СДАМ ГИА: РЕШУ ВПР
Образовательный портал для подготовки к работам
Физика для 7 класса
физика–7
сайты - меню - вход - новости


Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
Задание 9 № 9

В безветренный жаркий день ребята шли по просёлочной дороге. Мимо проехал автомобиль, поднявший над дорогой клубы пыли, которая ещё долго не оседала на землю.

Почему пыль оседала очень медленно?

Какое физическое явление иллюстрирует этот пример?

Решение.

1. Над землей висит сухая пыль, которую не сдувает ветер, так как его нет. Пылинки не слиплись, и каждая в воздухе висит отдельно. Пылинки взаимодействуют не только с Землей, но и с совершающими хаотическое движение молекулами газов, составляющих воздух.

2. Наблюдается броуновское движение.

 

Примечание редакции Решу ВПР.

Этот вопрос и ответ на него взяты нами из образца Всероссийской проверочной работы по физике для 7 класса. Затрудняемся представить реальную ситуацию, когда приведенное авторами объяснение было бы верным. Существенность броуновского движения — то есть влияния случайной силы — по сравнению с остальными силами зависит от размера и материала пылинок. Для придорожной были случайная сила несущественна. Возможно, авторы имели в виду какую-то особую лабораторную нанопыль, но мы такую на дорогах не видели.

Напомним, что оседание пыли изучал ещё в середине 19 века Джордж Габриэль Стокс, сформулировавший позже основы газоочистки. В то время он изучал загрязненность лондонского воздуха пылью, обусловленной каминным отоплением города. Именем Стокса назван закон, по которому можно найти скорость оседания пылинок. С того времени известно, что флуктуации (и случайная сила, которая им соответствует) важны по сравнению с остальными силами, если облако пыли с течением времени расплывается вбок — если пыль диффундирует. Если же расплывание вбок незаметно, и пыль оседает вниз (или улетает вверх), то случайная сила не важна.

Среди причин, влияющих на оседание пыли, прежде всего следует учитывать гидродинамический поток восходящего воздуха, а это явление лежит за пределами приближения броуновского движения.

 

Примечание кафедры статистической физики.

Броуновское уравнение получается так: пишется второй закон Ньютона для одной пылинки, в него дописывается зависящая от времени «случайная сила», параметры которой определяются флуктуациями воздуха. Затем решение уравнения усредняется по функции распределения случайной силы. Получаются макроскопические параметры типа среднеквадратичной скорости диффузии.

При анализе оседания пыли всегда учитывается вязкость. Поэтому для оценки скорости оседания (без учета случайной силы) надо в закон Стокса подставить параметры пылинки, то есть вес пылинки приравнять силе Стокса и выразить скорость падения пылинки. Получатся метры в час. Броуновское движение накладывает на это падение расширение во все стороны пылевого облака. Это расширение характеризуется коэффициентом диффузии, и он мал. В реальных расчётах броуновскую диффузию пыли всегда отбрасывают на фоне турбулентных и конвективных эффектов в атмосфере. С оговоркой: если мы не говорим о таком явлении, как «турбулентная диффузия». Но в школе мы об этом не говорим. И, в любом случае, там другой механизм образования случайной силы.

Кроме того, пыль часто бывает заряжена, это явление часто учитывают при анализе влияния пыли на образование капель. Это важный фактор, оказывающий влияние и в сухом, и во влажном воздухе.

 

О ещё одной задаче из образца ВПР можно прочесть здесь.

А о том, что авторы ВПР думают про питание космонавтов, — здесь.