Đáp số, đáp số...

43

ĐÁP, ĐÁP…

Nếu bạn quan tâm đến câu hỏi từ Ya. I. Cuốn sách của Perelman “Bạn có biết vật lý không?” (xem “Quant” số 7, trang 44), bạn chắc chắn muốn tìm đáp số trên chúng. Bây giờ chúng tôi cho bạn cơ hội so sánh đáp số của bạn với tác giả.

1. Trên một hòn đảo không có người ở. “Có cây nào mọc trên hòn đảo nhiệt đới này không?” - hỏi tác giả cuốn sách tiếng Đức chuyên phân tích câu đố của Edison. Câu hỏi này là riêng biệt, bởi vì không có cây nào để lật đá: điều này có thể được thực hiện theo đúng nghĩa đen bằng tay không của bạn.

Hãy để chúng tôi tính toán độ dày của tảng đá, đáng ngờ là không được đề cập trong bài toán, và ngay lập tức làm rõ vấn đề. Với tổng khối lượng đá là 3 tấn và mật độ đá granit là 3 g/cm³, chúng tôi báo cáo rằng thể tích của đá là 1 m³. Và vì chiều dài của tảng đá là 30 m (100 feet), chiều cao khoảng 5 m (15 feet), nên độ dày của nó xấp xỉ 7 mm. Do đó, một bức tường mỏng chỉ dày 7 mm đã mọc lên trên đảo.

Để đánh sập một bức tường như vậy (trừ khi nó ăn sâu vào đất), bạn chỉ cần đặt tay hoặc vai lên nó là đủ. Chúng ta hãy tính độ lớn của lực cần thiết cho việc này, ký hiệu là F. Điểm tác dụng của lực này là ở độ cao ngang vai của người đó (1,5 m). Mômen của lực F đối với “trục nghiêng” bằng F×1,5 N·m. Người nghiêng bị phản tác dụng bởi lực hấp dẫn của tảng đá tác dụng vào trọng tâm của nó và có xu hướng kéo bức tường quay về phía sau, ở chế độ vị trí. Mômen của lực này đối với cùng một trục bằng 3·10³×10×3,5·10⁻³ N·m. Độ lớn của lực F được xác định từ sự bằng nhau của các tổng mô men: F = 70 N.

Điều này có nghĩa là khi đẩy vào tường một lực chỉ 70 N, một người sẽ làm đổ tảng đá.

2. Trong khinh khí cầu. Quả bóng sẽ không ở một mình. Khi một người đang leo cầu thang, quả bóng bay sẽ hạ xuống. Điều xảy ra ở đây cũng giống như điều xảy ra khi bạn đi dọc theo một chiếc thuyền nhẹ neo đậu vào bờ để ra đất liền: con thuyền lùi lại dưới chân bạn. Tương tự như vậy, một chiếc thang do chân người leo lên đẩy lên sẽ kéo máy điều hòa xuống đất.

Chuyển sang lời giải cái này bài toán theo quan điểm của các định luật cơ học, chúng ta phải lý luận như thế này. Một quả bóng có một cái thang và một người trên đó tượng trưng cho một hệ cô lập, trọng tâm của nó không thể dịch chuyển được dưới tác dụng của nội lực. Nó sẽ giữ nguyên vị trí khi một người leo lên cầu thang chỉ khi quả bóng tự rơi xuống - nếu không thì trọng tâm sẽ tăng lên.

Về độ lớn chuyển động của quả bóng, nó nhỏ hơn độ cao người đó nâng lên bằng độ lớn, vì quả bóng nặng hơn người đó nhiều lần.

3. Nhựa ở đáy thùng chứa chất lỏng. Trong một bình chứa nước, miếng nhựa bằng gỗ đặt dưới đáy sẽ bốc cháy vì nước thấm vào bên dưới miếng nhựa. Vẫn còn phải giải thích tại sao nước thấm dưới nhựa gỗ nhưng không thấm dưới nhựa thủy tinh.

Cần phải nhớ rằng dù nhựa có khít với đáy đến đâu thì chắc chắn vẫn sẽ có một khoảng cách mỏng giữa chúng. Tại các cạnh của các thử nghiệm bề mặt hợp nhất này, nước, làm ướt cả gỗ và kính, tạo thành một vùng lõm về phía lớp không có chất lỏng; độ lõm này, giống như một mặt khum lõm, hút nước vào khe hở giữa tấm và đáy.

Tình hình lại khác trong trường hợp thủy ngân và nhựa thủy tinh. Thủy tinh không làm ướt thủy ngân nên nhựa thủy tinh và đáy thủy ngân tạo thành một khối phình hướng về phía không chứa chất lỏng.

44

Độ lồi này ép ra ngoài và không cho phép thủy ngân ở dưới tấm.

4. Nhiệm vụ của Colladan. Vì mặt sông là một mặt phẳng nghiêng nên người ta có thể nghĩ rằng việc di chuyển một con tàu ngược dòng đòi hỏi một công lớn như trượt một vật lên một mặt phẳng nghiêng. Nhưng chúng ta không nên bỏ qua một thực tế là trọng lực của con tàu nổi trên mặt nước được cân bằng bởi lực nổi của nước nên việc nâng con tàu nổi lên cao hơn không cần bất kỳ lực nào. Công của thang máy như vậy bằng không; nó không nên được tính đến.

Điều gây tò mò là trong số những sinh viên tại học viện nơi bài toán được đề xuất, chỉ có một người trả lời đúng lời giải, người sau này trở thành kỹ sư đường sắt nổi tiếng ở Pháp.

5. Nước trong một chiếc cốc lật úp. Thật sai lầm khi tin rằng thủy tinh chỉ chứa nước và không có không khí nào cả, vì tờ giấy nằm sát mặt nước. Chắc chắn là có không khí ở đó. Nếu không có lớp không khí giữa hai vật phẳng tiếp xúc, chúng ta không thể nhấc một vật nào khỏi bàn đặt trên bàn có đế phẳng: chúng ta sẽ phải thắng áp suất khí quyển. Bằng cách phủ một mảnh giấy lên mặt nước, giữa chúng ta luôn có một lớp không khí mỏng.

Hãy xem điều gì xảy ra khi tấm kính bị úp ngược. Dưới nước nặng, tờ giấy hơi nhô xuống dưới, do đó một khoảng trống dưới đáy ly được giải phóng cho một lượng không khí nhỏ nằm giữa nước và tờ giấy. Không gian này lớn hơn không gian ban đầu; Do đó, không khí trở nên loãng hơn và áp suất của nó giảm xuống.

Bây giờ mảnh giấy bị tác động bởi: từ bên ngoài - áp suất khí quyển đầy đủ, từ bên trong - áp suất khí quyển không hoàn toàn và áp suất nước phẳng. Cả hai áp lực, bị xáo trộn và bên trong, đều được cân bằng. Đủ

45

Phủ một lượng nhỏ lông mao lên mảnh giấy để thắng lực tác động (được xác định bởi sức căng bề mặt của màng chất lỏng) - và mảnh giấy sẽ rơi ra.

Phần nhô ra của giấy so với trọng lượng của nước phải sạch. Khi không gian được bao quanh bởi không khí tăng 0,01 phần thì áp suất không khí trong kính giảm đi một phần tương tự. Phần trăm áp suất khí quyển không đủ được bao phủ bởi trọng lượng 10 cm của cột nước. Nếu lớp không khí giữa giấy và nước ban đầu dày 0,1 mm thì độ dày của nó sẽ tăng đủ 0,01 × 0,1, tức là 0,001 mm (một micron), để giải thích việc giấy bị giữ ở các cạnh của tấm kính ngược. Sẽ chẳng ích gì khi cố gắng nhìn trực tiếp phần nhô ra của mảnh giấy này bằng mắt.

6. Siphon trong khoảng trống. Khi được hỏi liệu siphon có thể truyền chất lỏng trong chân không hay không, câu trả lời thường là “không”. Tôi đã nhận được loại đáp số này khi tôi chưa học, từ các giáo viên trung học, và đôi khi từ các giáo sư trung học. Hầu hết các sách giáo khoa ở trường và một phần quan trọng của sách giáo khoa đại học coi áp suất không khí là lý do duy nhất để truyền chất lỏng vào ống thở. Trong khi đó, đây là một định kiến ​​về thể chất.

Làm thế nào chúng ta có thể giải thích hoạt động của sfon mà không cần dựa vào áp suất khí quyển? Hãy để tôi trích dẫn những dòng tương ứng trong cuốn “Vật lý kỹ thuật” (1927) của tôi:

“Vì phía bên phải của sợi chất lỏng của sfon dài hơn và do đó nặng hơn bên trái nên nó kéo và làm đặc chất lỏng liên tục trong ống về phía đầu dài. Điều này rõ ràng là lấn át khi so sánh với một sợi dây ném qua một khối.”

7. Làm nóng mức độ mộc. Đối với câu hỏi bài toán họ sẽ trả lời rằng mức độ bụi trong thời tiết ấm áp sẽ lớn hơn trong thời tiết lạnh, vì khí chứa trong đó nở ra dưới tác dụng của nhiệt. Tuy nhiên, họ quên rằng trong những điều kiện này, chất khí không thể giãn nở: chất lỏng chứa trong ống thực hiện điều này. Tất cả các bộ phận của bình đều nóng lên: khung rắn, ống thủy tinh, chất lỏng, khí trong bong bóng. Sự giãn nở của khung và ống rất nhẹ; độ giãn nở của chất lỏng lớn hơn độ giãn nở của ống và do đó bọt khí giảm đi.

Vì vậy, mức độ bong bóng khi thời tiết ấm áp nhỏ hơn khi thời tiết lạnh.

8. Sự đóng băng của nước trong đường ống. Việc nước thường đóng băng trong các đường ống ở tầng hầm không phải vào những ngày băng giá mà vào những ngày tan băng, đối với nhiều người dường như hoàn toàn không thể giải thích được. Điều này có nghĩa là độ dày của nó sẽ tăng thêm 0,01×0,1, tức là thêm 0,001 mm (một micron), để giải thích việc giữ mảnh giấy ở các cạnh của tấm kính ngược. Chẳng ích gì khi cố gắng nhìn thẳng vào phần nhô ra của mảnh giấy này bằng mắt.

9. Siphon trong khoảng trống. Khi được hỏi liệu siphon có thể truyền chất lỏng trong chân không hay không, câu trả lời thường là “không”. Tôi đã nhận được loại đáp số này khi tôi chưa học, từ các giáo viên trung học, và đôi khi từ các giáo sư trung học. Hầu hết sách giáo khoa ở trường và một phần đáng kể sẽ tăng độ dày của nó lên 0,01×0,1, tức là 0,001 mm (một micron), để giữ mảnh giấy ở các cạnh của tấm kính ngược. Sẽ chẳng ích gì khi cố gắng nhìn trực tiếp phần nhô ra của mảnh giấy này bằng mắt.

Làm thế nào chúng ta có thể giải thích hoạt động của sfon mà không cần dựa vào áp suất khí quyển? Hãy để tôi trích dẫn những dòng tương ứng trong cuốn “Vật lý kỹ thuật” (1927) của tôi:

“Vì phía bên phải của sợi chất lỏng của sfon dài hơn và do đó nặng hơn bên trái nên nó kéo và làm đặc chất lỏng liên tục trong ống về phía đầu dài. Điều này rõ ràng là lấn át khi so sánh với một sợi dây ném qua một khối.”

7. Làm nóng mức độ mộc. Đối với câu hỏi bài toán họ sẽ trả lời rằng mức độ bụi trong thời tiết ấm áp sẽ lớn hơn trong thời tiết lạnh, vì khí chứa trong đó nở ra dưới tác dụng của nhiệt. Tuy nhiên, họ quên rằng trong những điều kiện này, chất khí không thể giãn nở: chất lỏng chứa trong ống thực hiện điều này. Tất cả các bộ phận của bình đều nóng lên: khung rắn, ống thủy tinh, chất lỏng, khí trong bong bóng. Sự giãn nở của khung và ống rất nhẹ; độ giãn nở của chất lỏng lớn hơn độ giãn nở của ống và do đó bọt khí giảm đi.

Vì vậy, mức độ bong bóng khi thời tiết ấm áp nhỏ hơn khi thời tiết lạnh.

8. Sự đóng băng của nước trong đường ống. Việc một phần nước trong đường ống ở tầng hầm đóng băng không phải vào những ngày băng giá mà vào những ngày tan băng, đối với nhiều người, dường như hoàn toàn không thể giải thích được. Điều này có nghĩa là độ dày của nó sẽ tăng thêm 0,01×0,1, tức là thêm 0,001 mm (một micron), để giải thích việc giữ mảnh giấy ở các cạnh của tấm kính ngược. Sẽ chẳng ích gì khi cố gắng nhìn trực tiếp phần nhô ra của mảnh giấy này bằng mắt.

Làm thế nào chúng ta có thể giải thích hoạt động của sfon mà không cần dựa vào áp suất khí quyển? Hãy để tôi trích dẫn những dòng tương ứng trong cuốn “Vật lý kỹ thuật” (1927) của tôi:

“Vì mặt bên phải của sợi chất lỏng của sfon dài hơn và do đó nặng hơn sợi bên trái nên nó bám lại và đông cứng chất lỏng mọi lúc trong ống về phía đầu dài. Điều này rõ ràng là bị lấn chiếm khi so sánh với một sợi dây ném qua một khối.”

7. Làm nóng mức độ mộc. Đối với câu hỏi bài toán họ sẽ trả lời rằng mức độ bụi trong thời tiết ấm áp sẽ lớn hơn trong thời tiết lạnh, vì khí chứa trong đó nở ra dưới tác dụng của nhiệt. Tuy nhiên, họ quên rằng trong những điều kiện này, chất khí không thể giãn nở: chất lỏng chứa trong ống thực hiện điều này. Tất cả các bộ phận của bình đều nóng lên: khung rắn, ống thủy tinh, chất lỏng, khí trong bong bóng. Sự giãn nở của khung và ống rất nhẹ; độ giãn nở của chất lỏng lớn hơn độ giãn nở của ống và do đó bọt khí giảm đi.

Vì vậy, mức độ bong bóng khi thời tiết ấm áp nhỏ hơn khi thời tiết lạnh.

9. Tại sao tuyết trắng? Tuyết có màu trắng vì lý do tương tự như thủy tinh nghiền và nói chung, các chất trong suốt bị nghiền nát sẽ có màu trắng. Nghiền đá trong cối hoặc dùng dao nghiền nát bạn sẽ thu được một loại bột màu trắng. Màu sắc này là do các tia sáng xuyên qua những mảnh băng nhỏ trong suốt, không xuyên qua chúng mà bị phản xạ vào bên trong ở rìa của tảng băng và không khí (phản xạ toàn phần) cho đến khi chúng đi ra theo một hướng tùy ý.

(Cuối cùng xem trang 66)