Zebrane tutaj interesująca informacja i zabawne zadania związane z wodą, pływaniem w wannie i na plaży, lodem, górami lodowymi, bąbelkami i tak dalej. Najpierw pojawiło się pięć moich tekstów z rubryki „Boom Informacyjny”, potem dwa artykuły z magazynu „Nauka i Życie”
Nie potrzebuję manny z nieba
Chcę tylko kąpieli, kąpieli...
Stara studencka piosenka
Jeśli nie będziesz przeprowadzał eksperymentów podczas kąpieli w wannie, to jesteś zagubiony i marnujesz czas w wannie, o której, jak wiadomo, pisał Kozma Prutkov wrzucając kamyki do wody, a kąpiel – krzyknął entuzjasta Archimedes. Kąpiel w wannie pod względem ilości i atrakcyjności wszelkiego rodzaju wrażeń konkuruje z grami komputerowymi, a próba ich połączenia zapewni nam wiele przyjemnych chwil.
Podczas zbierania wody spójrz na ściany i podłogę, które zwykle są wyłożone kafelkami. Jeśli będziesz mieć szczęście i rzędy w Twoim murze będą przesunięte, zobaczysz wspaniały efekt - rzędy płytek nie są równoległe! „Iluzja ściany z płytek” pojawia się, gdy patrzymy na płaszczyznę pokrytą naprzemiennymi kwadratami lub prostokątami oddzielonymi cienkimi „szwami”. Iluzja to jest to linie poziome wydają się zbiegać w stronę lewą lub prawą. Dlaczego myślisz poziomo?
Naszkicuj program wyświetlający na ekranie szachownicę, w której rzędy przesuwają się jeden po drugim i obserwuj iluzję. Możesz nawet zbadać zależność zbieżności rzędów od wielkości przesunięcia, kontrastu kolorów kwadratów oraz jasności i szerokości szwów między rzędami.
Ile jest opcji układania płytek z identycznych regularnych wielokątów? A co z dwoma typami wielokątów foremnych? A co powiesz na trzy rodzaje? Czy można wyłożyć podłogę identycznymi pięciokątnymi płytkami? A co z siedmiokątnymi?
Kiedy o tym myśleliśmy, napełniła się woda. Swoją drogą, nawet siedząc w gorącej kąpieli, przez chwilę odczuwamy dreszcze – dlaczego?
Wielu kąpiących się śpiewa podczas kąpieli. Jak myślisz, dlaczego fajnie jest śpiewać w wannie? Szczególnie ulubione piosenki Michaiła Szczerbakowa:
Mówię o tej burzy i szkwale
Nie wiedziałem, nie wiedziałem.
Jestem teraz na Fontance
Chodził w białej koszuli.
No cóż, ze względów bezpieczeństwa nie potrzebujemy jeszcze burz i szkwałów, ale spróbujemy uzyskać fale lub wezbrania. Swoją drogą, czy możesz komuś wytłumaczyć, czym jest falowanie lub falowanie? Pamiętaj, że na pewno gestykulujesz, pomagając sobie dwoma palcami.
Wibruj tymi dwoma palcami na powierzchni wody, obserwując cień powstałych fal. Spróbuj zmienić odległości między palcami i fazy wibracji, zobacz, jak wpływa to na punkty węzłowe powstałego obrazu. A co jeśli skorzystasz z trzech źródeł? Piękne obrazy dyfrakcyjne z programami zostały omówione bardziej szczegółowo w artykule„Eksperymenty z wodą (rozpryskiwanie fal zimnych)”.
Jeśli z oczywistych powodów jesteś uczulony na sformułowanie „trzy źródła” lub ogólnie jesteś zbyt leniwy, aby podczas kąpieli cokolwiek robić, możesz po prostu przemyśleć kilka pytań, aby kąpiel nie wyglądała jak pusta rozrywka.
Co by się stało, gdyby współczynnik załamania światła w wodzie wzrósł dziesiątki lub setki razy - czy widzielibyśmy nasze ciało pod wodą? Czy widziałbyś coś spod wody?
Góry lodowe topią się od dołu, gdy unoszą się na wodzie, a czasem wywracają się. Jak to wytłumaczyć – w końcu niezależnie od tego, jak topnieje góra lodowa, nadal jest ona 7/8 pod wodą, a środek ciężkości znajduje się znacznie niżej niż powierzchnia wody? Czy potrafisz narysować konfigurację góry lodowej, która ma się wywrócić? I pamiętajcie, we wszystkich książkach o zabawnej fizyce znajduje się pływająca pionowo świeca - nie gaśnie, dopóki nie zużyje się całej parafiny. I nie przewraca się - w końcu topi się z góry, a nie z dołu.
Jeśli narysujemy linię wodną na górze lodowej, czy podniesie się ona, czy opadnie pod wodę, gdy góra lodowa topi się od góry w wyniku nagrzania przez promienie słoneczne? A kiedy topi się od dołu?
Zmęczony? A może odpocząłeś? Możesz się wysuszyć... do następnej kąpieli. Na ile pytań odpowiedziałeś?
Wujek Styopa wcześnie rano
Szybko wstał z kanapy,
Okna były szeroko otwarte,
Wziąłem zimny prysznic.
Wujek Styopa myje zęby
Nigdy nie zapomniałem.
Siergiej Michałkow. Wujek Styopa
Co wolisz – wannę czy prysznic?
- Tylko w łazience możesz bawić się żółtym kaczątkiem.
Z wywiadu z Alexem Exlerem dla magazynu INVERSION
Och, ten Exler, ukradł i wyciął planowany artykuł o duszy ze swoją odpowiedzią. Nie o prysznicu mi, którego istnieniu zaprzeczają materialiści, ale o d Na więcej, którego obecności materialiści nie mogą zaprzeczyć. Ale wsparcie prysznicowe nadeszło z nieoczekiwanego kierunku. Czy lubisz kąpiele lodowe lub prysznice? Według Nikołaja Kozłowa, autora „Opowieści filozoficznych”, który głosi luźną postawę w relacjach międzyludzkich, zabiegi te wiążą się ze stresem psycho-emocjonalnym, wpływającym na dalsze zachowanie. Postawa tej strasznej procedury jest również odciśnięta w podświadomości. Zatem pod lodowatym prysznicem stoimy z (być może) podniesioną głową, a w wannie leżymy pokornie, również z rękami skrzyżowanymi na piersi, więc wybierajcie.
I jednocześnie myśl. Dlaczego cienki strumień cicho wpada do wody, gdy przepływ wzrasta do pewnej granicy, pojawia się hałas, a nawet przed przejściem z reżimu laminarnego w turbulentny?
Dlaczego ciągły strumień podczas opadania staje się cieńszy i zaczyna rozpadać się na krople? Jak początek rozpadu na kropelki zależy od grubości strumienia?
Jeśli wiszący elastyczny prysznic, odchylany przez siłę reakcji płynącej wody, zmniejszy powierzchnię otworów przy tym samym przepływie wody, to jak zmieni się kąt odchylenia prysznica? Dlaczego podlewając wężem zawężamy wylot, aby zwiększyć zasięg strumienia? W jaki sposób ograniczone jest zwiększenie zasięgu nawadniania w wyniku kompresji?
Jak działa armatka wodna? Jak osiągana jest moc strumienia - ze względu na natężenie przepływu, ciśnienie lub natężenie przepływu?
Jeśli pionowa fontanna, na której spoczywa piłka, zostanie lekko przechylona, co się stanie z piłką? Czy piłka obraca się w strumieniu?
Jak kulka w kształcie melona zachowa się w strumieniu?
Skieruj strumień na ścianę i przyjrzyj się kształtowi wody rozlewającej się po ścianie - czy jest to parabola? Jak zmienia się jego wygląd, gdy strumień jest przechylony? Wraz ze wzrostem ciśnienia?
Wróćmy do fontanny – skierujmy strumień pionowo w górę i wyobraźmy sobie, że jego wysokość jest proporcjonalna do promienia Ziemi (a tyle nas to kosztuje). Czy szczyt fontanny będzie odbiegał od pionu? Opór powietrza i wszystkie wiatry nie są brane pod uwagę. Jeśli tak, to w jakim kierunku? A kiedy woda spadnie na Ziemię, czy powróci do źródła, czy spadnie gdzie indziej? Podczas przeprowadzania eksperymentu na równiku, w którym kierunku od źródła przesunie się punkt uderzenia, na zachód czy na wschód? W którą stronę należy przechylić fontannę na równiku, aby woda wróciła do źródła? Oszacuj kąt nachylenia, gdy wysokość fontanny jest równa promieniowi Ziemi.
A co jeśli znajdziemy się na biegunie? Czy strumień fontanny wznoszący się pionowo na biegunie będzie się obracał? Jak jego skręcenie wpłynie na spiralę skierowaną w dół i upadek? Czy skręcenie wpłynie na odchylenie miejsca upadku? A jeśli strumień zostanie nieco przechylony, dokąd powróci woda, gdy spadnie? Zakładamy oczywiście, że Ziemia obraca się dość szybko, aby mieć czas na wywołanie niezbędnych efektów.
Prysznic i kubek pomogą Ci eksperymentalnie poradzić sobie z trudnym zadaniem. Powiem ci prosto – główna atrakcja zabawnego pływania. Jeśli jest wiatr, czy ilość wody deszczowej wpadającej do wiadra zmieni się w porównaniu do sytuacji, gdy nie ma wiatru? Oczywiście tak. A co jeśli przy spokojnej pogodzie nie będziesz stać, ale będziesz chodzić z wiadrem? Jasne, że nie, to się nie zmieni. A jeśli na wietrze będziesz chodzić z prędkością wiatru, oczywiście pod wiatr? To oczywiste? Nie spiesz się, to nie jest takie proste.
Najlepszym lekarstwem na depresję jest gorąca kąpiel i Nagroda Nobla.
Dody Smith
Kąpiel jest gotowa.
W zielonkawej wodzie
Włosy unoszą się.
Włodzimierz Gertsik. Antologia rosyjskiego haiku i tercetów
Czy jest Ci zimno pod prysznicem lub w deszczu? Wróćmy do kąpieli, przestańmy marznąć, dolejmy gorącej wody, rozwiązując po drodze elegancki (doceńmy piękno stanu) problem. W wannie napełnionej do otworu odpływowego znajdowało się M 1 kg wody o temperaturze T 1. Odkręcono kran, dodając M 2 kg na minutę wody o temperaturze T 2 w taki sposób, aby woda natychmiast się wymieszała, a nadmiar spłynął do otworu spustowego. Jaka temperatura będzie miała woda po t minutach? A jeśli nadwyżka nie odpłynie, jak zmieni się odpowiedź? Należy uważać, aby nie zalać dolnego piętra nadmiarem.
Jeśli zabarwisz gorącą wodę wlewaną do zimnej kąpieli (na przykład kryształem nadmanganianu potasu), wówczas widoczne będą jej „rękawy” i rozgałęzione pędy, które przez długi czas nie mieszają się z wodą. otaczająca woda. Dlaczego granica trwa tak długo?
Jeśli ostrożnie umieścisz spinacz biurowy na wodzie, nie opadnie; będzie utrzymywany na miejscu dzięki napięciu powierzchniowemu. Jeśli do wody dodasz mydło, spinacz opadnie i napięcie powierzchniowe spadnie. Ale to woda z mydłem wytwarza pianę, czy te fakty nie wydają się Wam sprzeczne?
Gdzie pękają bańki mydlane?
Skąd pochodzi tęczowy pasek na bańce?
Jeśli zanurzysz koniec wiszącej liny z gazy w spodku z wodą, cała woda unosząca się wzdłuż liny trafi do niego. Pod wpływem jakich sił zewnętrznych zmienił się środek ciężkości układu?
Na jakiej zasadzie opiera się działanie gazu naftowego (czy ktoś pamięta to cudowne naczynie?) i jak regulowano w nim płomień?
Czy lampka alkoholowa będzie się świecić stacja Kosmiczna w zerowej grawitacji?
Jeśli podniesiesz szklankę spod wody do góry nogami, będzie w niej woda. Czy ryba tam popłynie i co się z nią stanie, jeśli wypłynie do góry? Szkło oczywiście nie jest ograniczone pod względem wielkości. Ryba oczywiście nie będzie mówić o swoich uczuciach, a ponadto nie spełni naszych głupich pragnień. Co stanie się z płetwonurkiem wznoszącym się w takiej szklance? Jak wysoko może wznieść się? Jak będzie się czuł, kiedy powstanie? Jaka jest temperatura w pustce Torricellego?
Jeśli zrobisz dziurę w boku słoika z wodą, czy woda wleje się do niego, gdy dzbanek swobodnie opadnie?
Dlaczego woda nie wypływa z węża owiniętego wokół bębna?
Dlaczego największą gęstość wody obserwuje się przy czterech stopniach, a wraz ze spadkiem temperatury woda rozszerza się?
Gorąca herbata po kąpieli to miła rzecz. Oby Denis Szumakow wybaczył nam wtargnięcie do jego felietonu, ale są palące pytania. Dlaczego liście herbaty zbierają się na dnie pośrodku podczas mieszania herbaty w szklance? Gdzie będą liście herbaty, jeśli szklanka obraca się na dysku?
I stary problem z „Arytmetyki” Magnitskiego (opublikowanej po raz pierwszy 300 lat temu) dotyczący liści herbaty: ktoś ma trzy odmiany herbaty: cejlońską za 5 hrywien za funt, indyjską za 8 hrywien za funt i chińską za 12 hrywien za funt. W jakich proporcjach należy zmieszać te trzy odmiany, aby otrzymać herbatę wartą 6 hrywien za funt? Czy to jedyne rozwiązanie? Nawiasem mówiąc, Archimedes według legendy rozwiązywał problem udziału złota w koronie greckiego króla, gdy odkrył swoje wielkie prawo. Jak określiłbyś swój rozmiar ciała, siedząc w wannie?
Każdy, kto przeszedł w szkole „Burzę” Ostrowskiego, pamięta, jak bała się żona pewnego kupca: co, jeśli parowiec wypłynie na głębokie miejsce - utonie! Jeśli uważasz, że jest głupia, spróbuj odpowiedzieć na pytanie: jeśli wrzucisz do wody duży kamień (nie, nie księżniczkę) z łódki pływającej w basenie, czy poziom wody w basenie zmieni się? Nie spiesz się, prawdopodobnie się mylisz. A jeśli utopisz pływającą łódkę, co stanie się z poziomem wody w basenie?
Jeśli masz ołówek, zanurz go do połowy w wodzie i spójrz na jego cień na dnie wanny - czy ma poprzeczkę? Dlaczego?
Zbiornik na wodę stojący na wózku bez tarcia ma z jednej strony kran skierowany w dół. Czy zbiornik będzie się przesuwał po wypłynięciu całej wody z kranu? A w trakcie wycieku? A co jeśli kran będzie skierowany poziomo?
Teraz jest mało prawdopodobne, aby trudny problem, który wymyśliłem, został przez ciebie rozwiązany, po prostu oceń piękny stan. Na nachylonej płaszczyźnie (aczkolwiek pod kątem α do poziomu) znajduje się nieważkie, cylindryczne szkło (o promieniu okręgu r), do którego kapią krople (każda o masie m). Po ilu kroplach szklanka się przewróci?
Wróćmy jednak do kąpieli. Wszelkie eksperymenty z płynami byłyby niepełne bez problemu z transfuzją, ten najczęściej spotykany, obecny we wszystkich rozrywkowych kolekcjach. Beczkę z ośmioma wiadrami należy podzielić na pół, używając beczek z trzema i pięcioma wiadrami.
I wreszcie, jeśli to wyrażenie nadaje się do pływania, klasyczne problemy z „wodą” dotyczą rur wypełniających basen. Obydwa problemy po rozwiązaniu prowadzą do nieoczekiwanych rezultatów, spróbuj je wyjaśnić.
Wanna się zapełnia zimna woda w 6 minut 40 sekund, gorąco w 8 minut. Co więcej, jeśli z pełna kąpiel wyjmij korek, woda wypłynie w ciągu 3 3/7 minut. Ile czasu zajmie całkowite napełnienie wanny, zakładając, że oba krany są odkręcone, ale wanna nie jest zatkana?
Całkowicie otwarty zimny kran napełnia wannę w 10 minut. Otwarcie do połowy kranu z ciepłą i zimną wodą spowoduje napełnienie wanny w ciągu 20 minut. Ile minut potrzeba, aby gorący kran napełnił wannę? Spróbuj wyjaśnić uzyskany wynik, a zwłaszcza odtworzyć go w swojej kąpieli. To wszystko, możesz się wytrzeć. Rozważymy paradoksy związane z lejkiem podczas opróżniania, śpiewem w wannie, płatkami śniegu, mgłą i chorobą dekompresyjną podczas kolejnej kąpieli.
Przeczytaj o wywracaniu gór lodowych i prawie wszystkim o wodzie.
Popularnie dyskutowano o napięciu powierzchniowym.
Fale kwadratowe i drogi podkład
Daniłow był w trasie po Taszkiencie, kiedy ciastko Iwan Afanasjewicz, zamieniając się w coś przezroczystego i zielonego, wzleciał w niebo Ostankino z kryształowym dzwonieniem i został zabrany do miejsca, z którego nie ma powrotu. Daniłow usłyszał o tym, co się stało, i był zdenerwowany. Kochał Iwana Afanasjewicza.
Włodzimierz Orłow. Skrzypek Daniłow
W. KOTOW (miasto. Niżny Nowogród)
Połączmy relaks na plaży z uwzględnieniem fizycznej istoty zjawisk zachodzących podczas tego procesu. Zwykłym cudem jest światło słoneczne. Dzięki niemu bez dotykania przedmiotów mamy wyobrażenie o ich kształcie, względnym położeniu i charakterze ich powierzchni. Wielobarwny świat zawdzięczamy światłu. A na plaży cieszymy się ciepłem słońca - energią promieniowania elektromagnetycznego ze Słońca.
Przypomnijmy, że pomiędzy źródłem promieniowania – Słońcem a naszą Ziemią – znajduje się 150 milionów kilometrów niemal całkowitej próżni. Promieniowanie elektromagnetyczne pokonuje tę odległość w ciągu ośmiu minut prawie bez strat, zauważalnie podgrzewając wszystkie obiekty na plaży.
Zastępując ciało gorącymi promieniami, wyobraźmy sobie, jaką moc ma ich źródło – reaktor termojądrowy Słońce – jeśli tłumienie promieniowania od niego odbiegającego jest proporcjonalne do kwadratu odległości, a Ziemia stanowi tylko około półmiliardową część (0,45,10 -9) jego promieniowania. Ale to wystarczy, aby stworzyć sprzyjający klimat i warunki życia na planecie.
Widmo promieniowania słonecznego jest szersze niż obszar widzialny. Pojawienie się opalenizny na skórze zawdzięczamy działaniu promieni ultrafioletowych leżących poza jej granicą krótkofalową.
Porównaj, jak biały ręcznik i czarna kula nagrzewały się pod słońcem. Jeśli jasne przedmioty nagrzewają się stosunkowo słabo, ciemne prawie płoną po ich dotknięciu. Dlaczego?
Kolor ciał zależy od tego, jak odbija się ich powierzchnia fale elektromagnetyczne. Obiekty pochłaniające fale elektromagnetyczne z całego zakresu, w tym zakresu widzialnego, emitują podczerwień, czyli promienie termiczne. Są przez nas postrzegane jako ciemne. Odbija światło widzialne - jak światło. Dlatego ciemne obiekty nagrzewają się znacznie bardziej niż jasne: pochłaniają więcej energii. Przenikanie ciepła z bardziej nagrzanego ciała do mniej nagrzanego ciała w momencie ich zetknięcia, również poprzez przewodzenie ciepła. Przewodność cieplna materiałów pokrywających plażę, niezależnie od tego, czy jest to piasek, czy kamyki, jest niska. Gdy w najgorętszy dzień przebijesz się przez nagrzaną powierzchnię, dotrzesz do leżących pod nią zimnych warstw. Nie bez powodu lekarze ostrzegają: jeśli długo leżysz w jednym miejscu, nawet w upale, możesz przeziębić się. Winą za to jest wymiana ciepła między ludzkim ciałem a zimnymi warstwami piasku, które odbierają ciepło.
Przyjrzyjmy się kolejnemu cudowi natury – zwykłej wodzie i jej pozornie oczywistym, a jednak niesamowitym właściwościom.
Woda w przeciwieństwie do ciał stałych łatwo zmienia swój kształt, jednak w odróżnieniu od powietrza wykazuje zauważalny opór ruchu i utrzymuje stałą objętość.
Ciała stałe zachowują swój kształt i objętość dzięki dużym siłom interakcji, które ściśle utrzymują cząstki składowe pewne miejsca. Zniszczenie wymaga dużej siły i prawie zawsze jest nieodwracalne. W gazie cząsteczki poruszają się losowo i oddziałują tylko poprzez zderzenia.
W wodzie (i innych cieczach) cząsteczki są powiązane ze sobą mniejszymi siłami niż w ciałach stałych i poruszają się dość łatwo. Dlatego woda może zmieniać kształt, ale utrzymuje stałą objętość. Dzięki temu z łatwością można wejść do wody i poruszać się w niej, pływać i nurkować, a także dzielić ją na porcje, polewać i pluskać.
Uczucie niemal całkowitej nieważkości – najbardziej wyraziste wrażenie podczas pływania – jest efektem działania siły wyporu.
Unoszące się w cieczy dowolne ciało zastępuje, wypierając, pewną jego masę. A ponieważ znajdowało się w równowadze, ponieważ jego siła ciężkości (ciężar) była równoważona przez siłę wyporu otaczającej cieczy, to na każde ciało pływające działa siła wyporu równa ciężarowi cieczy wypartej przez to ciało (patrz „ Nauka i Życie” nr 5, 2003).
Teraz czas wejść do wody.
Jeśli zejście na głębokość przebiega po zboczu pokrytym ostrymi kamykami, to w miarę zanurzania się w wodzie kamyki coraz mniej ranią bose stopy. Siła wyporu chroni Cię przed nieprzyjemnymi doznaniami, w wyniku działania których zmniejsza się ciężar ciała, a co za tym idzie jego nacisk na dno.
Pływacy wysokiej klasy podczas zawodów podnoszą głowy nad wodę tylko po to, aby wdychać i wydychać do wody. I nie jest to kaprys, ale konieczność. Chodzi tu o uwzględnienie działania siły wyporu. Dzięki niemu osoba dorosła ważąca 75-80 kg waży zaledwie 4-5 kgf, gdy ciało jest całkowicie zanurzone w wodzie. Ale gdy tylko podniesie głowę i ramiona nad powierzchnię, jego waga wzrasta do 30-35 kgf. Pływacy starają się nie marnować dodatkowej energii, aby utrzymać się na powierzchni.
Czym byłoby pływanie bez wskakiwania do wody? Ale wraz z przyjemnością skoczków czekają kłopoty - zderzenie z wodą, krótkotrwały proces hamowania przez nią skoczka. Hamowanie może być ostre lub płynne, w zależności od prędkości skoczka i konfiguracji jego ciała w momencie kontaktu z wodą. Im większa prędkość (im większa wysokość, z której wykonywany jest skok) i im większa powierzchnia kontaktu ciała z wodą w początkowej chwili nurkowania, tym ostrzejsze jest hamowanie, a co za tym idzie, bardziej bolesne uderzenie w wodę. Dlatego wskakiwania do wody z podwyższonej pozycji nie należy wykonywać na brzuchu, ale z głową lub stopami do przodu - „jaskółka” lub „żołnierz”.
Jeśli nie chcesz skakać, możesz przeprowadzić mniejszy eksperyment z wpływem na wodę: uderz w powierzchnię zbiornika najpierw płaską dłonią, a następnie jej krawędzią. Ostre uderzenie dłonią może wytrącić Ci rękę! A wodoodporność w dużym stopniu zależy od prędkości ruchu. Jeśli poruszasz się powoli w wodzie, prawie nie czujesz oporu. Ale wraz ze wzrostem prędkości siła oporu gwałtownie wzrasta i w pewnym momencie nie ma już wystarczającej siły, aby poruszać się szybciej. Wiele ryb natomiast potrafi rozwijać ogromne prędkości: tuńczyk – do 90 km/h, włócznik – do 120 km/h, ale „wiedzą”, jak” znacznie zmniejszyć opór wody (patrz „Nauka i życie” nr 2). 12.2001.).
Wśród kamyków na pewno nie zabraknie płaskich kamyczków, którymi można spuszczać „naleśniki” po wodzie. Dlaczego kamienie rzucone płaską stroną po powierzchni wody nie toną od razu, lecz odbijają się rykoszetem, a nawet ślizgają się po powierzchni wody?
Aby woda wyrzuciła kamień, konieczne jest, aby nie mogła pokonać swojej bezwładności, lub mówiąc prościej, aby woda nie miała czasu rozstać się z kamieniem podczas uderzenia. Aby to zrobić, należy ograniczyć siłę i czas pionowego uderzenia kamienia w wodę, czyli wybrać kamień o dużej powierzchni, a co za tym idzie, niskim ciśnieniu na powierzchnię wody i stworzyć mały pionowy składową prędkości kamienia ze znaczącą prędkością poziomą. Kamień szybko mija miejsce kolejnego uderzenia wodą, wykonując kilka skoków.
W przeszłości w działaniach wojennych używano rykoszetu wodnego. Pozwoliło to strzelcom dział morskich zwiększyć zasięg ognia 2-3 razy. Według naocznych świadków tamtych lat kule armatnie wystrzelone po płaskiej trajektorii skakały z fali na falę, uderzając w wrogie statki w pobliżu ich linii wodnej.
Teraz dotarłeś do głębin, gdzie możesz pływać, nurkować i pluskać się do woli.
Weź garść wody i wyrzuć ją w powietrze. Z dłoni wypadnie bezkształtna grudka. A ponieważ w locie bryła ta znajduje się w stanie nieważkości (jak każde swobodnie spadające ciało), za jej powstanie odpowiedzialna jest siła napięcia powierzchniowego. Powstaje na skutek specjalnych właściwości powierzchniowej warstwy wody, na skutek oddziaływania cząsteczek, w których woda zdaje się znajdować w elastycznej, ściśliwej otoczce. Siła napięcia powierzchniowego ma tendencję do zmniejszania powierzchni wody tak bardzo, jak to możliwe. W cienkich miejscach grudki i jej wyrostków tworzą się zwężenia i rozpada się na wiele kulek natryskowych, ponieważ kula ma minimalną powierzchnię dla danej objętości substancji.
Teraz napełnij dłonie wodą i wypuść ją cienkim strumieniem. Płynący strumień zauważalnie się zwęża: jasny przykładże swobodny spadek ciał następuje z przyspieszeniem. Ponieważ strumień jest nierozłączny, przez jego przekrój u dołu i u góry przepływają równe ilości wody w jednostce czasu. A wraz ze wzrostem prędkości średnica strumienia maleje.
Nie zapominaj, że woda, która ma dużą pojemność cieplną i stosunkowo niską temperaturę, stale odbiera ciepło z Twojego ciała. A im większa jest różnica temperatur między ciałem człowieka a wodą, tym szybciej przebiega ten proces. Aby uzupełnić utratę ciepła, należy poruszać się energicznie i nie pozwalać sobie na dreszcze.
A teraz na ciepły piasek, pod gorące promienie słońca!
Energicznie wycierasz się ręcznikiem, odwracasz się w stronę słońca, najpierw w jedną, potem w drugą stronę i czujesz przyjemne ciepło rozchodzące się po całym ciele. Jeśli nie wytarłeś skóry, a wiał wiatr, od razu poczujesz nieprzyjemne zimno. Parowaniu wody z mokrej skóry towarzyszy spadek temperatury ciała w miarę jej utraty energia cieplna. Najszybsze cząsteczki wody przeznaczają część swojej energii kinetycznej na wykonanie pracy (pokonanie oporu powierzchniowej warstwy wody), a resztę niosą ze sobą. Kiedy wieje wiatr, wzrasta wymiana ciepła: powietrze unosi cząsteczki wody, które wyparowały z ciała, a wraz z nimi energię cieplną.
Czy zastanawiałeś się kiedyś, dlaczego po wyjściu z wody człowiek musi się wyschnąć? Dlaczego woda pozostaje na skórze po kąpieli i nie spływa?
Faktem jest, że ludzka skóra, w przeciwieństwie do, powiedzmy, pokrytego tłuszczem upierzenia ptactwa wodnego, jest zwilżana przez wodę - siły oddziaływania międzycząsteczkowego przyciągają cząsteczki wody do skóry silniej niż do siebie nawzajem. Ponadto dzięki zmoczeniu możliwe staje się osuszenie ręcznikiem. Cząsteczki wody są bardziej przyciągane przez tkaninę ręcznika niż przez skórę i po wysuszeniu przenoszą się ze skóry na ręcznik. Wyobraźmy sobie, że ręcznik jest wykonany z syntetycznej tkaniny, która odpycha wodę. Wtedy po prostu rozmazałby wodę, nie wchłaniając jej.
Kontynuujmy rozmowę na temat moczenia, zwłaszcza, że jeden z jego przejawów na plaży znajduje się dosłownie pod nogami.
Jeśli zaczniemy kopać na plaży suchy piasek (co już zrobiliśmy), wkrótce dotrzemy do mokrego piasku. Im głębiej kopiesz, tym więcej wody będzie w nim, mimo że poziom zbiornika znajduje się znacznie niżej. W zależności od wielkości ziaren piasku woda podnosi się do wysokości 30-60 centymetrów!
Mamy tu do czynienia ze zjawiskiem kapilarnym, które opiera się na napięciu powierzchniowym wody i jej właściwościach zwilżających. Luźno przylegające do siebie ziarna piasku tworzą wiele wąskich przejść – naczyń włosowatych. Woda zwilża ziarna piasku, otacza je i unosi się wzdłuż ścian naczyń włosowatych na skutek znacznych sił przyciągania molekularnego. Im węższe kapilary (mniejsze ziarna piasku), tym mniejsza jest w nich masa wody i dlatego może ona wzrosnąć do większej wysokości.
Przyjrzyjmy się teraz szczegółowo, jak zwilżany jest suchy piasek. Wsypmy kupkę suchego piasku do płytkiej wody i prześledźmy granicę pomiędzy suchym i mokrym piaskiem. Woda zwilżająca piasek unosi się przez kapilary zjeżdżalni stożkowej. Obejmuje i wciąga, układając z maksymalną gęstością, jedno ziarenko piasku za drugim. Podstawa stożka, gdzie piasek jest już mokry, okazuje się bardziej płaska i gęstsza niż jego suchy wierzchołek.
Siła przyciągania molekularnego jest dość silna. To właśnie pozwala budować pałace i fortece na plaży i w piaskownicy. Skomplikowane konstrukcje zbudowane z wilgotnego piasku, gdy wyschną, nieuchronnie się rozpadają. Wszelkie zabawy dzieci pleśnią i mokrym piaskiem opierają się na sile molekularnego oddziaływania piasku (materiału budowlanego) i wody (spoiwa) (por. „Nauka i Życie” nr 6, 1998). To stwierdzenie można łatwo zweryfikować, próbując zbudować coś z piasku pod wodą: nie wyjdą nic poza delikatnymi wzniesieniami (jak z suchego piasku), ponieważ siła oddziaływania z wodą nie utrzymuje już razem ziaren piasku. Woda nie znajduje się już tylko pomiędzy ziarnami piasku, ale otacza je ze wszystkich stron, a działanie cząsteczek wody na ziarna piasku jest wzajemnie równoważone.
Spacer po pasie mokrego piasku w pobliżu wody. Zwróć uwagę na pojawiające się wokół stóp pasma jasnego, pozbawionego wody piasku, które wkrótce ciemnieją, nasiąkając wodą (por. „Science and Life” nr 9, 1978).
Rozjaśnianie piasku można wytłumaczyć w prosty sposób: w piasku wyciśniętym do góry odległości między sąsiednimi ziarnami piasku zwiększają się, a zawarta w nim woda nie jest już w stanie wypełnić pustych przestrzeni, zwłaszcza na zewnątrz. Stare naczynia włosowate ulegają zniszczeniu, a podniesienie się nowej porcji wody i odbudowa naczyń włosowatych wymaga czasu. Sam mechanizm wyciskania piasku jest dość ciekawy. Wraz z prostym ruchem ziaren piasku następuje: w piasku nasyconym wodą ziarna piasku układają się z maksymalną możliwą gęstością (co już zaobserwowaliśmy), a wpływ zewnętrzny powodujący odkształcenia ścinające prowadzi do wzrostu w objętości zajmowanej przez piasek. Zjawisko to po raz pierwszy wyjaśnił angielski fizyk O. Reynolds w 1885 roku.
Piasek pokrywający plażę, podobnie jak inne substancje ziarniste, może występować w postaci cieczy lub ciała stałego, w zależności od warunków zewnętrznych. Każdy słyszał o ruchomych piaskach i wie, jak piasek przepływa między palcami. A jednocześnie zgodnie z opinią budowniczych i wbrew słynne powiedzenie nie ma lepszego podłoża niż ubity piasek.
Teraz wszedłeś na piasek plaży. Chodzenie po suchym piasku nie jest takie proste – stopy w nim utkną. Jeśli piasek tak łatwo poddaje się działaniu stóp, jak wygodnie będzie na nim leżeć!
Rzucasz się na piasek i czujesz, że Twoje nadzieje się nie spełniły: leżenie na piasku nie jest zbyt miękkie. Wszystkie jego nieprawidłowości nie spieszą się, aby wygładzić się pod ciężarem ciała.
Co się dzieje? Piasek jest zbyt miękki, aby po nim chodzić i niezbyt giętki, aby wygodnie się na nim położyć. Co wyjaśnia tę różnicę?
Cóż, oczywiście, różne wielkości siły działającej na jednostkę powierzchni - różne naciski ciężaru osoby. Ułóż łóżko na piasku tak, aby dopasowywało się do wszystkich krzywizn ciała – ciężar zostanie rozłożony na dużej powierzchni, ciśnienie spadnie, a leżenie będzie bardzo wygodne.
Teraz weź dwie garści suchego piasku i powoli wsypuj go przez szczelinę między dłońmi. Należy pamiętać, że jako pierwsze wysypują się ziarenka piasku leżące bezpośrednio nad otworem. A potem - ziarenka piasku z wierzchniej warstwy piasku, w której tworzy się lejek. Przechyl dłonie. Lejek nadal tworzy się dokładnie pionowo nad otworem. Co zapobiega wcześniejszemu wysypywaniu się innych ziaren piasku znajdujących się wokół otworu w dolnych warstwach, czyli bliżej niego?
Kontynuujmy eksperyment. Weź kartkę papieru, zwiń ją w rulon, ułóż poziomo i przykryj zewnętrzną stronę suchym piaskiem. Struktura papieru wytrzyma dość duże obciążenia. Siłę zapewnia nie tylko rurowy kształt; Potrzebujesz grubej warstwy suchego piasku wokół rury i na górze. Dlaczego piasek nie spłaszcza rurki, nawet jeśli dociśniesz dłoń do piasku od góry? Faktem jest, że pod naciskiem ziarna piasku przestawiają się tak, że zatykają się, zakłócając wzajemny ruch. W nauce zjawisko to nazywa się „pojawieniem się struktur łukowych”. Wszyscy w łuku osobny element nie może poruszać się w kierunku działania siły zewnętrznej – jest ściskany przez sąsiednie elementy, na które przenosi działające obciążenie. W efekcie pod wpływem nacisku (zewnętrznego i wewnętrznego) piasek traci swoją ruchliwość i nabiera właściwości ciała stałego.
Z tego powodu w klepsydra piasek wylewa się równomiernie, niezależnie od wysokości jego kolumny (w przeciwieństwie do wody!). A ziarna piasku z górnej warstwy wysypują się jako pierwsze, ponieważ nie są połączone łukowatymi konstrukcjami.
Po zachodzie słońca powietrze i piasek, które mają niską pojemność cieplną, szybko tracą nagromadzone ciepło. Odczuwają nieprzyjemnie zimno na ciele. A woda dzięki dużej pojemności cieplnej dłużej zatrzymuje ciepło w ciągu dnia i zachęca do ostatniej kąpieli.
Na tym kończy się nasz spacer po plaży z wykorzystaniem wiedzy fizycznej. Możesz kontynuować go samodzielnie, jeśli masz chęć i wiedzę na temat kursu fizyki. Napisz do redakcji o tym, czego udało Ci się dokonać. Życzymy sukcesu!
TĘCZA W FOLII MYDLOWEJ
Każdy, kto w dzieciństwie choć raz dmuchnął w bańki mydlane, zapewne pamięta atmosferę świętowania wywołaną fantastyczną grą kolorów na ich powierzchni. Co zaskakujące, warstwa bezbarwnej cieczy, roztworu mydła w wodzie, oświetlona białym światłem, zabarwiona jest wszystkimi kolorami tęczy. Zobaczmy, dlaczego tak się dzieje.
Rozchodzenie się światła jest procesem falowym. Każda długość fali odpowiada odczuciu określonego koloru. Światło białe to mieszanina wielu różnych barw, od fioletu po ciemnoczerwoną. A jeśli z belki białe światło jakoś „wytnij” tylko jedną falę i „zgaś” resztę, światło zmieni się z białego na kolorowe.
Bańka mydlana to cienka warstwa wody pomiędzy dwiema warstwami cząsteczek detergentu. Światło padające na powierzchnię folii jest częściowo odbijane od pierwszej warstwy, częściowo przechodzi do wewnątrz, załamuje się i odbija od drugiej powierzchni. Dodawane są fale odbite od dwóch powierzchni folii. A jeśli maksima dwóch fal pokrywają się (fale są w fazie), amplituda fali całkowitej wzrasta. Jeśli maksimum jednej fali spadnie na minimum drugiej (fale w przeciwfazie), amplituda będzie się zmniejszać, aż do całkowitego zaniku fali całkowitej. Dwie fale świetlne składają się na ciemność. Ten mechanizm dodawania fal nazywany jest interferencją.
To stąd wzięły się kolory, które zabarwiły bezbarwną błonę - powstały w wyniku interferencji fal świetlnych odbitych od granic błony mydlanej. Natężenie światła jest proporcjonalne do kwadratu amplitudy fali świetlnej, a jeśli fale pojawią się w fazie, amplituda całkowitej fali wzrośnie dwukrotnie, a jasność kolorowej plamki wzrośnie czterokrotnie. W związku z tym intensywność fal przemieszczających się w przeciwfazie spadnie równie mocno. Długość fal światła widzialnego waha się od 0,4 mikrona (światło fioletowe) do 0,75 mikrona (światło czerwone). A jeśli jeden obszar bańki jest zabarwiony, powiedzmy, na niebiesko (0,45 mikrona), a drugi na zielono (0,50 mikrona), możemy śmiało powiedzieć, że grubość jej ścianki zmieniła się o 0,05 mikrona = 5,10 -8 m = 0,00005 mm (lub wielokrotność).
Jeśli przyjrzysz się bliżej grze kolorów na powierzchni bańka mydlana, zauważysz, że prędzej czy później w pobliżu jego górnej części pojawi się czarna plama. Grubość filmu w tym miejscu stała się równa połowie długości fali składowej fioletowej światła widzialnego (najwyższa częstotliwość). Bańka pęknie właśnie w tym, najbardziej subtelnym i słaby punkt.
Tę samą grę kolorów można zaobserwować na powierzchni wody pokrytej cienką warstwą oleju lub benzyny.
Zdolność kontrolowania energii żywiołu Wody. Jak każda magia żywiołów, umiejętność ta znacząco wpływa na charakter postaci. Magowie Wody są wrażliwi, troskliwi i cierpliwi. Dobrze dostosowują się do nowych sytuacji, są elastyczni i elastyczni. Jednocześnie mają dobrą pamięć do twarzy i wydarzeń, a także dobrze zapamiętują żale. Są bardzo celowi, jednak w dążeniu do celu wykazują się elastycznością, która często przydaje się bardziej niż upór i wytrwałość. Podczas pełni księżyca magowie wody są szczególnie silni: tak jak Księżyc wpływa na przypływy i odpływy, wpływa to również na moc maga. Wraz ze wzrostem poziomu umiejętności mag czuje się mniej zmarznięty od wody i może dłużej wstrzymywać oddech pod wodą (na Mentorze, jako doświadczony nurek, do 8-10 minut).
Wskazówka do gry: żywiołowa magia Wody działa z czakry sakralnej, znajdującej się w obszarze sakralnym - Svathisthana, jej energia jest pomarańczowa. Obszar koncentracji energii Wody jest również porównywalny z dolnym dantianem, położonym dwa cuny (dwie szerokości kciuka) poniżej pępka.
Nowicjusz
Dopiero uczę się kontrolować wodę. Może wytworzyć małą falę lub przyciągnąć do siebie Wodę, powodując jej np. uniesienie się z kubka. Dobrze czuje się w pobliżu zbiorników wodnych lub podczas deszczowej pogody.
Możliwości:
- Fala – zdolność do wytworzenia fali na zbiorniku wodnym o głębokości mniej więcej do pasa.
- Przyciąganie wody - zdolność do zmuszenia niewielkiej ilości wody do zbliżenia się do maga, na tym poziomie objętość wody nie przekracza pół litra.
- Zamrażanie wody - możliwość zamiany małej kałuży w lód.
Wskazówka dla gry: kontrola wody odbywa się poprzez koncentrację na żywiołach, czemu towarzyszą ruchy całego ciała, ale przede wszystkim ruchy rąk. Ręka powinna być rozluźniona, postać powinna czuć jak przepływa przez nią energia, bez zastoju w miejscach, w których ręka może być nadmiernie obciążona.
Student
Potrafi stworzyć falę tak wysoką jak człowiek. Przyciąga wodę do dwóch litrów. Może częściowo zamrozić powierzchnię małego stawu, aby można było po nim chodzić. Lód jest dość cienki.
Możliwości:
- Lot wody - mag może unieść w powietrze nawet pół litra wody, zmuszając ją do ruchu w żądanym kierunku. Prędkość poruszania się jest wciąż niska, a ćwiczenie to zajmuje prawie całą uwagę postaci.
- Chodzenie po wodzie - mag może chodzić po powierzchni wody, tworząc pod stopami małe lodowe płyty. Wymagana jest dobra równowaga.
Wskazówka do gry: aby podnieść Wodę, postać musi znać granice objętości, którą zamierza poruszyć. Woda jest kontrolowana przez świadomość i ruch rąk maga, co pozwala pokonać naturalne prawa grawitacji.
Nowicjusz
Potrafi wytworzyć falę, która może wywrócić małą łódkę. Przyciąga wodę do pięciu litrów. Może także wysysać wodę z mokrych ubrań, rozlanych płynów na ziemię lub piasek. Potrafi zamrozić podniesioną wodę, nie nadając jej jeszcze kształtu. Powstały blok lodu można rzucić w pożądanym kierunku.
Możliwości:
- Piła wodna - możliwość użycia strumienia wody jak noża lub piły, przecięcia nawet bardzo trwałych przedmiotów, całe pytanie brzmi, ile czasu zajmie piłowanie. Woda niszczy także kamienie.
- Pobieranie wody - możliwość pobrania wody z mokrej tkaniny lub wilgotnej gleby w ilości do pół litra.
- Ice Blade - możliwość stworzenia cienkiej tafli lodu o ostrej krawędzi i rzucenia nią we wroga. Taka płytka może wyraźnie zarysować, ale nie spowoduje poważnych obrażeń (nie może przebić skroni ani przeciąć tętnicy szyjnej).
- Szybowanie po wodzie - możliwość ślizgania się po wodzie po płycie wykonanej z lodu.
Wskazówka do gry: aby ślizgać się po wodzie, musisz prawidłowo rozłożyć ciężar ciała. Jeśli mag nie posiada zdolności Magii Powietrza, musi poruszać się za pomocą fal naturalnych lub fal stworzonych przez jego własną wolę. Używając techniki „piły wodnej”, wygodniej jest pracować w tandemie z innym magiem wody, przekazując sobie wodę.
Młodszy Mistrz
Fala stworzona przez maga może zakryć kilka osób stojących na brzegu. Potrafi przyciągnąć wodę do pięćdziesięciu litrów. Potrafi unieść w powietrze do trzydziestu litrów wody, kierując ją na wroga z dość dobrą prędkością.
Możliwości:
- Water Whip - możliwość stworzenia z wody bicza, który zadaje obrażenia wrogowi. Ruchy bicza podlegają woli maga.
- Spirala Wody - możliwość otoczenia siebie lub przeciwnika spiralą wody, utrudniającą ataki i uniemożliwiającą widoczność.
- Kontrola lodu - możliwość ukształtowania lodu w pożądany kształt, np. zbocze, przeszkodę czy wzniesienie. Lód w całkowitej masie nie powinien przekraczać cetnaru.
Wskazówka do gry: aby stworzyć bicz wodny, mag musi podnieść wodę, zebrać ją w dłonie, a następnie ruchami rąk i ciała wciągnąć ją w bicz, którego jeden koniec jest kontrolowany przez wolę magiem, drugi jest skierowany jak zwykły rzut wody. Musisz jasno zrozumieć związek między energią ciała a energią wody, wszystkie ruchy muszą odbywać się płynnie, bez napięcia mięśni.
Gospodarz
Tworzy duże fale o wysokości trzypiętrowego budynku. Potrafi przyciągać wodę z małego stawu. Możliwość stworzenia dwóch biczów wodnych jednocześnie. Podnosi w powietrze sto litrów wody. Osiąga mistrzostwo w manipulacji lodem - zamrożenie pół tony wody i podanie jej pożądany kształt dzieje się niemal natychmiast.
Możliwości:
- Octopus - umiejętność otaczania się ośmioma wodnymi mackami, które odbijają ataki i atak, niczym wodny bicz.
- Ice Trap - możliwość rozcinania podniesionej wody na cienkie szczyty, które opadając tworzą wokół wroga coś w rodzaju klatki.
- Strzała Wodna - możliwość wytworzenia kilku ostrych strzał z lodu i nakierowania ich na cel.
- Mist Subjugation - zdolność do kondensowania wody z otaczającego maga mgły.
Wskazówka do gry: wodę kroi się w strzały lub włócznie na chwilę przed zamarznięciem. W tym momencie cała uwaga maga skupiona jest na korzystaniu ze zdolności. Mag może w dowolnym momencie zatrzymać strzały lecące w stronę celu, powodując ich zawisnięcie w powietrzu.
Główny mistrz
Fala utworzona na tym poziomie może objąć dwa lub trzy dwupiętrowe domy. Mag podnosi aż do pięciu ton wody, przy czym potrafi ją błyskawicznie zamrozić, nadając jej niemal dowolny kształt. Potrafi pozyskać wodę niemal z każdego miejsca – na przykład z gleby lub roślin.
Możliwości:
- Cofanie się wody - może spowodować rozstąpienie się wód jeziora, umożliwiając ludziom przejście po dnie.
- Ruch wody - zdolność wymuszenia kontrolowanej objętości wody w celu przemieszczania maga z dużą prędkością po stosunkowo poziomej powierzchni. Z zewnątrz wygląda jak fala, na której grzbiecie trzymany jest sam mag.
- Woda roślinna - zdolność do pobierania wody z roślin, uwalniania jej z tkanek i soku.
Wskazówka do gry: zmuszając wodę do rozstania się, aby przejść po dnie zbiornika, mag musi stale kontrolować masę wody. Jeśli będzie rozproszony, woda może zamknąć się nad jego głową.
Mentor
Potrafi stworzyć falę, która obejmie małą wioskę. Może spowodować rozstąpienie się wód morza lub oceanu (nad dnem w miejscu, w którym znajduje się mag, tworzy się bąbel powietrza, pod którym może znajdować się kilka osób). Kontroluje objętość wody o wadze do dwudziestu ton. Mag zyskuje możliwość opanowania magii krwi, co pozwala mu kontrolować przepływ krwi w ciele innych ludzi.
Możliwości:
- Kondensacja wody - możliwość gromadzenia wody w dłoni, skraplania jej z powietrza. Objętość wody zebranej z powietrza podczas kondensacji zwykle nie przekracza pięciuset gramów.
- Parowanie to zdolność zamiany wody w parę (jest to po prostu zmiana stanu, a nie wrzenie lub ogrzewanie). Objętość wody nie przekracza litra.
**- Magia krwi to zdolność podporządkowania krwi innych ludzi woli maga, pozwalająca na kontrolowanie ich jak marionetki, ale tylko podczas pełni księżyca.** (Zdolność specjalna, którą można uzyskać w obowiązkowy wymaga studiowania i manifestacji odgrywania ról).
Rada do gry: magia krwi to bardzo okrutna umiejętność i nie każdy, kto ją posiada, jest zadowolony z takiej możliwości. W każdym razie nadużywanie go nie jest zwyczajem.
W organizmie dorosłego człowieka woda stanowi 60-70% całkowitej masy ciała. Ponadto im wyższa zawartość składnika tłuszczowego, tym niższa zawartość wody. I odwrotnie, im wyższy procent aktywnej masy ciała, tym wyższa zawartość wody. Zawartość wody w różnych tkankach nie jest taka sama. W tkankach łącznych i podporowych jest go mniej niż w wątrobie i śledzionie, gdzie wynosi 70-80% ( tabela 17).
Woda wchodzi organizm w postaci płynnej (48%) i jako część pokarmu stałego (40%), pozostałe 12% powstaje w procesie metabolizmu składników odżywczych. Ponieważ kobiety mają więcej tłuszczu w masie ciała, mają także prawie 10% mniej wody niż mężczyźni. Ciało szczupłej osoby zawiera do 73% wody, co uważa się za bardzo stałe. Wodę tę zwykle dzieli się na płyn wewnątrzkomórkowy i płyn zewnątrzkomórkowy. Płyn wewnątrzkomórkowy stanowi 40%, płyn zewnątrzkomórkowy - 20% masy ciała. 15% płynu pozakomórkowego stanowi limfa, mazi stawowej, płyn mózgowo-rdzeniowy i płyn błony surowiczej. Płyn wewnątrznaczyniowy stanowi 5% wody. Zawiera wodę plazmową i mobilną wodę erytrocytów, która zamienia się z wodą plazmową. W przypadku odwodnienia (odwodnienia) czerwone krwinki tracą część wody, a gdy w osoczu jest jej nadmiar, pobierają ją. W przypadku odwodnienia krew gęstnieje i pojawiają się mikrozakrzepy. Dlatego niebezpieczne jest ograniczanie spożycia płynów podczas wizyty w saunie (wannie), podczas treningów (zwłaszcza podczas zawodów) w gorącym i wilgotnym klimacie.
Określenie objętości płynów w organizmie jest niezwykle ważne dla sportowca. Pomiar (oznaczenie) całkowitej masy wody przeprowadza się metodą radioizotopową (tryt, brom82 i inne radioizotopy). Całkowitą zawartość wody można określić za pomocą wzoru E. Ossera-manetalu. (1950):
% wspólna woda= 100 x (4,340 - 3,983/d)
gdzie d jest ciężarem właściwym ciała. E. Osserman i in. (1950) zauważyli, że organizm zdrowych mężczyzn w wieku od 18 do 46 lat zawiera 71,8% wody. E. Mellits A.D. Cheek (1970) zaproponował równanie umożliwiające obliczenie ilości wody i tłuszczu w organizmie na podstawie danych antropometrycznych. Zbadali osoby w wieku od 1 do 34 lat i ustalili liniową zależność pomiędzy zawartością wody (w l) w organizmie a masą ciała (w kg):
- dla mężczyzn całkowita zawartość wody = 1,065+0,603 x (masa ciała);
- dla kobiet całkowita zawartość wody = 1,874 + 0,493 x (masa ciała).
Tabela 17. Metabolizm wody człowieka
|
Dopływ wody |
Uwalnianie wody |
||||
|
źródło |
ilość |
ilość |
|||
|
Płyn |
Nerki (mocz) |
||||
|
Porządne jedzenie |
|||||
|
Metabolizm (utlenianie tkanek) |
Skóra |
||||
- dla mężczyzn o wzroście powyżej 132,7 cm całkowita zawartość wody = -21,993+ 0,406 x (masa ciała) + 0,209 x (wzrost);
- jeśli wzrost osoby jest mniejszy niż 132,7 cm, wówczas całkowita zawartość wody w jego ciele = 1,927 + 0,465 x (masa ciała) + 0,045 x (wzrost);
- dla kobiet o wzroście powyżej 110,8 cm całkowita zawartość wody = -10,313 + 0,252 x (masa ciała) + 0,154 x (wzrost);
- jeśli wzrost jest mniejszy niż 110,8 cm, całkowita zawartość wody = 0,076 + 0,507 x (masa ciała) + 0,013 x (wzrost).
Tym samym badania mierzące różne wskaźniki antropometryczne u osób uprawiających wychowanie fizyczne i sport umożliwiają monitorowanie wzrostu i rozwoju ich sprawności fizycznej. Ze zdrowotnego punktu widzenia szczególnie istotna jest ocena stanu mięśni i postawy.
Wszystko jest bardzo proste i przejrzyste. „Zapomnij o liczeniu kalorii!” – deklarują jego twórcy na swojej stronie internetowej. Będziesz musiał odmierzać porcje za pomocą dłoni i pięści. Istnieją 4 grupy żywności - białka (mięso i ryby), warzywa, węglowodany (makarony, ziemniaki) i tłuszcze. Ich objętość w każdej porcji mierzy się szybkim spojrzeniem na otwartą dłoń, garść, pięść, a nawet kciuk. Dzięki temu łatwiej i szybciej możemy kontrolować ilość zjadanego jedzenia, ponieważ każdy z nas ma inne dłonie, co oznacza, że jemy różne porcje. duże ręce stać na więcej.
Schemat takiej dłoni, który dla Was sfotografowaliśmy, przypomina nieco czerwony znak ostrzegawczy „Stop obżarstwo”. Z drugiej strony, jeśli pewnego zimowego wieczoru zrobisz taki obrazek swoich dłoni i przymocujesz go gdzieś w kuchni, będziesz miał wizualny diagram tego, kto powinien dostać ile płatków owsianych, a dzieci będą miały bezpośredni dowód, dlaczego nie Nie muszę kończyć wszystkich płatków owsianych. Talerz do końca.
Wiewiórki
Mięso, ryby, jaja, nabiał, fasola i inne rośliny strączkowe.
Wielkość porcji białka: Twoja palma od nasady palców do nadgarstka. Uwaga: kawałek mięsa lub ryby nie tylko nie powinien być od niego większy, ale i nie grubszy! To znacznie mniej niż steki i kotlety serwowane w restauracji. Jajko, jeśli wyobrażasz sobie je w postaci jajka sadzonego, również w tym schemacie odpowiada jednej dłoni, a produkt ten powinien być spożywany nie więcej niż jeden dziennie. Porcja produktów białkowych dla kobiety to palma, dla mężczyzny – dwie dłonie (przy każdym posiłku).
Lepiej nie spożywać większej ilości białka. Dietetycy nie zalecają tego z dobrego powodu: aby nie przeciążać nerek.
Następną metodą pomiaru jest pięść. Jest to ilość twarogu, którą możesz zjeść w ciągu dnia. Zasada ta dotyczy zarówno mężczyzn, jak i kobiet. I chociaż twarożek jest bardzo przydatny produkt, należy również ściśle kontrolować jego ilość (z tego samego powodu - aby nie wpływała niekorzystnie na pracę nerek).
To niewątpliwa zaleta tej metody – nie każdy z nas pamięta, że nawet najzdrowsza i najzdrowsza żywność ma też swoje ograniczenia ilościowe, po przekroczeniu której stanie się mniej zdrowa. Ale tak naprawdę każdy produkt ma te ograniczenia. Nawet z wodą źródlaną, jeśli pijesz ją dziennie w ilości nie trzech, ale, powiedzmy, sześciu litrów dziennie.
Warzywa
Porcję warzyw mierzy się również w pięściach: jej objętość wynosi jedną dla kobiet, dwie pięści dla mężczyzn na każdy posiłek.
Kobiety mogą sobie pozwolić na „cztery garści” warzyw dziennie, a mężczyźni – sześć. Wyjątek można zrobić dla przewiewnych sałatek liściastych.
Mężczyźni stosujący tę metodę 3-4 razy dziennie spożywają około 2300-3000 kalorii dziennie.
Kobiety stosujące tę metodę 3-4 razy dziennie otrzymają 1200-1500 kalorii.
Węglowodany
Porcja odpowiedników tych produktów spożywczych: garść- dłoń złożona w łódkę.
Porcja zbóż dla kobiety to jedna garść, dla mężczyzny – dwie garści dziennie. Węglowodany nie są szybko wchłaniane przez organizm, nie należy ich spożywać w dużych ilościach.
W przypadku słodyczy dietetycy sugerują, aby to zrobić: jeśli chcesz zjeść ciasto lub lody o objętości około jednej garści, będzie to traktowane jako jedna porcja węglowodanów (zastępująca odpowiednio porcję owsianki, musli itp. ).
Łatwiej będzie zmierzyć ilość zjadanego chleba za pomocą dłoni. Zgodnie z tym systemem mężczyźni mogą jeść jeden plasterek wielkości dłoni, a kobiety pół palmy dziennie (chleb pełnoziarnisty nie jest zabroniony).
A co z suszonymi owocami, które poleca się na przekąskę w ciągu dnia? Taka jest porcja suszonych owoców dziennie górną część dłoni, gdzie wzgórza znajdują się u nasady palców. Bardzo nieoczekiwane! Wydawać by się mogło, że taka zdrowa żywność, jak suszone jabłka i suszone morele, wcale nie może zaszkodzić. Nie zaszkodzi, ale jeśli za bardzo się tym poniesiesz, może ci to zwiększyć wagę.
Tłuszcze
Warzywa i masło, a także wszelkie orzechy i nasiona.
Odpowiednik porcji: kciuk. Na przykład górny paliczek kciuka to ilość masła, orzechów lub gorzkiej czekolady, jaką w ciągu dnia mogą spożyć zarówno mężczyzna, jak i kobieta.
Według tego systemu dziennie można zjeść tylko jedną kostkę czekolady. Wydaje się to niewiarygodne, a nawet brak szacunku dla tego wspaniałego produktu. Ale jeśli spojrzymy z drugiej strony, otwierają się przed nami nowe, nieograniczone możliwości – być może, gdyby wszystkie dotychczasowe próby odchudzania nie dawały rezultatów, to był to jedyny problem!
Jeśli czujesz, że wyraźnie potrzebujesz więcej (mniej) jedzenia, ponieważ...
Bardzo duża (lub miniaturowa) budowa;
Nie jesteś pełny (lub odwrotnie, nie jesteś w stanie zjeść całej porcji);
Budujesz mięśnie (tracisz na wadze) i nie widzisz jeszcze rezultatów;
Prowadzisz bardzo aktywny tryb życia (pasywny i pracujesz siedząco),
Wprowadź następujące zmiany w swojej diecie:
dodaj (zmniejsz) 1 porcję tłuszczu wielkości kciuka lub 1 porcję węglowodanów na posiłek (mężczyźni) i połowę tej ilości tłuszczu i węglowodanów (kobiety).
Nowow D.D. 1 , Iljuchin S.S. 2
1 uczeń „10” klasy A, 2 nauczyciel fizyki,
GBOU „Szkoła nr 1101”, Moskwa, ul. Akademik Vargi, 34
W ramach naszego udziału w TUFE „Colored Glass-2013” nasi szkolna drużyna należało przygotować odpowiedź na pytanie „Focus”: „Jeśli napełnioną po brzegi wodą szklankę przykrywamy kartką papieru i ostrożnie odwracamy, to woda nie wylewa się ze szklanki. Znajdować minimalna ilość woda w szklance do udanego eksperymentu.”
Ryż. 1. Ilustracja przedstawiająca doświadczenie z odwróconą szklanką wypełnioną wodą
(zdjęcie z artykułu).
Chociaż eksperyment ten jest dobrze znany i często pojawia się w zbiorach zagadnień i popularnych książkach z fizyki, nie jest on tak prosty, jak się wydaje na pierwszy rzut oka. Często publikuje się jedynie sformułowanie eksperymentu bez odpowiedzi na nie lub autor krótko odpowiada, że kartka papieru utrzymuje ciśnienie atmosferyczne, nie omawiając, jakie siły, oprócz ciśnienia atmosferycznego, na nią działają, a sformułowanie sugeruje wypełnienie szklankę z wodą do samego brzegu, tak aby czytelnik miał wrażenie, że tylko w tym przypadku zdobywa się doświadczenie. Opisane powyżej przykłady nie są podawane po to, aby obciążyć autorów, ale po to, aby czytelnik zdał sobie sprawę, że „nawet najprostsze eksperymenty, przy odpowiedniej dbałości o nie, mogą prowadzić do poważnej refleksji” (cytat z książki Ya. I. Perelmana ).
Naszym zdaniem prawidłowe i najpełniejsze wyjaśnienie znajduje się w książce Jakowa Izydorowicza Perelmana. Cytujemy go w całości, oddając hołd geniuszowi Perelmana:
89. Dobrze znany eksperyment polega na tym, że kartka papieru nie spada z krawędzi przewróconej szklanki z wodą (ryc. 38). Doświadczenie jest opisane w podręcznikach elementarnych i często pojawia się w popularnych książkach. Wyjaśnienie zwykle podaje się w następujący sposób: powietrze od dołu napiera na kartkę papieru od zewnątrz z siłą jednej atmosfery, natomiast od wewnątrz tylko woda napiera na kartkę papieru od góry z siłą wielokrotnie mniejszą (jak wielokrotnie tyle, ile 10-metrowy słup wody odpowiadający ciśnieniu atmosferycznemu jest wyższy od szklanki); nadciśnieniem i dociska kartkę papieru do krawędzi szyby.
Jeśli to wyjaśnienie jest prawidłowe, to kartkę papieru należy dociskać do szyby z siłą niemal całej atmosfery (0,99 Atm ≈ 1 kgf/cm2). Przy średnicy otworu w szkle wynoszącej 7 cm na kartkę papieru powinna działać siła około ¼π ∙ 7 2
= 38 kgf. Wiadomo jednak, że do oderwania kartki papieru nie jest wymagana taka siła, a wystarczy najmniejszy wysiłek. Ważąca kilkadziesiąt gramów metalowa lub szklana płytka w ogóle nie utrzymuje się na krawędziach szkła, odpada pod wpływem grawitacji. Oczywiście, zwykłe wyjaśnienie doświadczenia jest nie do utrzymania.
Jakie jest prawidłowe wyjaśnienie?
(Perelman Ya.I. Czy znasz fizykę? // M.: ONTI, 1935, s. 33-34)
Uwaga: oto zestawienie obliczeń siły działającej na szkło z otworem o średnicy 7 cm: F = p ∙ S = 1 kgf/cm 2 ∙ (¼π ∙ 7 2) cm 2 = 38 kgf.
89. WODA W PRZELEWNEJ SZKLANCE
Błędem jest sądzić, że szkło zawiera tylko wodę i nie zawiera w ogóle powietrza, ponieważ papier ściśle przylega do wody. Jest tam oczywiście powietrze. Gdyby między dwoma stykającymi się płaskimi przedmiotami nie było warstwy powietrza, nie moglibyśmy podnieść ani jednej rzeczy ze stołu spoczywającego na stole z płaską podstawą: musielibyśmy pokonać ciśnienie atmosferyczne. Przykrywając powierzchnię wody kartką papieru, zawsze mamy pomiędzy nimi cienką warstwę powietrza.
Zobaczmy, co się stanie, gdy odwrócimy szklankę do góry nogami. Pod ciężarem wody kartka papieru wystaje lekko w dół, a jeśli zamiast kartki papieru weźmiemy talerz, wówczas odsuwamy go nieco od krawędzi szklanki.
Tak czy inaczej, w przypadku niewielkiej ilości powietrza znajdującej się pomiędzy wodą a papierem (lub talerzem) pod dnem szklanki zostaje zwolniona pewna przestrzeń; przestrzeń jest większa niż oryginał; dlatego powietrze staje się rozrzedzone, a jego ciśnienie spada.
Teraz na kartkę papieru oddziałuje: od zewnątrz - pełne ciśnienie atmosferyczne, od wewnątrz - niepełne ciśnienie atmosferyczne plus ciężar wody.
Obydwa ciśnienia, zewnętrzne i wewnętrzne, są zrównoważone. Dlatego wystarczy przyłożyć do kartki papieru niewielką siłę 1½-2 g, aby pokonać siłę przyczepności (napięcie powierzchniowe filmu cieczy) - i kartka odpadnie.
Występ papieru pod wpływem ciężaru wody powinien być znikomy. Gdy przestrzeń zawierająca powietrze zwiększy się o 0,01, ciśnienie powietrza w szkle spadnie o tę samą część. Brakującą setną ciśnienia atmosferycznego pokrywa ciężar 10 cm słupa wody. Jeżeli warstwa powietrza pomiędzy papierem i wodą miała początkowo grubość 0,1 mm, to wystarczy zwiększyć jej grubość o 0,01 × 0,1, czyli tj. o 0,001 mm (jeden mikron), aby uwzględnić przyleganie papieru do krawędzi odwróconego szkła. Nie ma sensu próbować, więc ten występ kartki możesz złapać bezpośrednio okiem.
W niektórych książkach opisując rozważany eksperyment, wyraża się wymóg, aby szklanka była napełniona wodą aż do samej góry - w przeciwnym razie eksperyment się nie powiedzie: powietrze będzie po obu stronach kartki papieru, jej ciśnienie po obu stronach zostaną zrównoważone, a kartka papieru odpadnie pod wpływem ciężaru wody. Po przeprowadzeniu eksperymentu od razu jesteśmy przekonani o bezpodstawności tego ostrzeżenia: kartka papieru trzyma się nie gorzej niż pełna szklanka. Wyginając go lekko, zobaczymy pęcherzyki powietrza uciekające z otworu przez warstwę wody. Świadczy to niewątpliwie o rozrzedzeniu powietrza w szybie (w przeciwnym razie powietrze zewnętrzne nie przedostawałoby się przez wodę do przestrzeni nad nią). Oczywiście po odwróceniu szkła warstwa wody spływając w dół wypiera część powietrza, a pozostała część zajmująca większą objętość ulega rozrzedzeniu. Próżnia jest tu większa niż w przypadku pełnej szyby, o czym wyraźnie świadczą pęcherzyki powietrza wnikające do szyby podczas składania papieru. Odpowiednio, im większa próżnia, tym silniejszy jest docisk kartki papieru.
Aby zakończyć to doświadczenie, które, jak widzimy, wcale nie jest tak proste, jak się wydaje na pierwszy rzut oka, zastanówmy się nad jeszcze jednym pytaniem: dlaczego jest ono w ogóle potrzebne? w tym przypadku kartka papieru zakrywająca przewróconą szklankę z wodą? Czy ciśnienie atmosferyczne nie mogłoby oddziaływać bezpośrednio na wodę w szklance i zapobiegać jej wypływowi?
Po części rola kartki papieru została już wyjaśniona w zarysowanych wcześniej rozważaniach. Dodajmy do tego, co zostało powiedziane, co następuje.
Wyobraźmy sobie zakrzywioną rurkę syfonową z kolankami o tej samej długości (ryc. 101). Jeśli taka rurka zostanie wypełniona cieczą, a otwarte końce rurek znajdą się na tym samym poziomie, wówczas nie będzie wycieku; ale warto lekko przechylić syfon, aby ciecz zaczęła się wylewać z końca znajdującego się poniżej; Po rozpoczęciu nalewania będzie ono coraz bardziej przyspieszać, ponieważ różnica poziomów zwiększa się podczas procesu nalewania.
Teraz łatwo wytłumaczyć, dlaczego wolna powierzchnia cieczy w odwróconej szklance musi być ściśle pozioma (co jest możliwe tylko w przypadku kartki papieru), jeśli chcemy zatrzymać w niej ciecz. W istocie: niech powierzchnia cieczy będzie w jednym miejscu niższa niż w innym, wtedy będziemy mogli (za prof. N.A. Lyubimovem 1) „uznać te miejsca za końce wyimaginowanego syfonu, w którym ciecz nie może pozostać w równowadze”; Z takiej szklanki powinna wylać się cała woda (ryc. 100).
1 „Fizyka elementarna”, 1873.
(Perelman Ya.I. Czy znasz fizykę? // M.: ONTI, 1935, s. 168-170)
Korzystając z powyższych założeń teoretycznych z książki Ya.I. Perelmana postanawiamy dowiedzieć się, jak poziom wody w szklance, przy którym możliwy jest udany eksperyment, zależy ilościowo od ugięcia kartki papieru (ryc. 2). W naszym modelu w początkowej chwili ciśnienie powietrza pod kartką papieru jest równe ciśnieniu atmosferycznemu P = P A, następnie zgodnie z prawem Boyle'a-Mariotte'a maleje na skutek wzrostu objętości w stałej temperaturze :
P 0 ∙V 0 = P ∙ V (1).
Objętość powietrza w szklance po jej przewróceniu może wzrosnąć z kilku powodów: na skutek uginania się kartki papieru, na skutek tego, że kartka papieru wchłania wodę, zmniejszając w ten sposób objętość wody w szklance, na skutek na to, że podczas przewracania szklanki wycieka kilka kropel wody (na rys. 2 i w kolejnych obliczeniach zakładamy, że ilość wody w szklance się nie zmienia).
Ryc.2. Model doświadczenia „Szkło odwrócone”.
Z (1) określamy, jakie ciśnienie będzie miało powietrze w szkle po przewróceniu:
P = P 0 ∙ V 0 / V = P A ∙ h ∙ S / (h+ Δh) ∙ S = P A ∙h / (h+ Δh) (2),
gdzie S jest polem przekroju poprzecznego szkła.
Po zapisaniu warunku równowagi kartki papieru po odwróceniu szkła (II prawo Newtona) znajdujemy funkcję zależności wysokości wody w szkle, przy której możliwe jest pomyślne doświadczenie, od ugięcie kartki papieru h w (Δh):
P ∙ S + g ∙ ρ ∙ h in ∙ S + m papier ∙ g ≤ F mon + P A ∙ S (3).
Pierwszy wyraz po lewej stronie (3) wyraża wielkość ciśnienia powietrza w szkle na podkładce S kartki papieru, drugi - ciśnienie hydrostatyczne wody na podkładce S, trzeci - siłę ciężkości działając na kartce papieru.
Pierwszy człon po prawej stronie (3) to siła napięcia powierzchniowego pomiędzy wodą a ściankami szklanki oraz pomiędzy wodą a kartką papieru, drugi to ciśnienie atmosferyczne działające na powierzchnię S od dołu (w w lewej i prawej części (3) powinny znajdować się także wyrażenia określające ciśnienie atmosferyczne na krawędziach kartki papieru wystających poza pole przekroju poprzecznego S szkła; kurczą się one ze względu na to, że te obszary papieru są pod wpływem ciśnienia atmosferycznego jednocześnie z góry i z dołu, kompensując się).
Z wyrażenia (3) możemy wykluczyć siły napięcia powierzchniowego pomiędzy wodą a ściankami szkła oraz pomiędzy wodą a kartką papieru ze względu na ich małą wielkość w porównaniu z innymi siłami działającymi na kartkę papieru. Aby oszacować wielkość sił napięcia powierzchniowego, można skorzystać ze wzoru F pn = 2 ∙ π ∙ r ∙ σ, gdzie r jest promieniem szkła (5 cm), σ = 7,3 ∙ 10 -2 J/m 2 - napięcie powierzchniowe wody. Okazuje się, że siły napięcia powierzchniowego rzędu ~0,02 N są znacznie mniejsze od sił ciśnienia hydrostatycznego wody (g ∙ ρ ∙ h in ∙ S = 10 N/kg ∙ 1000 kg/m 3 ∙ 0,1 m ∙ π ∙ ( 0,05 m) 2 = 7,8 N).
Z tego samego powodu w wyrażeniu (3) możemy zaniedbać siłę grawitacji działającą na kartkę papieru: m papier ∙ g = 0,005 kg ∙ 10 N/kg = 0,05 N « g ∙ ρ ∙ h in ∙ S = 7,8 N.
Biorąc pod uwagę powyższe, podstawiając (2) do (3) i biorąc pod uwagę zależność h = H - hin, gdzie H jest wysokością szklanki, h in jest początkowym poziomem wody w szklance, otrzymujemy :
y (h in) = h in 2 - h in ∙ (H + Δh) + P A ∙ Δh / (g ∙ ρ) ≥ 0(4)
Dyskryminator: D = (H + Δh) 2 - 4 ∙ 1 ∙ (P A ∙ Δh / (g ∙ ρ)) (5)
Pierwiastki: h в1 = [(Н + Δh) - √ D ] /2,h в2 = [(Н + Δh ) + √ D ] /2(6)
Nierówność kwadratowa y (h in ) ≥ 0 (4) ma rozwiązania dla h in należące do (0; h in 1 ] i [ h in 2 ; H ) (patrz rys. 3).
Ryc.3. Graficzne przedstawienie rozwiązania nierówności (4).
Gdy Δh = 0, co oznacza, że kartka papieru się nie zgina, okazuje się, że eksperyment zakończy się sukcesem, gdy odpowiednio h = 0 lub H – albo w naczyniu nie ma wody, albo jest ono całkowicie pełne. Obydwa przypadki wydają się nie mieć fizycznego znaczenia, gdyż papier zawsze będzie się uginał przy całkowitym wypełnieniu szklanki, a w drugim przypadku potrzebna jest minimalna ilość wody, aby zwilżyć kartkę papieru, aby powietrze z zewnątrz nie przedostawało się do środka wewnątrz szkła.
Niech P A = 10 5 Pa, g = 10 N/kg, ρ = 1000 kg/m 3, m papieru = 5 g, promień kubka wynosi 5 cm, wysokość kubka i wielkość ugięcia Δh będą wynosić urozmaicony.
Po obliczeniu wartości dyskryminatora (5) i pierwiastków za pomocą programu Microsoft Excel 2003 równanie kwadratowe(6) Można uzyskać tabele 1 i 2.
TTabela 1. Zależność wartości pierwiastkowychhw1 i
ugięcie kartki papieru Δh i wysokość statkuH.
Jak widać z tabeli 1, dla statku o danej wysokości istnieje bardzo konkretny zakres możliwych wartości ugięcia blachy, przy którym eksperyment zakończy się sukcesem. Na przykład dla H = 10 cm wartości te wynoszą Δh ≤ 250 µm. Dla Δh > 250 µm dyskryminator równania kwadratowego będzie ujemny i równanie nie będzie miało rozwiązań w liczbach rzeczywistych.
Obliczenia przeprowadzono w krokach co 10 µm, więc graniczne wartości Δhpre zaznaczone w tabeli na czerwono, odpowiadające warunkowi D = 0, są tylko w przybliżeniu równe. Przykładowo dla H = 20 cm przy Δh = 1010 µm dyskryminator (5) jest nadal dodatni, a przy Δh = 1020 µm jest już ujemny. Podobnie dla innych wartości H.
Tabela 2. Wartości graniczne ugięcia kartki papieru Δh dla płynów
z gęstościąρ = 800 kg/m 3 (nafta, alkohol) w zależności od wysokości zbiornikaH.
Jak widać z tabeli 2 oraz z wartości członu wolnego w wyrażeniu (4), wraz ze spadkiem gęstości cieczy maleje graniczna wartość ugięcia kartki papieru. Uzyskane dane dobrze łączą się ze zrozumieniem faktu, że wielkość odkształcenia kartki papieru wyraźnie zależy od ciśnienia hydrostatycznego cieczy na platformie S, a im niższe ciśnienie, tym mniejsze (patrz rys. 2) .
Korzystając z programu Origin Graph 7.5, wykreślamy zależność wartości pierwiastków hв1 i hв2 równania kwadratowego od ugięcia kartki papieru Δh i wysokości naczynia H (ryc. 4).
Ryż. 4. Zależność wartości pierwiastkowychhw1 ih in2 równanie kwadratowe z wartości
ugięcie kartki papieru Δh i wysokość statkuH.
Po analizie uzyskanych danych możliwa jest identyfikacja interesujący fakt, która polega na tym, że na pewnej wysokości tuby (naczynie o wysokości 20 i więcej centymetrów chyba trudno nazwać szklanką), jeśli tuba jest prawie pusta lub prawie pełna, to kartka papieru trzyma się dobrze i woda nie wycieka z rurki. Jeśli rurka jest wypełniona w przybliżeniu w połowie, wylewa się z niej woda. Ten fakt znajduje odzwierciedlenie w książce J. Walkera „Fizyczne fajerwerki”.
Zrządzeniem losu okazuje się, że radzieckie szkło fasetowane o wysokości 10 cm i szerokich krawędziach jest idealne do sztuczki z wodą, ponieważ przy takiej wysokości szkła eksperyment zakończy się sukcesem w szerokim zakresie możliwych poziomów wody przy małych wartościach z Δh. Wraz ze wzrostem wysokości szkła przy małych wartościach Δh zakres wysokości wody możliwych do udanego eksperymentu znacznie się zawęża (patrz ryc. 3 i tabela 1).
Domowy eksperyment
Do przeprowadzenia doświadczenia w domu wybrano słoje o różnej objętości i tej samej średnicy szyjki - 8 cm.W każdym z doświadczeń słoje napełniano wodą do określonej wysokości i dla każdego z tych przypadków przeprowadzono 25 doświadczeń dla statystyk. W każdym z doświadczeń stosowano „świeży” arkusz papieru o gramaturze ¼ A 4 (80 g/m2), który trzymano w dłoni podczas obracania słoja wypełnionego wodą. Eksperyment uznawano za udany, jeśli kartka papieru nie odpadła w ciągu 20 sekund od odwrócenia. Wyniki eksperymentu przedstawiono w tabeli 3.
|
Objętość puszki, l |
Wysokość puszki N, cm |
Wysokość poziomu wody w słoiku podczas doświadczenia, wyrażona wysokością naczynia H. |
|||
|
godz. w = H |
godz. w = 3/4 H |
godz. w = 1/2 H |
godz. w = 1/4 H |
||
|
11,5 |
|||||
Tabela 3. Ilość udane doświadczenia z 25.
Tabela 3 ukazuje kilka interesujących wzorców. Spadek liczby udanych eksperymentów w kolumnach od góry do dołu i w rzędach od lewej do prawej jest zgodny z wynikami obliczeń teoretycznych (patrz tabela 1) i wynika z faktu, że ugięcie kartki papieru zależy od oba są właściwości mechaniczne(pamiętajcie, że arkusze były takie same we wszystkich doświadczeniach - ¼ A 4 (80 g/m 2)), oraz od siły ciśnienia hydrostatycznego wody w naczyniu, tj. na wysokość wody w słoiku. Im mniejsze h, tym mniejsza siła ciśnienia hydrostatycznego i mniejsze ugięcie kartki papieru. W praktyce okazuje się zatem, że wysokość wody hw ≤h in1 nie jest wystarczająca do prawidłowego ugięcia kartki papieru i w większości przypadków eksperyment kończy się niepowodzeniem.
Po dokładnym przyjrzeniu się tabeli 1 należy zauważyć, że tej samej wartości Δh odpowiada dwóm możliwym wartościom hin. Trudno sobie wyobrazić materiał, który w rzeczywistym eksperymencie wykazywałby takie właściwości.
Okazuje się więc, że w praktyce eksperyment będzie tym bardziej udany, im wyższa będzie wysokość poziomu wody w naczyniu, a to staje się coraz bardziej zauważalne wraz ze wzrostem wysokości naczynia.
wnioski
Zaskakująco odkryto, że prosty, dobrze znany eksperyment nie jest tak prosty, jak się wydaje na pierwszy rzut oka.
Ustalono, że minimalna ilość wody potrzebna do udanego eksperymentu teoretycznie dąży do zera, jednak w praktyce wyznacza się ją koniecznością zwilżenia krawędzi szkła w celu dokładnego dopasowania kartki papieru (tak, aby powietrze atmosferyczne nie przeciekało do wnętrza szyby od zewnątrz) pod warunkiem, że dla danej ilości wody nastąpi wystarczające ugięcie kartki papieru Δh (Δh zależy od właściwości mechanicznych kartki papieru). Im wyższy poziom wody w naczyniu, tym większe prawdopodobieństwo, że eksperyment się powiedzie, co staje się coraz bardziej zauważalne wraz ze wzrostem wysokości naczynia.
Odkryto, że radzieckie szkło fasetowane o wysokości 10 cm i szerokich krawędziach, z woli losu, jest bardzo skuteczne w eksperymentach, co wprowadza w błąd szerokie rzesze ludzi, którzy wierzą, że eksperyment uzyskuje się dla wszystkich wartości wysokości woda w szklance.
Możliwe kierunki dalszych badań
Przeanalizuj przedstawione w tej pracy zależności dla naczyń o wysokości powyżej 20 cm, aby zweryfikować słuszność wniosków, że eksperyment zakończy się sukcesem im większa będzie wysokość poziomu wody w naczyniu, co staje się tym bardziej zauważalne w miarę wysokość statku wzrasta.
Zbadaj zależność powodzenia eksperymentu od właściwości mechanicznych papieru.
Bibliografia
Zadanie TUFE „Kolorowe szkło-2013” http://cvetnie-stekla. ru/2013- zadanie/
Ilyin A., Turkin N., Turkina G. Cuda w prostym szkle. //Czasopismo " Młody technik", 2005, nr 11, s. 68-71
Peryszkin A.V. Zbiór problemów z fizyki: 7-9: do podręczników A.V. Peryszkina i inni „Fizyka. klasa 7”, „Fizyka. klasa 8”, „Fizyka. 9. klasa” / A.V. Peryszkin, komp. N.V. Filonowicz. - wyd. 5, stereotyp. - M.: Wydawnictwo „Egzamin”, 2010. – s. 37
Gorev Los Angeles Zabawne eksperymenty z fizyki. // M: „Oświecenie”, 1985, s. 21-22
Rabiza F.V. Eksperymenty bez instrumentów. // M.: „Literatura dla dzieci”, 1988, s. 6-7
Perelman Ya.I. Zabawne zadania i eksperymenty. // M.: DETGIZ, 1959, s. 45-46
Perelman Ya.I. Czy znasz fizykę? // M.: ONTI, 1935, s. 33-34, 168-170
