Инженерная эвристика - Нурали Латыпов

№ 39

Падая на руку, жидкий азот интенсивно испаряется от её тепла, ещё не достигнув кожи. Между поверхностью тела и льющимся каплями азота возникает газовая «подушка» с низкой теплопроводностью. Эта подушка и предохраняет кожу от прямого соприкосновения с каплями и собственно ожога (Капица, 1998, № 76).

№ 40

Охлаждая воду, мы как бы «провоцируем» её изменить фазовое состояние, что, в свою очередь, приводит к совершению работы за счёт уменьшения внутренней энергии. То есть источником, за счёт которого совершается работа, является внутренняя энергия воды.

№ 41

Охлаждать кастрюлю надо, и чем скорее – тем лучше. Тем быстрее будут сжиматься нагар и металл. Между нагаром и металлом завязываются силы межмолекулярного притяжения. Так что внешние силы необходимы, превышающие их по величине. Поливать же водой лучше внешнюю часть кастрюли – дно, лить холодную воду внутрь тотчас не надо. Металл и слой нагара за счёт разной теплопроводности будут охлаждаться по-разному. Металл лучше проводит тепло, поэтому он станет и охлаждаться и сжиматься быстрее, чем нагар. И тем больший градиент температур возникнет между пригоревшим слоем и металлом, если их охлаждать последовательно снаружи (сперва металл, а через него и нагар), а не одновременно – изнутри. При медленном самостоятельном охлаждении на воздухе, конечно, за счёт разных коэффициентов линейного расширения, тоже возникают силы, старающиеся оторвать нагар от металла, но их недостаточно, чтобы преодолеть силы межмолекулярного притяжения (Задачник по физике журнала «Квант», № 627 [110] ).

№ 42

Пар пропускали долго, но теплоизолятор был плохой и сам прогрелся. Если диаметр трубки был 1 см, а слой изолятора 0,5 см, то диаметр трубки со слоем изолятора стал 2 см, то есть площадь поверхности увеличилась в 2 раза. Во столько же раз возросли потери на излучение и конвекцию при неизменной температуре поверхности. Если же температура поверхности и упала, но не слишком сильно, всё равно теплопотери могут возрасти.

№ 43

Энергия от сжатия-растяжения пластинки перейдёт в теплоту. Кислота нагреется чуть больше, чем при растворении прямой пластинки. Из области напряжения (деформации) будут легче «вымываться» частицы, ударяясь о частицы раствора кислоты, они будут разогревать окружающее пространство, инициируя реакцию всё сильнее и сильнее. Также, если намагниченную пластинку растворить в кислоте, магнитная энергия пластинки перейдёт во внутреннюю энергию раствора.

№ 44

При таком соотношении все полосы кажутся равными по ширине. Свойства же восприятия цветовой гаммы человеческим глазом таково, что, будь полосы изначально одной ширины, синее и белое полотнища казались бы шире красного. Но, в конечном счёте, решили пренебречь этим эффектом и из соображений производственной целесообразности изготавливать полосы равной ширины.

№ 45

На объём воды действует сила тяжести и вес того, что сверху, иначе именуемый давлением. При этом снизу тоже будет действовать давление, но чуть больше, чтобы компенсировать вес этого объёма. «Вода в воде» весит, и именно этот вес вызывает рост давления с глубиной и давление на дно сосуда.

№ 46

Струя воздуха, удаляя от фитиля свечи пламя, снижает температуру паров стеарина ниже той, при которой стеарин может взаимодействовать с кислородом воздуха.

№ 47

Под подъёмной силой понимается разность Архимедовой силы и силы тяжести, действующей на газ в дирижабле. Архимедова сила вообще не меняется, поскольку определяется объёмом вытесненного воздуха (а он постоянный). Меняется только масса газа и, соответственно, действующая на него сила тяжести.

Для простоты возьмём плотности: воздуха ρвозд = 1,29, водорода ρв = 0,09 и гелия ρг = 0,18 кг/м3; тогда, если V – объём дирижабля, то подъёмная сила водородного дирижабля: Fвозд пропорциональна произведению V(ρвозд – ρв), для гелиевого дирижабля Fг пропорциональна V(ρвозд – ρг). Очевидно, ответом является величина (ρг – ρв)/(ρвозд – ρв) = 0,07, т. е. 7 %.

№ 48

В процессе готовки происходит выкипание жидкости (по сути дела – воды) из готовящихся продуктов, поэтому температура поверхности сковороды ограничивается прежде всего температурой кипения воды, а не масла. Конечно, она несколько выше, ведь сковорода соприкасается с водой не непосредственно и не всей площадью, но при этом эта температура, скорее всего, ниже температуры плавления олова (232 °C).

№ 49

Набегающий поток, попадающий в щели под черепицей, не имеет выхода. Давление резко возрастает, края приподнимаются, соответственно растёт и подъёмная сила… Если же чердачное окно есть, то есть и выход для избыточного давления.

№ 50

Не надо забывать, что результат действия силы на тело, которое сопротивляется этой силе, зависит не только от её величины, но и от времени действия. При беге по тонкому льду время действия силы тяжести очень мало – за это малое время сопротивление льда не преодолевается, лед не успевает проломиться (Капица, 1998, № 17).

№ 51

Очевидно, что в обоих случаях вроде бы производится одинаковая работа. Роль второго кузнеца, ударяющего по куску железа, когда тот лежит, берёт на себя наковальня. При ударах в первом случае железо нагревается и механически расширяется (сплющиваясь в месте удара). Центр тяжести куска железа при каждом ударе приподнимается. Совершается работа против сил тяжести. Во втором случае, когда железо подвешено, центр тяжести при ударах опускается, работы против силы тяжести нет. То есть во втором случае кусок железа за один удар будет нагреваться сильнее. В тепло переходит ещё и потенциальная энергия куска железа(«Квант», 1970, № 11, С. 42).

№ 52

Кофемолку включить в сеть и подвесить в воздухе, держась за провод. Корпус кофемолки будет вращаться в сторону, противоположную вращению ротора двигателя.

№ 53

Количество жидкости, проходящей каждую секунду через поперечное сечение струи, в силу непрерывности потока должно оставаться на протяжении всей струи постоянным. Поскольку скорость воды при падении увеличивается, то чем ниже, тем меньшее сечение должна иметь струя.

№ 54

Удары по магниту нарушают правильное расположение доменов в веществе, и постоянный магнит из любого материала размагнитится. Напротив, постукивание по стальному стержню, расположенному параллельно линиям магнитного поля, даже такого слабого, как земное, способствует выстраиванию доменов вдоль поля, и стержень таким способом можно намагнитить («Квант», 2010, № 3, С. 32–33).

№ 55

Надо увеличивать плотность воды, растворяя в ней соль, до тех пор, пока яйцо не займёт устойчивое положение.

№ 56

За ночь в прохладном воздухе стеклянный сосуд с соляным раствором охлаждается. Жидкость сжимается и становится плотнее. Выталкивающая сила увеличивается. Скорлупа яйца, будучи твёрдым телом, уменьшает свой объём в гораздо меньшей степени, чем жидкость. Раствор соли, потяжелев, выталкивает яйцо на поверхность. В течение дня раствор прогрелся, а к вечеру всё получилось наоборот. У жидкостей тепловое расширение во много раз больше, чем у твёрдых тел (Эльшанский, 2000, С. 21).

№ 57

При опускании полена в лодку, она должна сильнее погрузиться в озеро, вытеснив некий объём воды, пропорционально изменению своей массы. Но уровень воды в самой лодке должен измениться точно также, как если бы вместо полена мы долили в лодку воды той же массы, что и масса полена, и объёмом тем же, что и погружённая часть плавающего дерева. Мысленно уберём полено и заполним пустоту эквивалентным объёмом воды. Уровень воды в лодке не изменится. Такой же объём воды вытесняет лодка из озера, если бросить в неё полено. Уровень воды в лодке будет совпадать с уровнем воды в озере, если пренебречь толщиной стенок судна. А если стенки толстые, будет несколько выше уровня воды в озере.

№ 58

Если пренебречь сжимаемостью воды и материала шара, то глубина погружения не изменится. Если сжимаемость шара велика в сравнении сжимаемостью воды, шар будет погружаться при увеличении внешнего давления (Задачник по физике журнала «Квант», № 714).

№ 59

Чтобы уменьшить потери воды на марше, то есть снизить в дальней перспективе жажду и интенсивность потовыделения. Ионы натрия, содержащиеся в пищевой соли, легче прочих притягивают к себе молекулы воды, образуя вокруг себя толстую гидратную оболочку, препятствующую проходу самого натрия через мембрану клеток.

Потребление соли способствует созданию определённой концентрации ионов натрия в плазме крови, то есть во внеклеточном пространстве, если за клетки принимать эритроциты. Разность же электрохимических потенциалов, возникшая благодаря ионам натрия, является источником энергии для доставки питательных веществ клетке (Терлецкий, 1986).