Как работи каната за вода?

Този пост започна като коментар към чуденката на Пейо, но стана твърде дълъг и реших, че е по-добре да го публикувам тук.

Водата кипи при различна температура при различно атмосферно налягане, а атмосферното налягане зависи от надморската височина. При еднакви други условия налягането на по-голяма надморска височина е по-ниско, отколкото на по-малка. В училище са ни учили, че водата кипи при 100°C, a истината е, че това е вярно само на морското равнище. На по-високо водата кипи при по-ниска температура (в София вероятно при около 96-97°C (само грубо предположение, базирано на мътни спомени и най-вероятно е погрешно)).

Друг важен факт е, че докато кипи, водата не повишава температурата си, т.е. колкото и енергия да вкарваме във водата чрез нагревателя, тя няма да превиши температурата си на кипене. Струва си да се спомене също, че освободените пари имат същата температура като тази на водата, когато тя кипи.

От тук следва, че не може да се направи кана, която да се изключва при определена температура, едновеременно с това водата вътре да кипи и в същото време тази кана да е използваема на две различни надморски равнища. Тук дори не става въпрос за някаква голяма денивелация.

Например нека имаме кана, която изключва при 100°C. Ако сме на морското равнище, тя ще работи добре, но ако сме на по-високо, тази температура няма как да се достигне и каната няма да изключи преди водата да изкипи. Да пробваме сега с кана, която изключва при по-ниска температура, да речем, при 95°C. Добре де, но ако сме на място, където водата кипи при по-висока температура (т.е. сме на по-ниско надморско равнище), водата очевидно няма да закипи, защото нагревателят ще се е изключил преди това.

Ето защо не може да се направи универсална кана, която завира вода, с механизъм за изключване при определена температура на водата. Значи механизмът трябва да е друг.

Моето предположение е, че близо до капака има камера с клапа, която се отваря, когато налягането на водните пари стане по-високо от някакво зададено (но по-високо от атмосферното). В камерата пък вероятно има термодатчик, който изключва нагревателя, когато температурата му стане по-висока от някаква, която обаче е по-ниска от температурата на кипене на водата при някаква разумна надморска височина. Налягането вътре в каната се повишава в следствие от повишаването на температурата, което в някакъв момент отваря клапата. Когато тя се отвори, в камерата влизат горещи водни пари и загряват термодатчика, който пък изключва камерата. По-този начин каната може да се направи да работи добре както на морското равнище, така и на Еверест например.

Това, разбира се, е само предположение, изградено на базата на опита ми с каните за завиране на вода (често си правя чай). Много е вероятно да бъркам някъде.

Доплеров ефект

След като прочетох поста на iffi за научния хумор, си припомних един стар, но не много популярен полицейски анекдот.

Един джигит минал на червено и имал късмета да го спре полицай. Започнал да се оправдава, че виждал зелена светлина, когато преминавал през кръстовището. Полицаят помислил, почесал се малко и му написал акт за превишена скорост.

Тук изниква един интересен въпрос: Каква глоба е отнесъл джигитът?

Отговорът после, сега да видим откъде му е хрумнало на катаджията да пише акт за превишена скорост. Много просто -- сетил се е за доплеровия ефект.

Continue reading

Лъч светлина

След като дадох идея кои са трите основни области в оптиката, мога да започна да разглеждам едно по едно по-важните и по-интересните явления. Започвам с геометрична оптика, защото тя позволява лесно и интуитивно да се въведат някои основни понятия. Повечето от това, което следва, е учено в училище. Тук само ще се спра на основните моменти, за да припомня на забравилите.

Скоростта на светлината

В празното пространство (вакуум) светлината се движи с постоянна скорост, която е еднаква във всички инерциални отправни системи. Това твърдение е било доказано благодарение на експеримента на Майкелсон и Морли и в последствие е залегнало в основата на специалната теория на относителността на Айнщайн. Повече за теорията на относителността има на достъпен български в блога за Вселената, аз няма да се спирам тук на нея, само ще спомена едно от най-важните нейни следствия. А именно, нито материята, нито информацията могат да се движат със скорост по-голяма от скоростта на светлината във вакуум (бележи се с c). Това е наистина бързо -- за една секунда светлината изминава във вакуум 299 792 458 метра. Всъщност, от 1983 г. дефиницията за един метър е разстоянието, което светлината изминава във вакуум за 1/299 792 458 части от секундата.

Добре де, направих малко отклонение от темата. Причината беше да дам най-бегла представа за значението на тази константа (c) за физиката. Макар че съм почти сигурен, че не съм успял.

В евентуални бъдещи сметки няма да се тормозя с голяма точност и ще приемам скоростта на светлината за

\displaystyle c = 3\times10^8 m/s.

Току-що скъсих метъра с около 2 промила или с цели 0.2 mm. ;-)

Показател на пречупване

Досега ставаше въпрос за скоростта на светлината в празното пространство. В материалните среди (например въздух, вода, стъкло) скоростта на светлината е по-ниска:

\displaystyle v = \frac{c}{n},

където c е скоростта на светлината във вакуум, v е скоростта на светлината в материалната среда, а множителят n се нарича показател на пречуване на дадената среда. В различните среди, най-общо казано, светлината се разпространява с различна скорост и поради това показателят на пречупване е различен за различните среди. Разбира се, той е по-голям от единица, защото няма как светлината да се движи по-бързо в материална среда, отколкото във вакуум.

Но защо точно "показател на пречупване"?

Continue reading