Задание №5 — МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ
Греческий учёный Герон, живший в Iв. н.э., написал несколько книг об инженерном деле. В них он описывал самые разные изобретения, в том числе так называемый паровой двигатель Герона. Это был металлический шар с согнутыми трубами, который крутился под воздействием выходящей струи водяного пара (см. рисунок).
Чем объясняется вращение шара?
охлаждение вырывающегося пара
испарение воды
принцип реактивного движения
сгорание топлива
Правильный ответ
3
Пояснение
Решение.
Для того чтобы объяснить вращение шара в устройстве Герона (известном как эолипил), проанализируем происходящие в нём физические процессы:
1. Физическое явление: Внутри котла закипает вода, и образующийся водяной пар под давлением поступает в полый шар. Из шара пар с большой скоростью вырывается наружу через узкие Г-образно согнутые трубки (сопла).
2. Закон сохранения импульса: Согласно третьему закону Ньютона, силы, с которыми взаимодействуют тела, равны по модулю и противоположны по направлению. Когда струя пара выбрасывается из трубки в одну сторону, на саму трубку (и, следовательно, на шар) действует сила отдачи, направленная в противоположную сторону.
3. Реактивное движение: Движение тела, возникающее при отделении от него с некоторой скоростью какой-либо его части, называется реактивным движением. В данном случае «отделяющейся частью» является струя пара. Поскольку трубки направлены тангенциально (по касательной к окружности) и в противоположные стороны, возникающие силы отдачи создают вращающий момент, который заставляет шар быстро вращаться вокруг своей оси.
4. Анализ вариантов:
— Охлаждение пара и испарение воды являются сопутствующими тепловыми процессами, но сами по себе не создают механическую силу для вращения.
— Сгорание топлива лишь обеспечивает приток энергии для кипения воды.
— Именно принцип реактивного движения непосредственно объясняет возникновение механической силы, приводящей шар в движение.
Ответ: 3
Источник: ФИПИ