Перельман Я.И. - Знаете ли вы физику (1107596), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Тогда он задел крюки эа ушки и оставил се так. Полоса стала остывать и сжиматься и стянула стеныз. Подлинный способ выврямления стены в этой передаче сильно искажен. Как лроисходнло дело в действнтельноспг, описано в моей книге «Физика на каждом шагу». Это представление ошибочно: как нн велики мол~ьулврные силы, порождающие тепловое расширение, : -...йвн ни могущественны «замаскированные титаньо>— :молекулы (выражение Тиндаля), сила их вовсе не г1езгрвннчна. Нетрудно рассчитать, например, с какой -едиот надо сжимать железный стержень в 1 ем~ '))онйречного сечения, чтобы помешать ему удлиняться 'Прн> нагревании от 0 до 20' С.
Для этого достаточно "знать температурный коэффициент линейного расширения материала (железа — 0,000012' С ') н меру его .:,спцротивления механическому растяжению, так называеымй модуль упругости, или модуль Юнга (для жвдеза — 20 000 000 Н/ем~; это значит, что под дейст:вивмэ силы в 1О Н на квадратный сантиметр железный стержень растягивается на 1>2 000 000 своей длины, вэ', При сжнманин с указанной силой на столько же укорачивается) Вот расчет. Надо препятствовать удлинению желанного стержня сечением ! см> на 0,000012 20=0,00025 его: длины.
Чтобы укоротить такой стержень на ()2 ООО 000 его длины механической силой, требующей :й)кимающее усилие в 1О Н. Следовательно. для укороче... йня йа 0,00024 длины понадобится усилие в 0,00024: (1~2 000 000) =4800 Н. аначит, если к концам нашего стержня приложить С4цн>) примерно в 5000 Н, то при нагревании от 0 до $3"",С'Он не удлинится. Это же число (5000 Н) является н:::.:Мирилом силы, с какой расширяешься сгержень при цгвваниом нагревании. " Так же можно рассчитать давление, необходимое х))«я':того, чтобы помешать столбику ртути в трубке :рви>'.мометра удлиняться при нагревании. Возьмем тот Фе:температурнь>й промежуток — от 0 до 20' С.
Коэффициент расширения ртути 0,00018; сжимаемость ее ()йй.давлением такова, что ! ат сокращает ее объем, )на:6600003 первоначальной величины. В нашем случае х(йФходнмо помешать ртути расшириться на долю 0,0001 8 . 20 = 0,0036. $0вчит, чтобы препятст вова з ь такому расширению, Потребуется давление, равное 0,0036: 0,000003 = 1200 ат. м> Это показывает, между прочим, что практикуемое иногда заполнение канала термометра азотом„сжатым под лавлением 50 — !00 ат (см. в ! !4), не может оказывать на расширение столбика ртуги сколько- нибудь заметного влияния.
1 2 На вопрос задачи нередко отвечают. что 22» пузырек уровня в теплую погоду больше, чем в холодную, так как заключенный в нем газ под действием тепла расширяется. Забывают, однако, что в данных условиях газ не может расширяться: зтому препятствует замкнутая в трубке жидкость. Нагреваются все части уровня: твердая оправа, стеклянная трубка, жидкость, газ в пузырьке.
Расширение оправы и трубки весьма незначительно; расширение жидкости больше расширения трубки и потому должно сжимать пузырек. Итак, пузырек уровня в теплую погоду меньше, чем в холодную. Отрывок написан так, как писали более трехсот 123 2:»» лет назад, когда о лавлении атмосферы никто еще не подозревал и распространено было, наряду с учением о «боязни пустоты», также разделение тел природы на тяжелые, которые падают вниз, и легкие, всплывающие вверх. Нельзя представлять себе дело так, что теплый воздух вытягивается в отдушину, а для заполнения опорожненного месга устремляется снаружи свежий воздух. Теплый воздух не поднимается вверх сам по себе,— -он вытесняется вверх опускающимся холодным воздухом.
Причина и следствие в цитированном отрывке переставлены. Еше Торричелли, положивший знаменитым опытом конец принципу болезни пустоты, остроумно высмеял теорию о стремлении легких тел подниматься вверх. В одном из своих «Академических чтений» он писал: «Однажды нереиды (морские нимфы) задумали составить курс физики. В самой глубине океана открыли они свою академию и стали излагать основы физики. как делаем в наших школах мы, обитатели океана воздушного. Любознательные нереиды заметили, что из предметов, которыми они пользовались среди воды, одни в воде опускались, другие поднимались вверх. Отсюда они, не задумываясь над тем, что было бы в других средах, заклнзчили, что одни тела, например !42 ':,"".ййк<ля, камни, металлы, тяжелы, потому что, находясь '-",и:"море, опускаются: другие — как воздух, воск, боль.;::=:два<<ство растений,— легки, потому что всплывают на '',<й<эверхност<, воды.
Ошибка молодых нимф„которые сочли легкими еаногие тела, нами причисляемые к тяжелым, вполне «простительна. Я представил себе мысленно обширное 4т<гут«ое море, в котором я родился и вырос. И вот ьп<е.,пришло на мысль написать трактат о телах тия<елых и легких. Я сгал рассуждать так: живя много <Г<5т в глубине этого моря, я постоянно убеждаюсь, <у<<с< все вещества, за исключением золота, надо держать <й<'. привязи, чтобы они не всплыли на поверхность 3иачит, все вообще тела легки, имеют о.г природы ':„' <Н<илонность подниматься вверх, кроме золота, ко<орое плно опускае<ся в ртути вниз. Совершенно иная была бы: физики саламандр (если верно, ч-го они живут 'в'..:<этне); опа учила бы, что все тела, не исключая нц э<падуха, тяжелы» «В книге Аристотеля дается следующее определение: тхя«<кел тог предмет.
природа которого сосгоит в стрем:лении вниз; легок тот предмет, природа которого 4<рстоит в сгремленни вверх. Не кажутся ли такие ' '; определения мало отличакяцимнся от тех, какие даны -"бь<ли нереидами н которые со<ласны с наблюдениями, но'' Не исправлены разумом». <ьнустя три века, мы пе изжили остатков до.горричел.;, .л<<квых воззрений, потому что упоминание о теплом воздухе, «стремящемся вверх», и о холодном, «заступающем ..его: место», еще и теперь попадаются не только з<.-пчаг<улярных книгах, но и в некоторых учебниках "«к,я Снег защи<цает от по~ери <епла лучше, чем 4ьвяьв Йьв«дерево: теплопроводносгь снега в 2,5 раза 9внуьше. Незначительной теплопроводностью снега обу.;;,слойлено «<реющее» почву действие сне<а: покрывая '~землю„он замедляет потерю ею теплоты '<ецлопроводность чугуна в 7,5 раз больше, чем -ф "Ый' ь<«.х«меди; это значит, что в единицу времени через слой чугуна протекает в 7,5 раз больше теплоты, чем 1<<раз слой меди такой же толщины при одинаковой Фавности температур по обе стороны слоя.
Отсюда 'ЖЙО, что в чугунной посуде, поставленной на огонь, я<ища должна подгорать легче, чем в медной 143 Совет маляров никакого физического основания 1 я»ю я»Ю» не имеет и является вредным предрассудком, зйачительно понижающим пользу замазывания оконных рам. Вставка второй рамы только в том случае уменьшает теплопотери комнаты, если заключенный между рамами слой воздуха совершенна не сообщается ни с комнатным воздухом, ни с наружным Если же в наружной раме имеется неза мазанная щель, то холодный наружный воздух вытесняет собою из междурамного пространства менее холодный воздух, нагревается там и в свою очередь вытесняется новой порцией наружного воздуха.
Так как нагревание производится за счет тепла комнатного воздуха, то смена воздуха в междурамном пространстве постепенно охлаждает комнату. Чем лучше замазаны рамы, тем значительнее их теплоизалирующее действие. ~яч Температура поверхности человеческого тела— 127 27 ° от 29' С (ступни ног) до 35" С (лицо). Комнатный же воздух имеет температуру не выше 20' С. Непосредственного перехода теплоты из окружающего воздуха в наше тело поэтому происходить не может. Отчего же нам в натопленной комнате тепло? Не оттого вовсе, что тело наше получает ~епло из воздуха, а оттого, что прилегающий к телу воздух, как плохой проводник тепла, мешает теплу тела уходить из него, т.
е. замедляет потерю нашим телом своего тепла. При этом прилегающий слой воздуха нагревается телом и вытесняется вверх более холодным воздухом„который в свою очередь также нагревается, уступает место новой порции воздуха и т. д. Понятно, что воздух теплый должен отнимать от нашего тела при этом процессе меньше теплоты, нежели холодный. Этим и объясняется ощущение теплоты в натопленной комнате. 18 Часто пишут и говорят, что на дне глубоких 28, рек круглый год господствует одна и та же температура, именно +4' С, потому что при указанной температуре вода имеет наибольшую плотность.
Для сгоячих пресных водоемов, для озер, это верно. Но в реках — вопреки утверждению многих школьных учебников — господствует другое распределение температур. В речной воде существует не только видимое п р о д о л ь н о е течение, но и незаметные для глаз 144 -,;:"'~ззпере ч н ы е токи.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
