Читальный зал -->  Физический фейерверк 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 [ 68 ] 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99

вторая из двух образующихся трещин должна быть перпендикулярна направлению наибольщего напряжения в первой трещине.

3.114. Трещины во льду, как и в почве, образуются из-за сжатия земли при резком похолодании.

3.115. Почему камни на поверхности земли образуют кольца, пока еще не удалось объяснить. На этот счет существует несколько гипотез. Например, предполагается, что из-за вспучивания земли при промерзании камни, вначале распределенные по поверхности равномерно, могут раскатиться по кругу. Высказывается и другое мнение. Если вначале между камнями было свободное пространство, то там могло скопиться больше влаги, чем в окружающей почве. Тогда при замерзании избыток воды мог раздвинуть камни в радиальном направлении.

3.116. Этот вопрос весьма популярен среди студентов-физиков, но в нем не учитывается одно важное обстоятельство: биологическая система (например, человек) не является изолированной и не находится в термодинамическом равновесии, поскольку для своего существования она должна постоянно получать энергию извне. Поток энергии через конкретную систему может упорядочить ее, то есть уменьшить ее энтропию, однако полная энтропия Вселенной возрастает. В настоящее время подробный математический анализ уменьшения энтропии биологической системы мож-

но найти во многих научных трудах.

4.1. Давление на палец мальчика зависело только от плотности морской воды и от того, насколько ниже поверхности моря находилось отверстие. Размеры моря при этом не имели никакого значения.

4.2. Чем глубже под водой вы находитесь, тем больше давление испытывают ваши грудная клетка и легкие. Уже на глубине около 1 м давление воды настолько велико, что дышать атмосферным воздухом через трубочку становится невозможным.

Справочник пловца-подводника [56д] в качестве предельной дает глубину 2 м.- Прим. перев.

4.3. Кровяное давление всегда измеряют на уровне сердца, так как это позволяет стандартизировать результаты. Если бы давление измеряли, скажем, на щиколотке, то результат измерения зависел бы от роста человека. Это создавало бы сложности при интерпретации полученных результатов.

4.4. Шлюз заполнен пресной водой, которая поступает в канал из озер, а за шлюзовыми воротами находится соленая океанская вода. Когда давления по обе стороны ворот выравниваются и ворота открываются, уровень пресной воды оказывается выше уровня соленой, поскольку плотность соленой воды больше. Пресная вода вытекает из канала в океан, и корабль движется с потоком пресной воды.

4.5. Различие уровней океанов с разных сторон Панамского канала отчасти обусловлено различной соленостью океанов. В Тихом океане вода более соленая, следовательно, более плотная. Поэтому у выхода в Тихий океан уровень воды ниже, чем у выхода в Атлантический.

4.6. Ответ тут простой, хотя, быть может, он покажется несерьезным. Плавучесть песочных часов одинакова в обоих случаях, так как объем их не изменяется. Но когда песочные часы переворачиваются, они перекашиваются в трубке, и трение в течение некоторого времени удерживает их на дне.

4.7. Когда камень находится в лодке, он вытесняет объем воды, масса которого равна массе камня. Поскольку плотность камня больше плотности воды, то объем вытесненной воды больше объема камня. Когда же камень лежит на дне бассейна, он вытесняет лишь объем воды, равный его собственному. Поэтому, когда камень из лодки выбрасывают в бассейн, объем вытесненной им воды уменьшается, и уровень воды в бассейне понижается. В случае тонущей лодки уровень воды остается неизменным, пока лодка полностью не покроется водой, затем он упадет.

4.8. Вода сначала заполняет первый виток шланга, затем часть ее переливается во второй виток, который вскоре заполняется, а в верхней части первого витка образуется воздушная полость. Тогда ток воды прекращается, пока

уровень воды в трубке с воронкой не поднимется достаточно высоко. Если столб воды будет достаточно высоким, то то же самое произойдет во втором витке. Если высота столба воды ограничена, а число витков велико, то в конце концов напора воды окажется недостаточно, чтобы протолкнуть воздушные полости дальше, и ток воды прекратится.

Если бы воздушной полости не было, давление в верхней части Г[ервого витка было бы меньше на величину гидростатического давления столба воды между ее уровнями в первом и во втором витках.- Прим- ред.

4.9. Корабль будет плавать, пока между его днишем и дном сухого дока еще остается слой воды толщиной примерно в сантиметр. Гидростатическое давление, действующее на корабль, не зависит от количества находящейся под ним воды. Конечно, если слой воды станет тонким, то вода начнет подниматься вверх по стенкам вследствие капиллярных эффектов.

4.10. Для погружения подводной лодки в балластные цистерны, находящиеся на ее борту, набирают воду и увеличивают таким образом массу лодки. При всплытии цистерны продувают сжатым воздухом, масса лодки при этом уменьшается. Для того чтобы находящаяся под водой лодка была устойчива, плотность морской воды должна возрастать с увеличением глубины. Тогда, если подводная лодка немного поднимется, сила тяжести станет больше выталкивающей силы, и лодка вернется

на прежний уровень. Если же она опустится несколько ниже, то выталкивающая сила будет больше силы тяжести, и лодка опять вернется на прежний уровень. Плотность воды уменьшается с увеличением температуры и возрастает с увеличением солености; обе эти величины с увеличением глубины уменьшаются. На глубинах 25-200 м имеется несколько уровней, где температура достаточно резко понижается с глубиной, компенсируя тем самым увеличение солености. На этих уровнях подводная лодка устойчива.

4.11. Если отношение плотности бруска к плотности жидкости близко к О или 1, то брусок плавает устойчиво, как показано на первом рисунке. Если же это отношение принимает какое-то промежуточное значение, то боковые грани бруска наклоняются под углом 45° к поверхности жидкости. Устойчивым всегда будет такое положение, при котором потенциальная энергия системы минимальна.

4.12. Плавательный пузырь обеспечивает рыбе нулевую плавучесть, благодаря чему она не всплывает на поверхность и не опускается на дно. Предположим, рыба плывет вниз. Возрастающее давление воды сжимает газ в пузыре. Объем рыбы, а с ним и плавучесть уменьшаются, и, чтобы не утонуть, рыбе пришлось бы совершать движения плавниками. Но вместо этого рыба выделяет газ в плавательный пузырь, так что его объем остается примерно постоянным. Поэтому, несмотря на повышение внеш-

него давления, объем рыбы остается постоянным, и выталкивающая сила не изменяется. При всплытии рыбы часть газа из пузыря выходит, тем самым выталкивающая сила поддерживается неизменной.

4.13. Картонку удерживают две силы: атмосферное давление и поверхностное натяжение. Когда вы переворачиваете стакан, столб жидкости в нем немного опускается, и давление воздуха в верхней части стакана становится ниже атмосферного. Разность между атмосферным давлением и давлением над жидкостью создает силу, которая не дает жидкости вылиться из стакана. Вторая сила обусловлена поверхностным натяжением между водой и картонкой и водой и стенками стакана.

4.14. Тела утонувших всплывают потому, что их объем увеличивается под действием скопившихся в них газов.

4.15. Поскольку рассматриваемая система неустойчива, всякое небольшое возмущение поверхности воды (небольшая волна) быстро нарастает. Образуется пузырек, который поднимается вверх,- при этом жидкость начинает вытекать. Скорость всплытия пузырька, а значит, и скорость вытекания жидкости из стакана зависят от корня квадратного из ускорения свободного падения (9,8 м/с) и от радиуса верхней части пузырька.

4.16. Температура и соленость воды с глубиной уменьшаются. Холодная малосоленая вода, поднимаясь со

дна, согревается и становится легче, чем соленая вода на поверхности. Поэтому поток воды со дна не прекращается. Более того, он может продолжаться даже без трубки, так как поднимающаяся вода обменивается теплом с окружающими слоями воды гораздо скорее, чем с солью.

4.17. Это явление аналогично рассмотренному в задаче 4.15. Движение возникает из-за малых возмущений (небольших волн) на поверхности раздела слоев воды. Окрашенная соленая вода, опускаясь, отдает тепло пресной неокрашенной и становится плотнее ее. Поэтому она продолжает опускаться вниз. Неокрашенная вода, поднявшись вверх вследствие случайной небольшой волны, согреется и окажется легче окружающей окрашенной воды. В результате этого ее движение вверх будет продолжаться.

4.18. На поверхности раздела соленой и пресной воды наблюдается неустойчивость того же типа, что и в задачах 4.15. и 4.17.

4.19. Объемный расход (количество жидкости, проходящее каждую секунду через поперечное сечение струи) в силу непрерывности потока должен оставаться постоянным на протяжении всей струи. Поскольку скорость воды при падении увеличивается, то чем ниже, тем меньше сечение должна иметь струя.

Струя сжимается атмосферным давлением и силами поверхностного натяжения.- Прим. ред.

4.20. Мяч удерживается на месте благодаря тому, что давление струи под мячом больше, чем над ним. Такая разница давлений обусловлена тем, что мяч отклоняет большую часть струи и давление в отклоненном потоке уменьшается (аналогичный эффект рассматривается в задаче 4.25). В результате на мяч действует сила, направленная вверх, то есть противоположно силе тяжести.

Дополнительная подъемная сила может возникать из-за вращения мяча вследствие эффекта Магнуса, который проявляется и при полете закрученного бейсбольного мяча (см. задачу 4.39). Нередко подъемную силу, возникающую в рассматриваемом случае, ошибочно объясняют уменьшением давления в воздушной струе вследствие движения воздуха. Это неправильное истолкование смысла уравнения Бернулли. Кинетическая энергия воздушной струи обусловлена механической работой, совершаемой насосом, а не уменьшением давления воздуха. На самом деле давление в свободно движущейся воздушной струе равно атмосферному.

Нсли насадка на пгланг пылесоса сужается (как это обычно бывает), то скорость воздушного потока увеличивается, а давление уменьшается. Таким оно остается и в струе, пока в нее не будет затянут окружающий воздух. Тогда давление станет равным атмосферному.

Поперечная устойчивость мяча объясняется уменьп]ением давления в струе, обтекаюпгей мяч.- Прим. ред.

4.21. Шарик (как и мяч в задаче 4,20) устойчиво удержи-

вается в струе благодаря разности давлений над и под ним. Воздух, вдуваемый в игрушку, увлекает за собой воздух в трубке. В результате создается воздушный поток от верхнего отверстия к нижнему. Шарик, пролетая мимо верхнего отверстия, попросту втягивается в него воздушной струей.

4.22. Струя воды поддерживает мячик и придает ему устойчивость. Мяч в основном находится в стороне от центра струи, и она заставляет его вращаться в определенном направлении. Вода из струи частично прилипает к мячу, а затем, совершив вместе с ним, скажем, пол-оборота, отбрасывается. Отрываясь, вода подталкивает мяч к центру струи (на мяч действует реактивная сила) и тем самым удерживает его в струе. Даже если мяч на мгновение совсем выйдет из струи, за следующие пол-оборота от него оторвется некоторое количество воды, и в результате мяч обратно вернется в струю.

Поток воды, обтекая ujapnK, сужается. Его скорость сбоку от шарика увеличивается, а давление уменьшается и становится ниже атмосферного. Если мячик отклоняется в сторону, то с одной его стороны поток становится шире, а с другой - уже. Это меняет распределение давления, и мячик возвранается в струю.- Прим. ред.

4.23. По-видимому, никаких публикаций по этому поводу, кроме описания самого опыта, не было. Попробуйте поэкспериментировать сами. Подумайте, каково давление

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 [ 68 ] 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99

ООО «Мягкий Дом» - это Отечественный производитель мебели. Наша профильная продукция - это диваны еврокнижка. Каждый диван можем изготовить в соответствии с Вашими пожеланияи (размер, ткань и материал). Осуществляем бесплатную доставку и сборку.



Звоните! Ежедневно!
 (926)274-88-54 
Продажа и изготовление мебели.

Копирование контента сайта запрещено.
Авторские права защищаются адвокатской коллегией г. Москвы.