Перельман Я.И. - Знаете ли вы физику (1107596), страница 18
Текст из файла (страница 18)
ст.=)33 Па; ! кгс/смз= ! аз=98!. )04 Па; ! овр= = )Оз Па, (з)ринга дед.) )е5 пластинкой), освобождается некоторое пространство под донышком стакана; пространство это больше первоначального; воздух, следовательно, разрежается, и лавление его падает. Теперь на бумажку действуют: снаружи — - полное давление атмосферы, изнузри --неполное атмосферное давление плюс вес воды.
Оба давления, наружное и внутреннее, уравновешиваются. Достаточно поэтому приложить к бумажке небольшое усилие. чтобы преодолеть силу прил и пан и я (поверхностное натяжение жилкой пленки), и бумажка отпадет. Прогибание бумажки пол действием веса воды должно быть ничтожно. Котла просзранство, заключающее воздух. увеличится на 0„01.
на такую же полю уменьшится давление воздуха в стакане. Недостающая сотая до я атмосферно~о давления покрывается весом 10 см водяного сголба. Если слой воздуха между бумажкой и водой имел первоначально толщину 0,1 мм, то достаточно увеличения его толщины па 0,01 х0,1, т. е. на 0,001 мм (1 микрометр), чтобы объясни гь удержание бумажки у краев перевернутого стакана. Нечего и пытаться поэтому уловить непосредственно глазом это прогибанис бумажки. В некоторых книгах при описании рассматриваемого опыта высказывается требование, чз обы стакан был налит водою непременно до самого верха --иначе опыт нс удастся: воздух будет находиться по обе стороны бумажки, давление сто с той и другой стороны уравновесится.
и бумажка отпалег пол лействисм веса воды. Проделав опыт, мы сразу же убеждаемся в неосновательности этого предостережения: бумажка держиэся не хуже, чем при и шом стакане. Чуть отогнув се, мы увидим воздушны пузыри, пробегающис от Ф отверстия через слой воды. Э го с несомненностью показывает, что воздух в стакане разрежен (иначе внешний воздух не врывался бы через воду в пространство над нею). Очевидно, при перевсртывании стакана слой воды, скользя вниз. вытесняет часть воздуха.
и остающаяся часть, занимая больший объем, разрежается. Разрежение здесь значительнее, чем в случае полного стакана, о чем наглядно свидетельствуют пузыри воздуха, проникающего в стакан при оггибании бумажки. Соответственно большему разрежению прижиманне бумажки бы вас ~ сильнее. юь $ Чтобы покончить с этим опытом, который, мы .;~!',::.'видим, далеко не так прост, как представляется сначала, .",'„:-.заметим еще, что бумажка может держаться даже и при отсутствии над ней слоя воды; для это~о нужно лишь. чтобы края стакана были мокры, а сама ; бумажка- - нс слишком э.яжела. В таком случае бумажку поддерживает сила поверхностного натяжения тонкой воляной пленки.
При длине окружности кромки стакана 25 см мы имеем для водяной пленки (коэффициент поверхностного натяжения воды равен 74 !О ~ Н,'см) силу, равную 75.10 .25-2=3750 !О" з Н. ,: 'Такая сила может удерживать массу примерно в 4 ц Следовательно, сели масса бумажки не превышает 4 г, она не буде~ отпадать от смоченных краев стакана. Самый опуса ошитсльный ураган, вырыван7ший 85 ,.ге с корнем вековые дубы и опрокидывающий каменные стены, давиз не только нс сильнее, чем пар : 'в цилиндре машины, но во мно1о раз слабее. Давление :. "его = 3000 Н,'м-, что составляет примерно 0,03 нормального атмосферного давления. Цифра весьма скромная: давление пара в цилинлрс машины достигает десятков атмосфер, если даже нс иметь в виду машин сверхвысоко~о лавления. Можно сказать поэтому, что ': самый сильный ураган давит в сотни раз слабее, чем пар в машине.
- 86 Гляля на высокую заволскую трубу, невольно бе поддаешься впсчаэлению. что сила тяги сс лолжиа быть огромна. В действительности же засасывающая " сила заводских труб имеет весьма и весьма скромную величину: выдувая воздух изо рта, мы ~оним е1 о с гораздо большей силой. Легко убедиться в этом, проделав следующий расчет. Сила тяги измеряется разницей веса двух столбов воздуха — — наружного и заключенно1 о в трубе (при равной высоте и олинаковой площади основания).
Возлух внутри трубы на1рсвается ло 7.емпературы не свыше 300' С, можно рассчитать, что вес сто при ' этом уменьшается примерно вдвое; значит, вес кубометра воздуха в трубе вдвое меньше веса кубометра наружного возлуха. Так как высота трубы 40 м, то разность веса упомянутых столбов воздуха, нагретого 107 и холодного, равна весу 20-метрового столба наружного воздуха. Известно, что азмосферный воздух в 10000 раз лсгчс ртути; вес 20-метрового воздушного столба равен поэтому весу ртутного столба высотою 20000:!0000=2 мм. Мы узнали, что тяга в заводской трубе измеряется всего 2 мм рт. ст. Сила, которая гонит воздух в такой трубе, меньше 30 Н/ем~.
Между тем избыток давлсния воздуха, выдуваемого ртом,— около 70 мм рт. ст., т. с. в 35 раз больше. Дуновением мы сообщаем воздуху ббльшую скорость„чем быстрота течения газов в самой высокой заводской трубе. Даже простое выдыхание воздуха создает течение, правда, раза в три слабее, чем в заводской трубе„ но, безусловно, более сильное, чем в дымовой трубе трехэтажного дома. Эти неожида нные результаты способны внушить сомнение. Как может сголь незначительная сила породить тот энергичный приток воздуха к топке, который наблюдается при тяге? Но нс будем забывать, что в данном случае малая сила приводи~ в движение очень небольшую массу (лнтр нагретого в трубе воздуха имеет массу О,б5 г); поэтому ускорение получается значительнее. С другой стороны, можно поставить вопрос: неужели для получения тяги в 2 мм рт.
ст. необходимо возводить такие сооружения, как заводская труба? Ведь самый несовершенный вентилятор порождает гораздо большую тягу, Ссюбражение правильное. Но без трубы куда леть вредные для дыхания топочные газы? Их необходимо отослать подальше от человека, домашних животных растений. Заводские трубы строятся не ~олько ради тяги (этого можно было бы досгичь проще и дешевле), но и для того, чтобы удалять вредные топочные газы от тех мест, где находятся люди, животные, растения.
Развевая вредные газы в высоких слоях воздуха, заводские трубы значительно ослабляют непосредственный вред от вдыхания продуктов горения топлива. 87 яу В воздухе, которым мы дышим, кислород со- 7 ° ставляет по объему 21% . Установлено, что в литре воды распюряется кислорода вдвое больше, чем азота. Это приводит к обогащению растворенного воздуха кислородом: воздух, растворенный в воде, )08 Ф' .'~~:,'1:.содержит 34'/6 кислорода. (Углекислоты же в атмосфере ф: 004е~~ в воде 2е/о ) Пузырьки, появляющиеся в холодной воде при '::" 88 О~ нагревании,— воздушные: выделяется часть воздуха, растворенного в воде. В отличие от растворимости твердых тел растворимость газов с повышением температуры уменыпается.
Поэтому при нагревании вода уже пе может удерживать в растворе прежнее количество воздуха, и избыток газов выделяется пузырьками. Вот относящиеся сюда числовые данные — в литре воды содержится 19 смз воздуха при 10" С (водопроводная вода), !7 смз воздуха при 20' С (комнатная температура) Из каждого литра воды должно выделиться 2 смз 'воздуха. Так как стакан вмещает 1~4 литра воды, то из полного стакана воды в указанных условиях выделит': ся 500 мм' воздуха. При среднем диаметре пузырька 1 мм это составляет тысячу пузырьков.
89 «Потому что вадяной пар легче воздуха»,— от- ~» вечают нередко. Водяной пар действительно легче воздуха, это бесспорно; однако облака пе состоят вовсе из водяного пара. Водяной пар невидим; если бы облака состояли из пара, они были бы совершенно прозрачны. Облака и туман (это одно и то же) состоят из воды в жидком, а не в газообразном состоянии. Но тогда еще непонятнее, почему облака держатся в воздухе, а не падают на землю. Не так еще давно господствовал взгляд, успевший широко распространиться, что облака состоят из мельчайших водяных пузырьков, наполненных водяным 'паром.
Теперь это представление отвергнуто: облака и туман состоят не из пузырьков, а нз сплошных водяных капелек диаметром 0,01 — 0,02 мм, зачастую ' даже 0,001 мм. Такие шарики, конечно, тяжелее сухого воздуха в 800 раз. Но, обладая по сравнению со своей массой весьма большой поверхностью. водяные шарики при падении в воздухе встречают настолько значителыюе сопротивление, что опускаются вниз крайне медленно. Они отличаются, как говорят, значительною «парусностью». Например, капельки радиусом , в 0,01 мм падают равномерно со скоростью всего 1 ем~с. Значит, облака в сущности не плавают в воздухе — они падают, но падение это происходит чре- 169 звычайно медленно; достаточно самого слабого восходящего течения воздуха„чтобы не только удержать облако от падения, но и поднять его вверх.. Итак, фактически облака пала!от, но медленное падение их либо остается незамеченным, либо скрадывается восходящим воздушным течением. По той же причине держатся в воздухе и пылинки, хотя масса многих из них, например металлических, больше массы воздуха в несколько тысяч раз.
Наивно думать, что стремительно летящая пуля 90 $У» не может встречать сколько-нибудь заметной помехи своему движению со стороны такой легкой среды, как воздух. Как раз наоборот: именно быстрота движения обусловливает весьма значительное сопротивление воздуха полету пули. Мы знаем, что пуля современной винтовки залетает в лучшем случае на расстояние 4 км, А знаете, как далеко залетала бы она„если бы сопротивления воздуха не было? Буквально в 20 раз дальше (рис. 89)1 Это кажется неверояз.ным; полезно для убедительности привести расчет. Пуля покидает ствол винтовки со скоростью около 900 м/с.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
