Висилицы и кислота

[b0nch-pdb.livejournal.com]

 По мотивам детского вопроса с пружинкой в кислоте, возник чуть менее детский вопрос:
пускай это не пружинка, а шарик, висяший на ниточке. Эдакая миниатюрная виселица. Возьмем 2 такие виселицы: у одной шарик повыше, высокая потенциальная энергия, у другой - пониже. Поместим их в одинаковые колбы с кислотой.
Шарики растворились, будем считать, что плотность раствора шарика равна  плотности кислоты (разумеется, растворение тогда пройдет с повышением уровня в колбах) Получим две колбы с одинаково повысившимся уровнем жидкости.




Вопрос стандартный: куда делась разница в потенциальных энергиях шариков? Если на нагревание. то каков механизм этого нагревания?

UPD: Корректировка физической грамотности вопроса: до растворения шарики имели бОльшую плотность, чем кислота, поэтому уровень в колбах и повысился. Соответственно и разница потенциальных энергий у тяжелых шариков в кислоте была. А после растворения ее, в силу однородности жидкости, не стало. Куда делась?
ЗЫ: Состав кислоты и шариков значения не имеет, так как задачка не по химии.

UPD2: Спасибо всем за комментарии. Разобрались. Наиболее четкой веткой считаю эту.
Также есть много других комментаторов, решивших задачу.

Comments

[oncle-t.livejournal.com]

А в чём меньшая детскость этого вопроса?

[little-rich.livejournal.com]

в приведенной схеме! =)

[pritula.livejournal.com]

зафрендил.

вопрос достоин "Занимательной физики" Перельмана ) Мне кажется, что потенциальная энергия здесь роли не играет, но почему - объяснить не могу. Жду обоснованных ответов.

[mcmurfy.livejournal.com]

условия задачи неполные. нужно знать какой металл и какая кислота.

[gavroshe.livejournal.com]

Ну, пусть будет железо и серная.

[otello.livejournal.com]

>> плотность раствора шарика равна плотности кислоты

в таком случае о разности потенциальных энергий шариков говорить не приходится

шарики просто не будут падать в этом растрове, если перерезать нитки

[b0nch-pdb.livejournal.com]

Да... но ДО того, как мы их погрузили в кислоту - разница потенциальных энергий была.

[pourtous.livejournal.com]

Разница потенциальных энергий компенсировалась работой на подъем повыше шарика второй виселицы.

[o-x193n.livejournal.com]

если плотность раствора шаров совпадает с плотнастью кислотного раствора, то никакой разницы энергий.
E=((Ро(шар)-Ро(раст))*Жэ*Аш)
думаю нужно решать относительно параметров среды, поэтому берем разницу плотностей, тут она равна нулю как и потенциальная энергия
при отличии плотностей раствора шаров и кислоты энергия пошлабы на нагревание от трения и перемешивания "облаков" растворов при опускании их на дно пробирки.

[b0nch-pdb.livejournal.com]

Ок, согласен. Спасибо за грамотный комментарий.
Однако, если шарик плотнее кислоты, а его раствор по плотности равен кислоте - то энергия на "перемешивание облаков" тратиться не будет. Как быть в этом случае.

[murmau.livejournal.com]

Неверная постановка вопроса. Если нитки в результате опыта не рвутся то нет никаких шариков на нитках. Есть две совершенно монолитные детали хитрой формы. Это первое.

Второе, пока нет движения нет и выделения энергии, нет преобразования потенциальной энергии в кинетическую и потом в тепло. Всё остальное - бессмыслица. С таким же успехом можно спросить, почему например предмет на пятом этаже не теплее предмета не втором этаже. Если они оба упадут на землю, то начала потенциальная энергия перейдет в кинетическую и произведет работу, а потом уже при ударе об землю эта работа перейдет в тепло. Для одного предмета работы и тепла будет больше, для другого меньше.

В вашем случае потенциальная энергия вообще не производит работы, так что не будет выделения энергии.

[murmau.livejournal.com]

А физику всё таки надо учить самому, не пытаясь хитрить в интернете :-/

[besuhoff.livejournal.com]

"Шарики растворились, будем считать, что плотность раствора шарика равна плотности кислоты (разумеется, растворение тогда пройдет с повышением уровня в колбах)"

Это место мне совсем непонятно. если шарик и так есть в кислоте, с его растворением количество вещества не увеличивается

[fergus-macdubh.livejournal.com]

Потенциальная энергия осталась в шарике. Шарик был на высоте 10 см, растворился и превратился в облако на высоте 10 см. Другой шарик был на высоте 5 см, растворился и превратился в облако на высоте 5 см.
Сам факт растворения ничего не меняет - шарики не падают и не взлетают, поэтому изменения потенциальной энергии нет.

[besuhoff.livejournal.com]

кстати, да. а потом эти облака берут и оседают, превращая потенциальную энергию в кинетическую

вообще, на таком уровне классическая механика уже мало годицца, имхо

[ex-un-false.livejournal.com]

Не надо путать длинное с мягким. Ж-)
Потенциальная энергия - это просто абстракция, она ни во что более менее материальное, акромя кинетической энергии, превратиться не может.

[tikay.livejournal.com]

Повесить и утопить. Жесть =)

[besuhoff.livejournal.com]

одновременно
еще и растворить при этом

[slonoed.livejournal.com]

Всё проще: шарик номер два выше, т.е. в системе отчета связаной скажем с дном колбы его потенциальная энергия больше, но молекулы растворяясь (реагируя с веществом) будут находится выше относительно дна и так же иметь большую потенциальную энергию в этой системе.

[chlorian.livejournal.com]

Над первым шариком столб воды.
Над вторым - тоже.

Но над первым столб больше.

Вначале в воздухе две виселицы обладали разной потенциальной энергией, это верно.

Но, утопив их в кислоте, вы добавили первой системе потенциальной энерги, подняв больше жидкости на высоту. Если, как вы говорите, плотности шариков и жидкости равны, то теперь потенциальные энергии обеих систем равны. Если шарики, скажем, тяжелее жидкости, то энергия второго уйдет на утопление частиц, соответсвенно дополнительное перемешивание жидкости и нагрев в конечном итоге, как вам уже написали.

[b0nch-pdb.livejournal.com]

Плотности растворов (!) шариков и жидкостей равны. Погруженный в кислоту нерастворившийся шарик - тонет.
То есть, даже стоя в кислоте, но не растворившись - системы имеют разную потенциальную энергию. А когда шарики растворяются и их растворы "повисают" в кислоте - энергия выравнивается.

[roquefort-tln.livejournal.com]

молекулы шарика тяжелее молекул кислоты
при растворении центр тяжести всех молекул шарика изначально будет совпадать с центром тяжести бывшего шарика.
При размешивании до однородного состояния центр тяжести этих молекул совпадет с центром тяжести стакана.
Потенциальная энергия освободившаяся (поглощенная) при этом смещении центра тяжести естественным образом перейдет в тепловую в количестве равном весу шарика, умноженному на разницу между этими центрами тяжести.

Понятное дело, что при разной высоте шариков эта дельта будет разной, соответственно будет наблюдаться и разница температур.

[b0nch-pdb.livejournal.com]

Я бы не утверждал, что молекулы шарика тяжелее молекул воды. Плотность шарика выше плотности кислоты. Но плотность раствора шарика - такая же.
(Простейший пример - это шарики из замороженного спирта ставятся в спирт. Молекулы - одного веса)

[tumbochka.livejournal.com]

Пусть масса шарика m, масса кислоты k. После вашего опыта у вас два сосуда с раствором массы m+k, но на разных высотах: сосуд с кислотой, растворивший правый шарик, выше, следовательно, у кислоты в этом сосуде потенциальная энергия больше.

[doppeltes.livejournal.com]

Теоретически разница будет, в реальности никто её замерить не сможет.

[roquefort-tln.livejournal.com]

хороший термос, точный темрометр. Почему бы и нет?

[ex-tap-step.livejournal.com]

Правильно писать "висЕлица". Физики, блин.

[otello.livejournal.com]

неправильно! правильно - висилицца! (гл.)

[pequeno-raposa.livejournal.com]

Потенциальная энергия шариков перешла в потенциальную энергию раствора металлической соли.

Ваш вопрос аналогичен следующему - пусть оба шарика рассыпались в мелкую пыль, которая осела на дно. Конечное состояние одинаковое. Куда девалась энергия? - На перемешивание жидкости.

[http://users.livejournal.com/___jeff___/]

простите

[http://users.livejournal.com/_valerka_/]

в энергию броуновского движения. Один из шариков раствориться быстрее, вот только эксперимент сложно поставить.

[zellily.livejournal.com]

Хммм... Раствор - он же однородный... Значит, все частицы бывшего шарика должны равномерно распределиться по сосуду.
Отсюда вопрос - скажем, если мы соль на дне стакана идеально аккуратненько зальем водой, получим ли мы раствор, или у нас будет слой насыщенного раствора соли внизу и вода сверху ?

[lexxair.livejournal.com]

что значит "Раствор - он же однородный"?

смотря через какое время после растворения.
будет ситуация, когда внизу концентрация на дне будет значительно больше чем вверху.

[the-wax.livejournal.com]

по условию задачи у шариков одинаковая потенциальная энергия, поскольку, если обрезать нитку, система не выйдет из равновесия ни в том, ни в другом случае.

[termar.livejournal.com]

После растворения атомы шариков распределяются равномерно по сосуду. То есть центр тяжести системы атомов, составлявших шарики, в случае левого сосуда - поднялся, в правом сосуде - опустился. В левом сосуде атомы в среднем забирали тепловую энергию у атомов среды и преобразовывали её в потенциальную. В правом - наоборот: потенциальная энергия атомов перешла в тепловую среды.

[white-thesis.livejournal.com]

Допустим, что работа по опусканию шарика от поверхности на глубину L равно А1.
Стакан с вертикальными стенками.

Объем жидкости V1, шарика твердого V2, шарика растворившегося V3
До растворения уровень жидкости в стакане соотвествует V1+V2, а после растворения V1+V3, уровень жидкости в стакане увеличился на dL

Прибавка объема dV равна (V2-V1)
Этот "избыток" объема появился в стакане в том самом месте, где был шарик
Значит была совершена некая работа А2 против давления жидкости. Давления на том уровне, где висел шарик. Жидкость в стакане от повехности до глубины L была приподнята на dL.

Что эквивалентно закачиванию dV жидкости в стакан через отверстие в стенке, проделанное на той же высоте, что и шарик.

Думаю, что если посчитать в числах, то работа A2 окажется больше A1, а реальный процесс будет сопровождаться изменением температуры. Раствор будет холоднее.

Для простоты можно "взять" шарик нулевого объема, котрый при растворении образует некий объем жидкости той же плотности, что и жидкость в стакане. И посчитать.
Но лень.