Разделы 
Дополнительно
Задача по физике - 6659
2018-03-10 
Один из простейших термоскопов (эти приборы использовались до изобретения термометра) состоял из открытой стеклянной трубки, заполненной водой почти полностью (рис.). В воде находились несколько крошечных грушевидных сосудов с оттянутыми вниз горлышками. Внутри сосудов находились пузырьки воздуха, подобранные таким образом, чтобы при определенной температуре (около $15^{ \circ} С$) сосуды плавали внутри трубки. При более высокой температуре сосуды всплывают на поверхность воды, когда же температура ниже $15^{ \circ} С$, они опускаются на дно.
Если же стеклянная трубка термоскопа заполнена водой полностью и запаяна сверху, то прибор начинает работать наоборот: при нагревании сосуды опускаются, а при охлаждении — всплывают.
Объясните, какие физические явления лежат в основе конструкции описанных выше приборов?
Решение:
При нагревании и воздух, и вода расширяются. Если трубка не запаяна, то этому расширению ничего не препятствует. Понятно, что пузырек воздуха при расширении вытесняет часть воды из каждого сосуда; архимедова сила увеличивается и сосуды всплывают. При охлаждении все происходит наоборот.
Если же трубка запаяна, то общий объем воды и воздуха остается практически неизменным, так как тепловое расширение стекла намного меньше, чем воды. Сжимаемость воды существенно меньше сжимаемости воздуха, поэтому в данном случае при нагревании вода будет расширяться, а пузырьки воздуха—сжиматься. Поэтому при нагревании второго (запаянного) термоскопа сосуды тонут.
Один из простейших термоскопов (эти приборы использовались до изобретения термометра) состоял из открытой стеклянной трубки, заполненной водой почти полностью (рис.). В воде находились несколько крошечных грушевидных сосудов с оттянутыми вниз горлышками. Внутри сосудов находились пузырьки воздуха, подобранные таким образом, чтобы при определенной температуре (около $15^{ \circ} С$) сосуды плавали внутри трубки. При более высокой температуре сосуды всплывают на поверхность воды, когда же температура ниже $15^{ \circ} С$, они опускаются на дно.
Если же стеклянная трубка термоскопа заполнена водой полностью и запаяна сверху, то прибор начинает работать наоборот: при нагревании сосуды опускаются, а при охлаждении — всплывают.
Объясните, какие физические явления лежат в основе конструкции описанных выше приборов?
Решение:
При нагревании и воздух, и вода расширяются. Если трубка не запаяна, то этому расширению ничего не препятствует. Понятно, что пузырек воздуха при расширении вытесняет часть воды из каждого сосуда; архимедова сила увеличивается и сосуды всплывают. При охлаждении все происходит наоборот.
Если же трубка запаяна, то общий объем воды и воздуха остается практически неизменным, так как тепловое расширение стекла намного меньше, чем воды. Сжимаемость воды существенно меньше сжимаемости воздуха, поэтому в данном случае при нагревании вода будет расширяться, а пузырьки воздуха—сжиматься. Поэтому при нагревании второго (запаянного) термоскопа сосуды тонут.
