Рідкі речовини та їх властивості. Рідкий стан речовини

1 /12

• - Вайцен -

  Такий келих, який зазвичай наливають німецьке світле пиво, має тонкі стінки, щоб продемонструвати колір пшеничного напою. У нього високі зігнуті стінки, що дозволяють розкрити аромат під час дегустації.

• - Купе -

  Келих «Купе» у формі старовинного кубка зазвичай використовують для шампанського, дайкірі та коктейлю «Манхеттен». Його висока ніжка і широке шийка дозволяють найкраще візуально декорувати напої.

• - Чарка для абсенту -

  Ніжний аромат абсенту та коктейлів з цим напоєм потребує особливої ​​форми та дизайну посуду, який і був втілений у чарці для абсенту.

• — Келих для мартіні.

  Цей келих іноді називають коктейльним, маючи на увазі усі змішані алкогольні напої. Однак краще використовувати його для мартіні і коктейлів на його основі, але без льоду. Такий келих давно став легендарним завдяки своїй стильній формі з довгою ніжкою та V-подібною чашею.

• - Харрікейн -

  Названа на честь популярного коктейлю «Ураган», ця склянка з короткою ніжкою та фігурною чашею призначена для напоїв. яскравих кольорів. В основному в нього наливають вже згаданий «Ураган», а також Дайкірі та інші тропічні коктейлі з льодом.

• - Келих для бренді -

  У нього наливають бренді та коньяк, а також всі споріднені напої. Елегантна форма округлої чаші на короткій ніжці покликана розкрити нюанси букету ароматів. Тонке скло дозволяє передати тепло руки напою для того, щоб він поступово зігрівався.

• - Рокс -

  Найпоширеніший посуд у барах, в який недбалий бармен може налити вам будь-який напій. Товсте скло та місткість означають практичність, що і вплинуло на поширеність цієї склянки. Найправильніше його використовувати для віскі та міцних коктейлів, а також лікерів.

• — Склянка для односолодового віскі.

  Шотландський віскі вимагає особливого підходу, оскільки його смак заслуговує на краще вираження. Широке шийка такого келиха дозволяє посилити складні багатошарові аромати напою.

• - Пінтовий келих -

  У більшості барів Британії та США використовується так званий пінтовий келих. Його об'єм – рівно 0,568 літра. У нього можна налити практично будь-який сорт пива або сидру, проте не варто сподіватися, що він розкриє колір та аромат. Це просто зручний посуд і більше нічого.

• - Маргарита -

  Цікава форма чаші з вузькою основою та широкою шийкою для зручного нанесення солі зробила такий келих популярним для певного виду коктейлів. Композицію довершує тонка висока ніжка, що дозволяє називати келих "Маргарита" "Коктейльним келихом".

• - Хайбол -

  Він схожий на популярний келих Коллінз, але не такий високий. Прямі стінки роблять Хайбол одночасно елегантним та універсальним, тому його можна використовувати для джин-тоніка, коктейлів з льодом та морозивом.

Як правило, речовина в рідкому стані має лише одну модифікацію. (Найважливіші винятки - це квантові рідини та рідкі кристали.) Тому в більшості випадків рідина є не тільки агрегатним станом, а й термодинамічною фазою (рідка фаза).

Усі рідини прийнято ділити на чисті рідини та суміші. Деякі суміші рідин мають велике значеннядля життя: кров, морська вода та ін. Рідини можуть виконувати функцію розчинників.

Фізичні властивості рідин

• Плинність

Основною властивістю рідин є плинність. Якщо до ділянки рідини, що у рівновазі, докласти зовнішню силу , виникає потік частинок рідини у тому напрямі, у якому ця сила прикладена: рідина тече. Таким чином, під дією неврівноважених зовнішніх сил рідина не зберігає форму і відносне розташування частин, і тому набуває форми судини, в якій знаходиться.

На відміну від пластичних твердих тіл, рідина не має межі плинності: достатньо прикласти як завгодно малу зовнішню силущоб рідина потекла.

• Збереження обсягу

Одним з характерних властивостейрідини є те, що вона має певний обсяг (при незмінних зовнішніх умов). Рідина надзвичайно важко стиснути механічно, оскільки, на відміну газу , між молекулами дуже мало вільного простору. Тиск, що виробляється на рідину, укладену в посудину, передається без зміни до кожної точки обсягу цієї рідини (закон Паскаля, справедливий також і для газів). Ця особливість поряд з дуже малою стисливістю використовується в гідравлічних машинах.

Рідини зазвичай збільшують об'єм (розширюються) при нагріванні та зменшують об'єм (стискаються) при охолодженні. Втім, зустрічаються і винятки, наприклад, вода стискається при нагріванні, при нормальному тискуі температурі від 0°З приблизно 4°С.

• В'язкість

Крім того, рідини (як і гази) характеризуються в'язкістю. Вона визначається як здатність чинити опір переміщенню однієї з частин відносно іншої - тобто як внутрішнє тертя.

Коли сусідні шари рідини рухаються щодо один одного, неминуче відбувається зіткнення молекул додатково до того, що обумовлено тепловим рухом. Виникають сили, які загальмовують упорядкований рух. У цьому кінетична енергія впорядкованого руху перетворюється на теплову – енергію хаотичного руху молекул.

Рідина в посудині, наведена в рух і надана собі, поступово зупиниться, але її температура підвищиться.

• Освіта вільної поверхні та поверхневий натяг

Через збереження обсягу рідина здатна утворювати вільну поверхню. Така поверхня є поверхнею розділу фаз даної речовини: з одного боку знаходиться рідка фаза, з іншого - газоподібна (пар), і, можливо, інші гази, наприклад, повітря.

Якщо рідка та газоподібна фази однієї й тієї ж речовини стикаються, виникають сили, які прагнуть зменшити площу поверхні розділу – сили поверхневого натягу. Поверхня розділу поводиться як пружна мембрана, яка прагне стягнутися.

Поверхневий натяг може пояснюватися тяжінням між молекулами рідини. Кожна молекула притягує інші молекули, прагне "оточити" себе ними, а значить, піти з поверхні. Відповідно, поверхня прагне зменшиться.

Тому мильні бульбашкиі бульбашки при кипінні прагнуть прийняти сферичну форму: при даному обсязі мінімальної поверхнею має кулю. Якщо на рідину діють лише сили поверхневого натягу, вона обов'язково набуде сферичної форми - наприклад, краплі води в невагомості.

Маленькі об'єкти з щільністю, більшої щільності рідини, здатні «плавати» на поверхні рідини, оскільки сила тяжіння менше сили, що перешкоджає збільшенню площі поверхні. (Див. Поверхневий натяг .)

• Випаровування та конденсація

• Дифузія

При знаходженні в посудині двох рідин, що змішуються молекули в результаті теплового руху починають поступово проходити через поверхню розділу, і таким чином рідини поступово змішуються. Це називається дифузією (відбувається й у речовинах, що у інших агрегатних станах).

• Перегрів та переохолодження

Рідина можна нагріти вище точки кипіння таким чином, що кипіння не відбувається. Для цього необхідне рівномірне нагрівання, без значних перепадів температури в межах об'єму і без механічних впливів, таких як вібрація. Якщо в перегріту рідину кинути щось, вона миттєво закипає. Перегріту воду легко отримати в мікрохвильовій печі.

Переохолодження - охолодження рідини нижче точки замерзання без перетворення на твердий агрегатний стан. Як і для перегріву, для переохолодження потрібна відсутність вібрації та значних перепадів температури.

• Хвилі щільності

Хоча рідина надзвичайно важко стиснути, проте, при зміні тиску її об'єм і щільність все ж таки змінюються. Це відбувається миттєво; так, якщо стискається одна ділянка, то інші ділянки таке стиск передається із запізненням. Це означає, що всередині рідини здатні поширюватися пружні хвилі, більш конкретно хвилі щільності. Разом із щільністю змінюються й інші фізичні величини, наприклад, температура.

Якщо при поширенні хвилі щільність змінюється досить слабо, така хвиля називається звуковою хвилею, або звуком.

Якщо щільність змінюється досить сильно, то така хвиля називається ударною хвилею. Ударна хвиля описується іншими рівняннями.

Хвилі щільності рідини є поздовжніми, тобто щільність змінюється вздовж напрями поширення хвилі. Поперечні пружні хвилі в рідині відсутні через незбереження форми.

Пружні хвилі в рідині з часом згасають, їхня енергія поступово переходить у теплову енергію. Причини згасання – в'язкість, "класичне поглинання", молекулярна релаксація та інші. При цьому працює так звана друга або об'ємна в'язкість – внутрішнє тертя при зміні щільності. Ударна хвиля внаслідок згасання через якийсь час переходить у звукову.

Пружні хвилі в рідині схильні також до розсіювання на неоднорідностях, що виникають в результаті хаотичного теплового руху молекул.

• Хвилі на поверхні

Якщо змістити ділянку поверхню рідини від положення рівноваги, то під дією сил, що повертають поверхню починає рухатися назад до рівноважного положення. Цей рух, однак, не зупиняється, а перетворюється на коливальний рух біля рівноважного становища та поширюється на інші ділянки. Так виникають хвилі на поверхні рідини.

Якщо сила, що повертає, - це переважно сили тяжіння, то такі хвилі називаються гравітаційними хвилями (не плутати з хвилями гравітації). Гравітаційні хвилі на воді можна побачити повсюдно.

Якщо сила, що повертає, - це переважно сила поверхневого натягу, то такі хвилі називаються капілярними.

Якщо ці сили можна порівняти, такі хвилі називаються капілярно-гравітаційними.

Хвилі на поверхні рідини згасають під дією в'язкості та інших факторів.

• Співіснування з іншими фазами

Формально кажучи, для рівноважного співіснування рідкої фазиз іншими фазами тієї ж речовини – газоподібної чи кристалічної – потрібні строго певні умови. Так, при цьому тиску потрібна строго певна температура. Тим не менш, у природі та в техніці повсюдно рідина співіснує з парою, або також і з твердим агрегатним станом - наприклад, вода з водяною парою і часто з льодом (якщо вважати пару окремою фазою, яка присутня поряд з повітрям). Це наступними причинами.

Нерівноважний стан. Для випаровування рідини потрібен час, поки рідина не випарувалася повністю, вона співіснує з парою. У природі постійно відбувається випаровування води, як і зворотний процес - конденсація.

Замкнений об'єм. Рідина в закритому посудині починає випаровуватися, але оскільки обсяг обмежений, тиск пари підвищується, він стає насиченим ще до повного випаровування рідини, якщо її кількість була досить велика. При досягненні стану насичення кількість рідини, що випаровується, дорівнює кількості конденсованої рідини, система приходить в рівновагу. Таким чином, в обмеженому обсязі можуть встановити умови, необхідні для рівноважного співіснування рідини та пари.

Наявність атмосфери в умовах земної гравітації. На рідину діє атмосферний тиск (повітря та пара), тоді як для пари має враховуватися практично тільки його парціальний тиск. Тому рідини та пару над її поверхнею відповідають різні точки на фазовій діаграмі, в області існування рідкої фази та в області існування газоподібної відповідно. Це не скасовує випаровування, але на випаровування потрібен час, протягом якого обидві фази співіснують. Без цього умови рідини скипали б і випаровувалися дуже швидко.

Теорія

Механіка

Вивченню руху та механічної рівноваги рідин і газів та їх взаємодії між собою та з твердими тілами присвячено розділ механіки - гідроаеромеханіка (часто називається також гідродинамікою). Гідроаеромеханіка - частина більш загальної галузі механіки, механіки суцільного середовища.

Гідромеханіка - це розділ гідроаеромеханіки, в якому розглядаються рідини, що не стискаються. Оскільки стисливість рідин дуже мала, у багатьох випадках їй можна знехтувати. Вивченню стисливих рідин та газів присвячена газова динаміка.

Гідромеханіка поділяється на гідростатику, в якій вивчають рівновагу стисливих рідин, та гідродинаміку (у вузькому сенсі), в якій вивчають їхній рух.

Рух електропровідних та магнітних рідин вивчається в магнітній гідродинаміці. Для вирішення прикладних завдань застосовується гідравліка.

Основний закон гідростатики - закон Паскаля.

2. Рідини з двоатомних молекул, що складаються з однакових атомів (рідкий водень, рідкий азот). Такі молекули мають квадрупольний момент.

4. Рідина, що складається з полярних молекул, пов'язаних диполь-дипольною взаємодією (рідкий бромоводень).

5. Асоційовані рідини, або рідини з водневими зв'язками (вода, гліцерин).

6. Рідини, які з великих молекул, котрим суттєві внутрішні ступеня свободы .

Рідини у перших двох груп (іноді трьох) зазвичай називають простими. Прості рідини вивчені краще за інших, з непростих рідин найбільш добре вивчена вода. У цю класифікацію не входять квантові рідини і рідкі кристали, які є особливі випадкиі мають розглядатися окремо.

Статистична теорія

Найбільш успішно структура та термодинамічні властивості рідин досліджуються за допомогою рівняння Перкуса-Йевіка.

Якщо скористатися моделлю твердих куль, тобто вважати молекули рідини кулями з діаметром d, то рівняння Перкус-Йевика можна вирішити аналітично і отримати рівняння стану рідини:

де n- Число частинок в одиниці об'єму, - Безрозмірна щільність. При малих щільностях це рівняння перетворюється на рівняння стану ідеального газу : . Для гранично великих густин, , Виходить рівняння стану стисливої ​​рідини: .

Модель твердих кульок не враховує тяжіння між молекулами, тому в ній відсутня різкий перехідміж рідиною та газом при зміні зовнішніх умов.

Якщо потрібно отримати точніші результати, то найкращий описструктури та властивостей рідини досягається за допомогою теорії збурень. В цьому випадку модель твердих куль вважається нульовим наближенням, а сили тяжіння між молекулами вважаються обуренням та дають виправлення.

Кластерна теорія

Одною з сучасних теорійслужить «Кластирна теорія». У її основі полягає ідея, що рідина представляється як поєднання твердого тілата газу. При цьому частинки твердої фази (кристали, що рухаються на короткі відстані) розташовуються у хмарі газу, утворюючи кластерну структуру. Енергія частинок відповідає розподілу Больцмана, середня енергія системи у своїй залишається постійної (за умови її ізольованості). Повільні частинки стикаються з кластерами і стають їхньою частиною. Так безперервно змінюється конфігурація кластерів, система перебуває у стані динамічного рівноваги. При створенні зовнішнього впливусистема поводитиметься згідно з принципом Ле Шательє. Таким чином, легко пояснити фазове перетворення.

Перед вами (мал. 51) два кавники однакової ширини: один високий, інший низький. Який з них більш місткий?

Мал. 51. У якій із цих кавників можна налити більше рідини?
Багато хто, мабуть, не подумавши, скажуть, що високий кавник місткий за низький. Якби ви, однак, стали лити рідину у високий кавник, ви змогли б налити його лише до рівня отвору носика – далі вода почне виливатися. Оскільки отвори носика в обох кавників однією висоті, то низький кавник виявляється настільки ж містким, як і високий з коротким носиком.
Це і зрозуміло: в кавнику і в трубці носика, як у будь-яких судинах, що сполучаються, рідина повинна стояти на однаковому рівні, незважаючи на те, що рідина в носику важить набагато менше, ніж в іншій частині кавника. Якщо ж носик недостатньо високий, ви ніяк не наллєте кавник догори: вода виливатиметься, Зазвичай носик влаштовується навіть вище країв кавника, щоб посудину можна було трохи нахиляти, не виливаючи вмісту.

Чого не знали стародавні

Жителі сучасного Риму досі користуються залишками водопроводу, збудованого ще давніми: солідно зводили римські раби водопровідні споруди.
Не то доводиться сказати про знання римських інженерів, які керували цими роботами; вони явно недостатньо знайомі з основами фізики. Погляньте на рис. 52, відтворений з картини Німецького музею у Мюнхені. Ви бачите, що римський водогін прокладався над землі, а над нею, на високих кам'яних стовпах. Навіщо це робилося? Хіба не простіше було прокладати в землі труби, як тепер робиться? Звичайно, простіше, але римські інженери того часу мали дуже невиразне уявлення про закони сполучених судин. Вони побоювалися, що у водоймах, з'єднаних дуже довгою трубою, вода не встановиться на рівні. Якщо труби прокладені в землі, слідуючи схилам грунту, то в деяких ділянках вода повинна текти вгору, - і ось римляни боялися, що вода вгору не потече. Тому вони зазвичай надавали водопровідним трубам рівномірний ухил вниз на всьому їх шляху (а для цього потрібно нерідко або вести воду в обхід або зводити високі арочні підпори). Одна з римських труб, Аква Марціа, має в довжину 100 км, тим часом як пряма відстань між її кінцями вдвічі менша. Півсотні кілометрів кам'яної кладки довелося прокласти через незнання елементарного закону фізики!

Мал. 52. Водопровідні споруди стародавнього Римуу їхньому первісному вигляді.

Рідини тиснуть вгору!

Мал. 53. Простий спосіб переконатися, що рідина тисне знизу нагору.
Про те, що рідини тиснуть на дно судини, і вбік, на стінки, знають навіть і ті, хто ніколи не вивчав фізики. Але що вони тиснуть івгору, багато хто навіть не підозрює. Просте лампове скло допоможе переконатися, що такий тиск дійсно існує. Виріжте з щільного картону кружок таких розмірів, щоб він закривав отвір лампового скла. Прикладіть його до країв скла і зануріть у воду, як показано на рис. 53. Щоб кружок не відпадав під час занурення, його можна притримувати ниткою, протягнутою через його центр, або просто притиснути пальцем. Зануривши скло до певної глибини, ви помітите, що кружок добре тримається і сам, що не притискається ні тиском пальця, ні натягом нитки: підпирає його вода, що натискає на нього знизу вгору.
Можна навіть виміряти величину цього тиску вгору. Наливайте обережно у скло воду; як тільки рівень її усередині скла наблизиться до рівня в посудині, кружок відпадає. Отже, тиск води на кружок знизу врівноважується тиском на нього зверху стовпа води, висота якого дорівнює глибині кухля під водою. Такий закон тиску рідини на будь-яке занурене тіло. Звідси, між іншим, походить і та "втрата" ваги в рідинах, про яку говорить знаменитий закон Архімеда.

Мал. 54. Тиск рідини на дно судини залежить лише від площі дна та від висоти рівня рідини. На малюнку показано, як перевірити це правило.
Маючи кілька лампових стекол різної форми, але з однаковими отворами, ви зможете перевірити і інший закон, що відноситься до рідин, а саме: тиск рідини на дно судини залежить тільки від площі дна та висоти рівня, від форми судини воно зовсім не залежить. Перевірка полягатиме в тому, що ви проробите описаний зараз досвід з різним склом, занурюючи їх на одну і ту ж глибину (для чого треба попередньо приклеїти до склі паперові смужки на рівній висоті). Ви помітите, що гурток щоразу відпадатиме при тому самому рівні води в склі (мал. 54). Отже, тиск водяних стовпів різної формиоднаково, якщо тільки однакові їх основа та висота. Зверніть увагу на те, що тут важлива самевисота, а не довжина, тому що довгий похилий стовп тисне на дно так само, як і короткий прямовисний стовп однакової з ним висоти (при рівних площах основ).

Що важче?

На одну чашку терезів поставлено відро, до країв наповнене водою. На іншу - таке ж відро, теж повне до країв, але в ньому плаває шматок дерева (рис. 55). Яке цебро перетягне?
Я пробував ставити це завдання різним особам і отримував суперечливі відповіді. Одні відповідали, що має перетягнути те відро, в якому плаває дерево, бо "крім води, у відрі є ще й дерево". Інші – що, навпаки, перетягне перше відро, "бо вода важча за дерево".
Але ні те, ні інше не вірно: обидва відра мають однаковийвага.У другому відрі, щоправда, води менше, ніж у першому, бо плаваючий шматок дерева витісняє певний її обсяг. Але, згідно із законом плавання, всякеплаваючетіло витісняє своєю зануреною частиною рівностільки рідини (за вагою), скільки важить це тіло. Ось чому ваги повинні залишатися в рівновазі.

Мал. 55. Обидва відра однакові та наповнені водою до країв; в одному плаває шматок дерева. Яке перетягне?
Розв'яжіть тепер інше завдання. Я ставлю на терези склянку з водою і поруч кладу гирку. Коли вагиврівноваженігирями на чашці, я кидаю гирку в склянку з водою. Що станеться з вагами?
За законом Архімеда, гирка у воді легшає, ніж була поза водою. Можна, здавалося б, очікувати, що чашка терезів зі склянкою підніметься. Тим часом насправді ваги залишаться в рівновазі. Як це пояснити?
Гірка в склянці витіснила частину води, яка виявилася вищою за початковий рівень; внаслідок цього збільшується тиск на дно судини, так що дно зазнає додаткової сили, що дорівнює втраті ваги гиркою.

Природна форма рідини

Ми звикли думати, що рідини не мають жодноївласноюформи. Це не вірно. Природна форма будь-якої рідини – куля. Зазвичай сила тяжіння заважає рідини набувати цієї форми, і рідина чи розтікається тонким шаром, якщо розлита без судини, або ж набуває форми судини, якщо налита в неї. Перебуваючи всередині іншої рідини такої ж питомої ваги, рідина за законом Архімеда "втрачає" свою вагу: вона ніби нічого не важить, вага на неї не діє - і тоді рідина набуває своєї природної, кулястої форми.
Прованська олія плаває у воді, але тоне у спирті. Можна тому приготувати таку суміш із води та спирту, в якій олія не тоне і не спливає. Ввівши в цю суміш трохи олії за допомогою шприца, ми побачимо дивну річ: олія збирається у велику круглу краплю, яка не впливає і не тоне, а висить нерухомо. посудині будь-якої форми, але поставленій усередині наповненої водою посудини з плоскими стінками)] (рис. 56).

Мал. 56. Олія всередині посудини з розведеним спиртом збирається в кулю, яка не тоне і не спливає (досвід Плато).

Мал. 57. Якщо масляний шар у спирті швидко обертати за допомогою встромленого в нього стриженька, від кулі відокремлюється кільце.
Досвід треба робити терпляче і обережно, інакше вийде не одна велика крапля, а кілька менших кульок. Але й у такому вигляді досвід досить цікавий.
Це, проте, ще все. Пропустивши через центр рідкої олійної кулі довгий дерев'яний стрижень або дріт, обертають їх. Масляна куля бере участь у цьому обертанні. (Досвід вдається краще, якщо насадити на вісь невеликий змочений маслом картонний кружечок, який весь залишався б усередині кулі.) Під впливом обертання куля починає спочатку сплющуватися, а потім через кілька секунд відокремлює від себе кільце (рис. 57). Розриваючись на частини, кільце це утворює не безформні шматки, а нові кулясті краплі, які продовжують кружляти біля центральної кулі.

Мал. 58. Спрощення досвіду Плато.
Вперше цей повчальний досвід зробив бельгійський фізик Плато. Тут описаний досвід Плато у його класичному вигляді. Набагато легше і не менш повчально зробити його в іншому вигляді. Маленьку склянку споліскують водою, наповнюють прованським маслом і ставлять на дно великої склянки; в останній наливають обережно стільки спирту, щоб маленький стакан був весь у нього занурений. Потім по стінці великої склянки з ложечки обережно доливають помалу воду. Поверхня олії в маленькій склянці стає опуклою; опуклість поступово зростає і при достатній кількості підлитої води піднімається зі склянки, утворюючи кулю досить значних розмірів, що висить усередині суміші спирту та води (рис. 58).
Через відсутність спирту можна зробити цей досвід з аніліном - рідиною, яка при звичайній температурі важча за воду, а при 75 - 85 ° С легше її. Нагріваючи воду, ми можемо, отже, змусити анілін плавати всередині неї, причому він набуває форми великої кулястої краплі. При кімнатній температурі крапля аніліну врівноважується в розчині солі [З інших рідин зручний ортотолуїдин – темно-червона рідина; при 24 ° вона має таку ж щільність, як і солона вода, в яку і занурюють ортотолуїдин].

Чому дріб круглий?

Зараз ми говорили про те, що будь-яка рідина, звільнена від дії тяжкості, набуває своєї природної форми – кулястої. Якщо згадаєте сказане раніше про невагомість падаючого тіла і врахуйте, що на самому початку падіння можна знехтувати нікчемним опором повітря [Дощові краплі опускаються прискорено лише на самому початку падіння; вже приблизно до другої половини першої секунди падіння встановлюєтьсярівномірнерух: всі краплі, врівноважується силою опору повітря, яка зростає зі зростанням швидкості краплі.], то зрозумійте, що падають порції рідини також повинні набувати форми куль. Краплі дощу, що падають, мають форму кульок. Дробинки - не що інше, як застиглі краплі розплавленого свинцю, який при заводському способі виготовлення змушують падати краплями з великої висоти холодну воду: там вони твердіють у формі правильних кульок.

Мал. 59. Башта дроболиварного заводу.
Так відлитий дріб називається "баштовим", тому що при відливанні його змушують падати з верхівки високої "дроболітній" вежі (рис. 59). Башти дроболиварного заводу – металевої конструкції та досягають у висоту 45 м; у верхній частині розташовується ливарне приміщення з плавильними котлами, внизу – бак із водою. Відлитий дріб підлягає ще сортуванню та оздобленню. Крапля розплавленого свинцю застигає в дрібку ще під час падіння; бак з водою потрібен лише для того, щоб пом'якшити удар дробинки при падінні та запобігти спотворенню її кулястої форми. (Дроб діаметром більше 6 мм, так звана картеч, виготовляється інакше: вирубкою з дроту шматочків, що потім обкатуються.)

"Бездонний" келих

Ви налили води в келих до країв. Він сповнений. Біля келиха лежать шпильки. Може, для однієї-двох шпильок ще знайдеться місце у келиху? Спробуйте.

Мал. 60. Вражаючий досвід із шпильками в келиху води.
Почніть кидати шпильки та рахуйте їх. Кидати треба обережно: дбайливо занурюйте вістря у воду і потім обережно випускайте шпильку з руки, без поштовху чи тиску, щоб струсом не розплескати води. Одна, дві, три шпильки впали на дно – рівень води залишився незмінним. Десять, двадцять, тридцять шпильок... Рідина не виливається. П'ятдесят, шістдесят, сімдесят ... Ціла сотня шпильок лежить на дні, а вода з келиха все ще не виливається (рис. 60).
Не тільки не виливається, а й не піднялася скільки-небудь помітним чином над краями. Продовжуйте додавати шпильки. Друга, третя, четверта сотня шпильок опинилася в посудині – і жодна крапля не перелилася через край; але тепер уже видно, як поверхня води здулася, піднімаючись трохи над краями келиха. У цьому здутті вся розгадка незрозумілого явища. Вода мало змочує скло, якщо воно хоч трохи забруднене жиром; краї ж келиха - як і весь посуд, що ми вживаємо - неминуче покривається слідами жиру від дотику пальців. Не змочуючи країв, вода, що витісняється шпильками з келиха, утворює опуклість. Здуття незначно на око, але якщо дасте собі труд обчислити об'єм однієї шпильки і порівняйте його з об'ємом тієї опуклості, яка злегка здулася над краями келиха, ви переконаєтеся, що перший об'єм у сотні разів менший за другий, і тому в "повному" келиху може знайтися місце ще для кількох сотень шпильок Чим ширший посуд, тим більше шпильок вона здатна вмістити, тому що тим більший обсяг здуття.
Зробимо для ясності зразковий підрахунок. Довжина шпильки – близько 25 мм, товщина її – півміліметра. Об'єм такого циліндра неважко обчислити за відомою формулою геометрії (p * d2 * h / 4), він дорівнює 5 куб. мм. Разом із головкою обсяг шпильки не перевищує 5,5 куб. мм.
Тепер підрахуємо об'єм водяного шару, що піднімається над краями келиха. Діаметр келиха 9 см = 90 мм. Площа такого кола дорівнює близько 6400 кв. мм. Вважаючи, що товщина шару, що піднявся, лише 1 мм, маємо для його об'єму 6400 куб. мм; це більше обсягу шпильки у 1200 разів. Іншими словами, "повний" келих води може прийняти ще понад тисячу шпильок! І справді, обережно опускаючи шпильки, можна завантажити їх цілу тисячу, так що для очей вони немов займуть всю посудину і навіть виступатимуть над її краями, а вода все-таки ще не виливатиметься.

Цікава особливість гасу

Кому доводилося мати справу з гасовою лампою, той, мабуть, знайомий з прикрими несподіванками, зумовленими однією особливістю гасу. Ви наповнюєте резервуар, витираєте його зовні насухо, а за годину знаходите його знову мокрим.
Справа в тому, що ви недостатньо щільно закрутили пальник і гас, прагнучи розтектися по склу, виповз на зовнішню поверхню резервуара. Якщо хочете захистити себе від подібних "сюрпризів", ви повинні якомога щільніше загвинчувати пальник.
Ця повзучість гасу дуже неприємно відчувається на суднах, машини яких споживають гас (або нафту). На подібних суднах, якщо не вжито заходів, позитивно неможливо перевозити жодні товари, крім тих же гасу або нафти, тому що рідини ці, виповзаючи з баків через непомітні свердловини, розтікаються не лише по металевої поверхнісамих баків, але рішуче проникають всюди, навіть в одяг пасажирів, повідомляючи всім предметам свій незнищенний запах. Спроби боротися із цим злом залишаються часто безрезультатними. Англійський гуморист Джером не дуже перебільшував, коли в повісті "Троє в одному човні" розповідав про гас наступне:
"Я не знаю речовини, більш здатної просочуватися всюди, ніж гас. Ми тримали його на носі човна, а він звідти просочився на інший кінець, просякнувши своїм запахом все, що траплялося йому по дорозі. Просочуючи крізь обшивку, він капав у воду, псував" повітря й небо, отруювало життя... Іноді гасовий вітер віяв із заходу, іноді зі сходу, а іноді це був північний гасовий вітер чи, можливо, південний, але, чи прилітав він зі снігової Арктики чи зароджувався в пісках пустелі, він завжди досягав нас, насичений ароматом гасу, вечорами це пахощі знищували красу заходу сонця, а промені місяця позитивно витікали гас… Прив'язавши човен біля мосту, ми пішли прогулятися містом, але жахливий запахпереслідував нас. Здавалося, все місто було їм просякнуте”. (Насправді, звичайно, просочена була їм лише сукня мандрівників.)
Здатність гасу змочувати зовнішню поверхню резервуарів дала привід до неправильної думки, ніби гас може проникати крізь метали та скло.

Копійка, яка у воді не тоне,

Існує у казці, а й у дійсності. Ви переконаєтеся в цьому, якщо зробите кілька досвідів, які легко здійснити. Почнемо з дрібніших предметів – з голок. Здається неможливим змусити сталеву голку плавати на поверхні води, а тим часом це не так важко зробити. Покладіть на поверхню води клаптик цигаркового паперу, а на нього – зовсім суху голку. Тепер залишається тільки обережно видалити цигарковий папір з-під голки. Робиться це так: озброївшись іншою голкою або шпилькою, злегка занурюють краї клаптя у воду, поступово підходячи до середини; коли клаптик весь намокне, він упаде на дно, голка ж продовжуватиме плавати (рис. 61). За допомогою магніту, що підноситься до стінок склянки на рівні води, ви можете навіть керувати рухом цієї голки, що плаває на воді.
При відомій вправності можна обійтися і без цигаркового паперу: захопивши голку пальцями посередині, впустіть її в горизонтальному положенні з невеликої висоти на поверхню води.

Мал. 61. Голка, що плаває на воді. Вгорі – розріз голки (2 мм товщини) та точна форма заглиблення на воді (збільшено у 2 рази). Внизу – спосіб змусити голку плавати на воді за допомогою клаптя паперу.
Замість голки можна змусити плавати шпильку (те й інше – не товщі 2 мм), легкий гудзик, дрібні плоскі металеві предмети. Наловчившись у цьому, спробуйте змусити плавати та копійку.
Причина плавання цих металевих предметів та, що вода погано змочує метал, який побував у наших руках і тому покритий тонким шаром жиру. Тому навколо плаваючої голки на поверхні води утворюється вдавленість, її можна бачити. Поверхнева плівка рідини, прагнучи розпрямитися, тиск нагору на голку і тим підтримує її. Підтримує голку також і сила рідини, що виштовхує, згідно із законом плавання: голка виштовхується знизу з силою, що дорівнює вазі витісненої нею води. Усього простіше домогтися плавання голки, якщо змастити її олією; таку голку можна прямо класти на поверхню води, і вона не потоне.

Вода у решеті

Виявляється, що й носити воду в решеті можливо не лише у казці. Знання фізики допоможе виконати таку класично неможливу справу. Для цього треба взяти дротяне решето сантиметрів 15 у поперечнику і з не надто дрібними осередками (близько 1 мм) і занурити його в розтоплений парафін. Потім вийняти решето з парафіну: дріт виявиться покритим тонким шаром парафіну, ледь помітним для очей.
Решето залишилося решетом – у ньому є наскрізні отвори, через які вільно проходить шпилька, – але тепер ви можете, буквально, носити в ньому воду. У такому решете утримується досить високий шар води, не проливаючись крізь комірки; треба тільки обережно налити воду та оберігати решето від поштовхів.
Чому ж вода не проливається? Тому що, не змочуючи парафін, вона утворює в осередках решета тонкі плівки, звернені опуклістю вниз, які й утримують воду (рис. 62).

Мал. 62. Чому вода не виливається з парафінованих решіт.
Таке парафіноване решето можна покласти на воду, і воно триматиметься на ній. Значить, можна не тільки носити воду в решеті, а й плавати на ньому.
Цей парадоксальний досвід пояснює ряд звичайних явищ, до яких ми надто звикли, щоб замислюватися про їхню причину. Смоління бочок і човнів, змащування салом пробок і втулок, фарбування масляною фарбою і взагалі покриття маслянистими речовинами всіх тих предметів, які ми хочемо зробити непроникними для води, а також прогумування тканин - все це не що інше, як виготовлення решета начебто зараз описаного. Суть справи і там і тут одна й та сама, тільки у випадку з решетом вона виступає в незвичайному вигляді.

Піна на службі техніки

Досвід плавання сталевої голки та мідної монетина воді має схожість з явищем, що використовується в гірничо-металургійній промисловості для "збагачення" руд, тобто для збільшення вмісту в них цінних складових частин. Техніка знає багато способів збагачення руд; той, який ми зараз маємо на увазі і який називається "флотацією", – найдієвіший; він успішно застосовується навіть у тих випадках, коли всі інші не досягають мети.

Мал. 63. Як відбувається флотація?
Сутність флотації (тобто спливання) полягає в наступному. Тонко подрібнена руда завантажується в чан з водою і з маслянистими речовинами, які здатні обволікати частинки корисного мінералу найтоншими плівками, що не змочуються водою. Суміш енергійно перемішується з повітрям, утворюючи безліч дрібних пухирців – піну. При цьому частинки корисного мінералу, зодягнені тонкою маслянистою плівкою, приходячи в дотик з оболонкою повітряного бульбашки, пристають до неї і повисають на бульбашці, яка і виносить їх вгору, як повітряна куляв атмосфері піднімає гондолу (рис. 63). Частки ж порожньої породи, не зодягнені маслянистою речовиною, не пристають до оболонки і залишаються в рідині. Потрібно зауважити, що повітряний пляшечку піни набагато більше за обсягом, ніж мінеральна частка, і плавучість його достатня для захоплення твердої крупинки вгору. У результаті частки корисного мінералу багато виявляються в піні, що покриває рідину. Піну знімають і направляють у подальшу обробку – для отримання так званого "концентрату", який у десятки разів багатший за корисний мінерал, ніж початкова руда.
Техніка флотації розроблена так ретельно, що належним підбором рідин, що домішуються, можна відокремити кожен корисний мінералвід порожньої породи будь-якого складу.
До ідеї флотації призвела не теорія, а уважне спостереження випадкового факту. Наприкінці минулого століття американська вчителька (Каррі Еверсон), стираючи забруднені олією мішки, в яких зберігався раніше мідний колчедан, звернула увагу на те, що крупинки колчедану спливають із мильною піною. Це і послужило поштовхом до розвитку способу флотації.

Уявний "вічний" двигун

У книгах іноді описується як справжній "вічний" двигун прилад такого пристрою (рис.64): масло (або вода), налите в посудину, піднімається гнітами спочатку в верхня посудина, а звідти іншими ґнотами – ще вище; верхня посудина має жолоб для стоку олії, що падає на лопатки колеса, приводячи його в обертання. Олія, що стекла вниз, знову піднімається по гнотах до верхньої судини. Таким чином, струмінь олії, що стікає по жолобку на колесо, ні на секунду не переривається, і колесо завжди повинно бути в русі.
Якби автори, що описують цю вертушку, дали собі труд її виготовити, вони, звичайно, переконалися б, що не тільки колесо не крутиться, але що жодна крапля рідини навіть не потрапляє у верхню посудину!

Мал. 64. Неможлива вертушка.
Це можна зрозуміти, втім, і не приступаючи до виготовлення вертушки. Справді, чому винахідник думає, що олія має стікати вниз із верхньої, загнутої частини ґнота? Капілярне тяжіння, подолавши тяжкість, підняло рідину вгору гніт; але та сама причина утримає рідина в порах намоклого гнити, не даючи їй капати з нього. Якщо припустити, що у верхню посудину нашої уявної вертушки від дії капілярних сил може потрапити рідина, то треба буде визнати, що ті ж ґноти, які нібито доставили її сюди, самі ж і перенесли її назад у нижню.
Цей уявний вічний двигун нагадує іншу водяну машину "вічного" руху, придуману ще в 1575 р. італійським механіком Страдою Старшим. Ми зображуємо тут цей кумедний проект (рис. 65). з лотка струменем, що ударяє в лопатки наливного колеса (праворуч внизу) Водяне колесо обертає точильний верстат, а одночасно рухає за допомогою ряду зубчастих коліс той самий гвинт архімедів, який піднімає воду у верхній бак, гвинт обертає колесо, а колесо – гвинт. Якби можливі були подібні механізми, то найпростіше було б влаштувати так: перекинути мотузку через блок і прив'язати до її кінців однакові гирі: коли один вантаж опускався б, він піднімав би тим самим інший вантаж, а той, опускаючись з цієї висоти Чим не "вічний" двигун?

Мал. 65. Старовинний проект водяного "вічного" двигуна для точильного каменю.

При помірній фізичної активностілюдина втрачає до 2,5 літрів рідини щодня. У жарку пору року, при інтенсивних заняттях спортом або під час роботи, що потребує значних витрат енергії та сил, втрата рідини зростає. Організм людини приблизно на 65% складається з води та для того, щоб компенсувати природні щоденні фізіологічні втрати рідини, пити воду необхідно.

Її недолік в організмі спричиняє низку проблем: згущується кров, порушується кисневий обмін, сповільнюються обмінні процеси. Щоб підтримувати водний балансна належному рівні важливо вживати достатню кількість рідини щодня.

Скільки пити

Людина отримує рідину не тільки за рахунок випитої в чистому виглядіводи. Організм самостійно компенсує приблизно 300 г рідини щодня, що утворюється у процесі обміну речовин. Також воду містять фрукти, овочі, у деяких із них відсоток вмісту рідини сягає 95%. Молочні продукти, м'ясо та риба також містять у своєму складі воду, тому близько 700 гр. рідини людина отримує щодня з не рідких продуктівживлення.

Виходить, що часткова компенсація рідини проходить для людини непомітно. Втрати, що залишилися, 1-1,5 л людині необхідно заповнити за рахунок вживання води в чистому вигляді. Збільшувати обсяги випитої рідини рекомендується у спеку. Також мають збільшити обсяги вживання води спортсмени, оскільки їх втрати вологи значно вищі. Вода допоможе полегшити процес схуднення: достатній обсяг випитої рідини сприяє прискоренню обміну речовин і притуплює почуття голоду.

Що пити

У щоденному раціонілюдини є досить рідких продуктів, крім самої води. Чай, кава, молоко, компоти та соки також заповнюють втрату рідини та на частку чистої водизалишається німого – пара склянок. Дієтологи рекомендують уважно підходити до вибору рідин, є легкі бульйони, пити розведені водою свіжі соки. Звичайній мінералці варто віддати перевагу столовій або лікувально-їдальні мінеральну водуа чорному чаю – зелений. Не варто зловживати кавою, допустимі 1-2 чашки щодня.

Сказати цукру «ні»

Слід відмовитись від вживання газування та інших солодких напоїв. Виробники нерідко замінюють цукор у них дешевими цукрозамінниками, які завдають шкоди здоров'ю. Виключити варто і підсолоджені соки, молочні коктейлі, а також виробити звичку пити каву та чай без цукру. Солодкі напої не задовольняють спрагу та провокують її ще більше, а отже, збільшується і споживання цукру. Найкращий напій- Це чиста вода.

Як правильно пити

Не варто різко збільшувати обсяги випитої рідини. Організму потрібно звикнути до нового режиму пиття, тому навіть склянку води не варто пити залпом, а краще розподілити на кілька підходів. Намагатися свого організму не варто ніколи, тому замість того, щоб пити через силу, варто подумати про правильної організаціїрежиму.

Не варто чекати і настання почуття спраги. Пити слід постійно протягом усього дня, щоб організм не відчував нестачу рідини. За такого підходу збільшується працездатність, покращується самопочуття, ефективно проходять обмінні процеси.

Коли пити

Активізуватися вранці та запустити процеси обміну речовин допоможе випита натще склянку води. Не варто вживати рідину відразу після їжі, краще випити чашку не раніше ніж через годину після обіду. Також варто взяти за правило пити за 20-30 хвилин до їди, це дозволить не переїдати. Під час спортивних тренуваньрекомендується потроху пити воду кожні 10-15 хвилин, щоб заповнювати втрати рідини, а після занять можна задовольнити спрагу. Від вживання великої кількостірідини на ніч варто утриматися, інакше можна спровокувати набряклість.

Вживання алкогольних напоївзовсім не сприяє поповненню втрати рідини. Навпаки, організм відчуває зневоднення, а сечогінний ефектдеяких спиртовмісних напоїв посилює втрату рідини.

Вживання рідини понад норму

Невірно вважати, що чим більше пити, то краще. Надмірне вживанняводи призводить до збільшення об'єму крові, а, отже, зростає навантаження на серцево-судинну систему. Надлишок води негативно впливає також на сечі. видільну системуПри цьому організм втрачає мінеральні речовини.

Почуття спраги можуть спричинити солоні продукти, які збільшують концентрацію солей натрію. Жадібний організм сигналізує про необхідність випити води, тому що ниркам важко впоратися з їх виведенням без додаткової рідини. Найчастіше потрібно випити надмірну кількість води, щоб задовольнити спрагу.

Хто хоче стати мільйонером? 14.10.17. Питання та відповіді