Под действием момента силы тяжести плоскость вращения гироскопа постепенно поворачивается относительно вертикальной оси, причем тем заметнее, чем меньше скорость вращения относительно горизонтальной оси.
22. Молекулярная физика и термодинамика
22.1. Доска Гальтона
Доска Гальтона представляет собой прибор, с помощью которого можно наглядно продемонстрировать, что несмотря на случайный характер движения отдельных частиц для большого числа одинаковых частиц характерны общие, статистические закономерности.
Устройство прибора показано на рисунке.
Основу прибора составляют два плоских параллельных листа.
Лист, обращенный в сторону аудитории - прозрачный (из оргстекла).
Между листами, перпендикулярно к их поверхностям расположены оди26
.
наковые цилиндрические стержни в порядке, показанном на рисунке. Они образуют 77
строк по горизонтали и 50 рядов по вертикали. Сверху, через специальную воронку, расположенную вдоль вертикальной оси симметрии прибора, можно вводить какие-либо частицы (дробь, крупа и т.д.). Частица ударяется о стержень первой строки и отклоняется либо вправо, либо влево. Потом частица ударяется о стержень второй строки и опять отклоняется либо вправо, либо влево, и так далее, пока не преодолеет все 77 строк.
В нижней части прибора расположены 50
вертикальных резервуаров, улавливающих частицы, прошедшие все 77 горизонтальных строк. Каждая из частиц может попасть в любой из 50 резервуаров. Предсказать заранее траекторию частицы невозможно. Попадание частицы в какой-либо из резервуаров - событие случайное.
Однако, вводя в прибор одну за одной большое число одинаковых частиц, обнаруживаем, что наиболее заполненными оказываются резервуары, расположенные под воронкой. Вправо и влево степень заполнения резервуаров уменьшается.
Повторив опыт несколько раз, можно убедиться, что вид распределения частиц по ячейкам сохраняется, т.е. оно носит закономерный характер.
22.2. Внутреннее трение в газах
Внутреннее трение (вязкость) газов относится к явлениям переноса. При скольжении одного слоя газа относительно другого между ними возникает сила трения. Возникновение этой силы объясняется тем, что при обмене молекулами между слоями происходит перенос импульса, обусловленного направленным движением в слое. Импульс переносится от слоя с большим импульсом к слою с меньшим импульсом перпендикулярно этим слоям.
Наличие внутреннего трения можно продемонстрировать с помощью показанной на рисунке установки.
27
.
Над горизонтальным диском, насаженным на ось центробежной машины с ручным приводом, на гибких нитях подвешен легкий диск. Диаметр диска - 300 мм. Скорость вращения нижнего диска - несколько оборотов в секунду. Расстояние между дисками - несколько миллиметров.
Вращающийся нижний диск сообщает ударяющимися о его поверхность молекулам импульсы в тангенциальных направлениях. Отдельные элементарные объемчики слоя воздуха, граничащего с нижним диском, приходят в движение. В силу симметрии картины, суммарный импульс всего слоя остается равным нулю. Отличным от нуля будет суммарный момент импульса. В слое происходит вихревое движение воздуха.
В результате переноса импульса в вышележащие слои последние также приобретают вихревое движение. Слой воздуха, граничащий с верхним диском, взаимодействует с ним и сообщает диску момент импульса. Возникает момент силы, действующей на верхний диск. Диск поворачивается на некоторый угол, соответствующий условию равновесия момента сил внутреннего трения и момента силы, обусловленного кручением нитей подвеса.
Для того чтобы поворот диска был виден всей аудитории, на него надо нанести метку, хорошо видимую издалека.
22.3. Фазовый переход жидкий кристалл - изотропная жидкость
Фазовые переходы твердое тело - жидкость и жидкость - пар постоянно наблюдаются в повседневной жизни и их рассмотрение не требует специальных лекционных демонстраций. Настоящая лекционная демонстрационная установка позволяет наблюдать фазовый переход жидкий кристалл - изотропная жидкость.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.