Номер 1, страница 148, часть 1 - гдз по физике 7 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 4. Силы вокруг нас. Параграф 40. Величайшие изобретения: лук, колесо, добывание огня. Вопросы и задания - номер 1, страница 148.

Условие.

1. Перечислите известные вам способы добывания огня и поясните принципы их действия.

Решение.

Существует множество способов добывания огня, от древних до современных. Принцип их действия всегда сводится к созданию условий для воспламенения горючего материала, а именно — к его нагреву до определенной температуры в присутствии окислителя (обычно кислорода из воздуха). Ниже перечислены основные способы и принципы их действия.

Трение

Принцип действия этого способа основан на преобразовании механической энергии в тепловую. При трении двух деревянных предметов друг о друга (например, при быстром вращении палочки в углублении дощечки) выделяется тепло за счет работы силы трения. Температура в точке контакта повышается до тех пор, пока не достигнет температуры воспламенения древесной пыли, которая образуется в процессе трения. Эта пыль, или уголек, начинает тлеть. Затем этот тлеющий уголек аккуратно помещают в заранее подготовленный трут (легковоспламеняющийся материал, такой как сухой мох, распушенная вата или птичий пух) и раздувают до появления открытого пламени. Разновидностями этого способа являются ручная дрель, лучковая дрель и огненный плуг.

Ответ: Принцип действия основан на выделении тепла за счет силы трения, достаточного для воспламенения измельченного горючего материала (трута).

Высекание искры (ударный способ)

Этот метод заключается в высекании искр при ударе твердого минерала с острой кромкой (например, кремня) о кусок высокоуглеродистой стали (кресало). Кремень тверже стали и при ударе соскабливает с нее мельчайшие частицы. Эти частицы от механического воздействия и трения мгновенно нагреваются до высокой температуры и, взаимодействуя с кислородом воздуха, окисляются (сгорают), образуя яркие искры. Искры представляют собой раскаленные частицы металла. Их направляют на трут (например, обугленную ткань, гриб-трутовик), который легко воспламеняется от их тепла и начинает тлеть. Тлеющий трут затем используется для разжигания более крупного материала.

Ответ: Принцип действия основан на получении раскаленных частиц металла (искр) при резком механическом воздействии (ударе), которые, в свою очередь, поджигают легковоспламеняющийся материал (трут).

Фокусировка солнечных лучей

Принцип действия основан на концентрации энергии солнечного излучения в одной точке с помощью собирающей линзы (лупы, линзы от очков, бинокля) или вогнутого зеркала. Параллельные солнечные лучи, проходя через линзу или отражаясь от зеркала, собираются в фокусе. В этой точке плотность энергии становится очень высокой, что приводит к резкому повышению температуры. Если в фокус поместить горючий материал (трут), он нагреется до температуры воспламенения и загорится. Эффективность этого метода напрямую зависит от наличия ясного неба и яркого солнца.

Ответ: Принцип действия основан на концентрации световой энергии в одной точке с помощью оптических приборов, что приводит к нагреву материала до температуры воспламенения.

Химическая реакция

Некоторые химические вещества при смешивании вступают в бурную экзотермическую реакцию, то есть реакцию с выделением большого количества тепла, достаточного для возгорания. Классическим примером является реакция между перманганатом калия (марганцовкой $KMnO_4$), который является сильным окислителем, и глицерином, который выступает в роли горючего. При их смешивании через короткое время начинается саморазогрев, который приводит к воспламенению смеси и окружающих горючих материалов.

Ответ: Принцип действия основан на самовозгорании в результате экзотермической химической реакции между определенными веществами (окислителем и горючим).

Сжатие воздуха (огненный поршень)

Этот способ использует физический принцип адиабатического сжатия газа. При очень быстром сжатии газа в замкнутом объеме его внутренняя энергия и температура значительно возрастают, так как совершенная над газом работа переходит в тепло. Устройство "огненный поршень" представляет собой глухой цилиндр с плотно пригнанным поршнем. На конец поршня кладут небольшой кусочек трута. Резким ударом по поршню воздух в цилиндре сжимается в сотни раз, его температура мгновенно повышается до нескольких сотен градусов Цельсия, что приводит к воспламенению трута. Процесс описывается уравнением Пуассона для адиабатического процесса $TV^{\gamma-1}=const$, где при резком уменьшении объема $\text{V}$ температура $\text{T}$ растет.

Ответ: Принцип действия основан на резком повышении температуры воздуха при его адиабатическом сжатии, что воспламеняет трут, помещенный в сжимаемый объем.

Современные средства (спички, зажигалки)

Спички: Принцип действия основан на инициировании химической реакции трением. Головка спички содержит горючее вещество (например, серу), окислитель (бертолетову соль $KClO_3$) и связующие вещества. У безопасных спичек на тёрку коробка нанесен красный фосфор. При трении головки о тёрку возникает локальный нагрев. Частички фосфора воспламеняются и поджигают химическую смесь на головке спички. Эта реакция поджигает саму головку, которая, в свою очередь, зажигает деревянную соломку.
Зажигалки: В большинстве зажигалок используется сжиженный газ (бутан) или бензин в качестве топлива. Огонь получается путем поджигания паров топлива искрой. Искра может быть получена либо механически (трением стального колесика о кремень), либо с помощью пьезоэлектрического эффекта, когда при нажатии на кнопку кристалл деформируется и генерирует высоковольтный электрический разряд, поджигающий газ.

Ответ: Принцип действия современных средств основан на контролируемом инициировании горения топлива (химического состава головки спички или газа/бензина в зажигалке) с помощью энергии трения или электрической искры.