду, ми можемо обчислити, на яку висоту повинна підніматися при цьому струмінь фонтану. Позначимо різницю рівнів відповідно через h1, h2, h3. Тепер розберемося, під дією яких сил ртуть з посудини з перетікає в b. Ртуть в сполучної трубки зазнає тиску з двох сторін. Праворуч на неї діє тиск різниці h2 ртутних стовпів (яке дорівнює тиску в 13,5 рази більш високого водяного стовпа, 13,5 h2) плюс тиск водяного стовпа h1. Зліва напирає водяний стовп h3. Разом ртуть захоплюється силою
13,5h2 + h1 - h3.
Але h3 - h1 = h2; замінюємо тому h1 - h3 на мінус h2 і отримуємо:
13,5h2 - h2 тобто 12,5h2.
Отже, ртуть надходить у посудину b під тиском ваги водяного стовпа висотою 12,5 h2. Теоретично фонтан повинен бити тому на висоту, рівну різниці ртутних рівнів в склянках, помноженої на 12,5. Тертя дещо знижує цю теоретичну висоту.
Тим не менш описаний прилад дає зручну можливість отримати б'є високо вгору струмінь. Щоб змусити, наприклад, фонтан б'є на висоту 10 м, досить підняти одну банку над іншою приблизно на один метр. Цікаво, що, як видно з нашого розрахунку, піднесення тарілки а над склянками з ртуттю анітрохи не впливає на висоту струменя.
