99 секретов физики

Сначала давайте выясним, что означает «идеальный». В науке часто используется понятие «физическая модель». Так говорят, когда имеют в виду не какой-то реальный объект, лежащий на лабораторном столе или в пробирке, а скорее созданный учеными образ, пример, обладающий всеми характерными признаками и свойствами того или иного объекта. И идеальным газом принято называть физическую модель реального газа, созданную для понимания и исследования свойств и возможностей вещества. Идеальный газ – это такой газ, в котором взаимодействие между молекулами очень мало: так же, как мал их суммарный объем. А значит, их физическими «взаимоотношениями» при исследовании можно пренебречь.

Такие свойства газа, как подвижность, способность заполнять большие объемы, наличие собственной массы, – были изучены достаточно поздно. К числу первых важных исследований можно отнести открытие уже известного вам Торричелли, доказавшего, что воздух имеет массу и что существует атмосферное давление. Во второй половине XVII столетия был сформулирован закон Бойля-Мариотта, гласивший: «При постоянных температуре и массе газа произведение давления газа на его объем постоянно». То есть давление массы газа при постоянной температуре обратно пропорционально объему этого газа.

В начале XIX столетия Жозеф Гей-Люссак (1778–1850) сформулировал законы расширения газов, а еще через полтора десятилетия ученые выяснили, что газ можно превращать в жидкость путем конденсации. Окончательно же понятие идеального газа и возможности научного «моделирования» с его участием сформулировал Рудольф Клаузиус (1822–1888).

Существует также понятие реального газа – в нем взаимодействие молекул достаточно сильно

№ 58 Тяжело дышать! Что происходит с воздухом в горах?

Существуют определения «высотная болезнь», или высотная гипоксия, развивающаяся из-за кислородного голодания высоко в горах или при полетах на дельтапланах и парапланах, и более узкое понятие «горная болезнь», когда к последствиям недостатка кислорода добавляются еще обезвоживание, переохлаждение, физическая и эмоциональная усталость. Почему же туристы и путешественники в горах подвергаются такой опасности?

Поднимаясь в горы, мы все больше удаляемся от земной поверхности. А значит, уменьшается плотность окружающего нас воздуха. Чем выше слой атмосферы, тем меньше в нем давление: ведь, как мы с вами уже выяснили, воздух тоже может давить! А значит, нижние слои подвергаются более сильному давлению, нежели верхние. И при увеличении высоты воздух становится все более разреженным, в нем все меньше молекул столь необходимого нам для дыхания кислорода.

На какой высоте человек начинает испытывать неприятные ощущения? Если вы поднялись в горы впервые, то дискомфорт начнете испытывать на высоте около 3000 метров.

К разреженному воздуху можно привыкнуть. Например, жители горных районов не страдают от недостатка кислорода. Но на больших высотах акклиматизация невозможна в принципе. Так, на высоте более 8000 метров даже очень тренированный альпинист способен находиться не более трех дней. При длительном нахождении в опасной зоне без специального оборудования последствия для организма станут необратимыми, и все может кончиться плохо.

Кстати, масса одного кубометра воздуха у поверхности земли – около 1,29 килограмма, а на высоте 11–12 километров – всего 319 граммов!

«Забирайся высоко, спи низко»

№ 59 Котелок не варит. Еще один сюрприз давления

Помимо разреженного воздуха и, следовательно, проблем со здоровьем, путешественника в горах может ожидать еще один сюрприз. Возникнут сложности с приготовлением пищи! Наверное, словосочетание «температура кипения» вам знакомо. Так вот, чем выше мы поднимаемся в горы, тем меньше будет температура кипения. Она тесно связана с атмосферным давлением, а ведь, как мы только что выяснили, на большой высоте давление понижается.

Если предположить, что мы с вами забрались на Эверест (высота его более 8800 метров над уровнем моря), то температура кипения воды там составит всего 70 градусов Цельсия. Это значит, что вода будет кипеть, но положенные в нее продукты останутся полусырыми! Что делать? Конечно, вряд ли кто-то будет варить мясо или яйца в котелке на вершине Эвереста, но даже спустившись чуть ниже и решив приготовить себе обед, мы будем очень долго ждать, пока пища сварится.

Эту проблему много лет назад научились решать пастухи, сторожившие свои стада на высокогорных пастбищах. Они плотно закрывали крышкой котелок с готовящейся пищей и укладывали на нее несколько тяжелых камней, чтобы пар не выходил свободно наружу, а увеличивал давление внутри посудины. Таким образом, температура кипения воды повышалась, и работники могли утолить голод значительно быстрее.