Экспедиция в страну физику

Переход первый: Как спроектировать и построить аквариум?

Аквариумист не может обойтись без элементарного знания физики. Оно нужно ему и для понимания природы биологических процессов внутри искусственного водоема, и для устройства самого водоема. Ведь многие аквариумисты не только натуралисты-наблюдатели, но и конструкторы своих аквариумов.

С какими же физическими закономерностями столкнутся строители аквариума?

Заполним половину полиэтиленового пакета водой. Осторожно опустим его на поверхность стола. Пакет чуть-чуть коснулся стола. Теперь слегка ослабим натяжение стенок. Мы видим, что вода изнутри распирает стенки пакета, но стенки в свою очередь пытаются противостоять этому напору. В результате вода в пакете стремится приобрести форму шара. Происходит это потому, что вода равномерно давит на все стенки пакета, а давление, как известно, - это величина, измеряемая силой, действующей на единицу площади перпендикулярно к поверхности.

Теперь наполним водой ведро и попытаемся поднять его. Тяжело? Конечно. На каждую частицу воды действует земное притяжение, сила тяжести. Сила тяжести всех частиц воды в ведре образует вес этой воды. И вес немалый. Надо думать, что и вес ведра жидкости больше веса жидкости в небольшом полиэтиленовом пакете. Очевидно, чем больше в сосуде воды, тем сильнее давление ее на его стенки.

Между тем теперь делают красивые декоративные аквариумы вместимостью от 5 до 25 ведер воды. Не надо утруждать себя точными расчетами, чтобы представить, какие огромные силы будут воздействовать на корпус такого аквариума.

Отсюда - необходимость делать аквариумы из прочных доброкачественных материалов.

Обычно крупные аквариумы состоят из трех элементов: металлического каркаса, стекла и связующей их замазки. Каркас аквариума делают из стального "уголка" - так называется профилированный прокат, когда оба края стальной ленты находятся под прямым углом друг к другу. Используют уголки из твердых сплавов алюминия. Каркас связывается электросваркой или клепкой. При этом все углы полученного параллелепипеда должны быть строго прямыми. Если одна стенка будет наклонной, давление воды на нее окажется особенно сильным и стекло может не выдержать, лопнуть. По этой же причине внутренние плоскости каркаса должны быть абсолютно ровными, иначе выпуклость клепки или шов сварки будет особенно сильно давить на стекло.

Чем больше вместимость аквариума, тем большие силы будут воздействовать на его корпус и, следовательно, тем прочнее он должен быть.

Размер уголка определяется по ширине одной из его сторон. Ознакомившись с табл. 1, ты легко сможешь подобрать нужный материал.

Для каркасной конструкции аквариума требуется пять стекол - одно на дно, два для длинных стенок и два для поперечных.

Стекло для днища будет испытывать особенно большое воздействие сил давления воды. Поэтому оно должно быть самым прочным. Толщину стекла для днища можно определить по табл. 2.

Стекла для дна и особенно для стенок должны быть доброкачественными, без пузырей и свилей, в противном случае в местах брака силы давления воды действуют иначе, чем на ровную поверхность стекла, и это вызывает трещины в нем. Толщина стенок также зависит от размера аквариума, от объема его и, следовательно, от предполагаемых сил воздействия жидкости на корпус. Например, при длине аквариума 60 см и высоте 40 см требуется стекло толщиной 6 мм. Эти данные, так же как данные для аквариумов других размеров, можно найти в табл. 3.

Стекла, не должны упираться торцами во внутренние стенки уголка корпуса. Замазку нужно наносить на поверхность уголка изнутри, а затем вставлять стекло. Та часть стекла, которая прикасается к замазке, должна быть предварительно протерта наждачной бумагой, - это улучшит сцепление стекла с замазкой. Вставляют сразу противоположные стекла. Затем между ними помещают распорки. Распорками могут быть деревянные палочки, торцы их должны упираться не в стекло, а в ровную фанерку с матерчатой прокладкой. Следует помнить, что чем больше поверхность, тем слабее давление. Ты это сам прекрасно знаешь, ведь именно поэтому можно кататься на лыжах. Торцы распорок, примыкающих прямо к стеклу, могут вызвать неравномерную нагрузку на него - стекло лопнет.

Под действием распорок стекло плотно пристает к каркасу и часть замазки выдавливается.

После замазки стекол аквариум должен простоять два-три дня с распорками. Затем его заливают водой. Изнутри вода должна соприкасаться лишь со стеклом и замазкой. Иногда для большей изоляции металла во внутренние углы аквариума вмазывают полоски стекла.

Вот несколько рецептов замазки для аквариумов:

1. Цемент - 40 г, канифоль - 200 г, мел в порошке - 100 г, вар - 50 г, воск пчелиный - 20 г, олифа - 100-150 г. Все составные части, за исключением цемента, смешивают и нагревают до первых признаков закипания, затем полученный состав охлаждают до 50°С и замешивают на нем цемент.

2. Полировальный песок - 1 л, гипс - 1 л, свинцовый глет - 500 г, канифоль - 70 г. Все замешивают до густоты оконной замазки на олифе или масляном лаке.

3. Цинковые белила - 200 г, мел в порошке - 200 г, свинцовый глет - 200 г. Замешивают на олифе или масляном лаке.

В последнее время многие аквариумисты применяют замазки из эпоксидных смол. Вот один из рецептов такой замазки: смола эпоксидная ЭД-5 - 100 г, дибутилфталат - 30 г; двуокись титана (или сухие цинковые белила) - 10 г, полиэтиленполиамин - 10 - 12 г, аэросил - до пастообразного состояния.

Иногда применяются в качестве замазки для аквариумов выпускаемые отечественной промышленностью герметики на основе синтетических каучуков. Например, герметик УТ-32 (цвет светло-серый): паста У-32 - 100 г, паста № 9 - 9 - 11 г, дифенилгуанидин - 0,5 г. Герметик ГС-Б (цвет белый): герметизирующая паста - 100 г, вулканизирующая паста - 9 - 10 г. Герметики поступают в продажу комплектно. Использовать герметик надо в течение одного-двух часов, переход их в резиноподобное состояние происходит обычно за сутки*.

* (Рецепт 1 взят из книги Н. Н. Журавлева "Аквариум" (Лениздат, 1959), рецепты 2 и 3 - из книги "Комнатный аквариум" (под ред. проф. М. А. Пешкова, Изд-во МГУ, 1956). Остальные рецепты Б. Шалаева (журнал "Рыбоводство и рыболовство" № 3 за 1970). )

Аквариумы из металлического каркаса и стекол выглядят все-таки довольно массивно (да и на самом деле весят немало). Поэтому сейчас все больше входят в моду водоемы, склеенные из прозрачной пластмассы (оргстекла). Они легки и, освещенные лампами, сверкают как драгоценные камни - ведь эти аквариумы бескаркасные. К продольным листам оргстекла приклеивают боковые листы и дно. Торцы приклеиваемых сторон отшлифовывают до зеркальной чистоты.

Есть два способа склейки: склеиваемые части сразу после смазки стягивают шурупами, завинчиваемыми в заранее подготовленные гнезда (в этом случае склеивающим материалом является дихлорэтан); склеиваемые части изнутри по желобу угла поливают пастообразной массой, которая, застывая, превращает аквариум в монолит (в этом случае дихлорэтан смешивают со стружкой оргстекла или синтетическими смолами до пастообразного состояния). Для предотвращения деформации стенок под напором воды к верхнему торцу стенок приклеивают по всему периметру аквариума продольные полоски из оргстекла и одну-две поперечные, стягивающие стенки водоема. Аквариумы емкостью до 60 л можно делать из оргстекла толщиной 6 - 8 мм, емкостью 200 - 250 л - из оргстекла толщиной 8 - 10 мм (по второму способу склейки с крепящими планками), водоемы длиной 2 м при высоте 50 - 65 см изготавливают из оргстекла толщиной 16 мм.

Конечно, маленькие аквариумы сделать проще, чем большие, но и в том и другом случае строительство аквариума - это огромный труд. Многие аквариумисты, увлекающиеся по сути дела биологией рыб, приобретают готовые аквариумы. Поэтому мы не останавливаемся подробно на строительстве комнатных водоемов и переходим к знакомству с физическими явлениями и законами, без знания которых не обойтись любителю аквариума.