Μαθήματα εφαρμοσμένης φυσικής

Στη φυσική του σχολείου προσέχατε ή κοιτούσατε τα πουλάκια που τιτιβίζανε; Και τι μας νοιάζει εμάς η φυσική ε; Κι όμως, να ένα απλό παράδειγμα καθημερινής εφαρμογής στο παρακάτω πρόβλημα.

Πρόβλημα:

Έστω αυτοκίνητο εις αγρούς κείμενο με μέση εξωτερική θερμοκρασία Τ=33˚C. Εντός του αυτοκινήτου και σε θέση ευάερη και ευήλια βρίσκονται 2 πλαστικά μπουκάλια χωρητικότητας L=0.5 lt, το ένα γεμάτο κατά τα 3/4 και το άλλο κατά το 1/6. Το αυτοκίνητο κινείται κατά περιόδους με ανοικτά τα παράθυρα υπό το καθεστώς των ως άνω συνθηκών σε δρόμους αγροτικούς (στην καλύτερη περίπτωση) για χρόνο t=6h. Δεδομένου του ότι ο παρατηρητής του πειράματος έχει κορακιάσει και δεν υπάρχει πηγή ή καφενείο σε ακτίνα R=3000m πως μπορούμε να φέρουμε το νερό σε θερμοκρασία Τ2<23˚C ώστε να είναι κατάλληλο για πόση και όχι για πλύση; Θεωρήστε δεδομένη την ύπαρξη ρολού χάρτου κουζίνας και κολλητικής ταινίας. Απαγορεύεται η χρήση υπολογιστικών μηχανών και κλιματιστικών.

Λύση:

Με δεδομένο ότι η θερμοκρασία περιβάλοντος δίνεται υπό σκιάν (και με πειραματικά δεδομένα) η θερμοκρασία στο εσωτερικό του αυτοκινήτου που βρίσκεται στον ήλιο και κατά συνέπεια και των αντικειμένων και των επιβατών, δύναται ευκόλως να περάσει τους 50˚C και κατά συνέπεια το νερό που βρίσκεται σε θερμική ισοροπία με το άμεσο περιβάλλον του είναι κατάλληλο για λούσιμο, ξύρισμα και πλύσιμο ρούχων αλλά όχι για πόση. Θα εκμεταλευτούμε λοιπόν το φαινόμενο της εξάτμισης και το γεγονός ότι ένα υγρό που εξατμίζεται αποροφά θερμότητα από το περιβάλλον του. Πρακτική εφαρμογή: περιελίσουμε το μπουκάλι που περιέχει τη μεγαλύτερη ποσότητα νερού με χαρτί κουζίνας, τουλάχιστον κατά τρεις περιστροφάς και το σταθεροποιούμε με την κολητική ταινία. Αδειάζουμε το περιεχόμενο του άλλου μπουκαλιού πάνω στο χαρτί κουζίνας προσεκτικά για να μη στάξει και κάνουμε τους χάρτες moon-e. Σταθεροποιούμε το μουκάλι στο εξωτερικό του αυτοκινήτου και αρχίζουμε να κινούμαστε. Η υψηλή εξωτερική θερμοκρασία με την παράλληλη απομάκρυνση του κορεσμένου σε υδρατμούς αέρα (λόγω της ιδίας της εξάτμισής) γύρω από το μπουκάλι βοηθάει στην ταχεία εξάτμιση του νερού και κατά συνέπεια την ψύξη του περιεχομένου του μπουκαλιού. Αποτέλεσμα: σε λίγη ώρα το νερό έχει φτάσει σε θερμοκρασία που πίνεται! Με τις υγείες σας. Η πειραματική διάταξη φαίνεται στο σχήμα 1.

Σχ.1

Υ.Γ.: Κάτι τέτοιες απαντήσεις έδινα και στο σχολείο, γι' αυτό και είχα αρκετό ελεύθερο χρόνο. Μετά το πρώτο εικοσάλεπτο δηλαδή που με πετούσαν έξω...