Класс!ная физика для любознательных Библиотека по физике Класс!ная физика всегда рядом Прекрасный мир искусства Музей открытки 20 века Малая Яблоновка на реке Оккервиль Коты-рисунок, графика, живопись

добавить на Яндекс

"Что кажется нам чудом, на самом деле таковым не является!" - Симон Стевин
Но, что будет, если кота Шрёдингера засунуть в бутылку Клейна и обмотать всё лентой Мёбиуса?
Техно-шокер
Простые опыты Давай, наука! Простые лекции
Путешествие с "Класс!ной физикой" - Музей BMW в Мюнхене - читать полностью
Астрономия детям Предлагается эксперимент Физика детям

 Класс!ная физика   -  YouTube

«Класс!ная физика» - это class-fizika.spb.ru, class-fizika.narod.ru, class-fizika.ru
«Класс!ная физика» - это и библиотека по физике class-fizika.ru/bib.html

Можно ли вскипятить воду звуком? Или Новогодний эксперимент!

Печать

03.01.17 18:01

Если у вас не работает электрический чайник, плита и кончились спички, но зато в Новогоднюю ночь во всю силу гремит музыка…
Давайте зададимся вопросом: можно ли вскипятить воду, используя звук?

Однажды для проведения подобного эксперимента воду залили в кубовидной контейнер, а в качестве источника звука применили обычный динамик.

Здесь: Is - интенсивность звука от источника,
I - интенсивность звука, выходящего из контейнера,
L - длина сосуда.

Конечно, звук при прохождении через толщу воды будет ослаблен. Ослабление звука на выходе дает нам возможность утверждать, что какая-то часть звуковой энергии идет на нагревание воды в контейнере.
Уровень интенсивности звука по логарифмической шкале определяется уравнением:

(1)

Где Is - интенсивность звука источника,
Io -это базовый уровень интенсивности звука, соответствующий порогу слышимости.
Для расчета интенсивности звука Is источника используем уравнение:

(2)

Где Ps – мощность источника звука,
A - площадь поперечного сечения контейнера для воды.

Масса налитой в контейнер воды равна 500 мл. Зная массу воды и ее плотность равную 1000кг/м3, определили объем контейнера.
Если длина контейнера для воды L = 10см, то используя приведенные выше значения и формулу объема V=АL , определили AL - площадь поперечного сечения контейнера равной 5×10-3 м2.
Потребляемую мощность, то есть мощность идущую на нагрев воды при прохождении звука через толщу воды в контейнере рассчитали следующим образом:

(3)

где Pabs - мощность, поглощаемая водой в контейнере,
Ps - мощность источника звука,
PL - мощность звука на выходе из контейнера.
Изменение интенсивности звука можно показать, как:

(4)

где альфа - это коэффициент поглощения. Тогда мы можем интегрировать это уравнение следующим образом:

(5)

С помощью этого уравнения и уравнения (2), выражение для мощности звука на выходе из контейнера будет выглядеть следующим образом

(6)

Подставляя уравнение (6) в уравнение (3), мы получим мощность источника звука

(7)

Подставляя уравнение (7) в уравнение (2), выразим интенсивность звука источника

(8)

Потребляемая водой мощность может быть определена с помощью следующего уравнения,

(9)

Где Q - это переданная воде энергия, а t - время, необходимое для того, чтобы вода вскипела.
Энергия, переданная в кипящую воду, может быть рассчитана с помощью уравнения:

(10)

Где m - масса воды, с - удельная теплоемкость воды, Tf – конечная температура воды, а Ti - начальная температура воды. Изначально масса воды составляла 500 мл, а комнатная температура 293 К. Температура кипения воды 373 К. Таким образом, изменение температуры составляет 80 К. Удельная теплоемкость воды C = 4,18 кДж-1 кг-1к-1.

Подставив эти значения в уравнение (10), определяем значение энергии, переданной воде Q = 167,200 Дж. Время, за которое вода была доведена до состояния кипения, было измерено секундомером и составило 83 секунды.
Подставив значения Q и t в уравнение (9), рассчитали потребляемую водой мощность, которая оказалась равна 2016 Ватт.

В этом эксперименте коэффициент поглощения оценивается в 0,01 м-1.
Подставляя значения для Pabs, площади поперечного сечения A и длины L в уравнение (8), получили значение интенсивности звука источника равным Is = 403.4×106W/м2.
Далее подставляя значение для интенсивности источника звука Is в уравнении (2), получили уровень интенсивности исходного звука от источника равным 206 дБ.

Для сравнения!
И что вы думаете, интенсивность звука при запуске ракеты на стартовой площадке космодрома составляет всего-то 180 дБ!
Для нашего же эксперимента кипячения пол-литровой банки воды с помощью звука потребуется звук интенсивностью 206 дБ!

Делаем вывод:
Вскипятить воду с помощью звука можно, но осторожно!))

Конечно, кипячение воды с помощью этого метода не очень-то целесообразно и практически не представляется возможным, т.к. интенсивность необходимого звука должна быть даже выше, чем при запуске ракеты на стартовой площадке!

Именно к такому выводу и пришли студенты Факультета физики и астрономии университета Лестера в Великобритании, поставившие этот эксперимент, результаты которого после рецензирования преподавателями этого университета были опубликованы в научном журнале Physics Special Topics.


Источник: Journal of Physics Special Topics, 2015

 

Танцующие кинетические кольца ювелира Майкла Бергера (Michael Berger)

E-mail

Главная

14.09.15 22:18

Золотых дел мастер, ювелир Michael Berger, родившийся в Южной Африке, в Йоханнесбурге известен тем, что изготавливает кинетические украшения, которые демонстрируют невероятные движения.

Читать полностью

   

Колесо обозрения. А вы катались?

E-mail

Главная

29.10.12 13:22


А вы катались на колесе обозрения?   Ужас вперемешку с восторгом! Боязнь глянуть вертикально вниз, и  в то же время ощущение парящей в вышине свободной  птицы  …

Читать полностью

   

Фантастика прошлого или техника будущего

E-mail

Главная

11.07.12 10:13


Мы не будем сегодня вспоминать основоположника научной фантастики французского писателя Жюля Верна, говорить о механизированных городах знаменитого фантаста Герберта Уэллса и о его железных пришельцах из "Борьбы миров".

Читать полностью

   

Фотохромизм и термохромизм - удивительные игры цвета

E-mail

Главная

30.06.12 22:08


Только представьте :   В помещении они были ярко-красные, а на улице под солнечными лучами вдруг стали светло-розовыми! 
А что Вы для этого сделали? Да, ничего!
А кто "они"? Да, ваши наманикюренные ноготочки ...

Читать полностью

   

Сухой лед - это интересно

E-mail

Главная

30.07.12 20:06


Ах, это лето, зной  и мухи!   Когда на улице жарко, приятно поговорить о чем-нибудь холодненьком, вспомнить тележку с мороженым  где-нибудь в парке.  Холодильник без электричества! Что там внутри?  Сухой лед! Почему он  «сухой» и откуда берется?

Читать полностью

   

Волшебные зеркала Востока

E-mail

Главная

05.03.12 09:11

Что удивляет в этих зеркалах?
С виду обычное металлическое бронзовое зеркало, в котором можно увидеть свое отражение. Отполированная до блеска лицевая сторона зеркала немного выпуклая, а на тыльной стороне выдавлен рисунок.

Читать полностью

   

О металлах и их свойствах

E-mail

Главная

11.12.11 14:14

 

Для начала посмотрите коллекцию работ из металла художника-скульптора Донни Ванера (Donnie Wanner - США). Его последние произведения представляют собой металлические настенные скульптуры (Metal Wall Sculpture). Свои методы работы с металлом он разрабатывал в течение многих лет. Здесь используются бронза, хром, техника патины, термообработка и химические средства.

Читать полностью

   

О железе

E-mail

Главная

10.11.11 12:36

Интересно, а что вы думаете об обычном  железном гвоздике?
Ну да, намагнитить можно, по физике проходили …

Читать полностью