Найдите ледяной сосуд в ящике

#хакнем_физика ???? рубрика, содержащая интересный, познавательный контент по физике как для школьников, так и для взрослых ????

Если решая математические задачи, следует руководствоваться только условиями, в том числе и неявно заданными (например: находя градусную меру одного из смежных углов в случаях, когда известна градусная мера другого, непременной частью условия является значение суммы градусных мер смежных углов, равной 180 град.), то при решении физических задач следует учитывать ВСЕ физические явления и процессы, влияющие на результат рассматриваемой в задаче ситуации.

Вот для примера известная и часто встречающаяся во многих учебниках и сборниках задач, в том числе и олимпиадных (и не только для семиклассников) по физике.

ЗАДАЧА

В стакане с водой плавает кусок льда. Изменится ли уровень воды, когда лёд растает?

Прежде чем продолжить чтение, предлагаю читателю дать (хотя бы для себя) обоснованный ответ на вопрос задачи…

В «Сборнике вопросов и задач по физике» [Н.И. Гольдфарб, изд. 2, «Высшая школа», М.: 1969] эта задача, помещённая как часть № 10.7 на стр. 48, на стр.193 приводится ответ:

«Лёд вытесняет воду, вес которой равен весу льда. Когда лёд растает, образуется такое же количество воды, поэтому уровень не изменится».

Такой же ответ приводится и во многих других сборниках…

А вот в популярнейшем и по сей день, выдержавшим множество изданий трёхтомнике «Элементарный учебник физики» под редакцией академика Г.С. Ландсберга [т. I, изд. 7, стереотипное, «Наука», М.: 1971] ответа на эту задачу (№ 162.2, стр. 351) не приводится. И это не случайно!

Что же не учтено в вышеприведённом ответе? Правильно! Не учтено, что при таянии льда вода в стакане охлаждается — именно поэтому мы и бросаем туда кусочек льда!

Вот как должен выглядеть правильный ответ:

«При таянии льда вода в стакане охлаждается. При охлаждении все вещества уменьшаются в объёме. Однако вода, единственная из всех известных веществ, имеет наибольшую плотность при температуре +4 град. С, а это значит, что при дальнейшем охлаждении данная масса воды увеличивается в объёме, что, как мне это было известно из курса природоведения в 5 классе (1961/1962 учебный год), является условием сохранения жизни на Земле, поскольку позволяет достаточно глубоким водоёмам не промерзать до самого дна!).

При этом возможно три варианта развития ситуации:

I. Если температура воды до начала таяния льда была выше 4 град. С и, хотя и понизилась после таяния льда, но осталась выше этой температуры, то уровень воды в стакане уменьшится.

II. Если температура воды до начала таяния льда была ниже 4 град. С, а после таяния льда ещё и уменьшилась, то уровень воды в стакане увеличится.

III. В случае, когда начальная температура воды была выше 4 град. С, а после того как лёд растаял, оказалась ниже этой температуры, то об уровне ничего определённого сказать нельзя — нужны конкретные данные о температуре и массе воды и льда, чтобы дать точный ответ на вопрос задачи!».

С этой задачей связана для меня одна интересная история.

Лет 15 назад во дворе дома, в котором я живу, ко мне с грустным выражением лица подошёл паренёк по имени Серёжа и попросил помочь подготовиться к предстоящей ему завтра апелляции по физике в нашем Политехническом институте (ныне Технический университет).

Поскольку времени было слишком мало, то я ограничился советом: если, по его мнению, апелляция пройдёт не очень удачно, и надежды исправить тройку на вступительном экзамене не будет, то попросить экзаменатора ответить на вопрос этой задачи и заставил его дословно вызубрить приведённый выше ответ и даже отработал с ним интонацию изложения этого ответа. На следующий вечер он подошёл ко мне с достаточно счастливым видом.

Вот его рассказ, каким я его запомнил:

«Всё получилось так, как Вы и хотели. Апелляцию проводили два человека: профессор и ассистент кафедры общей физики института. Мне выпало общаться с ассистентом, а профессор в это время общался с другим абитуриентом.

В ответ на мою просьбу ответить на мой вопрос ассистент слегка улыбнувшись сказал: «Пожалуйста…».

«После того, как я проговорил условие задачи, ассистент, широко улыбнувшись, произнёс: «Ну, это известная задача. Уровень воды не изменится — это следует из закона Архимеда: плавающий лёд вытесняет массу воды, равную массе льда. Образовавшаяся при таянии льда вода заполнит тот объём, который занимал в воде плавающий лёд…».

«Позвольте с Вами не согласиться», — начал я и затем совершенно спокойно слово в слово пересказал заготовленный нами ответ…

В это время профессор жестом остановил своего абитуриента и стал внимательно меня слушать…

Когда я закончил, возникла небольшая пауза…Профессор, обращаясь к ассистенту спросил: «Что скажешь?».

«Кажется, всё верно», — неуверенно ответил тот, на что профессор сказал, что никогда ещё не слышал столь аргументированного ответа, после чего, уже обращаясь ко мне, добавил: «Молодой человек, мы, к сожалению, не можем поднять Вам оценку сразу на два балла, но четвёрку Вы очевидно заслужили!»».

Мне остаётся лишь добавить, что Серёжа был зачислен студентом!…

Наши читатели могут поделиться своим мнением по поводу решения задачи. Если вам было интересно, не забудьте подписаться на наш канал и хэштег #хакнем_физика

Автор: #себихов_александр 71 год, много лет проработал конструктором-технологом микроэлектронных приборов и узлов в одном из НИИ г. Саратова, затем преподавателем математики и физики.

Другие статьи автора:

Вы читаете контент канала “Хакнем Школа”. Подпишитесь на наш канал, чтобы не терять его из виду.

Одно и то же озеро летом и зимой – словно два разных водоёма, и невозможно сказать, какой из них красивее. Зима преображает озеро и его берега, с помощью снега, льда и морозного ветра создаёт свои удивительные, потрясающие картины. Хочется взять фотокамеру и снимать эту ледяную красоту, чтобы любоваться ей самому и делиться с друзьями и близкими.

Если фотографирование – не ваш конёк, возьмите с собой на озеро коньки. Зимой, когда толща воды промерзает, водоём превращается в прекрасную площадку для катания на коньках или игры в хоккей.

Ледяные пузыри на озере Абрахам

Крупные пузырьки метана, замёрзшие во льда

Искусственное озеро Абрахам было создано в 1972 году. Когда озеро замерзает, в его прозрачном льду появляются крупные ледяные пузырьки метана. Благодаря этому необычному эффекту озеро популярно у туристов.

Ледниковая река в Исландии

Съёмка реки с большой высоты

Глядя на это фото, не сразу поймёшь, что на нём снято. На самом деле это вулканическая ледниковая река. Когда она замерзает, то напоминает густую сеть кровеносных сосудов.

Кто рисует снежинки на льду озера?

Рисунки на льду

Ответ прост: это родники, которые бьют на дне. В результате получаются рисунки немыслимой красоты, которые отдалённо напоминают снежинки.

Камень и лёд

Камень на ледяной «ножке»

Как получается такая удивительная конструкция? Оказывается, камень нагревается на солнце и топит лёд вокруг себя.

Ледяные осколки на озере Мичиган

Ледяные осколки острые, как стекло

Если тонкий лёд на озере Мичиган разбивается на мелкие осколки, то получается примерно такая карина. Из-за ветра осколки сбиваются в кучу и наползают друг на друга.

Ледяные цветы, Северный Ледовитый океан

Эти хрупкие ледяные образования похожи на цветы

При экстремально низких температурах на поверхности водоёма могут появиться ледяные цветы. Эти колючие структуры широко распространены в Северном Ледовитом океане.

Ледяные блины

Блинчатый лёд на Онежском озере

Блинчатый лёд образуется из-за прибоя. Под действием волн льдинки трутся друг об друга, их края стачиваются и загибаются кверху. Все эти метаморфозы происходят в течение одного дня, ночью же льдины снова срастаются и покрывают водоём плотной коркой.

Фактурный узор на льду, Швейцария

Лёд покрылся геометрическими фигурами

Этот пруд расположен в Швейцарии. Каждый раз, когда он замерзает, на его поверхности появляется красивый узор из фактурных геометрических фигур.

Причудливые ледяные шары в Финляндии

Ледяные шары на берегах Финляндии

Ледяные шары – редчайшее явление. Они появляются при определённых значениях температуры воздуха, силы ветра и его направления. Шары образуются ночью и чаще всего тают с наступлением светового дня.

Голубой лёд озера Байкал

Нежно-голубой байкальский лёд

Говорят, что на Байкале можно встретить 53 вида льда. Кроме того, здесь есть ледовые гроты и небольшие пещеры с тысячами причудливых сосулек.

Ледяные трещины на озере Байкал

Трещины на молодом льду Байкала

Зимой лёд на поверхности Байкала претерпевает различные изменения, в результате чего на нём образуются трещины и щели. Трещины имеют ширину от 1,5 до 10 см.

Мелкие пузырьки метана на Байкале

Эти мелкие образования внутри ледяной корки – замёрзшие пузырьки метана

Оказывается, растения на дне Байкала продолжают вырабатывать метан даже зимой. Пузырьки газа поднимаются на поверхность, скапливаются подо льдом и замерзают.

Ледяная лапша на озере Суолиярви в Финляндии

Ледяная лапша на поверхности озера Суолиярви

Пока учёные не могут объяснить природу данного феномена. Ледяная лапша появляется в тёмное время суток, существует короткое время, затем она исчезает.

Ледяные разводы на озере, Россия

Озеро в окрестностях города Орска, в Оренбургской области

Если подмораживание озера сопровождается сильным ветром, то на его поверхности могут появиться ледяные разводы.

Прозрачный лёд, Словакия

Подо льдом видны камни

В Карпатах есть горное озеро с кристально чистой водой. На его поверхности в холодное время года появляется прозрачный лёд, через который хорошо просматривается дно водоёма.

Волнистый лёд

Замёрзшие волны

На некоторых водоёмах можно увидеть волнистый лёд. На таком не покатаешься на коньках и не поиграешь в хоккей. Зато с ним можно сделать потрясающие фотографии и удивить ими друзей и знакомых.

Голубой пруд, Япония

Деревья в замёрзшем озере

Голубой цвет воды – это вовсе не достижение “фотошопа”. Именно такой оттенок зимой приобретает Голубой пруд – рукотворный водоём на острове Хоккайдо.

Серое озеро, Чили

Голубые ледники Серого озера

Это вовсе не декорации к фильму “Снежная Королева”, а озеро Серое в одном из национальных парков Чили с завораживающим серым льдом и огромными синими ледниками.

Фото: i.pinimg.com, pinterest.com