Павел Полуэктов - Озадачник - 133 вопроса на знание логики, математики и физики

Может ли вода заряжаться при кипении?

1. С чего вдруг? Конечно нет!

2. В стальной кастрюле вряд ли, а в эмалированной – может.

3. В электрочайнике заряжается от электросети (220 В).

Вода всегда находится в частично диссоциированной форме – т. е. помимо молекул воды в ней содержатся ионы H +и HO −. Скорости испарения у них разные, легкие ионы H +испаряются быстрее – как следствие, кипящая вода приобретает небольшой отрицательный заряд. При условии, конечно, что кипит в диэлектрической посуде – если сосуд проводящий, то заряд «стечет» на землю.

Не самый сильный человек при помощи системы блоков хочет поднять груз весом 2,5 т. При этом, трезво оценивая свои силы, он хотел бы приложить усилие в количестве не более 20 кг – больше ему не выдержать. Какое минимальное число блоков ему потребуется?

1. 8.

2. 32.

3. 125.

Применение блоков, как известно, позволяет с меньшими усилиями поднимать большие грузы. Насколько меньшими? Давайте посчитаем. Берем самую простую систему – двухблочную (см. рисунок – представьте, что там только два блока, неподвижный, прибитый к балке и свободный второй). Сдвинем веревку на l , насколько поднимется груз? Очевидно, на l /2. Работа по подъему груза есть F 1 l = F 2 l /2 (последнее равенство – просто одна из форм записи закона сохранения энергии; здесь F 1 – сила, которую прикладывает человек, F 2 – сила, с которой притягивается к земле груз, т. е. попросту вес груза). Сократив обе стороны равенства на l , получим F 1= F 2/2. Рассмотрим теперь систему из трех блоков. Рассуждая аналогичным образом, выводим F 1= F 2/4 и, обобщая на случай n блоков, – F 1= F 2/2 n−1. Или, переписав эту формулу, 2 n−1= F 2/ F 1= 2500/20 = 125. Вспоминая, что 128 = 2 7, а 125 – это почти 128, находим n – 1 = 7, n = 8 – восьми блоков будет достаточно, чтобы поднять груз массой 2,5 т, приложив усилие в 20 кг (и даже немножечко меньшее).

– Але, граждане! У нас авария на подстанции, давления не будет до вечера! – буркнул водопроводчик и повесил трубку.

Дело было в многоквартирном 10-этажном доме, зимой, при ощутимом морозе. Если на нижних этажах еще была вода, то начиная с пятого из открытых кранов уже ничего не текло. Жители перепугались, что сейчас у них все вымерзнет, батареи от холода лопнут, – в общем, стали готовиться к глобальной катастрофе. Однако ничего такого не случилось, батареи грели, как и прежде, вплоть до самого вечера, когда с аварией справились. Как такое возможно?

1. В замкнутом контуре отопления движение воды возможно и при низком давлении, а вот по водопроводу воду без давления не поднять.

2. Авария касалась только водопровода, система отопления не была с ним связана.

3. Батареям хватило до вечера утреннего запаса тепла.

Нет, конечно, можно предположить, что системы водо– и теплоснабжения в этом доме независимы, но в подавляющем большинстве случаев это не так, почти всегда это одна и та же система, так что будем из этого исходить. Почему не текла вода из кранов верхних этажей? Известно, что давление воды падает на 1 атм при повышении уровня на 10 м. Пятый этаж – это где-то метров 20, т. е. давление в трубе было где-то на уровне 2 атм – его еще хватало поднять воду до четвертого, но выше уже никак. Это потому, что водопроводный контур – открытый: поднимаем воду до уровня крана, из которого она вытекает свободно. Иное дело – контур тепловой: он замкнутый. Подняв столб воды на высоту h , мы одновременно такой же столб воды с такой же высоты спустили – т. е. здесь работы почти не совершается, баланс энергии практически нулевой. Соответственно, движение воды по такому контуру возможно даже при очень небольшом давлении. Схожий эффект многие могли наблюдать при сливании бензина из бензобака через трубочку: главное – запустить ток жидкости (говорят «отсосать бензин») и держать выпускное отверстие ниже уровня топлива в баке, и тогда оно может вытечь хоть все, притом что сначала ему нужно подняться по трубке на ощутимую высоту.