Физические парадоксы, софизмы и занимательные задачи - Ланге В.Н.
Скачать (прямая ссылка):
уравновешивающиеся силы. Однако следует иметь в виду, что силы, в
соответствии с третьим законом Ньютона, всегда появляются парами. Поэтому
если есть направленная вверх архимедова сила, действующая на выделенный
объем, то этот объем действует на остальную жидкость с Силой, равной весу
"вытесненной" жидкости, то есть своему собственному. Эта сила направлена
вниз. Таким образом, хотя "вода в воде и ничего не весит", она все же
давит на нижерасположенные
106
слои и на дно сосуда, ее заключающего, с силои, равной своему весу.
Те же рассуждения можно, конечно, привести и для воздуха.
48
Подъемная сила Егаза некоторого объема газа Угаза равна разности веса
воздуха Яв03Духа, вытесненного газом,
и веса самого газа Ргаза.
FTl
Учитывая, что вес некоторого объема газа может быть выражен в виде
Р - D-g-V,
где D - плотность газа и g - ускорение силы тяжести, мы можем записать:
Ргаза == (^воздуха ^газа) 'S'
Для гелия имеем:
Дне ~ (-^воздуха Т?Не) ' g' У•
Аналогично для такого же объема водорода:
Дн3 = (^воздуха -^н.,) • g ' V.
Рассмотрим отношение подъемных сил:
7не -Овоздуха Дне
FН2 ^воздуха Рц3
Подставляя сюда численные значения плотности гелия, водорода и воздуха,
получим:
р (1,29-0,178)5
= 0,92.
На (1,29 - 0,089)
Отсюда видно, что подъемная сила остается практически неизменной.
107
49
Давление в потоке ветра, проносящегося над крышей, становится меньше, чем
в неподвижном воздухе. Поэтому, если на фронтоне чердака нет окон,
возникает подъемная сила, стремящаяся сорвать крышу или черепицу с нее.
Но достаточно сделать на чердаке окна, как воздух под крышей также придет
в движение, разница давлений над крышей и под ней уменьшится и станет
недостаточной, чтобы причинить ущерб дому.
Парадокс можно сформулировать иначе: почему во время ураганов крыши домов
не продавливаются давлением ветра,, а срываются вверх? Или почему
взрывная волна валит сплошные заборы и оставляет невредимыми тонкие
столбы? Полезно также упомянуть о необходимости открывать рот во время
выстрела артиллерийских орудий, чтобы давление по обе стороны барабанной
перепонки (со стороны ушной раковины и евстахиевой трубы) было
одинаковым.
50
Торможение о берега, дно и прилегающий к поверхности реки воздух приводит
к тому, что быстрее всего движутся слои воды, расположенные на середине
реки, несколько ниже ее поверхности. Распределение скоростей имеет
примерно вид, показанный на рисунке 40.
Поэтому при увеличении нагрузки и осадки нижняя часть плота попадает в
слои с большей скоростью, в связи с. чем плот начинает двигаться быстрее.
Это, между прочим, явилось одной из причин, по которой едва не погиб
Генри Ватцингер - один из членов экипажа "Кон-Рис. 40. Тики" *.
* Тор Хейердал, Путешествие на Кон-Тики, изд. "Молодая гвардия", 1957,
стр. 170, 185-187.
108
ТЕПЛОТА И МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА
51
Сжимаемость жидкостей ничтожна: для, воды уменьшение объема составляет
примерно 0,00005 от первоначального значения на каждую атмосферу
приложенного давления.
Нетрудно подсчитать, что вода сравняется по плотности со сталью при
давлении около 50000 атмосфер. Такие давления существовали бы на глубине
порядка 500 км. Если же учесть сжимаемость железа, потребовалась бы еще
большая глубина. Между тем наиболее глубокое место в океане имеет "всего"
около 11 км.
Интересно отметить, что вода все же значительно сжата собственным весом.
Если бы она могла освободиться от сжатия, уровень воды в мировом океане
поднялся бы на 30 м. Огромные территории низменных областей Земли
оказались бы в результате затопленными.
Высоко над Землей атмосфера очень разрежена, и число молекул е единице
объема невелико. Поэтому, ^хотя каждая мо. екула обладает значительной
кинетической энергией, ч тиц слишком мало, чтобы передать при соударениг
со стенками спутника заметное количество энергии. Наоборот, когда спутник
не освещается лучами Солнца, он отдает в окружающее пространство в
процессе лучеиспускания гораздо больше энергии, чем получает от
ударяющихся о него молекул, и может сильно охладиться, если не приняты
специальные меры против этого нежелательного явления.
Нагревание спутника в плотных слоях атмосферы при посадке происходит
совершенно по иным причинам. Оно объясняется трением поверхности спутника
о воздух.
52
109
53
Полет метеорита через земную атмосферу длится всего несколько секунд. За
такое короткое время тепло, возникающее при трении метеорита о воздух, не
успевает проникнуть в его толщу, так как теплопроводность метеоритного
вещества, как и пород земной коры, мала. Поэтому, хотя поверхность
метеорита, как правило, оплавлена, в его глубине сохраняется температура
космического пространства. При падении в воду поверхностные слои быстро
охлаждаются и его поверхность покрывается коркой льда, как покрывается
тонким слоем льда брошенный в воду сильно охлажденный кусок железа.
Факт, описанный в задаче, не выдуман, и сообщения о нем приводились в
научной печати.
