?

Log in

No account? Create an account

Previous Entry | Next Entry

Что-то вспомнил сегодня, что вообще-то я по образованию физик и в молодости даже побеждал на всяческих там олимпиадах по физике. Вот вам, мои уважаемые френды, две КАЧЕСТВЕННЫЕ (качественные -- это не значит очень хорошие, это всего лишь значит что в них не надо ничего считать или чертить) задачи по школьной физике
______________

ОПУБЛИКОВАНЫ ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ!

Задача 1.
В хорошо изолированной комнате, стоит работающий холодильник с распахнутой дверкой. Электроэнергия для его работы поступает в комнату снаружи, больше никакого обмена энергией с этой комнатой нет. Вопрос -- что произойдет с температурой в комнате через например сутки. Она повысится, понизится или останется той же?

Задача 2.
Два металлических, абсолютно идентичных по всем параметрам стержня (одинаковой длины, одинакового диаметра, из одного и того же материала) нагревают в одном и том же диапазоне температур (ну например от +20 до + 120 градусов Цельсия). Одинаковое ли количество энергии уйдет на нагрев, если один стержень стоит на жесткой не нагревающейся и не деформирующейся подставке, а второй висит на жесткой не нагревающейся и не деформирующейся нити. Если не одинаковое, то в каком случае больше -- когда стоит или когда висит?

Задачки были отборочными для участия в региональной олимпиаде ЗФТШ (заочной физико-технической школе) МФТИ по региону Западной Сибири в 1976 году... Господи, 43 лет назад, почему я их до сих пор помню?

Да, правильные ответы -- ЗАВТРА!

___________________
ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ

1 задача
В этой задаче практически никто не ошибся. Температура действительно повысится. Основание -- закон сохранения энергии. В замкнутую изолированную систему поступает энергия извне. Поскольку никакой ВНЕШНЕЙ работы система не совершает то вся энергия уходит на увеличение внутренней энергии системы, то есть на повышение температуры. Что в реальности и происходит -- можете поставить эксперимент.

2 задача.
А здесь наоборот -- ошиблись почти все. Правильный ответ -- больше энергии потребуется для стержня, стоящего на подставке. Основание -- всё тот же закон сохранения энергии в его полной форме -- энергия, переданная системе расходуется на совершение работы и увеличение внутренней энергии системы. В данном случае будет совершена работа по перемещению центра тяжести стержней. Стержни же растянутся при нагревании, значит их центр тяжести переместится, но переместится по разному -- для висящего стержня он ОПУСТИТСЯ, а для стоящего -- ПОДНИМЕТСЯ. Вот на это поднятие и будет израсходована дополнительная энергия. Разница же в количестве излучаемой энергии за счет уменьшенной поверхности излучения для стоящего стержня дает эффект на пару порядков  (то есть в сто раз) меньше. 
promo torin_kr december 5, 2015 19:43 26
Buy for 200 tokens
Этот пост -- заказной. Меня его попросила написать одна моя хорошая знакомая, с которой мы знакомы такое количество лет. что аж страшно становится. Как говорит в таких случаях мой младший брат -- "Да ну нафиг. Столько и не живут". Живут... к сожалению. Ладно, это было лирическое…

Comments

( 23 comments — Leave a comment )
mindfactor
Jan. 23rd, 2019 05:37 pm (UTC)
Задача 1.
Электроэнергия для его работы поступает в комнату снаружи, больше никакого обмена энергией с этой комнатой нет.

Больше ничего знать в этой задаче и не надо :)


Задача 2.
Единственно, что меняется в стержнях - длина, за счёт упругой деформации.
Изменение длины -> изменении площади поверхности -> изменение количества тепла, излучающего стержнями в окружающее пространство в процессе нагрева.

Так что на висящий стержень уйдёт чуть больше энергии. Но разница, полагаю, будет такая крохотная, что --
torin_kr
Jan. 23rd, 2019 05:49 pm (UTC)
Изменение длины -- это не только изменение площади нагрева. Подумайте над этим еще немного...
mindfactor
Jan. 23rd, 2019 05:55 pm (UTC)
>Изменение длины -- это не только изменение площади нагрева.

Да, это ещё автоматом и изменение плотности, коэффициентов теплообмена и прочих табличных значений.

какие же из них окажутся критичными в данном случае - мы не знаем, т.к. не знаем способа нагрева.

Плюс можно увидеть, что у стоящего стержня тепло не излучается в сторону основания (т.к. основание ненагреваемое), это добавит ещё мили-крохотулечку в пользу моей версии.
torin_kr
Jan. 23rd, 2019 06:01 pm (UTC)
Чуть ниже приводится и еще один эффект изменения длины -- растяжение стержня в гравитационном поле.
mindfactor
Jan. 23rd, 2019 06:05 pm (UTC)
Вообще-то ровно об этом я и написал сразу: стоящий стержень сжимает, висящий - растягивает.

И делать это больше некому, кроме как гравитации, бессердечной суке.
fon_rotbar
Jan. 24th, 2019 04:54 pm (UTC)
растяжение стержня в гравитационном поле. А оценить ПОРЯДОКОВЫЕ величины этих трех эффектов можете?
Сколько стержень длиной?
В машиностроительных пределах размеров- точно сколь-нибудь заметных деформаций не будет.
В архитектурных размерах еще могут набежать измеримые величины деформаций от собственного веса...

Но опять-же, боюсь что влияние будет не слишком велико.
fon_rotbar
Jan. 24th, 2019 04:38 pm (UTC)
А про диаметр стержня в условиях ничего не сказано!
Равно как и про длину, и модуль упругости материала, а уж про его коэффициент расширения и речи не было.

Так что совершенно не обязательно стержень удлиниться настолько, что перекоситься.
budidich
Jan. 23rd, 2019 05:53 pm (UTC)
1 задача слишком очевидна, даже странно.
2 задача - в первом приближении нагрев будет одинаковым, а дополнительных факторов будет огромное количество, так что однозначно ответить нельзя.
дополнительные факторы:
-Поглощение тепловой энергии торцом стержня.
-Отражение инфракрасного излучения от материала подставки.
-Растяжение стержня в гравитационном поле.
torin_kr
Jan. 23rd, 2019 06:00 pm (UTC)
А оценить ПОРЯДОКОВЫЕ величины этих трех эффектов можете? Скажем как соотносится поглощение тепловой энергии торцом стержня и, например, растяжение стержня в гравитационном поле?
mindfactor
Jan. 23rd, 2019 06:06 pm (UTC)
>Скажем как соотносится поглощение тепловой энергии торцом стержня и, например, растяжение стержня в гравитационном поле?

Это СИЛЬНО зависит от физических размеров стержня и от материала, из которого они изготовлены. Ничего этого мы не знает, так что оценить не можем даже приблизительно.
torin_kr
Jan. 23rd, 2019 06:12 pm (UTC)
зависит, но не сильно. Попробуйте подобрать два материала при которых соотношение этих двух параметров будет обратным.
dyatel_woody
Jan. 23rd, 2019 06:43 pm (UTC)
Да что тут сложного? 1. Энергия в систему подводится, а уж как она преобразуется - дело десятое, при любом преобразовании энтропия только растет, а температура повышается.
dyatel_woody
Jan. 23rd, 2019 06:45 pm (UTC)
2. Второй стержень никак не меняет своей потенциальной энергии (центр тяжести зафиксирован в одной точке), первый вынужден ее повышать (центр тяжести поднимается относительно подставки), так что на на нагрев первого стержня энергии уйдет больше.
mindfactor
Jan. 23rd, 2019 06:53 pm (UTC)
А можно вот тоже самое, только помедленней - как потенциальная энергия влияет на нагрев ?
torin_kr
Jan. 23rd, 2019 07:01 pm (UTC)
Оба стержня меняют свой центр тяжести. Только по разному...
dyatel_woody
Jan. 23rd, 2019 09:43 pm (UTC)
Да, если висит на одном из концов, то ещё и опускает центр тяжести, давая экономию энергии
fon_rotbar
Jan. 24th, 2019 04:47 pm (UTC)
давая экономию энергии
За счет чего, позвольте полюбопытствовать?
Если за счет приближения к источнику: а кто вам сказал, что греют снизу? Там может вообще стул, с пиками точеными...
ingaret
Jan. 24th, 2019 04:06 am (UTC)
Температура в комнате повысится (потому что я делал такие эксперименты, только холодильник был не бытовой).

Про стержни ещё не думал - в Минске 7 утра сейчас.
max_andriyahov
Jan. 24th, 2019 04:08 am (UTC)
1. Температура повысится
2. Больше, который висит
fon_rotbar
Jan. 24th, 2019 04:34 pm (UTC)
1. Ну смотря что считать хорошей изоляцией... Но должна подрасти, речь всё-же о киловаттах.
2. стоит на не нагревающейся и не деформирующейся подставке Я всё-таки балдею с этих физиков: где они такие сферические кони подставки берут?
Смотря откуда греть. Если убрать сферического коня из вакуума- то начнёт играть роль передача энергии через окружающий газ, конвенцией. А если греть сверху- то будет играть роль только теплопроводность материала.
Так что мнится мне- одинаковое.

Edited at 2019-01-24 04:44 pm (UTC)
fon_rotbar
Jan. 24th, 2019 04:43 pm (UTC)
А можно и организаторов олимпиады поучить.
Если греть сверху- то второй стержень вообще нагреть не удастся! Потому что подвеска перегорит, и стержень упадёт.

Так что подобным "изменением" вводных можно любую задачу довести до идиотизма логического предела, взять хоть канонический пример про "пики точены, и уды дрочены"
mindfactor
Jan. 26th, 2019 04:59 pm (UTC)
уж четвёртый день близится, а ответов всё нет
torin_kr
Jan. 26th, 2019 05:02 pm (UTC)
Сейчас напишу...
( 23 comments — Leave a comment )