Качественные задачи по физике в средней школе и не только…

Если метеор снижается, то работа сил тяжести усугубляет ситуацию, позволяя метеору не так быстро терять скорость (а возможно, даже наращивать ее) и тем самым поддерживая на высоком уровне мощность сил сопротивления – то есть мощность нагрева.

Выставленная в окно автомобиля ладонь, конечно, тоже получает энергию от встречного воздуха. (Кстати, хотя сила сопротивления воздуха совершает механическую работу, кинетическая энергия ладони при этом не падает – за счет чего? И чья же энергия в конечном итоге нагревает ладонь?) Однако скорость автомобиля даже на автомагистрали несопоставима со скоростью метеора, так что энергия, получаемая от встречного потока воздуха, невелика. Зато на поверхности ладони постоянно выделяется пот – влага, которая, испаряясь, охлаждает ладонь. (Собственно, в этом одно из главных назначений системы потоотделения – охлаждать тело за счет испарения влаги с поверхности.) На большой скорости испарение происходит гораздо быстрее – и процесс охлаждения преобладает над процессом нагрева.

147. Огнестойкий бумажный стаканчик

Повседневный опыт говорит нам, что от открытого огня бумага вспыхивает моментально, поэтому интуитивно мы ожидаем, что бумажный стаканчик сгорит (или, по меньшей мере, огонь прожжет в нем дыру) и вода просто выльется.

Однако для того, чтобы бумажный стаканчик загорелся, бумага должна нагреться до температуры воспламенения. А эта температура для бумаги существенно выше температуры кипения воды. Через тонкие стенки стаканчика вода постоянно охлаждает бумагу, так что та просто не может воспламениться. И даже когда вода закипает, ее температура все еще ниже температуры возгорания бумаги, то есть кипящая вода по-прежнему охлаждает стаканчик! Вскипятить воду в бумажном стаканчике совершенно реально.

148. Невидимый пар

На этот вопрос очень хочется ответить: «Конечно! Я видел его тысячу раз!» Струйки пара над чашкой горячего чая, струя пара из носика кипящего чайника, пар после дождя на сохнущем горячем асфальте… Однако в действительности водяной пар невидим – он совершенно прозрачен. Все перечисленное выше – это сконденсировавшийся водяной пар, то есть туман. Это уже не вода в газообразном состоянии, а вода в жидком состоянии в виде мелких капелек, висящих в воздухе.

149. Чем наполнены пузыри?

Частый и неправильный ответ на этот вопрос – «пузыри наполнены воздухом». Вы наверняка видели, как бурлят пузырьки воздуха в аквариуме над трубочкой компрессора. Возможно, вы развлекались в детстве, набирая в грудь воздух, ныряя и выпуская воздух под водой. Подобный опыт вынуждает нас думать, что пузыри под водой – это воздух, но в действительности любой газ под водой будет выглядеть как пузыри. Кипение воды похоже на бурление воздуха, выпущенного под водой, но это внешнее сходство. В воде, конечно, сеть некоторое количество растворенных газов из воздуха, но их мало, чтобы вызвать бурление при кипении, так что кипение не имеет отношения к этим газам. Кипение – это процесс интенсивного испарения воды, когда пар образуется во всей ее толще. Всплывающие при кипении пузырьки наполнены водяным паром.

150. Кипение под крышкой

Вода с поверхности испаряется, причем это происходит тем интенсивнее, чем выше температура воды. Объяснить это просто: испарение – это «убегание» молекул воды, которые оказались близко к поверхности и при столкновении с другими молекулами получили достаточно энергии, чтобы разорвать межмолекулярные связи. Поскольку «убегают» самые быстрые молекулы, испарение мешает жидкости нагреваться (или, немного другими словами, часть тепловой энергии, которую плита передает воде, тратится не на нагрев основной массы воды, а на снабжение испаряющихся молекул энергией, достаточной для «убегания»). С ростом температуры воды быстрых молекул становится больше, так что испарение ускоряется.

Закрыв кастрюлю крышкой, мы препятствуем испарению и тем самым ускоряем нагрев. Каждая хозяйка знает, что под крышкой вода закипает быстрее.

151. Прачечные тонкости