თუ ელექტრო კაბელებს ყურადღებით დააკვირდებით, შეამჩნევთ, რომ ისინი მოდუნების გამო ქვემოთაა მოხრილი. რატომ არის ელექტრო კაბელები განზრახ მოშვებული და არა უბრალოდ დაჭიმული? ფლორესსა და ლემბატაში, აღმოსავლეთ ნუსა ტენგარაში, სახურავების უმეტესობა თუთიისგან (Zn) არის დამზადებული. დღისით თუ ღამით, თუთიის სახურავები ხმაურს გამოსცემს. რატომ გამოსცემს თუთია ხმაურს? თუ თქვენ ცხოვრობთ კუნძულ იავაზე, შეიძლება შეგიმჩნევიათ რკინიგზის ლიანდაგები. რელსების შეერთებებში არის ნაპრალები. რა ფუნქცია აქვს ამ ნაპრალებს რელსების შეერთებებში? არსებობს მრავალი რამ, რაზეც შეგიძლიათ იფიქროთ და იკითხოთ გაფართოების თემასთან დაკავშირებით.
სიგრძის გაფართოება
მყარი სხეულების უმეტესობა განიცდის წრფივ გაფართოებას ტემპერატურის ცვლილებისას. ეს გულისხმობს სიგრძის ზრდას ან შემცირებას. როგორც წესი, ობიექტის სიგრძე იზრდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად, ხოლო სიგრძე მცირდება ტემპერატურის კლებასთან ერთად. შეიძლება იფიქროთ, რომ წრფივი გაფართოება მხოლოდ ისეთ ობიექტებში ხდება, როგორიცაა თხელი მავთულები. მაგალითად, წარმოიდგინეთ გზის პირას გაჩერებული მანქანა, რომელიც მზის სხივების ზემოქმედების ქვეშაა. როდესაც მანქანა გადახურდება, ლითონის ფირფიტა შეიძლება გასქელდეს ან მისი გვერდების სიგრძე გაიზარდოს. თუთიის სახურავსაც შეუძლია წრფივი გაფართოება. ამ შემთხვევაში, როდესაც თუთია გადახურდება, თუთიის კიდეები ფართოვდება და თუთიაც შეიძლება გასქელდეს. იგივე ხდება რკინიგზის ლიანდაგებსა და რკინის ან ფოლადის ხიდებზე.
მყარი სხეულების უმეტესობა ფართოვდება ან იკუმშება ტემპერატურის ცვლილებისას, ამიტომ უნდა გვესმოდეს, თუ როგორ მოქმედებს ტემპერატურის ცვლილება მყარი სხეულების გაფართოებაზე. ეს ძალიან სასარგებლოა აღჭურვილობის, შენობების, სატრანსპორტო საშუალებების და ა.შ. დიზაინის შექმნისას. მაგალითად, რკინიგზის ლიანდაგებზე არსებული ნაპრალებიდან. რკინიგზის ლიანდაგები ფოლადისგან მზადდება. ინჟინრებმა გამოთვალეს თითოეულ ლიანდაგს შორის არსებული ნაპრალების სიგანე. ცხელ დღეს ლიანდაგები რამდენიმე სანტიმეტრით ფართოვდება. როდესაც მატარებელი მათზე გაივლის, ლიანდაგების ტემპერატურაც იზრდება, რაც იწვევს ლიანდაგების გაფართოებას რამდენი სანტიმეტრით. ცივ ღამეს ლიანდაგები რამდენი სანტიმეტრით იკუმშება. ანალიზის საფუძველზე, ინჟინრები აფასებენ ლიანდაგებს შორის მანძილს ისე, რომ ლიანდაგის ტემპერატურის მატებისას ლიანდაგები ერთმანეთს არ შეეხონ და არ მოიღუნონ.
ტემპერატურის ცვლილებასა და წრფივი გაფართოების რაოდენობას შორის დამოკიდებულების ამსახველი ფორმულის გამოსატანად, განვიხილოთ მყარი სხეული, რომელიც გაფართოებას განიცდის, როგორც ეს მარჯვნივ მოცემულ ფიგურაზეა ნაჩვენები. წარწერა: To = საწყისი ტემპერატურა, T = საბოლოო ტემპერატურა, Lo = საწყისი სიგრძე, L = სიგრძე გაფართოების შემდეგ, დელტა L = სიგრძის ცვლილება, დელტა T = ტემპერატურის ცვლილება.
როდესაც ობიექტის ტემპერატურა = T ° (ობიექტი ჯერ კიდევ ცივია), ობიექტის სიგრძე = L ° . როდესაც ობიექტის ტემპერატურა = T° (ობიექტის ტემპერატურა იზრდება), ობიექტის სიგრძე = L. დაკვირვებებისა და ექსპერიმენტების შედეგების მიხედვით, ობიექტის სიგრძის ცვლილება ტემპერატურის ცვლილების პროპორციულია. თუ ტემპერატურა იზრდება, ობიექტის სიგრძე იზრდება. პირიქით, როდესაც ტემპერატურა მცირდება, ობიექტის სიგრძე მცირდება. ობიექტის სიგრძის ცვლილება ასევე პროპორციულია ობიექტის საწყისი სიგრძისა (L ° ). თუ ტემპერატურის ცვლილების სიდიდე იგივეა, მაგალითად, 10 მეტრის სიგრძის ობიექტი სიგრძეში 2-ჯერ გაიზრდება მხოლოდ 5 მეტრის სიგრძის ობიექტთან შედარებით. ამგვარად, რაც უფრო გრძელია ობიექტი, მით უფრო დიდია მისი გაფართოება.
ობიექტის სიგრძის ცვლილება (დელტა L) პროპორციულია ტემპერატურის ცვლილებისა (დელტა T):
ობიექტის სიგრძის ცვლილება (დელტა L) პროპორციულია ობიექტის საწყისი სიგრძისა (Lo):
თითოეული ობიექტის სიგრძის ცვლილება განსხვავებულია. მიუხედავად იმისა, რომ ის დიდია ტემპერატურის ცვლილებები ანალოგიურად, რკინის მიერ განცდილი გაფართოება არ არის იგივე, რაც მინის. იგივე ეხება სხვა ობიექტებსაც. ამიტომ, წრფივი გაფართოება დამოკიდებულია თითოეული ობიექტის წრფივი გაფართოების კოეფიციენტზე. თითოეული ობიექტის წრფივი გაფართოების კოეფიციენტი მიიღება ექსპერიმენტის საშუალებით. რაც უფრო დიდია წრფივი გაფართოების კოეფიციენტი, მით უფრო იზრდება სიგრძე. რაც უფრო პატარაა წრფივი გაფართოების კოეფიციენტი, მით უფრო მცირეა სიგრძის ზრდა. შეიძლება ითქვას, რომ ობიექტის სიგრძის ცვლილება წრფივი გაფართოების კოეფიციენტის პროპორციულია.
ზემოთ მოცემული სამი შედარება გამოხატულია განტოლების სახით:
გაფართოების ან შეკუმშვის შემდეგ ობიექტის მთლიანი სიგრძის მიღება შესაძლებელია ობიექტის საწყისი სიგრძის (L) შეკრებით.o) და ობიექტის სიგრძის ცვლილებები (დელტა L).
როდესაც ტემპერატურა იცვლება (TT)o) უარყოფითია, მაშინ სიგრძის ცვლილება (LL)o) ასევე უარყოფითია. ამ შემთხვევაში, ობიექტის სიგრძე მცირდება. პირიქით, თუ ტემპერატურა იცვლება (TTo) დადებითია, მაშინ სიგრძის ცვლილება (LLo) ასევე დადებითია. ამ შემთხვევაში ობიექტი სიგრძეში იზრდება.
ქვემოთ მოცემულია მყარი სხეულების წრფივი გაფართოების კოეფიციენტი 20 ° C ტემპერატურაზე. სითხეები და აირები იცვლიან ფორმას, რაც ხელს უშლის მათ წრფივ გაფართოებას. მყარი სხეულების წრფივი გაფართოების კოეფიციენტი ასევე დამოკიდებულია ტემპერატურაზე. სხვადასხვა ტემპერატურაზე მყარი სხეულების წრფივი გაფართოების კოეფიციენტიც იცვლება. თუ ტემპერატურული სხვაობა ძალიან დიდი არ არის, წრფივი გაფართოების კოეფიციენტში სხვაობაც ძალიან დიდი არ იქნება, ამიტომ მისი იგნორირება შესაძლებელია.
მოცულობის გაფართოება
სიგრძის გაფართოებას მხოლოდ მყარი სხეულები განიცდიან, მოცულობით გაფართოებას კი ყველა სხეული განიცდის, იქნება ეს მყარი, თხევადი თუ აირადი. მოცულობითი გაფართოების განტოლება სიგრძის გაფართოების განტოლების მსგავსია.
ზემოთ მოცემული მოცულობითი გაფართოების განტოლება მხოლოდ მაშინ არის ვალიდური, როდესაც ობიექტის (მყარი, თხევადი თუ აირადი) მოცულობის ცვლილება ნაკლებია ობიექტის საწყის მოცულობაზე. თუ ობიექტის მოცულობის ცვლილება მეტია ობიექტის საწყის მოცულობაზე, მოცულობითი გაფართოების განტოლება ზუსტ შედეგებს არ იძლევა. როგორც წესი, მყარი ობიექტების მიერ განცდილი მოცულობის ცვლილება არც ისე დიდია. ამის საპირისპიროდ, სითხეებისა და აირების მოცულობის კოეფიციენტის მნიშვნელობა საკმაოდ დიდია. აირების მოცულობის კოეფიციენტი ასევე ადვილად იცვლება ტემპერატურის ცვლილებასთან ერთად. ამიტომ, ზემოთ მოცემული ფორმულა გამოიყენება მხოლოდ მყარი ობიექტების გაფართოებისთვის. აირის მოცულობის ცვლილების განსაზღვრის ფორმულა შესწავლილი იქნება აირების კინეტიკური თეორიის თემაში მე-11 კლასში.
