Каким об­ра­зом уста­нов­ка ба­та­рей отоп­ле­ния под окном по­мо­га­ет вы­рав­ни­ва­нию тем­пе­ра­тур в ком­на­те в зим­нее время? Ответ по­яс­ни­те, ис­поль­зуя фи­зи­че­ские за­ко­но­мер­но­сти.

Ши­ро­кую стек­лян­ную труб­ку дли­ной около по­лу­мет­ра, за­па­ян­ную с од­но­го конца, це­ли­ком за­пол­ни­ли водой и уста­но­ви­ли вер­ти­каль­но от­кры­тым кон­цом вниз, по­гру­зив низ труб­ки на не­сколь­ко сан­ти­мет­ров в тазик с водой (см. рис.). При ком­нат­ной тем­пе­ра­ту­ре труб­ка оста­ет­ся це­ли­ком за­пол­нен­ной водой. Воду в та­зи­ке мед­лен­но на­гре­ва­ют. Где уста­но­вит­ся уро­вень воды в труб­ке, когда вода в та­зи­ке нач­нет за­ки­пать? Ответ по­яс­ни­те, ис­поль­зуя фи­зи­че­ские за­ко­но­мер­но­сти.

«Жизнь со­су­лек». Во время от­те­пе­ли, когда влаж­ность воз­ду­ха вы­со­ка, из-⁠под слоя снега на крыше дома ка­па­ет вода, за­мер­за­ю­щая на кар­ни­зе крыши в виде быст­ро рас­ту­щих со­су­лек. Когда от­те­пель кон­ча­ет­ся, со­суль­ки пе­ре­ста­ют расти и в мороз мед­лен­но ме­ня­ют свою форму: они ста­но­вят­ся все тонь­ше, а их концы за­ост­ря­ют­ся. Объ­яс­ни­те, ос­но­вы­ва­ясь на из­вест­ных фи­зи­че­ских за­ко­нах и за­ко­но­мер­но­стях, про­цес­сы, про­ис­хо­дя­щие с со­суль­ка­ми на про­тя­же­нии их «жизни».

Ве­ло­си­пед­ное ко­ле­со, у ко­то­ро­го вме­сто ме­тал­ли­че­ских спиц обод удер­жи­ва­ют на­тя­ну­тые ре­зин­ки, уста­нов­ле­но в вер­ти­каль­ной плос­ко­сти и может сво­бод­но вра­щать­ся во­круг своей го­ри­зон­таль­ной оси, за­жа­той в шта­ти­ве. К не­по­движ­но­му ко­ле­су под­но­сят слева мощ­ную лампу и на­чи­на­ют на­гре­вать ре­зи­но­вые «спицы» (см. рис.). Ре­зи­на, в от­ли­чие от ме­тал­ла, при на­гре­ва­нии не рас­ши­ря­ет­ся, а сжи­ма­ет­ся. Опи­ши­те, опи­ра­ясь на из­вест­ные фи­зи­че­ские за­ко­ны, что будет про­ис­хо­дить с ре­зин­ка­ми и как ко­ле­со будет дви­гать­ся.

Зимой по краям за­сне­жен­ных на­клон­ных крыш домов часто об­ра­зу­ют­ся со­суль­ки, ко­то­рые при не слиш­ком мо­роз­ной по­го­де быст­ро рас­тут и могут со­рвать­ся и упасть, пред­став­ляя боль­шую опас­ность для про­хо­дя­щих внизу людей. На кры­шах мно­гих со­вре­мен­ных за­го­род­ных домов со­суль­ки, од­на­ко, не об­ра­зу­ют­ся бла­го­да­ря спе­ци­аль­ной кон­струк­ции этих крыш: они двух­слой­ные, и между верх­ним и ниж­ним сло­я­ми име­ет­ся зазор, в ко­то­ром воз­дух может сво­бод­но цир­ку­ли­ро­вать и вы­хо­дить на­ру­жу. Объ­яс­ни­те, ос­но­вы­ва­ясь на из­вест­ных фи­зи­че­ских за­ко­нах и за­ко­но­мер­но­стях, при­чи­ну об­ра­зо­ва­ния со­су­лек в пер­вом слу­чае и их от­сут­ствие во вто­ром слу­чае.

Зимой школь­ник решил по­ста­вить опыт: пол­но­стью за­пол­нил две тон­кие пла­сти­ко­вые бу­тыл­ки с прак­ти­че­ски не­рас­тя­жи­мы­ми стен­ка­ми го­ря­чей водой (почти ки­пят­ком), потом из одной вылил воду, сразу же обе плот­но за­крыл крыш­ка­ми и вы­ста­вил бу­тыл­ки на мороз на всю ночь. В ре­зуль­та­те одна бу­тыл­ка лоп­ну­ла, а дру­гая сплю­щи­лась. Объ­яс­ни­те, ос­но­вы­ва­ясь на из­вест­ных фи­зи­че­ских за­ко­нах и за­ко­но­мер­но­стях, какая из бу­ты­лок лоп­ну­ла и по­че­му.

На кухне во время при­го­тов­ле­ния пищи могут слу­чать­ся раз­ные не­при­ят­но­сти. На­при­мер, если силь­но пе­ре­греть рас­ти­тель­ное масло на ско­во­ро­де, по­став­лен­ной на га­зо­вую плиту, то его пары могут вос­пла­ме­нить­ся от га­зо­вой го­рел­ки, масло в ско­во­ро­де тоже нач­нет го­реть, и его надо будет по­ту­шить. Спра­ши­ва­ет­ся чем? Ока­зы­ва­ет­ся, что при обыч­ной по­пыт­ке ту­ше­ния масла вы­ли­той на него водой воз­ни­ка­ет столб огня, ко­то­рый может под­жечь весь дом.

Опи­ши­те, ос­но­вы­ва­ясь на из­вест­ных фи­зи­че­ских за­ко­нах и за­ко­но­мер­но­стях, про­цес­сы, про­ис­хо­дя­щие при такой по­пыт­ке его «ту­ше­ния».

В этом году в Под­мос­ко­вье зима была теп­лая и ма­ло­снеж­ная. После не­сколь­ких не­боль­ших сне­го­па­дов в ян­ва­ре были дли­тель­ные от­те­пе­ли, сме­няв­ши­е­ся мо­ро­за­ми, в фев­ра­ле такая по­го­да про­дол­жи­лась, и пу­ши­стый снег по­сте­пен­но пре­вра­тил­ся в жест­кую массу, по ко­то­рой можно было хо­дить, не про­ва­ли­ва­ясь.

Опи­ши­те, ос­но­вы­ва­ясь на из­вест­ных фи­зи­че­ских за­ко­нах и за­ко­но­мер­но­стях, про­цес­сы, про­ис­хо­див­шие в снегу и при­вед­шие к его за­твер­де­ва­нию.

Опыт­ный ту­рист, как и пар­ти­за­ны в годы войны, раз­жи­гая ко­стер, вна­ча­ле скла­ды­ва­ет не­боль­шую кучку сухих ли­стьев, травы и тон­ких ве­то­чек, об­кла­ды­ва­ет их «пи­ра­мид­кой» из на­клон­но сто­я­щих ве­то­чек по­тол­ще, а затем и тол­сты­ми вет­ка­ми. Не­опыт­ный ту­рист про­сто бес­по­ря­доч­но скла­ды­ва­ет ветки в кучу и под­жи­га­ет их. В каком слу­чае ко­стер будет боль­ше ды­мить и может во­об­ще по­тух­нуть?

Объ­яс­ни­те, ос­но­вы­ва­ясь на из­вест­ных фи­зи­че­ских за­ко­нах и за­ко­но­мер­но­стях, по­че­му это про­ис­хо­дит.

Са­до­во­ды осе­нью и вес­ной часто уни­что­жа­ют опав­шие ли­стья, сжи­гая их на ко­ст­ре. Раз­ве­дя ко­стер, они на­чи­на­ют сы­пать на него свер­ху ли­стья. В каком слу­чае ко­стер будет лучше го­реть и мень­ше ды­мить: если ли­стья сухие и бро­са­ют их не­боль­ши­ми пор­ци­я­ми, или ли­стья сырые и их много? Объ­яс­ни­те, ос­но­вы­ва­ясь на из­вест­ных фи­зи­че­ских за­ко­нах и за­ко­но­мер­но­стях, по­че­му это про­ис­хо­дит.

Под про­зрач­ный кол­пак ва­ку­ум­но­го на­со­са по­ме­щен смо­чен­ный водой комок ваты и на­пу­ще­но не­мно­го дыма от го­ря­щей спич­ки. Если вклю­чить насос и на­чать от­ка­чи­вать воз­дух, то ста­но­вит­ся видно, что через не­боль­шое время под ко­ло­ко­лом об­ра­зу­ет­ся туман. В от­сут­ствие дыма от спич­ки этот опыт не по­лу­ча­ет­ся. По­че­му при от­ка­чи­ва­нии воз­ду­ха под ко­ло­ко­лом по­яв­ля­ет­ся туман? Какую роль в про­цес­се его об­ра­зо­ва­ния иг­ра­ет дым от спич­ки? Ответ по­яс­ни­те, ука­зав, какие фи­зи­че­ские за­ко­но­мер­но­сти Вы ис­поль­зо­ва­ли для объ­яс­не­ния.

Под про­зрач­ный кол­пак ва­ку­ум­но­го на­со­са по­ме­щен смо­чен­ный водой комок ваты и на­пу­ще­но не­мно­го дыма от го­ря­щей спич­ки. После вклю­че­ния на­со­са и от­ка­чи­ва­ния части воз­ду­ха под ко­ло­ко­лом об­ра­зу­ет­ся туман. Если после этого пре­кра­тить от­кач­ку и на­пу­стить под ко­ло­кол воз­дух, то туман почти мгно­вен­но ис­чез­нет. Опыт по­ка­зы­ва­ет, что в от­сут­ствие дыма от спич­ки туман под ко­ло­ко­лом при от­ка­чи­ва­нии воз­ду­ха не об­ра­зу­ет­ся. По­че­му при на­пус­ка­нии под ко­ло­кол воз­ду­ха туман ис­че­за­ет? Какую роль в про­цес­се об­ра­зо­ва­ния ту­ма­на иг­ра­ет дым от спич­ки? Ответ по­яс­ни­те, ука­зав, какие фи­зи­че­ские за­ко­но­мер­но­сти Вы ис­поль­зо­ва­ли для объ­яс­не­ния.

С 1 молем иде­аль­но­го газа про­во­дят про­цесс 1−2−3, гра­фик ко­то­ро­го изоб­ражён на ри­сун­ке в ко­ор­ди­на­тах n–p, где n  — кон­цен­тра­ция газа, а p  — его дав­ле­ние. По­строй­те гра­фик про­цес­са 1−2−3 в ко­ор­ди­на­тах V−T, где V  — объём газа, а T  — его тем­пе­ра­ту­ра. Опи­ра­ясь на за­ко­ны мо­ле­ку­ляр­ной фи­зи­ки и тер­мо­ди­на­ми­ки, объ­яс­ни­те по­стро­е­ние гра­фи­ка.

На ри­сун­ке пред­став­лен гра­фик про­цес­сов, про­ис­хо­дя­щих с иде­аль­ным газом не­из­мен­ной массы в ко­ор­ди­на­тах (n, p). По­строй­те гра­фик этих про­цес­сов в ко­ор­ди­на­тах (p, V). Опи­ши­те ис­поль­зу­е­мые при по­стро­е­нии за­ко­но­мер­но­сти.

Три оди­на­ко­вых со­су­да, со­дер­жа­щих раз­ре­жен­ный газ, со­еди­не­ны друг с дру­гом труб­ка­ми ма­ло­го диа­мет­ра: пер­вый сосуд  — со вто­рым, вто­рой  — с тре­тьим. Пер­во­на­чаль­но дав­ле­ние газа в со­су­дах было равно со­от­вет­ствен­но p, 3p и p. В ходе опыта сна­ча­ла от­кры­ли и через не­ко­то­рое время за­кры­ли кран, со­еди­ня­ю­щий пер­вый и вто­рой со­су­ды, а затем от­кры­ли и через не­ко­то­рое время за­кры­ли кран, со­еди­ня­ю­щий тре­тий сосуд со вто­рым. Как из­ме­ни­лось в итоге (умень­ши­лось, уве­ли­чи­лось или оста­лось не­из­мен­ным) ко­ли­че­ство газа в тре­тьем со­су­де? Тем­пе­ра­ту­ра газа оста­ва­лась в те­че­ние всего опыта не­из­мен­ной.

В ком­на­те при тем­пе­ра­ту­ре и дав­ле­нии p₀  =  10⁵ Па на­хо­дит­ся го­ри­зон­таль­но рас­по­ло­жен­ный ци­лин­дри­че­ский сосуд с хо­ро­шо про­во­дя­щи­ми теп­ло­ту глад­ки­ми стен­ка­ми, за­кры­тый по­движ­ным порш­нем (см. ри­су­нок). Внут­ри со­су­да на­хо­дит­ся од­но­атом­ный газ, а также тер­мо­метр и ба­ро­метр. За дли­тель­ный про­ме­жу­ток вре­ме­ни тем­пе­ра­ту­ра воз­ду­ха в ком­на­те умень­ши­лась до Будет ли при охла­жде­нии воз­ду­ха в ком­на­те сме­щать­ся пор­шень, и если да, то в какую сто­ро­ну? Как при этом будут из­ме­нять­ся по­ка­за­ния при­бо­ров? Ответ по­яс­ни­те, ука­зав, какие фи­зи­че­ские за­ко­но­мер­но­сти Вы ис­поль­зо­ва­ли для объ­яс­не­ния.

В ком­на­те при тем­пе­ра­ту­ре и дав­ле­нии p₀  =  10⁵ Па на­хо­дит­ся го­ри­зон­таль­но рас­по­ло­жен­ный ци­лин­дри­че­ский сосуд с хо­ро­шо про­во­дя­щи­ми теп­ло­ту глад­ки­ми стен­ка­ми, за­кры­тый по­движ­ным порш­нем (см. ри­су­нок). Внут­ри со­су­да на­хо­дит­ся од­но­атом­ный газ, а также тер­мо­метр и ба­ро­метр. В ком­на­те про­то­пи­ли печь, и тем­пе­ра­ту­ра воз­ду­ха в ком­на­те мед­лен­но уве­ли­чи­лась до Будет ли во время на­гре­ва­ния воз­ду­ха в ком­на­те сме­щать­ся пор­шень, и если да, то в какую сто­ро­ну? Как при этом будут из­ме­нять­ся по­ка­за­ния при­бо­ров? Ответ по­яс­ни­те, ука­зав, какие фи­зи­че­ские за­ко­но­мер­но­сти Вы ис­поль­зо­ва­ли для объ­яс­не­ния.

По­сто­ян­ное ко­ли­че­ство од­но­атом­но­го иде­аль­но­го газа участ­ву­ет в про­цес­се, ко­то­рый изоб­ражён на ри­сун­ке в пе­ре­мен­ных U–p, где U  — внут­рен­няя энер­гия газа, p  — его дав­ле­ние. Опи­ра­ясь на за­ко­ны мо­ле­ку­ляр­ной фи­зи­ки и тер­мо­ди­на­ми­ки, опре­де­ли­те, по­лу­ча­ет газ ко­ли­че­ство теп­ло­ты или отдаёт в про­цес­сах 1–2 и 2–3.