Техника - молодёжи 1933-06, страница 71
Вопросы занимательной физики Смазка, как известно,уменьшает трение. Можете ли вы сказать, во сколько примерно раз? С аэростата, держащегося в воздухе неподвижно, свободно свешивается лестница. По ней снизу вверх стал взбираться человек. Куда при этом подвинется аэростат —вверх или вниз? Вы желаете из движущегося железнодорожного вагона выбросить стеклянную бутылку. В какую сторону нужно ее бросить, чтобы по возможности уменьшить опасность разбить ее при ударе о землю? Сила теплового расширения Тепловое расширение и сжатие совершаются с огромной силой. На уроках физики школьникам показывают знаменитый опыт Тин-даля: железный брусок, сжимаясь при охлаждении, переламывает металлический стержень в палец толщиной. В Париже в начале прошлого столетия помощью сжимающихся при охлаждении железных штанг была выпрямлена покосившаяся каменная стена Музея искусств и ремесл. Под влиянием подобных фактов у многих складывается убеждение, будто ничто не может противостоять силе теплового сжатия или расширения. Такое представление ошибочно. Как ни велики молекулярные силь>, порождающие тепловое расширение, они все же далеко не безграничны. Можно рассчитать например, с какой силой надо сжимать железный стержень в 1 см2 поперечного сечения, чтобы помешать ему удлиниться при нагревании от 0 до 20°. Для этого надо знать две величины: так называемый коэфициент расширения мате-риача (для железа 0,000012) и меру его сопротивления механическому растяжению. Коэфициент расширения показывает, что с повышением температуры на один градус длина железного стержня увеличивается на 0,000012 своей первоначальной величины. О величине же механи ческого растяжения известно, что железный стержень под действием силы в 1 кг на 1 см2 растягивается на 2-миллионную долю своей длины (или на столько же укорачивается при сжатии). Произведем расчет. В нашем случае нужно препятствовать удлинению железного стержня сечением 1 см2 на долю 0,000012 X 20 = 0,00024 его длины (так как мы нагреваем стержень от 0 до 20°). Чтобы укоротить такой стержень на 2-миллионную часть его длины механической силой, требуется, мы знаем, сжимающее усилие в 1 кг. Для укорочения на 0,00024 длины понадобится большое усилие, а именно: . 0,00024: задообО =480 кг, т. е. примерно в полтонны. Значит, если к концам нашего стержня приложить сдавливающие силы в полтонны, то при нагревании на 20° он не удлинится. Наоборот, если растягивать его с такой же силой, то он не укоротится при охлаждении на 20°. Сходным образом выполняется расчет и для ртутного столба. Не приводя здесь выкладок, укажем лишь конечный результат: чтобы помешать ртути расшириться при нагревании на 20°, надо производить на нее давление в 1 200 ат. Это показывает между прочим, что заполнение канала термометра азотом под давлением даже в 100 ат, практикуемое в некоторых Ответы на вопросы случаях, не может оказать на расширение ртутного столбика сколько-нибудь заметное действие. Наименьшее тепловое расширение -г Весьма мало расширяется «о теплоты кварцевое стекло .w в 40 раз меньше, чем железо. Кварцевую колбу, накаленную до 1 000° (кварцевое стекло плавится только при 1 625°), можно смело погружать в ледяную воду, не опасаясь за целость сосуда, — колба не растрескается. Чем объяснить например растрескивание холодного стакана, если мы вольем в него сразу горячую воду? Внутренние стенки стакана от соприкосновения с горячей водой быстро расширятся, в то время как наружные стенки не успели еще расшириться, — в результате стакан дает трещину. Если же материал, из которого сделан стакан, расширяется при нагревании на весьма незначительную величину, то растрескивания не произойдет. Из металлов весьма слабо расширяется от тепла особый сорт стали — так называемый инвар. Есть сорта инвара, которые расширяются вдвое меньше, чем кварцевое стекло, и в 80 раз меньше, чем обыкновенная сталь. Получены и такие сорта инвара, которые в известном температурном промежутке вовсе не расширяются. Это замечательное свойство инвара делает его незаменимым материалом для изготовления 68 |
