Качественные задачи по физике в средней школе и не только…

Если просто наливать одну жидкость в емкость с другой, из-за сильной струи жидкости перемешаются, даже если они не смешиваемые (как масло и вода). Наливая жидкость по барной ложке, бармен добивается того, что жидкость направляется точно туда, куда он хочет ее направить, и течет более тонкой и медленной струей. Это происходит из-за того, что жидкость за счет взаимодействия молекул смачивает черенок ложки и как бы «придерживается» его – течет по нему. (Этот эффект можно пронаблюдать в домашних условиях: откройте кран и пустите несильную струйку, а затем поднесите к струйке расположенное вертикально лезвие ножа, черенок обычной ложки или зубной щетки. Когда вертикальный предмет коснется струи, струя потечет по нему, отклонившись от вертикали.) Винтовая нарезка на черенке барной ложки дополнительно замедляет струю.

107. Тряпка тряпке рознь

Синтетика хуже впитывает воду по сравнению с хлопковой тканью, потому что волокна синтетики хуже смачиваются водой. Винкелю лучше взять свою старую футболку, даже если она дорога ему как память.

108. Песок, глина и вода

В рыхлом песке по сравнению с плотной глиной образуется гораздо больше естественных капилляров. По ним вода поднимается на поверхность и улетучивается. Глина же долго удерживает воду в своей толще.

109. Фундаментальные тайны

И бетон, и кирпич – пористые материалы. Поры образуют капилляры, по которым влага охотно поднимается из почвы наверх – к стенам. Влажные стены хуже держат тепло и быстрее разрушаются. Слой рубероида перекрывает влаге доступ – изолирует стены от воды, поэтому его называют гидроизоляционным материалом.

Рубероид – давнее, «дедовское» средство. В качестве гидроизоляционного материала он дешев, но решает лишь часть проблем. К примеру, в самом фундаменте влага при этом остается и при перепадах температур начинает постепенно разрушать фундамент (вода при замерзании увеличивается в объеме – см. задачу 155). В бетоне к тому же есть стальная арматура, которая под воздействием воды ржавеет – и прочность фундамента снижается. В «большом» строительстве сегодня применяются более современные и сложные методы и материалы, которые позволяют защитить фундамент целиком и более эффективно.

V. Импульс, работа, энергия, мощность

15. Импульс. Закон сохранения импульса

110. Топорная работа

Сначала разберемся, что происходит во время колки дров, а именно – почему раскалывается чурбак и из-за чего топор может в нем застрять.

Если посмотреть на топор с торца, видно, что по форме он похож на клин. Продвигаясь сверху вниз, этот клин раздвигает половинки чурбака, вынуждая его расколоться. Половинки при этом слегка (незаметно для глаза) изгибаются – и возникают силы упругости, стремящиеся вернуть их в исходное положение, то есть свести вместе. Половинки чурбака прижимаются к топору – между деревом и щекой топора возникает трение, которое и зажимает топор, когда он останавливается. Сила трения действует на топор в чурбаке все время, но ее направление разное: когда топор входит в чурбак, сила трения тормозит топор, а когда топор остановился – мешает его извлечь (рис. 80).

Рис. 80

Разумеется, на половинки полена по третьему закону Ньютона тоже действуют силы трения, равные по величине и противоположные по направлению.

Когда мы ударяем по колоде чурбаком, чурбак резко останавливается, а топор продолжает свое движение по инерции с той скоростью, которую он набрал, падая с высоты своего подъема. Он обладает импульсом, который должен быть погашен силами трения.

Когда мы ударяем по колоде обухом топора, резко останавливается топор, а чурбак продолжает движение по инерции с той скоростью, которую он набрал, падая с высоты своего подъема. Теперь силы трения должны погасить инерцию чурбака (рис. 81).

Рис. 81

Силы трения в обоих случаях действуют одинаковые. Значит, большего эффекта (большего продвижения топора в чурбаке) мы достигнем в том случае, в котором импульс останавливаемого тела больше.

Импульс зависит от скорости и массы тела. Скорость топора и чурбака одинакова (кстати, почему?), так что результат сравнения импульсов будет зависеть от соотношения масс. Если чурбак легкий (легче топора или примерно такой же), выгоднее бить «прямо», если чурбак тяжелый, лучше воспользоваться инерцией чурбака и бить «наоборот».

Возможно, анализ физических ситуаций уже научил вас тому, что ничто в природе не возникает «даром». В какой момент мы платим цену за более высокую эффективность «обратного» удара – где нам приходится дополнительно потрудиться?

111. Молотком по ладони

Удар по ладони оказывается болезненным тогда, когда к поверхности ладони приложено большое давление, – так действуют наши рецепторы.