Вверх
Можно ли вскипятить воду звуком? Или Новогодний эксперимент!
Занимательные фишки - 7 класс
Занимательные фишки - 8 класс
Занимательные фишки - 9 класс
Занимательные фишки - 10-11 класс
Презентации и диафильмы по физике
"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?
Касс!ная физика на Youtube

Викторины

Презентации по физике

Ребусы и  кроссворды

Можно ли вскипятить воду звуком? Или Новогодний эксперимент!

03.01.2017

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.
На рисунке показано, что источник звука расположен слева.

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





По следам "английских ученых"

  • Можно ли вскипятить воду звуком?

    Если у вас в доме вдруг пропало электричество, не работает электрический чайник, плита, и кончились спички, но зато вопреки всему во всю силу гремит музыка, давайте зададимся вопросом: можно ли вскипятить воду, используя звук? Насколько это реально?

Устали? - Отдохнем!



Новости


Азбука физики
Азбука физики
Викторины
Викторины

Научные игрушки
Научные игрушки
Загадки прошлого
Викторины
Простые опыты
Простые опыты
Парадоксы
Парадоксы
Это интересно
Интересная физика
История техники
История техники
Физика детям
Физика для детей
Библиотека
Библиотека
Знаете ли вы
Знаете ли вы
История физики
История физики
Любознательным
Любознательным
Мысли вслух
Мысли вслух
Этюды об ученых
Ученые-физики
Задачи Г. Остера
Задачи Григория Остера
Умные книжки
Умные книжки по физике
Книги по физике
Книги по физике - повышение IQ
Есть вопросик
Ответы на попросы по физике
Его величество
Все о человеке
Музеи науки
Научные музеи
Достижения
Новости науки и техники



Выпускникам

Как сдавать экзамены?
Тактика тестирования
Знаешь ли ты себя?
На урок



Класс!ная физика для любознательных

Презентации и диафильмы по физике

My-shop.ru - Интернет-магазин товаров для образования



Интернет-магазин Лабиринт