1.201 Огромная скорость делает кальмаров особенно опасными морскими хищниками. Втянув воду в полость тела, хищник с силой выбрасывает струю через воронкообразный канал и устремляется вперед, как торпеда, готовая взорваться. Такой «биореактивный» двигатель позволяет развивать скорость до 20 м/с. Выскакивая из воды, молодой кальмар способен запрыгнуть на палубу судна, возвышающуюся над водой на 5-8метров.
Задача. Определите потери энергии на сопротивление воды при вылете кальмара массой 10кг из воды на максимальную высоту с максимальной для себя скоростью.
1.202 Такие обитатели морей, как осьминог, каракатица, моллюск сальпа, при перемещении используют принцип реактивного движения: они втягивают воду в специальные мускулистые мешки своего тела, а затем выталкивают ее наружу. Благодаря этому животные получают возможность перемещаться в направлении, противоположном выбрасываемой струе.
Задача. Определите скорость осьминога массой 800г при одном выталкивании воды массой 100г со скоростью 20м/с.
1.203 В организме человека насчитывается около 600 различных мышц. Если бы все мышцы человека напряглись, они бы вызвали давление, равное приблизительно 2,5∙105Па. Считается, что при нормальных условиях работы человек может развивать мощность 70-80Вт, однако возможна моментальная отдача энергии в таких видах спорта, как толкание ядра или прыжки в высоту. Наблюдения показали, что при прыжках в высоту с одновременным отталкиванием обеими ногами некоторые мужчины развивают в течение 0,1с среднюю мощность около 3700Вт, а женщины - 2600Вт. Коэффициент полезного действия мышц человека равен 20%.
Задача. Определите работу, которую совершает спортсмен при прыжке в высоту. Какая энергия при этом тратится на тепловые потери?
1.204 В самом сердце древней Эллады, примерно в 80км к западу от горы Олимп, располагается необычный уголок Балканского полуострова, в равной степени могущий называться и чудом природы, и шедевром рук человеческих. Обычно, говоря об этом районе, употребляют выражение «скальные образования Метеоры». На самом деле они представляют собой настоящие горные массивы с отвесными стенами. Высота их превышает 300 метров, а иные поднимаются и на 550 метров. Люди с древних пор поклонялись необычным скалам и приносили здесь жертвы богам. Так было и в каменном веке, и в эпоху величия Афин, и во время Римской империи. А с IX века нашей эры христианские монахи-аскеты в поисках мест для уединенных размышлений стали строить себе скромные кельи на плоских вершинах скал Метеоры. Труднодоступность вершин избавляла монахов от докучных посетителей, да и само расположение скитов на вершинах гор как бы приближало их обитателей к Богу. Ведь даже само греческое название Метеора переводится как «на небесах».
Вопрос. Какую работу совершают монахи-аскеты, поднимая на вершину каменного столба свой скромный скарб массой 100кг? Высота столба 400м.
1.205 Основные хозяйственные типы лошадей: верховые, рысистые и тяжеловозные. В мире насчитывается свыше 300 пород и породных групп лошадей, отличающихся экстерьером, массой, силой и резвостью. Так, чистокровные верховые скакуны развивают на коротком расстоянии максимальную скорость свыше 60км/ч, а тяжеловозы способны везти груз свыше 20 т.
Задача. Определите, какую силу прикладывает лошадь-тяжеловоз при равномерном движении груза по дороге, если коэффициент трения 0,01. Какую мощность развивает при этом лошадь, движущаяся со скоростью 18км/ч?
1.206 Мощность, развиваемая человеком:
Вид деятельности
Мощность, кВт
Прыжок с места
1,5
Рывок при поднятии тяжести
3,3
Гребля
0,4
Велосипедные гонки
Задание. Составьте по этим данным задачи.
1.207 Большинство не слишком искушенных людей считает самым высоким и
самым красивым водопадом Африки знаменитый водопад Виктория. Однако мнение это не соответствует истине: Виктория уступает по высоте и фантастическому 900-метровому каскаду Тугела в Драконовых горах ЮАР, и падающему с высоты в 340 метров мощным водяным тараном водопаду Лофои в Заире, и драгоценному украшению берегов озера Танганьика - 220-метровому Каламбо. Не менее впечатляет и мрачная неукротимая мощь, какое-то свирепое буйство водной стихии на фоне безжизненных гранитных скал, которые являет собой южноафриканский водопад Ауграбис. Он превышает Викторию по высоте, низвергаясь со 146-метрового обрывистого плато в ущелье, пробитое рекой Оранжевой в кристаллических породах.
Вопрос. Какой мощностью обладает вода при падении с этих водопадов? Оцените мощность для 1м3 воды. Оцените мощность одинаковых потоков воды этих водопадов.
1.208 Исландия - первое и пока единственное государство, в больших масштабах использующее термальные воды для отопления и горячего водоснабжения. Для этой цели в столице страны Рейкьявике, начиная с 30-х годов, создана система трубопроводов и специальных резервуаров, откуда горячая вода подается потребителям. Имея теплицы с геотермальным отоплением, Исландия полностью обеспечивает себя яблоками, помидорами, дынями и даже бананами. В России первая геотермальная электростанция (ГеоТЭС) сооружена на юге Камчатского полуострова. На станции насыщенный пар из пробуренных скважин направляется в сепаратор, а затем непосредственно в паровые турбины. Мощность одной турбины - 2,5 МВт, число турбин на Паужетской ГеоТЭС -2.
Задача. Определите энергию, вырабатываемую на Паужетской ГеоТЭС за сутки.
1.209 В Китае, в верхнем течении реки Янцзы, начато сооружение гигантского гидроузла Санься (Три ущелья) с гидростанцией мощностью в 18 млн. кВт. Ее плотина, в теле которой будут установлены 26 турбин, поднимется на высоту 180м при длине более 2,5км. Она образует водохранилище длиной в 700км. Первый агрегат этой ГЭС введен в строй в 2003г., последний - в 2009г.
Задача. Какой энергией будет обладать 1кг воды, падающий с этой плотины? Какую энергию будет вырабатывать эта электростанция за 1 сутки?
1.210 Крупнейшая в мире АЭС в Фукусиме, расположенная в 200км к северу от Токио, в 1998г. с пуском седьмого реактора достигла мощности 8,2 млн. кВт.
Задача. Сколько лампочек мощностью 100 Вт можно включить одновременно, используя 30% вырабатываемой мощности АЭС в Фокусиме?
1.211 В СССР рассматривалась возможность сооружения Мезенской (10-15млн. кВт) Беломорской (14 млн. кВт) ПЭС на Белом море. Еще более крупной должна была стать Пенжинская ПЭС (30-100 млн. кВт) на Охотском море. Во Франции ПЭС должна быть построена на побережье Ла-Манша у полуострова Котантен (50 млн. кВт), в Великобритании - в Бристольском заливе в устье реки Северн, в Индии - в заливе Кач Аравийского моря.
Вопрос. Какую энергию преобразуют в электрическую на ПЭС?
1.212 В США создан проект использования колоссальной энергии Гольфстрима, предусматривающий установку в толще воды турбин диаметром 80м. Расположив эти турбины в ряд на большом протяжении, в общей сложности удалось бы получить мощность в 100 млн. кВт.
Вопрос. Сколько лампочек мощностью 500 Вт можно было бы зажечь, используя 70% мощности этого устройства?
1.213 Самое величественное зрелище - это гейзер Великан. Он начинает действовать внезапно. Вверх стремительно вырывается тридцатиметровый столб воды. Его сопровождают оглушительные взрывы. Гейзер фонтанирует менее двух минут, но за это время выбрасывает из земных недр 25000 литров минеральной горячей воды. Пар поднимается на сотни метров. В воздухе повисают яркие радуги.
Задача. Оцените среднюю мощность фонтана гейзера.
1.214 Одна из самых больших исландских рек с длинным названием Йекульсау-ау-Фьедлум падает перед самым выходом на равнину с 44-метрового уступа могучей водяной стеной, чем-то напоминающей Ниагару. Исландский поэт сравнил упругие, пружинистые струи Деттифосса с туго свитыми девичьими косами. Огромная масса воды с рокотом исчезает в гигантской расселине.
Задача. Определите среднюю мощность потока падающей воды массой 100кг, если она достигает нулевой отметки за 3 с.
1.215 В 1344 году настоятель одного из афинских монастырей Койновитис перебрался со своей общиной в Метеору. Здесь на просторной плоской вершине одной из скал (она так и называется - Широкая) монахи построили Большой Метеорский монастырь - первый из монастырей в долине Пинея. Монашеская обитель на скале надежно защищала ее насельников от любых незваных гостей, поскольку добраться до нее можно было только по веревочной лестнице, поднимавшейся в случае опасности. В конце XIV века в Метеоре было уже 24 монастыря. Поскольку взбираться по лестницам, а тем более поднимать грузы было непросто, впоследствии для подъема наверх стали использовать сети на блоках.
Задача. Какую силу необходимо прикладывать к сети, чтобы поднять груз массой 40кг на высоту 20м, используя неподвижный блок? Как изменится сила, если неподвижный блок заменить на подвижный?
1.216 Любой живой организм - сложная система, в которой происходит превращение одного вида энергии в другой. Организм получает энергию из пищи, расходует ее на построение клеток, движение и другие действия. Биофизика исследует вопрос, как происходит энергетический обмен на молекулярном уровне и во всем организме в целом.
Вопрос. Почему в холод многие животные сворачиваются в клубок, а в жару стремятся увеличить свою свободную поверхность?
1.217 Тканями, которые играют роль своеобразных пружин и могут запасать механическую энергию, являются мышцы конечностей и сухожилия, соединяющие их с костями. Сухожилия в большей степени, чем мышцы, годятся для хранения потенциальной энергии, так как силы внутреннего трения в них очень малы, и около 90% этой энергии может быть обратно преобразовано в кинетическую энергию. Кроме того, сухожилия обладают большей жесткостью, чем мышцы, и могут быть растянуты на 6% своей исходной длины без заметного повреждения, в то время как мышцы - только на 3 %.
Задача. Во сколько раз энергия, запасаемая на единицу длины в сухожилиях, больше, чем в мышцах?
1.218 У мужчины среднего роста и веса суточная потребность в энергии для поддержания основного обмена составляет около 8000 кДж. Точное количество энергии, необходимое каждому индивидууму, зависит от его веса, возраста и пола, и у мужчин несколько больше, чем у женщин.
Вопрос. Оцените среднюю мощность.
1.219 История человечества зафиксировала множество случаев, когда с неба падали различные предметы: пшеница, горох, фрукты, куски ткани, веревки, рыба, лягушки и даже металлические деньги. В газете «Известия» за 13 апреля 1985 года было опубликовано любопытное сообщение. Пожилой житель Лондона Р. Лэнгтон даже представить себе не мог, что на свете и такое бывает. Рано утром пошел дождь, после чего Ленгтон выглянул в окно и увидел: весь его приусадебный участок был устлан густым «ковром» из живой рыбы.
Задача. Определите энергию рыбы массой 500г, которая упала на приусадебный участок Ленгтона с высоты 500м. Как при этом изменялась полная механическая, потенциальная, кинетическая и внутренняя энергия рыбы?
1.220 На берегу Балтийского моря лежали огромные бетонные плиты - все, что осталось от берегового укрепления. Вороны использовали эти плиты для того, чтобы питаться, следующим образом: выхватывая на мелководье устриц, вороны взлетали на высоту 30-40 метров, бросали на плиты раковины и быстро спускались к земле, чтобы съесть устриц.
Задача. С какой скоростью падали устрицы на бетонные плиты? Сопротивлением воздуха пренебречь. Как при этом процессе изменялась энергия устриц?
1.221 В Африке, в заповеднике Серенгети, можно наблюдать, как стервятники лакомятся яйцами страуса. Крепкая скорлупа страусиных яиц не поддавалась клювам стервятников. Птица брала камень и с силой бросала его на яйцо с высоты 5м. Скорлупа от удара камня трескалась, и тогда можно было это яйцо съесть. Правда, стервятника оттесняли от пиршества грифы, и тот принимался за новые яйца.
Задача. Птица бросала камень вертикально вниз со скоростью 2м/с. Определите скорость, с которой камень попадал в яйцо, определите изменение потенциальной и кинетической энергии камня при этом процессе.
1.222 При чихании капли жидкости разлетаются со скоростью 170км/ч. При кашле она может достигать скорости 900 км/ч.
Задача. Определите кинетическую энергию капли жидкости массой 1г при чихании и кашле.
1.223 Яки - крайне неприхотливые и очень полезные домашние животные. Их используют как мясных, молочных и рабочих животных. Очень ценится шерсть яков. Эти сильные быки легко переносят по горным тропам до140 кг груза.
Задача. Как изменится энергия груза, переносимого яком, при подъеме на высоту 1000м? Какую полезную работу при этом он совершит?
1.224 Давным-давно на севере Африки человек приручил дикого осла. Осел стал ходить под седлом, таскать вьюки и выполнять другие тяжелые работы. Правда, в отличие от лошади, ослов используют только в теплых странах, потому что они плохо переносят холод и сырость. По хорошей дороге осел может везти груз массой 30кг со скоростью 7км/ч. С седоком и грузом ослик легко поднимается по горной тропе. И тут ишаков не могут вытеснить ни машины, ни даже лошади.
Задача. Определите полную механическую энергию груза, который везет ослик на высоте 1км над уровнем моря.
1.225 В древесине африканского баобаба, дерева, имеющего высоту около 20м и ствол, достигающий в обхвате 20м, может скапливаться до 120 тысяч литров воды. Древесина баобаба очень мягкая и пористая, легко загнивает, образуя дупла. (Так, в Австралии дупло одного баобаба площадью 36м2 использовалось в качестве тюрьмы.) О мягкости дерева говорит тот факт, что пуля, выпущенная из винтовки, легко пробивает насквозь ствол баобаба диаметром 10 м.
Задача. Определите силу сопротивления древесины баобаба, если пуля в момент попадания имела скорость 800м/с и полностью теряла скорость до вылета из дерева. Масса пули 10г.
1.226 В Дании работает уже более 4 тысяч ветроэнергетических установок, которые обеспечивают 4-5% общего производства электроэнергии. Предполагается, что к 2030 г. эта доля возрастет до 25-30%, что позволит вдвое сократить выбросы углерода в атмосферу.
Задача. Объясните действие ветроэлектрической станции. Как преобразуется при этом энергия ветра?
1.227 В Лаосе, где Меконг, «отец рек», плавно несет свои воды, находится Гора чудес. 328 ступеней ведут на вершину горы Пхуси. Подъем на Гору чудес под палящими лучами солнца - серьезное испытание. Но при этом совершается чудо: паломник избавляется от груза мирских забот и приобретает полную уверенность в себе. Стоящая на вершине пагода воздвигнута, по преданию, по личному указанию Будды на месте, где начинался проход к центру Земли.
Задача. При подъеме под лучами палящего солнца мирские заботы у мирянина уменьшаются. Что же у него увеличивается?
1.228 В юго-восточных Каракумах Туркменистана грунтовые воды находятся особенно глубоко. Поэтому колодцы в 200-240 метров глубиной здесь редкость. Речь идет не об артезианских колодцах, а о колодцах, выкопанных руками человека, с помощью элементарных орудий труда. Самым глубоким в мире колодцем был колодец глубиной 270метров. Утверждение о том, что в колодезном мастерстве сочетаются знания горняка, ученого и удачливость кладоискателя, совершенно справедливо.
Задача. Какую энергию нужно приложить, чтобы поднять на поверхность со дна глубокого колодца 10-литровое ведро воды?
1.229 На западе Азербайджана, в пяти километрах от райцентра Ханлар, на дороге можно наблюдать интересное явление. На спуске одной из дорог можно выключить двигатель автомобиля и видеть, как стоящий на спуске автомобиль, постепенно набирая скорость, движется... вверх. Причем это явление наблюдалось как на середине подъема, так и в самом начале.
Задача. Нарушается ли при этом закон сохранения энергии? Как изменяется потенциальная и кинетическая энергия автомобиля при этом явлении?
1.230 В России подлинным чудом природы является Долина гейзеров на Камчатке. У каждого из двадцати трех гейзеров долины свое имя: Непостоянный, Бурлящий, Розовый Конус, Тройной, Фонтан, Жемчужный... Как в громадной бочке, вокруг гейзера плещется кипящая вода. В течение трех-четырех минут с грохотом, толчками выбрасывается столб воды на высоту до 12 метров; затем интенсивность извержения ослабевает, уменьшается количество пара и высота фонтана.
Задача. С какой скоростью выбрасывается вода из гейзера? Какой энергией должен обладать гейзер, чтобы выбросить центнер воды на указанную высоту?
1.231 При образовании рифели - мелкой волновой ряби на песке и снеге - средняя высота подъема переносимых ветром песчинок и ледяных кристаллов обычно 10-20 см, выше одного метра частицы редко поднимаются. Размеры находящихся на рифелях песчинок составляют 0,3-0,5мм, а льдинок 0,1-0,15 мм.
Задача. Определите энергию, которая необходима ветру, чтобы поднять песчинку и льдинку на вышеуказанную высоту. Считайте, что песчинки имеют форму куба, а льдинки - форму шара.
1.232 Водопады возникают, когда русло речки пересекает каменный уступ. Постепенно подтачивая более мягкие породы, вода круто низвергается вниз. Самый высокий водопад в мире называется Анхель. Он находится в Венесуэле, его высота 1054метра. Крупнейший по водности водопад находится в США. Это Ниагарский водопад, его ширина 914метров, а высота - около 50метров. Водопад Виктория на реке Замбези в Африке имеет ширину 1800м и высоту 120м.
Задача. Определите энергию, которой обладает 1кг воды, падающей в названных водопадах. Как изменяется энергия при падении воды?
1.233 27 августа 1883 года над Кракатау раздался невероятный взрыв. Вулканические газы, песок и крупные обломки взлетали на высоту тридцати километров, а пепел поднялся более чем на семьдесят! Грохот взрыва был слышен за три с половиной тысячи километров - на острове Шри-Ланка и в центре Австралии. Он донесся даже до острова Родригес, расположенного на востоке Индийского океана в пяти тысячах километров от Кракатау. На острове Ява даже в ста пятидесяти километрах от вулкана взрывная волна срывала с петель двери, а со стен от ее удара осыпалась штукатурка. Через час после взрыва Джакарта, до которой от вулкана двести километров, погрузилась во мрак, так как тучи пепла полностью скрыли солнце.
Задача. Расскажите о превращениях энергии. С какой скоростью должен был вылетать осколок из кратера вулкана, чтобы подняться на высоту 30 метров? Какие превращения энергии при этом происходили?
1.234 Из всех атмосферных явлений тяжелее всего в Сахаре путешественник переносит продолжительные бури. Ветер пустыни, горячий и сухой, причиняет лишения, даже когда он прозрачен. Но еще труднее приходится путникам, когда он несет пыль или мелкие песчинки. Пыльные бури случаются чаще, чем песчаные. Сахара - самое пыльное место на Земле. Бури в Сахаре обладают необычайной силой. Скорость ветра достигает иногда 50 м/с (ветер со скоростью 30 м/с - это ураган). Караванщики рассказывают, что иной раз тяжелые верблюжьи седла массой 15кг уносит ветром за двести метров, а камни величиной с куриное яйцо катятся по земле, как горох.
Задача. Определите работу сил сопротивления при передвижении ураганным ветром седла.
1.235 Почему вытянутой рукой нельзя удержать такой же груз, как и согнутой?
1.236 Почему в реке с илистым дном мы больше вязнем на мелком месте, чем на глубоком?
1.237 Для чего некоторые рыбы при быстром движении прижимают к себе плавники?
1.238 Почему взмах руками, сделанный спортсменом в момент прыжка, увеличивает высоту и длину прыжка?
1.239 Почему человек может поскользнуться, наступив на твердую сухую горошину?
1.240 Почему человек, несущий груз на спине, наклоняется вперед?
1.241 Каким образом возникает звук при стрекотании сверчка?
1.242 Что необходимо предпринять, чтобы при сильном ветре осенью с крыши домов не срывалась черепица?
1.243 Почему сильный ветер ломает летом деревья чаще, чем зимой?
1.244 Прыгательные конечности кузнечика бывают очень длинными. Почему?
1.245 Какое из деревьев: ель или сосна в более устойчивом состоянии?
1.246 Многие наблюдали весеннее чудо, когда нежные ростки растений взламывают асфальт толщиной 10 см и выбиваются к свету и солнцу. Объясните это явление.
1.247 Если настенные маятниковые часы отстают, то что необходимо сделать, чтобы восстановить правильность хода?
1.248 Почему при некоторой скорости движения оконные стекла в автобусе начинают дребезжать?
1.249 Где на Земле тела легче всего? Вопрос этот похож на загадку или загадку-шутку вроде вопросов: «Почему птица летает?» (По чему? По воздуху.) Но наш вопрос не совсем такого рода. Если хорошенько подумать, то на него можно дать вполне обоснованный ответ. Какой?
1.250 Как можно определить скорость движения поезда по стуку колес?
2. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА
2.1 Все птицы - теплокровные животные. Температура тела у них постоянна. Она выше, чем у млекопитающих, и равна примерно 42°С, а у некоторых видов- 45-45,5°С. Тело покрыто перьями, а передние конечности превратились в орган полета - крылья.
Вопрос. Какую роль играет сезонное изменение длины и густоты оперения?
2.2 Важнейшее влияние на длину вегетационного периода оказывают температурные условия. Известно, что многие виды и сорта южных растений (рис, сорго, перцы, баклажаны и др.) не могут произрастать на севере из-за недостатка тепла. Потребность растений в тепле принято выражать «суммой активных температур», т.е. суммой среднесуточных температур выше 10°С за вегетационный период. Так, в районах, где сумма активных температур равна 1000 - 1400°С, можно возделывать ранние сорта картофеля, корнеплодов; при 1400-2200°С - хлебные злаки, картофель, лен и др.; сумма активных температур 2200-3500°С соответствует зоне интенсивного плодоводства; в зоне с суммой температур более 4000°С растут субтропические многолетники.
Вопрос. Если в жаркий день лист растения приложить к щеке (совсем не обязательно его срывать), то можно почувствовать, что он прохладный. Объясните, почему.
2.3 Мышки дрожат не только от холода, но и для того, чтобы согреться. При дрожании скелетных мышц тепла выделяется уж не так и много, но биохимические реакции выделения тепла резко ускоряются. Подрожит мышка, постучит зубками и запустит на полную мощность свою отопительную систему.
Вопрос. А почему изменяется внутренняя энергия мышки?
2.4 Для сушки отсыревшей одежды и обуви, приготовления пищи, отпугивания животных в ночное время необходим костер. При отсутствии спичек огонь добывают с помощью простого приспособления из пяти бамбуковых планок длиной 40-50 см и шириной 5-8см. Приготовив из сухого бамбука планки, их острые края, чтобы не порезаться, затупляют ножом. Одну из них - стержень, заострив на конце, втыкают в землю примерно до половины длины. Четыре других складывают попарно выпуклой стороной наружу, поместив между каждой парой планок сухой трут. Затем делают на планках поперечные насечки и по ним, крепко прижимая планки к стержню, двигают вверх-вниз, пока трут не затлеет.
Задача. Какие изменения энергии при этом происходят? За счет какой энергии нагревается трут?
2.5 Прижился на архипелаге Шпицберген завезенный сюда в 1920г. из Гренландии овцебык. Стадо этих могучих приземистых копытных, покрытых густой и длинной, до земли, шерстью, заметно выросло за последние годы, благо на Шпицбергене нет их главных врагов - волков. В суровые зимы самки овцебыков прячут маленьких детенышей у себя под брюхом, где в любую пургу тепло и уютно в пологе из шерсти.
Задача. Почему же малышам под брюхом матери тепло и уютно, несмотря на отрицательную температуру воздуха?
2.6 Борьба с холодом, с воздействием низких температур - важнейшая проблема автономного существования человека в Арктике. Совершенно очевидно, что большую роль в предупреждении поражений холодом будет играть одежда. Чем она теплее, тем дольше может выдержать человек полярную стужу.
Вопрос. Какими особенностями должна обладать одежда полярника?
2.7 Поскольку одежда может обеспечить сохранение тепла в организме лишь ограниченное время, людям, терпящим бедствие, следует поторопиться со строительством временного убежища. Лучшего строительного материала в Арктике, чем снег, не найти. Он легко поддается обработке. И самое главное, в убежищах из снега температура обычно на 15-20°С выше наружной.
Вопрос. Почему снег сохраняет тепло?
2.8 У подножья горного массива Килиманджаро раскинулись обширные саванны, поросшие травой и редкими зонтичными акациями. Выше - та часть массива, куда по ущельям стекают воды тающих ледников, там располагаются кофейные и банановые плантации. Это самая населенная часть всего района. Начиная с высоты 1800м, Килиманджаро опоясывает густая и пышная зеленая чаща влажных экваториальных лесов. Здесь, в полосе, поднимающейся до отметки 3000м, каждый вечер неизменно сталкиваются холодный воздух, стекающий с вершины, и теплый, поднимающийся из долины. В результате на этом уровне ежедневно образуется пояс облаков и туманов, проливающийся на склоны обильными дождями.
Вопрос. Объясните происхождение ветра около Килиманджаро.
2.9 Лохматая шубка позволяет шмелям собирать нектар и пыльцу даже в Заполярье. Под такой одежкой тело шмеля при усиленной работе мышц нагревается до 40 градусов. И чем севернее летает шмель, тем он крупнее и лохматее. В тропиках шмелей нет - перегреваются.
Задача. Почему шубка спасает шмелей от вымерзания?
2.10 Как только устанавливаются холода, пчелы скучиваются на сотах и образуют плотный шар. Прижавшись друг к другу, они всю зиму поддерживают температуру около 12°С. Таким образом, пчелы сами себя греют. А вот вентиляция им необходима, ведь в противном случае вся влага, выдыхаемая пчелами, оседает внутри улья в виде инея.
Задача. Объясните поведение пчел.
2.11 Теплоизоляция тела обеспечивается прослойкой неподвижного воздуха над поверхностью кожи (пограничный слой), а затем кожным и подкожным жиром. Перья, мех и одежда сохраняют пограничный слой воздуха. Степень достигаемой при этом теплоизоляции зависит от толщины воздушной прослойки.
Задача. Объясните, почему воздух обладает теплоизоляцией.
2.12 Лоси хорошо приспособлены к суровым морозным и снежным зимам, тело их покрыто грубой шерстью. На верхней стороне шеи и холки длинные волосы образуют гриву, на горле свисает покрытый волосами вырост («серьга»).
Вопрос. Почему грубая шерсть спасает лосей в лютые морозы?
2.13 Белого медведя часто называют неутомимым скитальцем Арктики. Чаще всего его можно увидеть неспешно бредущим среди бескрайних снежных полей или ледяных торосов. У этого громадного зверя железные мышцы. От холода его укрывает толстый слой жира и белая или чуть золотистая шкура с густой шерстью. Даже подошвы лап защищены мехом. Зверь способен вплавь в ледяной воде открытого океана покрывать расстояния в десятки километров.
Вопрос. Что спасает белого медведя от замерзания в условиях Арктики?
2.14 Высокая температура окружающей среды, в особенности прямая солнечная радиация, вызывает в организме человека значительные изменения, иногда за относительно короткое время. Перегрев организма нарушает функции органов и систем, ослабляет физическую и психическую деятельность. Особенно опасно воздействие высоких температур при недостатке питьевой воды, ибо в этом случае наряду с перегревом развивается обезвоживание организма.
Вопрос. Как изменяется внутренняя энергия в этом случае?
2.15 Известно, что даже в тропиках, где температура океанской воды относительно высока, время пребывания в ней человека ограничено. В результате теплообмена организм непрерывно теряет тепло, и температура тела, постепенно снижаясь, рано или поздно достигает критического предела, при котором невозможна жизнедеятельность органов и систем. При температуре воды 22°С человек за четыре минуты теряет около 100 калорий теплоты, то есть примерно столько же, сколько на воздухе при той же температуре за час.
Задача. Какое количество теплоты теряет человек в Дж? На сколько градусов при этом охлаждается организм? Принять массу человека равной 70 кг.
2.16 В состоянии покоя и на голодный желудок человеческое тело вырабатывает за сутки столько энергии, что ее хватило бы для нагревания 20л воды от 10°С до кипения. Тепла, выделяющегося при работе дровосека в течение 8ч. достаточно, чтобы нагреть до кипения 100л воды.
Задача. Какую энергию вырабатывает человеческое тело в покое и при восьмичасовой рубке дров?
2.17 Подводные извержения также представляют собой грозное и величественное зрелище. Однако наблюдать их от начала до конца удается, крайне редко. Исключением стала огненная эпопея у берегов Исландии в 1963г. В конце ноября с рыболовецкой шхуны на рассвете заметили столб дыма над океаном. К вечеру из воды показался черный островок. В центре его зиял кратер, из которого поток лавы, нагретый до 1200 градусов, низвергался огненным водопадом в океан. Вода кипела и бурлила. А над ней поднималось огромное облако. Скоро оно достигло высоты в десять километров и закрыло солнце. В черных тучах пепла сверкали молнии. На следующий день полился черный дождь из воды и пепла.
Задача. Какое количество теплоты отдавала лава воде, остывая на 200°С, если удельная теплоемкость лавы около 800 Дж/кг°С?
2.18 Климат пустынь характеризуется высокими температурами воздуха. Средняя температура в тени в летнее время превышает 25°С, нередко достигает 50°С. Максимальная температура +58°С была зарегистрирована в Эз-Завии в Ливии. Чрезвычайно велика интенсивность прямой солнечной радиации, что связано с большой прозрачностью воздуха и малой облачностью. Под солнечными лучами почва прогревается до 70-80°С. Металлические предметы настолько раскаляются, что прикосновение к ним может вызвать ожог.
Задача. Какую энергию поглощает 1м3 воздуха при нагревании на 10°С?
2.19 Солнце регулирует всю жизнь Сахары. Излучение его, учитывая редкую облачность, малую влажность воздуха и отсутствие растительности, достигает очень высоких значений. Для суточных температур здесь характерны большие скачки. Разница между дневной и ночной температурой достигает 30°С. Порой ночью в феврале случаются заморозки, а на Ахаггаре или Тибести температура может опуститься до 18°С.
Задача. Какое количество теплоты получает воздух массой 1кг в течение суток при нагревании на 30°С?
2.20 Озерная вода не только поглощает тепло, но и возвращает его обратно в более холодные слои воздуха при испарении. Таким образом, озеро в теплое время года собирает солнечное тепло, нагревающее воду, а в холодное - отдает его атмосфере, смягчая климат прилегающих к нему территорий. Так, на берегах Байкала летом воздух охлаждается, а зимой его температура повышается по сравнению с соседними районами на 10-15°С, благодаря этому резко континентальный сибирский климат здесь значительно мягче. Летом тепло не проникает на большую глубину, а сосредоточивается в поверхностном слое воды толщиной от 5 до 15м, реже до 25м. Благодаря перемешиванию воды в этом слое поддерживается одинаковая температура.
Задача. Сколько энергии отдает 1л воды воздуху при остывании на 10°С?
2.21 У подножья второй по высоте вершины Пиренеев - Монте-Перидо, достигающей высоты 3356м и всего полсотни метров уступающей пику Ането, расположен цирк Гаварни. Со скальных стен Гаварни, вздымающихся на 500-600м над дном цирка, падают вниз целых двенадцать водопадов. Большинство из них уже метрах в ста от дна рассыпаются в мелкую водяную пыль, облаком висящую над цирком. Лишь воды самого высокого и мощного из «великолепной дюжины» долетают до земли, преодолев прыжками 422 метра в свободном полете.
Вопрос. Как изменяется температура воды, если считать, что вся энергия пошла на нагревание воды?
2.22 Жара - это первое, что приходит на ум, когда говорят о пустыне. Температура в тени в пустыне достигает 50°С и более, почва при этом прогревается до 70-80°С. Для того, чтобы запечь яйцо, не нужна сковородка: достаточно закопать его в горячий песок. Металл на солнце раскаляется так, что прикосновение к нему вызывает сильные ожоги.
Вопрос. До какой температуры нагревается стальной лист массой 1кг, если при нагревании он поглощает 100000 Дж энергии? Начальная температура воздуха 50°С.
2.23 Высокая температура воздуха, интенсивная солнечная радиация, сильные ветры, отсутствие водных источников создают крайне неблагоприятные условия для автономного существования человека в пустыне. Известно, что в пустыне организм человека получает извне огромное количество тепла - более 300 ккал/час. Оно поступает со всех сторон: с потоком солнечных лучей, от пылающего жаром песка и знойного ветра.
Вопрос. На сколько градусов нагреется песок массой 1 т в течение часа, если за это время он поглощает 3318 ккал энергии? Удельная теплоемкость песка 0,79кДж/(кг∙К).
2.24 Физические параметры, характеризующие организм человека, приведены в таблице.
Удельная теплоемкость крови
3900 Дж/(кг∙К)
Удельная теплоемкость тела человека
3350 Дж/(кг∙К)
Теплопроводность мышечной ткани
0,5 Вт/(м∙К)
Теплопроводность кожи (верхний слой)
0,25 Вт/(м∙К)
Теплопроводность воды (для сравнения)
0,59 Вт/(м∙К)
Количество теплоты, получаемое организмом в сутки
10050-10900 кДж
Тепловые потери в окружающую среду:
- теплопроводностью и конвекцией
- излучением
-испарением
2260 кДж
3390 кДж
1880 кДж
Работа, выполняемая человеком
2510-3350 кДж
Задание. Составьте задачи по этим значениям.
2.25 Японская автомобильная фирма «Мазда» еще в первой половине 90-х годов сконструировала и испытала первый в мире автомобиль с водородным двигателем. Он может преодолевать без дозаправки 230 км и развивать скорость до 170 км/час. Автомобиль снабжен не обычным, а роторным двигателем мощностью в 130л.с. В 1996 году автомобиль на водородных топливных элементах выпустил германский автомобильный концерн «Даймлер-Бенц».
Задача. В чем преимущество водорода по сравнению с остальными видами топлива?