پاسخ تمارین فیزیک دهم ریاضی صفحه ۸۵

تمرین ۴-۱

تمرین ۴-۲

پاسخ تمارین فیزیک دهم ریاضی ۸۶

این دما حدود ۱۹۶- درجه سانتی‌گراد است و نمونه‌ها در ظروف خاصی به مدت طولانی برای پیوند نگهداری می‌شوند. این دما با استفاده از نیتروژن مایع (یا هیدروژن مایع) تأمین می‌شود و نمونه‌ها در ظروف نیتروژن مایع نگهداری می‌شوند و می‌توانند به مدت ۱۵ سال مورد استفاده قرار گیرند.

پاسخ تمارین فیزیک دهم ریاضی صفحه ۸۷

زمانی که دما افزایش می‌یابد، به دلیل انبساط الکل یا روغن موجود در مخزن میانی و لوله سمت چپ دماسنج، جیوه در لوله سمت راست بالا می‌رود و نشانگر فولادی مربوط به آن را نیز به بالا می‌برد. اگر سطح جیوه در لوله سمت راست کاهش یابد، نشانگر فولادی که به آن فنرهای ریزی متصل است، با جیوه حرکت نمی‌کند و در محل قبلی خود در مقابل دمای بیشینه ثابت می‌ماند.

هنگامی که دما کاهش می‌یابد و الکل منقبض می‌شود، جیوه به سمت بالا از طرف چپ لوله U حرکت می‌کند و نشانگر فولادی دیگر را در همین جهت به بالا می‌برد. اگر سطح جیوه در لوله سمت چپ پایین بیاید،نشانگر فولادی سمت چپ، که به آن فنرهای ریزی متصل است، با آن همراه حرکت نمی‌کند و در محل قبلی خود در برابر دمای کمینه محافظت می‌شود.

با استفاده از آهنربا، این دو نشانگر در پایان مدت زمان مورد نظر به سطح جیوه بازمی‌گردند. در طراحیجدید این نوع دماسنج‌ها، به دلیل سمی بودن جیوه، از مایعات ترکیبی جدید به عنوان جایگزیناستفاده می‌شود. این دماسنج به دماسنج Six نیز شناخته می‌شود و فیلم‌های زیادی از آن در اینترنتموجود است.

پاسخ تمارین فیزیک دهم ریاضی صفحه ۸۸

پرسش ۴-۱

الف) تغییرات دما تأثیری بر جا افتادن صحیح کلید در قفل نخواهد گذاشت. زیرا در این حالت انبساط و انقباض حرارتی هر دو به صورت یکسان است.

ب) به دلیل تفاوت در انبساط حرارتی درب و چارچوب، تغییرات ابعاد آنها یکسان نخواهد بود.

فعالیت ۴-۳

۱. در هر دو شکل، فاصله‌هایی برای انبساط در نظر گرفته شده است تا دو بخش خط آهن در روزهای گرم فضای لازم برای انبساط را داشته باشند. تصاویری از خطوط ریل قدیمی در اینترنت موجود است که به دلیل عدم وجود چنین فاصله‌هایی، خطوط دچار کجی و انحراف شده‌اند.
۲. خطوط ریل جدید به طور پیوسته به هم جوش خورده‌اند و دارای چنین فضاهایی برای انبساط نیستند. این ریل‌ها زمانی درست می‌شوند که دما تقریباً برابر با میانگین دماهای کمینه و بیشینه سالانه در منطقه مورد نظر باشد. با این کار، دامنه تغییرات دما که باعث تغییر طول ریلمی‌شود، کاهش می‌یابد و بنابراین حتی در صورتی که ریل دارای شکاف‌های انبساطی باشد، انبساط آن تا نصف کاهش می‌یابد. به‌علاوه، اگر در انتهای میله‌ای را محکم ببندیم و مانع انبساط و انقباض آن شویم و سپس دما را تغییر دهیم، گیره‌های دو انتهای میله مانع از انبساط و تراکممیله می‌شوند. در ضمن اگر تغییرات دما بسیار زیاد شود، همان‌طور که در قسمت ۱ اشاره شد، احتمالا میله تغییر شکل دهد و حتی بشکند. محاسبات مربوط به این پدیده را می‌توان در مبحث تنش حرارتی در کتاب‌های پیشرفته بررسی کرد.

پاسخ تمارین فیزیک دهم ریاضی صفحه ۹۲

تمرین ۴-۳

فعالیت ۴-۴

با استفاده از معادله (۴_۲) می‌توان تغییرات a و b را محاسبه کرد.  

ضمنا مساحت ورقه پس از افزایش دما به صورت a2b2 است، بنابراین می‌توان نتیجه گرفت:

با توجه به اینکه معمولا مقدار a در حدود ۱۰^-۵ بر درجه سلسیوس است (به جدول ۴_۱ مراجعه کنید) و تغییر دما T معمولاً بیشتر از ۱۰^۲ درجه سلسیوس نیست، می‌توان نتیجه گرفت که عبارت ۲(αΔT) در مقایسه با عبارت ۲αΔT بسیار کوچک است و می‌توان آن را نادیده گرفت. از سوی دیگر، a1b1 همان مساحت اولیه ورقه است که با A1 نمایش داده می‌شود. بدین ترتیب، می‌توان نوشت:

پاسخ تمارین فیزیک دهم ریاضی صفحه ۹۴

تمرین ۴-۴

الف) با استفاده از رابطه (۴_۴) می‌توانیم بنویسیم:

بدیهی است که با افزایش دما، جرم ثابت باقی می‌ماند و در نتیجه چگالی جسم کاهش می‌یابد. اما سوال این است که این تغییر به چه صورت است؟ از رابطه تعریف چگالی می‌توانیم نتیجه‌گیری کنیم:

ب) برای ساده‌تر کردن رابطه فوق، صورت و مخرج آن را در یک مقدار مشخص ضرب می‌کنیم:

با توجه به اینکه مقدار β در حدود ۱۰-۳ است (به جدول ۴_۲ مراجعه کنید)، می‌توانیم از جمله β۲(ΔT)2صرف نظر کنیم و در نتیجه به رابطه زیر می‌رسیم:

فعالیت ۴-۵

این فعالیت به نوعی ادامه‌ دهنده مثال ۴-۴ است. برای این آزمایش، یک ارلن شیشه‌ای را (به همراه یکلوله شیشه‌ای بلند) با گلیسیرین پر می‌کنیم، به طوری که هیچ هوایی در داخل ارلن وجود نداشته باشد و گلیسیرین تا لبه لوله بالا بیاید. سپس یک ظرف شیشه‌ای بزرگ را با آب پر کرده و آن را گرم می‌کنیم. در ادامه، ارلن را به داخل ظرف داغ قرار می‌دهیم. در این شرایط، گلیسیرین از لوله خارج می‌شود. حجم گلیسیرین جاری شده را با استفاده از یک پیمانه مدرج اندازه‌گیری می‌کنیم.

این مطلب را هم بخوانید.
 پاسخ تمام تمرین‌ها و فعالیت‌های فیزیک دهم ریاضی (تمرینات آخر فصل 4)

همچنین باید حجم اولیه گلیسیرین را با روشی مناسب اندازه‌گیری کرده باشیم (توجه داشته باشیدکه این حجم با حجم ذکر شده روی ارلن متفاوت است). علاوه بر این، لازم است دمای اولیه و نهاییگلیسیرین را نیز ثبت کنیم. سپس، همان‌طور که در مثال ۴-۴ اشاره شد، حجم سرریز شده از رابطه زیر محاسبه می‌شود. با داشتن ضریب انبساط حجمی ظرف، می‌توانیم ضریب انبساط حجمیگلیسیرین را نیز تعیین کنیم.

پاسخ تمارین فیزیک دهم ریاضی صفحه ۹۷

الف) در حقیقت، دماسنج‌ها دمایی را که در حالت تعادل با محیط اطراف خود قرار دارند، اندازه‌گیریمی‌کنند. بنابراین، دماسنج دمایی را ثبت می‌کند که در تعادل با محیط است.

ب) دمای بدن یک دانش‌آموز بالاتر از دمای سایر اجسام است. دمای شیشه پنجره‌ای که با هوای سرد بیرون تماس دارد، کمتر از دمای سایر اجسام است. دمای اجسامی مانند میز، صندلی و تخته تقریباً با دمای هوای اتاق برابر است، هرچند ممکن است در هنگام لمس آنها، دماهای متفاوتی را احساس کنیم که این موضوع به کیفیت رسانش گرمایی این اجسام مربوط می‌شود.

پ) با کاهش دمای یک جسم گرم، میانگین انرژی جنبشی ذرات آن کاهش می‌یابد و با افزایش دمای یکجسم سرد، میانگین انرژی جنبشی ذرات آن افزایش پیدا می‌کند. اگر دو جسم از یک نوع باشند، زمانیکه تعادل گرمایی برقرار شده و دماهای آنها برابر شوند، میانگین انرژی جنبشی ذرات هر دو جسم برابر خواهد بود.

پاسخ تمارین فیزیک دهم ریاضی صفحه ۹۹

میزان ذوب پارافین به گرماهای ویژه گوی‌ها وابسته است. اگر به جدول ۴-۳ نگاه کنید، مقادیر گرماهای ویژه سرب، برنج، مس، فولاد و آلومینیوم به ترتیب ۱۲۸، ۳۸۰، ۳۸۶، ۴۵۰ و ۹۰۰ ژول بر کلوگرم کلوین است. بنابراین، میزان ذوب پارافین از کمترین تا بیشترین به همین ترتیب خواهد بود. آزمایش اصلی که توسط جان تیندال انجام شد، با استفاده از وزنه‌های استوانه‌ای انجام شده که شکل آنها به صورت زیر است.

پاسخ تمارین فیزیک دهم ریاضی صفحه ۱۰۱

پاسخ تمارین فیزیک دهم ریاضی صفحه ۱۰۴

هوا حاوی بخار آب است. زمانی که دمای هوا در ابتدا بالای نقطه انجماد آب باشد و سپس هوا خنک شود، پدیده میعان اتفاق می‌افتد و بخار آب به شکل باران، مه یا شبنم تبدیل می‌شود. با سردتر شدن دما، این آب ممکن است به شکل تگرگ یخ بزند. اما اگر در ابتدا دما زیر نقطه انجماد آب باشد، بخار آب به طور مستقیم از حالت گازی به حالت جامد تبدیل می‌شود (که به آن تصعید می‌گویند). در این شرایط، بلورهای یخ معلق در هوا به آرامی و با حفظ تقارن شش وجهی خود رشد کرده و دانه‌های برف را تشکیل می‌دهند (فرایند مشابهی که در یخچال باعث تشکیل برفک می‌شود).

پاسخ تمارین فیزیک دهم ریاضی صفحه ۱۰۵

وجود ناخالصی‌ها، نقطه انجماد را کاهش می‌دهد. برای توضیح این پدیده، به یک قطعه یخ که لایه نازکی از آب روی آن وجود دارد، فکر کنید. در سطح جدایی این دو، تعدادی مولکول آب به یخ متصل می‌شوند و تعدادی دیگر از یخ به آب تبدیل می‌شوند.  وجود تعادل در این دو فرایند باعث می‌شود که مقدار آب و یخ ثابت بماند. حال اگر مقداری نمک روی یخ بپاشیم، مولکول‌های نمک در لایه آب به یون‌های مثبت و منفی تجزیه می‌شوند. مولکول‌های آب به دور این یون‌ها جمع می‌شوند و اصطلاحاً یون‌ها را هیدراته می‌کنند. این هیدراته شدن باعث کاهش تعداد مولکول‌هایی می‌شود که از یخ به آب می‌روند، در حالی که تعداد مولکول‌های آب که از یخ به آب تبدیل می‌شوند، ثابت باقی می‌ماند.  به این ترتیب، تعادل قبلی مختل می‌شود و مقدار یخ کاهش یافته و به لایه آب افزوده می‌شود تا زمانی که دوباره تعادل برقرار گردد. در این فرایند، انرژی مولکول‌ها افزایش می‌یابد، زیرا مولکول‌های آب در حالت مایع انرژی بیشتری نسبت به حالت جامد خود در یخ دارند. این افزایش انرژی مولکول‌ها با جذب گرما از لایه آب تأمین می‌شود و به دنبال آن دمای لایه آب و یخ کاهش می‌یابد. به این ترتیب، می‌گوییم که نقطه انجماد آب به دلیل وجود نمک «کاهش می‌یابد». با افزودن بیشتر نمک روی یخ، مقدار بیشتری از یخ ذوب می‌شود و دما بیشتر کاهش می‌یابد. البته این کاهش دما حدی دارد؛ برای نمک طعام (NaCl) این حد دما ۲۱درجه سانتی‌گراد و برای کلسیم کلراید (CaCl2) این حد ۵۵درجه سانتی‌گراد است. به همین دلیل در جاده‌های یخ زده از کلسیم کلراید استفاده می‌کنند.

پاسخ تمارین فیزیک دهم ریاضی صفحه ۱۰۷

الف) تبخیر سطحی با افزایش دما افزایش می‌یابد. به عبارت دیگر، مولکول‌ها برای فرار از سطح مایعنیاز به انرژی جنبشی دارند تا از کشش سطحی عبور کنند و این انرژی با بالا رفتن دما بیشتر می‌شود. همچنین، کشش سطحی آب با افزایش دما کاهش می‌یابد که این امر نیز به تسهیل فرایند تبخیر کمک می‌کند. در جدول ۴-۵ به وضوح این ارتباط با دما نشان داده شده است. افزایش سطح نیز به تبخیر سطحی کمک می‌کند. زیرا هر چه سطح آزاد بزرگ‌تر باشد، مولکول‌هایبیشتری برای فرار از مایع در دسترس خواهند بود.

ب) دانش‌آموزان می‌توانند سطح آزاد مایع را در معرض باد پنکه یا نسیم (باد طبیعی یا مصنوعی) قرار دهند تا ببینند که آهنگ تبخیر سطحی افزایش پیدا می‌کند. همچنین اگر شرایطی فراهم شود که فشار هوا بر روی سطح مایع کاهش یابد و ظرف در محیطی با خلأ نسبی قرار گیرد، آهنگ تبخیر نیز افزایشخواهد یافت.

این مطلب را هم بخوانید.
بارم بندی فیزیک دوازدهم ریاضی

پ) آبی که از دیواره‌های متخلخل کوزه به بیرون می‌تراود، بخار می‌شود و در این فرایند گرمای لازم (گرماینهان تبخیر) از آب داخل کوزه تأمین می‌گردد. اگر نسیمی بوزد، این فرایند تشدید می‌شود. زیرا در حینتبخیر، مولکول‌های آب از سطح جدا می‌شوند تا به هوای اطراف بپیوندند. برای رهایی این مولکول‌ها از جاذبه مولکول‌های سطح آب، مقداری انرژی صرف می‌شود. بسیاری از این مولکول‌ها ممکن است با برخورد به مولکول‌های هوا دوباره به سطح آب برگردند.

اما اگر هوا در حال حرکت باشد، این مولکول‌های آزاد شده از محل دور شده و نمی‌توانند انرژی خود را برگردانند، موضوعی که در بخش ب نیز به آن اشاره شد. اگر این از دست رفتن انرژی به سرعت انجام شود، دمای آب قبل از آنکه انرژی قابل توجهی از محیط به آن منتقل گردد، کاهش می‌یابد. بنابراین اگر یک کوزه متخلخل در سایه قرار گیرد، وزش نسیم می‌تواند آب داخل آن را با جدا کردن مولکول‌های بخار شده از آب تراوش شده از دیواره کوزه خنک کند. همچنین عرق کردن بدن یا خیساندن لباس و پوشیدن آن و سپس قرار گرفتن در زیر سایه و در محل بادگیر نیز می‌تواند به طور مشابه باعث خنک شدن فرد شود.

پاسخ تمارین فیزیک دهم ریاضی صفحه ۱۰۸

پرسش ۴-۴

این موضوع را می‌توان با استفاده از نیروهای بین مولکولی که در فصل ۳ معرفی شدند، توضیح داد. همان‌طور که مشاهده کردیم، نیروهای چسبندگی بین مولکول‌ها به فاصله میان آن‌ها وابسته هستند. فاصله بین مولکول‌ها در حالت مایع با افزایش دما و کاهش چگالی، افزایش یافته و نیروی چسبندگی بین آن‌ها هم کاهش پیدا می‌کند. این تغییرات منجر به کاهش تفاوت انرژی‌های درونی جسم در حالت‌های مایع و بخار می‌شود. به زبان ساده‌تر، با افزایش دما، مولکول‌ها به راحتی می‌توانند از سطح مایع خارج شوند و این امر نیازمند گرمای کتری است و بالعکس.

فعالیت ۴-۹

اجزای تشکیل‌دهنده یک محلول چند جزئی مانند نفت خام، نقاط جوش متفاوتی دارند، به‌طوری‌که سنگین‌ترین آن‌ها بالاترین نقطه جوش را داراست. زمانی که نفت خام را به‌گونه‌ای حرارت دهیم که به طور ناگهانی تمامی اجزای آن به بخار تبدیل شوند و سپس آن‌ها را سرد کنیم تا به حالت مایع برگردند، می‌توان اجزای مختلف نفت خام را با نقاط جوش متفاوت در یک ستون تقطیر از هم جدا کرد. محصولات سبک‌تر که دارای پایین‌ترین نقطه جوش هستند، از بالای ستون خارج می‌شوند و محصولات سنگین‌تر که بالاترین نقطه جوش را دارند، از پایین ستون بیرون می‌آیند.

پاسخ تمارین فیزیک دهم ریاضی صفحه ۱۰۹

الف) این یک مثال از افزایش نقطه جوش آب با افزایش فشار بر سطح مایع است. در داخل دیگ زودپز، با افزایش بخار آب روی سطح مایع، نقطه جوش افزایش می‌یابد و به همین دلیل، مواد غذایی درون زودپز در دماهای بالاتر و سریع‌تر پخته می‌شوند.

ب) در ارتفاعات، فشار هوا کمتر است و بنابراین نقطه جوش آب نیز پایین‌تر می‌آید. به عنوان مثال، در قله دماوند، نقطه جوش آب تقریبا ۸۰ درجه سانتیگراد و در قله اورست حدود ۷۲ درجه سانتیگراد است. ایندما برای پخت تخم‌مرغ که به ۷۰ درجه سانتیگراد نیاز دارد کافی است، اما زمان پخت را افزایش می‌دهد. معمولا گفته می‌شود که کوهنوردان از نمک استفاده می‌کنند، اما باید بدانید که افزودن ۲۰۰ گرم نمک (تقریباًیک لیوان) به یک لیتر آب، حداکثر ۲ درجه سانتیگراد بر نقطه جوش آب می‌افزاید.

پاسخ تمارین فیزیک دهم ریاضی صفحه ۱۱۰

گرمای مورد نیاز برای تبدیل یخ از -۲۰ درجه سلسیوس به بخار در ۱۰۰ درجه سلسیوس از مجموع گرما در چهار مرحله به دست می‌آید:

گرم کردن یخ از -۲۰ درجه به ۰ درجه سلسیوس
ذوب یخ در ۰ درجه به آب ۰ درجه سلسیوس
گرم کردن آب از ۰ درجه به آب ۱۰۰ درجه سلسیوس
تبخیر آب در ۱۰۰ درجه به بخار ۱۰۰ درجه سلسیوس

پاسخ تمارین فیزیک دهم ریاضی صفحه ۱۱۱

فعالیت ۴-۱۰

به زبان ساده، می‌توان گفت که وقتی مولکول‌های بخار آب با سطح برگ که در صبح دمای کمتری از بخار آب دارد، برخورد می‌کنند، بخار آب به مایع تبدیل می‌شود. اما برای توضیح دقیق‌تر این پدیده، نیاز به معرفی برخی مفاهیم داریم. مقدار بخار آب در هوا معمولاً به صورت رطوبت نسبی نسبت به حد اشباع بیان می‌شود. به عنوان مثال، رطوبت نسبی ۵۰% به این معناست که مقدار بخار آب نصف حد اشباع است.  در یک دوش آب گرم در یک محیط بسته، رطوبت نسبی ممکن است به ۱۰۰% برسد و وقتی بخار آب اضافی به هوا اضافه شود، مقداری از این بخار به قطرات آب تبدیل می‌شود. هر چه دما پایین‌تر باشد، هوا بخار کمتری را می‌تواند در حالت اشباع نگه دارد. در نتیجه باید توجه داشت که حد اشباع در هوای سردتر کمتر است. به همین دلیل میعان بخار آب بیشتر اتفاق می‌افتد. این همان دلیلی است که آینه سرد در حمام باعث چگالش بخار آب به صورت مایع بر روی آن می‌شود. پدیده شبنم صبحگاهی نیز مشابه همین اتفاق است.

فعالیت ۴-۱۱

این موضوع یکی از سؤالاتی است که ذهن دانش‌آموزان را به شدت مشغول می‌کند. زیرا در جایی گفته می‌شود که وقتی به مخلوط آب و یخ حرارت می‌دهیم، دماسنج درون ظرف تغییر دما نشان نمی‌دهد و از طرف دیگر گفته می‌شود که با افزایش دما، انرژی درونی ماده افزایش می‌یابد. اما باید توجه کرد که این دو حالت، امکان‌های متفاوتی برای افزایش انرژی درونی ماده هستند و با هم تناقضی ندارند. افزایش انرژیدرونی لزوماً با افزایش دما همراه نیست. البته بحث‌هایی در مورد مفهوم انرژی درونی نیز وجود دارد. بسیاری از کتاب‌ها انرژی درونی را همراه با انرژی گرمایی توضیح می‌دهند و بیان می‌کنند که انرژیدرونی مجموع انرژی پتانسیل و انرژی گرمایی است. به هر حال، بررسی این موضوع بدون توجه به منحنی‌های انرژی پتانسیل ممکن نیست. این منحنی‌ها می‌توانند نیروهای بین اتمی و مولکولی را توضیح دهند. به دلیل افزایش دما، نقطه تعادل در این منحنی‌ها به سمت راست جابه‌جا می‌شود و به دلیل نامتقارن بودن شکل منحنی انرژی پتانسیل،فاصله بین مولکول‌ها افزایش می‌یابد. همچنین می‌توان گفت که با افزایش دما، عمق چاه پتانسیل که نشان‌دهنده قدرت پیوند مولکولی است، کاهش می‌یابد. در نهایت، با افزایش دما به وضعیتی می‌رسیمکه جدا شدن یک مولکول H2O از سطح یخ ساده‌تر می‌شود. بنابراین، گرما نه تنها برای افزایش دمای یخبلکه برای کاهش قدرت پیوند بین مولکول‌ها مصرف می‌شود. قبل از اینکه گرما صرف جنبش مولکول‌ها شود، باید بتواند یک مولکول را جدا کند. بنابراین اینکه گرما را به طور مطلق معادل انرژی درونی در نظر بگیریم، نادرست است. پس از این مرحله است که گرما به جنبش مولکول‌ها منجر می‌شود.

این مطلب را هم بخوانید.
پاسخ تمام تمرین‌ها و فعالیت‌های فیزیک دهم ریاضی (فصل 3)

پاسخ تمارین فیزیک دهم ریاضی صفحه ۱۱۲

موهای سفید خرس قطبی تنها بخش‌های قابل مشاهده و فروسرخ نور خورشید را مانند یک فیبر نوری به پوست منتقل می‌کنند. این نور پس از تابش‌های مکرر در داخل موها، به پوست جذب می‌شود و به این ترتیب دمای بدن خرس افزایش می‌یابد. اما گرمای به دست آمده در پوست به‌خوبی حفظ می‌شود، زیرا موها توخالی هستند و به‌عنوان لوله‌های توخالی، رسانندگی گرما را به طور ضعیف انجام می‌دهند.

پاسخ تمارین فیزیک دهم ریاضی صفحه ۱۱۳

در پدیده همرفت، بخش‌های گرم مایع به سمت بالا و بخش‌های سرد به سمت پایین حرکت می‌کنند که این امر ناشی از کاهش چگالی مایع به سبب افزایش دما است. بنابراین، هر چه ضریب انبساط حجمی مایعات بیشتر باشد، افزایش حجم ناشی از دمای یکسان بیشتر خواهد بود و کاهش چگالی کمتر می‌شود که این امر باعث می‌شود جریان‌های همرفتی به راحتی شکل بگیرند. همچنین، چسبندگی مایع نیز نقش مهمی در پدیده همرفت ایفا می‌کند؛ هر چه چسبندگی بیشتر باشد، از بروز جریان‌های همرفتی بیشتر جلوگیری می‌شود.

پاسخ تمارین فیزیک دهم ریاضی صفحه ۱۱۴

اگر به دقت نگاه کنید، متوجه می‌شوید که وقتی یک بطری گرم را روی یک بطری سرد قرار می‌دهید، تغییر رنگ قابل توجهی مشاهده نخواهید کرد و تنها در ناحیه تماس دو بطری به دلیل تعامل آب‌ها، تغییر رنگ ناچیزی دیده می‌شود. اما در حالتی که بطری سرد را روی بطری گرم قرار می‌دهیم، به علت پدیده همرفت، آب گرم به سمت بالا و آب سرد به سمت پایین حرکت می‌کنند و در نتیجه، آب‌های دو بطری با هم ترکیب می‌شوند و پس از مدتی هر دو به رنگ سبز تغییر می‌کنند. وضعیت اول می‌تواند به حالت وارونگی هوا تشبیه شود، در حالی که وضعیت دوم مشابه وضعیت طبیعی هوا در روزهای عادی است.

پاسخ تمارین فیزیک دهم ریاضی صفحه ۱۱۶

حرکت پره‌های رادیومتر کروکس اغلب به اشتباه به فشار نور نسبت داده می‌شود، در حالی که تأثیر این فشار به قدری ناچیز است که نمی‌تواند باعث چرخش پره‌ها شود. اگر چرخش پره‌ها ناشی از فشار نور بود، باید در جهت خلاف آنچه که مشاهده می‌شود، اتفاق می‌افتاد. حقیقت این است که نور (از جمله تابش فروسرخ و نور مرئی) در سمت سیاه پره‌ها بیشتر از سمت سفید آن جذب می‌شود. این امر منجر به گرم شدن بیشتر سمت سیاه نسبت به سمت سفید می‌شود و مولکول‌های هوای اطراف را نیز بیشتر گرم می‌کند. به دلیل این اختلاف دما، مولکول‌های هوا در سمت سیاه پره‌ها سریع‌تر از مولکول‌های هوا در سمت سفید حرکت می‌کنند، بنابراین نیروی وارده به سمت سیاه بیشتر از نیروی وارده به سمت سفید است و در نتیجه پره‌ها به سمتی می‌چرخند که نیروهای مولکول‌های هوا تعیین می‌کنند. اگر درون حباب شیشه‌ای به طور کامل تخلیه شده باشد، در شرایط ایده‌آل پره‌ها ممکن است در خلاف اینجهت بچرخند، زیرا در این حالت، نور که به پره‌ها می‌تابد، سمت سفید را بیشتر تحت فشار قرار می‌دهد.

پاسخ تمارین فیزیک دهم ریاضی صفحه ۱۱۸

در مورد پیستون سرنگ، اگر اصطکاک بین پیستون و سیلندر کم باشد، پیستون هیچ اختلاف فشاریرا بین هوای درون سرنگ و آب بیرون سرنگ تحمل نمی‌کند و همواره به گونه‌ای جابه‌جا می‌شود که فشار هوای درون سرنگ با فشار آب بیرون آن برابر باشد. از آنجایی که در این آزمایش فشار آب بیرون سرنگ ثابت است، در یک پیستون کم اصطکاک، با افزایش دما، حجم افزایش می‌یابد تا نسبت (\frac{V}{T})ثابت بماند. بنابراین دما و حجم افزایش می‌یابند و فشار و مقدار هوا ثابت می‌ماند. در واقع، اگر آزمایش را با سرنگی با پیستون کم اصطکاک انجام دهید، ثابت ماندن فشار، افزایش همزمان حجم و دما و ثابت ماندن نسبت را مشاهده خواهید کرد.

پاسخ تمارین فیزیک دهم ریاضی صفحه ۱۲۱

زمانی که هواپیما صعود می‌کند و فشار هوا کاهش می‌یابد، گاز درون ظرف نوشیدنی که فشار بیشتری نسبت به هوای خارج دارد، به دیواره منعطف ظرف فشار وارد می‌کند. در این فرایند، با فرض هم دما بودن، رابطه بین فشار و حجم از فرمول (PV = \text{ثابت}) پیروی می‌کند و با افزایش حجم ظرف، فشار داخل آن کاهش می‌یابد. اگر در این ظرف، هوای محبوس به دلیل انبساط آزاد نشود و شما ظرف نوشیدنی را بیش از حد تکان دهید، با باز کردن ناگهانی در ظرف، محتویات آن به سمت بیرون پرتاب خواهد شد.

 

۰/۵ (۰ نظر)