Эрик Роджерс - Физика для любознательных. Том 2. Наука о Земле и Вселенной. Молекулы и энергия

Даже современные стеклянные цилиндры имеют слегка конусообразную форму, за исключением тех случаев, когда для их изготовления используется специальный дорогостоящий процесс; поэтому если эксперименты «по проверке закона Бойля» дают отклонение от закона pV= const , то это обычно объясняют несовершенством цилиндров, а не особым поведением воздуха. Если воздух заменить другим газом, скажем СO 2, или органическими парами, то появляется истинное отклонение от закона Бойля (см. гл. 30 ).

Для проверки или установления закона более, удобны графики в форме прямой линии.

Химики часто имеют дело о «молем», или «грамм-молекулой», газа. Моль любого газа занимает 22,4 л при атмосферном давлении и температуре тающего льда. При комнатной температуре (и 1 атм) моль занимает около 24 л. Здесь мы выбрали 1000 молей, т. е. «киломоль», или «килограмм-молекула», которые занимают 24 000 л, или 24 м 3, при комнатной температуре (примерно 20 °C).

Здесь t — время, в течение которого должна действовать средняя сила, чтобы создать нужное изменение импульса. Следовательно, t — как раз те t сек, за которые произошло вычисленное изменение импульса.

Потому что

v ¯ 2= Сумма всех v 2/ Число всех v 2

= ( v 1 2+ v 2 2+… v N 2)/ N

т. е.

( v 1 2+ v 2 2+… v N 2) = N∙( v ¯2)

v ¯ 2 — это среднее значение квадрата скорости. Для получения этой величины нужно взять скорость каждой молекулы в данный момент, возвести ее в квадрат, сложить все квадраты и разделить на число молекул. Или же выбрать одну молекулу и усреднить ее квадрат скорости, скажем, по миллиону соударений.

На самом деле при сжатии газ разогревается, однако мы полагаем, что, когда газ охладится до первоначальной температуры, молекулы вернутся к той же средней скорости, что и до сжатия, хотя им стало гораздо теснее.

Они могут еще участвовать и в общем движении вследствие конвекции, но это движение легко отличить. Находясь в фокусе, эти кусочки белого пепла выглядят как маленькие, порой удлиненные клочки, когда же в результате конвекции или пляски они выходят из фокуса микроскопа, то превращаются в пушистые круглые шарики, похожие на отдаленные уличные фонари в кино, снятые не в фокусе.

1 ангстрем (1 А°) равен 10 -10м,

Мелкие препятствия создают небольшую рябь, но она ничего не говорит об их форме. Синеватый свет, рассеиваемый тонкой дымкой, указывает просто на присутствие очень мелких частиц и ничего не говорит об их форме — круглые они, заостренные или продолговатые. Голубой цвет неба — это солнечный свет, рассеянный молекулами воздуха.

Ускоренные в электронном микроскопе электроны ведут себя так, как будто тоже имеют длину волны, но гораздо меньшую, нежели длина волны света. Так что они открывают новую возможность «увидеть» независимо от того, рассматриваете ли вы их как частицы, размеры которых гораздо меньше атомов, или как сверхкороткие волны. Возникла целая отрасль — электронная оптика — с ее линзами для электронных микроскопов и телевизионных трубок (представляющих собой своего рода «проекционный фонарь» для электронов).

Поскольку кинетическая теория построена на втором законе Ньютона, то сила должна выражаться в абсолютных единицах, ньютонах, а давление — в ньютонах на квадратный метр.

Жидкий бром вносится в пробирку в маленькой стеклянной капсуле с длинным носиком, который легко обламывается.

Простейшим прототипом опыта Цартмана является схема, показанная на фиг. 202 гл. 8 (т. 1, стр. 322) для измерения скорости ружейной пули.

Это действительно рискованно, так как мы не рассматривали механизма передачи звука. Здесь и в самом деле встречается одно неожиданное обстоятельство, которое у гелия будет иным, — это легкость нагревания газа при распространении в нем звуковых волн сжатия. Мгновенное повышение температуры заставляет звуковые волны распространяться еще быстрее. В гелии этот эффект более заметен, чем в воздухе, и приводит к скорости звука, на 8 % большей, чем при простом сравнении с воздухом. Однако кинетическая теория газов может предсказать это влияние удельной теплоемкости: гелий должен обладать меньшей теплоемкостью.

Гл. 43 (« Физика атомного ядра ») входит в т. 3 настоящего издания.

Некоторые учебники рассматривают работу как форму энергии и различают работу, произведенную над пружиной, и работу, произведенную самой пружиной. Однако, по-видимому, правильнее рассматривать работу, т. е. произведение ( сила )∙( расстояние ), как показатель того, сколько энергии перешло из одной формы в другую или с одного места на другое. Работа при этом может быть положительной и отрицательной. Она показывает потерю энергии одним агентом и приобретение ее другим. Здесь мы не приписываем работе знаков + или —. У нас она просто показывает потерю энергии одной частью и приобретение ее другой.

Существует, однако, совершенно другой вид произведения силы на расстояние , когда сила и расстояние направлены под прямым углом друг к другу . Эта величина измеряет «момент силы», или «пару сил», т. е. вращающий момент относительно какой-то оси. Это понятие полезно при рассмотрении блоков и рычагов.

Момент силы (который иногда называют парой сил ) можно создать, надавив на спицы колеса. Если же при этом колесо остается в покое, то никакой работы не производится. В системе МКС момент силы измеряется в единицах метр∙ньютон , а энергия в ньютон∙метр . В этом курсе, однако, мы не касаемся ни самого момента сил, ни применений этого понятия для описания рычагов и создания углового ускорения.

Эти произведения являются «моментами сил» в кГм .

Чтобы показать, что блок подобен равноплечему рычагу, представим себе, что его колесо сделано из дерева, а с обеих сторон висят одинаковые грузы (см. фиг. 30). Вобьем в точках А и В гвозди и прикрепим ими веревку к колесу. Отрежем теперь остаток колеса и веревки, останется обычный рычаг. Чтобы уравновесить его, грузы должны быть равны, так что мы были правы, подвесив первоначально на колесо одинаковые грузы Если вместо одного груза за конец веревки тянет человек, мы все равно имеем дело с равноплечим рычагом, но одно плечо теперь изогнуто. Во всех случаях натяжение веревки по обе стороны колеса одно и то же. (При наличии трения колесо сопротивляется вращению и натяжение веревки на одном конце будет немного меньше, чем на другом)