№ 18 · Применение информации из текста

Сма­чи­ва­ние

При со­при­кос­но­ве­нии жид­ко­сти с по­верх­но­стью твёр­до­го тела или дру­гой жид­ко­сти воз­ни­ка­ет яв­ле­ние сма­чи­ва­ния.

Если из пи­пет­ки кап­нуть воду на раз­лич­ные по­верх­но­сти, то мож­но на­блю­дать, как вода рас­те­ка­ет­ся по чи­сто­му стек­лу или де­ре­ву, но со­би­ра­ет­ся в кап­ли на па­ра­фи­не или «жир­ной» по­верх­но­сти.

Сте­пень сма­чи­ва­ния ха­рак­те­ри­зу­ет­ся ве­ли­чи­ной кра­е­во­го угла сма­чи­ва­ния \((\theta)\), об­ра­зо­ван­но­го по­верх­но­стью твёр­до­го тела с ка­са­тель­ной, про­ведён­ной к по­верх­но­сти жид­ко­сти из точ­ки её со­при­кос­но­ве­ния с по­верх­но­стью (ри­су­нок 1).

Ри­су­нок 1

Если ве­ли­чи­на кра­е­во­го угла мень­ше или рав­на \(90 ^{\circ}\) (угол острый), то про­ис­хо­дит сма­чи­ва­ние жид­ко­стью твёр­дой по­верх­но­сти. Если ве­ли­чи­на кра­е­во­го угла боль­ше \(90^{\circ}\) (угол ту­пой), то твёр­дая по­верх­ность не сма­чи­ва­ет­ся жид­ко­стью.

Из-за сма­чи­ва­ния на­блю­да­ет­ся ис­крив­ле­ние сво­бод­ной по­верх­но­сти жид­ко­сти в со­су­дах по ли­нии со­при­кос­но­ве­ния с по­верх­но­стью со­су­да (ри­су­нок 2).

Ри­су­нок 2

Зна­че­ния кра­е­во­го угла сма­чи­ва­ния \(\theta\) для не­ко­то­рых со­че­та­ний «жид­кость – твёр­дое ве­ще­ство» при­ве­де­ны в та­бли­це.

Из­ме­нит­ся ли и, если из­ме­нит­ся, то как, на­мо­ка­ние дре­ве­си­ны, если её на­те­реть вос­ком? От­вет по­яс­ни­те.

Мол­ния и гром

За­ря­жен­ные об­ла­ка на­во­дят на зем­ной по­верх­но­сти под со­бой про­ти­во­по­лож­ный по зна­ку за­ряд. Вну­три об­ла­ка и меж­ду об­ла­ком и Зем­лёй со­здаёт­ся силь­ное элек­три­че­ское поле, ко­то­рое спо­соб­ству­ет иони­за­ции воз­ду­ха и воз­ник­но­ве­нию ис­кро­вых раз­ря­дов (мол­ний) как вну­три об­ла­ка, так и меж­ду об­ла­ком и по­верх­но­стью Зем­ли.

Гром воз­ни­ка­ет вслед­ствие рез­ко­го рас­ши­ре­ния воз­ду­ха при бы­стром по­вы­ше­нии тем­пе­ра­ту­ры в ка­на­ле раз­ря­да мол­нии.

Вспыш­ку мол­нии мы ви­дим прак­ти­че­ски од­но­вре­мен­но с раз­ря­дом, так как ско­рость рас­про­стра­не­ния све­та очень ве­ли­ка (\(3\cdot 10^{8}\,\text{м}/\text{с}\)). Раз­ряд мол­нии длит­ся все­го \(0{,}1-0{,}2\,\text{с}\).

Звук рас­про­стра­ня­ет­ся зна­чи­тель­но мед­лен­нее. В воз­ду­хе его ско­рость рав­на при­мер­но \(330\,\text{м}/\text{с}\). Чем даль­ше от нас про­изошёл раз­ряд мол­нии, тем длин­нее па­у­за меж­ду вспыш­кой све­та и гро­мом. Гром от очень далёких мол­ний во­об­ще не до­хо­дит: зву­ко­вая энер­гия рас­се­и­ва­ет­ся и по­гло­ща­ет­ся по пути. Та­кие мол­нии на­зы­ва­ют зар­ни­ца­ми. Как пра­ви­ло, гром слы­шен на рас­сто­я­нии до \(15\)–\(20\,\text{км}\); та­ким об­ра­зом, если на­блю­да­тель ви­дит мол­нию, но не слы­шит гро­ма, то гро­за на­хо­дит­ся на рас­сто­я­нии бо­лее \(20\,\text{км}\).

Мо­жет ли вос­при­ни­ма­е­мый че­ло­ве­ком ин­тер­вал вре­ме­ни меж­ду мол­ни­ей и со­про­во­жда­ю­щим её гро­мо­вым рас­ка­том со­став­лять \(90\,\text{с}\)? От­вет по­яс­ни­те.

Ту­ман под ми­кро­ско­пом

Ту­ман со­сто­ит в основ­ном из ка­пе­лек воды, име­ю­щих диа­метр от \(0{,}5\) до \(100\,\text{мкм}\). Если в ту­ма­не пре­об­ла­да­ют очень мел­кие ка­пель­ки (диа­мет­ром мень­ше \(1\,\text{мкм}\)), то та­кой ту­ман на­зы­ва­ет­ся дым­кой. Если же кап­ли ту­ма­на от­но­си­тель­но ве­ли­ки (диа­мет­ром по­ряд­ка \(100\,\text{мкм}\)), то это так на­зы­ва­е­мая мо­рось.

В за­ви­си­мо­сти от раз­ме­ра ка­пе­лек воды ту­ман мо­жет иметь раз­лич­ный от­те­нок. Цвет ту­ма­на опре­де­ля­ет­ся све­то­вы­ми вол­на­ми, ко­то­рые, рас­се­и­ва­ясь на ка­пель­ках воды, по­па­да­ют в глаз на­блю­да­те­ля. Ка­пель­ки диа­мет­ром мно­го боль­ше ми­кро­мет­ра прак­ти­че­ски оди­на­ко­во рас­се­и­ва­ют свет во всём ин­тер­ва­ле длин волн, вос­при­ни­ма­е­мых гла­зом. Этим объ­яс­ня­ет­ся молочно-белый и бе­ле­со­ва­тый цвет мо­ро­си. Мел­кие же ка­пель­ки дым­ки рас­се­и­ва­ют пре­иму­ще­ствен­но бо­лее ко­рот­кие све­то­вые вол­ны, по­это­му ту­ман­ная дым­ка окра­ше­на в си­не­ва­тые и го­лу­бо­ва­тые тона.

В из­вест­ном смыс­ле воз­ник­но­ве­ние ту­ма­на – то же яв­ле­ние, что и вы­па­де­ние росы. Су­ще­ствен­но, од­на­ко, что кон­ден­са­ция во­дя­но­го пара в дан­ном слу­чае про­ис­хо­дит не на по­верх­но­сти зем­ли, ли­стьев или тра­ви­нок, а в объ­ёме воз­ду­ха. Цен­тра­ми кон­ден­са­ции мо­гут слу­жить слу­чай­но об­ра­зу­ю­щи­е­ся скоп­ле­ния мо­ле­кул, ионы, а так­же пы­лин­ки, ча­стич­ки сажи и дру­гие мел­кие за­гряз­не­ния в воз­ду­хе.

Ка­кой от­те­нок (го­лу­бо­ва­тый или крас­но­ва­тый) бу­дет иметь ис­точ­ник бе­ло­го све­та, на­при­мер улич­ный фо­нарь, если его рас­смат­ри­вать сквозь ту­ман­ную дым­ку? От­вет по­яс­ни­те.

Мол­ния

Ат­мо­сфер­ное элек­три­че­ство об­ра­зу­ет­ся и кон­цен­три­ру­ет­ся в об­ла­ках – об­ра­зо­ва­ни­ях из мел­ких ча­стиц воды, на­хо­дя­щей­ся в жид­ком или твёр­дом со­сто­я­нии. Су­хой снег пред­став­ля­ет со­бой ти­пич­ное сы­пу­чее тело: при тре­нии сне­жи­нок друг о дру­га и их уда­рах о зем­лю снег дол­жен элек­три­зо­вать­ся. При низ­ких тем­пе­ра­ту­рах во вре­мя силь­ных сне­го­па­дов и ме­те­лей элек­три­за­ция сне­га на­столь­ко ве­ли­ка, что про­ис­хо­дят зим­ние гро­зы, на­блю­да­ет­ся све­че­ние остро­ко­неч­ных пред­ме­тов, об­ра­зу­ют­ся ша­ро­вые мол­нии.

При дроб­ле­нии во­дя­ных ка­пель и кри­стал­лов льда из-за столк­но­ве­ния их с иона­ми ат­мо­сфер­но­го воз­ду­ха круп­ные кап­ли и кри­стал­лы при­об­ре­та­ют из­бы­точ­ный от­ри­ца­тель­ный за­ряд, а мел­кие – по­ло­жи­тель­ный. Вос­хо­дя­щие по­то­ки воз­ду­ха в гро­зо­вом об­ла­ке под­ни­ма­ют мел­кие кап­ли и кри­стал­лы к вер­ши­не об­ла­ка, круп­ные кап­ли и кри­стал­лы па­да­ют к его осно­ва­нию.

За­ря­жен­ные об­ла­ка на­во­дят на зем­ной по­верх­но­сти под со­бой про­ти­во­по­лож­ный по зна­ку за­ряд. Вну­три об­ла­ка и меж­ду об­ла­ком и Зем­лёй со­здаёт­ся силь­ное элек­три­че­ское поле, ко­то­рое спо­соб­ству­ет иони­за­ции воз­ду­ха и воз­ник­но­ве­нию ис­кро­во­го раз­ря­да. Сила тока раз­ря­да со­став­ля­ет \(20\,\text{кА}\) и бо­лее, тем­пе­ра­ту­ра в ка­на­ле ис­кро­во­го раз­ря­да мо­жет до­сти­гать \(10 000 ^{\circ}\mathrm{C}\). Раз­ряд пре­кра­ща­ет­ся, ко­гда бóльшая часть из­бы­точ­ных элек­три­че­ских раз­ря­дов ней­тра­ли­зу­ет­ся элек­три­че­ским то­ком, про­те­ка­ю­щим по плаз­мен­но­му ка­на­лу мол­нии.

Мол­нии мо­гут про­хо­дить в са­мих об­ла­ках (вну­три­об­лач­ные мол­нии), а мо­гут уда­рять в зем­лю (на­зем­ные мол­нии). Для ме­ха­низ­ма элек­три­за­ции, опи­сан­но­го в тек­сте, как на­прав­лен (свер­ху вниз или сни­зу вверх) элек­три­че­ский ток раз­ря­да на­зем­ной мол­нии? От­вет по­яс­ни­те.

Эф­фект До­пле­ра для све­то­вых волн

На ско­рость све­та не вли­я­ют ни ско­рость ис­точ­ни­ка све­та, ни ско­рость на­блю­да­те­ля. По­сто­ян­ство ско­ро­сти све­та в ва­ку­у­ме име­ет огром­ное зна­че­ние для фи­зи­ки и астро­но­мии. Од­на­ко ча­сто­та и дли­на све­то­вой вол­ны ме­ня­ют­ся с из­ме­не­ни­ем ско­ро­сти ис­точ­ни­ка или на­блю­да­те­ля. Этот факт из­ве­стен как эф­фект До­пле­ра.

Пред­по­ло­жим, что ис­точ­ник, рас­по­ло­жен­ный в точ­ке \(O\), ис­пус­ка­ет свет с дли­ной вол­ны \(\lambda_{0}\). На­блю­да­те­ли в точ­ках \(A\) и \(B\), для ко­то­рых ис­точ­ник све­та на­хо­дит­ся в по­кое, за­фик­си­ру­ют из­лу­че­ние с дли­ной вол­ны \(\lambda_{0}\) (см. ри­су­нок 1). Если ис­точ­ник све­та на­чи­на­ет дви­гать­ся со ско­ро­стью \(v\), то дли­на вол­ны ме­ня­ет­ся. Для на­блю­да­те­ля \(A\), к ко­то­ро­му ис­точ­ник све­та при­бли­жа­ет­ся, дли­на све­то­вой вол­ны умень­ша­ет­ся. Для на­блю­да­те­ля \(B\), от ко­то­ро­го ис­точ­ник све­та уда­ля­ет­ся, дли­на све­то­вой вол­ны уве­ли­чи­ва­ет­ся (см. ри­су­нок 2). Так как в ви­ди­мой ча­сти элек­тро­маг­нит­но­го из­лу­че­ния наи­мень­шим дли­нам волн со­от­вет­ству­ет фи­о­ле­то­вый свет, а наи­боль­шим – крас­ный, то го­во­рят, что для при­бли­жа­ю­ще­го­ся ис­точ­ни­ка све­та на­блю­да­ет­ся сме­ще­ние дли­ны вол­ны в фи­о­ле­то­вую сто­ро­ну спек­тра, а для уда­ля­ю­ще­го­ся ис­точ­ни­ка све­та – в крас­ную сто­ро­ну спек­тра.

Ри­су­нок 1

Ри­су­нок 2

Эф­фект До­пле­ра нашёл ши­ро­кое при­ме­не­ние, в част­но­сти в астро­но­мии, для опре­де­ле­ния ско­ро­стей ис­точ­ни­ков из­лу­че­ния.

Эф­фект До­пле­ра спра­вед­лив и для зву­ко­вых волн. Из­ме­ня­ет­ся ли, и если из­ме­ня­ет­ся, то как, вы­со­та тона зву­ко­во­го сиг­на­ла по­ез­да при его уда­ле­нии от на­блю­да­те­ля? От­вет по­яс­ни­те.

Зим­ний во­до­про­вод на даче

Та­кое свой­ство грун­та, как его про­мер­за­ние, – важ­ный фак­тор, ко­то­рый сле­ду­ет учи­ты­вать при воз­ве­де­нии но­во­го жи­ло­го или про­мыш­лен­но­го зда­ния. Ско­рость и глу­би­на про­мер­за­ния грун­та за­ви­сят от мно­гих со­став­ля­ю­щих: от са­мо­го типа грун­та (см. та­бли­цу); его влаж­но­сти; зна­че­ний от­ри­ца­тель­ных тем­пе­ра­тур; на­ли­чия сне­го­во­го по­кро­ва и др.

Нор­ма­тив­ная глу­би­на про­мер­за­ния поч­вы в не­ко­то­рых го­ро­дах Рос­сии

Для функ­ци­о­ни­ро­ва­ния во­до­про­во­да в зим­нее вре­мя тру­бы укла­ды­ва­ют в грунт ниже уров­ня про­мер­за­ния зем­ли. Тру­бы, как пра­ви­ло, утеп­ля­ют под­стил­кой из пес­ка или по­ли­про­пи­ле­но­вы­ми чех­ла­ми. Од­на­ко все­гда су­ще­ству­ет уча­сток во­до­про­во­да, под­во­дя­щий воду не­по­сред­ствен­но в дом и ну­жда­ю­щий­ся в до­пол­ни­тель­ной за­щи­те от про­мер­за­ния. Одно из ре­ше­ний в этом слу­чае – ис­поль­зо­ва­ние на этом участ­ке во­до­про­во­да спе­ци­аль­но­го ка­бе­ля, ко­то­рый по­ме­ща­ет­ся в тру­бу и по­до­гре­ва­ет на этом участ­ке воду. За­ви­сит ли, и если за­ви­сит, то как, глу­би­на про­мер­за­ния поч­вы от вы­со­ты снеж­но­го по­кро­ва при про­чих рав­ных усло­ви­ях? От­вет по­яс­ни­те.

Пар­ни­ко­вый эф­фект

Эф­фект «пар­ни­ка» из­ве­стен всем, имев­шим дело с этим не­за­мыс­ло­ва­тым ого­род­ным со­ору­же­ни­ем. В ат­мо­сфе­ре он вы­гля­дит так. Часть из­лу­че­ния Солн­ца, не от­ра­зив­ша­я­ся от об­ла­ков, про­хо­дит че­рез ат­мо­сфе­ру, иг­ра­ю­щую роль стек­ла или плён­ки, и на­гре­ва­ет зем­ную по­верх­ность. На­гре­тая по­верх­ность осты­ва­ет, ис­пус­кая теп­ло­вое из­лу­че­ние, но это уже дру­гое из­лу­че­ние – ин­фра­крас­ное. Сред­няя дли­на вол­ны та­ко­го из­лу­че­ния зна­чи­тель­но боль­ше, чем при­хо­дя­ще­го от Солн­ца, и по­то­му ат­мо­сфе­ра, по­чти про­зрач­ная для ви­ди­мо­го све­та, про­пус­ка­ет ин­фра­крас­ное из­лу­че­ние зна­чи­тель­но хуже.

Пары воды по­гло­ща­ют око­ло \(62\%\) ин­фра­крас­но­го из­лу­че­ния, что спо­соб­ству­ет на­гре­ву ниж­них слоёв ат­мо­сфе­ры. За во­дя­ным па­ром в спис­ке пар­ни­ко­вых га­зов сле­ду­ет уг­ле­кис­лый газ (\(\mathrm{CO}_{2}\)), по­гло­ща­ю­щий в про­зрач­ном воз­ду­хе \(22\%\) ин­фра­крас­но­го из­лу­че­ния Зем­ли.

Ат­мо­сфе­ра по­гло­ща­ет вос­хо­дя­щий от по­верх­но­сти пла­не­ты по­ток длин­но­вол­но­во­го из­лу­че­ния, на­гре­ва­ет­ся и, в свою оче­редь, на­гре­ва­ет по­верх­ность Зем­ли. Мак­си­мум в спек­тре из­лу­че­ния Солн­ца при­хо­дит­ся на дли­ну вол­ны око­ло \(550\,\text{нм}\). Мак­си­мум в спек­тре из­лу­че­ния Зем­ли при­хо­дит­ся на дли­ну вол­ны при­мер­но \(10\,\text{мкм}\). Роль пар­ни­ко­во­го эф­фек­та ил­лю­стри­ру­ет ри­су­нок.

Ри­су­нок а. Кри­вая 1 – рас­чёт­ный спектр из­лу­че­ния Солн­ца (с тем­пе­ра­ту­рой фо­то­сфе­ры \(6000 ^{\circ}\mathrm{C}\)); кри­вая 2 – рас­чёт­ный спектр из­лу­че­ния Зем­ли (с тем­пе­ра­ту­рой по­верх­но­сти \(25 ^{\circ}\mathrm{C}\)).

Ри­су­нок б. По­гло­ще­ние (в про­цент­ном от­но­ше­нии) зем­ной ат­мо­сфе­рой из­лу­че­ния на раз­ных дли­нах волн

На участ­ке спек­тра от \(10\) до \(20\,\text{мкм}\) на­хо­дят­ся по­ло­сы по­гло­ще­ния мо­ле­кул \(\mathrm{CO}_{2}\), \(\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}\), \(\mathrm{O}_{3}\), \(\mathrm{CH}_{4}\). Эти газы и по­гло­ща­ют из­лу­че­ние, при­хо­дя­щее с по­верх­но­сти Зем­ли.

Зна­чи­тель­ная часть энер­гии Солн­ца из­лу­ча­ет­ся в ин­фра­крас­ном диа­па­зо­не. Услов­но раз­ли­ча­ют три со­став­ля­ю­щие диа­па­зо­на ин­фра­крас­но­го из­лу­че­ния: ко­рот­ко­вол­но­вая об­ласть (\(0{,}80\)–\(2{,}5\,\text{мкм}\)), сред­не­вол­но­вая об­ласть (\(2{,}5\)–\(50\,\text{мкм}\)) и длин­но­вол­но­вая (\(50\)–\(100\,\text{мкм}\)). Для ка­кой(-их) об­ла­сти(-ей) сол­неч­но­го ин­фра­крас­но­го из­лу­че­ния зем­ная ат­мо­сфе­ра не­про­зрач­на? От­вет по­яс­ни­те.

Трой­ная точ­ка

Мож­но со­здать усло­вия, при ко­то­рых пар, жид­кость и твёр­дое со­сто­я­ние од­но­го ве­ще­ства по­пар­но со­су­ще­ству­ют, на­хо­дясь в рав­но­ве­сии. Мо­гут ли на­хо­дить­ся в рав­но­ве­сии сра­зу все три агре­гат­ных со­сто­я­ния? Та­кая точ­ка на диа­грам­ме «дав­ле­ние – тем­пе­ра­ту­ра» (см. ри­су­нок 1) су­ще­ству­ет. Её на­зы­ва­ют трой­ной точ­кой.

Если по­ме­стить в за­кры­тый со­суд, в ко­то­ром со­здан ва­ку­ум и под­дер­жи­ва­ет­ся тем­пе­ра­ту­ра \(0 ^{\circ}\mathrm{C}\), воду с пла­ва­ю­щим льдом, то в сво­бод­ное про­стран­ство на­чнут по­сту­пать во­дя­ные (и «ле­дя­ные») пары.

Ри­су­нок 1

При дав­ле­нии \(4{,}6\,\text{мм}\) рт. ст. на­сту­пит со­сто­я­ние ди­на­ми­че­ско­го рав­но­ве­сия, ко­гда ко­ли­че­ство ис­па­рив­ших­ся воды и льда рав­но ко­ли­че­ству скон­ден­си­ро­вав­ше­го­ся за это же вре­мя пара. Те­перь три фазы – лёд, вода и пар – бу­дут в со­сто­я­нии рав­но­ве­сия. Эта точ­ка и есть трой­ная.

Кри­вые на ри­сун­ке – это ли­нии тер­мо­ди­на­ми­че­ско­го (теп­ло­во­го) рав­но­ве­сия меж­ду льдом и па­ром (кри­вая «в»), льдом и во­дой (кри­вая «а»), во­дой и па­ром (кри­вая «б»). Три кри­вые пе­ре­се­ка­ют­ся в трой­ной точ­ке и де­лят диа­грам­му на три об­ла­сти: «лёд», «вода» и «во­дя­ной пар».

Диа­грам­ма су­ще­ство­ва­ния фаз поз­во­ля­ет сра­зу же от­ве­тить на во­прос, что про­изой­дёт с ве­ще­ством при на­гре­ва­нии или сжа­тии.

Мож­но ли лёд, на­хо­дя­щий­ся в со­сто­я­нии, со­от­вет­ству­ю­щем точ­ке А на диа­грам­ме, пе­ре­ве­сти в пар, ми­нуя жид­кое со­сто­я­ние? От­вет по­яс­ни­те.

Фло­та­ция

Чи­стая руда по­чти ни­ко­гда не встре­ча­ет­ся в при­ро­де. Как пра­ви­ло, по­лез­ное ис­ко­па­е­мое пе­ре­ме­ша­но с «пу­стой», не­нуж­ной гор­ной по­ро­дой. Про­цесс от­де­ле­ния пу­стой по­ро­ды от по­лез­но­го ис­ко­па­е­мо­го на­зы­ва­ют обо­га­ще­ни­ем руды.

Для обо­га­ще­ния руды мож­но ис­поль­зо­вать яв­ле­ние сма­чи­ва­ния (см. ри­су­нок 1).

Ри­су­нок 1

Спо­соб обо­га­ще­ния руды, осно­ван­ный на яв­ле­нии сма­чи­ва­ния, на­зы­ва­ет­ся фло­та­ци­ей. Сущ­ность фло­та­ции со­сто­ит в сле­ду­ю­щем. Раз­дроб­лен­ная в мел­кий по­ро­шок руда взбал­ты­ва­ет­ся в воде. Туда же до­бав­ля­ет­ся не­боль­шое ко­ли­че­ство ве­ще­ства, об­ла­да­ю­ще­го спо­соб­но­стью сма­чи­вать одну из под­ле­жа­щих раз­де­ле­нию ча­стей, на­при­мер кру­пи­цы по­лез­но­го ис­ко­па­е­мо­го, и не сма­чи­вать дру­гую часть – кру­пи­цы пу­стой по­ро­ды. Обыч­но при­ме­ня­ют какое-нибудь мас­ло. В ре­зуль­та­те пе­ре­ме­ши­ва­ния кру­пи­цы по­лез­но­го ис­ко­па­е­мо­го об­во­ла­ки­ва­ют­ся тон­кой плён­кой мас­ла, а кру­пи­цы пу­стой по­ро­ды оста­ют­ся сво­бод­ны­ми. В по­лу­чив­шу­ю­ся смесь очень мел­ки­ми пор­ци­я­ми вду­ва­ют воз­дух. Пу­зырь­ки воз­ду­ха, при­шед­шие в со­при­кос­но­ве­ние с кру­пи­цей по­лез­ной по­ро­ды, по­кры­той сло­ем мас­ла и по­то­му не сма­чи­ва­е­мой во­дой, при­ли­па­ют к ней.

Кру­пи­цы по­лез­ной руды с пу­зырь­ка­ми воз­ду­ха под­ни­ма­ют­ся вверх, а кру­пи­цы пу­стой по­ро­ды опус­ка­ют­ся вниз. Та­ким об­ра­зом про­ис­хо­дит бо­лее или ме­нее пол­ное от­де­ле­ние пу­стой по­ро­ды, и по­лу­ча­ет­ся кон­цен­трат, бо­га­тый по­лез­ной ру­дой.

Мож­но ли, ис­поль­зуя фло­та­цию, сде­лать так, что­бы пу­стая по­ро­да всплы­ва­ла вверх, а кру­пи­цы руды осе­да­ли на дно? От­вет по­яс­ни­те.

Здо­ро­вье че­ло­ве­ка и за­гряз­не­ние окру­жа­ю­щей сре­ды

Огром­ное ко­ли­че­ство за­гряз­ня­ю­щих ве­ществ по­па­да­ет в окру­жа­ю­щую сре­ду в ре­зуль­та­те тех­но­ген­ных ава­рий и сбо­ев в си­сте­мах тех­ни­че­ско­го обес­пе­че­ния. Сот­ни ты­сяч ав­то­мо­би­лей, кур­си­ру­ю­щих в боль­ших го­ро­дах, вы­бра­сы­ва­ют в воз­дух тон­ны уг­ле­во­до­ро­дов и дру­гих ве­ществ, ко­то­рые раз­ла­га­ют­ся под дей­стви­ем уль­тра­фи­о­ле­то­вых лу­чей и об­ра­зу­ют ядо­ви­тые ту­ма­ны.

От­дель­ная про­бле­ма – за­гряз­не­ние по­верх­ност­ных и под­зем­ных ис­точ­ни­ков воды. В про­мыш­лен­но раз­ви­тых стра­нах наи­бо­лее ча­сто в воде ре­ги­стри­ру­ет­ся по­вы­шен­ное со­дер­жа­ние же­ле­за, фто­ра, мар­ган­ца, хло­ри­дов и др. Смыв с сель­ско­хо­зяй­ствен­ных по­лей азот­ных удо­бре­ний зна­чи­тель­но по­вы­ша­ет со­дер­жа­ние в воде от­но­си­тель­но без­вред­ных нит­ра­тов, ко­то­рые, од­на­ко, мо­гут пре­вра­щать­ся в опас­ные нит­ри­ты. По­пав в кровь, нит­ри­ты со­еди­ня­ют­ся с ге­мо­гло­би­ном и рез­ко умень­ша­ют спо­соб­ность кро­ви вы­пол­нять свою глав­ную функ­цию.

Опас­ные для здо­ро­вья ве­ще­ства с грун­то­вы­ми во­да­ми мо­гут по­па­дать в мест­ные ис­точ­ни­ки пи­тье­во­го во­до­снаб­же­ния. Опа­сен так­же пе­ре­ход за­гряз­ня­ю­щих ве­ществ из поч­вы в про­дук­ты пи­та­ния. Ин­тен­сив­ное ис­поль­зо­ва­ние ядо­хи­ми­ка­тов в сель­ском хо­зяй­стве при­во­дит к на­коп­ле­нию пе­сти­ци­дов в поч­вах. В та­ких рай­о­нах чаще, чем в дру­гих, ро­жда­ют­ся дети, стра­да­ю­щие тяжёлы­ми за­бо­ле­ва­ни­я­ми, выше за­бо­ле­ва­е­мость сре­ди на­се­ле­ния.

На ри­сун­ке пред­став­ле­ны экс­пе­ри­мен­таль­ные дан­ные о вы­бро­сах ок­си­да уг­ле­ро­да и смерт­но­сти от бо­лез­ней серд­ца и ор­га­нов ды­ха­ния в те­че­ние не­сколь­ких лет для од­но­го из ре­гио­нов. Ка­кой вы­вод мож­но сде­лать из пред­став­лен­ных дан­ных? От­вет по­яс­ни­те.

Мол­ния

Ат­мо­сфер­ное элек­три­че­ство об­ра­зу­ет­ся и кон­цен­три­ру­ет­ся в об­ла­ках – об­ра­зо­ва­ни­ях из мел­ких ча­стиц воды, на­хо­дя­щей­ся в жид­ком или твёр­дом со­сто­я­нии. Су­хой снег пред­став­ля­ет со­бой ти­пич­ное сы­пу­чее тело: при тре­нии сне­жи­нок друг о дру­га и их уда­рах о зем­лю снег дол­жен элек­три­зо­вать­ся. При низ­ких тем­пе­ра­ту­рах во вре­мя силь­ных сне­го­па­дов и ме­те­лей элек­три­за­ция сне­га на­столь­ко ве­ли­ка, что про­ис­хо­дят зим­ние гро­зы, на­блю­да­ет­ся све­че­ние остро­ко­неч­ных пред­ме­тов, об­ра­зу­ют­ся ша­ро­вые мол­нии.

При дроб­ле­нии во­дя­ных ка­пель и кри­стал­лов льда из-за столк­но­ве­ний их с иона­ми ат­мо­сфер­но­го воз­ду­ха круп­ные кап­ли и кри­стал­лы при­об­ре­та­ют из­бы­точ­ный от­ри­ца­тель­ный за­ряд, а мел­кие – по­ло­жи­тель­ный. Вос­хо­дя­щие по­то­ки воз­ду­ха в гро­зо­вом об­ла­ке под­ни­ма­ют мел­кие кап­ли и кри­стал­лы к вер­ши­не об­ла­ка; круп­ные кап­ли и кри­стал­лы па­да­ют к его осно­ва­нию.

За­ря­жен­ные об­ла­ка на­во­дят на зем­ной по­верх­но­сти под со­бой про­ти­во­по­лож­ный по зна­ку за­ряд. Вну­три об­ла­ка и меж­ду об­ла­ком и Зем­лёй со­здаёт­ся силь­ное элек­три­че­ское поле, ко­то­рое спо­соб­ству­ет иони­за­ции воз­ду­ха и воз­ник­но­ве­нию ис­кро­во­го раз­ря­да. Сила тока раз­ря­да со­став­ля­ет \(20\,\text{кА}\) и бо­лее, тем­пе­ра­ту­ра в ка­на­ле ис­кро­во­го раз­ря­да мо­жет до­сти­гать \(10 000 ^{\circ}\mathrm{C}\). Раз­ряд пре­кра­ща­ет­ся, ко­гда бóльшая часть из­бы­точ­ных элек­три­че­ских раз­ря­дов ней­тра­ли­зу­ет­ся элек­три­че­ским то­ком, про­те­ка­ю­щим по плаз­мен­но­му ка­на­лу мол­нии.

Мол­нии мо­гут про­хо­дить в са­мих об­ла­ках (вну­три­об­лач­ные мол­нии), а мо­гут уда­рять в зем­лю (на­зем­ные мол­нии). В слу­чае ме­ха­низ­ма элек­три­за­ции, опи­сан­но­го в тек­сте, как на­прав­лен (свер­ху вниз или сни­зу вверх) элек­три­че­ский ток раз­ря­да вну­три­об­лач­ной мол­нии? От­вет по­яс­ни­те.

Аморф­ные и кри­стал­ли­че­ские тела

По сво­им фи­зи­че­ским свой­ствам и мо­ле­ку­ляр­ной струк­ту­ре твёр­дые тела раз­де­ля­ют­ся на два клас­са – аморф­ные и кри­стал­ли­че­ские.

В кри­стал­ли­че­ских те­лах ча­сти­цы рас­по­ла­га­ют­ся в стро­гом по­ряд­ке, об­ра­зуя про­стран­ствен­ные пе­ри­о­ди­че­ски по­вто­ря­ю­щи­е­ся струк­ту­ры во всем объ­ёме тела (ри­су­нок 1).

Ри­су­нок 1

Фи­зи­че­ские свой­ства кри­стал­ли­че­ских тел не­оди­на­ко­вы в раз­лич­ных на­прав­ле­ни­ях (это свой­ство кри­стал­лов на­зы­ва­ет­ся ани­зо­троп­но­стью), но сов­па­да­ют, если на­прав­ле­ния па­рал­лель­ны. Ани­зо­тро­пия ме­ха­ни­че­ских, теп­ло­вых, элек­три­че­ских и оп­ти­че­ских свойств кри­стал­лов объ­яс­ня­ет­ся тем, что при упо­ря­до­чен­ном рас­по­ло­же­нии ато­мов, мо­ле­кул или ионов силы вза­и­мо­дей­ствия меж­ду ними и меж­атом­ные рас­сто­я­ния ока­зы­ва­ют­ся не­оди­на­ко­вы­ми по раз­лич­ным на­прав­ле­ни­ям.

Ха­рак­тер­ная осо­бен­ность аморф­ных тел – их изо­троп­ность, т.е. не­за­ви­си­мость всех фи­зи­че­ских свойств от на­прав­ле­ния. Мо­ле­ку­лы и ато­мы в изо­троп­ных твёр­дых те­лах рас­по­ла­га­ют­ся ха­о­тич­но (см. ри­су­нок 2).

Ри­су­нок 2

По сво­ей струк­ту­ре аморф­ные тела очень близ­ки к жид­ко­стям. При­ме­ра­ми аморф­ных тел мо­гут слу­жить стек­ло, раз­лич­ные за­твер­дев­шие смо­лы (ян­тарь), пла­сти­ки и т.д. У аморф­ных тел нет опре­делён­ной тем­пе­ра­ту­ры плав­ле­ния. Если аморф­ное тело на­гре­вать, то оно по­сте­пен­но раз­мяг­ча­ет­ся, и пе­ре­ход в жид­кое со­сто­я­ние за­ни­ма­ет зна­чи­тель­ный ин­тер­вал тем­пе­ра­тур.

На ри­сун­ке пред­став­ле­ны про­цес­сы на­гре­ва­ния с пе­ре­хо­дом в жид­кое со­сто­я­ние для че­тырёх ве­ществ, пер­во­на­чаль­но на­хо­див­ших­ся в твёр­дом со­сто­я­нии.

Ка­кой гра­фик со­от­вет­ству­ет аморф­но­му ве­ще­ству? От­вет по­яс­ни­те.