Разделы 
Дополнительно
Задача по физике - 5538
2017-12-02 
Ясным весенним днём в Москве пошёл мелкий дождичек. Постройте примерную (качественную) зависимость концентрации в воздухе тополиного пуха от времени с момента начала дождичка. Объясните предложенное вами решение.
Решение:
Основные причины, по которым пушинка может перестать летать в воздухе:
1) прямое попадание в пушинку капли дождя или брызг, образовавшихся после удара капли о землю;
2) увеличение массы и плотности пушинки из-за возрастающей со временем (после начала дождя) влажности воздуха, из-за чего пушинка может «приземлиться»;
3) движение пушинок вниз в потоке воздуха, увлекаемом каплями дождя, после чего пушинка может прилипнуть к мокрой земле, асфальту или поверхности лужи, или может быть сбита брызгами у поверхности земли;
4) пушинки должны иметь электрический заряд (как всякие мелкие частицы, летающие в воздухе — например пыль, прилипающая по этой причине к экрану телевизора или компьютера). На первый взгляд кажется, что, раз все тополиные пушинки примерно одинаковы и находятся в одинаковых условиях, они должны иметь примерно одинаковый электрический заряд и поэтому отталкиваться друг от друга, что помогает им «висеть» в воздухе.
На самом деле скорее всего всё устроено «хитрее». Например, тоже вроде бы одинаковые капли дождя заряжены по-разному — встречаются как отрицательно (их средний заряд $- 1,3 \cdot 10^{-12} Кл$), так и положительно (средний заряд $+ 1,1 \cdot 10^{-12} Кл$) заряженные капли, причём положительно заряженных капель в среднем в 1 ,5 раза больше, чем отрицательно заряженных. Средний электростатический потенциал таких капель — 40 B, максимальный — около 300 B (напряжение в бытовой электросети, напомним, всего 220 B). Заряд капель «мелкого дождичка» меньше — в среднем $10^{-15} Кл - 10^{-14} Кл$, максимум — $5 \cdot 10^{-13} Кл$.
Распределение зарядов пушинок скорее всего также достаточно сложное. Данных о распределении зарядов в тополином пухе и даже о примерной величине зарядов пушинок нам найти не удалось (видимо, ни физики, ни биофизики, ни биологи всерьёз не интересовались этим вопросом).
Можно предположить, что пушинки похожи на снежинки (средний заряд $10^{-12} Кл - 10^{-11} Кл$, максимальный $5 \cdot 10^{-11} Кл$) . Если такие предположения верны, то основным эффектом наличия дождика будет просто уменьшение электрического сопротивления атмосферы, что, возможно, приведёт к стеканию зарядов и уменьшению устойчивости пуха (концентрации пушинок-снежинок и дождинок примерно одинаковые, а заряд пушинки-снежинки примерно на 3 порядка (в 1 000 раз) больше, чем дождинки, поэтому электростатическое взаимодействие пушинок с дождинками можно не учитывать).
Во время дождя можно заметить интересный парадокс: асфальт уже полностью мокрый (т. е. капли дождя уже перекрыли всю площадь воздуха), а пух всё ещё летает (хотя теоретически все пушинки уже должны быть «сбиты» каплями). Пух летает даже через промежуток времени, в 2-3 раза больший того, когда после начала дождя асфальт полностью намок (поправка на то, что диаметр «кляксы» от капли на асфальте больше диаметра капли в полёте). Дело тут в том, что движение капли дождя в воздухе (к моменту, когда она окажется около земли на высоте, на которой летает тополиный пух) является установившимся, воздушные потоки обтекают каплю, убирая с её пути пушинки. А вот движение брызг у земли установиться не успевает и они «сбивают» пушинки намного эффективнее.
Ясным весенним днём в Москве пошёл мелкий дождичек. Постройте примерную (качественную) зависимость концентрации в воздухе тополиного пуха от времени с момента начала дождичка. Объясните предложенное вами решение.
Решение:
Основные причины, по которым пушинка может перестать летать в воздухе:
1) прямое попадание в пушинку капли дождя или брызг, образовавшихся после удара капли о землю;
2) увеличение массы и плотности пушинки из-за возрастающей со временем (после начала дождя) влажности воздуха, из-за чего пушинка может «приземлиться»;
3) движение пушинок вниз в потоке воздуха, увлекаемом каплями дождя, после чего пушинка может прилипнуть к мокрой земле, асфальту или поверхности лужи, или может быть сбита брызгами у поверхности земли;
4) пушинки должны иметь электрический заряд (как всякие мелкие частицы, летающие в воздухе — например пыль, прилипающая по этой причине к экрану телевизора или компьютера). На первый взгляд кажется, что, раз все тополиные пушинки примерно одинаковы и находятся в одинаковых условиях, они должны иметь примерно одинаковый электрический заряд и поэтому отталкиваться друг от друга, что помогает им «висеть» в воздухе.
На самом деле скорее всего всё устроено «хитрее». Например, тоже вроде бы одинаковые капли дождя заряжены по-разному — встречаются как отрицательно (их средний заряд $- 1,3 \cdot 10^{-12} Кл$), так и положительно (средний заряд $+ 1,1 \cdot 10^{-12} Кл$) заряженные капли, причём положительно заряженных капель в среднем в 1 ,5 раза больше, чем отрицательно заряженных. Средний электростатический потенциал таких капель — 40 B, максимальный — около 300 B (напряжение в бытовой электросети, напомним, всего 220 B). Заряд капель «мелкого дождичка» меньше — в среднем $10^{-15} Кл - 10^{-14} Кл$, максимум — $5 \cdot 10^{-13} Кл$.
Распределение зарядов пушинок скорее всего также достаточно сложное. Данных о распределении зарядов в тополином пухе и даже о примерной величине зарядов пушинок нам найти не удалось (видимо, ни физики, ни биофизики, ни биологи всерьёз не интересовались этим вопросом).
Можно предположить, что пушинки похожи на снежинки (средний заряд $10^{-12} Кл - 10^{-11} Кл$, максимальный $5 \cdot 10^{-11} Кл$) . Если такие предположения верны, то основным эффектом наличия дождика будет просто уменьшение электрического сопротивления атмосферы, что, возможно, приведёт к стеканию зарядов и уменьшению устойчивости пуха (концентрации пушинок-снежинок и дождинок примерно одинаковые, а заряд пушинки-снежинки примерно на 3 порядка (в 1 000 раз) больше, чем дождинки, поэтому электростатическое взаимодействие пушинок с дождинками можно не учитывать).
Во время дождя можно заметить интересный парадокс: асфальт уже полностью мокрый (т. е. капли дождя уже перекрыли всю площадь воздуха), а пух всё ещё летает (хотя теоретически все пушинки уже должны быть «сбиты» каплями). Пух летает даже через промежуток времени, в 2-3 раза больший того, когда после начала дождя асфальт полностью намок (поправка на то, что диаметр «кляксы» от капли на асфальте больше диаметра капли в полёте). Дело тут в том, что движение капли дождя в воздухе (к моменту, когда она окажется около земли на высоте, на которой летает тополиный пух) является установившимся, воздушные потоки обтекают каплю, убирая с её пути пушинки. А вот движение брызг у земли установиться не успевает и они «сбивают» пушинки намного эффективнее.
