Ирина Андржеевская – Физика: парадоксальная и объяснимая. 100 открытых задач (страница 4)
В условиях невесомости этого не происходит. Ведь там отсутствует сила, которая смещает ткани в просвет дыхательных путей.
Хотите знать больше?
От храпа страдает до 30% взрослого населения нашей планеты. Звук храпа человека может достигать 92 децибел, что соответствует уровню шума работающего перфоратора. Храп считается предвестником целого ряда проблем со здоровьем.
Астронавты и космонавты… Эти два слова вошли в привычный лексикон людей только в 60-х гг. XX века. Тогда сбылась головокружительная мечта человечества о полёте в космос.
В США пилотов космических кораблей назвали астронавтами, в СССР – космонавтами. Оба этих слова составлены из греческих корней: ἄστρον (астра) – звезда; κόσμος (космос) – мир, Вселенная; ναύτης (навт) – моряк. Несложно понять их смысл: астронавт – человек, плывущий к звёздам, а космонавт – в бескрайние просторы Вселенной. В Китае их называют «тайконавтами»: 太空 (тайко) переводится с китайского как «космос».
ЗАДАЧА 13. СОВРЕМЕННЫЕ ИЛИ СТАРИННЫЕ?..***
Представьте себе спор двух студентов-биологов, которым предстоит отправиться в долгую учебную экспедицию. Они побывают в разных уголках планеты, окажутся и на крайнем Севере, и на экваторе. Им предстоит провести много экспериментов, в ходе которых придётся измерять массу различных частей растений. Один студент предлагает для этой цели взять с собой самые современные электронные весы, а второй – старинные аптекарские с набором мелких гирь разной массы – разновесов.
А какие весы взяли бы вы?
Старинные весы / Wikimedia, ⠀⠀⠀⠀⠀Современные весы
Poussin jean, CC BY-SA 3
На каких весах можно более точно измерить массу в разных уголках планеты: на современных электронных или старинных рычажных?
Контрольный ответ
Масса измеряется с помощью весов. А весы работают благодаря силе тяжести, которая действует на тело. Величина этой силы немного различается в разных частях планеты. Но масса тела при этом не меняется, так как от силы тяжести она не зависит!
Поэтому электронные весы, настроенные так, чтобы показывать точное значение массы на экваторе Земли, будут неточны на её полюсах. Ведь на экваторе сила тяжести меньше примерно на 0,5%, и давить на весы тело будет с меньшей силой.
А вот с рычажными весами такой проблемы не возникнет. Ведь эти весы сравнивают массу тела с гирьками заданной массы. Изменение силы тяжести, действующей на тело, будет точно таким же, как изменение силы тяжести, действующей на разновесы. И показания таких весов окажутся верными в любой точке Земли.
Хотите знать больше?
Форма Земли – не совсем шар. Расстояние от центра Земли до её поверхности на экваторе больше, чем на полюсах.
Но в соответствии с законом всемирного тяготения сила притяжения между телами тем меньше, чем больше расстояние между ними. Поэтому на экваторе сила тяготения меньше и вес тела меньше.
Кроме того, уменьшение веса на экваторе обусловлено вращением Земли.
Кстати…
Земля имеет специфическую форму, которую принято называть «геоид».
Подробнее о конфигурации Земли можно почитать по запросу «Геоид».
ЗАДАЧА 14. ДОРОГАЯ НЕВЕСОМОСТЬ***
Космонавты работают в невесомости. А готовиться к полёту приходится на Земле, где в обычных условиях невесомости нет. Как же отрабатывать навыки, которые пригодятся космонавтам на орбите?
Для воспроизведения условий невесомости созданы специальные самолёты. Такой самолёт поднимается на высоту около 10 км и затем начинает снижаться с ускорением свободного падения (говоря проще – падать). Время такого резкого снижения не может превышать 30 секунд, ведь запас высоты ограничен и его ещё должно хватить на манёвр выхода из пике. Этими 30 секундами и ограничивается время, в течение которого пассажиры испытывают невесомость. А для тренировки экипажа космического корабля требуются многие часы! К тому же полёт самолёта – совсем не дешёвое развлечение.
Подробнее, если захотите попробовать, ищите информацию по запросу «Программа тура «Полёт на невесомость».
Как же эффективно и относительно дёшево тренировать космонавтов?
Контрольный ответ
Вспомним закон Архимеда: «На тело, погружённое в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной телом жидкости».
Средняя плотность тела человека близка к плотности воды. Поэтому сила Архимеда, действующая на него, приблизительно равна силе тяжести. Сила плавучести компенсирует силу тяготения, и вес тела оказывается равным нулю.
Обыкновенная вода частично имитирует условия, приближённые к невесомости. Навыки движения космонавтов можно отрабатывать под водой.
Хотите знать больше?
В 1980 г. в Центре подготовки космонавтов имени Юрия Гагарина построили гидролабораторию, где в специальном бассейне будущие космонавты проводят сотни часов. Есть подобные лаборатории и в США, и в Китае.
Видео по теме см. по запросу «Погружение в невесомость. Тренировки космонавтов под водой».
Кстати…
Невесомость не означает отсутствие гравитации! Гравитация есть везде. Состояние невесомости сродни бесконечному падению. Представьте себе кабину лифта, летящего вниз. Он движется точно с такой же скоростью, как и все тела внутри него. Невозможно опереться на пол кабины. Если попробовать – оттолкнёшься и взлетишь к потолку. То же самое происходит внутри космического корабля.
ЗАДАЧА 15. СТАЛО ЛУЧШЕ, ДА ХУЖЕ…**
В 1813 г. в Англии построили первую консервную фабрику. В то время консервные банки изготавливались вручную из кованого железного листа, покрытого слоем олова толщиной 0,1 миллиметра. Один рабочий мог изготовить всего 5—6 банок в час. Банки были надёжными, но тяжёлыми и дорогими.
Во второй половине XIX века на смену кованому лужёному листу пришла тонкая, толщиной около 0,3 миллиметра, и прочная стальная жесть. Такие банки стало проще изготавливать и легче вскрывать. Но возникла неожиданная проблема. При термообработке консервируемых продуктов внутри закрытой банки повышалось давление. Дно и крышка выдавливались и становились выпуклыми. Банка как будто вздувалась изнутри. Именно так выглядят консервы, продукты внутри которых испортились. Продать вздутую банку невозможно.
Как добиться того, чтобы банка из тонкой жести не вздувалась при термообработке?
Контрольный ответ
На дно и крышку банок стали наносить рельеф в виде концентрических окружностей. Когда после термообработки банка остывала, рельефная поверхность банки пружинила, дно и крышка возвращались в первоначальное положение. Такой рельеф есть и на современных консервных банках.
Консервная банка из белой жести / Wikimedia, Rainer Zenz, CC BY-SA 3.0
Хотите знать больше?
Швы первых консервных банок запаивались оловянным припоем. Иногда в состав припоя входил и свинец. А свинец крайне вреден для человеческого организма. Правда, отравление свинцом происходит не мгновенно. Негативные последствия проявляются через некоторое время в результате накопительного эффекта.
Предположительно, из-за отравления свинцом в 1872 г. на Шпицбергене умерло 17 охотников за тюленями, все они питались консервами.
Пострадала и арктическая экспедиция Джона Франклина 1845—1847 гг. У всех членов экспедиции были серьёзные признаки отравления свинцом.
Проведённые позже исследования показали, что ещё одним потенциальным источником свинца могли быть корабельные опреснительные системы, а не только консервные банки.
Отравления консервами необязательно связаны со свинцом. Возможно, охотники за тюленями погибли не от ядовитого свинца, а из-за безобидного олова.
Олово – вещество, у которого есть разновидности (химики называют их аллотропные модификации). При температурах ниже 13° C и особенно интенсивно при – 40° C белое олово превращается в серое. А серое олово – крошащийся порошок.
Из-за такого превращения в 1912 г. погибла антарктическая экспедиция Роберта Скотта. На сильном морозе оловянный припой рассыпался, и экспедиция осталась без топлива, которое вытекло из баков.
Возможно, что припой в консервных банках охотников тоже частично разрушился на холоде, консервы потеряли герметичность, что привело к их порче…
От превращений олова пострадала и армия Наполеона во время холодной зимы 1812 г. в России. Пуговицы солдатских мундиров были сделаны из олова…
Подробнее о модификациях этого металла можно почитать по запросу «Олово».
Кстати…
Первое устройство для открывания консервных банок появилось только через полвека после изобретения самой банки. До этого консервы солдаты открывали штык-ножом, а домохозяйки… подручным слесарным инструментом.
ЗАДАЧА 16. ЖЕЛАТЬ ЛИ ПОПУТНОГО ВЕТРА?*
«Попутного ветра!» – так говорили морякам, отправлявшимся в плавание. Это пожелание возникло во времена парусного флота и прочно закрепилось в языке. Сегодня его может услышать выпускник школы, перед которым открываются дороги взрослой жизни, бизнесмен, начинающий новое предприятие, и любой другой человек, которому предстоит совершить большое дело.
Но не стоит желать попутного ветра прыгунам с трамплина! Для них это равносильно предречению неудачи! Им нужен не попутный, а встречный ветер!
Зачем прыгуну встречный ветер?
Контрольный ответ
Встречный ветер увеличивает подъёмную силу, которая действует на прыгуна в полёте. Благодаря ей увеличивается время и дальность полёта лыжника.
Аналоги
По этой же причине против ветра взлетают самолёты.