Дело в том, что длина рельса меняется в зависимости от температуры за счет теплового расширения. Это расширение нужно каким-либо образом компенсировать – именно это и происходит в зазорах на стыках.
На современных высокоскоростных железнодорожных магистралях за счет различных технологических ухищрений количество стыков удается значительно сократить: бесстыковые участки могут иметь длину в сотни метров. Однако совсем без стыков обойтись не получится.
20. Агрегатные состояния вещества
140. Перепутанные графики
Из описанной ситуации мы понимаем, что принесенный лед должен был нагреться до температуры плавления (0 °C), растаять, полученная вода должна была нагреться до температуры кипения (100 °C) и начать выкипать. Если бы она выкипела вся, Нуллибер вряд ли смог бы проводить дальнейшие измерения, потому что пар в кастрюле удержать непросто. Впрочем, у нас нет достоверной информации о том, до какого из этапов Нуллибер довел свой эксперимент – возможно, он даже не растопил до конца лед. Это мы узнаем, когда отбросим все неподходящие графики.
Проглядев графики, мы видим на них наклонные и горизонтальные участки. Наклонный участок соответствует тому, что температура с течением времени растет – то есть тело нагревается. Чем круче наклон графика, тем быстрее растет температура. Поскольку печь имеет постоянную тепловую мощность, более быстрый рост температуры говорит о меньшей удельной теплоемкости. Сравнив удельные теплоемкости льда и воды, видим, что лед уступает по этому показателю воде больше чем вдвое. Значит, график нагрева льда должен быть примерно вдвое круче графика нагрева воды. Горизонтальный участок показывает, что печь отдает тепло, но нагрева не происходит. Это означает, что происходит фазовый переход – таяние либо кипение.
График А отбрасываем, потому что лед не мог с самого начала иметь температуру выше нуля. На графике Е наблюдается спад температуры с течением времени – это совсем не соответствует условиям описанного эксперимента. На графике Г нагрев происходит от отрицательной температуры до температуры выше 100 °C без горизонтального участка, то есть без смены агрегатного состояния – вряд ли речь идет о куске льда. На графике Д фазовый переход (горизонтальный участок) есть, но он не соответствует по температуре ни таянию льда, ни кипению воды. График Б похож на график «нагрев льда – таяние – нагрев воды», однако участок, соответствующий нагреву льда, не может быть более пологим по сравнению с участком нагрева воды в описанном эксперименте: у воды больше удельная теплоемкость. Остается график В – и он действительно соответствует всем условиям.