2. Смазка, как известно,уменьшает трение. Можете ли вы сказать, во сколько примерно раз?
3. Вы желаете из движущегося железнодорожного вагона выбросить стеклянную бутылку. В какую сторону нужно ее бросить, чтобы по возможности уменьшить опасность разбить ее при ударе о землю?
4. Умеете ли вы рассчитывать вес моста по весу его уменьшенной модели? Пусть например перед вами точная модель железнодорожного моста, сделанная из того же материала, что и самый мост. Модель весит 300 г и имеет длину, равную 1 м. Известно, что подлинный мост имеет длину, равную 1 км. Сколько весит подлинный мост?
6. Когда мы рассматриваем нить накала электролампочки не под током, то она кажется настолько тонкой, что ее едва удается разглядеть. Между тем, когда лампочка зажигается, мы видим ту же нить утолщенной раз в десять. Почему?
7. Что больше сжимается под давлением — вода или свинец?
Ответы на вопросы помещенные в № 5
Сила теплового расширения
Тепловое расширение и сжатие совершаются с огромной силой. На уроках физики школьникам показывают знаменитый опыт Тиндаля: железный брусок, сжимаясь при охлаждении, переламывает металлический стержень в палец толщиной. В Париже в начале прошлого столетня помощью сжимающихся при охлаждении железных штанг была выпрямлена покосившаяся каменная стена Музея искусств и ремесл. Под влиянием подобных фактов у многих складывается убеждение, будто ничто не может противостоять силе теплового сжатия или расширения.
Такое представление ошибочно. Как ни велики молекулярные силы, порождающие тепловое расширение, они все же далеко не безграничны. Можно рассчитать например, с какой силой надо сжимать железный стержень в 1 см² поперечного сечения, чтобы помешать ему удлиниться при нагревании от 0 до 20°. Для этого надо знать две величины: так называемый коэфициент расширения материалa (для железа 0,000012) и меру его сопротивления механическому растяжению. Коэфициент расширения показывает, что с повышением температуры на один градус длина железного стержня увеличивается на 0,000012 своей первоначальной величины. О величине же механического растяжения известно, что железный стержень под действием силы в 1 кг на 1 см² растягивается на 2-миллионную долю своей длины (или на столько же укорачивается при сжатии).
Произведем расчет. В нашем случае нужно препятствовать удлинению железного стержня сечением 1 см² на долю
его длины (так как мы нагреваем стержень от 0 до 20°). Чтобы укоротить такой стержень на 2-миллионную часть его длины механической силой, требуется, мы знаем, сжимающее усилие в 1 кг. Для укорочения на 0,00024 длины понадобится большое усилие, а именно:
т. е. примерно в полтонны. Значит, если к концам нашего стержня приложить сдавливающие силы в полтонны, то при нагревании на 20° он не удлинится. Наоборот, если растягивать его с такой же силой, то он не укоротится при охлаждении на 20°.
Сходным образом выполняется расчет и для ртутного столба. Не приводя здесь выкладок, укажем лишь конечный результат: чтобы помешать ртути расшириться при нагревании на 20°, надо производить на нее давление в 1 200 ат. Это показывает между прочим, что заполнение канала термометра азотом под давлением даже в 100 ат, практикуемое в некоторых
случаях, не может оказать на расширение ртутного столбика сколько-нибудь заметное действие.
Наименьшее тепловое расширение
Весьма мало расширяется от теплоты кварцевое стекло в 40 раз меньше, чем железо. Кварцевую колбу, накаленную до 1 000° (кварцевое стекло плавится только при 1 625°), можно смело погружать в ледяную воду, не опасаясь за целость сосуда, — колба не растрескается. Чем объяснить например растрескивание холодного стакана, если мы вольем в него сразу горячую воду? Внутренние стенки стакана от соприкосновения с горячей водой быстро расширятся, в то время как наружные стенки не успели еще расшириться, — в результате стакан дает трещину. Если же материал, из которого сделан стакан, расширяется при нагревании на весьма незначительную величину, то растрескивания не произойдет.
Из металлов весьма слабо расширяется от тепла особый сорт стали — так называемый инвар. Есть сорта инвара, которые расширяются вдвое меньше, чем кварцевое стекло, и в 80 раз меньше, чем обыкновенная сталь. Получены и такие сорта инвара, которые в известном температурном промежутке вовсе не расширяются. Это замечательное свойство инвара делает его незаменимым материалом для изготовления различных частей точных механизмов (например часовых маятников), а также мер длины.
Скорость нагревания
Если вы станете с часами в руках следить за ходом нагревания, то сможете убедиться, что нагревание воды на последние десять градусов длится заметно дольше, чем нагревание ее на первый десяток градусов.
Казалось бы, должно происходить как раз обратное явление, ведь воды по мере нагревания становится все меньше вследствие испарения, а меньшее количество воды на данном очаге должно нагреваться быстрее.
Разгадка этого противоречивого на первый взгляд факта кроется в следующем. Во-первых, по мере нагревания усиливается испарение, а на испарение воды расходуется, как известно, весьма много теплоты. Во-вторых, теплота очага расходуется также на покрытие потерь тепла вследствие излучения: чем выше нагрета вода, тем больше теплоты теряет она на излучение. Вот почему, несмотря на равномерное подведение тепла к воде, температура ее повышается тем медленнее, чем сильнее вода нагрелась.
Цвет водяного пара
Многие убеждены, что водяной пар белого цвета, так как они видят его таким ежедневно. Между тем водяной пар видеть невозможно, как нельзя например видеть воздух, — водяной пар прозрачен, бесцветен и невидим.
Что же представляют собой те белые клубы, которые выпускает паровоз, или тот белый дымок, который вырывается из носика чайника? Разве это не пар?
Нет, это не пар в строгом смысле слова, хотя его и называют так в обиходе. Эго туман, а не пар. Настоящий пар — это газ, прозрачный и невидимый. Туман же — водяная пыль, мельчайшие капельки воды, образовавшиеся от сгущения пара. Эти водяные капельки парят в воздухе как пылинки и делают его непрозрачным. Туман кажется нам белого цвета по той же причине, что и снег, — всякое прозрачное бесцветное вещество в мелко раздробленном виде имеет белый цвет.
Итак тот пар, которым мы пользуемся в технике как источником энергии, совершенно невидим, безразлично, насыщенный ли это пар или перегретый. Взгляните на водомерное стекло в кочегарке — вы увидите в трубке воду, но над водой не заметите ровно ничего. А между тем всю верхнюю часть трубки над уровнем воды занимает пар, тот самый горячий и сильно сжатый пар, который образуется в котле и работает в паровом цилиндре машины. Если бы кто-нибудь смог проникнуть взглядом в цилиндр, то увидел бы странную и неожиданную картину: поршень быстро снует вперед и назад, приводя в движение мощный маховик, между тем того пара, который его толкает с такой силой и который является источником энергии всей машины, совершенно не видно.
Воздух в электролампочке
В пустотной электролампочке остается всего 100-миллиардная доля первоначального количества воздуха. Однако и в этом ничтожно малом количестве воздуха число молекул огромно. Несложный расчет убеждает нас в этом.
Установлено, что при нормальном давлении в 1 см³ газа содержится 27 триллионов молекул: 27000000000000000000.
Объем колбочки электролампы равен примерно 100 см³; значит до откачки в лампочке было в 100 раз больше молекул, т. е. 2 700 триллионов. После откачки число их уменьшается в 100 миллиардов раз. Легко сосчитать, что в пустотной лампочке остается 27 млрд, молекул.
Интересен состав этого 27-миллиардного „населения" электролампочки: 20000000000 молекул азота, 6500 000000 кислорода, 300 000 000 аргона, 45000000 углекисл. газа, 300000 неона, 2000 криптона, 300 ксенона.
Вот какое многочисленное и разнообразное скопление газовых молекул мы обозначаем словом „пустота".
Комментариев нет:
Отправить комментарий