Градусник – это устройство, без которого трудно представить себе нашу жизнь. Мы используем его для измерения температуры внутри помещений, воды или даже нашего тела. Но, наверное, каждый из нас хотя бы раз сталкивался с такой ситуацией: руки слегка встряхивают градусник, и ртуть внутри начинает падать. В этой статье мы рассмотрим основные причины этого явления и объясним, почему это происходит.
Первая причина – закон Архимеда. Он утверждает, что тело, погруженное в жидкость, испытывает со стороны этой жидкости силу, направленную вверх, равную весу вытесненной жидкостью тела. В случае с градусником это означает, что ртуть внутри находится под влиянием силы Архимеда, которая стремится поднять ее вверх. Поэтому, если градусник встряхнуть, ртуть временно ослабевает этой силой и начинает падать.
Вторая причина – взаимодействие молекул. Когда градусник встряхивают, его молекулы начинают двигаться быстрее и более хаотично. Из-за этого происходит изменение плотности ртути внутри градусника. Молекулы ртути разбегаются, создавая более свободное пространство между ними, что приводит к снижению ее плотности и, как следствие, к падению вниз.
Таким образом, причины падения ртути в градуснике при встряхивании связаны с законом Архимеда и изменением плотности молекул ртути. Это явление может показаться интересным и даже загадочным, но на самом деле оно объясним и базируется на простых физических законах.
Причина 1: Разрежение воздуха
Влияние атмосферного давления
Внешнее атмосферное давление играет важную роль в работе градусника. Когда градусник не встряхивается, ртуть немного опустилась в нижнюю часть трубки из-за разницы в атмосферном давлении. Но при встряхивании происходит короткое уменьшение внешнего давления, и это приводит к еще большему разрежению воздуха внутри градусника.
Эффект разрежения при встряхивании
При резком движении градусника ртуть инерционно продолжает движение и временно остается в неизменном направлении из-за массы. В это время воздух в градуснике продолжает двигаться, и так как создается разрежение, то давление внутри градусника становится меньше, чем наружное атмосферное давление.
Проявление закона Бойля-Мариотта
Разрежение воздуха в градуснике при встряхивании основано на законе Бойля-Мариотта, который утверждает, что давление и объем газа обратно пропорциональны. В данном случае, при уменьшении давления внутри градусника, объем газа – воздуха, увеличивается.
В результате разрежения воздуха в градуснике, ртуть под воздействием атмосферного давления и собственного веса, начинает опускаться. Таким образом, ртуть показывает меньшую температуру, чем было до встряхивания.
Узнать о второй причине – физических свойствах ртути – можно в другой статье.
Причина 1: Влияние атмосферного давления
Атмосферное давление воздействует на ртуть в градуснике и играет важную роль в ее поведении. При встряхивании градусника происходит изменение атмосферного давления, что приводит к изменению объема газовой полости в градуснике.
Снижение атмосферного давления вызывает разрежение в градуснике, что приводит к падению ртути. Данный эффект основан на прямой зависимости между объемом газа и атмосферным давлением, которая описывается законом Бойля-Мариотта. Согласно этому закону, при постоянной температуре объем газа обратно пропорционален давлению, т.е. при увеличении давления объем газа уменьшается.
Когда градусник встряхивают, происходит увеличение объема полости градусника и временное разрежение воздуха. В результате данного процесса ртуть перемещается вниз, поскольку атмосферное давление на внешнюю поверхность ртути оказывается больше, чем на внутреннюю. Это снижение атмосферного давления приводит к увеличению объема газовой полости и соответственно к падению ртути в градуснике.
Таким образом, влияние атмосферного давления является одной из основных причин падения ртути в градуснике при его встряхивании. Этот эффект связан со снижением атмосферного давления, разрежением воздуха и применением закона Бойля-Мариотта, который описывает изменение объема газовой полости в градуснике при изменении давления.
4. — Эффект разрежения при встряхивании
Изначально, перед встряхиванием, ртуть занимает определенный объем в тонкой трубке. При встряхивании градусника происходит ударная волна, которая создает некоторое разрежение внутри градусника. Это разрежение снижает давление внутри градусника, в результате чего ртуть расширяется и падает вниз под действием силы тяжести.
Разрежение создается за счет быстрого перемещения градусника во время встряхивания. При этом, частицы воздуха резко ускоряются и отходят от градусника, создавая области низкого давления. Эффект разрежения возникает именно в этих областях, где давление воздуха меньше, чем внутри градусника. В результате этого разрежения давление внутри градусника снижается, что приводит к изменению объема ртути.
Эффект разрежения при встряхивании градусника является временным и быстро проходит. После установления равновесия давление внутри градусника вновь становится равным атмосферному давлению, а ртуть возвращается в свое исходное положение.
Проявление закона Бойля-Мариотта
Когда градусник встряхивается, происходит подвод дополнительного количества воздуха к ртутной колонке. В результате этого происходит возрастание давления в градуснике. В соответствии с законом Бойля-Мариотта, увеличение давления воздуха приводит к уменьшению объема ртути.
Другими словами, при встряхивании градусника, объем газа внутри градусника увеличивается, а в соответствии с законом Бойля-Мариотта, давление внутри градусника должно уменьшиться. Поскольку ртуть является жидкостью, способной заполнять пространство любой формы, она подчиняется этому закону и сжимается внутри градусника.
Изменение объема ртути приводит к смещению ее уровня в градуснике, и именно этот эффект можно наблюдать как падение ртути при встряхивании градусника.
Причина 2: Физические свойства ртути
Во-первых, особенности молекулярной структуры ртути играют важную роль. Молекулы ртути обладают большим размером и массой, что делает их менее стабильными и более подверженными воздействию различных факторов.
Во-вторых, снижение поверхностного натяжения также влияет на поведение ртути при встряхивании. Поверхность ртути имеет более слабое сцепление с воздухом, поэтому она легче отделяется от стенок градусника и падает вниз.
Когда градусник встряхивается, ртуть подвергается механическому воздействию, которое вызывает перемешивание молекул и увеличение их движения. Это приводит к снижению поверхностного натяжения и облегчает отделение ртути от стенок градусника.
Таким образом, физические свойства ртути, такие как особенности молекулярной структуры и снижение поверхностного натяжения, являются важными факторами, определяющими падение ртути в градуснике при встряхивании. Это объясняет наблюдаемое явление и помогает понять механизмы, лежащие в основе данного процесса.
Особенности молекулярной структуры ртути
Молекулы ртути обладают высокой массой и атомным числом, что делает их относительно большими и тяжелыми по сравнению с молекулами других веществ. У ртути также очень высокая плотность, которая превышает плотность большинства других жидкостей.
Благодаря этим особенностям, молекулы ртути образуют сильные связи между собой, образуя замкнутую, плотную структуру. Это обеспечивает ртуть высоким поверхностным натяжением, что поддерживает ее способность сохранять форму и не рассеиваться на молекулярном уровне.
Однако, при встряхивании градусника, молекулы ртути начинают двигаться и сходиться друг с другом под влиянием сил сцепления. Это приводит к снижению поверхностного натяжения, поскольку молекулы уже не могут держаться столь плотно друг к другу.
Следовательно, равновесие между силами сцепления молекул ртути и силами сцепления ртути с градусником нарушается, и ртуть начинает падать в градуснике под воздействием гравитации.
Причина 2: Физические свойства ртути
- Особенности молекулярной структуры.
Молекулы ртути обладают большим атомным радиусом и высоким массовым числом, что приводит к образованию сильных межатомных связей. Это делает ртуть очень плотной и тяжелой жидкостью. Малая подвижность молекул ртути ведет к увеличению его поверхностного натяжения.
- Снижение поверхностного натяжения.
При встряхивании градусника ртуть заметно вибрирует, и молекулы ртути начинают перемещаться с большей скоростью и подвергаться воздействию сил, которые они обычно не испытывают. Это приводит к временному разрушению структуры поверхности ртути и уменьшению поверхностного натяжения.
В результате снижения поверхностного натяжения, ртуть начинает более активно распределяться по капилляру и свободно двигаться внутри градусника. Это приводит к падению уровня ртути и изменению показаний градусника.