|
=ИЗРАИЛЬСКАЯ АРМИЯ - ДЕРЬМО!!!=
<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.
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!
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}}
С потолка он строит дом,<br /><br />
Воду носит решетом…
{{Конец цитаты}}
Естественно возникает вопрос: «Возможно ли носить воду решетом?» [[Изображение:wat1.gif|frame|right|Вода в решете]] 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 <math>R</math> = 0,1 м. Отверстия в решете круглые, диаметра <math>\,\! d \sim 10^{-3}</math> м.<br>
Материал, из которого сделана сетка, не смачивается водой. <br>
Табличные данные:
<math>\sigma</math><sub>воды</sub>= <math>7,3\cdot 10^{- 2}</math> Н/м,<br>
<math>\rho</math><sub>воды</sub> = <math>10^3</math> кг/м<sup>3</sup>, <br>
<math>g \approx 10</math> м/с<sup>2</sup>.<br>
Сформулируем '''условие задачи.'''<br>
''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 ''
<math>\sigma</math><sub>воды</sub>= <math>7,3\cdot 10^{- 2}</math> Н/м, плотность воды
<math>\rho</math><sub>воды</sub> = <math>10^3</math> кг/м<sup>3</sup>, g = 10 м/с<sup>2</sup>. ''Какую максимальную порцию воды можно носить в таком решете?''
===Решение.===
[[Изображение:wat2.jpg]]
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 <math>h_{max}</math>:
<math>\Delta P = \frac{{4\sigma }}{d} = \rho gh_{\max };</math>
отсюда:
<math>h_{\max } = \frac{{4\sigma }}{{\rho gd}} = \frac{{4 \cdot 7,3 \cdot 10^{ - 2} }}{{1,10 \cdot 10^3 \cdot 10 \cdot 1,0 \cdot 10^{ - 3} }} = 29 \cdot 10^{ - 3}</math>(м)
Максимальный объём воды, который можно носить в таком решете,
<math>V = \pi R^2 h_{\max } = 9,1 \cdot 10^2</math>см<sup>3</sup><math>\approx 1</math> л
Интересным примером использования этого явления является работа топливного фильтра автомобиля.
<math>\sigma</math><sub>воды</sub>= <math>7,3\cdot 10^{- 2}</math> Н/м, <math>\sigma</math><sub>бензина</sub>= <math>2,4\cdot 10^{- 2}</math> Н/м.
<math>\rho</math><sub>воды</sub> = <math>10^3</math> кг/м<sup>3</sup>,
<math>\rho</math><sub>бензина</sub> = <math>0,8 \cdot 10^3</math> 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.
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!
[[Категория:журнал «Потенциал»]]
[[Категория:Физика в журнале «Потенциал»]]
| 