Прибор для обнаружения давления атмосферы

На начальном этапе изучения физики главное внимание уделяется сущности физических явлений и их свойствам (тела и их свойства, притяжение и сила тяжести, гидростатика, тепловые явления, звук, геометрическая оптика, электростатика, магнетизм, действия электрического тока). Такую стабильность содержания курса физики легко выявить при сопоставлении современных школьных учебников физики для 7-9 классов с аналогичными учебниками, которым более 100 лет.
В связи с этим до настоящего времени на демонстрационном столе появляются приборы, которые не изменили своего вида за прошедшие столетия (электроскопы, весы, насосы, простые механизмы, манометры, линзы и др.)
Некоторые приборы по разным причинам постепенно вышли из употребления и догадаться об их назначении бывает довольно трудно.
Так произошло с прибором, изображенным на рис. 1, который внешне очень похож на простейший нагнетательный насос.

Рисунок 1	Рисунок 2

Но при внимательном осмотре сразу возникают вопросы по поводу особенностей конструкции: Зачем крючок на ручке поршня? Чем объяснить странную форму штуцера в основании цилиндра (рис. 2)? Почему кран для перекрытия канала, соединяющего насос и сосуд, заменен винтовой заглушкой? Если это не насос, то что это за прибор?
Прибор оказался действующим: если вывинтить заглушку и опускать поршень, то и из штуцера выходит воздух; заглушенный штуцер «держит воздух» под поршнем даже при сильном нажатии на ручку, последнее убеждает в качестве шлифовки поршня и стенок цилиндра.
Особенности работы прибора и наличие крючка сначала натолкнули на мысль об историческом опыте Отто фон Герике с цилиндром. Потом пришло понимание функции раритетного прибора – демонстрация действия давления атмосферы.
Историческая справка. Отто фон Герике на съезде в Регенсбурге (1654 г.) в присутствии императора Фердинанда III провел много своих опытов. Среди прочих продемонстрировал опыт с цилиндром (рис. 3), представляющий, как двадцать и более человек не могли поднять поршень RR, плотно входящий в цилиндр ММ.

Рисунок 3

Цилиндр каналом (Х) соединялся с сосудом (его держит стоящий около рамы мужчина), из которого был выкачан воздух; под поршнем возникала «пустота»; на поршень действовало атмосферное давление, которое не удавалось преодолеть. (Н. Любимов «Начальная физика в гимназическом объеме»).
Судя по инвентаризационному номеру 1286 на треноге-основании, прибор для обнаружения давления атмосферы входил в коллекцию физических приборов Педагогического музея военных учебных заведений и был приобретен Музеем в первое десятилетние XX в.
Производителя определить не удалось.
Размер прибора: диаметр цилиндра 28-30 мм, высота 25-30 см, диаметр треноги-основания примерно 12-13 см. Использованные материалы: сталь, латунь, лак, краска, кожа.

Органайзер исследователя
1. В середине ХХ века прибор для демонстрации действия атмосферного давления под названием «Цилиндр Герике» выглядел по-другому (рис.4, где а-массивный поршень, b-патрубок для соединения с атмосферой); имел другие размеры (высота 15-16 см, диаметр поршня около 8 см); был сделан из стали.

Рисунок 4. Внешний вид цилиндра системы Герике,
предложенный разработчиками института
политехнического образования
в период 1935-1937 г.

– Сравните внешний вид раритетного прибора (рис.1) и цилиндра системы Герике (рис. 4). Назовите несколько причин, которые привели к изменению в конструкции прибора.
– Главные свойства любой демонстрации физического явления: видимость, наглядность, надежность. Какой из приборов обеспечивает эти свойства? Свой выбор обоснуйте.
2. В методическом пособии по физическому школьному эксперименту Горячкина Е.Н. предлагается два способа демонстрации с помощью цилиндра системы Герике (рис. 4):
a) поршень (а) вдвигают возможно глубже внутрь цилиндра, закрывают доступ воздуха в цилиндр и подвешивают прибор к раме. К свободной рукоятке привязывают груз до 10 кг; груз не падает.
b) первоначально поршень (а) вдвигают в цилиндр на ¼ его длины, патрубок (b) соединяют с разряжающим насосом и подвешивают прибор к раме. К свободной рукоятке прикрепляют груз около 5 кг. При откачке воздуха из цилиндра груз вместе с поршнем будет перемещаться скачками в соответствии с работой насоса.