Номер 2, страница 194 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Обсудить в классе. Параграф 58. Броуновское движение. Глава 8. Основы молекулярно-кинетической теории - номер 2, страница 194.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Проведите эксперимент по определению скорости распространения запаха духов в вашем классе.

Для проведения эксперимента понадобятся: духи или другое вещество с сильным запахом, рулетка для измерения расстояния и секундомер.

Порядок проведения эксперимента:

1. Закройте окна и двери в классе, чтобы минимизировать движение воздуха (сквозняки и конвекцию).
2. Один ученик с флаконом духов (источник) должен встать в одном углу класса. Другой ученик с секундомером (наблюдатель) — в противоположном углу.
3. С помощью рулетки измерьте расстояние $S$ между источником и наблюдателем.
4. По сигналу источник распыляет духи, а наблюдатель в тот же момент включает секундомер.
5. Наблюдатель останавливает секундомер, как только почувствует запах. Зафиксируйте это время $t$.
6. Для повышения точности результатов рекомендуется провести эксперимент 3-5 раз и вычислить среднее значение времени.
7. Рассчитайте скорость распространения запаха по формуле $v = S / t$.

Пример расчёта:

Дано:

Расстояние, $S = 10 \text{ м}$

Время, $t = 4 \text{ мин } 10 \text{ с}$

Перевод в систему СИ:

$t = 4 \cdot 60\text{ с} + 10\text{ с} = 240\text{ с} + 10\text{ с} = 250\text{ с}$

Найти:

$v$ — скорость распространения запаха.

Решение:

Скорость равномерного движения определяется как отношение пройденного пути ко времени, за которое этот путь был пройден. В данном случае это скорость распространения запаха.

$v = \frac{S}{t}$

Подставим числовые значения из нашего примера:

$v = \frac{10\text{ м}}{250\text{ с}} = 0.04 \text{ м/с}$

Ответ: Скорость распространения запаха в данном примере составляет 0.04 м/с.

Можно ли будет считать эту скорость скоростью движения молекул пахучего вещества?

Нет, скорость, измеренную в ходе эксперимента, нельзя считать скоростью движения молекул пахучего вещества. Между скоростью распространения запаха и скоростью движения самих молекул существует огромная разница.

Скорость теплового движения отдельных молекул (как пахучего вещества, так и воздуха) чрезвычайно высока. При комнатной температуре она составляет сотни метров в секунду (например, для молекул азота в воздухе средняя скорость около $500 \text{ м/с}$). Однако молекулы движутся не по прямой линии. Они находятся в состоянии непрерывного хаотического движения и постоянно сталкиваются друг с другом и с молекулами воздуха.

Траектория каждой молекулы духов представляет собой очень сложную ломаную линию. Из-за этих бесчисленных столкновений, меняющих направление движения, перенос вещества из одной точки пространства в другую происходит очень медленно. Этот процесс переноса вещества, обусловленный тепловым движением частиц, называется диффузией.

Таким образом, скорость, которую мы измерили ($0.04 \text{ м/с}$ в нашем примере), — это скорость диффузии, то есть скорость перемещения "фронта" запаха. Она показывает, насколько быстро область с достаточной для обоняния концентрацией молекул духов расширяется в пространстве. Эта скорость на несколько порядков меньше истинной скорости движения отдельных молекул.

Ответ: Нет, измеренная скорость является скоростью диффузии, которая значительно меньше скорости хаотического теплового движения молекул пахучего вещества. Разница обусловлена постоянными столкновениями молекул духов с молекулами воздуха, что сильно замедляет их направленное перемещение.