Номер 13, страница 436 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Примеры заданий для индивидуальной и групповой проектной деятельности - номер 13, страница 436.

Условие.

13. Сконструируйте и постройте модель теплового двигателя.

Решение.

13. Сконструируйте и постройте модель теплового двигателя.

В качестве модели теплового двигателя можно сконструировать простую паровую реактивную турбину из подручных материалов. Принцип ее работы основан на преобразовании тепловой энергии в механическую энергию вращения. Нагретая вода превращается в пар, который, вырываясь под давлением через сопла, заставляет турбину вращаться по третьему закону Ньютона.

Необходимые материалы и инструменты:

• Пустая алюминиевая банка из-под напитка (объемом 0,33 или 0,5 л).
• Прочная проволока или большая канцелярская скрепка для создания оси.
• Подставка (например, деревянный брусок или вторая банка, наполненная чем-то для устойчивости).
• Плоскогубцы.
• Шило, гвоздь или кнопка.
• Источник тепла: свеча, сухое горючее или спиртовка.
• Вода.
• Защитные очки.

Инструкция по сборке:

1. Тщательно вымойте и высушите алюминиевую банку.
2. С помощью шила или гвоздя аккуратно проделайте 2-4 небольших отверстия в боковой стенке банки, ближе к дну. Важно, чтобы отверстия были направлены по касательной к окружности банки, как лопасти турбины. Все отверстия должны быть наклонены в одну и ту же сторону (например, против часовой стрелки). Это создаст вращающий момент, когда из них будет выходить пар.
3. Налейте в банку небольшое количество воды (примерно 20-30 мл) через стандартное отверстие для питья.
4. Создайте систему подвеса. Возьмите проволоку, согните ее в виде буквы П и закрепите концы на устойчивой подставке. Верхняя часть проволоки должна проходить через отверстие для питья в банке так, чтобы банка могла свободно вращаться. Альтернативный вариант - создать опору снизу. Для этого нужно сделать небольшое углубление в центре дна банки, а из проволоки сделать вертикальную стойку с острым концом, на которую банка будет установлена как юла.
5. Убедитесь, что банка с водой сбалансирована и может легко вращаться на своей оси.

Запуск и принцип работы:

1. Наденьте защитные очки. Все действия проводите под присмотром взрослых и вдали от легковоспламеняющихся предметов.
2. Поставьте источник тепла (например, зажженную свечу) под дно банки.
3. Через некоторое время вода внутри закипит и начнет превращаться в пар. Давление пара внутри банки возрастет.
4. Пар начнет с силой вырываться через проделанные ранее тангенциальные отверстия (сопла).
5. В соответствии с третьим законом Ньютона (сила действия равна силе противодействия), струи пара, вырывающиеся в одном направлении, создадут реактивную силу, толкающую банку в противоположном направлении.
6. Так как силы приложены по касательной к окружности банки, они создают вращающий момент, и банка-турбина начинает быстро вращаться вокруг своей оси.
7. Таким образом, тепловая энергия от сгорания топлива в свече преобразуется во внутреннюю энергию пара, а та, в свою очередь, — в кинетическую энергию вращательного движения банки.

Ответ: Сконструирована и описана действующая модель теплового двигателя (паровой реактивной турбины) из алюминиевой банки, демонстрирующая преобразование тепловой энергии в механическую работу вращения.