[Khoảng một bài toán để cắt]

50

Khi nào việc tháo nút ra khỏi phích nước khó khăn hơn?
Đối với thí nghiệm thứ hai, bạn sẽ cần một chiếc phích, tốt nhất là có nút hẹp, đóng chặt cổ nhưng không vừa khít với nó. Đầu tiên, đun sôi nước trong ấm, đổ vào phích, đổ ra một ít và đóng chặt phích bằng nút chai. Sau vài giờ (từ hai đến mười giờ, tùy theo thiết kế của phích), hãy thử tháo nút chặn ra khỏi cổ - nó sẽ dính chặt và bị hút vào phích đến mức bạn sẽ khó tháo ra được. (Đó là lý do tại sao bạn cần lấy một nút chai đủ cao tính từ cổ.) Nếu bạn để phích không rỗng mà có nước sôi thì tác dụng của nút chai sẽ không hoàn toàn hoặc sẽ rất yếu. Chà, nếu cái phích chứa đầy nước sôi, chẳng hạn như một phần tư hay một nửa thì sao? Có vẻ như lực nhô ra phải ở mức trung gian giữa hai trường hợp đầu tiên. Hóa ra là không, tác dụng sẽ chỉ mạnh hơn một chút so với trường hợp một phích nước đầy. Chúng ta hãy cố gắng tìm ra những gì.

Một đặc tính đặc biệt của phích nước là nhiệt lượng tỏa ra thấp. Trong một bình thủy điện loại tốt, nước chỉ nguội đi 2-3 độ mỗi ngày. Xét rằng nhiệt lượng tỏa ra của nước là 4,2 kJ/(kg K), chúng ta có thể ước tính lượng nhiệt tỏa ra từ phích nước mỗi ngày: ≈10 kJ. Một bình thủy nhiệt rỗng có khối lượng khoảng 200g. Nhiệt dung riêng của vật liệu làm bình thủy tinh (kim loại, thủy tinh) có thể coi là bằng 0,5 kJ/(kg K), do đó lượng nhiệt truyền 10 kJ tương ứng với việc nhiệt độ giảm khoảng 100 °C. Điều này có nghĩa là phích nước chỉ cần đạt đến nhiệt độ phòng, tức là 80 °C. Theo định luật Charles, nhiệt độ giảm như vậy tương ứng với chênh lệch áp suất 0,2 atm, với tiết diện phích cắm ≈5 cm², tạo ra một lực khá đáng chú ý - khoảng 10 N.

Vì nhiệt dung loại bỏ của nước lớn hơn gần 10 lần so với nhiệt dung loại bỏ của thủy tinh, nên 100 g nước trong phích sẽ làm giảm chênh lệch nhiệt độ và do đó áp suất xuống 4 lần; Khi phích đầy một phần tư, chênh lệch áp suất sẽ ít hơn 7 lần và khi đầy một nửa, sẽ ít hơn 15 lần so với phích rỗng.

Giải thích tại sao
Hãy cố gắng tự mình giải thích thí nghiệm đơn giản cuối cùng. Đổ sữa thật nóng vào nửa phích, đóng nắp và lắc. Bạn sẽ thấy sữa nổi lên từ nút đậy như thế nào - không khí thoát ra khỏi phích. Tại sao?

Họ viết thư cho chúng tôi

Trong bài viết “Bài toán để cắt”, xuất bản năm ngoái trên số 7 của «Kvant», chúng tôi đã mời người đọc thử cắt các hình không xoắn thành ít phần hơn so với chỉ định trong điều kiện bài toán, nhưng theo cách sao cho các phần thu được lại có thể được gấp lại thành hình vuông.

Ba độc giả của chúng tôi đã tìm ra cách cắt “Hình vuông lởm chởm” không phải thành năm mà thành bốn phần (xem hình): đây là Tanya Popova, học sinh lớp 9 trường số 16 trường Nevinomysk, A. A. Yagubyants - một kỹ sư từ Rostov-on-Don và là tác giả của bài toán - L. P. Motsalov

A.P.