Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №2 - Журнал «Домашняя лаборатория»
Источник: М.Минарт «Свет и цвет в природе», М., 1958, стр.91–95.
• ВОПРОС № 45: Почему пуля может отрикошетить от поверхности водоема?
ОТВЕТ: Многие наблюдали, как камни плоской формы, которым сообщена скорость с большой горизонтальной составляющей и вращение, обеспечивающее сохранение малого наклона плоскости камня к горизонту, при соприкосновении с водой легко отскакивают вверх от воды, иногда несколько раз. Очевидно, что в явлении такого водяного рикошета горизонтальная скорость играет основную роль. При отсутствии горизонтальной скорости плоский тяжелый камень не может отскочить от воды. Многократное рикошетирование свидетельствует о небольшой потере горизонтальной скорости во время соприкосновения с водой. Хорошо известно также рикошетирование снарядов. Так, например, круглое ядро диаметром 0,16 м с начальной скоростью 455 м/с может совершить на воде более 22 рикошетов. В настоящее время в артиллерии иногда намеренно производят стрельбу на рикошетах.
Рикошет возникает из-за действия силы реакции воды при входе тела в воду. Оценим эту силу. Для этого перейдем в систему отсчета, связанную с телом. Тогда на него налетает струя воды плотности р со скоростью v в направлении под углом α к поверхности тела. Так как сила, действующая на струю со стороны плоскости, равна скорости изменения проекции импульса Р струи на ось у, перпендикулярную к плоскости тела, то F = ΔРу/Δt = P∙sin α/Δt. За время Δt на плоскость попадает объем жидкости V = SvΔt с массой М = pV и импульсом Р = Mv = PSv2Δt, где S — площадь сечения струи. Поэтому F = pSv2sin α. Для описанного выше ядра, эта сила составляет около 106 Н, что в несколько тысяч раз больше веса ядра.
Шелест В.И.
Подробнее в книге: И.Ш.Слободецкий, Л.Г.Асламазов «Задачи по физике», Библиотечка «Квант» выпуск 5, М., Наука, 1980, стр.56.
• ВОПРОС № 46: Что произойдет с человеком, если его выбросить в открытый космос??? Пожалуйста, опишите.
ОТВЕТ: В одном из отчетов НАСА было описано изучение этого вопроса на обезьянах. Оказывается, что при резком занулении давления в барокамере, у человека (то есть обезьяны) есть примерно 15–20 секунд на совершение осмысленных действий. После этого он теряет сознание, а через 40–50 секунд происходят необратимые изменения в мозгу (связанные с острой кессонной болезнью). Утверждается, что взрыва тела не происходит. Дело в том, что если воздух из легких (и остальных полостей тела) беспрепятственно вышел, то в организме только жидкость, которая выделяет пузырьки газа, но сама сразу не вскипает. Между прочим, когда происходит разгерметизация (скажем, на большой высоте), то человек умирает, но на куски его не разрывает. Вспомним наших погибших космонавтов: 20 км — это примерно 1/10 атмосферы — практически вакуум, с интересующей нас точки зрения.
Воробьев П.В.
• ВОПРОС № 47: Почему, несмотря на очень большую температуру, ядро Земли находится в твердом состоянии?
ОТВЕТ: Согласно геофизическим данным, ядро Земли состоит из трех слоев.
Внешний слой (на глубинах 2920–4980 км объемом 15,16 % и массой 29,8 % всей Земли) пропускает продольные, но не поперечные сейсмические волны. По этой причине считается, что этот слой находится в расплавленно-жидком состоянии. Об этом же свидетельствуют данные: о приливных колебаниях внутри Земли (если бы вся Земля была твердой, то приливные колебания на ее поверхности были бы слабее фактически наблюдаемых); о нутационных колебаниях земной оси с периодом около суток (которые без жидкого ядра были бы невозможными); о так называемых чандлеровских колебаниях полюсов (т. е. колебаниях Земли в целом относительно ее оси вращения) с периодом около 1,2 года.
Переходный слой между внешним и внутренним ядром имеет толщину около 140 км. Внутреннее ядро имеет радиус 1250 км, объем около 0,7 % и массу около 1,2 % всей Земли. Продольные сейсмические волны проходят через него с большими скоростями, по сведениям последних лет ср = 11,1-11,4 км/с. В то же время данные об отражениях продольных волн от поверхности внутренней части ядра, а также регистрация сейсмических волн Аляскинского землетрясения 1964 г. показывают, что через нее проходят и поперечные волны (имея здесь довольно малые скорости cs ~ 3,6 км/с); по этим данным внутренняя часть ядра является твердым телом, по-видимому, близким к плавлению.
Подробнее в книге: А.С.Монин «Популярная история Земли», М., Наука, 1980.
То, что внутренняя часть ядра, несмотря на высокую температуру, является твердой, объясняется высоким давлением в недрах Земли: с ростом давления растет температура плавления. Например, для железа температура плавления увеличивается на 0,03 °C при увеличении давления на 10 атм. Оценим, при какой температуре будет плавиться железо в центре Земли. Если бы она была жидкой, то давление в недрах составляло бы более 105 атм. Это увеличит температуру плавления более, чем на 3000 °C. Температура же в ядре Земли оценивается в 3000–4000 К.
Источник: А.В.Бялко «Наша планета — Земля», Библиотечка «Квант» выпуск 29, М., Наука, 1989, стр.88–95.
• ВОПРОС № 48: Почему звезды падают?
ОТВЕТ: Частицы межпланетной пыли, входя в земную атмосферу с большими скоростями, сгорают в ней, превращаясь в метеоры — кратковременные вспышки, которые проносятся по небу и исчезают, оставляя на несколько секунд узкий светящийся след. Этот след в просторечии называют «падающей звездой».
За сутки в атмосфере Земли вспыхивает примерно 108 метеоров ярче 5m. Метеоров, имеющих звездную величину ш, примерно в 2,5 раза больше, чем (m — 1)-й звездной величины.
Очень яркие метеоры — болиды, могут наблюдаться и днем. Болиды сопровождаются иногда выпадением метеоритов. По происхождению и физическому строению большие тела, наблюдаемые как болиды, по-видимому, сильно отличаются от частиц, вызывающих метеорные явления.
Когда метеорная частица вторгается в земную атмосферу со скоростью 11–73 км/с, происходит энергичное взаимодействие между частицей и атмосферой. Это взаимодействие проходит для нас незамеченным, если частица настолько мала, что ее размеры много меньше длины свободного пробега молекул. В верхней атмосфере Земли частица размером 100 мкм и меньше имеет редкие столкновения с молекулами воздуха, которые приводят к замедлению ее движения и потере космической скорости еще на значительной высоте над поверхностью Земли, так как ее кинетическая энергия невелика.
Другое дело — вторжение более крупного метеорного тела, размером от 0,1 мм до 10 см. Такое тело способно увлечь воздушные массы, находящиеся на его пути, передавая им часть своего импульса и теряя кинетическую энергию, как и в предыдущем случае. Но теперь это происходит в несравненно более крупных масштабах. Так как скорость движения метеорного тела в атмосфере значительно превышает скорость звука, образуется ударная волна, за фронтом которой сильно повышается температура — до многих
