2000 №5

Потому, что в этом случае протекают совершенно другие процессы. В отличие от растений, не имеющих терморегуляции, человек даже в сильный мороз поддерживает температуру открытых участков тела около 20 °C. Вода с кожи рук начинает интенсивно испаряться в сухой морозный воздух. А на испарение нужна энергия, и немалая — 2461,2 Дж/г. Она называется скрытой теплотой парообразования. Эту энергию в виде тепла вода отбирает у кожи, вызывая ее ускоренное охлаждение и быстрое обморожение.

4. Нередко отвечают, что в обоих случаях кусок свинца находится в одинаковых условиях: он как был погружен в воду (хоть и отделен от нее стенками кастрюли), так и остался в воде. Поэтому ее уровень измениться не должен. Такой ответ неверен, и легко увидеть почему.

Кастрюля плавает! Это значит, что своей погруженной частью она вытеснила количество воды, по весу равное весу куска свинца. Плотность свинца 11,34 г/см³. Значит, плавающая кастрюлька, скажем, с 10 см³ свинца вытеснит около 110 см³ воды, а тот же свинец на дне таза — только 10 см³. Уровень воды в тазу понизится.

5. На этот вопрос обычно отвечают верно — нужно зеркальное изображение рассматривать в другом зеркале, которое «перевернет» его, сделав прямым. А вот как поставить зеркала или нарисовать оптическую схему такого устройства, понимает далеко не каждый. Дело здесь, по-видимому, в том, что многих «завораживает» ограниченные размеры зеркала. Они забывают, что его можно рассматривать как бесконечную плоскость: изображение в зеркале есть всегда, нужно только выбрать правильную точку, чтобы его увидеть.

Но этого мало: согласно условию, прямое отражение должно быть там же, где и зеркальное. Здесь несложные геометрические соображения быстро приводят к выводу, что зеркала должны располагаться под прямым углом. Сообразив все это, построить изображение нетрудно.

В «Диалогах» Платона и в поэме «О природе вещей» Лукреция говорится, что прямое изображение можно увидеть в сильно изогнутом полированном медном листе.

6. Конечно, алюминиевая расческа прочнее пластмассовой. Но дело не в этом. Гораздо важнее то, что пластмассовая расческа, проведенная по чистым и сухим волосам, сильно электризуется. Между расческой и волосами возникает разность потенциалов около 5 тысяч вольт. А на волосах, соответственно, возникает заряд такой же величины и противоположного знака. Сильно наэлектризованные волосы перестают послушно лежать, распадаются и не слушаются парикмахера.

7. Фокусное расстояние линзы определяется кривизной ее поверхностей и соотношением показателей преломления ее материала и внешней среды. Форма линзы не меняется, но относительный коэффициент преломления становится отрицательным. Поэтому пустотелая выпуклая линза в воде превращается из собирающей в рассеивающую с отрицательным фокусным расстоянием той же величины, то есть — F. Пустотелая собирающая линза с тем же фокусным расстоянием в воде должна иметь вогнутые поверхности с тем же радиусом кривизны.

8. Будем рассуждать логически. Плита лежит горизонтально, пластина должна находиться на ней в равновесии. Никаких воздействий, кроме нагрева со стороны горячей плиты, она не испытывает. Но пластина изогнута, поэтому площадь касания ею нагретой плиты очень мала. В этой узкой области материал нагревается и расширяется. На ровной поверхности появляется вздутие, которое слегка наклоняет пластину. Бугорок расширившегося материала с небольшим отставанием перемещается в место контакта — как бы «бежит» по поверхности, подталкивая пластину. В конце концов ее приподнятый край перевешивает, и пластина, перевалив через бугорок, начинает двигаться обратно. Процесс повторяется до тех пор, пока не остынет плита.

Теперь можно сообразить, какие требования необходимо предъявить к термическим свойствам материала пластины.

Во-первых, коэффициент его теплопроводности должен быть мал. Только тогда локальный нагрев приведет к сравнительно сильному повышению температуры в очень малом объеме. А во-вторых, коэффициент теплового расширения материала должен быть достаточно велик, чтобы на пластине появился бугорок ощутимых размеров.

Вот и ответ на второй вопрос: медная, серебряная и алюминиевая пластины так вести себя не будут. У этих металлов коэффициент теплопроводности очень велик. Тепло успеет быстро распространиться по значительному объему материала, нагревая его более равномерно, но гораздо слабее. Да и расширяются при нагреве эти материалы гораздо слабее.

Иногда подобный эксперимент демонстрируют в виде своеобразного фокуса. Вначале показывают два ничем не примечательных кольца разного диаметра, затем укладывают их в виде пары рельсов и опускают на них массивный металлический шар. Шар немедленно начинает двигаться и может бегать по окружности довольно долго без каких-либо видимых источников энергии. Разгадка фокуса ясна: рельсы сделаны из свинца, а шар сильно нагрет.