Вода в решете: различия между версиями
Oleg4280 (обсуждение | вклад) {{Темы|Физика в журнале «Потенциал»|Физика}} {{В журнале «Потенциал»|Физика}} {{Готовность|75%}} |
Оформление; где возможно — исключены <br />, <math /> заменены на <var />; →Темы: − Физика в журнале «Потенциал». |
||
Строка 1: | Строка 1: | ||
<small |
<small >Исходный текст статьи «Вода в решете» опубликован в журнале «Потенциал» №8, 2005. Автор исходного текста — Козырева Надежда Анатольевна.</small> |
||
При изучении физики Вам доводится решать премного задач разной сложности. Часто учителя советуют: мол, внимательное прочтение условия задачи — залог успеха решения. Решение подразделяется на осмысление и анализ условия задачи, вычисление и анализ результата. |
При изучении физики Вам доводится решать премного задач разной сложности. Часто учителя советуют: мол, внимательное прочтение условия задачи — залог успеха решения. Решение подразделяется на осмысление и анализ условия задачи, вычисление и анализ результата. |
||
На самом же деле, всё вокруг, сама природа — ''φύσις'' — насыщена физическими задачами всех степеней сложности. Человек, сведущий в физических понятиях и законах, может легко найти проявления тех везде, куда посмотрит. Надо «всего лишь» научиться смотреть и видеть, слушать и слышать, читать и понимать! |
На самом же деле, всё вокруг, сама природа — ''φύσις'' — насыщена физическими задачами всех степеней сложности. Человек, сведущий в физических понятиях и законах, может легко найти проявления тех везде, куда посмотрит. Надо «всего лишь» научиться смотреть и видеть, слушать и слышать, читать и понимать! |
||
== Задача == |
|||
Предлагаем решить задачу, условие которой будете формулировать самостоятельно. Обратимся к известному с детских лет стихотворению С. Маршака «Не так». О герое автор пишет: |
Предлагаем решить задачу, условие которой будете формулировать самостоятельно. Обратимся к известному с детских лет стихотворению С. Маршака «Не так». О герое автор пишет: |
||
{{Начало цитаты}} |
{{Начало цитаты}} |
||
С потолка он строит дом, |
С потолка он строит дом,<br /> |
||
Воду носит решетом… |
Воду носит решетом… |
||
{{Конец цитаты}} |
{{Конец цитаты}} |
||
Строка 15: | Строка 17: | ||
Следующая ступень любопытства — вопрос «каков предел количества воды, удерживаемого данным решетом?» Безусловно, эти вопросы ещё не представляют собой условие задачи. Необходимо ещё построить физическую модель, определив закономерности, которые лежат в основе явления. |
Следующая ступень любопытства — вопрос «каков предел количества воды, удерживаемого данным решетом?» Безусловно, эти вопросы ещё не представляют собой условие задачи. Необходимо ещё построить физическую модель, определив закономерности, которые лежат в основе явления. |
||
Геометрические параметры решета — цилиндрический сосуд. Радиус дна < |
Геометрические параметры решета — цилиндрический сосуд. Радиус дна <var >R</var> = 0,1 м. Отверстия в решете круглые, диаметра <math>\,\! d \sim 10^{-3}</math> м. |
||
Материал, из которого сделана сетка, не смачивается водой. |
Материал, из которого сделана сетка, не смачивается водой. |
||
Табличные данные: |
Табличные данные: |
||
< |
<var >γ</var><sub >воды</sub> = 7,3 ⋅ 10<sup >−2</sup> Н/м, |
||
< |
<var >ρ</var><sub >воды</sub> = 10<sup >3</sup> кг/м<sup >3</sup>, |
||
< |
<var >g</var> ≈ 10 м/с<sup>2</sup>. |
||
⚫ | |||
⚫ | |||
''Решето представляет собой цилиндрический сосуд. Радиус дна сосуда R = 10 |
''Решето представляет собой цилиндрический сосуд. Радиус дна сосуда <var >R</var> = 10 см. Дно решета, в котором проделаны круглые отверстия диаметром <var >d</var> = 1 мм, сделано из материала, не смачиваемого водой. Коэффициент поверхностного натяжения воды при комнатной температуре '' |
||
< |
<var >γ</var><sub >воды</sub> = 7,3 ⋅ 10<sup >−2</sup> Н/м, плотность воды |
||
< |
<var >ρ</var><sub >воды</sub> = 10<sup >3</sup> кг/м<sup>3</sup>, g = 10 м/с<sup>2</sup>. ''Какую максимальную порцию воды можно носить в таком решете?'' |
||
=== Решение |
=== Решение === |
||
[[Файл:wat2.jpg]] |
[[Файл:wat2.jpg]] |
||
Строка 39: | Строка 40: | ||
Рис.2 |
Рис.2 |
||
Вода не смачивает материал, из которого сделано решето. Возникающее за счёт выпуклости мениска лапласовское давление (рис.2) компенсирует гидростатическое давление слоя воды высотой < |
Вода не смачивает материал, из которого сделано решето. Возникающее за счёт выпуклости мениска лапласовское давление (рис. 2) компенсирует гидростатическое давление слоя воды высотой <var >h</var><sub >max</sub>: |
||
<math>\Delta P = \frac{{4\gamma }}{d} = \rho gh_{\max };</math> |
<math>\Delta P = \frac{{4\gamma }}{d} = \rho gh_{\max };</math> |
||
Строка 54: | Строка 55: | ||
Интересным примером использования этого явления является работа топливного фильтра автомобиля. |
Интересным примером использования этого явления является работа топливного фильтра автомобиля. |
||
< |
<var >γ</var><sub >воды</sub> = 7,3 ⋅ 10<sup >−2</sup> Н/м, <var >γ</var><sub >бензина</sub> = 2,4 ⋅ 10<sup >−2</sup> Н/м. |
||
< |
<var >ρ</var><sub >воды</sub> = 10<sup >3</sup> кг/м<sup>3</sup>, |
||
< |
<var >ρ</var><sub >бензина</sub> = 0,8 ⋅ 10<sup >3</sup> кг/м<sup>3</sup>. |
||
Различие в плотностях и коэффициентах поверхностного натяжения позволяет создать фильтр с такими параметрами, что бензин проходит через него, а вода – нет. |
Различие в плотностях и коэффициентах поверхностного натяжения позволяет создать фильтр с такими параметрами, что бензин проходит через него, а вода – нет. |
||
Строка 65: | Строка 66: | ||
Будьте внимательны к окружающему вас миру, ищите и решайте физические задачи, которых так много вокруг! |
Будьте внимательны к окружающему вас миру, ищите и решайте физические задачи, которых так много вокруг! |
||
{{Темы |
{{Темы |Физика}} |
||
{{В журнале «Потенциал»|Физика}} |
{{В журнале «Потенциал»|Физика}} |
||
{{Готовность|75%}} |
{{Готовность|75%}} |
Версия от 09:30, 21 мая 2015
Исходный текст статьи «Вода в решете» опубликован в журнале «Потенциал» №8, 2005. Автор исходного текста — Козырева Надежда Анатольевна.
При изучении физики Вам доводится решать премного задач разной сложности. Часто учителя советуют: мол, внимательное прочтение условия задачи — залог успеха решения. Решение подразделяется на осмысление и анализ условия задачи, вычисление и анализ результата.
На самом же деле, всё вокруг, сама природа — φύσις — насыщена физическими задачами всех степеней сложности. Человек, сведущий в физических понятиях и законах, может легко найти проявления тех везде, куда посмотрит. Надо «всего лишь» научиться смотреть и видеть, слушать и слышать, читать и понимать!
Задача
Предлагаем решить задачу, условие которой будете формулировать самостоятельно. Обратимся к известному с детских лет стихотворению С. Маршака «Не так». О герое автор пишет:
С потолка он строит дом,
Воду носит решетом…
Естественно возникает вопрос: «Возможно ли носить воду решетом?»
![](http://upload.wikimedia.org/wikibooks/ru/a/a5/Wat1.gif)
Проведём испытание. Пипеткой поместим несколько капель воды на металлическую сетку. По наклонённой сетке капли катятся, не просачиваясь. Следовательно, на поставленный вопрос ответ утвердительный.
Следующая ступень любопытства — вопрос «каков предел количества воды, удерживаемого данным решетом?» Безусловно, эти вопросы ещё не представляют собой условие задачи. Необходимо ещё построить физическую модель, определив закономерности, которые лежат в основе явления.
Геометрические параметры решета — цилиндрический сосуд. Радиус дна R = 0,1 м. Отверстия в решете круглые, диаметра м.
Материал, из которого сделана сетка, не смачивается водой.
Табличные данные: γводы = 7,3 ⋅ 10−2 Н/м,
ρводы = 103 кг/м3,
g ≈ 10 м/с2.
Сформулируем условие задачи.
Решето представляет собой цилиндрический сосуд. Радиус дна сосуда R = 10 см. Дно решета, в котором проделаны круглые отверстия диаметром d = 1 мм, сделано из материала, не смачиваемого водой. Коэффициент поверхностного натяжения воды при комнатной температуре γводы = 7,3 ⋅ 10−2 Н/м, плотность воды ρводы = 103 кг/м3, g = 10 м/с2. Какую максимальную порцию воды можно носить в таком решете?
Решение
Рис.2
Вода не смачивает материал, из которого сделано решето. Возникающее за счёт выпуклости мениска лапласовское давление (рис. 2) компенсирует гидростатическое давление слоя воды высотой hmax:
отсюда:
(м)
Максимальный объём воды, который можно носить в таком решете,
см3 литр.
Интересным примером использования этого явления является работа топливного фильтра автомобиля.
γводы = 7,3 ⋅ 10−2 Н/м, γбензина = 2,4 ⋅ 10−2 Н/м.
ρводы = 103 кг/м3, ρбензина = 0,8 ⋅ 103 кг/м3.
Различие в плотностях и коэффициентах поверхностного натяжения позволяет создать фильтр с такими параметрами, что бензин проходит через него, а вода – нет.
Посмотрите внимательно на капли росы, висящие на стебельках травы или на капли, лежащие на лепестке цветка. Попробуйте сформулировать и решить задачу!
Будьте внимательны к окружающему вас миру, ищите и решайте физические задачи, которых так много вокруг!