Ba câu chuyện về nước

40

KVANT 2022/№2

Ba câu chuyện về nước

S. DVORYANINOV

Câu hỏi thú vị: Tại sao tôi lại là người vận chuyển nước? Bởi vì không có nước - Không ở đây cũng không ở đây! V.Lebedev-Kumach

• Và chúng ta có nước máy! Đây. S. Mikhalkov

Có vẻ như, việc cung cấp nước có gì thú vị? Tất nhiên, phát minh này đã cũ và rất hữu ích, nhưng không có gì hơn thế. Tuy nhiên, hóa ra cũng có điều gì đó thú vị và mang tính hướng dẫn để kể về anh ấy. Vậy… Câu chuyện thứ nhất. Vào cuối tháng 12, Tolik Vtulkin phải thức dậy từ rất sớm - gia đình họ lẽ ra phải đến sân bay để đáp chuyến bay đầu tiên vào buổi sáng. Tolik nhận thấy nước từ vòi lạnh hóa ra ấm hơn nhiều so với bình thường. Và từ vòi có nước nóng, ngược lại, nước mát chảy ra. Tolik đoán được chuyện gì đang xảy ra. Rõ ràng, về đêm lượng nước chảy nhỏ, nước trong đường ống trong nhà bị ứ đọng. Trong trường hợp này, nước lạnh nóng lên và nước nóng nguội đi. Câu chuyện thứ hai. Nó ở trong bếp. Tolik mở vòi nước lạnh nhưng nước sôi tràn ra khỏi vòi. Anh ấy gần như bị bỏng tay! Làm thế nào điều này xảy ra? Hình 1 cho thấy máy trộn trong nhà bếp của Tolik. Anh ấy trộn nước nóng với nước lạnh. Hình 1

DOI: https://doi.org/10.4213/kvant20220203

Hãy chú ý đến cần trộn. Để lấy nước, người ta mở vòi rồi đóng lại. Nhưng sau đó, một lượng đáng kể vẫn còn nằm trong tầm ngắm. Hơn nữa, nếu nước nóng chảy ra từ máy trộn thì nó sẽ vẫn còn trong trạng thái ngây thơ. Nếu bây giờ bạn mở ngay vòi nước lạnh, nước lạnh sẽ bắt đầu thay thế nước nóng. Và trước hết, phần nước nóng còn sót lại ở đó chưa kịp nguội sẽ đổ ra khỏi máy trộn. Vì vậy hãy cẩn thận! Sau khi mở vòi, để nước chảy ra một chút, sau đó mới cẩn thận kiểm tra xem nước có quá nóng không. Như người ta nói, nếu bạn không biết về ford thì đừng thò mũi xuống nước. Một vòi đang hoạt động được đặc trưng bởi lưu lượng nước, ví dụ, được đo bằng lít trên phút và nhiệt độ của nước đang chảy, được đo bằng độ C. Tình trạng của mỗi vòi được đặc trưng bởi góc quay của cần gạt. Trong cần cẩu hiện đại, nó nhỏ. Chúng ta sẽ giả sử rằng mỗi con cừu có thể được quay một góc từ 0q đến 90q. Để lượng nước tiêu thụ tỷ lệ thuận với góc quay và đạt được mức cao nhất, bằng 4,5 lít/phút khi quay 90°. Gọi nhiệt độ của nước nóng là 70 qC, nước lạnh là 10 qC. Chúng tôi kiểm soát hai tham số – góc M và . Hai thông số phản ứng của hệ thống là nhiệt độ của nước chảy ra và tốc độ dòng chảy của nó. Trong Hình 2, trên mặt phẳng có tọa độ ( M, \ ), năm đoạn được hiển thị, dọc theo mỗi đoạn có nhiệt độ nước không đổi. Nếu góc quay của con cừu M và \ tăng $в^{k}$ lần thì nhiệt độ nước sẽ không thay đổi nhưng tốc độ dòng chảy sẽ không thay đổi

Hình 2

41

“Lượng tử”

VÌ

TRẺ HƠN

Hình 3

sẽ tăng $в^{k}$ lần. Nếu chúng ta thay đổi giá trị của M và \ trong khi duy trì tổng của chúng, thì chúng ta sẽ có được dòng nước không đổi với các nhiệt độ khác nhau. Các đường tương ứng được hiển thị trong Hình 3. Nếu bạn di chuyển lên trên dọc theo từng đoạn trong hình này thì nhiệt độ nước sẽ tăng lên. Câu chuyện thứ ba. Trong những năm gần đây, máy trộn hai vòi đã được thay thế bằng máy trộn bi. Những máy trộn như vậy, còn được gọi là cần điều khiển hoặc khớp nối, giống như bất kỳ loại nào khác, được sử dụng để trộn nước lạnh với nước nóng và đạt được nhiệt độ cần thiết nhờ lưu lượng nước cần thiết. Và ở đây thoạt nhìn chúng ta phải đối mặt với một nghịch lý. Mỗi vòi đang hoạt động, như đã đề cập, được đặc trưng bởi hai thông số: lưu lượng nước và nhiệt độ của nó. Hai thông số (đầu ra) này phản ứng với hai thông số khác - lưu lượng nước nóng và lưu lượng nước lạnh. Ở những chiếc vòi cũ, chúng ta vặn hai núm và có được thứ mình muốn. Và van bi chỉ có một đòn bẩy! Làm thế nào chúng ta có thể kiểm soát hai tham số bằng một đòn bẩy? Trước đây, ngay cả người đánh xe cũng có dây cương bên trái và dây bên phải, và dùng roi điều khiển ngựa đạt tốc độ mong muốn. Trên thực tế, không có nghịch lý nào cả. Vị trí của cần van bi được xác định bởi hai tham số, giống như vị trí của một điểm trên bề mặt quả địa cầu cũng được xác định bởi hai tham số - kinh độ và vĩ độ. Trên thực tế, ngay cả đối với máy trộn bi số

TRẺ EM HỌC SINH

Hình 4

tham số đầu vào bằng số tham số đầu ra. Có thể nói rằng “kinh độ” của van bi đặc trưng cho tỷ lệ thể tích nước nóng và nước lạnh đi vào buồng trộn. Tỷ lệ này tương ứng với nhiệt độ của hỗn hợp (Hình 4). “Vĩ độ” của van bi quyết định lưu lượng nước tiêu thụ. Bằng cách thay đổi kinh độ trong khi vẫn giữ vĩ độ không đổi, chúng ta thay đổi nhiệt độ của hỗn hợp trong khi vẫn duy trì tốc độ dòng chảy. Bằng cách thay đổi vĩ độ ở một kinh độ không đổi, chúng ta thay đổi dòng nước và duy trì tỷ lệ giữa thể tích nước lạnh và thể tích nước nóng, tức là chúng ta không thay đổi nhiệt độ. Điều này đạt được bằng cách di chuyển van 1 và 2, được hiển thị trong $рисунке^{5.}$

Hình 5

Giả sử rằng vào buổi tối, chúng ta đặt nhiệt độ nước đầu ra mong muốn và muốn quay lại nhiệt độ đó vào buổi sáng. Trong trường hợp này, chúng tôi chỉ giảm vĩ độ (tức là dòng nước) xuống 0. Trong trường hợp này, van 2 hoạt động. Kết quả là van bi sẽ “ghi nhớ” nhiệt độ và không cần phải điều chỉnh vào lần sau. Tình huống này được tuyên bố là một trong những lợi thế của máy trộn bóng.

Cũng có chút lãng mạn trong việc điều khiển cần gạt của van bi. Chúng ta quay nó sang trái, sang phải, hướng về phía mình, cách xa mình và tưởng tượng đây không phải là vòi nước, mà là… vô lăng máy bay. Kéo bánh lái ra khỏi bạn - và máy bay bắt đầu lao xuống