Физика в литературе

Лётиной Татьяны Александровны

10 класс

Цели: Обобщить знания учащихся о молекулярной физике и основах термодинамики, развивать творческую фантазию, показать значимость физических законов в окружающем мире, через литературные произведения, воспитание уважения к науке.

Реквизит: Карточки с заданиями.

1-й Ведущий. Слова приветствия. Сегодня мы играем в игру.

2-й Ведущий. Физика – необыкновенная наука! Она изучает самые основные, фундаментальные законы окружающего нас мира. Ее законы универсальны. Они объясняют свойства атомов, кристаллов и живых клеток, а также полет ракеты и работу холодильника, телевизора и электронной машины.

1-й Ведущий. Не обойтись без физики и в литературе. Объявляю условия игры: класс делится на три команды, каждая из которых выбирает себе капитана. Учащимся представлены литературные произведения, каждое из которых содержит вопрос по отрывку из произведения. По очереди капитаны выбирают карточку.

Если команда отвечает, то она зарабатывает три балла, в противном случае право ответа принадлежит другой команде, которая за правильный ответ зарабатывает два балла, следующая команда получает один балл.

Задачи:

«В круге первом»

«Щедрый царственный иней опушил столбы зоны... Дмитрий Сологдин ничем не застланными глазами любовался на это чудо».

? Иней - это кристаллы льда в виде длинных иголок. А как образуется иней?

Ответ. Если температура воздуха отрицательная и достигает точки росы (температуры насыщения для водяного пара), водяной пар переходит в твердую фазу, минуя жидкую.

«Такая снеговинка [снежинка.], шестигранная правильная звездочка, упала Нержину на рукав старой фронтовой порыжевшей шинели».

?Почему снежинки имеют правильную форму?

Ответ. Одно из основных свойств кристаллических тел - симметрия.

«Известный на многих шарашках старик, профессор математики Челнов... приложил острие своего карандаша ко многим техническим изобретениям, от прямоточного котла до реактивного двигателя, а в некоторые из них вложил душу».

? Относится ли реактивный двигатель к тепловым машинам?

Ответ. Да, тепловая энергия топлива преобразуется в нем в механическую энергию.

Н.В.Гоголь

«Вечера на хуторе близ Диканьки»

«Окно брякнуло с шумом: стекла, звеня, вылетели вон, и страшная свиная рожа выставилась, поводя очами, как будто спрашивая: "А что вы тут делаете, добрые люди?"»

? Почему стекло разбивается даже при небольшой нагрузке?

Ответ. Стекло относится к хрупким телам, у этих тел отсутствует область пластической деформации, и за ничтожно малой областью упругой деформации следует разрушение.

«-Что за дурни, прости господи, эти немцы! - сказал голова. - Я бы батогом их, собачьих детей! Слыханное дело, чтобы паром можно кипятить!»

? Можно ли водяным паром вскипятить воду?

Ответ. В принципе можно, но не всегда.

«Из закоптевшей трубы столбом валил дым и, поднявшись высоко, так, что посмотреть - шапка валилась, рассыпался горячими угольями по всей степи...»

? Почему в безветрие дым из трубы поднимается вертикально?

Ответ. Так как теплый воздух легче холодного, то он поднимается вверх и расширяется до тех пор, пока не охладится. Такой вид теплопередачи называется конвекцией.

«...разговорились о том, как нужно солить я6локи. Старуха моя начала было говорить, что нужно наперед хорошенько вымыть яблоки, потом намочить в квасу, а потом уже... »

? На каком явлении основано соление яблок? Что нужно сделать, чтобы яблоки просолились быстрее?

Ответ. Это явление называется диффузией. Ионы Na и С1 беспорядочно движутся в воде, сквозь поры проникая в яблоки. Чем выше температура раствора, тем больше скорость движения ионов и, следовательно, тем быстрее они попадут в яблоки.

«Морозило сильнее, чем с утра; но зато так было тихо, что скрип мороза под сапогами слышался за полверсты».

? Почему в морозный день снег скрипит под ногами?

Ответ. Снежинки представляют собой кристаллы; под ногами они ломаются, вследствие этого появляется звук.

Л.Н.Толстой

«Метель»

«Несмотря на то, что было холодно, снег на воротнике таял весьма скоро: заметь низовая все усиливалась, и сверху начинал падать редкий сухой снег».

? Что можно сказать о температуре воздуха воротника и чуть дальше от него?

Ответ. Так как снег на воротнике тает, следовательно, температура воротника положительная. А вдали от него температура отрицательная, поэтому снег сухой.

Б.Г.Распутин

«Живи и помни»

«Дождь глухо, с сытым ворчанием шумел, входя в воду, река казалась серо-стальной и тусклой, а острое размытым и приподнятым, будто низкая туча, грязным пятном. Размыто было и небо, а лучше сказать, его не было вовсе».

? Можно ли по описанию погоды определить влажность воздуха? Чему она равна?

Ответ. Так как идет дождь, то влажность воздуха, особенно в самой туче, близка к 100%.

«Мокрая кофта на лопатках влипла в тело, и это было тоже противно; Настена то и дело поводила спиной, отдирая ее и морщась... »

? Почему кофта «влипла в тело»?

Ответ. Кофта пропитана водой, а т.к. человеческая кожа водой хорошо смачивается, то кофта «прилипает».

«Трава, мягкая, далеко не вызревшая, принимала его (дождь) бесшумно, на деревьях зябко подрагивали листья, над Ангарой висела глухая, как осень, туманная морось».

? Объясните образование тумана. Определите влажность воздуха, принимая температуру воздуха равной 10 °С.

Ответ. Туман - это капельки сконденсировавшихся паров воды, которые образуются при понижении температуры воздуха (а вместе с ним и водяного пара) до температуры, при которой водяной пар становится насыщенным. Влажность воздуха равна 100%.

А.П.Чехов

«Студент»

«По лужам потянулись ледяные иглы, и стало в лесу неуютно, глухо и нелюдимо. Запахло зимой».

? При каком условии на лужах появляется лед? Как называется этот процесс?

Ответ. Для процесса кристаллизации необходимо выполнение двух условий: 1) температура воды должна быть равна температуре плавления (кристаллизации) льда; 2) вода должна постоянно отдавать энергию, т.е. температура воздуха должна быть ниже О °С.

«-Пришли к первосвященнику, - продолжи он. - Иисуса стали допрашивать, о работники тем временем развели среди двора огонь, по-

тому что было холодно, и грелись».

? Расскажите о превращении энергии при горении. Сколько энергии выделится при полном сгорании 2 кг сухих дров?

Ответ. При горении химическая энергия топлива превращается во внутреннюю Энергию, в том числе, воздуха. При сгорании 2 кг дров выделится 20 МДж энергии.

И.С.Тургенев

«Записки охотника»

«Через полчаса явился уездный лекарь, человек небольшого росши, худенький и черноволосый. Он прописал мне обычное потогонное».

? Для чего необходимо потогонное средство?

Ответ. Пот испаряется с поверхности кожи, при этом температура тела понижается.

«Однако приезжаю. Домик маленький, соломой крыт».

? Почему вода не протекала сквозь соломенную крышу?

Ответ. Воде легче скатываться по гладким, несмачивающимся соломинкам вниз, чем просачиваться сквозь плотно прижатые друг к другу соломинки, к тому же разбухшие от дождя.

А.М.Горьктй

«В людях»

«Надо мною звенит хвойный лес, отряхая с зеленых лап капли росы, в тени, под деревьями, на узорных листьях папоротника сверкает серебряной парчой иней утреннего заморозка».

? Объясните образование росы и инея. Могут ли одновременно появляться роса и иней?

Ответ. В воздухе всегда есть водяной пар, который при определенной температуре, называемой точкой росы, становится насыщенным и начинает конденсироваться. Если точка росы положительная, то появится роса, если же отрицательная - то иней.

М.М.Пришвин

«Весна света»

«В Москве уже лет тридцать и больше я наблюдаю чудесное время, названное мною весной света, когда первый воробей запоет по своему в стенной печурке, желоб высунет из себя ледяной язык, и с него закапает и поперек тротуара побежит первый маленький ручей».

? О каких тепловых процессах идет речь в этом отрывке?

Ответ. О плавлении и кристаллизации. Вернее, наоборот: «желоб высунет из себя ледяной язык» - это кристаллизация, «с него закапает» - это плавление.

«До солнца леса оделись инеем, и, когда солнце взошло, некоторые крупные кристаллы инея на деревьях загорелись, и так ярко, что нельзя было отличить от них забытую электрическую лампочку».

? Какими свойствами обладают монокристаллы?

Ответ. Монокристаллы имеют симметрию дальнего порядка, обладают анизотропией.

М.И.Булгаков

«Мастер и матгарита»

«- Свет надо тушить за собой в уборной, вот что я вам скажу, Пелагея Петровна, - говорила та женщина, перед которой была кастрюля с какой-то снедью, от которой валил пар, - а то мы на выселение на вас подадим!»

? Если из кастрюли валит пар, можно ли сказать, что вода в кастрюле закипела? От каких физических параметров зависит скорость испарения жидкости?

Ответ. Испарение воды происходит при любой температуре. То, что мы видим, - не пар, а уже конденсат, туман, который появляется задолго до кипения, в зависимости от рода вещества, его температуры, площади поверхности жидкости, внешнего давления и температуры воздуха.

«Азазелло, который сидел, отвернувшись от подушки, вынул из кармана фрачных брюк черный автоматический пистолет, положил дуло его на плечо и, не поворачиваясь к кровати, выстрелил, вызвав веселый испуг в Маргарите».

? Опишите физические процессы, которые происходят при выстреле. Можно ли пистолет считать тепловым двигателем?

Ответ. При выстреле внутренняя энергия газов превращается в кинетическую энергии пули. Пистолет является тепловым двигателем однократного действия.

«Ливень хлынул неожиданно, и тогда гроза перешла в ураган. В том самом месте, где около полудня, близ мраморной скамьи в саду, беседовали прокуратор и первосвященник, с ударом, похожим на пушечный, как трость, переломлю кипарис. Вместе с водяной пылью и градом на балкон под колонны несло сорванные розы, листья и песок».

? Так Булгаков описывает дождь, ливень, ураган, град. Расскажите об этих природных явлениях с точки зрения физики. Какие тепловые процессы описываются в данном фрагменте?

Ответ. Дождь и ливень - это процессы конденсации воды в атмосфере, а град - процесс кристаллизации.

И.-В.Гете

«Фауст»

«Где феи с эльфами в тумане

Играют в прятки на поляне –

Там, там росой у входа в грот

Я б смыл учености налет!»

? Что можно сказать о влажности воздуха? При какой температуре выпадает роса?

Ответ. Относительная влажность равна 100%. Роса появляется при температуре, когда водяной пар в воздухе становится насыщенным (достигается точка росы).

«Растаял лед, шумят потоки,

Луга зеленеют под лаской тепла.

Зима, размякнув на припеке,

В суровые горы подальше ушла».

? О каком тепловом процессе идет речь в этом отрывке? Почему для таяния льда необходимо тепло?

Ответ. Этот процесс называется плавлением. Для разрыва связей между молекулами требуется энергия.

«Там звали "лилиею" серебро,

"Львом" - золото, а смесь их - связью в браке.

Полученное на огне добро,

"Царицу", мыли в холодильном баке...»

? Где используют сплавы металлов? Какие еще сплавы металлов и других веществ вы знаете?

Ответ. Сплав свинца с оловом - припой - широко используется в радиотехнике, электроникой приборостроении. Легкие, чрезвычайно прочные и жаростойкие (примерно 1500 °С) сплавы на основе титана используются в космонавтике. Дешевые, прочные и легкие сплавы алюминия с магнием и марганцем - дюралюминий - используются в самолетостроении, при возведении высотных зданий и т.п. Наиболее известным сплавом является сталь - сплав железа с углеродом.

«То с юга из пустыни суховей

Нас солнечным ударом стукнет в темя,

То запад целой армией дождей

Повадится нас поливать все время».

? Чем отличаются в этом отрывке воздушные массы с юга и запада?

Ответ. Влажностью воздуха. С юга воздух сухой, его называют суховеем, относительная влажность этого воздуха 10-30, а с запада воздух влажный, его относительная влажность 60-80.

М.Е.Салтыков-Щедрин

«Премудрый пескарь»

«Трепещется на песке что-то красное; серые облака от него вверх бегут; а жарко таково, что он сразу разомлел. И без того без воды тошно, а тут еще поддают...»

? Почему «серые облака» «вверх бегут»?

Ответ. Плотность дыма меньше плотности окружающего воздуха, и под действием силы Архимеда клубы дыма поднимаются вверх.

«...Слышит -"костер", говорят. А на "костре" на этом черное что-то положено, и в нем вода, точно в озере во время бури, ходуном ходит».

? Какое явление наблюдал пескарь в котле? Правильно ли сравнение этого явления с бурей в озере?

Ответ. Премудрый пескарь наблюдал кипение воды в котле. Сравнивать явления кипения жидкости с воздействием ветра на верхние слои жидкости можно только визуально - это совершенно различные процессы.

В.В.Набоков

«Подвиг»

«...Когда, поздно вечером, умирало священное пламя камина, он (Мартын) кочергой скучивал мелкие, еще тлеющие остатки, накладывал сверху щепок, наваливал гору угля, раздувал огонь фукающими мехами или, занавесив пасть очага простым листом «Таймса», утраивал тягу...»

? Для чего необходима тяга?

Ответ. Без притока кислорода процесс горения невозможен. Чтобы обеспечить приток воздуха, Мартын создавал тягу в трубе камина или подавал воздух с помощью мехов.

«...Затем, когда гул и бушевание огня усиливались, на газетном листе появлялось рыжее, темнеющее пятно и вдруг прорывалось, вспыхивал весь лист, тяга мгновений его всасывала, он улетал в трубу...»

? Почему пепел не падал обратно в камин?

Ответ. Горячий воздух поднимается вверх, поэтому и пепел от газетного листа с потоком этого воздуха устремлялся вверх.

«Хороший снежок урожай сбережет».

? Почему?

Ответ. Воздух между снежинками плохо проводит тепло, поэтому снег защищает почву от промерзания.

«Без мороза на земле озеро льдом не покроется».

? При каких условиях на поверхности озера образуется лед?

Ответ. Вода на поверхности озера должна иметь температуру 0°С , а температура воздуха должна быть ниже 0°С.

«Упадешь в воду - сухим не выйдешь».

? Что нужно сделать, чтобы кожа человека не намокала при попадании воды?

Ответ. Вода хорошо смачивает кожу. Чтобы вода скатывалась с нее, необходимо уменьшить смачиваемость кожи, т.е. покрыть ее кремом, жиром.

«Незнайка на луне»

«Вода из бутылки (в невесомости) не выливалась даже в том случае, если бутылку перевертывали вверх дном, но если удавалось вытряхнуть воду из бутылки, то она собиралась в шарики, которые тоже свободно плавали в пространстве... »

? Почему вода собиралась в шарики, а не в кубики, не в параллелепипеды?

Ответ. На поверхности воды действуют поверхностные силы, которые стремятся сделать поверхность жидкости минимальной. Минимальную поверхность при заданном объеме имеет шар.

«Незнайка и Пончик почувствовали, что комбинезоны, которые прежде плотно прилегали к телу, вдруг начали становиться просторнее, словно раздувались. Это объяснялось тем, что давление наружного воздуха исчезло и стенки скафандров стали испытывать лишь давление воздуха изнутри...»

? В какой точке скафандра давление больше: в средней, нижней или у головы коротышки?

одинаково.

«Вытекая под напором из крана, она ударялась о дно кастрюли и выплескивалась наружу. Здесь она собиралась в крупные и мелкие шарики, которые плавали в воздухе и тоже лезли Винтику и Шпунтику в рот, и в нос, и в глаза... »

? Определите поверхностную энергию большого шарика радиусом 10 см и маленького шарика радиусом 1 см.

Ответ. Коэффициент поверхностного натяжения воды  = 0,073 Н/м. Поверхностная энергия W = S = 4R², т.е. для большого шарика это соответствует W  0,01 Дж, для маленького - в 100 раз меньше.