Номер 7.32, страница 39 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Тепловые явления. 7. Испарение, конденсация, кипение - номер 7.32, страница 39.

Условие.

7.32. Летом в жаркие дни рабочие пчелы приносят в улей воду. Пчелы, находящиеся в улье, собирают эту воду и распыляют ее, при этом они непрерывно машут крыльями. Через некоторое время они перестают забирать воду у рабочих пчел, тогда те вновь начинают приносить нектар (рис. 24). Объясните с физической точки зрения причину инстинктивного поведения пчел и сущность наблюдаемых явлений.

Рис. 24

Решение.

Решение

Описанное в задаче инстинктивное поведение пчел является сложным и эффективным механизмом терморегуляции, необходимым для поддержания стабильной температуры внутри улья в жаркие дни. С физической точки зрения это поведение объясняется следующими явлениями.

Главный физический принцип, который используют пчелы, — это испарительное охлаждение. Процесс испарения, то есть перехода воды из жидкого состояния в газообразное, требует поглощения энергии из окружающей среды. Вода обладает высокой удельной теплотой парообразования ($L \approx 2,26 \cdot 10^6$ Дж/кг), что делает ее очень эффективным "хладагентом": испарение небольшого количества воды способно поглотить значительное количество тепла и тем самым понизить температуру воздуха в улье. Именно для этого рабочие пчелы приносят воду.

Для того чтобы процесс охлаждения был максимально быстрым, пчелы активно ускоряют испарение. Во-первых, они распыляют принесенную воду, разбивая ее на множество мелких капель. Это делается для увеличения общей площади поверхности испарения, так как скорость испарения прямо пропорциональна этой площади. Во-вторых, пчелы в улье непрерывно машут крыльями, создавая интенсивные воздушные потоки — принудительную конвекцию. Эта вентиляция уносит влажный воздух от поверхности капель, заменяя его более сухим, что поддерживает высокую скорость испарения. Кроме того, созданные потоки воздуха способствуют равномерному распределению охлажденного воздуха по всему объему улья.

Система работает на основе механизма обратной связи. Пчелы способны контролировать температуру внутри своего жилища. Как только температура опускается до оптимального для жизни колонии и развития расплода уровня (около 34–35°C), пчелы внутри улья перестают принимать воду у пчел-сборщиц. Это служит сигналом для сборщиц, что цель достигнута, и они могут переключиться на свою основную задачу — сбор нектара для пропитания семьи. Это демонстрирует высокую степень организации и эффективное распределение ресурсов в пчелиной колонии.

Ответ: Причиной инстинктивного поведения пчел является необходимость терморегуляции улья в жаркую погоду. Физическая сущность наблюдаемых явлений заключается в использовании принципа испарительного охлаждения. Пчелы приносят воду, которая при испарении поглощает большое количество тепла, охлаждая улей. Для повышения эффективности процесса пчелы распыляют воду (увеличивая площадь испарения) и вентилируют улей крыльями (ускоряя испарение и перемешивая воздух). Прекращение приема воды является сигналом обратной связи, который означает, что оптимальная температура достигнута и можно возвращаться к сбору нектара.