Текст разбирает три физических задачи, показывающих действие основных законов природы в простых ситуациях. В первой объясняется, что при нагревании до кипения вода в закрытой трубке вытесняется паром, так как давление насыщенного пара сравнивается с атмосферным. Во второй рассматривается поведение соединённых мыльных пузырей: воздух перетекает из меньшего в больший до выравнивания кривизны плёнок. В третьей задаче показано, что подъём лодки по течению не требует работы против силы тяжести, поскольку её вес полностью компенсируется выталкиванием воды. Все примеры демонстрируют, как физические законы определяют поведение жидкостей, газов и тел в реальных условиях.
Пар и вода
Запаянная с одного конца трубка заполнена водой и открытым концом опущена в стакан с водой. Вода и в стакане и в трубке постепенно нагревается до 100°. Что при этом будет происходить в трубке?
Вспомним некоторые физические свойства паров. Как известно, упругость насыщенного водяного пара при температуре 100° равна атмосферному давлению. Во время кипения пузырьки пара поднимаются изнутри жидкости кверху. Если бы упругость пара в пузырьке была меньше атмосферного давления, то пузырёк не мог бы увеличиться в объёме и не был бы в состоянии подняться кверху. В нашем случае вода и в стакане, и в трубке будет обращаться в пар. Так как при 100° упругость пара равна атмосферному давлению, то вода будет вытеснена из трубки в стакан. Вода в стакане и в трубке будет на одном уровне.
Мыльные пузыри
Два мыльных пузыря соединены трубкой. Будет ли воздух переходить из одного пузыря в другой и до каких пор?
Известно, что на плёнку пузыря действуют силы, стремящиеся уменьшить величину поверхности плёнки. Эти силы зависят от величины поверхностного натяжения данной жидкости, а также от радиуса кривизны плёнки. Они обратно пропорциональны радиусу кривизны.
Для равновесия давлений, заставляющих воздух переходить из одного пузыря в другой, необходимо, чтобы плёнки мыльных пузырей имели одинаковые радиусы кривизны.
Очевидно, что воздух будет переходить из маленького пузыря в большой до тех пор, пока отверстие трубки, над которой раньше был маленький пузырь, не будет затягиваться плёнкой такого же радиуса кривизны, какой образуется у большого пузыря.
Лодка и закон Архимеда
Двигаясь вверх по течению реки, лодка с гребцом поднялась по вертикали на 10 метров. Надо ли при вычислении работы, затраченной гребцом на это передвижение, учитывать произведение веса лодки на высоту, то есть на 10 метров?
По закону Архимеда, тело, погруженное в жидкость, теряет в своём весе столько, сколько весит вытесненная им жидкость. Значит, вес плывущей лодки в каждый момент уравновешивается выталкивающей силой воды. Лодка как бы делается «невесомой». Вес её «воспринимается» водой. Вода «держит» лодку. Следовательно, подъем лодки на более высокий уровень не требует никакой энергии, кроме той, которую нужно затратить, чтобы преодолеть сопротивление течения реки.
Комментариев нет:
Отправить комментарий