Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №2 - Журнал «Домашняя лаборатория»
Степанов М.Г., Кириченко Н.А.
Литература:
Лойцянский Л.Г. "Механика жидкости и газа", М., 1978.
Сивухин Д.В. "Курс общей физики", т.1 Механика, Москва, 1989.
• ВОПРОС № 61: Могут ли быть причиной выхода из строя «сидирома» радиоволны, исходящие от радиостанции «Алинко», мощностью выходного сигнала не более 5 Вт. Этот вопрос возник из-за того, что известен выход из строя 4-х «сидиромов» (3 от компьютера и 1 от музыкального центра). Обычно «сидиромы» выходят из строя очень редко.
ОТВЕТ: Да, могут. Если антенна радиостанции излучает направленно на высокой частоте (около 100 МГц), то в рядом находящихся проводниках, в тонком скин-слое вблизи поверхности, будет выделяться тепловая мощность, достаточная для того, чтобы разогреть поверхность и привести к ее окислению. Если поднести руку к антенному выходу радиостанции, излучающей 5 Вт, то можно получить тепловой ожог.
Потеряев B.C.
• ВОПРОС № 62: Можно ли рассчитать упаковку информации на лазерном диске (кол-во дорожек на см), пользуясь подручными средствами и лазером? Если да, то, каким образом?
ОТВЕТ: Можно. Дорожки на CD образуют дифракционную решетку, и свет, проходя через нее (или отражаясь), испытывает дифракцию. В результате кроме прошедшего (или отраженного) луча (нулевой порядок дифракции) возникают лучи, отклоненные на определенные углы. Это то же явление, как и то, когда вы смотрите сквозь ткань на яркий источник света. Но в случае ткани возникает система лучей в виде креста, а при дифракции на дорожках CD — дифрагированные лазерные лучи лежат в одной плоскости, а на удаленном экране дают систему точек, лежащих на линии.
Расстояние между дорожками d легко найти, зная длину волны λ излучения лазера, расстояние D между светлыми точками на экране от лучей нулевого и (соседнего) первого порядка дифракции, и расстояния от плоскости CD до плоскости экрана L:
d = λL/D. (1)
Формула получается очень просто: условие появления дифрагированного луча первого порядка заключается в том, чтобы на каждом периоде решетки набегала длина волны света. В результате угол отклонения луча первого порядка дифракции: α = λ/d (2)
Расстояние на экране между "зайчиками" от лучей нулевого и первого порядка дифракции:
D = Lα. (3)
Комбинируя (2) и (3), получим (1).
Если все это проделать экспериментально, увидите, что расстояние между дорожками порядка 3–4 длин волн красного света (т. е. около 2 микрон).
Воробьев П.В.
• ВОПРОС № 63: Выполняется ли закон Дальтона для реальных газов?
ОТВЕТ: Законы Дальтона Звучат следующим образом:
- давление смеси химически не взаимодействующих идеальных газов равно сумме парциальных давлений,
- при постоянной температуре растворимость в данной жидкости каждого из компонентов газовой смеси, находящейся над жидкостью, пропорционально его парциальному давлению.
Оба закона Дальтона строго выполняются для идеальных газов. Для реальных газов эти законы применимы при условии, если их растворимость невелика, а поведение близко к поведению идеального газа.
Теоретическое нахождение давления смеси реальных газов является очень трудной задачей. Рассмотрим частный случай смеси неплотных неидеальных газов. Как известно, для таких газов уравнением состояния является уравнение Ван-дер-Ваальса:
(р + аv2/V2)∙(V — vb) = vRT или р = vRT/(V — vb) — av2/V2,
где p, T, v — давление, температура и количество молей газа, соответственно, R — универсальная газовая постоянная, а и b — константы, характеризующие силы притяжения и отталкивания между молекулами газа. Для неплотных газов, когда vb << V, можно записать разложение:
р = vRT/V + (bRT — a)∙v2/V2.
Видно, что давление реального газа отличается от давления идеального на величину, пропорциональную bRT — a, которая может быть как больше, так и меньше нуля (все определяется тем, какие силы между молекулами преобладают — отталкивания или притяжения). Допустим, мы смешиваем два неплотных реальных газа, у которых константы а и b идентичны (например, изотопы). Тогда:
p1 = v1RT/V + (bRT — a)∙v12/V2,
p2 = v2RT/V + (bRT — a)∙v22/V2,
Рсм = (v1+ v2)∙RT/V + (bRT — a)∙(v1 + v2)2/V2,
где p1, p2, pсм — давление первого газа, второго газа и их смеси соответственно.
Легко получить, что Δр = рсм — P1 — Р2 = 2∙(bRT — a)∙v1v2/V2. Таким образом, при T > a/bR давление смеси газов будет больше суммы парциальных давлений, при Т < a/bR давление смеси газов будет меньше суммы парциальных давлений, а при Т = a/bR закон Дальтона будет выполняться.
Шелест В.И.
Подробнее в книгах:
Р.В.Телеснин «Молекулярная физика», М., 1973.
Д.В.Сивухин «Общий курс физики», том 2, М., Наука, 1990, глава 8.
Я.М.Гельфер, В.Л.Любошиц, М.И.Подгорецкий «Парадокс Гиббса и тождественность частиц в квантовой механике», М., Наука, 1975, глава 4.
• ВОПРОС № 64: Как измерить массу тела в космосе, ведь там нет веса?
ОТВЕТ: Давайте вспомним определения:
• Вес — это сила, обусловленная силой притяжения Земли, с которой тело давит на подставку или растягивает подвес.
• Масса — это фундаментальная физическая величина, определяющая инерционные и гравитационные физические свойства тела.
С точки зрения теории относительности масса тела m характеризует его энергию покоя Е0, согласно соотношению Эйнштейна: Е0 = mс2, где с — скорость света.
В ньютоновской теории гравитации масса служит источником силы всемирного тяготения, притягивающей все тела друг к другу. Сила F, с которой тело массы m1 притягивает тело с массой m2, определяется Законом тяготения Ньютона: F = Gm1m2/r2.
Инерционные свойства массы в нерелятивистской (ньютоновской) механике определяются соотношением F = mа.
Из определений ясно, что масса и вес вовсе не одно и то же. В состоянии невесомости масса остается. Больше того, если вам доведется побывать в невесомости, то помните, что отсутствие веса не значит отсутствие массы, и в случае удара о борт вашего космического корабля синяки и шишки будут самыми настоящими.
Из сказанного выше, можно получить, по крайней мере, четыре способа определения массы тела в невесомости:
а) можно аннигилировать исследуемое тело (перевести всю массу в энергию) и померить выделившуюся энергию — по соотношению Эйнштейна получить ответ,
б) с помощью пробного тела померить силу притяжения, действующую на пробное тело со стороны исследуемого объекта, — зная расстояние, по соотношению Ньютона найти массу,
в) подействовать на тело с какой-либо известной силой (например, прицепить к телу динамометр)
