Текст книги "Физика: парадоксальная и объяснимая. 100 открытых задач"

Подробнее, если захотите попробовать, ищите информацию по запросу «Программа тура «Полёт на невесомость».

Как же эффективно и относительно дёшево тренировать космонавтов?

Контрольный ответ

Вспомним закон Архимеда: «На тело, погружённое в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной телом жидкости».

Средняя плотность тела человека близка к плотности воды. Поэтому сила Архимеда, действующая на него, приблизительно равна силе тяжести. Сила плавучести компенсирует силу тяготения, и вес тела оказывается равным нулю.

Обыкновенная вода частично имитирует условия, приближённые к невесомости. Навыки движения космонавтов можно отрабатывать под водой.

Хотите знать больше?

В 1980 г. в Центре подготовки космонавтов имени Юрия Гагарина построили гидролабораторию, где в специальном бассейне будущие космонавты проводят сотни часов. Есть подобные лаборатории и в США, и в Китае.

Видео по теме см. по запросу «Погружение в невесомость. Тренировки космонавтов под водой».

Кстати…

Невесомость не означает отсутствие гравитации! Гравитация есть везде. Состояние невесомости сродни бесконечному падению. Представьте себе кабину лифта, летящего вниз. Он движется точно с такой же скоростью, как и все тела внутри него. Невозможно опереться на пол кабины. Если попробовать – оттолкнёшься и взлетишь к потолку. То же самое происходит внутри космического корабля.

ЗАДАЧА 15. СТАЛО ЛУЧШЕ, ДА ХУЖЕ…**

В 1813 г. в Англии построили первую консервную фабрику. В то время консервные банки изготавливались вручную из кованого железного листа, покрытого слоем олова толщиной 0,1 миллиметра. Один рабочий мог изготовить всего 5—6 банок в час. Банки были надёжными, но тяжёлыми и дорогими.

Во второй половине XIX века на смену кованому лужёному листу пришла тонкая, толщиной около 0,3 миллиметра, и прочная стальная жесть. Такие банки стало проще изготавливать и легче вскрывать. Но возникла неожиданная проблема. При термообработке консервируемых продуктов внутри закрытой банки повышалось давление. Дно и крышка выдавливались и становились выпуклыми. Банка как будто вздувалась изнутри. Именно так выглядят консервы, продукты внутри которых испортились. Продать вздутую банку невозможно.

Как добиться того, чтобы банка из тонкой жести не вздувалась при термообработке?

Контрольный ответ

На дно и крышку банок стали наносить рельеф в виде концентрических окружностей. Когда после термообработки банка остывала, рельефная поверхность банки пружинила, дно и крышка возвращались в первоначальное положение. Такой рельеф есть и на современных консервных банках.

Консервная банка из белой жести / Wikimedia, Rainer Zenz, CC BY-SA 3.0

Хотите знать больше?

Швы первых консервных банок запаивались оловянным припоем. Иногда в состав припоя входил и свинец. А свинец крайне вреден для человеческого организма. Правда, отравление свинцом происходит не мгновенно. Негативные последствия проявляются через некоторое время в результате накопительного эффекта.

Предположительно, из-за отравления свинцом в 1872 г. на Шпицбергене умерло 17 охотников за тюленями, все они питались консервами.

Пострадала и арктическая экспедиция Джона Франклина 1845—1847 гг. У всех членов экспедиции были серьёзные признаки отравления свинцом.

Проведённые позже исследования показали, что ещё одним потенциальным источником свинца могли быть корабельные опреснительные системы, а не только консервные банки.

Отравления консервами необязательно связаны со свинцом. Возможно, охотники за тюленями погибли не от ядовитого свинца, а из-за безобидного олова.

Олово – вещество, у которого есть разновидности (химики называют их аллотропные модификации). При температурах ниже 13° C и особенно интенсивно при – 40° C белое олово превращается в серое. А серое олово – крошащийся порошок.

Из-за такого превращения в 1912 г. погибла антарктическая экспедиция Роберта Скотта. На сильном морозе оловянный припой рассыпался, и экспедиция осталась без топлива, которое вытекло из баков.

Возможно, что припой в консервных банках охотников тоже частично разрушился на холоде, консервы потеряли герметичность, что привело к их порче…

От превращений олова пострадала и армия Наполеона во время холодной зимы 1812 г. в России. Пуговицы солдатских мундиров были сделаны из олова…

Подробнее о модификациях этого металла можно почитать по запросу «Олово».

Кстати…

Первое устройство для открывания консервных банок появилось только через полвека после изобретения самой банки. До этого консервы солдаты открывали штык-ножом, а домохозяйки… подручным слесарным инструментом.

ЗАДАЧА 16. ЖЕЛАТЬ ЛИ ПОПУТНОГО ВЕТРА?*

«Попутного ветра!» – так говорили морякам, отправлявшимся в плавание. Это пожелание возникло во времена парусного флота и прочно закрепилось в языке. Сегодня его может услышать выпускник школы, перед которым открываются дороги взрослой жизни, бизнесмен, начинающий новое предприятие, и любой другой человек, которому предстоит совершить большое дело.

Но не стоит желать попутного ветра прыгунам с трамплина! Для них это равносильно предречению неудачи! Им нужен не попутный, а встречный ветер!

Зачем прыгуну встречный ветер?

Контрольный ответ

Встречный ветер увеличивает подъёмную силу, которая действует на прыгуна в полёте. Благодаря ей увеличивается время и дальность полёта лыжника.

Аналоги

По этой же причине против ветра взлетают самолёты.

Видео по этой теме можно посмотреть по запросу «Почему самолёты взлетают и садятся против ветра».

Кстати…

Однажды известный конструктор автомобилей Генри Форд сказал: «Когда кажется, что весь мир настроен против тебя, помни, что самолёт взлетает против ветра!» Так что учтите: иногда вам нужен не попутный, а встречный ветер.

ЗАДАЧА 17. ТЕПЛОЛЮБИВЫЕ КОСМОДРОМЫ?**

Сегодня многие страны имеют собственные космические программы. Ракеты запускают не только крупные государственные корпорации, такие как «Роскосмос», «НАСА» или «Европейское космическое агентство», но и частные компании, самая крупная из которых «SpaceX» Илона Маска.

Но вот что может показаться странным: как правило, космодромы стараются разместить как можно ближе к экватору и так, чтобы рядом было море или океан.

Конструкторам космодромов хочется проводить лето вблизи тёплого моря? Или тепло нужно самим космодромам? Или?…

Почему космодромы располагают по возможности ближе к экватору и почему важно, чтобы рядом был океан? (Ну или в крайнем случае степь. В степи расположен космодром Байконур).

Контрольный ответ

Земля вращается вокруг своей оси. И чем ближе к экватору находится космодром, тем дальше он расположен от оси вращения планеты и, следовательно, тем больше его линейная скорость в направлении вращения.

Эта скорость добавляется к скорости ракеты при её запуске, что позволяет вывести на орбиту больше груза при меньшем расходе топлива. Именно поэтому ракеты обычно запускают в направлении с запада на восток.

Кроме того, сила тяжести на экваторе меньше, чем на полюсе (см. задачу 13). Это даёт выигрыш в грузоподъёмности ракеты.

Ответ на второй вопрос связан с безопасностью. После старта ракеты на землю падают отработанные нижние ступени ракет. Наиболее безопасно, если это происходит над океаном или в степи.

Хотите знать больше?

Нa ширoтe Мoсквы линейная скорость поверхности Земли вследствие её вращения вокруг оси составляет 264 м/с, a нa эквaтoрe – 465 м/с. На полюсе же эта скорость пренебрежимо мала. Поэтому никто и не строит космодромов в приполярных областях.

ЗАДАЧА 18. КАКАЯ ЛАВИНА БОЛЕЕ РАЗРУШИТЕЛЬНА?***

Лавина – это огромная масса снега, которая несётся с гор с высокой скоростью и сметает всё на своём пути. Лавины бывают сухие и мокрые.

Сухие лавины сходят при низких температурах. Они возникают, когда свежий снег выпадает на старую, покрытую ледяной коркой спрессованную снежную массу. Из-за этой корки недавно выпавший снег плохо сцепляется со старым и начинает сползать вниз, увлекая за собой всё бóльшие и бóльшие массы снега.

Мокрые лавины сходят при более высоких температурах. Из-за таяния снега между его слежавшимися пластами появляются прослойки воды. Пласты начинают скользить друг по другу и устремляются вниз…

Видео по теме можно посмотреть по запросу «Самые крупные снежные лавины, снятые на камеру».

Чем опасны лавины? Какие из них: мокрые или сухие – наиболее разрушительны и почему?

Контрольный ответ

Сухие лавины скользят по склонам, как по льду, с огромными скоростями, гоня перед собой ударную волну. Скорость этого потока может достигать 300 км/ч. Это приводит к значительным разрушениям.

На влажный снег действуют бóльшие силы сопротивления движению, что притормаживает сход мокрых лавин. Скорость мокрых лавин не превышает 50 км/ч. Это делает их немного менее разрушительными, чем лавины сухие.

Кстати…

Говоря о потенциальной опасности лавин, нужно помнить о том, что во вспененном снеге сухой лавины содержится много воздуха и у засыпанного лавинным снегом пострадавшего есть возможность дышать в ожидании помощи спасателей. Человека, попавшего в сухую лавину, ещё можно спасти. Попасть же под мокрую лавину и оказаться засыпанным мокрым снегом – это верная гибель. После остановки снег быстро «схватывается» и застывает. Внутри такой лавины нечем дышать.

ЗАДАЧА 19. КТО АРХИТЕКТОР?**

На нашей планете немало песчаных пустынь. И все они очень разные. Пустыни различаются размерами и цветом песка, климатическими условиями и биологическим разнообразием. И только форма песчаных барханов во всех пустынях почти одинакова.

Один склон бархана пологий (уклон около 16º), а другой крутой (30—34º).

Барханы снежных пустынь Арктики очень похожи на песчаные барханы Сахары

Кто же задаёт образец единообразным формам барханов, почему они имеют такую форму?

Контрольный ответ

Архитектор песчаных барханов – ветер. Он переносит миллионы миллионов песчинок, выравнивая пологий наветренный склон.

Песчинки, достигшие гребня, срываются вниз под действием силы тяжести и образуют крутой склон. Угол его наклона зависит только от свойств сыпучего материала и составляет около 32º.

Хотите знать больше?

Видео о том, как сыплется песок с бархана, см. по запросу «Сахара. Как сыплется песок с бархана».

Любой сыпучий материал, если его равномерно сыпать сверху, всегда формирует правильный конус. Угол наклона конуса не зависит от его высоты и различен для разных материалов. Например, склоны кучи зерна будут более пологими, чем кучи с песком.

Модель формирования песчаного конуса описывается несколькими разделами математики! Но если не вдаваться в сложности, то устойчивость песчинки на склоне определяется двумя силами: силой тяжести и силой трения, действующей на песчинку со стороны других таких же песчинок.

Подумайте…****

Сколько песчинок в этой куче песка?

Оцените порядок величины (миллионы, миллиарды…).

Контрольный ответ

Объём этой кучи около 5 м³. Это можно понять, сравнив её с человеком на фото. В одном кубическом метре миллиард кубических миллиметров. Сколько же песчинок в кубическом миллиметре?

Конечно, это зависит от размеров песчинок, а они бывают разные. Песком считаются каменистые фракции с размером частиц от 0,1 до 1 мм. Для приблизительной оценки можно считать песчинку кубиком со стороной 0,25 мм. Тогда в 1 мм³ содержится 64 песчинки. Округлим до 50.

Объединяя всё вышесказанное, произведём вычисления:

N = 5 х 1 000 000 000 х 50 = 250 000 000 000.

Четверть триллиона… Да, примерно столько.

Но если бы куча состояла из самых маленьких песчинок размером 0,1 мм, их было бы 5 триллионов штук.

Подумайте…**

В Забайкальском крае есть удивительное место: самая компактная пустыня в мире – Чарские пески. Среди тайги и болот на несколько километров тянутся сыпучие пески с дюнами и барханами высотой до 80 м. Все склоны барханов, обращённые на юго-запад, пологие, а противоположные – более крутые.

Вы догадались, в каком направлении здесь дуют господствующие ветры?

Чарские пески. Юго-западный (пологий) и северо-восточный (крутой) склоны бархана. Автор фото: Александр Леснянский

Контрольный ответ

Ветры в Чарской котловине дуют в основном с юго-запада на северо-восток.

ЗАДАЧА 20. БЕЗОПАСНОСТЬ ПРЕЖДЕ ВСЕГО**

Олуши охотятся на рыбу, ныряя в море с высоты более 30 м. Они входят в воду со скоростью почти 100 км/ч. Удар о воду при такой скорости очень опасен!

Видео по теме см. по запросу «Олуши Атлантики».

Какие системы безопасности должна была предусмотреть природа, чтобы птицы не травмировались при ударе о воду?

Контрольный ответ

Силу удара уменьшает обтекаемая форма тела. Непосредственно перед входом в воду птица складывает крылья так, чтобы ни одно пёрышко не выпирало в сторону. Особым образом у неё напрягаются мышцы шеи. В этот момент форма олуша больше всего напоминает остриё летящей стрелы.

Хотите знать больше?

Прочный череп олушей и толстая жировая подушка на голове защищают головной мозг. Жир играет роль амортизатора, который предохраняют мозг от сотрясения при ударах о внутреннюю поверхность черепа.

А роль подушек безопасности играют специальные кармашки на груди и шее, которые надуваются воздухом за мгновение перед ударом.

ЗАДАЧА 21. ВЫКРУТАСЫ БЕНТА**

Бент Миккелсен, трубочист из небольшого датского городка, был человеком креативным, со смекалкой и любил удивлять людей. Он соорудил на крыше дома трубу высотой 5 м, которая причудливым образом была закручена. Кроме того, он установил специальное устройство, которое выпускало дым аккуратными кольцами. Соседи в шутку говорили об этом изобретении: «Ох уж эти выкрутасы Бента!»

Увидеть, как выглядела удивительная труба Бента Миккелсена, можно по запросу «Выкрутасы Бента».

Как заставить дым идти из трубы «кольцами»?

Контрольный ответ

Кольца образуются, если выпускать дым порциями. Внутри трубы должен быть установлен клапан, который задерживает дым. При незначительном повышении давления печных газов клапан открывается и выпускает порцию дыма. При этом давление газов падает, клапан снова закрывается.

Хотите знать больше?

Полюбоваться колечками дыма можно с помощью пластиковой бутылки. Заполните её дымом и резко сожмите…

А если наполнить бутылку подкрашенной водой, опустить её под воду в ванну и затем резко ударить бутылку по донышку, можно увидеть кольцо из подкрашенной воды.

2.2. Давление

ЗАДАЧА 22. ТРАКТОР В ПОЛЕ**

Чтобы растения лучше росли, почва должна быть рыхлая. Для этого перед посевом землю пашут специальными плугами. Но тянет плуг трактор, колёса которого, наоборот, утрамбовывают почву, оставляя в ней глубокие колеи.

Как уменьшить давление, которое оказывают на почву колёса трактора? Предложи несколько решений.

Контрольные ответы

Уменьшить давление трактора на почву можно с помощью следующих приёмов:

а) сделать трактор более лёгким за счёт использования современных материалов. Но это обычно значительно удорожает конструкцию;

б) колёса можно сделать широкими. Чем шире – тем лучше. Например, сделать шины сдвоенными или строенными. Это распределяет вес трактора на бóльшую площадь и снижает давление на почву;

в) если снизить давление воздуха в шинах, то увеличится площадь соприкосновения колёс с почвой и, следовательно, уменьшится давление. Но это приведёт и к сокращению срока службы шин;

г) применение гусениц вместо колёс – отличный способ снизить давление трактора на землю. Правда, это решение увеличивает стоимость производства и обслуживания техники.

Хотите знать больше?

Решить проблему негативного воздействия трактора на почву можно и другими способами, например.

1. Увеличить полезное действие трактора:

а) проводить несколько сельскохозяйственных операций за один проход (например, боронование совместить с посевом). Это уменьшит количество проходов трактора по земле и снизит все связанные с этим негативные эффекты;

б) использовать широкие навесные плуги, бороны и сеялки. В этом случае за один проход обрабатывается более широкая полоса поля.

2. Устранить негативное воздействие:

а) можно вообще обойтись без тракторов! Например, подвесить над полем монорельс, вдоль которого станет перемещаться сельскохозяйственная техника. Или тащить её с помощью тросов, а двигатели расположить за пределами поля;

б) вернуться к немеханизированным способам обработки земли. Например, обрабатывать поля с использованием лошадей. Правда, при этом пострадает производительность.

3. Обратить вред в пользу:

Решение можно поискать и в этой области. Что, если колеи, образуемые трактором, как-то использовать? Например, как резервуары для удержания воды…

ЗАДАЧА 23. ГОРЫ НЕ МОГУТ БЫТЬ ВЫШЕ***

Самая высокая гора в нашей Солнечной системе расположена на Марсе – высота потухшего вулкана Олимп больше 20 км.

Гора Олимп на Марсе, высочайшая гора Солнечной системы. Фото «Викинга-1»

Почему же на Земле нет и не может быть таких высоких гор?

Контрольный ответ

Чем массивнее планета, тем больше сила тяжести, которая действует на тело, находящееся на её поверхности. Один и тот же предмет на Марсе будет весить в 3 раза меньше, чем на Земле. А на Юпитере – в 2,5 раза больше.

Если бы на Земле появилась гора высотой больше 10 км над уровнем моря, то она разрушилась бы под действием собственного веса. Каменные породы в основании горы не выдержали бы давления 10-километрового слоя.

А на Марсе выдерживают. Ведь сила тяжести там в 3 раза меньше, значит, при той же толщине слоя давление тоже в 3 раза меньше.

Хотите знать больше?

Влияние на максимальную высоту гор оказывают и процессы в астеносфере – верхнем слое мантии планеты, находящемся в полужидком состоянии.

Если высота гор больше некоторого значения, давление в их основании становится достаточным для того, чтобы начался процесс плавления подстилающих пород. В этом случае основание горной системы начинает проседать в мантию, и горы как бы обрушиваются внутрь себя.

По этой причине максимально возможная высота гор на Земле составляет примерно 12 км, а на Марсе – порядка 25 км.

Кстати…

Масса тела не зависит от силы гравитации. Она и на Марсе, и на Луне, и на Юпитере одинакова у одного и того же тела. И если масса космонавта на Земле 70 кг, то и на Марсе она будет 70 кг. Другое дело, что вес космонавта будет другим. На Луне, например, он легко сможет подпрыгнуть на высоту 2,5 метра. А на Юпитере (если бы там была поверхность, от которой можно оттолкнуться) – всего на пару десятков сантиметров…

Вес тела и его масса – это не одно и тоже! Будем помнить об этом!

Видео по теме можно посмотреть по запросу «Симуляция гравитации на разных планетах».

ЗАДАЧА 24. ШИПУЧИЙ АЙСБЕРГ**

Айсберги – это большие глыбы льда, плавающие в океане. Они откалываются от материкового льда и свободно дрейфуют в море, подчиняясь движению течений.

Постепенно айсберги тают. Но этот процесс происходит не бесшумно. При таянии айсберга лёд шипит, словно газировка.

Почему шипит айсберг?

Контрольный ответ

Ледники, от которых откалываются айсберги, образовались очень давно. Тысячи лет выпадающий снег накапливался слой за слоем и спрессовывался под собственным весом. За долгие годы он превращался в лёд. Множество воздушных пузырьков, которые всегда содержатся в снежных массах, оказывались запечатанными в нём. Поэтому, когда айсберг тает, можно услышать шум лопающихся пузырьков древнего воздуха, который был когда-то сжат огромным давлением ледника.

ЗАДАЧА 25. МАРИАНСКАЯ ПЛОТНОСТЬ**

Дно Марианской впадины – самая глубокая часть Мирового Океана. Слой воды в 11 км создаёт там огромное давление – примерно в тысячу раз больше, чем давление атмосферы!

Но если измерить плотность воды на океанской поверхности и на дне Марианской впадины, то разница окажется совсем небольшой! 1 025 кг/м³ у поверхности и 1 028 кг/м³ на дне.

Почему плотность воды на поверхности океана почти не отличается от плотности воды на дне?

Контрольный ответ

Вода почти несжимаема, поэтому её плотность мало зависит от давления. Но она зависит от температуры и концентрации растворённых солей. На дне Марианской впадины температура воды около 4 °С. При такой температуре плотность воды максимальна.

Вдобавок более высокая солёность воды на глубине тоже немного увеличивает её плотность. Так что давление – вообще ни при чём!

Хотите знать больше?

Марианская впадина отнюдь не безжизненное место! Множество животных адаптировались к условиям огромного давления и прекрасно существуют там.

Бокоплав хиронделлея гигас (лат. Amphipoda Hirondellea gigas) обитает в Марианской впадине на глубине около 11 км / Wikimedia, Daiju Azuma, CC BY-SA 2.5

ЗАДАЧА 26. ЧУДЕСНЫЙ «БОЙЛЕВ ВАКУУМ»**

Учёный-экспериментатор Роберт Бойль прочитал о чудесных опытах, которые проделал в середине XVII века немецкий инженер-физик Отто фон Герике. Он откачивал воздух из 2 прижатых друг к другу медных полушарий. И после этого их не смогли растащить 16 лошадей! Стоило только впустить в шар воздух, как он легко распадался на 2 половины.

Бойль решил повторить эти опыты и заказал своему другу изобретателю Роберту Гуку сделать вакуумный насос. А ещё местные стеклодувы изготовили для него прочный стеклянный шар, из которого можно было откачивать воздух. В верхней части шара располагалось отверстие, которое закрывалось герметичной крышкой.

С чем только ни экспериментировали учёные, что только ни помещали внутрь шара! Однажды там оказался высушенный бычий желудок с перевязанными отверстиями. Когда начали откачивать воздух, желудок стал раздуваться!

Магдебургский эксперимент

Почему бычий желудок раздулся после откачки воздуха из шара?

Контрольный ответ

В туго перевязанном бычьем желудке оставалось небольшое количество воздуха. Он продолжал оказывать давление на стенки желудка изнутри, но это давление было намного меньше атмосферного. Атмосфера сдавливала почти пустой желудок, поэтому он выглядел, как спущенная камера от колеса. После того как часть воздуха из стеклянного шара откачали, давление внутри шара стало меньше давления внутри желудка. Воздух в пузыре расширился и раздул его.

Хотите знать больше?

В то время, когда жил Роберт Бойль, о составе и свойствах воздуха учёные знали меньше, чем знаете вы сейчас. Бойль рассуждал так: «Воздух состоит из лёгких пружинящих частичек. Верхние частички давят на нижние и не дают им расправляться. А когда давление наружного воздуха устранено, воздушные пружинки в пузыре свободно раздвигаются и пузырь раздувается…»

Подобные рассуждения, которые могут объяснить суть явлений природы, учёные называют физической моделью. Модель может и не соответствовать истинному положению вещей, но, если она хорошо объясняет явление, а результаты, предсказанные ею, подтверждаются экспериментом, такую модель учёное сообщество принимает. Учёные используют её в процессе познания до тех пор, пока не будет предложена модель более точная. В этом смысле модель Р. Бойля была вполне достойна. Она объясняла механизм расширения газов и даже позволяла установить, насколько изменится объём газа при изменении давления.

Кстати…

Кто из современных политиков профессионально занимается экспериментальной и теоретической физикой, астрономией, метеорологией? Существуют ли подобные люди в наше время?

А вот в эпоху Просвещения33
  Период европейской истории, приходящийся на XVIII век и связанный с бурным развитием науки, философии, обществознания.


[Закрыть] такие встречались.

Жизнь Отто фон Герике пришлась на XVII век. Как и многие талантливые люди, он опередил своё время. Эпоха Просвещения началась для него примерно на век раньше, чем для всего остального человечества.

Политик, дипломат, бургомистр Магдебурга в течение 32 лет, Отто фон Герике был замечательным экспериментатором. Он изобрёл вакуумный насос, водяной барометр, электростатический генератор. Он внёс вклад в развитие теоретических знаний о тепловых, электрических, магнитных явлениях. А ещё он был инженером-строителем и в течение более 10 лет восстанавливал родной Магдебург, пострадавший от пожара.

Отто фон Герике

ЗАДАЧА 27. САМОСТОЯТЕЛЬНЫЙ ГАЗ

И НЕСАМОСТОЯТЕЛЬНАЯ НЕФТЬ**

Природный газ залегает глубоко под землёй. Но его не нужно выкачивать оттуда насосами! Буровики только сверлят скважину к месторождению, а на поверхность газ поднимается самостоятельно.

Нефть так же, как и природный газ, залегает в недрах земли под большим давлением. Но она зачастую не поднимается на поверхность через пробурённую скважину сама.

Почему природный газ сам поднимается по скважине на поверхность земли, а нефть – нет. Как заставить подниматься нефть?

Контрольный ответ

На залежи природного газа давят многие слои песка, глины и других осадочных пород. Поэтому газ находится под большим давлением. Через скважину, как через прокол в велосипедной камере, газ вырывается наружу.

Нефть тоже находится под давлением, но нефть – это тяжёлая и вязкая жидкость, более плотная, чем газ, и зачастую давления просто не хватает, чтобы поднять её на поверхность.

Как заставить нефть подниматься на поверхность земли? Нужно создать дополнительное давление на нефтяной пласт. Для этого рядом с основной скважиной бурят дополнительную, заходящую под слой нефти. В эту скважину закачивают воду. Вода давит на нефть снизу и выталкивает её на поверхность.

ЗАДАЧА 28. ПОДОЖДИ, НЕ САДИСЬ!***

Диспетчеры аэропортов следят за тем, чтобы ни один самолёт не летел слишком близко за другим. Особенно это опасно, если маленький самолёт летит вслед за большим.

На посадку самолёты тоже заходят, выдерживая минимальный временной интервал в 2—3 минуты, который зависит от типа воздушного судна.

Почему самолёт не может лететь сразу вслед за другим, как это делают корабли, идущие в кильватерном строю?

Контрольный ответ

За летящим самолётом возникают воздушные вихревые течения. Они опасны для самолётов, летящих следом. Попадание в них может привести к потере подъёмной силы крыльев, а также к проблемам с управлением.

Поэтому все воздушные возмущения, созданные предыдущим самолётом, должны успеть рассеяться до появления следующего.

Кстати…

Иногда этот эффект используют военные лётчики, чтобы принудить совершить посадку какой-то недружественный самолёт без применения оружия. Военный самолёт занимает положение перед воздушным судном, заставляя его лететь в своей реактивной струе. Полёт становится небезопасным, пилот вынужден подчиниться и выполнить приказ о посадке.

ЗАДАЧА 29. ВОДЯНЫЕ, ОГНЕВЫЕ, ПЕСОЧНЫЕ —

КАКИЕ БОЛЕЕ ТОЧНЫЕ?**

В давние времена люди пользовались водяными часами. Но такие часы были весьма неточными. Поэтому воду заменили песком. Песочные часы дожили до наших дней и до сих пор иногда используются там, где нужно измерять фиксированный промежуток времени. И всё потому, что они оказались намного точнее водяных!

Почему песочные часы точнее водяных?

Старинные песочные часы ⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀Клепсидра (водяные часы)

 
Контрольный ответ
 

Скорость вытекания воды через отверстие зависит от давления жидкости – чем больше давление, тем выше скорость. Но само давление пропорционально высоте водяного столба. Вода вытекает, высота столба уменьшается, давление меняется. Скорость вытекания воды оказывается непостоянной, а учесть это в конструкции таких часов невозможно.

С песочными часами дело обстоит иначе. Может показаться, что песок течёт, как вода. Но это совсем не так! Давление песка тоже оказывает влияние на скорость его перетекания из одной колбы в другую, но сами песчинки сложным образом взаимодействуют друг с другом. Каждая песчинка давит на соседнюю, стремясь сдвинуть её не только вниз, но и немного вбок. Поэтому давление песка в верхней части колбы передаётся в бóльшей степени на стенки сосуда, а в самом отверстии между колбами остаётся практически постоянным. Песок в таких часах перетекает с постоянной скоростью, периоды времени можно задавать количеством песка. Точность таких часов намного выше.

Схема песчаной кучи

Подумайте…**

Оказывается, ход песочных часов тоже может меняться. Они могут «идти» то немного быстрее, то немного медленнее – в зависимости от температуры.

Как на скорость «хода» песочных часов влияет температура окружающей среды?

Контрольный ответ

При изменении температуры часов в результате явления теплового расширения немного изменяется размер отверстия между верхней и нижней колбами (оно становится чуть уже, если температура падает, и чуть шире, если растёт).

Размер песчинок тоже меняется, но коэффициенты теплового расширения песка и стекла не совпадают. Поэтому скорость протекания песка при разных температурах будет различной.

Кстати…

А ещё существовали огневые часы. Они были изобретены в Китае около 3 тысяч лет назад! Посмотрите на рисунок и догадайтесь, как они работали.

ЗАДАЧА 30. СПАСИТЕ НАШИ УШИ!**

В момент взлёта и посадки самолёта у многих пассажиров возникают неприятные ощущения. «Закладывает уши», сдавливает голову, иногда ухудшается зрение и слух.

Раньше перед взлётом и посадкой стюардессы раздавали пассажирам леденцы. До сих пор есть леденцовая карамель «Взлётная». И до сих пор раздают леденцы на авиалиниях, которые используют самолёты предыдущего поколения.

Почему при взлёте и посадке «закладывает уши» и зачем перед взлётом пассажирам раздают конфетки?

Контрольный ответ

При подъёме самолёта давление в салоне уменьшается.

Организм не может перестроиться мгновенно. Внутри уха, в полости за барабанной перепонкой, некоторое время давление воздуха остаётся прежним. Эта разница давлений выгибает перепонку наружу, что и вызывает неприятное ощущение.

Глотательные движения помогают сравнять давление внутри уха с внешним давлением. Для этого и дают леденцы. Они усиливают выделение слюны, которую приходится часто глотать, и неприятные ощущения исчезают.

Хотите знать больше?

На высоте порядка 10 км, где летают пассажирские самолёты, атмосферное давление составляет около 200 мм рт. ст. Это почти в 4 раза меньше нормального атмосферного давления (760 мм рт. ст.) Человек, дышащий воздухом при таком давлении, через минуту теряет сознание от недостатка кислорода. Поэтому салон оборудован системой искусственного поддержания давления. Но установление нормального давления происходит не мгновенно. В моменты резкого изменения высоты (а это случается во время взлёта и посадки) возможны кратковременные перепады давления воздуха внутри самолёта.

Есть и ещё одна причина, по которой давление в салоне самолёта немного меньше нормального. Корпус воздушного судна рассчитан на определённый перепад давления снаружи и внутри. Если давление снаружи слишком низкое, а внутри самолёта поддерживается нормальное давление, то перепад давлений может превысить расчётный уровень, что способно привести к разрушению корпуса. Поэтому допускается незначительное уменьшение давления воздуха внутри самолёта. Обычно система поддерживает давление порядка 650 мм рт. ст.

Кстати…