Четыре дамы и молодой человек в вакууме. Нестандартные задачи обо всем на свете - Илья Леенсон Страница 9

Объясните, в чем ошибся автор книги с точки зрения физики и химии.

Соленая задача

Предложите как можно больше способов определения плотности кристаллического хлорида натрия (поваренной соли), если в вашем распоряжении есть купленная в магазине соль «Экстра» тонкого помола, разнообразное лабораторное оборудование и вещества, но ни одного справочника.

Иней на заказ

Известен такой эффектный опыт. В стакан помещают красные кристаллы хлорида кобальта CoCl₂ ∙ 6H₂O и наливают немного тионилхлорида SOCl₂. Начинается бурная реакция с выделением паров воды и сернистого газа, а красные кристаллы превращаются в синие безводного хлорида кобальта: CoCl₂ ∙ 6H₂O + 6SOCl₂ = CoCl₂ + 6SO₂ + 12H₂O. Но самое удивительное в этом опыте – то, что температура в стакане быстро понижается, опускаясь ниже нуля; при этом стакан покрывается инеем. Как объяснить такое сильное самопроизвольное охлаждение смеси?

Легковесные пассажиры

Внутри автобуса плавают два воздушных шарика. Один, наполненный водородом, привязан ниткой к сиденью и немного не достает до потолка. Другой, наполненный углекислым газом, привязан к люку в крыше автобуса и немного не достает до пола. Как будут вести себя эти шарики при резком ускорении автобуса и его резком торможении? И как будет отклоняться пламя свечи, укрепленной на дне банки с высокими стенками? Объясните поведение шариков и пламени на основании молекулярно-кинетической теории газов.

День рождения – просто космос!

Однажды на борту космического корабля отмечали день рождения одного из членов экипажа и попытались (в нарушение всех возможных правил безопасности) зажечь свечи на торте. Что должно произойти?

а) Свечи будут гореть значительно ярче, чем на Земле.

б) Пламя будет значительно больше, чем на Земле.

в) Свечи будут гореть очень маленьким тусклым пламенем.

г) Свечи немного погорят и погаснут.

Закатили потеху в Руане

Французский физик Блез Паскаль (1623–1662) показывал жителям города Руана, в котором тогда жил, остроумные опыты по гидростатике. Толпа в несколько сот человек собиралась на его демонстрации как на праздничные представления. Один из самых известных опытов Паскаля, поразивший воображение жителей Руана, состоял в следующем. В большую бочку наливалась доверху вода, бочка закупоривалась крышкой, в которую была вставлена длинная тонкая стеклянная трубка. В трубку наливали воду, и когда ее уровень достигал определенной высоты, крепкая бочка разрывалась.

Объясните это явление. Можно ли разорвать бочку с помощью стакана воды?

Электроны спешат на работу

Петя и Вася заспорили, за какое время электроны, находящиеся в проводе непосредственно около выключателя, попадают в электрическую лампочку на потолке, когда зажигают свет. Вася был уверен, что за ничтожные доли секунды, а Петя утверждал, что за гораздо большее время. Чтобы понять, кто из них прав, нужно ответить на вопрос, с какой примерно скоростью происходит направленное движение электронов в проводе:

а) 0,1 мм/с;

б) 330 м/с;

в) 100 км/с;

г) 300 000 км/с.

Дошли до лампочки

1. В первый день каникул, от нечего делать, Вася измерил сопротивление электрической лампочки при помощи тестера (небольшого прибора, который совмещает в себе функции амперметра, вольтметра и омметра; его можно использовать в домашних условиях) и получил значение 50 Ом. «Сейчас я тебя проверю, – сказал Петя. – На лампочке написано: 60 Вт, 220 В. Из этих данных легко рассчитать ее сопротивление без всякого прибора. Ну вот, у меня получилось совсем другое. Значит, одно из двух: или ты не умеешь пользоваться тестером, или прибор неисправен».

Какое значение сопротивления получилось у Пети (ошибок в расчетах он не сделал)? Какое из предположений Пети вы считаете правильным? А может быть, вы предложите другую причину расхождения?

2. На следующий день Петя стал объяснять Васе, как чаще всего перегорают лампочки. Поверхность вольфрамовой спирали лампочки не идеально ровная и гладкая. Где-то она чуть тоньше, где-то на ней есть бороздки, ямки и царапины, пусть и микроскопические. Дальше в дело вмешиваются простые законы электротехники: там, где спираль стала чуть тоньше, ее электрическое сопротивление увеличивается. Мощность (Р), выделяющаяся при прохождении тока через проводник, прямо пропорциональна сопротивлению (R): P = I²R, где I – сила тока. Поэтому более тонкие места спирали нагреваются до более высокой температуры, чем соседние участки, и, следовательно, они начинают «худеть» еще быстрее. Как известно, «где тонко, там и рвется»: когда температура какого-то участка спирали достигает температуры плавления вольфрама, этот участок оплавляется, капля металла вбирает в себя вещество с соседних участков, и очень скоро в этом месте спираль перегорает. Иногда такие наплывы бывают настолько заметными, что их можно увидеть и невооруженным глазом.

Вася внимательно слушал, а потом задал вопрос, поставивший Петю в тупик. Он сказал, что в соответствии с законом Ома зависимость мощности от сопротивления можно ведь записать и иначе: P = U²/R, и тогда мощность, а следовательно, и нагрев будут не прямо, а обратно пропорциональны сопротивлению! Почему же Петя использовал именно первую, «нужную» ему формулу? Как бы вы ответили Васе?

3. До начала учебы оставался всего один день – и тогда Петя показал Васе хитрый фокус. Он соединил последовательно на небольшой доске два патрона с лампочками на 220 В мощностью 15 Вт и два выключателя. И после включения в сеть продемонстрировал «чудо»: каждый выключатель мог включать и выключать только «свою» лампочку. Вася так и не смог догадаться, как это возможно. А вы сможете раскрыть секрет?

Полюса «поплыли»

Если компас поднести вплотную к нижней части чугунной батареи отопления, его стрелка будет показывать уже не на север – юг, а на батарею. То же, конечно, будет, если поднести компас к верхней части батареи. Но вот что удивительно: теперь компас показывает на чугун другим концом стрелки! Этот же эксперимент можно провести с чугунной ванной. Попробуйте объяснить такое удивительное явление, которое вполне можно показывать как фокус. Подсказка: «фокус» не удастся, если подносить компас к железному корпусу автомобиля, на котором хозяин каждый день ездит на работу.

Голос камертона

Для настройки музыкальных инструментов используют камертон: двойной металлический штырь, который при ударе издает звук определенной частоты. Звук этот довольно тихий и слышен только вблизи. Если же камертон установить на пустом деревянном ящике (резонаторе), то звук настолько усиливается, что его можно демонстрировать на лекции в большой аудитории. За счет чего берется энергия для усиления звука?