Номер 1, страница 88 - гдз по физике 10 класс учебник Громыко, Зенькович

1. Когда вы берёте в руки металлические ножницы, то они кажутся холоднее окружающего воздуха. Имея только бытовой термометр и сосуд с водой, предложите опыт, который позволит проверить, так ли это. Проведите этот опыт.

Ощущение того, что металлические ножницы холоднее окружающего воздуха, является субъективным. Оно возникает из-за высокой теплопроводности металла: при контакте с рукой ножницы быстро отводят от нее тепло, что и воспринимается нашими рецепторами как холод. В действительности, любые предметы, которые долго находятся в одном помещении и не являются источниками тепла, приобретают одинаковую температуру, равную температуре окружающей среды (в данном случае, воздуха).

Чтобы проверить это утверждение экспериментально, имея бытовой термометр и сосуд с водой, можно провести следующий опыт.

Дано:

Металлические ножницы
Бытовой термометр
Сосуд с водой

(В данной задаче числовые значения отсутствуют, поэтому перевод в систему СИ не требуется).

Найти:

Проверить гипотезу о том, что температура ножниц $T_{ножниц}$ ниже температуры окружающего воздуха $T_{воздуха}$, то есть, является ли верным неравенство $T_{ножниц} < T_{воздуха}$.

Решение:

Поскольку прямое измерение температуры твердого предмета (ножниц) бытовым термометром может дать большую погрешность из-за плохого теплового контакта, мы используем воду как промежуточную среду для более точного определения температуры. Этот метод основан на принципе теплового равновесия.

Порядок проведения опыта:

1. Оставляем термометр, ножницы и сосуд с водой в комнате на достаточно долгое время (например, на 20-30 минут), чтобы все эти предметы гарантированно приняли температуру окружающего воздуха.
2. Измеряем температуру воздуха в комнате с помощью термометра. Записываем это значение как $T_{воздуха}$. Убеждаемся, что показания термометра стабильны.
3. Не вынимая термометр из комнаты, измеряем температуру воды в сосуде. Она должна быть равна температуре воздуха, $T_{вода} = T_{воздуха}$.
4. Осторожно опускаем ножницы в сосуд с водой.
5. Сразу после этого помещаем в воду термометр и наблюдаем за его показаниями. Можно аккуратно перемешивать воду термометром для ускорения установления теплового равновесия в системе "вода-ножницы".

Анализ ожидаемого результата:

Если первоначальное ощущение верно и ножницы действительно холоднее воздуха ($T_{ножниц} < T_{воздуха}$), то при погружении в воду они начнут забирать у нее тепло. В результате конечная температура воды станет ниже ее начальной температуры.

Однако, согласно законам физики, температура ножниц должна быть равна температуре воздуха ($T_{ножниц} = T_{воздуха}$). Так как и вода имеет ту же температуру, при смешивании тел с одинаковой температурой теплообмен между ними происходить не будет. Следовательно, показания термометра в воде после погружения в нее ножниц не должны измениться.

Проведя опыт, мы увидим, что температура воды осталась практически неизменной. Это доказывает, что температура ножниц равна температуре окружающего воздуха.

Ответ: Для проверки гипотезы следует провести следующий опыт: измерить температуру воздуха в комнате, а затем поместить ножницы, долгое время находившиеся в этой комнате, в сосуд с водой, имеющей ту же комнатную температуру. После этого измерить температуру воды. Эксперимент покажет, что температура воды не изменится, что доказывает равенство температур ножниц и воздуха. Ощущение холода при прикосновении к ножницам вызвано не их низкой температурой, а высокой теплопроводностью металла, который интенсивно отводит тепло от руки.