Диссертация (971979), страница 42
Текст из файла (страница 42)
При этом происходитчисто упругая деформация шаров, теплота не выделяется. После удара шарыпринимают прежнюю форму.Ученик 1: значит, при абсолютно упругом ударе закон сохранения энергииявляется законом сохранения кинетической энергии?Учитель: да, конечно.Ученик 1: но в таком случае я не понимаю, как "примирить" друг с другомзаконы сохранения количества движения и энергии? Ведь мы получаем два242разных уравнения для скорости после удара. Или, может быть, при абсолютноупругом ударе не выполняется закон сохранения количества движения?Учитель: при абсолютно упругом ударе выполняются оба закона сохранения:и количества движения, и кинетической энергии.
Причем беспокоиться о "примирении" этих законов нет оснований, т.к. в результате упругого удара теларазлетаются с разными скоростями.Задача 3:Рассмотрим сообщающиеся сосуды, соединенные узенькой трубочкой скраном. Пусть вначале вся жидкость находится в левом сосуде, и уровень ееимеет высоту H (рис.3а).
Откроем кран, и жидкость потечет из левого сосуда вправый. Конечное положение отвечает равным уровнем в обоих сосудах,имеющим высоту H/2 (рис. 3б). Если вычислить потенциальную энергиюжидкости в начальном и конечном состояниях, для чего умножить силу тяжестижидкости в каждом сосуде на половину высоты столба жидкости, то в конечномсостоянии потенциальная энергия жидкости оказывается вдвое меньше, чем вначальном состоянии. Куда же исчезла половина энергии?Ученик: если в начальном состоянии потенциальная энергия FтH/2, то вконечном состоянии она равна:(Fт/2)(H/4) + (Fт/2)(H/4) = FтH/4Попробую рассуждать так, как вы предлагали.
Потенциальная энергия FтH/4могла пойти на работу жидкости над другими телами, на теплоту, выделяющуюсяпри трении, и на кинетическую энергию самой жидкости. Правильно ли ярассуждаю?Учитель: совершенно правильно. Продолжайте.Ученик: в данном случае никакой работы над посторонними теламижидкость, перетекая из одного сосуда в другой, не совершает. Кинетическойэнергии жидкость в конечном состоянии не имеет, т.к.
она находится в состояниипокоя. Значит, остается заключить, что половина потенциальной энергиипревратилась в теплоту, выделившуюся при трении. Правда, я не совсем четкопредставляю себе, что это за трение.Учитель: вы рассуждали правильно, и пришли к верному заключению. Теперьнесколько слов о природе трения. Можно представить себе, что жидкость разбитана слои, каждый из которых характеризуется определенной скоростьюперемещения жидкости; чем ближе слой к стенкам трубки, тем меньше его243скорость. Между слоями происходит обмен молекулами, в результате чегомолекулы с большей скоростью направленного движения попадают в слоймолекул с меньшей скоростью направленного движения, и наоборот. Этоприводит к тому, что более "быстрый" слой оказывает ускоряющее воздействиена более "медленный" слой, и наоборот, более "медленный" слой оказываетзамедляющее воздействие на более "быстрый".
Эта картина позволяет говорить осуществовании в жидкости своеобразного внутреннего трения - трения междуслоями. Оно проявляется тем сильнее, чем больше различие в скоростях слоев всредней части трубки и вблизи ее стенок. Заметим, что на скорость движенияслоев вблизи стенок трубки влияет характер взаимодействия молекул жидкости имолекул стенок. Если жидкость смачивает трубку, то слой, непосредственнопримыкающий к стенке, фактически не движется.Ученик: значит, в конечном состоянии температура жидкости должна бытьнесколько выше, чем в начальном состоянии?Учитель: да, именно так.Ученик: немного изменим условие предыдущей задачи.
Предположим, чтомежду жидкостью и стенками трубки нет никакого взаимодействия, в результатечего все слои имеют одинаковую скорость, и внутреннее трение не проявляется.Как в этом случае будет проходить процесс перетекания жидкости из одногососуда в другой?Ученик: в этом случае уменьшение потенциальной энергии следует отнести засчет появления у жидкости кинетической энергии. Иными словами, в ситуации,изображенной на рис.2б жидкость не находится в состоянии покоя. Жидкостьдолжна продолжать перетекать из левого сосуда в правый до тех пор, пока невозникнет ситуация, изображенная на рис. 2в.
В этом случае потенциальнаяэнергия жидкости такая же, как и в начальной ситуации (рис. 2а).Учитель: что будет происходить с жидкостью далее?Ученик: жидкость начнет перетекать в обратном направлении - из правогососуда в левый. В результате будут наблюдаться колебания уровней жидкости всообщающихся сосудах.Учитель: эти колебания можно наблюдать, если взять, например, ртуть встеклянных сообщающихся сосудах. Как известно, ртуть не смачивает стекло.Разумеется, с течением времени эти колебания будут затухать, т.к. невозможнополностью исключить взаимодействие молекул жидкости с молекулами стеноктрубки.Ученик: я вижу, что при решении задач можно активно пользоваться закономсохранения энергии.Задача №4:Какую скорость будет иметь ракета, стартовая масса которой 1000 кг.,если в результате горения топлива выброшено 200 кг.
газов со скоростью 2000м/с?244Учитель обращается к учащимся с вопросом: какое движение называютреактивным?Ученик: это движение, которое происходит при отталкивании тел системыдруг от друга.Учитель: приведите примеры реактивного движения.Ученик: например, если надуть шарик, а затем его отпустить, то он придет вдвижение, за счет выходящей из него воздушной струи.Ученик: или, если человек, стоящий в лодке, начнет бросать горизонтальнокамни. Можно заметить, что лодка придет в движение со скоростью,направленной в противоположную сторону.Ученик: при выстреле из пушки: снаряд летит вперед, а сама пушкаотталкивается назад.Ученик: примером реактивного движения является движение ракет.Учитель: существует ли в природе реактивное движение или это чисточеловеческое изобретение?Ученик: известно, что кальмары, каракатицы, осьминоги, спруты, медузы,некоторые моллюски передвигаются посредством отдачи воды, выбрасываемойими из особых полостей тела.
Так, например, каракатица и вообще большинствоголовоногих моллюсков движутся в воде таким образом: забирают воду вжаберную полость через боковую щель и особую воронку впереди тела, а затемэнергично выбрасывают струю воды через упомянутую воронку; при этом ониполучают обратный толчок, достаточный для того, чтобы довольно быстроплавать задней стороной тела вперед. Каракатица может направить трубкуворонки вбок или назад и, стремительно выдавливая из нее воду, двигаться влюбом направлении.На том же основано и движение медузы: сокращением мускулов онавыталкивает из-под своего колоколообразного тела воду, получая толчок вобратном направлении.
Сходным приемом пользуются при движении сальпы,личинки стрекоз.Наивысших показателей добились кальмары. Они развивают весьма большуюскорость движения, достигающую 70 км/ч; способны во время полетавыпрыгивать из воды и долго лететь по воздуху, преодолевая многометровоерасстояние.Учитель: действительно, задолго до человека закон сохранения импульсаприменила на практике, если здесь уместно такое выражение, живая природа.Самые первые реактивные двигатели были созданы полупрозрачнымиводянистыми морскими животными около миллиарда лет тому назад.В среде растений своеобразным реактивным снарядом является "тяжелыйогурец" - растение южного Крыма.
Внутри созревшего плода находится жидкостьпод большим давлением. Будучи оторванным от стебля, он вырывается из рук иотлетает в сторону за счет отдачи струи жидкости.Любопытно, что человека надоумили открыть реактивное движение вовсене живые существа, а пушки. Но мы остановимся на таком человеческомизобретении, как ракета.245Из каких же частей она состоит? (нужно изобразить на доске, т.к. при решениизадачи понадобится рисунок)Ученик на доске изображает ракету и поясняет:Рис. 3. а- корпус ракеты; d- полезный груз; b- баки с горючим; с- баки сокислителем; e, f-турбонасосный агрегат; g- двигатель (камера сгорания),заканчивающийся соплом определенной формы.Учитель: Возможно ли движение без опоры?Ученик: нет, такое движение невозможно.
Так, например, при ходьбе мыотталкиваемся ногами от земли или от пола; по очень гладкому полу или по льду,от которого нога не может оттолкнуться, ходить нельзя. Паровоз при движенииотталкивается "ведущими" колесами от рельсов: если рельсы смазать маслом,паровоз останется на месте. Иногда даже (в гололедицу) для того, чтобы сдвинутьпоезд с места, рельсы перед ведущими колесами паровоза посыпают песком изспециального приспособления. Пароход отталкивается от воды лопастямибортового колеса или гребного винта. Самолет отталкивается от воздуха такжепри помощи винта - пропеллера. Словом, в какой бы среде ни двигался предмет,он опирается на нее при своем перемещении.Учитель: тогда объясните причину полета ракеты?Ученик: она летит потому, что своими газами, образующимися при горении вней пороха, отталкивается сначала от Земли, а затем от воздуха.Учитель: есть ли воздух в космосе?Ученик: нет, космос - это безвоздушное пространство.Учитель: тогда от чего же отталкивается ракета?Ученик: ни от чего, получается, что ракета не может лететь в космосе.
Но ведьнам известно, что это не так. Значит, получили противоречие. Ракета не можетотталкиваться от воздуха, она ни от чего не отталкивается.Учитель: значит, все-таки можно двигаться без опоры?Ученик: да, такое движение оказалось возможным, мы только что в этомубедились: наглядным примером является движение ракет.Учитель: вы уже говорили, что движение ракет является примеромреактивного движения.
В свою очередь реактивное движение определили какдвижение, которое происходит при отталкивании тел системы друг от друга.Тогда, исходя из вашего первоначального ответа о причине движения ракеты,246можно сказать, что в систему вы включили ракету и землю или ракету и воздух.Обе эти системы являются незамкнутыми. Но данное вами определениереактивного движения это не воспрещало, т.к. в нем не говорилось о замкнутостиили не замкнутости системы. В ходе дальнейших рассуждений пришли кпротиворечию.Что же необходимо добавить в сказанное вами определение реактивногодвижения?Ученик: т.к.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
