Каминский А.М. Оригинальные качественные задачи. Тепловые явления

1. Почему дым от сигареты поднимается вначале ровной струей, а затем начинает клубиться?

Вначале горячие газы поднимаются медленно, образуя ламинарный поток. Затем архимедова сила ускоряет их настолько, что они начинают клубиться (завихряться). Турбулентность возникает примерно на расстоянии 2 см от сигареты.

2. Почему, если воду расщепить на мелкие капельки, то она может быть охлаждена до –40 °С. Например, капельки воды в облаках замерзают при –17 °С (даже при –30 °С).

Замерзание воды при 0 °С происходит при наличии центров кристаллизации (любые нерастворимые частицы). Когда масса воды велика, в ней всегда найдется хотя бы один центр, а это значит, что замерзнет вся вода. В каплях же лишь небольшая часть имеет центры кристаллизации и замерзнут лишь они.

3. Если утром облака, то позже день будет солнечным. Почему исчезают облака?

Солнечные лучи поглощаются Землей и увеличивается тепловое (длинноволновое излучение) Земли. Облака его поглощают и увеличивается разность температур между основанием и вершиной облака. Это приводит к турбулентным потокам, которые их разрушают.

4. Почему горячая вода замерзает быстрее холодной такой же массы?

Если одинаковые массы горячей и холодной воды выставить на мороз, то более сильное испарение горячей воды приведет к тому, что ее масса уменьшится скорее.

5. Жители Севера растапливают на воду старый морской лед (больше года). Опреснение льда ускоряется, если льдину вытащить на берег. Почему?

Соль во льду находится в ячейках, которые перемещаются вниз под действием силы тяжести в направлении более высокой температуры. Обычно более высокая температура у нижней части (плавает в море или лежит на берегу).

6. Почему на Земле нет гор выше Эвереста, а на Марсе, есть?

Если бы горы на Земле имели высоту больше критической (30 км), то давление на основание было бы такое, что расплавило бы породы. На Марсе меньше сила тяжести, поэтому критическая высота гор там больше.

7. Иногда фокусники погружают руку в расплавленный свинец. Когда это возможно?

Перед погружением в свинец руку смачивают водой, которая создает защитную паровую оболочку.

8. Что вызывает звуки, похожие на удары молотом, в радиаторах водяного отопления?

Звук ударов создается тогда, когда в трубах над водой скапливается горячий пар. Пар, проходя над водой, резко охлаждается, и его давление резко падает. Вода втягивается в область низкого давления и «ударяет» по трубам.

9. Куда дует ветер в грозу?

Если грозовое облако находится на расстоянии несколько километров, то ветер направлен в сторону облака, так как воздушный поток на переднем фронте облака движется вверх. Когда туча близка, то ветер дует от нее, пото му что холодный воздух, увлекаемый дождем, направлен вниз.

10. В 1742 г. шведский ученый А.Целъсий создал ртутный термометр. Температуру кипения воды он принял за 0 °С, а таяния льда за 100 °С. Как выражалась на первоначальной шкале Цельсия температура человеческого тела и поверхности Солнца?

Температура тела человека равнялась 63,4 °С, а поверхности Солнца – 5900 °С.

11. Одну и ту же порцию горючего сжигают на уровне моря и в Гималаях на высоте 8 км. Когда выделится больше энергии?

При сгорании в горах выделится столько же энергии, сколько и на уровне моря. Работа по подъему увеличит лишь потенциальную энергию продуктов сгорания.

12. Температура таяния льда 0 °С. Но зимой снег лежит и при более высокой температуре. Почему?

Снег плохо проводит тепло и имеет большую удельную теплоту плавления. Поэтому он тает очень медленно, и при 0 °С может сохраниться длительное время.