Интересна физика- Част 1. Физика в тялото. Физика в къщи. Небето

- Секция Физика

Физика в тялото

Пукането на ставите


Някои хора имат навика да издърпват пръстите на ръцете си, при което се чува пукане.
То се обяснява с образуването и пукането на газови мехури в пространството на ставите.
Както е известно, ставите са капсулирани структури, които са изолирани от атмосферния въздух.
Между костите и хрущялните структури на ставите има синувиална течност (служи като смазка на ставите), в която са разтворени газови молекули.
При изтеглянето на пръстите, в течността се създава подналягане (поради изолацията на ставата от атмосферното налягане) и в резултат на това разтворените в течността газове се отделят във вид на мехури, които се пукат.
За да се получи възможност за ново пукане, е необходимо да минат няколко минути, за да може газовите молекулиотново да се разтворятв синувиалната течност

Произход на бройните системи

Първобитният човек е броял на два пръста на ръката или още по-просто: "една ръка-две ръце" (изразите: "две очи"- в Индия и "две крила" -в Тибет, също са означавали числото "две").
Броенето на два пръста на ръката не означава още двоична система в съвременния смисъл, защото в двоичната система по-големите числа се изразяват чрез двата основни символа 0 и 1, докато първобитният човек е означавал числата по-големи от две с "много"; двоичната система (0,1) е широко прилагана днес в компютърната техника.

Десетична система

Приложението в началото е било на десетте пръста на ръката: това вече е било съществен напредък, защото сравнително лесно са били означавани числа.
По-големи от 10 като са използвани числата от 1 до 10 (нулата е била въведена по-късно и първоначално е символизирала нищото; тя е разделяла положителните от отрицателните числа, които допреди няколко века са били наричани "абсурдни" или "по-малки от нищото".
Днешният символ 0 е заимстван от първата буква на гръцката дума за "нищо"-"онден").
Десетичната система е най-разпространена днес в писмения и разговорния език; причината е, че само с около петнайсет не произлизащи едно от друго наименования (нула, едно, две, три, …, десет, сто, хиляда, милион и т.н.) могат да се изразят с приемлива сложност дори и най-големите числа, които се използват в практиката.

Петичната и двайсетичната системи

Като производни на десетичната система може да се разглеждат петичната и двайсетичната системи.
За основа на петичната система е послужило използването на пръстите на едната ръка, а за двайсетичната система - на пръстите на двете ръце и двата крака: така са смятали папуасите, маите и други племена и древни народи (едно очевидно условие за успешно и ергономично приложение на двайсетичната система е: в работно време да не се носят обувки и чорапи).
В по-усложнен вариант някои племена са използвали не само пръстите, но и ставите на ръцете и краката.

Шейсетичната система

Шейсетичната система е била използвана предимно в древния Вавилон.
В нея за основа е било прието числото 60 и вавилонците са я използвали главно, за да измерват време и ъгли.
В днешно време ние продължаваме да използваме част от тази система (един час има 60 минути; един ъглов градус има 60 ъглови минути и т.н.).
Вавилонската шейсетична система е първата позиционна система в света.
По-късно в Европа и в света се налага днешната десетична позиционна система (при позиционните системи големината на числото се определя и от мястото на отделните символи (цифри)).

След въвеждането на бройните системи се появява, като естествено следствие, аритметиката (от гр. "аритмос"- число) - науката за най-простите свойства на числата и действията с тях.
Хилядолетия са минали в мъчителни и понякога много остроумни опити преди човечеството да достигне до днешната форма на заучаване на тези основни знания.
Например, само до преди няколко века таблиците за умножение и прилагане и на други аритметични правила са били изучавани в средновековните училища на Франция, Германия и други европейски държави чрез хорово пеене.
В този смисъл представяте ли си как днес би звучало следното съобщение от Културния справочник за деня:
"Тази вечер Хоровата капела ще изпълни Кантата за два катета и хипотенуза (по мотиви на Питагор) в съпровод на камерен оркестър от правилни многоъгълници"!
Разбира се, че някои от читателите на това съобщение биха могли да го обогатят и с понятия от висшата математика, като напр. "Рецитал за многократен интеграл". 


Физика в къщи

Прибираме се в къщи, бързо слагаме съд с вода да възври и започваме да извършваме друга полезна дейност.
След известно време започва да се чува слаб шум, който по-късно става по-остър, но ние все още не сме обезпокоени, че водата ще изкипи. Щом, обаче, остротата на шума намалее, ние скачаме и изключваме нагревателното устройство или въобще правим това, което трябва да се направи след завиране на водата. Защо се променя звукът, който чуваме в зависимост от нагряването на водата?

След първоначалното нагряване на дъното на съда, от него започват да се отделят първите водни мехурчета, които близо до дъното се пукат със не много силен съскащ звук. Образуваните по-късно и вече по-големи мехурчета се придвижват нагоре, към по-малко нагретите слоеве на водата и там се пукат, като предизвикват звук, който е по-остър и по-силен. Малко след това водата е толкова нагрята, че повечето мехурчета достигат до повърхността, която активно кипи, и там се пукат, вече във въздуха, с по-приглушен бълбукащ звук. Ако в този момент не сме много разсеяни, ще пристъпим към следващите предвидени действия. В противен случай водата ще ни подсети малко по-късно, когато може да е и твърде късно, особено, ако сме сложили кафето предварително.

I.Зима е.

Прибираме се в къщи. Духаме в шепите си, за да ги стоплим. в къщи включваме нагревателя, за да си сварим чай, но си опарваме пръстите. Пак духаме към пръстите, но сега за да ги охладим. Защо, въпреки че и в двата случая, издишваме въздух с практически една и съща температура, резултатът е съвсем различен?
И в двата случая действат главно два процеса:
1) пренос на топъл въздух от белия дроб към ръцете
и
2) охлаждане, поради това, че струята, която издишваме, създава понижено налягане върху повърхността на ръцете и предизвиква приток на по-хладен въздух към тях.
Когато издишваме, за да стоплим ръцете си, струята е широка и с малка скорост и тогава преобладава ефектът на първия процес. Обратното се получава, когато духаме, за да охладим опареното място- тогава струята е тясна и с по-голяма скорост и вторият процес е със значително по-силно действие. Към този ефект се прибавя и ускореното изпарение на влага от ръцете, което отнема допълнителна топлина от тях.

II. Лято е.

В стаята е горещо. Изчерпали сме наличните средства за охлаждане (закриване на прозорците, пиене на студени напитки и др.). Осенява ни спасителна мисъл: да отворим хладилника, оставяйки го включен с надеждата, че ще охлади стаята, пък макар и малко. Прави ли сме?
И да и не. Да, но само за кратко време, докато хладният въздух от вътрешността на хладилника, както и неговите охладени части, изравнят температурата си с околния въздух. След това, както и преди това, включеният хладилник ще действа като котлон и ще затопля още повече стаята.
На любителите на силни усещания препоръчваме да прочетат в учебниците по физика за връзката между действието на хладилника и втория закон на термодинамиката.

III.
Може би сте забелязали, че живачният термометър има стеснение на тръбичката с живак малко над резервоара за живак. Защо, когато поставим термометъра под мишницата си (или в топла вода), живакът минава през това стеснение и достига до съответното деление на термометъра, а когато го оставим да изстине, не може да се върне в резервоара на термометъра без да упражним някакво насилие върху него, напр. като го стръскаме? Нали вече я няма причината (топлото тяло или вода), поради която живачният стълб се е издигнал от резервоара?
Когато термометърът се нагрява от топлото тяло, в резервоара се създава налягане, което е достатъчно да изтласка живака, преодолявайки съпротивлението на стеснението. След като извадим термометъра от мишницата си, за връщането на частта от живачния стълб над стеснението съдействат само междумолекулните сили на живака (придърпването от страна на охладения живачен стълб преди стеснението), които са недостатъчни, за да се преодолее съпротивлението на стеснението.

Небето

Вероятно, този въпрос е в списъка на десетте най-много задавани въпроси през хилядолетията на човешката цивилизация. Той, разбира се, има своя научен отговор днес. За да разберем отговора, трябва да използваме някои знания , които сме придобили в процеса на обучението по физика.

1. Прието е, че чистата атмосфера е съставена само от молекули и атоми (кислородни, водородни, азотни и др.), които имат размер, който е значително по-малък от този на дължините на вълните на лъчите от видимия спектър.

2. Когато слънчевият лъч достигне до атмосферата, той:

а) частично се разсейва, съгласно закона на Релей (1842-1919), като интензивността му е обратно пропорционална на четвъртата степен на дължината на вълната му. Ето защо сините лъчи се разсейват по-силно (15-16 пъти) от червените поради това, че дължината на вълната им е много по-малка от тази на червените; след всяко разсейване, обаче, интензитетът на разсеяната светлина намалява;

б) частично се поглъща, като по-силно се поглъщат лъчите с по-малка дължина на вълната; погълнатата светлина е пропорционална на дебелината на поглъщащия слой на атмосферата.
Поради това, че на големи височини атмосферата е силно разредена, се приема, че ефективно разсейващият и поглъщащият слой в посока, перпендикулярна на Земната повърхност, е с дебелина около 20-25 km, като най-плътен е при земната повърхност.

При изгрев и залез пътят на лъчите през такъв плътен слой е около 500 km., защото те преминават през атмосферата почти по допирателната към земната повърхност. Ето защо през деня и особено, когато Слънцето е в зенит, пътят на лъчите през по-плътните слоеве на атмосферата е много по-къс и частта на погълнатата светлина е все още достатъчно малка, така че в разсеяната светлина, която достига до земната повърхност, преобладават (вж. т.а)) сините лъчи в сравнение с лъчите от другите части на спектъра (за този ефект съдейства и озоновият слой, който е на височина около 20 km и поглъща по-силно червените лъчи от видимия спектър на Слънцето). Така се получава небесно-синият цвят. Ако наблюдателят се намира на височина 3-10 km (напр. на висока планина или на самолет), този ефект е подсилен и небето изглежда виолетово-синьо. Обратно е положението при изгрев и залез на Слънцето: тогава лъчите, които достигат до мястото на наблюдателя, изминават много по-дълъг път през атмосферата (около 500 km), в резултат на което те претърпяват много пъти повече актове на разсейване и поглъщане, отколкото в зенита на Слънцето. В този случай се оказва, че поглъщането на лъчите от виолетово-синята част на спектъра е относително по-силно от тяхното разсейване, в сравнение със съотношението на поглъщане и разсейване в червената част на спектъра (вж. т.б)). Поради това, небето, наблюдавано от земната повърхност, е с преобладаващо оранжево-червен цвят, характерен за изгрева и залеза.

Синият цвят на дневното небе може лесно да бъде променен от наличието на замърсявания, като аерозоли, прах с различен произход, облаци и др. Частиците, които образуват такива допълнителни включвания в състава на атмосферата, са обикновено с размер, който е по-голям от дължината на вълната на видимите слънчеви лъчи и законът на Релей не е в сила за тях. Обяснението на цвета на небето трябва да бъде давано конкретно за всеки разглеждан случай. 

Съдържание: 

Интересна физика- Част 1. Физика в тялото. Физика в къщи. Небето
Интересна физика- Част 2. Физика на улицата

 






Коментирай свободно: