Партнеры
Вход в систему
Яндекс.Метрика
on-line
Сейчас на сайте 0 пользователей и 4 гостя.

МКТ, газовые законы, влажность, свойства жидкостей. [81 − 100]

81(А7). Во время процесса, производимого с одним молем идеального газа, были измерены следующие макропараметры:


Измерение Объем, м3 Температура, К Давление, кПа
1
1
280
2,3
2
1,5

Липкие пальцы.

Методы определения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей.

1. Капиллярный метод.
 Метод основан на использовании соотношения

h = 2σ/(ρgR) = 2σcosθ/(ρgr),

где R = r/cosθ, θ − краевой угол, радиус капилляра − r, радиус кривизны мениска − R.

 Для определения коэффициента поверхностного натяжения жидкости путем измерения высоты h поднятия ее уровня в капилляре известного радиуса r:
σ = ρghr/(2cosθ).

Газовая эмболия.

 С поверхностным натяжением связано и явление газовой эмболии, при котором пузырек газа способен затруднить и даже остановить кровоток в мелких сосудах и лишить кровоснабжения какой-либо орган, что может привести к серьезному функциональному расстройству и даже летальному исходу. Поэтому рассмотрим подробнее поведение пузырька воздуха, находящегося в капилляре с жидкостью.

Гидравлический удар.

 На рис. показана модель водопровода. Из поднятого на некоторую высоту h резервуара, играющего роль водонапорной башни, выходит магистральная труба постоянного сечения S и длины l. Эта труба заканчивается узкой загнутой вверх трубкой сечения S1 с краном, при открывании которого из трубки бьет фонтан.


 С какой скоростью бьет вода из фонтана и на какую максимальную высоту она поднимается?
 С какой скоростью движется вода в магистральной трубе и каково там давление?
 Какое давление будет в магистральной трубе при мгновенном перекрывании крана?

Соляной «маятник».

289. Обыкновенную консервную банку наполните насыщенным раствором соли (для наглядности его подкрасьте), проделайте в донышке банки маленькое отверстие и частично погрузите ее в сосуд с пресной водой. Смешаются ли эти две жидкости? Да, и притом весьма удивительным образом: сначала из отверстия вытечет немного соленой воды, затем в него войдет немного пресной воды и т.д. (рис.). Такие колебания − их период составляет около 4 с − могут продолжаться до четырех дней. Почему возникает такой колебательный обмен жидкостями и чем определяется его период?

Ответ:

Соляные «пальцы».

288. Нечто подобное соленому фонтану вы можете наблюдать у себя дома. Наполните аквариум до половины холодной пресной водой, а сверху осторожно налейте теплый крепкий раствор соли, слегка подкрашенный чернилами. Чернила нужны только для большей наглядности. И тотчас вы увидите, как из слоя раствора начнут протягиваться «пальцы» в нижний слой пресной воды (рис.). Такие «пальцы» можно наблюдать и в отсутствие разности температур между слоями жидкости − достаточно поверх раствора соли налить подкрашенный раствор сахара. Почему вырастают такие «пальцы» и почему они столь устойчивы?

Ответ:

Вечный соленый фонтан.

287. У поверхности тропических морей вода теплая и соленая, с глубиной же она становится холоднее и содержание соли в ней уменьшается. А нельзя ли соорудить нечто вроде вечно действующего фонтана? Для этого надо опустить трубу до дна моря и насосом накачать в нее холодную и более пресную воду. Теперь фонтан будет действовать и без насоса (рис.). Что заставляет его работать и действительно ли вечен такой фонтан?

Ответ:

Удержится ли вода в перевернутом стакане?

286. Представьте себе, что картонка (см. задачу) внезапно исчезла из-под перевернутого стакана. Вода из стакана начинает вытекать. Почему? Разумеется, на нее действует сила тяжести, но разве поверхность воды в начальный момент не находится в равновесии и разве в этом случае не те же самые силы противодействуют силе тяжести, как и в задаче, когда стакан был накрыт картонкой? Когда вы разберетесь во всех этих вопросах, попытайтесь рассчитать, через какое время вода полностью вытечет из стакана. При каком диаметре стакана вода не вытечет из него после того, как картонка исчезнет?

Ответ:

Устойчивость подводной лодки.

281. Каким образом всплывает и погружается подводная лодка? Как она удерживается на определенной глубине под водой? Не нарушают ли устойчивость подводной лодки колебания плотности воды? Конечно, эти колебания можно было бы учитывать и соответствующим образом изменять положение лодки. Но, во-первых, это не очень удобно, а во-вторых − и это самое главное, − подобные изменения могут способствовать обнаружению лодки противником.
 К счастью, в морских глубинах имеются такие слои (их называют термоклинными), где подводная лодка оказывается устойчивой по отношению к колебаниям плотности воды. Каковы особенности этих областей?

Ответ:

Корабль, плавающий в доке.

280. Когда корабль входит в сухой док, док сжимается и вода выходит из него (рис.). Какое минимальное количество воды должно быть под кораблем водоизмещением, скажем, в две тонны, чтобы он еще находился на плаву?

Ответ:
 Корабль будет плавать, пока между его днищем и дном сухого дока еще остается слой воды толщиной примерно в сантиметр. Гидростатическое давление, действующее на корабль, не зависит от количества находящейся под ним воды. Конечно, если слой воды станет тонким, то вода начнет подниматься вверх по стенкам вследствие капиллярных эффектов.

Смотанный шланг.

279. Если вы попробуете налить воду в шланг, как показано на рис., то из другого его конца не выльется ни капли. Да и влить вам удастся очень мало. Почему?

Ответ:

Равновесие частиц свободной поверхности жидкости вдали от стенок сосуда

 Учитывая подвижность молекул или атомов, из которых состоят жидкости и газы, можно рассматривать неподвижность или статическое равновесие только их конечных, не микроскопических («макроскопических», как их часто называют) объемов. Говоря о неподвижных «точках» или «частицах» в покоящейся жидкости, имеют в виду именно такие объемы. Условием их статического равновесия будет по-прежнему равенство нулю геометрической суммы всех сил, действующих на них извне.
 Материальная точка может находится в покое только при условии равенства нулю суммы внешних сил, приложенных к ней

F = F1 + F2 + F3 + … = 0.

Равновесие частиц внутри объема жидкости или газа

 При рассмотрении элементарных площадок, расположенных под свободной поверхностью жидкости, приходится считаться с внешним (или так называемым «поршневым») давлением и внутренним (или «весовым») давлением жидкости.
 До любой точки внутри жидкости неизменным передается только внешнее давление, имеющееся над ее свободной поверхностью. Для жидкости в открытом сосуде таким внешним будет атмосферное давление, если же сосуд закрыт, то внешнее давление будет равно давлению, искусственно созданному над жидкостью.

МКТ, газовые законы, влажность, свойства жидкостей. [61 − 80]

61(410). Тонкий подвижный теплопроводящий поршень делит герметичный цилиндр на две части. С одной стороны от поршня находится m = 1 г воды, с другой стороны − воздух под давлением p = 0,28 атм. Начальная температура в цилиндре t1 = 7 °С. При медленном нагревании поршень в некоторый момент начинает двигаться, при температуре t2 = 100 °С останавливается и при дальнейшем нагревании остаётся неподвижным.