Как рассказывать гуманитариям о физике

Как рассказывать гуманитариям о физике

… и наконец-то объяснить, как работают пылесос, микроволновка, отбеливатель и другие полезные штуки
12 238

Как рассказывать гуманитариям о физике

… и наконец-то объяснить, как работают пылесос, микроволновка, отбеливатель и другие полезные штуки
12 238

В книге «Как всё работает. Законы физики нашей жизни» профессор Луис Блумфилд рассматривает основные физические законы на примере работы бытовой техники и других вещей, с которыми мы сталкиваемся каждый день. Дина Бойко прочитала это пособие по физике для гуманитариев и законспектировала самые интересные главы.

Механические устройства: велосипед

Простое устройство велосипеда понятно даже ребёнку. Трёхколёсный мы считаем безопасным, а на двухколёсном главное научиться держать равновесие. Оказывается, безопасная устойчивость трёхколёсного велосипеда возможна только без большого ускорения. При резком и быстром повороте такой велосипед завалится набок, потому что он обладает высокой статической и низкой динамической устойчивостью.

Безопасность двухколёсного велосипеда на высокой скорости объясняется его способностью самопроизвольно поворачивать в сторону крена. Стоящий двухколёсный велосипед предсказуемо падает, если его вывести из состояния равновесия. Движущийся легко удерживается под центром масс всей системы и возвращается в состояние равновесия.

Если в заднем колесе вашего велосипеда есть трещотка, необходимость постоянно крутить педали отпадает. Но для снижения скорости на таком лучше использовать не тормоза, а сопротивление воздуха, чтобы избежать перегрева шин.


Текучие среды: водопровод

Для водоснабжения наших домов достаточно двух вещей: водопровода и давления воды в нём. Для того чтобы вода текла из крана, ей нужно придать ускорение силой. Если вы живете в одноэтажном доме в равнинной местности, это очень просто — тогда можно игнорировать гравитацию.

Но если вода должна попасть на 25-й этаж, нужно учитывать, что давление уменьшается с увеличением высоты и возрастает с увеличением глубины. В этом случае вода потечёт по трубам вверх только в ответ на некомпенсированное давление, и для этого нужен насос. Чтобы понять его работу, достаточно представить открытую пластиковую бутылку с водой, при нажатии на которую получается фонтан. Насосы для перекачивания воды работают по тому же принципу. Но в отличие от бутылки цилиндр насоса легко вновь наполнить водой, чтобы она могла бесперебойно течь по трубам до наших квартир.

Фото: iStockphoto / akinshin

Если вода должна попасть выше третьего этажа, ей придётся преодолеть гравитацию. Для этого в городах устанавливают водонапорные башни. В небоскрёбах водопровод устроен по этому же принципу, только внутри него на разных участках есть свои водонапорные башни.


Как работают потоки: пылесос

Внутри шланга пылесоса создаётся вакуум, который уменьшает давление воздуха, но повышает его скорость. Именно низкое давление позволяет воздуху с частицами пыли быстро двигаться внутрь пылесоса и уже чистому воздуху покидать пылесос через выходное отверстие.

Фото: iStockphoto / didesign021

Если на шланг надеть щелевую насадку, физический процесс усложняется, но нам это только на руку. Резкое увеличение скорости и уменьшение давления при прохождении устойчивого потока через сужение в трубе называется эффектом Вентури. Этот эффект подсказывает, что удалять пыль, крепко вбитую в ворс ковра, лучше узкой насадкой.

6 устройств для понимания физики

Пылинки, что заметны на свету, не опускаются вниз благодаря вязкости силы сопротивления. Удивительно, но та же самая сила вязкого сопротивления будет затягивать эти пылинки в пылесос. И если с пылью, к счастью, всё просто, то по законам физики пылесос не сможет засосать стеклянный шарик. Вес шарика слишком велик, чтобы возникнуть сопротивлению давления.


Как работает тепло: кондиционер

Кондиционер был придуман для того, чтобы мы могли получить холодный ветерок в жаркий день. Наслаждаясь прохладой, мало кто задумывается, что горячему воздуху помещения надо куда-то деваться. И откуда берётся холодный воздух, когда кругом жара? Существует процесс теплоотдачи, то есть тепло само по себе никуда не девается, а передаётся от одного объекта к другому. Идеальным вариантом было бы преобразовывать лишнее тепло помещения в энергию, за счёт которой мог бы работать кондиционер. Но, к сожалению, это невозможно, как невозможно угли обратно превратить в полено, которое, сгорая снова и снова, могло бы согревать нас зимой.

В кондиционере есть рабочая жидкость, которая движется, проходя через испаритель, конденсатор и компрессор. С виду испаритель и конденсатор — это металлические трубки. Рабочая жидкость отдаёт горячий воздух помещения наружу в конденсаторе, одновременно с этим испаряясь. И это целый процесс. Жидкость забирает собственное тепло, её давление падает, благодаря чему она уносит горячий воздух из дома, тем самым снижая в нём температуру. Дальше она проделывает ещё более сложный путь в испарителе и компрессоре, превращаясь то в газ, то снова в жидкость, выходя на новый круг поглощения тепла наших домов.


Электромагнитные волны: микроволновая печь

Микроволновые печи — ещё один прибор, передающий энергию. На этот раз воде, содержащейся в продуктах. В 1945 году учёный Перси Лебарон Спенсер навсегда изменил наш быт. Он случайно растопил шоколадку, нагнувшись над лампой, которая генерировала магнитные волны. Учёный мгновенно понял, в чём дело, и вскоре уже жарил на лампе попкорн.

Фото: iStockphoto / Maximkostenko

Оказывается, микроволновка заставляет молекулы воды поворачиваться из стороны в сторону миллиарды раз в секунду. Молекулы бесконечно сталкиваются друг с другом и от этого нагреваются, вода поглощает микроволны и преобразует их энергию в тепловую. Теперь понятно, почему в микроволновой печи можно готовить только продукты, содержащие воду. И почему керамика, стекло и пластик в ней не накаляются.

23 гифки, которые влюбляют в физику

Ещё мы знаем, что печь иногда разогревает продукты неравномерно. Это объясняется неравномерностью амплитуды электрического поля. Проще говоря: иногда электромагнитные волны сталкиваются и на каком-то участке происходит их усиленная работа, а другая часть вашей пиццы в этот момент остаётся сырой.


По законам химической физики: стирка

Сегодня даже эффективная стирка белья подчиняется физике. Оптические отбеливатели последнего поколения совсем не похожи на синьку, которой мамы отбеливали наши рубашки и школьные передники. Теперь отбеливатели остаются на ткани после стирки и высыхания белья и делают белую футболку ярче за счёт оптических явлений. Они содержат флуоресцентные красители, способные поглощать ультрафиолетовое излучение и испускать голубовато-белый видимый свет. Эти отбеливатели не поглощают красные и синие лучи, которые желтят белую ткань, а возвращают синюю часть света. Иначе говоря: мы не видим ультрафиолетовые лучи, которые поглощает обработанная отбеливателем ткань, но видим испускаемые ею синие лучи.

Книга Луиса А. Блумфилда «Как всё работает. Законы физики нашей жизни» в переводе Юлии Плискиной и Елены Валкиной выйдет в издательстве Corpus в конце октября при поддержке Политехнического музея и «Книжных проектов Дмитрия Зимина».


ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ:

Учитель физики сдаёт ЕГЭ

5 шагов, которые помогут развить критическое мышление

Кто и зачем хочет вернуть урок астрономии в школу

Чтобы сообщить об ошибке, выделите текст и нажмите Ctrl+Enter
К комментариям
Подписаться
Комментариев пока нет
Больше статей