Номер 2, страница 142 - гдз по физике 8 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 5. Тепловые свойства газов, жидкостей и твёрдых тел. Параграф 34. Тепловое расширение твёрдых тел и жидкостей. Задание 32 - номер 2, страница 142.

Условие.

2. Почему колёса поезда стучат при движении по рельсам? Когда этот стук сильнее — зимой или летом?

Решение.

Почему колёса поезда стучат при движении по рельсам?

Стук колёс поезда возникает из-за особенностей конструкции железнодорожного пути. Он состоит не из сплошного полотна, а из отдельных стальных рельсов, соединенных между собой. Между концами соседних рельсов при укладке специально оставляют небольшие зазоры, известные как компенсационные или температурные швы. Эти зазоры необходимы для компенсации изменения длины рельсов при колебаниях температуры окружающей среды: они позволяют рельсам свободно удлиняться при нагревании и укорачиваться при охлаждении, предотвращая деформацию и изгиб всего пути. Когда колесо поезда на большой скорости перекатывается через такой стык, оно на мгновение как бы «падает» в зазор и ударяется о край следующего рельса. Этот удар и является источником характерного ритмичного стука.

Ответ: Стук колёс поезда вызван ударами о стыки рельсов при прохождении через компенсационные зазоры, которые необходимы для учёта теплового расширения и сжатия рельсового полотна.

Когда этот стук сильнее — зимой или летом?

Сила стука напрямую зависит от ширины зазоров между рельсами, которая меняется в зависимости от времени года из-за явления теплового расширения твёрдых тел. Изменение длины рельса можно описать формулой: $\Delta L = \alpha \cdot L_0 \cdot \Delta t$, где $\Delta L$ — изменение длины, $L_0$ — начальная длина, $\alpha$ — коэффициент линейного теплового расширения стали, а $\Delta t$ — изменение температуры.

Летом, под воздействием высоких температур, стальные рельсы нагреваются и расширяются, их длина увеличивается. В результате компенсационные зазоры между ними становятся минимальными или даже исчезают. При перекатывании через такой узкий стык удар колеса получается слабым, и стук становится тише.

Зимой, наоборот, из-за низких температур рельсы охлаждаются и сжимаются, их длина уменьшается. Это приводит к тому, что зазоры на стыках становятся значительно шире. Когда колесо поезда проходит через широкий зазор, оно падает с большей высоты и с большей силой ударяется о край следующего рельса. Поэтому стук колёс зимой становится намного громче и отчётливее.

Ответ: Стук колёс сильнее зимой, так как из-за термического сжатия металла зазоры между рельсами увеличиваются, что приводит к более сильному удару колеса о стык.