1.101 Экстравагантность и оригинальность стали обычным явлением в жизни американского общества. На праздновании столетнего юбилея алабамского города Форт-Пайн всех поразил самый большой в мире торт, выполненный в виде рельефной карты штата Алабама. Масса кондитерского великана была равна 58 тоннам, включая 7,5 тонны мороженого.
Задача. Определите вес этого чуда. Какая сила тяжести действовала на торт до его съедения?
1.102 Колокол Сысой, самый большой колокол в мире находится в звоннице Ростова Великого Ярославской области. Отлит колокол в 1688г. русским мастером Фролом Терентьевым. Его масса 32 тонны. В немецком городе Кельне находится колокол Петер массой 24 тонны, отлитый в 1923 году.
Задача. Определите силу тяжести, действующую на колокол Сысой. Чему равен вес этого гиганта, подвешенного на тросе?
1.103 Растет на Малых Зондских островах необычное «конфетное дерево» - ховения сладкая. Это дерево, похожее на нашу липу, достигает порой пятнадцатиметровой высоты. Плоды ховении - невзрачные сухие шарики - несъедобные, но зато их толстые мясистые плодоножки содержат до 50 процентов сахарозы и напоминают своим вкусом изюм, вымоченный в роме. Местные жители, особенно дети, с удовольствием трясут стволы ховений, собирая потом упавшие «конфеты» целыми килограммами. С одного дерева можно получить иной раз до 35кг сладкого природного лакомства.
Задача. Как увеличится вес добытчика «конфет», если ему попалось самое плодоносящее дерево?
1.104 Известно, что наша Земля эллипсоид. Так, ускорение свободного падения на Северном полюсе равно 983 см/с2, а на экваторе — 978 см/с2.
Задача Определите по этим данным радиус Земли на экваторе и на Северном полюсе. Определите вес человека на этих широтах в первом случае с учетом вращения Земли вокруг своей оси, а во втором - без учета этого вращения.
1.105 Знаменитые пирамиды в Гизе были сооружены из огромных каменных блоков весом более двух тонн каждый. Эти каменные глыбы откалывали от скалы и переправляли к месту строительства. Чтобы отколоть камень, в скале делали отверстие, в которое забивали деревянные колышки. Эти колышки поливали водой в течение продолжительного времени, они разбухали и давали в скале трещину, которую потом увеличивали с помощью каменного молотка до тех пор, пока каменная масса не откалывалась. Глыбу камня приходилось тщательно шлифовать. Готовые формы с помощью сооруженной насыпи поднимали на высоту, складывая камень на камень. Блоки укладывали так плотно, что между ними даже не могла просочиться вода. Огромное давление сверху (например, высота пирамиды Хеопса примерно 147метров) делало всю конструкции практически монолитной.
Задача. Определите давление одной глыбы, имеющей форму параллелепипеда, если ее масса равна 10 т, а основание имеет размеры 2x4 м2.
1.106 Строители Заполярья иногда используют в качестве строительного материала ледобетон. Так называют лед с включенной в него галькой. Ледобетон настолько прочен, что при работе с ним нередко ломаются даже стальные зубья экскаваторов. Другим вариантом ледобетона является лед с добавлением к нему древесной пульпы (ледопласт). Материал этот выдерживает давление до 50 кг/см2 и может быть использован в качестве заменителя цемента при постройке плотин на реках Заполярья.
Задача. Определите, какую силу необходимо приложить к 2 см2 ледопласта, чтобы его разрушить.
1.107 Крайне сложен переход в тайге в зимнюю пору, когда снежный покров глубок и не выдерживает человека. Преодолеть заснеженные участки без лыж-снегоступов практически невозможно. Taкие лыжи делаются в виде рамы из ветвей длиной 140-150см. Ширина таких лыж не должна 6ыть меньше 30см. Раму заплетают тонкими, гибкими ветвями, а передний конец, распарив в горячей воде, загибают кверху.
Вопрос. Какое давление будет оказывать человек массой 70кг, используя такие лыжи-снегоступы?
1.108 В Крыму очень часто человека может напугать «выстрел» воинственного растения, которое носит название «бешеный огурец». Плод этого растения очень похож на обыкновенный огурец, отличает его множество щетинок, покрывающих поверхность. В «бешенство» он приходит, когда полностью созревает: пока плод зреет, внутри него накапливаются газы. К моменту созревания их давление в его полости достигает трех атмосфер.
Задача. Определите давление на стенки этого плода. В каком месте огурца давление выше: в верхнем или нижнем?
1.109 Как ветер сушит почву? Как это предотвратить?
1.110 Чемпионами по глубоководному нырянию являются представители Арктики и Антарктики. Так, гагару ученые наблюдали из батискафа на глубине 80 метров. Королевский же пингвин ныряет на глубину до 200 метров и более.
Задача. Определите давление, оказываемое на гагару и пингвина на глубинах, приведенных выше.
1.111 Жираф обладает, необычайно высоким ростом, около 5,5м. Сердце жирафа находится на высоте около 2,5м, поэтому кровеносные сосуды ног должны испытывать огромное давление всего этого столба жидкости. Что же спасает ноги жирафа от отеков? Между сосудами ног жирафа и его плотной шкурой находится много межклеточной жидкости, которая точно так же спасает сосуды от чрезмерного расширения. Если бы у жирафа на уровне сердца было такое же артериальное давление, как и у человека, то на уровне головы оно было бы уже меньше атмосферного, и кровь не могла бы протекать через мозг. Поэтому жираф-гипертоник. Его артериальное давление на уровне сердца может достигать 50кПа.
Задача. Определите гидростатическое давление, которое оказывает кровь на высоте сердца и ног жирафа. С какой силой кровь давит на 1см2 кровеносных сосудов на уровне сердца?
1.112 Для жизни под водой человек совершенно не приспособлен. На глубине 20м под действием внешнего давления у него могут лопнуть барабанные перепонки. Опуститься же на глубину более 70м без специального снаряжения совершенно невозможно. Правда, натренированные пловцы на очень короткое время опускаются под воду на глубину до 51м.
Задача. Какое давление испытывают натренированные пловцы, опускаясь на глубину 51м?
1.113 Давление крови в сосудистой системе приведено в таблице.
Сосуды
Давление, кПа
Аорта
19,9-6,6
Артерии
16-9,3
Капилляры
1,3-2,6
Вены
От -0,7 до +1,3
Задание. Составьте по этим данным задачи.
1.114 В Хорватии имеется природная жемчужина Далматинского берега Адриатики - Плитвицкие озера. Первое озеро – Прощанское - находится на высоте 636 метров над уровнем моря, а последнее, озеро Новаковски Брод, - на высоте 503м. Крупнейшее из всей озерной цепочки озеро Козьяк занимает площадь больше восьмидесяти гектаров, а глубина его превышает 40метров.
Вonpoc. Определите давление на дно этого озера.
1.115 В свое время первый ученый-исследователь природы Уссурийского края Пржевальский писал, что после однообразных пространств северной тайги леса долины Уссури и водные просторы озера Ханка поражают путешественника контрастным сочетанием самых неожиданных растительных и животных форм. Несмотря на огромную площадь - 400км2, озеро Ханка является одним из самых мелких в России, давление на его дно колеблется от 10 до 30 кПа, и его хорошо прогреваемые воды дают приют тридцати трем видам рыб.
Вопрос. Определите среднюю глубину озера Ханка.
1.116 Нет в мире другого столь прославленного озера, как Байкал. «Океан-морем большим» назвали бескрайнее озеро в XVII веке впервые увидевшие его русские казаки-землепроходцы. Глубже Байкала нет озер на материках нашей планеты: 1637м намерил эхолот к востоку от острова Ольхон. По объему воды Байкал почти в 100 раз превосходит Азовское море и в 30 раз Аральское.
Вопрос. Определите давление воды на дно Байкала в самом глубоком месте.
1.117 Почему человек перед прыжком немного приседает?
1.118 Почему трудно держать в руках живую рыбу?
1.119 Какую работу совершает комар, когда жалит человека?
1.120 Специалисты продолжают изучать рельеф дна океанов и морей различными методами со специальных погружаемых аппаратов (батискафов), проводя промеры глубин и глубоководное бурение. Поэтому до сих пор совершаются неожиданные открытия и в карты подводного рельефа вносятся существенные поправки. Например, в 1988г. при проверке глубин российскими исследователями на судне «Василий Головнин» с карты восточной части Атлантического океана «исчезла» впадина Монако. Вместо отметки 6293м при детальных промерах глубин здесь были обнаружены отметки 5420-5440м. Российские ученые, работая на геолого-геофизическом полигоне в Тихом океане, в южной части так называемого Императорского разлома обнаружили скалистые ущелья глубиной до 7400м. Они обрамлены с обеих сторон хребтами, которые находятся на глубине 3500 - 4700м, то есть возвышаются над дном ущелий примерно на 3000м. Это позволило предположить, что Императорский разлом представляет собой развивающийся глубоководный желоб.
Вопрос. Какое давление испытывал батискаф около впадины Монако и на дне Императорского разлома? С какой силой вода давила на батискаф на этой глубине, если принять, что форма батискафа - сферическая, с радиусом 3 м?
1.121 На реке или канале для перевода судов с одного уровня на другой, например, перед плотиной, используют шлюзы. Это гидротехническое сооружение представляет собой камеру, огражденную продольными стенками и воротами. Предположим, нужно провести судно с нижнего бьефа (части реки или канала, расположенной ниже шлюза по течению) на верхний. Сначала в нижних воротах открывают задвижку, излишек воды сливается, и уровень воды в камере и нижнем бьефе становится одинаковым. Ворота открывают, судно входит в камеру, затем снова закрывают нижние ворота и отодвигают задвижку на верхних; камера заполняется водой до уровня верхнего бьефа. После этого судно выходит из шлюза через верхние ворота. Камеры наиболее крупных шлюзов имеют длину до 400м, ширину до 33м при глубине 5-15м. Такие сооружения могут пропускать одновременно несколько судов. Бывают шлюзы и многокамерные.
Задача. Где в технике применяется принцип сообщающихся сосудов?
1.122 Данные о высоте полета птиц были получены в результате их столкновений с самолетами. Согласно данным Дж. К. Терреса, на высоте 2400м известны случаи столкновения самолетов со стаями журавлей и лебедей, на высоте 5100м (над Андами) - с кондором. В США на высоте 6300м встречена кряква, а воробьиные птицы толстонос (в США) и коноплянка (в Европе) зарегистрированы на высоте свыше 3900м. Примерно на этой же высоте в Европе наблюдали полет стрижей, гусей и уток, чибисов и ржанок. Парение бородача над Гималаями зарегистрировано на высоте 7500м.
Задача. Рассчитайте давление воздуха на этих высотах, а также концентрацию молекул воздуха, при известных температурах.
1.123 Лягушка (любая), банка, немного воды и деревянная лесенка - все, что нужно для «естественного барометра». Дайте пойманной лягушке прийти в себя и начинайте наблюдения. Если лягушка поднимается по лесенке - ждите плохой погоды, спускается - к переменной погоде, барахтается на поверхности воды - ждите солнечной сухой погоды. Связано это с лягушачьей кожей и испарением воды с нее: к сухой погоде — сиди в воде, дождик — можно выбираться на сушу!
Задача. Назовите приборы, с помощью которых можно предсказать изменение погоды.
1.124 Еще один природный барометр. Налейте в поллитровую банку полстакана воды, поместите туда пиявку и завяжите банку сверху марлей. Воду летом меняйте раз в неделю, а зимой - в две недели раз. В хорошую погоду пиявка лежит на дне, вернувшись в клубок. Перед дождем она всплывает к краю сосуда и лежит, пока погода не улучшится. Если будет ветер, то пиявка быстро плавает и успокаивается вместе с ветром. Перед бурей она конвульсивно подергивается. В морозную ясную погоду она лежит на дне, а в снегопад поднимается к поверхности воды.
Вопрос. Объясните поведение пиявки.
1.125 Присоски имеют форму либо полушарообразной чаши с липкими краями и сильной мускулатурой, либо состоят из ряда складок кожи в виде узких карманов. Края прикладываются к поверхности, на которой надо держаться, при попытке оттянуть присоску глубина карманов увеличивается, давление в них уменьшается, и атмосферное давление (для водных животных - давление воды) сильнее прижимает присоску к поверхности. Так, рыба-прилипала обладает присоской, которая занимает почти всю длину головы. Эта рыба присасывается к другим рыбам, камням, а также к лодкам и кораблям. Она присасывается так прочно, что ее легче разорвать, чем отцепить. Конец одного из двух самых длинных ловчих щупальцев кальмара густо усыпан разнокалиберными присосками.
Задача. Определите, какую силу необходимо приложить к рыбе-прилипале, чтобы на берегу ее оторвать от лодки, если площадь присоски равна 2см2?
1.126 На клювах уток и гусей паразитируют так называемые глоточные пиявки. Сжимаясь до толщины нитки, пиявки проникают в ротовую полость птиц, сосут кровь и, разбухая до огромных размеров, могут вызвать смерть птиц. Пиявка массой 2г может высосать 5-15мл крови.
Задача. За счет каких сил пиявка присасывается к телу водоплавающих? Определите вес пиявки до присасывания и после того, как она насосалась крови.
1.127 Прыгун вообще ни на какую другую рыбу не похож. Он живет в устьях австралийских, азиатских и африканских рек, в лагунах, там, где к воде спускаются мангровые заросли. Эта небольшая рыбка часто охотится за насекомыми на корнях мангровых деревьев. Большую часть своей жизни эти рыбы проводят вне водной стихии. Именно поэтому у них помимо жаберного типа дыхания есть наджаберный орган специально для поглощения атмосферного воздуха. Прыгуны обладают еще и брюшной присоской, помогающей им удерживаться на корнях деревьев. Благодаря этой присоске они не падают даже с вертикальных ветвей.
Вопрос. Объясните действие присоски.
1.128 В природе каждый организм как-то реагирует изменения окружающей среды: состава воздуха, влажности, физических процессов и др. Эти явления люди наблюдали из поколения в поколение; знания, накопленные ими, нашли свое отражение в народных приметах. По состоянию растений предсказывали погоду, что было очень важно для сельскохозяйственных работ.
Вопрос. А какие вы знаете растения-барометры?
1.129 В мире несколько стран (Боливия, Мексика, Перу, Эфиопия, Афганистан), в которых большинство населения проживает на высоте свыше 1000м над уровнем моря. Лишь в Боливии, Перу и Китае (Тибет) граница обитания человека превышает 5000м над уровнем моря.
Задача. Определите давление воздуха на этих высота
1.130 От французских Альп до Южного Вьетнама простирается через Евразию самый протяженный горный пояс Земли. И самая высокая часть этой исполинской цепи гор носит древнее название Гималаи. Сейчас в самом могучем горном хребте мира насчитывается семьдесят пять вершин больше семи километров «ростом». А в самой высокой его части - непальских Гималаях - девять гор поднимаются на восемь тысяч метров и выше. Среди них и высочайшая вершина мира, которую в Непале называют Сагарматха (Властелин неба), а в Тибете именуют Джомолунгма (Богиня - мать мира). Позже горе присвоили имя начальника топографической службы Индии майора Джорджа Эвереста. Так и живет сейчас самая высокая гора мира под тремя названиями.
Задача. Определите атмосферное давление на этих высотах и сравните полученные значения с табличными данными. Какова температура на этих высотах?
1.131 Ла-Пас - столица государства Боливии - находится на высоте 4500м. Это самая «высокая» столица государства на земном шаре. Нормальное атмосферное давление на этой высоте равно 430мм рт. ст.
Задача. Каково это давление в Па? Возможно ли при этом давлении сварить картошку?
1.132 Эйрес-Рок в национальном парке Улуру (Австралия) необычайно крупное скальное образование: его объем - 2,4км, высота - 348м, а возраст составляет 600 миллионов лет. Аборигены считают Эйрес-Рок спящим китом, которого в незапамятные времена создали прародители человечества.
Вопрос. Как отличается атмосферное давление у подножья Эйрес-Рок и на ее вершине?
1.133 Когда НАСА впервые начала запускать астронавтов на орбиту, очень скоро выяснилось, что в состоянии невесомости перестают писать шариковые ручки. Что делать? 10 лет и 12 миллиардов долларов потребовалось ученым, чтобы решить эту проблему и изобрести авторучку, способную писать в невесомости, вверх ногами, под водой, на любой поверхности и при любых температурах, от сверхнизких до 3000С. Русские между тем стали использовать карандаш.
Вопрос. Почему в условиях невесомости авторучка не пишет?
1.134 Танкер грузоподъемностью 550 тысяч тонн имеет длину 480м, ширину около 63м и осадку с грузом около 30м. Гребной винт такого судна равен высоте трехэтажного дома. Палубы занимают площадь в 2,5 га.
Задача. Определите силу Архимеда, действующую на такой танкер.
1.135 На ловле относительно глубоководных жемчужных раковин издавна специализировалась этническая группа населения Южной Японии – ама, причем профессия ныряльщика преимущественно женская. Ныряльщицы способны опускаться на глубину 30м и оставаться там более минуты. В последнее время на месте этих промыслов возникли крупные предприятия по искусственному разведению жемчуга. Для этой цели используются плоты, к которым снизу подвязывают корзины с раковинами-жемчужницами.
Задача. Какое давление оказывает вода на человека на этой глубине? Определите среднюю силу Архимеда, действующую на человека. Как она изменяется с глубиной погружения и с увеличением давления на ныряльщицу?
1.136 Большое Соленое озеро, расположенное в США, в западном штате Юта, по своим размерам очень солидное: 120км в длину и 80 - в ширину. Это самое большое озеро Запада Америки. Но катание на лодке здесь не радует. На водных лыжах кататься тоже рискованно: падение грозит переломом костей! То же самое относится к нырянию. Был случай, когда подросток, отмахнувшись от советов, разбежался и нырнул. Вытащили его со сломанной шеей. Ударился он не о дно, а о воду. И не удивительно, анализ показывает, что в ней содержится до 25% твердых веществ, главным образом, окаменевшей соли. Плыть в такой воде нелегко: ноги поднимаются выше головы, так что все равно можно захлебнуться! Вместо спасательного жилета или пояса остается привязать к ноге железную гирю.
Задача. Как изменяется сила Архимеда и сила тяжести в этом случае?
1.137 В Мертвом море за счет большого количества растворенных солей (более 27%) плотность воды достигает 1,16г/см3. Купаясь в этом море, человек очень мало погружается в воду, находясь бы на поверхности, поскольку средняя плотности человека меньше плотности воды.
Задача. Какая часть человека находится под водой в Мертвом море, если средняя плотность человека 960 кг/м3?
1.138 Грандиозное зрелище представляют собой айсберги - «плавучие ледяные горы» больших размеров. Айсберги – это массы материкового льда, оторвавшиеся от ледника или ледового барьера, плавающие в полярных морях и прилегающих к ним акваториях. Средняя высота надводной части айсберга нередко достигает 50-70 м, максимальное ее значение приближается к 450м. Наибольшая длина подводной части может доходить до 130км.
Задача. Какую силу необходимо приложить, чтобы потопить айсберг, имеющий форму куба со стороной 5 м? Плотность льда 900 кг/м3. Какую высоту надводной части имеет этот айсберг?
1.139 В 1942 году в Англии возникла идея создания авианосца из плавающего айсберга. Такой авианосец должен быть дешев. Ввиду того, что он представляет собой сплошную глыбу льда, ему не страшны торпеды и бомбы. Совместными усилиями Англии и Канады такой ледяной корабль водоизмещением 2 млн. тонн был построен. Он имел форму параллелепипеда, с толщиной стенок в 9м и возвышался над водой на 15м. В верхней части его располагалась взлетно-посадочная полоса размером 600х500м2. На корабле было смонтировано 16 холодильных установок, которые поддерживали температуру льда - 15°С. Благодаря работе мощных моторов, айсберг мог перемещаться со скоростью 7 узлов в час.
Задача. Определите среднюю плотность ледяного авианосца.
1.140 У восточных берегов Средиземного моря, на дне впадины Эль-Гор, расположено самое известное озеро в мире - Мертвое море. Воды озера действительно мертвые: в них не водится рыба, не растут водоросли, даже утки по ним не плавают. И не удивительно: ведь солей в Мертвом море почти в десять раз больше, чем в океане, - до 340г в литре! Если рыба из впадающей в озеро реки Иордан случайно заплывет в этот «бассейн с рассолом», она погибнет через одну минуту.
Вопрос. Какая сила будет действовать на человека массой 60кг в этом озере (средняя плотность человека 960 кг/м3), если он погрузится на 2/3 своего объема?
1.141 Одна из наиболее характерных особенностей костистых рыб - наличие плавательного пузыря. Этот орган можно назвать почти универсальным, он выполняет многие функции в организме. Его не зря называют самым ценным «приобретением» костистых рыб. Плавательный пузырь – по существу мешок, заполненный воздухом. Костистых рыб по типу плавательного пузыря можно разделить на открыто- и закрытопузырных. У первой группы плавательный пузырь связан с кишечником особым протоком. Он заполняется воздухом, который рыба заглатывает с поверхности воды. Вторая группа рыб (более позднего происхождения) не имеет такого протока, поэтому газ, наполняющий пузырь, поступает через специальную систему кровеносных сосудов. Плавательный пузырь нужен рыбам, в основном, для поддержания так называемой нейтральной плавучести, а проще - для наиболее оптимальных условий плавания. Для погружения некоторое количество газа приходится удалять из пузыря, а при всплытии, наоборот, восполнять его недостаток.
Вопрос. Как согласуются при этом условия плавания тел?
1.142 В Средиземном море, у берегов Египта, водится удивительная рыба фагак. Чувствуя приближение опасности, фагак быстро заглатывает воду. При этом в пищеводе рыбы происходит бурное разложение продуктов питания с выделением значительного количества газов. Газы заполняют не только действующую полость пищевода, но и имеющийся при ней слепой вырост. В результате тело фагака сильно раздувается, и он быстро всплывает на поверхность водоема. Здесь он плавает, повиснув вверх брюхом, пока выделившиеся в его организме газы не улетучатся. После этого он снова опускается на дно.
Задача. Как использует силу Архимеда фагак?
1.143 Произрастающий в дельте Волги вблизи Астрахани чилим (водяной орех) после цветения дает под водой тяжелые плоды. Эти плоды настолько тяжелы, что вполне могут увлечь на дно все растение. Однако в это время у чилима, растущего в глубокой воде, на черешках листьев возникают вздутия, и он не тонет.
Задача. Покажите на чертеже силы, действующие на чилим. Какой силой чилим уравновешивает силу тяжести?
1.144. Живущий в тропических морях моллюск наутилус может быстро всплывать и вновь опускаться на дно. Моллюск этот живет в закрученной спиралью раковине. Когда ему нужно подняться или опуститься, он изменяет объем внутренних полостей в своем организме.
Задача. Объясните поведение моллюска. За счет каких сил он поднимается и опускается в воде? Объем наутилуса примерно равен 2см3. Определите значение и направление силы тяжести и силы Архимеда, действующих на моллюск.
1.145 Живые организмы, населяющие Мировой океан, можно разделить на три группы: планктон - микроскопические водоросли, мельчайшие животные, обитающие в толще воды и пассивно переносящиеся водными течениями; нектон - рыбы и морские животные, способные самостоятельно и активно перемещаться в воде и на ее поверхности; бентос - растения и животные, обитающие на дне океана и любого другого водоема от прибрежной зоны до самых больших глубин.
Вопрос. Оцените плотность перечисленных видов живых организмов.
1.146 Самая тяжелая древесина у пиратинеры, растущей в Британской Гвиане в Южной Америке. Даже в высушенном состоянии она имеет плотность 1,36г/см3.
Задача. Будет ли плавать изделие, сделанное из этого дерева, в воде? Объясните, почему.
1.147 Физалия - удивительное создание, получившее название по имени доктора Мари Физаликс, которая открыла ее и описала. Это целая колония полипов, выполняющих различные обязанности. На плаву ее поддерживает овальный плавательный пузырь - пневматофор, 20-30см длиной и 8-10см шириной, заполненный газовой смесью, состоящей из 12-15% кислорода, 1,18% аргон и азота. Пузырь - сложный гидростатический аппарат, изменяющий в зависимости от условий свой объем. Стоит усилиться волнению, как стенки-гребни немедленно сокращаются, излишек газа выдавливается, и физалия, словно подводная лодка, идет на погружение. Как только наступает затишье, особые железистые клетки заполняют опустевшие емкости газом, и сифонофора вновь всплывает, сверкая на солнце голубыми, фиолетовыми и пурпурными красками.
Задача. Объясните поведение физалии.
1.148 Землетрясения - это мощные толчки и колебания земной поверхности, возникающие в результате внезапных смещений и разрывов в земной коре. Чаще всего землетрясения бывают в районах горообразования. Земля резко сотрясается, появляются трещины. Они бывают настолько широкими, что в них может провалиться автомобиль. Землетрясения возникают в местах соприкосновения платформ. При сильном давлении происходят тектонические движения и тектонические разрывы (трещины). При смещении и ломке структуры горных пород возникают сейсмические волны. Мощные толчки вызываются поперечными волнами, но наиболее разрушительны продольные волны, напоминающие морские волны.
Вопрос. Можно ли землетрясения отнести к колебательному движению? 1.149 Сила землетрясения оценивается по 12-балльной шкале Рихтера.
Незаметные толчки, выявленные только приборами, оцениваются в 1-2 балла. Умеренные толчки - дребезжание стекол, раскачивание люстр и т.п. – 4-5 баллов. Сильные толчки - появление трещин в стенах- 6 -7 баллов. Катастрофические толчки (8-12 баллов) разрушают здания, раскалывают земную поверхность (землетрясения 1948г., Ашхабад; 1988г., Армения). В год случаются тысячи землетрясений, но лишь 20-30 из них - сильные.
Задача. Определите частоту колебаний при 4-балльном землетрясении, если от этих толчков хорошо раскачалась люстра, длина подвеса которой равна 80 см.
1.150 Землетрясения могут стать причиной возникновения гигантских волн - цунами. Самая крупная из них в предыдущем столетии имела высоту 67м. Землетрясения могут вызывать опаснейшие грязекаменные потоки (сели), способные привести к страшным разрушениям.
Вопрос. Чему равна амплитуда этих колебаний?
1.151 Как с точки зрения физики можно объяснить отличие стеблей водорослей, растущих в воде, от стеблей растений, растущих на берегу?
1.152 Как изменяется положение плавников рыбы при ее движении в воде?
1.153 Какой ветер: зимний или летний при одной и той же скорости обладает большей мощностью? Почему сильный ветер ломает летом деревья чаще, чем зимой?
1.154 Какую роль играет гравитация при формировании рельефа земной поверхности. Отчего зависит максимальная высота гор?
1.155 Однажды царь спросил у Архимеда, сколько нужно взять золота, чтобы его масса была равна массе слона. Как Архимед справился с этой задачей?
1.156 Хороший стрелок стоит у одного борта парохода, а у противоположного помещена мишень. Пароход движется равномерно вперед. Стрелок прицелился точно в центр мишени. Попадет ли он в цель?
1.157 Взвесим банку со спящими мухами. Затем встряхнем ее, чтобы мухи летали, и снова взвесим. Изменится ли вес банки?
1.158 Вылетев из Петербурга, вертолет пролетел строго на север 500км, потом повернул на восток и пролетел еще 500 км, далее повернул на юг и пролетел еще 500км, и, наконец, повернув на запад, пролетел последние 500км. Где он приземлился: там же, откуда вылетел, или севернее (южнее, западнее, восточнее) этого места?
1.159 На Луне все вещи весят в 6 раз меньше, чем на Земле. Вообразите, что на Луне существует озеро с пресной водой. На озеро спущен пароход, который в земных пресноводных озёрах имеет осадку 3метра. Как глубоко будет сидеть наш пароход в воде лунного озера? Заодно решите и такую задачу: где не умеющий плавать человек может утонуть скорее - в земном озере или в нашем воображаемом лунном?
1.160 У обыкновенной амебы обнаружен так называемый вибротаксис в виде положительной реакции на источник механических колебаний частотой 50 Гц. Это становится понятным, если учесть, что у некоторых видов инфузорий, служащих амебе пищей, частота биения ресничек колеблется как раз между 40 и 60 Гц.
Задача. Определите период и циклическую частоту источников колебаний.
1.161 Сердце - это орган, имеющий массу 300г. С 15 до 50 лет оно бьется со скоростью 70 раз в минуту. В период между 60 и 80 годами оно ускоряет свое движение, достигая примерно 79 ударов в минуту. В среднем это составляет 4,5 тысячи пульсаций в час и 108 тысяч в день. Сердце велосипедиста может быть вдвое больше, чем у человека, не занимающегося спортом, - 1250 кубических сантиметров вместо 750. В обычном режиме этот орган перекачивает 360литров крови в час. А за всю жизнь - 224 миллиона литров. Столько же, сколько река Сена за 10 минут!
Задача. Чему равен период колебаний и частота работы сердца?
1.162 Оказывается, цикл вдоха-выдоха у ребенка составляет 35 раз в минуту, 20 раз у подростка и 15 раз у взрослого человека. В среднем наш дыхательный ритм выглядит так 1000 раз в час, то есть 24 тысячи раз в день, или 9 миллионов раз в год.
Вопрос. Как отличается период и частота дыхания ребенка и подростка?
1.163 Во время Великой Отечественной войны по льду Ладожского озера к осажденному Ленинграду проходила автомобильная дорога протяженностью в 27км, известная в истории как «Дорога жизни». Чтобы ледяной покров под влиянием проходившего по нему потока автомашин не пришел в резонансные колебания и не разрушился, принимали специальные меры. Для этого груз автомашин подбирался таким образом, чтобы частота колебаний ледяного покрова отличалась от частоты, с которой воздействовали на ледяной покров проходившие автомашины.
Задача. А что могло произойти, если бы была допущена ошибка при подсчете массы груза?
1.164 Достигнув на четвертом году жизни половой зрелости, самка беззубки откладывает каждые 50 секунд по яйцу. Общее их количество при этом достигает 300-400 тысяч.
Задача. Определите частоту и период откладывания яиц беззубкой.
1.165 Сердце двустворчатого моллюска беззубки летом сокращается 4 раза в минуту, а зимой делает только одно сокращение в 3 минуты.
Задача. Определите частоту и период сокращений сердца моллюски беззубки.
1.166 Небольшие размеры колибри и их способность сохранять постоянную температуру тела требуют интенсивного обмена веществ. Ускоряются все важнейшие функции в организме, сердце делает от 500 до 1260 ударов в минуту, увеличивается ритм дыхания - до 600 дыхательных движений за одну минуту. Высокий уровень обмена веществ поддерживается интенсивным питанием - колибри почти непрерывно кормятся нектаром цветов.
Задача. Определите частоту колебаний сердца и частоту дыхания колибри.
1.167 Наше сердце - это насос, работающий в импульсном режиме с частотой около 1Гц. Во время каждого импульса, длящегося примерно 0,25 с, сердце взрослого человека успевает вытолкнуть из себя в аорту около 0,1 дм крови. Полный оборот крови через оба круга кровообращения совершается за 21-22 секунды.
Задание. Составьте задачу по выше приведенным данным.
1.168 Сверчки воспринимают звуки частотой 300-8000 Гц, кузнечики – 800 - 45 000Гц, саранча - до 90 000 Гц.
Задача. Определите период колебаний, воспринимаемых этими насекомыми.
1.169 Установлено, что собаки слышат звуки частотой до 35 кГц, крысы и морские свинки - до 40 кГц. Летучие мыши и дельфины при эхолокации воспринимают звуки частотой до 100 кГц. Для сравнения: верхний предел слуха человека - 20 кГц.
Задача. Сравните периоды колебаний источников звуков.
1.170 Время кругооборота крови у краба – 37-65с, у кролика - 7,5с, у собаки - 16с, у человека – 20-25 с.
Задача. Сравните частоты кругооборота крови у этих живых организмов.
1.171 Сердце воробья бьется 600-850 раз в минуту, у мыши: 320-780, у курицы:179-460, у гуся: 210-320, у кролика: 120-310, у кошки: 140, у собаки: 100-139, у лошади: 40. Нормальный пульс человека: 60- 80 ударов в минуту.
Задача. Определите частоту и период колебаний сердца у живых организмов.
1.172 Скорость движения крови в аорте 0,5 м/с, а по капиллярам кровь течет со скоростью 0,5 мм/с. Полный оборот крови через оба круга кровообращения совершается за 21-22 с.
Задача. Определите частоту полного оборота крови у человека.
1.173 Общая длина кровеносных капилляров в организме человека составляет примерно 100 тысяч км, что в 2,5 раза превышает длину экватора, а общая внутренняя площадь - 2400м2. Кровеносные капилляры имеют толщину в 10 раз меньшую, чем волос. В течение минуты сердце выбрасывает в аорту около 4л крови, которая затем перемещается во все точки организма. Сердце человека в среднем сокращается 100тысяч раз в сутки. За 70 лет жизни человека сердце сокращается 2 миллиарда 600 миллионов раз и перекачивает при этом 250 миллионов литров крови.
Задача. Определите частоту и период сокращения сердца.
1.174 Чтобы поддерживать высокую температуру тела, особенно во время полета, птицы тратят много энергии. Поэтому обмен веществ у них очень интенсивен, особенно у мелких видов. Четырехкамерное сердце птицы работает с большой нагрузкой и развито сильно. Например, у самых маленьких птиц – колибри - сердце занимает половину полости тела, а по объему почти в три раза больше желудка. Частота сокращений сердца у некоторых видов колибри достигает 1000 в минуту (у человека - 70 сокращений).
Вопрос. Сравните частоту и период сокращений сердца человека и колибри.
1.175 Озеро Уаикатипу, самое длинное в Новой Зеландии, протянулось с северо-запада на юго-восток почти на сто километров. С этим озером связано загадочное явление, объяснение которому наука пока не нашла. Вода в нем каждые пять минут то поднимается на семь с половиной сантиметров, то опускается до прежнего уровня. Озеро как бы дышит.
Вопрос. Определите амплитуду и частоту «дыхания озера».
1.176 Определите период колебания математического маятника в Париже, Токио, на северном полюсе, на экваторе, если длина нити 1м, а ускорение на полюсе и экваторе соответственно равны 9,832 м/с2, 9,78 м/с2.
1.177 Многие птицы, такие как кулики-галстучники, кроншнепы, совы, некоторые воробьиные, вооружены ультразвуковыми «навигационными приборами». Застигнутые в полете туманом или темнотой, они разведывают путь с помощью звуковых волн, не воспринимаемых человеком. Своим криком они как бы ощупывают землю внизу и узнают по характеру эха о высоте полета и близости препятствий. Но самыми умелыми навигаторами являются жирные козодои, или гуахаро. Они живут в горных пещерах Латинской Америки. Тьма в этих пещерах кромешная. А вот козодои спокойно себе летают и ни на что не натыкаются. Оказывается, эти птицы способны к эхолокации. Они издают негромкие щелкающие звуки, свободно улавливаемые и человеческим ухом. Эти звуки отражаются от стен пещеры, различных выступов и других препятствий и улавливаются чуткой птицей. Если же птице заткнуть уши, она перестанет ориентироваться в темноте.
Задача. Через какое время козодои воспринимают посланный ими сигнал, если расстояние до препятствий в пещере, где они живут, 2-5м?
1.178 Летают колибри, ярко окрашенные птички, с большой скоростью и так быстро взмахивают крыльями, что очертания крыла незаметны. Число взмахов может достигать 20-25, а у некоторых видов и 50 в секунду! Питаются колибри нектаром цветов. Колибри - единственные птицы, которые в полете способны давать «задний ход».
Задача. Определите длину волны, которую генерирует колибри.
1.179 Голиаф - самая крупная лягушка, обитающая в Камеруне (Африка). Ее масса 3,5кг, а длина тела 32см. Самой маленькой лягушкой считается чесночница с Сейшельских островов, ее длина 1,8-1,9см. Крик лягушки-быка из Северной Америки слышен на расстоянии нескольких километров и похож на рев быка. Еще громче орет самец древесной лягушки-коки из Пуэрто-Рико. Будучи менее 5см, он издает крик силой 108 Дб.
Задача. Чему соответствует крик древесной лягушки по уровню звукового давления?
1.180 Пескари звук камертона или свистка за 30 метров улавливают. А уши у них своеобразные! В черепе, позади глаз, есть пузырек с густой жидкостью, а в ней камешки плавают. Они-то и воспринимают колебания звуковых волн и через нервы передают сигнал мозгу.
Задача. Определите время, через которое пескари слышат звук от источника, если скорость звука в воде при температуре 25°С равна 1500 м/с.
1.181 Куры орловской породы очень крупны, красивы и несут много яиц. Самое же главное достоинство петухов - необычный голос. Звучный, бархатный, протяжный, без хрипоты. Голосистых петухов заводили у себя все любители петушиного пения. Орловскую птицу никогда не продавали за деньги, а только обменивали. Брали за них зерно, скот, муку. А ценились орловские петухи дорого - за хорошего голосистого петуха давали барана, а то и теленка. Петухи поют басом, баритоном и тенором. Каждый любитель, слушая их, выбирает себе по вкусу.
Задача. Частотный диапазон голосов соответствует: тенор – 130-500 Гц, баритон – 100-400 Гц, бас – 80-350 Гц. Определите диапазон длин волн, соответствующий петушиному пению.
1.182 Высота голоса певца зависит от длины и натяжения голосовых связок. У мужчин длина голосовых связок составляет 18-25мм (бас -25мм, тенор - 18мм), у женщин – 15-20мм. Частотный диапазон, соответствующий басу у мужчин, - 80-350Гц, баритон – 100-400Гц, тенор – 130-500 Гц.
Задача. Определите диапазон длин волн, соответствующих этим голосам.
1.183 Диапазон длин звуковых, волн, соответствующих женскому голосу контральто, равен 44-201см, меццо-сопрано – 38-171см, сопрано – 34-137см, колоратурное сопрано – 25-132см.
Задача. Определите диапазон частот, соответствующих женским голосам.
1.184 В России звонит самый большой колокол в мире - колокол Сысой, один из пятнадцати колоколов звонницы Ростова Великого Ярославской области. Его масса 32т. Отлитый в 1688г. мастером Фролом Терентьевым, он покоряет ростовчан и гостей города своим мощным бархатным звоном. В немецком городе Кельне особым звучанием отличается колокол Петер массой в 24 тонны, отлитый в 1923г. Трудно сравнить звучание этих двух колоколов, поскольку они различаются по тембру, технике исполнения. Звон колоколов завораживает, не оставляет никого равнодушным.
Задача. Как возникает звук при ударах в колокола? Что называется тембром? Какие характеристики звука вы еще знаете?
1.185 У многих насекомых (саранчи, стрекоз и др.) две пары крыльев. У других насекомых (мухи, жуки) только одна пара крыльев. Скорость работы крыльев у разных насекомых различная. Так, у крупных бабочек (например, махаона) число взмахов за 1 секунду равняется 5, у саранчи - 18, у комнатной мухи -120, у пчелы - 180, у галлицы – 700-1000.
Задача. Какое из этих насекомых мы будем слышать?
1.186 В бывшей Югославии одно из мест близ Куршумлии долгое время считалось дьявольским. Каменные фигуры, созданные старанием ветра и влаги, по ночам издавали различные звуки, пугая суеверных людей, для которых эти звуки были не чем иным, как дьявольскими кознями. В Египте звучат по утрам, при восходе солнца, колонны - остатки древнего Карнакского храма.
Задание. Объясните происхождение звуков.
1.187 Биологи, изучавшие, как действует на психику инфразвук большой интенсивности, установили: иногда он рождает чувство беспричинного страха. Другие частоты вызывают состояние усталости, чувство тоски или же морскую болезнь с головокружением и рвотой. Профессор Гавро высказал предположение, что биологическое действие инфразвука проявляется тогда, когда частота волны совпадает с так называемым альфа-ритмом головного мозга.
Вопрос. Какие волны называются инфразвуком?
1.188 Чтобы представить себе мощь вулканических сил, стоит поразмыслить над таким фактом. Когда в 1815г. на острове Сумбава, в Индонезии, «заговорил» вулкан Тамбора, его «голос» был слышен по всей Яве, на Калимантане и в Новой Гвинее, Австралии. На побережье Суматры, а оно находится в четырехстах шестидесяти километрах от вулкана, его извержение отдавалось пушечной канонадой.
Задача. Сколько времени звук шел до побережья Суматры? Скорость звука примите за 340 м/с.
1.189 В 1883г. при печально знаменитом извержении индонезийского вулкана Кракатау воздушные ударные волны, рожденные подземными взрывами, трижды обошли земной шар.
Задача. К какому виду волн можно отнести ударную волну?
1.190 Цунами,- так называют этого страшного грозного попутчика землетрясений. Родилось такое название в Японии и означает гигантскую волну. Когда она накатывается на берег, создается впечатление, что это не волна вовсе, а море, разъяренное, неукротимое, кидается на берег. Ничего нет удивительного в том, что цунами производит на нем опустошения. Во время землетрясения 1960 года на побережье Чили обрушились волны высотой до шести метров. Море отступало и наступало несколько раз в течение второй половины дня.
Задача. Как называются такие волны? Чему равна амплитуда цунами 1960г., обрушившаяся на Чили?
1.191 Слабые инфразвуки, с которыми каждый из нас ежедневно встречается, влияют на человека. Специалисты на основании многих фактов, наблюдений подозревают, что инфразвуки - одна из причин нервной усталости у городских жителей. Известно, что в городах действительно больше инфразвуков.
Вопрос. Назовите источники инфразвука.
1.192 Одна из сцен в театре переносила зрителей в далекое тревожное прошлое. Какими техническими средствами лучше всего выразить этот момент? Известный американский физик предложил постановщику спектакля использовать очень низкие, рокочущие звуки, которые, полагал ученый, и создадут в зрительном зале обстановку ожидания чего-то необычного, пугающего. Для получения «тревожного» звука Вуд сконструировал специальную трубу, которая присоединена к органу. И первая же репетиция испугала всех. Труба не издавала слышимых звуков, но когда органист нажимал на клавишу, в театре происходило необъяснимое: дребезжали оконные стекла, звенели хрустальные подвески канделябров. Хуже того, все, кто присутствовал в этот момент на сцене и в зрительном зале, почувствовали беспричинный страх. А виновником были неслышимые человеческим ухом инфразвуки!
Задача. Определите длину хрустальных подвесок канделябров, если в театре распространялись инфразвуки частотой 10 Гц.
1.193 Одна летучая мышь в течение часа поглощает более 700 комаров. Ультразвуковые сигналы частотой 20-120кГц и продолжительностью 0,2-100 миллисекунд летучие мыши генерируют гортанью и испускают через рот или ноздри.
Задача. На каком расстоянии летучая мышь может засечь насекомое или преграду? Принять Скорость звука равной 340 м/с. Определите длину волны, испускаемую летучей мышью.
1.194 Огромная масса воды Ниагары низвергается с высоты в 50 м и развивает при этом мощность примерно в 4 млн. лошадиных сил. На возбуждение акустических колебаний затрачивается менее 1% этой мощности. Шум Ниагары днем обычно слышен на расстоянии 1,6-2км, ночью же дальность его слышимости может достигать 6-7км. На расстоянии 57м от места дробления воды шум Ниагары составляет 87Дб, у самого же места дробления он настолько оглушителен, что люди не слышат друг друга.
Задача. Сколько времени идет звук от Ниагары на расстоянии слышимости? С чем сопоставим звук Ниагары на расстоянии 57м?
1.195 Шумит не только падающая вода, но и набегающие на берег волны, например, морской прибой. Уже при небольшом ветре возникает волнение моря, и волны чередой накатываются на берег, в зоне прибоя волны отдают энергию, накопленную при движении в морях и океанах. Волны прибоя создают при ударе о берег давление от 3000 до 30 000 кг/м2 и во время сильных бурь могут перемещать глыбы массой до 100 тонн. Возникающие при мощном дроблении водных масс крупные капли поднимаются на высоту 60м. Удары волн обрушиваются на берег довольно регулярно со средним периодом 4,8 с (при слабом и сильном волнении) и являются причиной возбуждения в атмосфере мощных инфразвуковых колебаний.
Задача. Какую работу совершают волны при поднятии капли массой 1г на высоту 60м? Определите среднюю частоту морских волн.
1.196 Комары делают 500-1000 взмахов крыльями в секунду, шмели -130-240, бабочки – 5-9. Пчела, летящая налегке, взмахивает крылышками 400-500 раз в секунду, с ношей – 200-250. Крылья комара Forcips совершают более 2000 тысяч взмахов в секунду.
Задача. Какой частоты звуки издают эти насекомые? Будем ли мы слышать их?
1.197 На острове Исландия находится известный вулкан Гекла. Первое известное людям извержение произошло в 1104г. В дальнейшем вулкан просыпался еще более двадцати раз с интервалами от двадцати до ста двух лет. Последний раз это случилось в 1991г. Находились очевидцы, которые утверждали, что уже на расстоянии одной мили от Геклы можно услышать крики грешников, плач и скрежет зубов, когда большие вороны гонят грешные души в эти адские врата. Когда в 1700 году двое натуралистов, прибывших в Исландию, хотели подняться на Геклу и исследовать ее кратер, они не смогли найти носильщиков: никто из местных жителей не желал добровольно отправиться в гости к дьяволу.
Задача. Может ли звук достигать таких расстояний? Сколько времени на это потребуется? Скорость звука примите за 340 м/с.
1.198 Большую часть Намиба занимают огромные песчаные дюны, достигающие трехсотметровой высоты. Нигде в мире нет больше таких гигантских гор сыпучего песка. Над их вершинами почти всегда можно увидеть султанчики поднятой в воздух песчаной пыли, и кажется, что дюны курятся, словно вулканы.
Вопрос. Определите амплитуду и длину поперечной волны, соответствующей песчаным дюнам, если расстояние между гребнями 120м.
1.199 Передвигаясь, кальмары (Architeusthis) развивают скорость до 70км/ч. Находящиеся в поверхностных слоях моря кальмары, преследуемые рыбой, выбрасывают воду из воронки с огромной силой и выскакивают из воды на высоту 5-10м, падая иногда на палубы кораблей.
Задача. Определите массу воды, которую при «прыжке» вверх выталкивает кальмар, если масса кальмара 3 кг, а скорость воды, выбрасываемой кальмаром, в 3 раза выше его начальной скорости.
1.200 «По всем законам современной аэродинамики майский жук летать не должен,- заявил ведущий специалист в этой области исследований Леон Беннет, - либо майский жук обладает неизвестным нам способом создания подъемной силы». А какая движущая сила дает возможность летать бабочкам так, как они летают? Для ответа на вопрос ученые сняли на кинопленку полет бабочки-лимонницы со скоростью 200 кадров в секунду и в механизме работы крыльев подсмотрели следующую особенность. Когда крылья поднимаются вверх их смыкание происходит не всей плоскостью, а волной, движущейся от передней кромки крыла к задней. А между задними кромками крыльев над брюшком образуется канал с правильным овальным сечением. Именно через этот канал крылья с силой выталкивают зажатую струю воздуха, которая и толкает бабочку вперед.
Задача. Как можно назвать такой природный двигатель?