Sostanze liquide e loro proprietà. Stato liquido della materia

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• — Weizen —

  Tipicamente utilizzato per la birra chiara tedesca, questo tipo di bicchiere ha pareti sottili per mettere in risalto il colore della bevanda di grano. Ha pareti alte e curve che permettono all'aroma di rivelarsi durante la degustazione.

• — Coupé —

  Il bicchiere Coupe, a forma di calice antico, è comunemente usato per champagne, daiquiri e cocktail Manhattan. Il suo gambo alto e il collo ampio consentono la migliore decorazione visiva delle bevande.

• — Bicchiere da assenzio —

  Il delicato aroma dell'assenzio e dei cocktail con questa bevanda richiede una forma e un design speciali del vetro, che è stato incarnato nel bicchiere di assenzio.

• — Bicchiere da Martini —

  Questo bicchiere è talvolta chiamato bicchiere da cocktail, in riferimento a tutte le bevande alcoliche miste. È però preferibile utilizzarlo per martini e cocktail a base di esso, ma senza ghiaccio. Questo bicchiere è da tempo diventato leggendario grazie alla sua forma elegante con stelo lungo e braciere a forma di V.

• - Uragano -

  Prende il nome dal popolare cocktail Hurricane, questo bicchiere a stelo corto con coppa sagomata è pensato per le bevande colori luminosi. Fondamentalmente vi viene versato il già citato "Hurricane", così come Daiquiri e altri cocktail tropicali con ghiaccio.

• — Bicchiere di brandy —

  Vi vengono versati brandy e cognac, nonché tutte le bevande correlate. La forma elegante di una ciotola rotonda su uno stelo corto è progettata per rivelare le sfumature di un bouquet di aromi. Il vetro sottile permette di trasferire il calore della mano alla bevanda in modo che si riscaldi gradualmente.

• —Rox—

  I bicchieri più comuni nei bar, nei quali un barista sbadato può versarti qualsiasi bevanda. Il vetro spesso e la spaziosità significano praticità, il che ha influenzato la popolarità di questo bicchiere. È meglio utilizzato per whisky e cocktail forti, nonché per i liquori.

• — Bicchiere per whisky single malt —

  Il whisky scozzese richiede un approccio speciale perché il suo gusto merita una migliore espressione. L'ampio collo di questo bicchiere consente di esaltare i complessi aromi multistrato della bevanda.

• — Bicchiere da pinta —

  La maggior parte dei bar in Gran Bretagna e negli Stati Uniti utilizza il cosiddetto bicchiere da pinta. Il suo volume è esattamente 0,568 litri. Puoi versarci quasi ogni tipo di birra o sidro, ma non dovresti aspettarti che ne riveli il colore e l'aroma. Questi sono solo piatti convenienti e niente di più.

• - Margherita -

  La forma interessante della ciotola con fondo stretto e collo largo per una facile applicazione del sale ha reso questo bicchiere popolare per un certo tipo di cocktail. Completa la composizione uno stelo sottile e alto, che permette al bicchiere Margarita di essere definito un “bicchiere da Cocktail”.

• - Highball -

  È simile al popolare bicchiere Collins, ma non così alto. I lati dritti rendono l'Highball elegante e versatile, quindi può essere utilizzato per gin tonic, cocktail ghiacciati e gelato.

Di norma, una sostanza allo stato liquido presenta una sola modifica. (Le eccezioni più importanti sono i liquidi quantistici e i cristalli liquidi.) Pertanto, nella maggior parte dei casi, un liquido non è solo uno stato di aggregazione, ma anche una fase termodinamica (fase liquida).

Tutti i liquidi sono generalmente suddivisi in liquidi puri e miscele. Alcune miscele liquide hanno Grande importanza per la vita: sangue, acqua di mare, ecc. I liquidi possono agire come solventi.

Proprietà fisiche dei liquidi

• Fluidità

La proprietà principale dei liquidi è la fluidità. Se su una sezione di liquido in equilibrio viene applicata una forza esterna, nella direzione in cui viene applicata questa forza si genera un flusso di particelle liquide: il liquido scorre. Pertanto, sotto l'influenza di forze esterne sbilanciate, il liquido non mantiene la sua forma e la disposizione relativa delle parti, e quindi assume la forma del recipiente in cui si trova.

A differenza dei solidi plastici, il liquido non ha un limite di snervamento: è sufficiente applicarne uno arbitrariamente piccolo forza esterna in modo che il liquido scorra.

• Conservazione del volume

Uno di proprietà caratteristiche liquido è che ha un certo volume (a regime costante condizioni esterne). Un liquido è estremamente difficile da comprimere meccanicamente perché, a differenza di un gas, lo spazio libero tra le molecole è molto ridotto. La pressione esercitata su un liquido racchiuso in un recipiente si trasmette invariata ad ogni punto del volume di tale liquido (la legge di Pascal è valida anche per i gas). Questa caratteristica, insieme alla bassissima comprimibilità, viene utilizzata nelle macchine idrauliche.

I liquidi generalmente aumentano di volume (si espandono) quando vengono riscaldati e diminuiscono di volume (si contraggono) quando vengono raffreddati. Tuttavia, ci sono delle eccezioni, ad esempio i contratti d'acqua quando vengono riscaldati, quando pressione normale e temperature da 0°C a circa 4°C.

• Viscosità

Inoltre, i liquidi (come i gas) sono caratterizzati da viscosità. È definita come la capacità di resistere al movimento di una parte rispetto a un'altra, cioè come attrito interno.

Quando strati adiacenti di liquido si muovono l'uno rispetto all'altro, inevitabilmente si verificano collisioni di molecole oltre a quelle causate dal movimento termico. Sorgono forze che inibiscono il movimento ordinato. In questo caso, l'energia cinetica del movimento ordinato si trasforma in energia termica, l'energia del movimento caotico delle molecole.

Il liquido nel recipiente, messo in movimento e lasciato a se stesso, si fermerà gradualmente, ma la sua temperatura aumenterà.

• Formazione di superfici libere e tensione superficiale

A causa della conservazione del volume, il liquido è in grado di formare una superficie libera. Tale superficie è l'interfaccia tra le fasi di una determinata sostanza: da un lato c'è la fase liquida, dall'altro c'è la fase gassosa (vapore) e, possibilmente, altri gas, ad esempio l'aria.

Se la fase liquida e quella gassosa di una stessa sostanza entrano in contatto si creano forze che tendono a ridurre l'area di interfaccia - forze di tensione superficiale. L'interfaccia si comporta come una membrana elastica che tende a contrarsi.

La tensione superficiale può essere spiegata dall'attrazione tra le molecole liquide. Ogni molecola attrae altre molecole, cerca di “circondarsi” con esse e quindi di lasciare la superficie. Di conseguenza, la superficie tende a diminuire.

Ecco perché bolla e durante l'ebollizione le bolle tendono ad assumere una forma sferica: a parità di volume, una sfera ha la superficie minima. Se su un liquido agiscono solo le forze di tensione superficiale, assumerà necessariamente una forma sferica, ad esempio le gocce d'acqua a gravità zero.

Piccoli oggetti con densità maggiore di quella del liquido sono in grado di “galleggiare” sulla superficie del liquido, poiché la forza di gravità è inferiore alla forza che impedisce l'aumento della superficie. (Vedi Tensione superficiale.)

• Evaporazione e condensazione

• Diffusione

Quando in un recipiente sono presenti due liquidi miscelati, le molecole, a seguito del movimento termico, iniziano a passare gradualmente attraverso l'interfaccia e quindi i liquidi si mescolano gradualmente. Questo fenomeno è chiamato diffusione (si verifica anche in sostanze in altri stati di aggregazione).

• Surriscaldamento e ipotermia

Un liquido può essere riscaldato al di sopra del suo punto di ebollizione in modo che non si verifichi l'ebollizione. Ciò richiede un riscaldamento uniforme, senza variazioni significative di temperatura all'interno e all'esterno del volume influenze meccaniche, come le vibrazioni. Se getti qualcosa in un liquido surriscaldato, inizierà a bollire immediatamente. L'acqua surriscaldata si ottiene facilmente in un forno a microonde.

Il sottoraffreddamento è il raffreddamento di un liquido al di sotto del suo punto di congelamento senza trasformarlo in uno stato solido di aggregazione. Come per il surriscaldamento, il sottoraffreddamento richiede l'assenza di vibrazioni e sbalzi di temperatura significativi.

• Onde di densità

Sebbene un liquido sia estremamente difficile da comprimere, il suo volume e la sua densità cambiano comunque al variare della pressione. Ciò non avviene istantaneamente; Pertanto, se un'area viene compressa, tale compressione viene trasmessa ad altre aree con un ritardo. Ciò significa che le onde elastiche, più specificatamente le onde di densità, sono in grado di propagarsi all'interno del liquido. Insieme alla densità cambiano anche altre grandezze fisiche, come la temperatura.

Se la densità cambia in modo piuttosto debole durante la propagazione dell'onda, si parla di un'onda del genere onda sonora o suono.

Se la densità cambia in modo sufficientemente forte, tale onda viene chiamata onda d'urto. L'onda d'urto è descritta da altre equazioni.

Le onde di densità in un liquido sono longitudinali, cioè la densità cambia lungo la direzione di propagazione dell'onda. Nel liquido non sono presenti onde elastiche trasversali a causa della mancata conservazione della forma.

Le onde elastiche in un liquido svaniscono nel tempo, la loro energia si trasforma gradualmente in energia termica. Le ragioni dell'attenuazione sono la viscosità, l'”assorbimento classico”, il rilassamento molecolare e altri. In questo caso, funziona la cosiddetta seconda viscosità, o volumetrica: l'attrito interno quando la densità cambia. L'onda d'urto, a seguito dell'attenuazione, dopo qualche tempo si trasforma in un'onda sonora.

Le onde elastiche in un liquido sono anche soggette a diffusione a causa di disomogeneità risultanti dal movimento termico caotico delle molecole.

• Onde in superficie

Se si sposta una sezione della superficie liquida dalla posizione di equilibrio, sotto l'azione delle forze di ripristino la superficie inizia a tornare alla posizione di equilibrio. Questo movimento però non si ferma, ma si trasforma in un movimento oscillatorio in prossimità della posizione di equilibrio e si estende ad altre zone. Ecco come appaiono le onde sulla superficie del liquido.

Se la forza di ripristino è principalmente la gravità, allora tali onde sono chiamate onde gravitazionali (da non confondere con le onde gravitazionali). Le onde gravitazionali sull'acqua possono essere viste ovunque.

Se la forza di ripristino è prevalentemente la forza della tensione superficiale, tali onde vengono chiamate capillari.

Se queste forze sono confrontabili, tali onde vengono chiamate onde di gravità capillare.

Le onde sulla superficie di un liquido decadono sotto l'influenza della viscosità e di altri fattori.

• Coesistenza con altre fasi

Formalmente parlando, per una convivenza di equilibrio fase liquida con altre fasi della stessa sostanza - gassosa o cristallina - sono richieste condizioni rigorosamente definite. Quindi, a una determinata pressione, è necessaria una temperatura rigorosamente definita. Tuttavia, ovunque in natura e nella tecnologia, il liquido coesiste con il vapore, o anche con uno stato solido di aggregazione - ad esempio l'acqua con il vapore e spesso con il ghiaccio (se consideriamo il vapore come una fase separata presente insieme all'aria). Ciò è dovuto ai seguenti motivi.

Stato di disequilibrio. Ci vuole tempo perché un liquido evapori; finché il liquido non è completamente evaporato, coesiste con il vapore. In natura l'acqua evapora costantemente, così come il processo inverso: la condensazione.

Volume chiuso. Il liquido in un recipiente chiuso comincia ad evaporare, ma poiché il volume è limitato, la pressione del vapore aumenta, si satura anche prima che il liquido sia completamente evaporato, se la sua quantità era sufficientemente grande. Quando viene raggiunto lo stato di saturazione, la quantità di liquido evaporato è uguale alla quantità di liquido condensato, il sistema entra in equilibrio. Pertanto, in un volume limitato, si possono stabilire le condizioni necessarie per la coesistenza equilibrata di liquido e vapore.

La presenza dell'atmosfera in condizioni di gravità terrestre. Un liquido risente della pressione atmosferica (aria e vapore), mentre per il vapore bisogna tener conto quasi solo della sua pressione parziale. Pertanto, il liquido e il vapore sopra la sua superficie corrispondono a diversi punti sul diagramma di fase, rispettivamente nella regione di esistenza della fase liquida e nella regione di esistenza della fase gassosa. Ciò non annulla l'evaporazione, ma l'evaporazione richiede tempo durante il quale entrambe le fasi coesistono. Senza questa condizione i liquidi bollirebbero ed evaporerebbero molto rapidamente.

Teoria

Meccanica

Una sezione di meccanica è dedicata allo studio del movimento e dell'equilibrio meccanico dei liquidi e dei gas e alla loro interazione tra loro e con i solidi - idroaeromeccanica (spesso chiamata anche idrodinamica). L'aeromeccanica dei fluidi fa parte di un ramo più generale della meccanica, la meccanica del continuo.

La meccanica dei fluidi è una branca dell'idroaeromeccanica che si occupa dei fluidi incomprimibili. Poiché la comprimibilità dei liquidi è molto piccola, in molti casi può essere trascurata. La dinamica dei gas è dedicata allo studio dei liquidi e dei gas comprimibili.

La meccanica dei fluidi si divide in idrostatica, che studia l'equilibrio dei fluidi incomprimibili, e idrodinamica (in senso stretto), che studia il loro movimento.

Il movimento dei fluidi elettricamente conduttivi e magnetici è studiato nella magnetoidrodinamica. L'idraulica viene utilizzata per risolvere problemi applicativi.

La legge fondamentale dell'idrostatica è la legge di Pascal.

2. Liquidi da molecole biatomiche costituiti da atomi identici (idrogeno liquido, azoto liquido). Tali molecole hanno un momento quadrupolare.

4. Liquidi costituiti da molecole polari collegate mediante interazione dipolo-dipolo (bromuro di idrogeno liquido).

5. Liquidi associati o liquidi con legami idrogeno (acqua, glicerina).

6. Liquidi costituiti da grandi molecole per i quali i gradi di libertà interni sono significativi.

I liquidi dei primi due gruppi (a volte tre) sono solitamente chiamati semplici. I liquidi semplici sono stati studiati meglio di altri; l'acqua è il più studiato dei liquidi complessi. Questa classificazione non include i liquidi quantistici e i cristalli liquidi, che lo sono casi speciali e devono essere considerati separatamente.

Teoria statistica

La struttura e le proprietà termodinamiche dei liquidi vengono studiate con maggior successo utilizzando l'equazione di Percus-Yevik.

Se utilizziamo il modello della palla dura, consideriamo cioè le molecole liquide come sfere con un diametro D, allora l'equazione di Percus-Yevick può essere risolta analiticamente e ottenere l'equazione di stato del liquido:

Dove N- numero di particelle per unità di volume, - densità adimensionale. A basse densità, questa equazione si trasforma nell'equazione di stato di un gas ideale: . Per densità estremamente elevate, , si ottiene l'equazione di stato di un fluido incomprimibile: .

Il modello della sfera dura non tiene conto dell'attrazione tra le molecole, quindi non esiste transizione brusca tra liquido e gas al variare delle condizioni esterne.

Se hai bisogno di ottenere risultati più accurati, allora migliore descrizione la struttura e le proprietà di un fluido vengono ottenute utilizzando la teoria delle perturbazioni. In questo caso, il modello della palla dura è considerato un'approssimazione zero e le forze di attrazione tra le molecole sono considerate un disturbo e forniscono correzioni.

Teoria dei cluster

Uno di teorie moderne servi "Teoria dei cluster". Si basa sull'idea che il liquido è rappresentato come una combinazione solido e gas. In questo caso, le particelle in fase solida (cristalli che si muovono su brevi distanze) si trovano in una nuvola di gas, formandosi struttura a grappolo. L'energia delle particelle corrisponde alla distribuzione di Boltzmann, mentre l'energia media del sistema rimane costante (purché isolato). Le particelle lente si scontrano con gli ammassi e ne diventano parte. Quindi la configurazione dei cluster cambia continuamente, il sistema è in uno stato di equilibrio dinamico. Durante la creazione influenza esterna il sistema si comporterà secondo il principio di Le Chatelier. Pertanto, è facile spiegare la trasformazione di fase.

Di fronte a te (Fig. 51) ci sono due caffettiere della stessa larghezza: una è alta, l'altra è bassa. Quale è più spazioso?

Riso. 51. Quale di queste caffettiere può contenere più liquido?
Probabilmente molti diranno senza pensare che una caffettiera alta è più spaziosa di una bassa. Se invece versassi del liquido in una caffettiera alta, potresti riempirla solo fino al livello dell'apertura del beccuccio: allora l'acqua inizierà a fuoriuscire. E poiché i fori del beccuccio di entrambe le caffettiere sono alla stessa altezza, una caffettiera bassa risulta essere altrettanto capiente di una alta con beccuccio corto.
Questo è comprensibile: nella caffettiera e nel tubo di beccuccio, come in tutti i vasi comunicanti, il liquido dovrebbe essere allo stesso livello, nonostante il liquido nel beccuccio pesi molto meno che nel resto della caffettiera. Se il beccuccio non è sufficientemente alto, non sarà possibile riempire la caffettiera fino in fondo: l'acqua fuoriuscirà. Di solito il beccuccio viene posizionato ancora più in alto rispetto ai bordi della caffettiera in modo che la caffettiera possa essere leggermente inclinata verso l'esterno rovesciarne il contenuto.

Quello che gli antichi non sapevano

I residenti della Roma moderna utilizzano ancora i resti del sistema di approvvigionamento idrico, costruito dagli antichi: gli schiavi romani costruivano l'acquedotto in modo solido.
Lo stesso non si può dire della conoscenza degli ingegneri romani che supervisionarono questi lavori; chiaramente non avevano abbastanza familiarità con le basi della fisica. Dai un'occhiata alla foto allegata. 52, riprodotto da un dipinto conservato al Museo Tedesco di Monaco. Vedete che il sistema di approvvigionamento idrico romano non era posato nel terreno, ma sopra di esso, su alti pilastri di pietra. Perché è stato fatto questo? Non sarebbe più semplice posare i tubi nel terreno, come si fa adesso? Certo, è più semplice, ma gli ingegneri romani di quel tempo avevano una comprensione molto vaga delle leggi dei vasi comunicanti. Temevano che nei serbatoi collegati da un tubo molto lungo l'acqua non si stabilisse allo stesso livello. Se i tubi vengono posati nel terreno, seguendo le pendenze del terreno, in alcune zone l'acqua dovrebbe fluire verso l'alto - e i romani temevano che l'acqua non scorresse verso l'alto. Pertanto, di solito davano alle condutture dell'acqua una pendenza uniforme verso il basso lungo tutto il loro percorso (e questo spesso richiedeva il bypass dell'acqua o la costruzione di alti supporti ad arco). Una delle condotte romane, l'Aqua Marcia, è lunga 100 km, mentre la distanza diretta tra le sue estremità è la metà. Cinquanta chilometri di muratura hanno dovuto essere costruiti a causa dell'ignoranza delle leggi elementari della fisica!

Riso. 52. Acquedotto antica Roma nella loro forma originale.

I liquidi premono... verso l'alto!

Riso. 53. Un modo semplice per assicurarsi che il liquido pressa dal basso verso l'alto.
Anche chi non ha mai studiato fisica sa che i liquidi premono verso il basso, sul fondo del recipiente, e lateralmente, sulle pareti. Ma cosa premono esu, molti non sospettano nemmeno. Il normale vetro di una lampada aiuterà a verificare che tale pressione esista realmente. Ritaglia un cerchio da un cartone spesso di dimensioni tali da coprire il foro nel vetro della lampada. Applicatelo sui bordi del bicchiere e immergetelo in acqua, come mostrato in fig. 53. Per evitare che il cerchio cada quando è immerso, puoi tenerlo con un filo teso al centro, o semplicemente premerlo con il dito. Immerso il bicchiere ad una certa profondità, noterete che il cerchio stesso regge bene, non pressato né dalla pressione di un dito né dalla tensione di un filo: è sostenuto dall'acqua, premendo su di esso dal basso verso l'alto.
Puoi anche misurare la quantità di questa pressione verso l'alto. Versare con attenzione l'acqua nel bicchiere; non appena il suo livello all'interno del bicchiere si avvicina al livello nel vaso, il cerchio scompare. Ciò significa che la pressione dell'acqua sul cerchio dal basso è bilanciata dalla pressione su di esso dall'alto da parte di una colonna d'acqua, la cui altezza è uguale alla profondità del cerchio sott'acqua. Questa è la legge della pressione del fluido su qualsiasi corpo immerso. È qui, tra l'altro, che avviene la “perdita” di peso nei liquidi, di cui parla la famosa legge di Archimede.

Riso. 54. La pressione di un liquido sul fondo di un recipiente dipende solo dall'area del fondo e dall'altezza del livello del liquido. La figura mostra come testare questa regola.
Avere diversi vetri della lampada forme diverse, ma con gli stessi fori si può verificare un'altra legge relativa ai liquidi e cioè: la pressione del liquido sul fondo del recipiente dipende solo dall'area del fondo e dall'altezza del livello, ma non dipendono affatto dalla forma della nave. La prova consisterà nell'effettuare l'esperimento ora descritto con bicchieri diversi, immergendoli alla stessa profondità (per cui bisognerà prima incollare strisce di carta ai bicchieri ad uguale altezza). Noterete che il cerchio cadrà ogni volta allo stesso livello dell'acqua nei bicchieri (Fig. 54). Ciò significa che la pressione delle colonne d'acqua varie forme lo stesso se solo la loro base e altezza sono uguali. Tieni presente che ciò che è importante qui èaltezza, e non la lunghezza, perché un pilastro lungo inclinato preme sul fondo esattamente allo stesso modo di un pilastro verticale corto della stessa altezza (con uguali superfici di base).

Cosa c'è di più pesante?

Su un piatto della bilancia viene posto un secchio pieno d'acqua fino all'orlo. Dall'altro c'è esattamente lo stesso secchio, anch'esso pieno fino all'orlo, ma dentro galleggia un pezzo di legno (Fig. 55). Quale secchio tirerà?
Ho provato a porre questo problema a persone diverse e ho ricevuto risposte contrastanti. Alcuni hanno risposto che avrebbero dovuto tirare il secchio in cui galleggia l’albero, perché “oltre all’acqua, nel secchio c’è anche un albero”. Altri hanno detto che, al contrario, avrebbe tirato il primo secchio, “perché l’acqua è più pesante”. che legno."
Ma né l'uno né l'altro sono veri: entrambi i secchi hanno la stessa cosapeso.Nel secondo secchio, però, c'è meno acqua che nel primo, perché il pezzo di legno galleggiante sposta parte del suo volume. Ma, secondo la legge della navigazione, qualunque cosagalleggianteil corpo sposta esattamente la sua parte sommersatanto liquido (a peso), Quanto pesa tutto questo corpo? Ecco perché la bilancia deve rimanere in equilibrio.

Riso. 55. Entrambi i secchi sono identici e pieni d'acqua fino all'orlo; in uno c'è un pezzo di legno che galleggia. Quale vincerà?
Ora risolvi un altro problema. Metto un bicchiere d'acqua sulla bilancia e vi metto accanto un peso. Quando la Bilanciaequilibratopesi su una tazza, faccio cadere il peso in un bicchiere d'acqua. Cosa accadrà alla bilancia?
Secondo la legge di Archimede un peso in acqua diventa più leggero di quanto non fosse fuori dall'acqua. Ci si potrebbe, a quanto pare, aspettarsi che la bilancia si alzi. Nel frattempo, in realtà, la bilancia rimarrà in equilibrio. Come spiegarlo?
Il peso nel bicchiere ha spostato parte dell'acqua, che è risultata più alta del livello originale; Di conseguenza, la pressione sul fondo della nave aumenta, in modo che il fondo subisca una forza aggiuntiva pari al peso perso dal peso.

Forma naturale di liquido

Siamo abituati a pensare che i liquidi non ne abbianoProprioforme. Questo non è vero. La forma naturale di qualsiasi liquido è una sfera. In genere, la gravità impedisce al liquido di assumere questa forma e il liquido si diffonde strato sottile, se versato senza recipiente, oppure assume la forma di un recipiente se versato in esso. Trovandosi all'interno di un altro liquido dello stesso peso specifico, secondo la legge di Archimede, il liquido “perde” il suo peso: sembra non pesare nulla, la gravità non agisce su di esso - e quindi il liquido assume la sua forma sferica naturale.
L'olio provenzale galleggia nell'acqua, ma affonda nell'alcool. Potete quindi preparare una miscela di acqua e alcool nella quale l'olio non affondi né galleggi. Introducendo con una siringa un po' di olio in questa miscela, vedremo una cosa strana: l'olio si raccoglie in una grossa goccia rotonda, che non galleggia né affonda, ma rimane immobile [Per evitare che la forma della pallina appaia distorta, è necessario effettuare l'esperimento in un recipiente a pareti piatte (o in un recipiente di qualsiasi forma, ma posto all'interno di un recipiente pieno d'acqua a pareti piatte)] (Fig. 56).

Riso. 56. L’olio all’interno di un recipiente con alcool diluito si raccoglie in una palla che non affonda né galleggia (esperimento di Plateau).

Riso. 57. Se si fa ruotare velocemente una pallina di olio in alcool utilizzando un'asta incastrata al suo interno, un anello si separa dalla pallina.
L'esperimento deve essere eseguito con pazienza e attenzione, altrimenti non ti ritroverai con una goccia grande, ma con diverse palline più piccole. Ma anche in questa forma l'esperienza è piuttosto interessante.
Questo, però, non è tutto. Passa una lunga asta o filo di legno attraverso il centro della sfera di olio liquido e ruotala. La pallina di burro prende parte a questa rotazione. (L'esperimento funziona meglio se si posiziona un piccolo cerchio di cartone inumidito con olio sull'asse, in modo che rimanga tutto all'interno della palla.) Sotto l'influenza della rotazione, la palla inizia prima ad appiattirsi, quindi dopo pochi secondi si separa l'anello da se stesso (Fig. 57). Lacerandosi, questo anello non forma pezzi informi, ma nuove gocce sferiche che continuano a volteggiare attorno alla sfera centrale.

Riso. 58. Semplificare l'esperienza del Plateau.
Questo esperimento istruttivo fu condotto per la prima volta dal fisico belga Plateau. Ecco l'esperienza dell'Altopiano nella sua forma classica. È molto più semplice e non meno istruttivo produrlo in una forma diversa. Un bicchierino viene sciacquato con acqua, riempito con olio provenzale e posto sul fondo di un bicchiere grande; Versare con attenzione in quest'ultimo abbastanza alcol in modo che il bicchierino sia completamente immerso in esso. Quindi aggiungere con attenzione l'acqua poco a poco con un cucchiaio lungo la parete di un grande bicchiere. La superficie dell'olio in un bicchierino diventa convessa; il rigonfiamento aumenta gradualmente e, aggiunta una sufficiente quantità di acqua, si solleva dal vetro, formando una palla di dimensioni abbastanza significative, sospesa all'interno di una miscela di alcool e acqua (Fig. 58).
In assenza di alcol, puoi eseguire questo esperimento con l'anilina, un liquido più pesante dell'acqua a temperature normali, ma più leggero a 75–85 °C. Riscaldando l'acqua possiamo quindi far galleggiare al suo interno l'anilina, che assume la forma di una grande goccia sferica. A temperatura ambiente, una goccia di anilina viene equilibrata in una soluzione salina [Tra gli altri liquidi, è conveniente l'ortotoluidina, un liquido rosso scuro; a 24° ha la stessa densità dell'acqua salata, nella quale è immersa l'ortotoluidina].

Perché la frazione è rotonda?

Ora abbiamo parlato del fatto che qualsiasi liquido, libero dall'azione della gravità, assume la sua forma naturale: sferica. Se ricordi ciò che è stato detto prima sull'assenza di gravità di un corpo che cade e tieni conto che all'inizio della caduta si può trascurare l'insignificante resistenza dell'aria [Le gocce di pioggia cadono rapidamente solo all'inizio della caduta; già all'incirca dalla seconda metà del primo secondo di caduta si stabilisceuniformemovimento: tutte le gocce sono bilanciate dalla forza della resistenza dell'aria, che aumenta all'aumentare della velocità di caduta.], allora renditi conto che anche le porzioni di liquido che cadono devono assumere la forma di palline. In effetti, le gocce di pioggia che cadono hanno la forma di palline. I pallini non sono altro che gocce congelate di piombo fuso che, secondo il metodo di produzione industriale, vengono fatte cadere in gocce da una grande altezza. acqua fredda: lì si induriscono sotto forma di palline perfettamente regolari.

Riso. 59. Torre della fonderia di pallini.
Quindi i pallini lanciati sono chiamati pallini “a torre”, perché durante il lancio sono costretti a cadere dall'alto di un'alta torre “di lancio” (Fig. 59). Le torri della fonderia sono di costruzione metallica e raggiungono un'altezza di 45 m; nella parte più alta è presente un locale della fonderia con crogioli, mentre nella parte inferiore è presente una cisterna per l'acqua. La ripresa del cast è ancora soggetta a smistamento e finitura. Una goccia di piombo fuso si solidifica in una pallina mentre cade; un serbatoio d'acqua è necessario solo per attutire l'impatto del pellet quando cade ed evitare che si deformi sferico. (I pallini con un diametro superiore a 6 mm, i cosiddetti pallettoni, vengono realizzati in modo diverso: ritagliando pezzi di filo e poi arrotolandoli.)

Vetro "senza fondo".

Hai versato l'acqua nel bicchiere fino all'orlo. È pieno. Ci sono degli spilli vicino al vetro. Forse c'è ancora spazio nel bicchiere per uno spillo o due? Provaci.

Riso. 60. Esperienza straordinaria con gli spilli in un bicchiere d'acqua.
Inizia a lanciare birilli e contali. Il lancio deve essere effettuato con attenzione: immergere con attenzione la punta nell'acqua e poi rilasciare con attenzione la spilla dalla mano, senza spingere o premere, per non schizzare l'acqua con urto. Uno, due, tre birilli sono caduti sul fondo: il livello dell'acqua è rimasto invariato. Dieci, venti, trenta birilli... Il liquido non fuoriesce. Cinquanta, sessanta, settanta... Sul fondo giacciono un centinaio di spilli e l'acqua ancora non esce dal bicchiere (Fig. 60).
Non solo non fuoriesce, ma non è nemmeno salito in modo evidente sopra i bordi. Continua ad aggiungere pin. Il secondo, il terzo, il quarto centinaio di spilli finirono nella nave e non traboccò nemmeno una goccia; ma ora puoi già vedere come la superficie dell'acqua si è gonfiata, sollevandosi leggermente sopra i bordi del bicchiere. Questo gonfiore è l'intera risposta a questo fenomeno incomprensibile. L'acqua non bagna molto il vetro se è almeno leggermente contaminato da grasso; I bordi del bicchiere - come tutti gli utensili che utilizziamo - inevitabilmente si ricoprono di tracce di unto al tocco delle nostre dita. Senza bagnare i bordi, l'acqua espulsa dal vetro dai perni forma un rigonfiamento. Il rigonfiamento è insignificante alla vista, ma se vi prendete la briga di calcolare il volume di uno spillo e di confrontarlo con il volume di quel rigonfiamento leggermente rigonfio sopra i bordi del vetro, vi convincerete che il primo volume è centinaia di volte meno del secondo, e quindi in un bicchiere “pieno” possono trovare spazio diverse centinaia di spilli in più. Più il piatto è largo, più spilli può contenere, perché maggiore è il rigonfiamento.
Facciamo un calcolo approssimativo per chiarezza. La lunghezza del perno è di circa 25 mm, il suo spessore è di mezzo millimetro. Il volume di un tale cilindro può essere facilmente calcolato utilizzando la nota formula geometrica (p*d2*h/4 è pari a 5 metri cubi); mm. Insieme alla testa, il volume dello spillo non supera i 5,5 metri cubi. mm.
Ora calcoliamo il volume dello strato d'acqua che sale sopra i bordi del vetro. Diametro del vetro 9 cm = 90 mm. L'area di tale cerchio è di circa 6400 metri quadrati. mm. Supponendo che lo spessore dello strato ascendente sia di solo 1 mm, abbiamo un volume di 6400 metri cubi. mm; Questo è 1200 volte il volume di uno spillo. In altre parole, un bicchiere “pieno” d'acqua può contenere altri mille spilli! E infatti, abbassando con attenzione gli spilli, se ne possono immergere ben mille, tanto che alla vista sembrano occupare l'intero vaso e. sporgerà anche oltre i bordi, ma l'acqua non fuoriuscirà ancora.

Una caratteristica curiosa del cherosene

Chiunque abbia avuto a che fare con una lampada a cherosene probabilmente conosce le fastidiose sorprese causate da una caratteristica del cherosene. Riempi il serbatoio, asciughi l'esterno e un'ora dopo lo trovi di nuovo bagnato.
Il fatto è che non hai avvitato abbastanza saldamente il bruciatore e il cherosene, cercando di diffondersi sul vetro, è strisciato sulla superficie esterna del serbatoio. Se vuoi proteggerti da queste "sorprese", dovresti avvitare il bruciatore il più saldamente possibile.
Questo scorrimento del cherosene si avverte in modo molto spiacevole sulle navi i cui motori consumano cherosene (o olio). Su tali navi, a meno che non vengano presi provvedimenti, è assolutamente impossibile trasportare merci diverse dal kerosene o dal petrolio, perché questi liquidi, strisciando fuori dai serbatoi attraverso pozzi invisibili, si diffondono non solo su superficie metallica carri armati stessi, ma penetrano assolutamente ovunque, anche negli abiti dei passeggeri, conferendo il loro odore inestirpabile a tutti gli oggetti. I tentativi di combattere questo male spesso rimangono infruttuosi. L'umorista inglese Jerome non ha esagerato molto quando ha detto quanto segue a proposito del cherosene nel racconto "Tre in barca":
“Non conosco sostanza più capace di fuoriuscire ovunque del cherosene. Lo tenevamo sulla prua della barca, e da lì fuoriusciva fino all'altra estremità, saturando con il suo odore tutto ciò che incontrava lungo la strada attraverso l'involucro gocciolava nell'acqua, rovinando l'aria e il cielo, avvelenando la vita. A volte il vento di cherosene soffiava da ovest, a volte da est, a volte era un vento di cherosene del nord o, forse, del sud, ma se fosse. volava dall'Artico innevato o proveniva dalle sabbie del deserto, ci raggiungeva sempre, saturo dell'aroma del cherosene. La sera, questa fragranza distruggeva la bellezza del tramonto, ei raggi del mese emettevano positivamente cherosene. .. Dopo aver legato la barca al ponte, siamo andati a fare una passeggiata per la città, ma odore orribile ci stava seguendo. Sembrava che tutta la città ne fosse satura”. (In effetti, naturalmente, solo gli abiti dei viaggiatori ne erano saturi.)
La capacità del cherosene di bagnare la superficie esterna dei serbatoi ha dato origine all'idea sbagliata che il cherosene possa penetrare nei metalli e nel vetro.

Un soldo che non affonda nell'acqua

Esiste non solo nelle fiabe, ma anche nella realtà. Ne sarai convinto se eseguirai diversi esperimenti facilmente realizzabili. Cominciamo con oggetti più piccoli: gli aghi. Sembra impossibile far galleggiare un ago d'acciaio sulla superficie dell'acqua, eppure non è così difficile. Metti un pezzo di carta velina sulla superficie dell'acqua e sopra un ago completamente asciutto. Ora non resta che rimuovere con attenzione la carta velina da sotto l'ago. Si fa così: armati di un altro ago o spillo, immergere leggermente i bordi del brandello nell'acqua, avvicinandosi gradualmente al centro; quando tutto il pezzo si bagnerà, cadrà sul fondo, ma l'ago continuerà a galleggiare (Fig. 61). Utilizzando un magnete tenuto vicino alle pareti del bicchiere a livello dell'acqua, puoi persino controllare il movimento di questo ago che galleggia sull'acqua.
Con una certa abilità, puoi fare a meno della carta velina: afferra l'ago al centro con le dita e lascialo cadere in posizione orizzontale da una piccola altezza sulla superficie dell'acqua.

Riso. 61. Un ago che galleggia sull'acqua. Nella parte superiore c'è una sezione di un ago (spessore 2 mm) e la forma esatta della rientranza nell'acqua (ingrandita 2 volte). Di seguito è riportato un modo per far galleggiare un ago sull'acqua utilizzando un pezzo di carta.
Invece di un ago, puoi far galleggiare uno spillo (entrambi non sono più spessi di 2 mm), un pulsante luminoso o piccoli oggetti metallici piatti. Una volta capito come funziona, prova a far fluttuare anche un centesimo.
Il motivo del galleggiamento di questi oggetti metallici è che l'acqua non bagna bene il metallo che è stato tra le nostre mani e quindi è ricoperto da un sottile strato di grasso. Questo è il motivo per cui attorno all'ago galleggiante sulla superficie dell'acqua si forma una depressione che è persino visibile; La pellicola superficiale del liquido, cercando di raddrizzarsi, esercita una pressione verso l'alto sull'ago e quindi lo sostiene. L'ago è sostenuto anche dalla forza di galleggiamento del liquido, secondo la legge del galleggiamento: l'ago viene spinto fuori dal basso con una forza pari al peso dell'acqua che sposta. Il modo più semplice per far galleggiare l'ago è lubrificarlo con olio; tale ago può essere posizionato direttamente sulla superficie dell'acqua e non affonderà.

Acqua in un setaccio

Si scopre che portare l'acqua in un setaccio è possibile non solo nelle fiabe. La conoscenza della fisica aiuterà a portare a termine un compito così classicamente impossibile. Per fare questo è necessario prendere un setaccio metallico di 15 centimetri di diametro e con celle non troppo piccole (circa 1 mm) e immergere le sue maglie nella paraffina fusa. Togliete quindi il setaccio dalla paraffina: il filo sarà ricoperto da un sottile strato di paraffina, appena percettibile alla vista.
Il setaccio è ancora un setaccio - ha dei fori attraverso i quali uno spillo può passare liberamente - ma ora puoi letteralmente portarci dentro l'acqua. In un tale setaccio viene trattenuto uno strato d'acqua abbastanza elevato senza fuoriuscire attraverso le celle; Devi solo versare con attenzione l'acqua e proteggere il setaccio dagli urti.
Perché l'acqua non fuoriesce? Perché, senza bagnare, la paraffina forma nelle celle del crivello sottili pellicole, convesse rivolte verso il basso, che trattengono l'acqua (Fig. 62).

Riso. 62. Perché l'acqua non esce da un setaccio cerato?
Un tale setaccio cerato può essere posizionato sull'acqua e aderirà ad esso. Ciò significa che è possibile non solo trasportare l'acqua in un setaccio, ma anche nuotarci sopra.
Questa esperienza paradossale spiega una serie di fenomeni comuni ai quali siamo troppo abituati per pensare alla loro causa. Catramare botti e barche, ungere tappi e boccole con strutto, dipingere con colori ad olio e in genere rivestire con sostanze oleose tutti quegli oggetti che vogliamo rendere impermeabili all'acqua, nonché gommare i tessuti: tutto questo non è altro che realizzare un setaccio come quello appena descritto. L'essenza della questione qua e là è la stessa, solo che nel caso del setaccio appare in una forma insolita.

La schiuma al servizio della tecnologia

Esperienza di navigazione con aghi in acciaio e moneta di rame sull'acqua è simile al fenomeno utilizzato nell'industria mineraria e metallurgica per "arricchire" i minerali, cioè per aumentare il contenuto di materiali preziosi in essi contenuti componenti. La tecnologia conosce molti modi per arricchire i minerali; quello che abbiamo in mente adesso, che si chiama “flottazione”, è il più efficace e viene utilizzato con successo anche nei casi in cui tutti gli altri falliscono;

Riso. 63. Come avviene la flottazione.
L'essenza della flottazione (cioè galleggiante) è la seguente. Il minerale finemente macinato viene caricato in una vasca contenente acqua e sostanze oleose in grado di avvolgere le particelle del minerale utile in film sottili non bagnati dall'acqua. La miscela viene vigorosamente mescolata con l'aria, formando tante minuscole bolle: schiuma. In questo caso, le particelle di un minerale utile, ricoperte da una sottile pellicola oleosa, entrando in contatto con il guscio della bolla d'aria, si attaccano ad esso e si appendono alla bolla, che le trasporta verso l'alto, come Palloncino solleva la gondola nell'atmosfera (Fig. 63). Le particelle di roccia di scarto, non ricoperte da una sostanza oleosa, non si attaccano al guscio e rimangono nel liquido. Va notato che la bolla d'aria della schiuma ha un volume molto più grande di una particella minerale e la sua galleggiabilità è sufficiente per trasportare il grano solido verso l'alto. Di conseguenza, quasi tutte le particelle minerali utili finiscono nella schiuma che ricopre il liquido. La schiuma viene rimossa e inviata per un'ulteriore lavorazione - per ottenere il cosiddetto "concentrato", che è decine di volte più ricco di minerali utili rispetto al minerale originale.
La tecnica di flottazione è stata sviluppata con tale attenzione che mediante un'adeguata selezione dei liquidi miscelati è possibile separarli ciascuno minerale utile da rocce di scarto di qualsiasi composizione.
Non è stata la teoria a portare all’idea stessa della flottazione, ma l’attenta osservazione di un fatto casuale. Alla fine del secolo scorso, un'insegnante americana (Currie Everson), mentre lavava sacchi contaminati da olio in cui era stata precedentemente conservata pirite di rame, notò che grani di pirite galleggiavano insieme a schiuma di sapone. Questo è stato l'impulso per lo sviluppo del metodo di flottazione.

Macchina immaginaria a moto “perpetuo”.

I libri a volte descrivono un dispositivo del genere come una vera "macchina a moto perpetuo" (Fig. 64): l'olio (o l'acqua) versato in un recipiente viene prima sollevato dagli stoppini in vaso superiore, e da lì con altri stoppini - ancora più in alto; il recipiente superiore presenta una scanalatura per lo scarico dell'olio, che cade sulle pale della ruota facendola ruotare. L'olio che è rifluito risale attraverso gli stoppini fino al vaso superiore. In questo modo, il flusso d'olio che scorre lungo la scanalatura sulla ruota non viene interrotto per un secondo e la ruota deve essere sempre in movimento...
Se gli autori che descrivono questo giradischi si fossero presi la briga di realizzarlo, si sarebbero ovviamente convinti che non solo la ruota non girava, ma che nemmeno una goccia di liquido cadeva nel recipiente superiore!

Riso. 64. Girandola impossibile.
Questo può essere risolto, tuttavia, senza iniziare a costruire il giradischi. Perché infatti l'inventore pensa che l'olio debba scendere dalla parte superiore e ricurva dello stoppino? L'attrazione capillare, vincendo la gravità, sollevò il liquido sullo stoppino; ma lo stesso motivo manterrà il liquido nei pori di uno stoppino bagnato, impedendogli di gocciolare da esso. Se assumiamo che il liquido possa entrare nel vaso superiore della nostra girandola immaginaria a causa dell'azione delle forze capillari, allora dovremo ammettere che gli stessi stoppini che presumibilmente lo hanno portato qui lo trasferirebbero essi stessi in quello inferiore.
Questa immaginaria macchina a moto perpetuo assomiglia a un'altra macchina ad acqua a moto “perpetuo”, inventata nel 1575 dal meccanico italiano Strado il Vecchio. Descriviamo qui questo divertente progetto (Fig. 65). La vite di Archimede, ruotando, solleva l'acqua nella parte superiore vasca, da dove sgorga dal vassoio, un ruscello colpisce le pale della ruota di riempimento (in basso a destra). La ruota idraulica fa ruotare la macinatrice, e contemporaneamente, con l'ausilio di una serie di ingranaggi, muove la stessa Vite di Archimede che solleva l'acqua nel serbatoio superiore. La vite fa girare la ruota e la ruota fa girare la vite!... Se tali meccanismi fossero possibili, il modo più semplice sarebbe disporlo in questo modo: lanciare una corda su a bloccare e legare pesi identici alle sue estremità: quando un carico cadesse, ne solleverebbe un altro, e quello, cadendo da questa altezza, solleverebbe il primo. Perché non un motore “perpetuo”?

Riso. 65. Antico progetto di motore “perpetuo” ad acqua per mola.

Con moderato attività fisica una persona perde fino a 2,5 litri di liquidi al giorno. Nella stagione calda, durante gli sport intensi o durante lavori che richiedono notevoli energie e sforzi, aumenta la perdita di liquidi. Il corpo umano è costituito per circa il 65% da acqua e per compensare le naturali perdite quotidiane di liquidi fisiologici è necessario bere acqua.

La sua carenza nel corpo comporta una serie di problemi: il sangue si addensa, il metabolismo dell'ossigeno è interrotto, lento processi metabolici. Supportare Bilancio idrico al livello adeguato, è importante bere abbastanza liquidi ogni giorno.

Quanto bere

Una persona riceve liquidi non solo bevendo forma pura acqua. Il corpo compensa autonomamente circa 300 g di liquidi al giorno, che si formano durante il processo metabolico. Anche frutta e verdura contengono acqua, alcune contengono fino al 95% di contenuto liquido. Anche i latticini, la carne e il pesce contengono acqua, quindi circa 700 g. una persona riceve liquidi quotidianamente da persone non prodotti liquidi nutrizione.

Si scopre che la compensazione parziale del fluido passa inosservata da una persona. La restante perdita di 1-1,5 litri deve essere reintegrata con acqua potabile nella sua forma pura. Si consiglia di aumentare il volume dei liquidi assunti quando fa caldo. Gli atleti dovrebbero anche aumentare l’assunzione di acqua, poiché la perdita d’acqua è significativamente più elevata. L'acqua aiuterà anche a facilitare il processo di perdita di peso: bere abbastanza liquidi aiuta ad accelerare il metabolismo e ad attenuare la sensazione di fame.

Che bevanda

IN dieta giornaliera una persona ha abbastanza prodotti liquidi, oltre all'acqua stessa. Tè, caffè, latte, composte e succhi reintegrano anche la perdita di liquidi e una frazione acqua pulita Non è rimasto molto: un paio di bicchieri. I nutrizionisti consigliano di scegliere con attenzione i liquidi, di mangiare brodi leggeri e di bere succhi appena spremuti diluiti con acqua. Dovresti preferire l'acqua da tavola o l'acqua medicinale alla normale acqua minerale. acqua minerale e tè nero – verde. Non dovresti abusare del caffè, 1-2 tazze al giorno sono accettabili.

Di' no allo zucchero

Dovresti evitare di bere soda e altre bevande zuccherate. I produttori spesso sostituiscono lo zucchero con sostituti dolcificanti economici, dannosi per la salute. Dovresti anche evitare succhi e frappè zuccherati e sviluppare anche l'abitudine di bere caffè e tè senza zucchero. Le bevande zuccherate non soddisfano la sete e la provocano ancora di più, il che significa che aumenta anche il consumo di zucchero. La migliore bevanda- questa è acqua pulita.

Come bere correttamente

Non aumentare bruscamente il volume del liquido che bevi. Il corpo ha bisogno di abituarsi al nuovo regime di consumo, quindi non dovresti bere nemmeno un bicchiere d'acqua in un sorso, ma è meglio distribuirlo su più approcci. Non dovresti mai torturare il tuo corpo, quindi invece di bere con forza, dovresti pensarci organizzazione adeguata modalità.

Non dovresti aspettare che inizi la sensazione di sete. Dovresti bere costantemente durante il giorno in modo che il corpo non manchi di liquidi. Con questo approccio le prestazioni aumentano, il benessere migliora e i processi metabolici avvengono in modo efficace.

Quando bere

Bere un bicchiere d'acqua a stomaco vuoto ti aiuterà a diventare più attivo al mattino e ad avviare i processi metabolici. Non dovresti bere liquidi subito dopo aver mangiato; è meglio bere una tazza non prima di un'ora dopo pranzo. Dovresti anche prendere la regola di bere 20-30 minuti prima dei pasti, questo ti impedirà di mangiare troppo. Durante allenamento sportivo Si consiglia di bere un po' d'acqua ogni 10-15 minuti per reintegrare le perdite di liquidi e dopo l'attività fisica potrete soddisfare completamente la vostra sete. Dall'uso grandi quantità Dovresti astenervi dai liquidi durante la notte, altrimenti potresti provocare gonfiore.

Utilizzo bevande alcoliche non aiuta affatto a reintegrare la perdita di liquidi. Al contrario, il corpo sperimenta la disidratazione e effetto diuretico Alcune bevande contenenti alcol aumentano la perdita di liquidi.

Assunzione eccessiva di liquidi

È sbagliato credere che più si beve, meglio è. Uso eccessivo l'acqua porta ad un aumento del volume del sangue e, di conseguenza, al carico sistema cardiovascolare. L'acqua in eccesso influisce negativamente anche sulle urine apparato escretore, mentre il corpo perde minerali.

La sensazione di sete può essere provocata dai cibi salati, che aumentano la concentrazione di sali di sodio. La sete segnala al corpo di bere acqua, poiché è difficile per i reni far fronte alla sua eliminazione senza liquidi aggiuntivi. Spesso è necessario bere una quantità eccessiva di acqua per soddisfare la sete.

Chi vuole essere milionario? 14/10/17. Domande e risposte