Задание №3 — ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ

Решение.

Для того чтобы правильно выбрать ответ, проанализируем физические процессы, происходящие с твёрдыми телами (рельсами) при изменении условий окружающей среды в течение года.

1. Физическая суть явления: Практически все вещества (твёрдые тела, жидкости и газы) обладают свойством изменять свои линейные размеры и объём при изменении температуры. Это явление называется тепловым расширением. При нагревании скорость хаотического движения молекул увеличивается, они начинают сильнее отталкиваться друг от друга, что приводит к увеличению среднего расстояния между ними. В результате тело расширяется.

2. Применение к задаче: Железнодорожные рельсы изготавливаются из стали. В течение года температура воздуха существенно меняется (от сильных морозов зимой до жары летом). Летом, под воздействием солнечных лучей и высокой температуры воздуха, стальные рельсы нагреваются и их длина увеличивается. Если не оставить зазоров (промежутков) в стыках, расширяющимся рельсам будет «тесно», они упрутся друг в друга, что приведёт к возникновению огромных сил давления и опасной деформации (искривлению) железнодорожного полотна.

3. Анализ вариантов ответа:
— Вынужденные колебания возникают под действием периодической внешней силы (например, при движении поезда), но они не объясняют изменение длины рельса в зависимости от сезона.
— Изменение влажности воздуха практически не влияет на линейные размеры металлов.
— Неупругие деформации — это необратимые изменения формы, которые являются следствием перенапряжения материала, а не причиной необходимости оставлять зазоры.

Таким образом, необходимость оставлять промежутки обусловлена именно тепловым расширением тел.

Ответ: 2

Источник: ФИПИ