Термодинамика (нет… — Задание ЕГЭ по физике №00016542

У сосульки две «эпохи»: в оттепель она быстро растёт, а в мороз медленно худеет и заостряется. За каждой стоит свой фазовый переход.

Оттепель: сосулька растёт. Снег на крыше тает: крыша прогревается солнцем и теплом дома, температура там выше нуля. Талая вода стекает к карнизу. Карниз выступает за стену, его со всех сторон обдувает холодный воздух, поэтому температура карниза ниже $0\ ^\circ\text{C}$. Вода на карнизе и на самой сосульке отдаёт тепло холодному льду и воздуху и замерзает — идёт кристаллизация. Каждая новая порция воды стекает по сосульке и намерзает на неё, поэтому сосулька быстро растёт и в длину, и в толщину.

Почему важна высокая влажность. Часть воды могла бы просто испариться, не успев замёрзнуть. Но при высокой влажности воздух почти насыщен водяным паром, и испарение идёт очень слабо. Поэтому почти вся стекающая вода превращается в лёд, и сосульки растут быстро.

Мороз: сосулька худеет. Оттепель кончилась, вода больше не поступает, и сосулька перестаёт расти. Но лёд может испаряться, минуя жидкое состояние, — это сублимация (возгонка). В мороз воздух сухой: водяного пара в нём мало, он далёк от насыщения. Поэтому молекулы воды покидают поверхность льда чаще, чем возвращаются на неё, и сосулька медленно теряет массу, оставаясь твёрдой, — становится тоньше.

Почему конец заостряется. Лёд уходит со всей поверхности слоем примерно одинаковой толщины. Для толстого основания потеря тонкого слоя почти незаметна, а на тонком конце тот же слой — заметная часть всей толщины. Иначе говоря, у тонкого конца на единицу объёма льда приходится больше поверхности, с которой идёт испарение. Поэтому конец «съедается» быстрее всего и становится острым.

Итак, рост сосулек в оттепель — это кристаллизация стекающей талой воды на холодном карнизе, а их утончение и заострение в мороз — сублимация льда в сухой морозный воздух.