Озадачник

107. Загадка эскимосов

В иглу (доме эскимосов, сделанном из льда) для обогрева разводят костры. По идее, это должно приводить к сырости – лед тает, вокруг лужи, с потолка течет – но нет, в иглу всегда сухо. В чем секрет?

Варианты ответов

1. Слабый огонь – если развести костер посильнее, то воды будет полно.

2. Появляющаяся вода, как губкой, поглощается льдом.

3. Эскимосы регулярно протирают влажный лед.

Правильный ответ:2

Как установили еще Л. Д. Ландау и Е. М. Лифшиц[15], расплав (в нашем случае вода) полностью смачивает (значит, эффективно притягивается; вот ртуть, чтобы было понятно, ничего не смачивает) твердую фазу того же вещества (т. е. лед). А поскольку лед – довольно-таки пористое вещество, то оно успевает впитывать всю воду в эскимосском жилище. Конечно, у всего есть свои пределы: если поставить там тепловую пушку, рано или поздно стены иглу потекут, но тепла от костра и человеческих тел недостаточно, чтобы лед намок.

108. Подвижная пластина

Биметаллическая пластина[16] при нагреве искривляется в определенную сторону. А при охлаждении что с ней будет происходить?

Варианты ответов

1. В противоположную сторону искривится.

2. Ничего, никаких деформаций.

3. В ту же сторону искривится.

Правильный ответ:1

Температурное расширение в первом приближении линейно по температуре, т. е. с достаточной точностью можно писать Δx = kΔT, где Δx – удлинение, ΔT – изменение температуры, k – некий коэффициент, зависящий от свойств материала. Биметаллическая пластина состоит из двух материалов, у которых эти коэффициенты, скорее всего, различны – значит, один расширяется сильнее, чем другой, – за счет чего и будет происходить искривление (та сторона, что расширяется быстрее, будет выпуклой, а вторая – вогнутой). Но при понижении температуры она же будет и быстрее сжиматься – значит, она уже станет вогнутой, а противоположная сторона выпуклой, т. е. деформация пойдет в противоположном направлении.

109. Лазерный холодильник

[17]

Лазерный луч, проходя через поглощающий газ, передает ему энергию и тем самым его нагревает. А можно ли представить ситуацию, когда газ будет лазером, напротив, охлаждаться?

Варианты ответов

1. Да, при определенном подборе частоты лазерного излучения.

2. Нет, это противоречит как закону сохранения энергии, так и Третьему началу термодинамики.

3. Зависит от направления лазерного луча: при проходе в одну сторону он нагревает газ, при проходе в обратную – охлаждает.

Правильный ответ:1

Атом может поглощать фотоны с последующим рассеянием: грубо, глотает и выплевывает. Но не всякие, а только определенной частоты (так называемая частота перехода), или, что то же самое, энергии (частота фотона ω и его энергия E связаны через постоянную Планка, E = ħω). Вспомним эффект Доплера: частота приближающегося к нам источника света выше, чем в случае, если бы он покоился. Настроим лазер так, чтобы его частота была ниже частоты перехода, и будем облучать им газ – тогда поглощать будут только те атомы, которые летят навстречу лазерному лучу (с достаточной скоростью – чтобы измененная за счет эффекта Доплера частота фотона совпала с частотой перехода), а после испускать свет на частоте перехода – т. е. на большей частоте, нежели поглотили. Значит, немного энергии мы у таких атомов отобрали – а это как раз энергия теплового движения, никакой другой же нет. Получается, охладили.

110. Хаотические резисторы

Есть 1000 одинаковых резисторов, которые случайным образом (какие-то последовательно, какие-то параллельно) соединяются друг с другом. А как друг к другу относятся максимальное и минимальное сопротивление такой цепи?

Варианты ответов

1. Как 1000: 1.

2. Как ∞ (минимальное сопротивление ноль).

3. Как 1 000 000: 1.

Правильный ответ:3

Задачка с подвохом, который состоит в том, что никакого подвоха нет! Пусть сопротивление одного резистора – r. Когда оно будет максимальным? Когда все они включены в цепь последовательно – здесь все сопротивления складываются, R_max = 1000 r. А минимальным когда? Когда они включены параллельно, тогда складываются обратные сопротивления, 1/R_min = 1000/r. Отсюда R_max/R_min = 1000 × 1000 = 1 000 000.

111. Неожиданный диполь

[18]

Трехатомная молекула углекислого газа (CO₂) не имеет дипольного момента, а молекула воды (H₂O) имеет, почему так?

Варианты ответов

1. Вода всегда находится в диссоциированном[19] состоянии, HO⁻ и H⁺.

2. У CO₂ есть дипольный момент, но, поскольку все положения молекулы равновероятны, в среднем он равен нулю.

3. В молекуле CO₂ все атомы расположены на одной прямой, а в молекуле H₂O – нет.

Правильный ответ:3