Насколько мне помнится, предмет «Естествознание» начинают изучать в четвёртом классе школы?
И одно из важнейших для детей понятие сразу даётся им как истина, не терпящая возражений, причём часто с демонстрациями, эту истину подтверждающими.
Молекулярно-кинетическая Теория
Мол, всё состоит из атомов, которые при обычных температурах соединены в комплексы, называемые молекулами. Молекулы эти находятся в непрерывном движении. Чем горячее тело, тем быстрее движутся в нём молекулы. В качестве примера часто упоминают Брауновское движение, показывают детям стеклянную коробочку с шариками и большой шайбочкой и, крутя некую ручку, вызывающую удары по шарикам, показывают, как шарики эти, хаотично дёргаясь бьют по шайбе и она перемещается туда-сюда под ударами.
Сценка из жизни четвёртого класса Церковно-Приходской Школы для умственно отсталых детей.
Учитель Естествозания, он же Учитель Физики.
Ученик-второгодник Эспри де Л'Эскалье.
Ученик спрашивает Учителя: Чем, с точки зрения молекулярно-кинетической теории отличаются друг от друга вода горячая и вода холодная, но находящаяся под давлением?
Итак , простейший опыт:
В два цилиндрических, одинаковых во всём, сосуда наливаем воду. В один – горячую, в другой – холодную. Затем в сосуд с холодной вставляем плотный поршень и ставим на него большую гирю. Ясно, вода в этом сосуде находится по соответствующим давлением. Сосуд с горячей ничем не закрываем и ни на что не нажимаем, он сообщается с атмосферой.
Значит на горячую давление атмосферное, на холодную -- многократно большее из-за поршня и тяжёлой гири.
Учитель:
Теперь рассмотрим оба эти случая с точки зрения молекулярно-кинетической теории.
Она объясняет это так: В горячей воде молекулы движутся быстрей. Они сильнее ударяют по молекулам стенки, заставляя молекулы стенки тоже ускорить своё движение и поэтому мы чувствуем тепло или термометр показывает некую, отличную от среды, повышенную температуру.
В холодной воде поршень давит на воду, вода передаёт давление на стенки, но она холодная и стенки тоже остаются холодными.
Школьник задаёт вопрос: А как «ведут» себя молекулы воды? Что это значит ДАВЯТ на стенки сильней или слабей?
Молекулы, -- отвечает Учитель, -- ударяют по стенке сильней и сумма этих ударов называется давлением.
Вопрос: Что это значит – Ударяют СИЛЬНЕЙ? Они стали от давления поршня быстрее двигаться? Но если так, то, в горячем сосуде тоже должно стать давление на стенки больше. А в холодном стенки должны разогреться тем больше, чем больше давление поршня, так как это ускоряет молекулы? -- Спрашивает ученик.
Учитель поясняет любопытствующему не в меру ученику:
Поршень чуть сдвигает молекулы воды ближе друг к другу и они не движутся быстрей, а просто, располагаясь ближе, плотней, оказывают на молекулы стенки суммарное большее воздействие, давление.
Как же они не движутся быстрей, – спрашивает ученик. -- Если мы проделаем дырочку в стенке, то вода брызнет оттуда с большой скоростью.
Это – совершенно разные причины, – объясняет Учитель. – Частички воды ускоряются из-за того, что к ним приложена сила давления и они по второму закону Ньютона получают, как и любое другое тело, ускорение, поэтому из дырочки будет бить струйка воды. Здесь речь идёт о разных причинах. Скорость хаотического движения молекул в холодной воде остаётся такой же, какой была. Направленное перемещение масс воды – это вызвано уже давлением поршня и подчиняяется Второму Закону Ньютона: Чем больше сила, тем больше ускорение (при той же массе).
Значит, – спрашивает ученик, – Учитель говорит, что чем больше сила, тем больше молекулы ускоряются?
Да! Но это не я говорю, а закон механики Ньютона.
А почему молекулы надо сдавливать, чтобы они сдвинулись чуть ближе?
А потому, что молекулы в воде связаны друг с другом специальными силами, которые с одной стороны не дают им разбежаться, а с другой стороны удерживают их на некотором расстоянии друг от друга. Причём силы вот этого удержания на расстоянии, очень быстро растут при малейших сближениях молекул. Их очень трудно сблизить и чем больше мы давим на них, тем они «сопротивляются» сближению тоже всё больше. Поэтому вода даже считается практически несжимаемой при небольших давлениях.
Значит, – спрашивает ученик, – если я правильно понял, чем ближе, даже на чуть-чуть, мы сблизим молекулы воды, тем сильней они будут отталкиваться друг от друга?
Совершенно верно, – отвечает Учитель.
Но если так, значит, по вашему Второму Закону Ньютона, чем сильней отталкивание, тем больше молекулы и УСКОРЯЮТСЯ? То есть начинают двигаться быстрей, а это показатель температуры! Значит холодная вода должна сильно нагреться только от одного давления.
Нет, вода от давления не нагреется, Газы, если их быстро сжимать -- нагреваются и это используется в двигателях Дизеля. Но мы ведь говорим о воде.
Но, что тогда, на языке молекул, означает давление? -- Спрашивает снова ученик. -- Ведь, если они чуть сближаются, то силы отталкивания между ними растут. Раз силы растут, значит по закону Ньютона они должны и ускоряться сильней? Значит на каждую пару молекул силы расталкивания будут больше и они будут разлетаться, или расходиться с большей скоростью? Или к молекулам закон Ньютона не употребляется?
Закон Ньютона -- универсален и применим к молекулам, атомам и даже частичкам атомов! -- Говорит Учитель.
Так почему ускорившиеся молекулы НЕ ДВИЖУТСЯ БЫСТРЕЙ?
Они НЕ УСКОРЯЮТСЯ! -- Отвечает учитель.
Но тогда значит, закон Ньютона не универсален и к таким маленьким частичкам не применим?
Молекуды под давлением, -- теряя терпение повторяет Учитель, -- чуть сближаются, хотя вода считается при низких давлениях несжимаемой. Это означает, что они сильней отталкиваются, и это отталкивание передаётся на стенки сосуда. Поэтому там на все стенки и на дно вода давит с одной и той же силой, если пренебречь небольшим весом столба воды.
Но они, эти молекулы, ускоряют своё хаотическоt движение под давлением? -- Упрямо спрашивает ученик.
Я уже в сотый раз объясняю тебе, что НЕТ!
Значит закон Ньютона не работает c молекулами и от бОльшей силы они не ускоряются! И не движутся быстрей?
Чем кончился этот урок Естествознания мы не знаем, ибо вскоре к школе подъехала Скорая Помощь и кого-то увезла, то ли Учителя, то ли ученика...
13 V 2019
P.S. Желающие разобраться в этом загадочном явлении на уровне четвёртого класса ЦПШ для умственно отсталых, cмогут прочитать следующую заметку с тем же названием под номером 2