Джирл Уокер - Новый физический фейерверк
- Название:Новый физический фейерверк
- Автор:
- Жанр:
- Издательство:Манн, Иванов и Фербер
- Год:2019
- Город:Москва
- ISBN:9785001461852
- Рейтинг:
- Избранное:Добавить в избранное
-
Отзывы:
-
Ваша оценка:
Джирл Уокер - Новый физический фейерверк краткое содержание
Новый физический фейерверк - читать онлайн бесплатно ознакомительный отрывок
Интервал:
Закладка:
4.61. Холодная вода в пористом глиняном кувшине
Почему в странах с жарким, засушливым климатом воду держат в пористых (пропускающих влагу) кувшинах и, чтобы охладить, ставят их в проветриваемое и затененное место? Когда мы с родителями отправлялись на машине в путешествие по юго-западу Соединенных Штатов, они приторачивали пористую тару с водой к переднему бамперу. Когда мы останавливались, воздух и машина были раскалены, но вода была холодной. С чем это связано?
ОТВЕТ •При испарении молекулы воды покидают объем кувшина и уходят в воздух. Энергия тратится на преодоление сил притяжения, удерживающих молекулы на поверхности воды. Если хаотическое движение этих молекул в воздухе возвращает их обратно на поверхность воды (это может произойти при столкновении молекул воды с молекулами воздуха), энергия возвращается в объем воды. Но если дует ветерок, освободившиеся молекулы уносятся и не могут восполнить потерю энергии. В этом случае поверхность воды энергию теряет. Если такие потери происходят достаточно интенсивно, температура воды падает, несмотря на то, что окружающая среда передаст воде заметное количество энергии. Таким образом, если пористый кувшин держать в тени, ветерок охлаждает воду, унося те молекулы, которые испарились из проступившей через поры воды. Аналогичным образом охлаждалась вода во фляге моих родителей. Машина затеняла флягу от солнца, а проносящийся мимо воздух уносил испарившиеся молекулы воды, просочившейся через ее стенки.
Такой способ охлаждения можно использовать по-разному. Например, на пикнике в жаркий день можно поместить еду в пористую глиняную посуду, вдобавок предварительно смоченную водой. Тогда еда часами будет оставаться сравнительно холодной. Можно и самому почувствовать прохладу в жаркий день, если смочить одежду водой и стать в тенистое продуваемое место. Так можно даже простудиться!
Известно, что южноамериканская лягушка Phyllamedusa sauvagei удивительным образом использует испарение для понижения своей температуры. Обычно весь день она проводит с закрытыми глазами, но, когда в жаркий день ее температура становится выше 40°C, лягушка периодически открывает и закрывает глаза. Открыв глаза, лягушка их выпучивает, и они охлаждаются с помощью испарения. Когда глаза закрыты, они втягиваются и прижимаются к мозгу, охлаждая его. Таким образом, эта лягушка способна охлаждать свой мозг за счет испарения жидкости из открытых глаз.
4.62. Пьющая птичка
Популярную игрушку «пьющая птичка» можно использовать и на уроках физики, и для развлечения. Птичка начинает раскачиваться, если смочить ее головку водой. Тогда она будет медленно наклоняться вперед, пока неожиданно не займет почти горизонтальное положение. После одного или двух таких наклонов птичка выпрямляется. Если поставить перед ней стакан воды, куда птичка может опускать клюв, она будет кланяться и кланяться очень долго. Что заставляет птичку двигаться? Можно ли заставить ее кланяться, не смачивая головку водой? Предположим, что такое возможно. Тогда птичка будет раскачиваться и при высокой влажности. Но если использовать воду, при высокой влажности птичка не захочет кланяться.
ОТВЕТ •Тельце птички (ее нижняя часть) заполнена легко испаряющейся жидкостью, обычно хлористым метиленом (дихлорметаном, CH 2Cl 2). Незаполненное пространство тельца и головки наполнено парами этой жидкости. Головка и клюв покрыты фетром. Шея представляет собой длинную трубочку, идущую вниз от головки к тельцу. Птичка закреплена на горизонтальной оси на шее, между тельцем и головкой, и может свободно вращаться относительно ног и подставки.

Рис. 4.8 / Задача 4.62.Пьющая птичка готова выпрямиться.
Когда головку смачивают, вода начинает испаряться в окружающий воздух. Поскольку испарение требует затраты тепловой энергии, фетр, головка и пары жидкости внутри нее охлаждаются. (Подув на головку, испарение можно сделать более интенсивным.) Вместе с температурой внутри головки уменьшается и давление. Поскольку область тельца, заполненная парами, с головкой непосредственно не связана, давление там оказывается выше давления в головке, и эта разность давлений заставляет жидкость постепенно подниматься по трубочке. Перетекшая жидкость утяжеляет головку птички и заставляет ее поворачиваться вокруг закрепленной на ногах оси. Вначале движение птички плавное, а потом она неожиданно проворачивается вперед, занимая почти горизонтальное положение. Затем птичка, слегка ударяясь о край стакана с водой или о ту часть ноги-опоры, которая ограничивает вращение, отскакивает обратно.
В тот момент, когда птичка занимает почти равновесное положение, нижний конец трубочки поднимается выше уровня жидкости в тельце. В этот момент две заполненные парами области оказываются связанными, и давление в них выравнивается. При движении вверх трубочка наклоняется, жидкость стекает обратно в тельце птички, прежнее распределение ее веса восстанавливается, и птичка до конца выпрямляется. Если при наклоне птичка погружает клюв в воду и вода просачивается через фетр на головке, птичка повторно наклоняется попить воды.
Есть несколько разных способов заставить птичку кланяться, не смачивая ее головку водой. Например, фетр можно смочить спиртом, испаряющимся даже при высокой влажности воздуха, но он может испортить фетр. А еще можно выставить птичку на яркое солнце, затенив только ее головку и верхнюю часть шейки. Если вдобавок покрасить тельце черной краской, птичка начнет вам радостно кланяться.
4.63. Короткая история. Большие пьющие птицы
В 1960-х годах появилась идея, что большие «пьющие птички» — идеальное устройство для ирригации в условиях засушливого климата Ближнего Востока. (Патент на похожее устройство был получен еще в 1888 году.) Птиц предполагалось размещать вдоль канала с водой. Чтобы запустить устройство и начать полив, покрытую фетром голову птицы следовало смочить водой. После этого птица должна была наклониться вперед, а приделанный к ней ковш и труба — наполниться водой из канала, которую птица выливала бы на участок поля, находящийся выше уровня воды в канале. При каждом наклоне птица смачивала бы клюв в канале.
Для усиления экономического эффекта другой черпак можно было бы поместить с противоположного конца птицы, а ее саму поставить между двумя параллельными каналами. Тогда при раскачивании птицы взад-вперед воду можно было бы перекачивать из нижнего канала в верхний, расположенный на уровне поля.
Читать дальшеИнтервал:
Закладка: