Номер 2, страница 7 - гдз по физике 8 класс дидактические материалы Марон, Марон

Тренировочные задания. Тепловые явления. ТЗ-З. Виды теплопередачи - номер 2, страница 7.

Условие.

2. a) В сильный мороз птицы чаще замерзают на лету, чем сидя на месте. Чем это можно объяснить?

б) Почему в холодную погоду многие животные спят, свернувшись в клубок?

Решение.

а) Решение

Это явление объясняется различиями в процессах теплообмена птицы с окружающей средой в состоянии покоя и в полете. Теплопотери живого организма в холодную погоду происходят в основном за счет конвекции и теплового излучения.

Когда птица сидит на месте, особенно нахохлившись, она распушает перья. Между перьями задерживается значительный объем воздуха. Воздух является очень плохим проводником тепла, поэтому эта воздушная прослойка работает как эффективный теплоизолятор, подобно многослойной одежде или стеклопакету. Она резко снижает потерю тепла телом птицы, замедляя процессы теплопроводности и естественной конвекции у поверхности кожи.

Во время полета ситуация кардинально меняется. Птица с большой скоростью движется сквозь массу холодного воздуха. Набегающий поток постоянно срывает тонкий пограничный слой теплого воздуха, который окружает тело птицы. Этот процесс называется вынужденной конвекцией. В результате скорость теплоотдачи многократно возрастает. Несмотря на то, что активная работа мышц во время полета генерирует большое количество тепла, в сильный мороз интенсивность теплопотерь из-за обдува холодным воздухом может превысить интенсивность теплопродукции организма. Это приводит к быстрому переохлаждению (гипотермии) и замерзанию птицы.

Ответ: В полете птица интенсивно обдувается встречным потоком холодного воздуха, что приводит к значительным потерям тепла за счет вынужденной конвекции. Эти теплопотери могут превысить выработку тепла организмом. Сидящая птица, распушив перья, создает вокруг себя неподвижную воздушную прослойку, которая служит теплоизолятором и минимизирует потери тепла.

б) Решение

Основная причина такого поведения животных в холодную погоду заключается в необходимости минимизировать потери тепла. Теплокровные животные постоянно вырабатывают тепло в процессе метаболизма и теряют его в окружающую среду через поверхность своего тела.

Скорость (мощность) теплопотерь $\text{P}$ прямо пропорциональна площади поверхности тела $\text{S}$, с которой происходит теплообмен. Это описывается, например, закономерностью конвективного теплообмена: $P \sim S \cdot (T_{тела} - T_{среды})$, где $(T_{тела} - T_{среды})$ — разность температур тела и окружающей среды.

Сворачиваясь в клубок, животное принимает форму, близкую к сферической. С точки зрения геометрии, шар — это тело, обладающее наименьшей площадью поверхности при заданном объеме. Таким образом, принимая позу клубка, животное минимизирует площадь своего тела, которая контактирует с холодной окружающей средой. Уменьшение площади $\text{S}$ ведет к прямому снижению скорости теплопотерь $\text{P}$. Это позволяет организму более экономно расходовать энергию на поддержание необходимой температуры тела. Кроме того, в такой позе жизненно важные органы и наименее защищенные участки тела (например, живот) оказываются спрятанными внутри, что обеспечивает им дополнительную защиту от холода.

Ответ: Животные сворачиваются в клубок, чтобы уменьшить площадь поверхности своего тела. Поскольку скорость потери тепла прямо пропорциональна площади поверхности, такая поза, близкая к форме шара (имеющего минимальную площадь поверхности при заданном объеме), позволяет значительно сократить теплопотери и эффективнее сохранять тепло в холодную погоду.