Можно ли, сидя за столом и не прибегая к расчетам, определить прочность моста, увидеть, как воздух обте­кает крыло самолета, узнать, сможет ли спутник прой­ти, не сгорев, сквозь плотные слои атмосферы?

Да, можно, для этого нужно лишь использовать анало­гию между электрическим полем в проводнике, механи­ческими напряжениями в теле, потоками тепла, жидко­сти или газа — давно ведь доказано, что силовые линии электрического поля в проводнике распределяются так же, как силы, действующие на тело точно такой же фор­мы, тепло или обтекающие его потоки жидкости.

Как же это все проделать?

Укрепите кнопками на чертежной доске кусочек фильтровальной бумаги. Смочите ее соленой водой с добавлением фенолфталеина или даже соком одуван­чика. После этого еще двумя кнопками подключите к ней постоянное напряжение в 3 вольта (рис. 1). Очень скоро вы увидите радужную картину, в которой без труда улавливается намек на силовые линии электри­ческого поля.

Чтобы получить более точную картину, вам понадо­бится кусок черной бумаги для упаковки фотоматериалов. Такую бумагу делают с применением сажи, и по­тому она проводит электри­ческий ток. Закрепите лис­ток бумаги на доске, еще двумя кнопками подключи­те постоянное напряжение и подсоедините к одной из них щуп вольтметра. Про­щупывая другим щупом по­верхность бумаги, вы в лю­бой точке обнаружите на­пряжение. Со временем можно убедиться, что при уда­лении от полюса источника тока напряжение растет. Но если двигаться поперек линии, соединяющей полю­са, то можно встретить точки с одинаковым потенциа­лом. Попробуйте, например, найти серию точек с по­тенциалом 1В и отметить их положение мелом. Если соединить их линией, то получится линия равного по­тенциала. Таких линий, но уже с другими потенциала­ми, на бумаге можно обнаружить и провести сколько угодно. Известно, что силовые линии к ним всегда пер­пендикулярны. Исходя из этого, мы теперь можем на нашем листе бумаги провести силовые линии. Они бу­дут напоминать линии электрического поля двух то­чечных зарядов.

Теперь попробуем получить представление о распре­делении в каком-либо теле, например в железнодорож­ном рельсе, механических напряжений под давлением на него вагонного колеса.

Вырежьте кусок бумаги, напоминающий по форме поперечное сечение рельса. Зона соприкосновения ко­леса с рельсом имеет небольшую протяженность в са­мой верхней его части. Здесь воткните две кнопки и подложите под них небольшой кусочек оголенного провода.

Давление колеса через рельс полностью передается его опорной части. Здесь при помощи кнопок закрепи­те оголенный провод по всей длине. Важно, чтобы он надежно соприкасался с бумагой. После этого можно подключать напряжение и, как в предыдущем случае, искать линии равного потенциала, а затем мелом, а лучше белым карандашом перпендикулярно им прово­дить силовые линии. По их густоте можно получить представление о степени нагрузки на отдельные участ­ки сечения рельса. На основе более глубокой теории, которая определенным образом сопоставляет проводи­мость бумаги и прочность металла, а также точно из­меряя потенциалы, из этой картины можно получить точные значения сил, действующих в поперечном сече­нии рельса.

Демонстрации с рисованием линий электрического поля удобно проводить на большом листе черной бума­ги, укрепленном на классной доске. В этом случае из-за большого сопротивления бумаги приходится применять вольтметры с высоким входным сопротивлением или цифровые авометры.

В последнее время выпуск бумаги для упаковки фото­материалов резко сокращен. Но ее можно заменить обычным ватманом, закрашенным тушью. Для того чтобы избежать коробления бумаги при сушке, ее сле­дует перед покраской смочить и закрепить кнопками на листе толстой фанеры. Примерно через 30 минут, после легкого просыхания, закрасьте бумагу черной тушью при помощи губки. (Работу лучше производить на ули­це.) Через час-другой, а на солнце и раньше, тушь вы­сохнет, бумага натянется и останется ровной.

С полученной таким путем электропроводной бумагой можно проводить самые разнообразные опыты.

Некоторые из них могут поставить в тупик. Вырежь­те из электропроводной бумаги два подобных, но раз­ных по размерам треугольника и измерьте их сопротив­ление. Для этого к их соответственным сторонам следу­ет приложить электроды, подключенные к омметру. Как утверждается в одной из старинных работ, электри­ческие сопротивления подобных треугольников должны быть одинаковы. Здесь напрашивается аналогия с неко­торыми вариантами неевклидовой геометрии, где все подобные фигуры, как это ни странно, оказываются равны по площади.

Опыты с распределением силовых линий в проводни­ках можно проводить не только на электропроводной бумаге, но и на упаковочной фольге, которая для многих будет более доступна, чем электропроводная бумага. В этом случае из-за гораздо более низкого удельного со­противления металла паде­ние напряжения будет зна­чительно ниже, но цифро­вой вольтметр с диапазоном 100 мВ это напряжение спо­собен отметить.

Представляют интерес и силовые линии переменно­го электрического поля. При высоких частотах (не­сколько килогерц) начинают сказываться эффекты, связанные с индуктивностью и емкостью проводника. Поле в нем сильно отличается от поля постоянного на­пряжения.

Используя фольгу и звуковой генератор, можно получить картину линий равного потенциала для пе­ременного напряжения. Перпендикулярно к ним, точно так, как мы это делали в предыдущем случае, проведем силовые линии. Измерение потенциалов также можно производить обычным цифровым авометром.

С фольгой можно провести любопытный опыт. Вы­режьте из фольги прямоугольную букву «О» и попро­буйте ее пережечь разрядом конденсаторной батареи на 100 мкФ при напряжении 220 В. Для безопасности опыта соберите цепь с применением школьного пере­ключателя (рис. 2), работу ведите в присутствии учи­теля.

Если конденсаторную батарею присоединить к сред­ней части буквы «О», как показано на рисунке, то ока­жется, что в углах образуются овальные щели, направ­ленные по диагоналям. Их происхождение можно объяснить тем, что часть энергии электрического им­пульса разряда частично проходит по воздуху в форме радиоволны и лишь по углам входит в металл, нагре­вая и расплавляя его.