Качественные задачи по физике в средней школе и не только…

14. Смачивание и капилляры

106. Секреты барной ложки

Чтобы приготовить слоистый коктейль, бармен использует специальную барную ложку – ложку с длинным черенком и витой ручкой. Для чего это делается и на каких физических явлениях основан этот прием?

107. Тряпка тряпке рознь

Винкелю нужно срочно вытереть с лабораторного стола пролившуюся воду. Под рукой у него есть его собственная старая хлопчатобумажная футболка и поношенная синтетическая блузка жены. Какую из двух тряпок лучше выбрать?

108. Песок, глина и вода

После сильных дождей участки песчаной почвы высыхают одними из первых, а глинистая почва долго остается влажной. Почему?

109. Фундаментальные тайны

Часто можно увидеть, что на бетонный или кирпичный фундамент невысоких строений, прежде чем возводить стены, укладывают рубероид – картон, пропитанный и покрытый битумом. Зачем?

V. Импульс, работа, энергия, мощность

15. Импульс. Закон сохранения импульса

110. Топорная работа

Если при первом ударе топор застрял в чурбаке, дальше есть два основных пути довести дело до конца (рис. 14): «прямой» (поднять топор вместе с чурбаком и еще раз ударить по колоде) и «обратный» (поднять топор вместе с чурбаком, перевернуть и ударить по колоде обухом топора).

Рис. 14

Когда имеет смысл пользоваться вторым вариантом?

111. Молотком по ладони

Кирпич, лежащий на ладони, можно ударом молотка раздробить на части – и при этом ладонь почувствует лишь сильный толчок. Такой же удар молотком по раскрытой ладони будет весьма болезненным. В чем причина этой разницы?

112. Спасти Нуллибера!

Во время орбитального полета Нуллибер вышел в открытый космос, чтобы зафиксировать солнечную батарею, и забыл прикрепить страховочный фал. Он отвлекся от работы, чтобы полюбоваться видом земного шара, а спустя минуту обнаружил, что дрейфует с гаечным ключом в руке в 3 метрах от катера. Как ему спастись? (Реактивного ранца в скафандре нет.)

113. Велосипедист-трудяга

Совершает ли велосипедист механическую работу, когда равномерно едет по ровному горизонтальному шоссе? Когда разгоняется? Когда катится с горы?

16. Работа. Закон сохранения энергии

114. Выбираем удобный блок

С помощью какого из вращающихся блоков эффективнее поднимать груз – с помощью маленького или большого (рис. 15)?

Рис. 15

115. Автомобиль на катке

На автомобилях с механической коробкой переключения передач опытные водители советуют на льду трогаться со второй передачи. Почему?

116. Асы бездорожья

Короткий участок бездорожья проще проехать, предварительно разогнавшись и «подгазовывая» в процессе. Длинный – стараясь держать скорость ровной и работая акселератором (педалью газа) очень осторожно. Почему?

117. Долгий полет

Один теннисный мяч сбросили без начальной скорости с высоты 10 км, а другой такой же – с высоты 15 км. Какой из них будет обладать большей кинетической энергией у самой земной поверхности?

118. Три поросенка катаются с горки

Ниф-Ниф, Нуф-Нуф и Наф-Наф участвуют в соревнованиях по катанию с ледяной горки на санках. Правила соревнований оговаривают высоту горки и расстояние между стартом и финишем по прямой, но никак не ограничивают форму склона. Побеждает тот, кто быстрее всех доберется от старта к финишу.

Поросята изготовили себе горки, показанные на рис. 16.

Рис. 16

Кто из них победит в соревнованиях? А чьи санки пересекут финиш с самой большой скоростью?

119. Туда и обратно

Гэндальф запускает Бильбо Бэггинса в тележке с одной и той же скоростью по волнообразной трассе, составленной из одинаковых частей, сначала из точки A, а потом из точки Z (рис. 17). Какой путь Бильбо проедет быстрее: из A в Z или из Z в A? (Считайте, что трение Гэндальф полностью устранил одним из своих волшебных трюков.)

Рис. 17

120. Когда круто – это не круто

Почему чем круче подъем, тем сложнее автомобилю на него въезжать?

121. Квадратные колеса

Почему колеса делают круглыми, а не квадратными?

122. Чем чреваты перегибы

Если кусок металлической проволоки несколько раз быстро перегнуть туда-сюда, место перегиба нагреется. Чем это объясняется? Какая проволока при одинаковой толщине будет нагреваться в этом процессе сильнее: алюминиевая или железная?

123. Предки-пиротехники

В книгах, рассказывающих о жизни первобытных людей, часто можно встретить утверждение, что древний человек умел добывать огонь трением. Действительно ли можно развести огонь, потерев две деревяшки друг о друга?

124. Плата за воздух

Водители хорошо знают, что езда на приспущенных колесах увеличивает расход топлива. Почему так происходит?

VI. Тепловые явления

17. Теплопроводность, конвекция, излучение

125. Холодное или теплое?

Если зимой на детской площадке вы измерите термометром температуру металлических и деревянных частей, термометр покажет одно и то же значение. Однако на ощупь металл холоднее дерева. Почему?

126. Кому в одеяле тепло

Винкель собирается приготовить вкусный мясной ужин, но мясо только что достали из морозильного шкафа, и Винкель волнуется, что оно не успеет вовремя оттаять. Нуллибер предложил завернуть мясо в одеяло, чтобы ускорить процесс. Хорошая ли это идея?

127. Берегите язык!

В раннем детстве вас наверняка предостерегали от попыток лизнуть на морозе металл качелей. Почему это не стоит делать?

128. Чем перемешивать угли?

Железная кочерга и ветка дерева одним концом лежат в костре. Почему ветку дерева можно достать из костра, взяв рукой за второй конец, а для того, чтобы достать кочергу, ладонь нужно защитить (например, рукавицей или тряпкой)?

129. Обжигающий чай

Почему пить горячий чай в походе удобнее из пластиковой кружки, а не из металлической?

130. Кондиционер в кондиции

Почему внутренний блок кондиционера размещают ближе к потолку?

131. Парниковый эффект

Почему в парнике тепло, хотя обогревателей в нем нет?

18. Теплоемкость

132. Пляжный парадокс

При температуре воздуха 20 °C мы легко можем раздеться до трусов и не чувствовать дискомфорта, однако в воду такой же температуры нам заходить очень холодно. Почему?

133. Отопление для холериков и флегматиков

Большая кирпичная печь прогревает остывший дом медленно, но зато потом может держать тепло больше суток. Металлическая печь («буржуйка»), напротив, быстро дает много тепла, но, когда огонь гаснет, в помещении быстро холодает. Чем это объясняется?

134. Искусство поджога

Почему горящей спичкой легко поджечь тонкую щепку, а с поленом это не получается?

135. Где чей чай?

Винкель и Нуллибер в замешательстве смотрели на столик. На столике стояли два совершенно одинаковых стакана с одинаковым количеством чая, а между ними лежала чайная ложка.

– И где теперь чей чай? – спросил Винкель.

– Не знаю, – сокрушенно ответил Нуллибер. – Я отпил из своего стакана, а потом зазвонил телефон, я поставил стакан, чтобы поговорить, но не помню, поставил слева или справа от твоего. Может быть, ты что-то помнишь?

– Нет, – расстроенно сказал Винкель. – Я достал ложечку из стакана, чтобы насыпать сахар, но сработал датчик на центрифуге, я положил ложку на стол, отвернулся и выключил центрифугу, но не помню, где была ложка – справа или слева от моего стакана.

– Погоди-ка! – просиял Нуллибер. – Чай я наливал одновременно. Сейчас в стаканах одинаковое количество чая, но ты из своего стакана вынул ложечку, а я из своего отпил… Мне нужен термометр – и я скажу, где чей чай!

Что придумал Нуллибер?

19. Тепловое расширение

136. Дырка от шайбы

Нуллиберу необходимо надеть металлическую шайбу на стержень, однако отверстие в шайбе оказалось чуть-чуть уже толщины стержня. Винкель предлагает нагреть шайбу, но Нуллибер говорит, что это только усугубит ситуацию: шайба станет толще – и отверстие уменьшится. Кто из них прав?

137. Винкель изобретает

У ртутного термометра, которым мы измеряем температуру тела, трубочка с ртутью утолщается на конце. Винкель решил внести рационализаторское предложение: убрать это утолщение, которое содержит много ртути, – это позволит сэкономить ртуть и удешевить производство градусников. В чем недостаток предложения Винкеля?

138. Шумная крыша

Сидя вечером жаркого летнего дня под скатом металлической крыши, можно услышать, как крыша слегка потрескивает. В чем причина этого звука?

139. Под стук колес

Перестук железнодорожных колес – это не только романтика путешествий, но и шум, дискомфорт, дополнительный износ и затраты энергии. Колеса стучат в тот момент, когда проезжают стык рельсов. Почему бы не сделать рельсы сплошными?

20. Агрегатные состояния вещества

140. Перепутанные графики

Нуллибер принес с улицы большой кусок льда, положил его в кастрюлю и стал нагревать в печи, тепловая мощность которой постоянна (то есть количество тепла, которая отдает эта печь в единицу времени, не меняется с течением времени). Попутно он проводил измерения и строил график, показывающий, как температура содержимого кастрюли зависит от времени. После эксперимента Нуллибер ушел ужинать, а тем временем порыв ветра в лаборатории сдул со стола стопку графиков, так что новый график оказался среди других, похожих на него (рис. 18).

Рис. 18

Помогите Нуллиберу найти среди графиков нужный.

141. Чай по-купечески

Горячий чай иногда пьют из блюдечка. Зачем?

142. Пропавшее молоко

Винкель очень любит теплое молоко, однако его врач строго ограничил дневную норму порцией 200 граммов. Винкель отмерил ровно 200 граммов свежевскипяченного молока на очень точных весах и оставил молоко остывать, а сам занялся домашними делами. Когда двадцать минут спустя он вернулся, чтобы выпить свою дневную порцию теплого молока, очень точные весы показывали меньше, чем 200 граммов. Куда делось молоко?

143. Еще один пляжный парадокс

Когда мы выходим на пляж из воды, мы чувствуем холод, хотя до купания при той же температуре воздуха нам было совершенно комфортно. В ветреную погоду эта разница усугубляется. Чем ее объяснить?

144. Быстрый холод

Возможно, вы замечали, что медицинский спирт, нанесенный на кожу (например, перед уколом), холодит ее гораздо сильнее, чем вода. Однако спирт никто специально не охлаждает перед использованием – он, как и вода, имеет комнатную температуру. Охлаждение происходит за счет испарения жидкости, а теплота парообразования у спирта гораздо меньше, чем у воды, так что и тепла он должен уносить меньше. Почему же опыт показывает противоположное?

145. Баня-убийца?

Температура воздуха в финской парной может быть больше 100 °C. В то же время вы наверняка слышали, что если у больного температура тела превысила 40 °C, это уже представляет опасность для его жизни, а при 42–43 °C начинается разложение белков в организме – это смертельно опасно. Кажется, что эти числа совсем не сходятся друг с другом! Как объяснить эту нестыковку?

146. Сгорим или замерзнем?

Хорошо известно, что метеор в атмосфере очень сильно нагревается и может даже сгореть. С той же проблемой сталкиваются конструкторы космических кораблей: внешняя обшивка корабля в атмосфере нагревается очень сильно, поэтому ее приходится изготавливать из жаропрочных материалов. В то же время, если на скорости выставить в окно автомобиля ладонь, вы почувствуете холод. Однако и в том и в другом случае происходит быстрое движение в воздухе – почему же метеор нагревается, а ладонь охлаждается?

147. Огнестойкий бумажный стаканчик

Можно ли вскипятить воду в бумажном стаканчике на открытом огне?

148. Невидимый пар

Можно ли увидеть водяной пар?

149. Чем наполнены пузыри?

Когда вода бурно кипит, в ее толще образуются пузыри, которые всплывают на поверхность и лопаются. Что находится внутри этих пузырей?

150. Кипение под крышкой

Чтобы вода на плите быстрее вскипела, кастрюлю закрывают крышкой. Дайте этому физическое объяснение.

151. Прачечные тонкости

Почему на улице белье сохнет лучше, чем в закрытом помещении?

152. Еще о прачечных тонкостях

Если белье оставить под дождем, оно, конечно, не высохнет. Но и в помещении в дождливую погоду оно сохнет хуже, чем в сухую. Почему?

153. Душно – это к грозе!

Вы наверняка замечали, что перед грозой часто становится очень душно. Чем это объясняется?

154. И снова о прачечных тонкостях

Имеет ли смысл вывешивать мокрое белье сохнуть на улице в морозную погоду?

155. Бутылка на морозе

Если оставить стеклянную бутылку с водой на морозе, она может лопнуть. Почему это происходит?

156. Водопроводные предосторожности

В дачных домиках воду из водопроводной системы на зиму сливают. Зачем?

157. Беспощадный мороз

Сильный мороз часто называют «трескучим». Чем можно объяснить такую характеристику?

158. Рискует ли официант?

В ресторанах и гостиницах бутылки с напитками часто подают в ведерке со льдом. В задаче 155 уже обсуждалось, что замерзающая вода может разорвать бутылку. Есть ли такой риск в этом случае?

159. Физика на службе криминалистики

Подходя к аптеке, Винкель сунул руку в карман своей зимней куртки за кошельком – и в груди у него похолодело: карман был пуст. Лихорадочно перебирая в уме предыдущие события, он вспомнил, что последний раз видел свой кошелек всего минуту назад в булочной: чтобы упаковать хлеб в пакет, он положил кошелек на прилавок и забыл его там. Винкель развернулся, быстрым шагом дошел до булочной – но кошелька на прилавке не было. Продавец в ответ на вопрос лишь пожал плечами. Припомнив, что вместе с ним в булочной был невысокий человек в синем пальто и очках, Винкель выскочил на улицу и увидел, как приземистая фигура в синем пальто заворачивает за угол. Припустив бегом, Винкель быстро догнал его.

– Извините, пожалуйста, вы не видели мой кошелек?

– Э… Простите, а почему вы решили, что я должен был его видеть?

– Мы вместе с вами были в булочной, я оставил кошелек на прилавке, а теперь его там нет.

Прохожий в синем пальто рассмеялся:

– Вы думаете, я его прикарманил? Нет, конечно нет.

– Но ведь он куда-то делся?..

– Может быть, его взял паренек, который зашел в булочную как раз тогда, когда я оттуда выходил?

– Паренек? Как он выглядел?

– Вы знаете, я толком не разглядел: мои очки на улице сразу запотели от холода… Высокий, выше меня. А больше мне и сказать нечего…

– Спасибо! – расстроенно сказал Винкель и уже сделал было шаг в сторону, но тут его озарило. – Погодите-ка!.. Вы пытаетесь сбить меня с толку. Мой кошелек взяли вы! Верните его.

Что заметил Винкель?

160. Морозный пар

«Открылась дверь – и в клубах морозного пара на пороге появился отец». Морозный пар – образ, который часто встречается в художественной литературе: когда человек заходит в теплое помещение с мороза, его окутывает пар. Объясните это явление с физической точки зрения.

161. Загадочный налет

На внутренней поверхности колбы перегоревшей лампочки накаливания иногда можно увидеть полупрозрачный голубой или серый налет. Что это за налет и как он возникает?

162. Опасный пар

Почему ожог от водяного пара опаснее ожога от кипятка?

163. Трудная жизнь походного повара

В горах приготовление обеда занимает заметно больше времени. Почему?

164. Когда порядок важен

Хозяйки хорошо знают, что можно наливать растительное масло в горячую воду, но не следует наливать воду в горячее растительное масло. Почему?