Номер 4, страница 205, часть 2 - гдз по физике 10 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Задания для проектно-исследовательской деятельности. Глава V. Молекулярная физика - номер 4, страница 205.

Условие.

4. Волосной гигрометр

Цель: изготовить волосной гигрометр.

Принцип действия волосного гигрометра основан на небольшом увеличении длины волоса при увеличении влажности.

На рисунке 2 изображена схема устройства гигрометра. В качестве основы, на которой можно разместить детали гигрометра, возьмите пластину ламината, лист фанеры или толстого картона размером примерно $40 \times 10$ см.

Для эксперимента возьмите жёсткий волос длиной не менее 50 см. Волос необходимо обезжирить (например, ацетоном).

Рис. 2

На пластине (она лежит в плоскости рисунка) закреплена ось шкива и один конец волоса (он привязан к вбитому в пластину гвоздику, показанному в правой части рисунка). В качестве шкива удобно взять кусок пустой ампулы от шариковой ручки, который может легко вращаться вокруг оси (другого вбитого гвоздика).

Ко второму концу волоса подвесьте груз массой 20–50 г. Волос оберните один раз вокруг шкива, чтобы обеспечить достаточно большую силу трения между волосом и шкивом. Стрелку (длиной около 10–15 см) изготовьте из проволоки, жести или картона. В стрелке сделайте отверстие для шкива и насадите на горизонтально расположенный гвоздик так, чтобы она могла свободно вращаться. На короткий конец стрелки в качестве противовеса прилепите кусочек пластилина, подобрав его массу так, чтобы стрелка находилась в безразличном равновесии. Затем снимите стрелку с гвоздика и плотно насадите на шкив так, чтобы она поворачивалась вместе с ним.

Изготовленный вами гигрометр проградуируйте с помощью школьного психрометра. Проведите измерения влажности воздуха утром, днём и вечером в течение нескольких дней. Найдите в Интернете информацию о значимости влажности воздуха для человека, растений, техники, произведений живописи.

Решение 2.

Цель:

Изготовить волосной гигрометр — прибор для измерения относительной влажности воздуха, основанный на свойстве человеческого волоса изменять свою длину в зависимости от влажности окружающей среды.

Ответ: Целью является создание простого гигрометра своими руками.

Принцип действия:

В основе работы прибора лежит гигроскопичность обезжиренного человеческого волоса. Гигроскопичность — это способность некоторых веществ поглощать водяные пары из воздуха. При увеличении относительной влажности воздуха волос впитывает больше влаги и его длина увеличивается. При уменьшении влажности волос высыхает и укорачивается. Эти незначительные изменения длины волоса передаются на стрелку через систему рычага (шкив), что позволяет визуально наблюдать за изменением влажности по шкале.

Ответ: Принцип действия основан на изменении длины волоса при поглощении или отдаче влаги из воздуха.

Порядок сборки гигрометра:

Для изготовления гигрометра согласно инструкции, необходимо выполнить следующие шаги:

1. Подготовка основы: Взять пластину из ламината, фанеры или толстого картона размером примерно 40 × 10 см.
2. Подготовка волоса: Взять жесткий человеческий волос длиной не менее 50 см и обезжирить его, протерев ацетоном или спиртом. Это необходимо для того, чтобы волос лучше реагировал на изменения влажности.
3. Крепление элементов:
- На пластине закрепить два гвоздика. Один будет служить осью для шкива, другой — точкой крепления одного из концов волоса.
- В качестве шкива использовать пустой стержень (ампулу) от шариковой ручки, надев его на первый гвоздик так, чтобы он мог свободно вращаться.
4. Сборка механизма:
- Один конец волоса привязать к второму гвоздику (в правой части рисунка).
- Другой конец волоса перекинуть через шкив (обернув один раз для создания трения) и подвесить к нему груз массой 20–50 г. Груз будет постоянно натягивать волос.
5. Изготовление и балансировка стрелки:
- Изготовить стрелку длиной 10–15 см из проволоки, жести или картона. В стрелке проделать отверстие для оси шкива.
- На короткий конец стрелки прикрепить кусочек пластилина (противовес). Массу пластилина подобрать так, чтобы стрелка, надетая на ось, находилась в безразличном равновесии (не клонилась ни в одну сторону).
- Плотно насадить сбалансированную стрелку на шкив так, чтобы они вращались как единое целое. Когда волос будет изменять свою длину, он будет поворачивать шкив, а вместе с ним и стрелку.
6. Создание шкалы: Напротив длинного конца стрелки нарисовать дугообразную шкалу с делениями.

Ответ: Необходимо последовательно собрать механическую систему из основы, волоса, груза, шкива и стрелки с противовесом.

Калибровка и проведение измерений:

Для того чтобы прибор показывал реальные значения влажности, его необходимо откалибровать (проградуировать).
1. Калибровка: Для калибровки нужен эталонный прибор, например, школьный психрометр. Разместите оба прибора (самодельный и эталонный) рядом. С помощью психрометра определите текущую относительную влажность воздуха и отметьте на шкале вашего гигрометра положение стрелки, подписав соответствующее значение в процентах (%). Повторите эту процедуру несколько раз в разные дни при разной погоде (например, в сухой солнечный день и в дождливый), чтобы получить несколько отметок на шкале. Промежуточные значения можно нанести, разделив отрезки между отметками на равные части.
2. Проведение измерений: После калибровки прибор готов к использованию. Для выполнения задания необходимо снимать показания влажности утром, днём и вечером в течение нескольких дней и записывать их. Это позволит проследить суточные колебания влажности воздуха.

Ответ: Калибровка производится путем сравнения показаний самодельного гигрометра с показаниями эталонного прибора (психрометра) и нанесения соответствующих отметок на шкалу.

Значимость влажности воздуха:

Влажность воздуха — один из важнейших параметров окружающей среды, оказывающий значительное влияние на живые организмы, технологические процессы и сохранность предметов.

1. Для человека: Оптимальной для здоровья человека считается относительная влажность в диапазоне 40–60%.
- Низкая влажность (менее 40%): Приводит к пересыханию слизистых оболочек носа и горла, что снижает их защитные функции и увеличивает риск респираторных заболеваний. Также вызывает сухость кожи, раздражение глаз. Увеличивается количество пыли в воздухе.
- Высокая влажность (более 70%): В сочетании с высокой температурой затрудняет терморегуляцию организма, так как пот испаряется медленнее. Создает благоприятные условия для размножения плесени и грибков, которые могут вызывать аллергию и проблемы с дыханием.
2. Для растений: Влажность напрямую влияет на процессы транспирации (испарения воды листьями) и фотосинтеза. Каждому виду растений требуется свой оптимальный уровень влажности. В сухом воздухе растения теряют слишком много влаги и могут погибнуть, а в избыточно влажном — подвержены грибковым заболеваниям.
3. Для техники:
- Высокая влажность: Ускоряет коррозию металлических деталей, может вызывать короткие замыкания в электронике из-за конденсации влаги на платах.
- Низкая влажность: Способствует накоплению статического электричества, разряды которого могут повредить чувствительные электронные компоненты (микросхемы, процессоры). Поэтому в производственных помещениях, где работают с электроникой, и в серверных комнатах влажность строго контролируется.
4. Для произведений живописи и других предметов искусства: Картины, старинная мебель, музыкальные инструменты, книги сделаны из гигроскопичных материалов (дерево, холст, бумага, клей). Резкие колебания влажности вызывают их деформацию: при низкой влажности они усыхают и трескаются, а при высокой — разбухают и покрываются плесенью. Для их сохранения в музеях и библиотеках поддерживается постоянный и строго определенный влажностный режим.

Ответ: Влажность воздуха является критически важным фактором для здоровья человека, жизни растений, корректной работы техники и сохранности культурного наследия.