Качественные задачи

Качественные задачи

Он мог определить пройденный путь по телеграфным столбам, зная, что расстояние между ними примерно 50 м, а время движения узнать по своим наручным часам. Затем рассчитать скорость. Или мог узнать: за какое время автобус проезжает 1 км, т.е. расстояние между километровыми столбами на шоссе. Решение верно только при равномерном движении.

Путь от Москвы до Владивостока по железной дороге примерно 11000 километров. Известно, что длина рельсов на этом пути на 11 км короче его, однако поезда доходят до конечных станций. Как это может быть?

 Ответ. Рельсы не укладывают плотно друг к другу, стык в стык, а оставляют между ними промежутки, так как летом при нагревании рельсы удлиняются. Общая длина промежутков - 11 км.  

Чтобы не задыхалась рыба (особенно карп) в зимнее время, в небольших замерзших водоемах делают проруби и нагнетают воздух под лед. Зачем это делают?

 Ответ. Рыба задыхается из-за недостатка кислорода растворенного в воде. Делая проруби, или нагнетая воздух под лед, тем самым за счет диффузии обогащают воду кислородом.

 Почему, после того, как ранней весной начало пригревать солнышко, снег становится не рыхлым и пушистым, а твердым, в виде крупинок?

 Ответ. Под действием солнца верхние слои снега тают, вода просачивается вниз и пропитывает нижние слои. Ночью они промерзают, и образуются кристаллики льда - крупинки.   

 Как лепится снежок?

Ответ. Когда лепят снежок, комок снега сжимают. Под давлением снег (поверхностный слой) расплавляется, превращаясь в воду.  Затем, эта вода  просачивается внутрь и замерзая,  удерживает слепленный снежок.

Почему лыжи скользят по снегу?

Ответ. В результате трения лыж о снег тонкий поверхностный слой снега слегка подтаивает, и вода обеспечивает смазку, по которой лыжи скользят.

Зачем лыжи смазывают?

Ответ. Если температура снега много ниже точки таяния, то водяной слой не возникает, и тогда для уменьшения трения лыжи необходимо смазывать лыжной мазью.

        Компас

  Магнитный компас был изобретен в Китае. В китайских источниках 4000-летней давности есть упоминание о белом глиняном горшке, который караванщики "берегут пуще всех своих дорогих грузов". В нем "на деревянном поплавке лежит коричневый камень, любящий железо. Он, поворачиваясь, все время указывает путникам сторону юга, а это, когда закрыто Солнце и не видно звезд, спасает их от многих бед, выходя к колодцам и направляя по верному пути".

  Уже в начале нашей эры китайские ученые начали создавать искусственные магниты, намагничивая железную иглу. Только через тысячу лет намагниченную иглу для компаса стали применять европейцы.

Какими должны быть ботинки путешественника и почему? Что поможет путешественнику в горах?

Подошвы ботинок должны быть резиновыми и рельефными (больше коэффициент трения). Ботинки должны быть свободными, чтобы можно было вложить войлочную стельку и надеть шерстяной носок, что, во-первых, уменьшает давление на стопу в отдельных ее точках при ходьбе по острым камням, т.к. при этом деформируется сначала подошва, потом стелька и носок, а уже затем стопа, а во-вторых, способствует удержанию тепла, т.к. войлок и шерсть обладают плохой теплопроводностью. Кроме того, у ботинок должна быть широкая подошва, тогда площадь опоры, а следовательно, и устойчивость человека увеличивается. Ведь обувь должна быть не только удобной, но и обеспечивать безопасность в трудных переходах. В горах путешественнику поможет палка с острым концом – альпеншток.

 У туриста есть котелок вместимостью 4 литра и десятилитровое ведро. Как используя эти предметы отлить в котелок ровно 2 литра?  

Налить полное ведро воды. В пустой котелок из ведра вылить 4 литра, в ведре останется 6 литров. Из котелка воду вылить,  и снова налить в котелок из ведра 4 литра. В ведре останется 2 литра.

Как определить диаметр футбольного мяча деревянной линейкой?

Смоченный водой мяч прокатить по полу и ли доске, чтобы он сделал один полный оборот, измерить длину следа на влажной доске. Эта величина является длиной окружности. Вспомните математическую формулу длины окружности... Можно поступить по другому: поместить мяч между 2 брусками (досками), измерить расстояние между ними.

Почему температура воздуха в городе на 3 - 5 С выше, чем в окрестностях?

  Высокая температура в центре города по сравнению с его окраинами и пригородами объясняется:

а) в городе меньше испарений (оно сопровождается поглощением тепла);

б) мостовые и здания накапливают больше тепла, чем почва;

в) из-за высоких зданий ветер в городе слабее;

г) уборкой снега зимой;

д) выделение тепла различными механизмами и предприятиями.

Почему снежинки имеют форму шестиугольника или шестиугольной звездочки с одинаковыми концами?

 Шестиугольная структура снежинок определяется шестиугольной «упаковкой» молекул воды, образующих снежинку. Как только возникает начальный  «зародышный» кристалл, молекулы воды собираются в его углах и постепенно нарастают, образуя веточки снежинки. Форма снежинок зависит от скорости падения, высоты, температуры и концентрации водяного пара.

Снежинки в воздухе. Снежинки развиваются из мелких ледяных кристалликов, имеющих форму шестигранников.  Во время очень сильных морозов (при температуре ниже —30°С) ледяные кристаллики выпадают в виде «алмазнойпыли» — в этом случае на поверхности земли образуется слой очень пушистого снега, состоящего из тоненьких ледяных иголочек. Обычно же в процессе своего движения внутри ледяного облака ледяные кристаллики растут засчет непосредственного перехода водяного пара в твердую фазу. Как именно происходит этот рост, зависит от внешних условий, в частности от температуры и влажности воздуха. Характер зависимости ученые в общих чертахвыявили, однако объяснить его пока не смогли.

    В одних условиях ледяные шестигранники усиленно растут вдоль своей оси, и тогда образуются снежинки вытянутой формы — снежинка-столбики, снежинки-иглы (рис.а). В других условиях шестигранники растут преимущественно в направлениях, перпендикулярных к их оси, и тогда образуются снежинки в виде шестиугольных пластинок или шестиугольных звездочек (рис.6). К падающей снежинке может примерзнуть капелька воды — в результате образуются снежинки  неправильной формы (рис.в). Мы видим, таким образом, что распространенное мнение, будто снежинки обязательно имеют вид шестиугольных звездочек, является ошибочным. Формы снежинок оказываются весьма разнообразными. Существуют коллекции микрофотографий, насчитывающие более пяти тысяч снимков снежинок, отличающихся по форме друг от друга. При определенных условиях (требуется, вчастности, чтобы не было ветра) падающие снежинки сцепляются друг с другом, образуя огромные снежные хлопья. Хлопья могут быть диаметром до 10 см и даже больше.

     Движение снежинки от облака до поверхности земли лишь условно можно назвать падением. Потоки воздуха подхватывают ее, кружат, сносят в сторону, поднимают вверх.

Об этом хорошо писал К. Д. Бальмонт:

Светло-пушистая,

Снежинка белая,

Какая чистая,

Какая смелая!..

Под ветром веющим

Дрожит, взметается,

На нем, лелеющем,

Светло качается.

     Порхающую в воздухе снежинку подстерегают две опасности. Во-первых, она может растаять, оказавшись в более теплых воздушных слоях. Во-вторых, во время полета происходит постепенно испарение снежинки, усиливающееся в ветреную погоду и при уменьшении относительной влажности воздуха. Заметим, что чем мельче снежинка, тем быстрее она испаряется. В первую очередь испаряются выпуклости и выступы снежинки, и прежде всего ее острые концы (о зависимости испарения от степени кривизны испаряющейся выпуклой поверхности.

     Отсюда следует, что чем дольше падает снежинка, тем более круглой становится ее форма. 

Таким образом, выпадение снежинок из облака не обязательно заканчивается снегопадом. Снегопад может обернуться дождиком, а может случиться так, что не будет ни дождика, ни снега — все снежинки испарятся, не достигнув поверхности земли. В ветреную погоду часто выпадают мелкие снежинки почти круглой формы — снежная крупа. Заметим, что в горах расстояние от облаков до земли значительно меньше, чем на равнинной местности. А чем меньше это расстояние, тем меньше (при прочих равных условиях) вероятность того, что снежинка растает или испарится. Именно поэтому в горных районах выпадает значительно больше снега, чем на равнинах.

Почему в сильный мороз слышен треск стен деревянного дома? 

 Вода, содержащаяся в волокнах бревен, на морозе замерзает. Лед, расширяясь, разрывает волокна и создает этим треск.

Почему лед без примесей кажется прозрачным, а снег - белым?

 Лед прозрачный, потому что пропускает лучи всех цветов; снег белый потому, что отражает лучи всех цветов.

Подходя к нужному дому на окраине городка, Шерлок Холмс увидел следы лыжника. Они были как бы приподняты над остальным снегом. Хозяйке, открывшей дверь, он вместо приветствия сказал: "Скоро будет весна".  Почему он так решил?

Ответ. Днем снег активно тает и опускается.  В следах же лыжника, где он более плотный, он тает медленнее. Поэтому следы выглядят  приподнятыми над поверхностью снега. А это признак весны.

Какого цвета снег?    

То, что снег имеет не чисто-белый, а слегка голубоватый оттенок, известно давно. На картине И. Левитана «Март» тени от деревьев на снегу — не черные, а голубые: их подсвечивает синее весеннее небо.

    Но снег и сам по себе способен окрашиваться в синий цвет. Чтобы увидеть эту окраску, нужно проделать в чистом снегу узкое отверстие глубиной около метра.Свет, пробившийся через толщу снега возле края этой ямки, будет казаться желтоватым, глубже он становится желтовато-зеленым, го­лубовато-зеленоватым и,наконец, ярко синим. Отсвет голубого неба здесь ни при чем, и чтобы убедиться в этом, можно провести опыт в пасмурную погоду или заглянуть в отверстие черезкартонную трубку.

Проделайте опыт. Черенком лопаты продавите в толще снега глубокую дыру и загляните внутрь.

Отчего  же  возникает  синева?

   Вода очень хорошо поглощает     красную   и   инфракрасную часть светового     спектра — не    зря тепловые  фильтры  делают  в  виде  кюветы  с  водой.   Замерзшая   вода во многом   сохраняет   свойства  воды  жидкой.   Солнечный      свет,     проходя сквозь    слой    снега   или льда,   теряет   красные    и желтые     лучи,    которыерассеиваются    и     поглощаются     в    нем,     а    насквозь   проходит  свет голубовато-зеленый,    голубой   или   ярко-синий — в зависимости  от  того,  какой   толщины   слой    был  на   пути   у   света.   В   снегу   этот   эффект   гораздо заметнее,     потому      что свет,   отражаясь    и   преломляясь в гранях снежных    кристаллов,    проходит     гораздо       больший путь,   чем   в   монолитном блоке льда, многометровая  толща  которого производит     гораздо    меньший  оптический   эффект, чем  полуметровый  пласт снега. Поэтому игру нежных    голубовато-зеленых тонов  можно заметить только в больших массах чистого льда — на ледниках, в замерзших водопадах, толстых льдинах или айсбергах.

     Цвет   льда   зависит   от его   возраста     и     может быть      использован    для оценки    его     прочности. Океанический лед в первый год своей жизни белый,   потому   что   он   насыщен    воздушными   пузырьками,   от  стенок  которых    свет     отражается  сразу   же,   не   успев   поглотиться. Летом поверхность  льда    тает,    теряет прочность,   и   под   тяжестью   ложащихся   сверху новых     слоев     пузырьки воздуха  сжимаются  и исчезают совсем. Свет внутри   льда  проходит больший   путь,  чем  прежде,  и   выходит наружу, имея  голубовато-зеленый  оттенок. Голубой лед   старше,   плотнее   и прочнее  белого  «пенистого»,   насыщенного воздухом. Полярные  исследователи  это знают и выбирают   для   своих плавучих  баз,   научных станций и ледовых аэродромов  надежные  голубые  и   зеленые    льдины.

Иней на деревьях - к морозам, туман - к оттепели. Как это объяснить?

Ответ. Если иней не тает, значит у воздуха низкая температура, ниже температуры плавления льда. Если наблюдается туман, и капельки находящейся в нем воды не превращаются в кристаллики льда, значит температура воздуха достаточно высокая - выше 0 С, а это обеспечивает оттепель.

Снежинки на земле.    Снежинки в воздухе.

    Падающие в тихую погоду снежинки представ­ляют собой звездочки, иглы, столбики — одним словом, ледяные образования с острыми концами и выступами. Когда множество таких снежинок накапливается на холодной земной поверхности, возникает довольно ажурная, или, лучше сказать, довольно рыхлая «постройка», пронизанная воздушными промежутками. Рыхлость этой постройки как раз и объясняет, почему так низка плотность свежевыпавшего снега и почему он так плохо проводит тепло,— в таком снеге очень много воздуха.

    Если же погода вовсе не тихая, а ветреная, в этом случае приземляющиеся снежинки больше походят на шарообразные крупинки. Упав на землю, крупинки образуют достаточно плотную упаковку. Теперь внутри только что выпавшего снега значительно меньше воздуха (по сравнению со снегом, выпавшим в тихую погоду). Отсюда его более высокая плотность и более хорошая теплопроводность.

   Далее необходимо учесть, что мириады снежинок, упавших на землю, совсем не похожи на слой песчинок или, скажем, опилок. В отличие от песчинок или опилок, снежинки, оказавшись вместе, начинают довольно активно взаимодействовать друг с другом. Именно поэтому свойства снега изменяются с течением времени.

     Вернемся к свежему рыхлому снегу, выпавшему в тихую погоду. Снежный покров только-только стал расти, а в нем уже начались довольно сложные процессы. Так, внутри этого покрова происходит испарение льда, причем в первую очередь испаряются острые концы снежинок, острые выступы, более мелкие снежинки (еще раз подчеркнем, что испарение идет более интенсивно с более выпуклых поверхностей). Пар в воздушных промежутках между снежинками довольно быстро становится насыщенным, в результате активизируется обратный процесс — переход пара в твердое (или жидкое) состояние. Существенно, что этот процесс активнее идет на менее выпуклых, а еще лучше на вогнутых поверхностях. В целом же получается такая картина: исчезают острые концы у снежинок, зато нарастает лед в центре снежинок; исчезают мелкие снежинки, зато еще более укрупняются большие снежинки. При этом между снежинками возникают многочисленные ледяные мостики.

    Общий характер этого изменения таков. Частицы снега постепенно укрупняются и все более утрачивают свою индивидуальность. Воздушные промежутки в снежной постройке уменьшаются. В итоге снег делается плотнее и прочнее, как говорят, снег твердеет. Рыхлый свежий снег постепенно превращается в слежавшийся, затем в уплотненный снег и, наконец, может стать фирном — очень плотным крупнозернистым снегом, состоящим из спрессованных ледяных зерен.

Рассмотренные процессы будут неизбежно происходить в снежном покрове — лишь бы он пролежал достаточно долго. Эти процессы ускоряются кратковременными оттепелями, на них, разумеется, влияют ветры.

Снежинка падает с высоты 4м. Ветер первую половину пути дует вправо, а вторую половину- влево, так что снежинка, описывает траекторию в виде полуокружности. Какова средняя скорость падения, если время падения 6.3с?

Ответ. 1м\с.

Уважаемый Холмс, - обратился хозяин к гостю, - я прочитал в одной из вечерних газет, что в России есть большие пространства, где зимою столбик ртути в термометрах падает до отметки -79°С? Правда ли это?

- Вы что-то напутали, - сказал Шерлок Холмс.

Что напутал хозяин?

Ответ. Ртутный термометр может измерять температуры до - 39 градусов С, так как при более низких температурах - ртуть становится твердым веществом.

Шерлок Холмс с любопытством рассматривал нож.

- Посмотрите, Ватсон, на нож и объясните, почему, когда режут хлеб или мясо, то двигают нож взад-вперед, а когда режут сыр или масло, то только давят на нож?

Что ответил Ватсон?

Ответ.    Движение ножа взад-вперед связано с тем, что чем острее нож, тем легче им резать. Когда на нож просто давят, то его режущим сечением является сечение, перпендикулярное ножу. Когда нож движется, его режущее сечение наклонное и более острое. Чтобы разрезать сыр или другие вязкие продукты, на нож приходится просто давить. Сила трения между поверхностями сыра и ножа велика, поэтому нож двигать трудно.