Методические рекомендации по проведению недели физики




Скачать 498.71 Kb.
НазваниеМетодические рекомендации по проведению недели физики
страница2/6
Дата конвертации25.01.2013
Размер498.71 Kb.
ТипМетодические рекомендации
1   2   3   4   5   6



ПОНЕДЕЛЬНИК


16.11.09


Рекорды в науке

и технике!

Предельные значения

величин.


Рекорды в науке и технике. Предельные значения величин.

Самая высокая температура


Она получена в центре взрыва термоядерной бомбы – около 300...400 млн°C. Максимальная температура, достигнутая в ходе управляемой термоядерной реакции на испытательной термоядерной установке ТОКАМАК в Принстонской лаборатории физики плазмы, США, в июне 1986 г., составляет 200 млн°C.

Самая низкая температура


Абсолютный нуль по шкале Кельвина (0 K) соответствует –273,15° по шкале Цельсия или –459,67° по шкале Фаренгейта. Самая низкая температура, 2·10–9 K (двухбиллионная часть градуса) выше абсолютного нуля, была достигнута в двухступенчатом криостате ядерного размагничивания в Лаборатории низких температур Хельсинкского технологического университета, Финляндия, группой учёных под руководством профессора Олли Лоунасмаа (род. в 1930 г.), о чём было объявлено в октябре 1989 г.

Самый миниатюрный термометр


Д-р Фредерик Сакс, биофизик из Государственного университета штата Нью-Йорк, Буффало, США, сконструировал микротермометр для измерения температуры отдельных живых клеток. Диаметр наконечника термометра – 1 микрон, т.е. 1/50 часть диаметра человеческого волоса.

Самый большой барометр


Водяной барометр высотой 12 м был сконструирован в 1987 г. Бертом Болле, хранителем Музея барометров в Мартенсдейке, Нидерланды, где он и установлен.

Самое большое давление


Как сообщалось в июне 1978 г., в Геофизической лаборатории Института Карнеги, Вашингтон, США, в гигантском гидравлическом прессе с алмазным покрытием было получено самое высокое постоянное давление в 1,70 мегабар (170 ГПа). Было также объявлено, что в этой лаборатории 2 марта 1979 г. получили твёрдый водород под давлением 57 килобар. Ожидается, что металлический водород будет металлом серебристо-белого цвета с плотностью 1,1 г/см3. По расчётам физиков Г.К. Мао и П.М. Белла, для этого эксперимента при 25°C потребуется давление в 1 мегабар.

В США, как сообщалось в 1958 г., при использовании динамических методов с ударными скоростями порядка 29 тыс. км/ч было получено мгновенное давление 75 млн атм. (7 тыс. ГПа).

Самая высокая скорость


В августе 1980 г. сообщалось о том, что в Исследовательской лаборатории ВМС США, Вашингтон, США, пластиковый диск был разогнан до скорости 150 км/с. Это максимальная скорость, с которой когда-либо двигался твёрдый видимый объект.

Самые точные весы


Самые точные весы в мире – «Сарториус-4108» – были изготовлены в Гёттингене, ФРГ, на них можно взвешивать предметы до 0,5 г с точностью в 0,01 мкг, или 0,00000001 г, что соответствует приблизительно 1/60 веса типографской краски, потраченной на точку в конце этого предложения.

Самая большая пузырьковая камера


Самая крупная в мире пузырьковая камера стоимостью 7 млн долл. была построена в октябре 1973 г. в Уэстоне, штат Иллинойс, США. Она имеет 4,57 м в диаметре, вмещает 33 тыс. л жидкого водорода при температуре –247°C и снабжена сверхпроводящим магнитом, создающим поле 3 Тл.

Самая быстрая центрифуга


Ультрацентрифуга была изобретена Теодором Сведбергом (1884...1971), Швеция, в 1923 г.

Самая высокая скорость вращения, полученная человеком, составлявляет 7250 км/ч. С такой скоростью, как сообщалось 24 января 1975 г., вращается в вакууме 15,2 см конический стержень из углеродного волокна в Бирмингемском университете, Великобритания

Самое точное сечение


Как сообщалось в июне 1983 г., высокоточный алмазно-токарный станок в Национальной лаборатории им. Лоуренса в Ливерморе, штат Калифорния, США, может вдоль рассечь человеческий волос 3 тыс. раз. Стоимость станка 13 млн долл.

Самый мощный электрический ток


Самый мощный электрический ток был сгенерирован в Научной лаборатории Лос-Аламоса, штат Нью-Мексико, США. При одновременном разряде 4032 конденсатора, объединённые в суперконденсатор «Зевс», в течение нескольких микросекунд дают вдвое больший электрический ток, чем генерируемый всеми энергетическими установками Земли.

Самое горячее пламя


Самое горячее пламя получается при сгорании субнитрида углерода (C4N2), дающего при 1 атм. температуру 5261 K.

Самая высокая измеренная частота


Самой высокой частотой, которую воспринимает невооружённый глаз, является частота колебаний жёлто-зелёного света, равная 520,206 808 5 терагерц (1 терагерц – миллион миллионов герц), соответствующая линии перехода 17 – 1 Р(62) йода-127.

Самая высокая частота, измеренная с помощью приборов, – частота колебаний зелёного света, равная 582,491 703 ТГц для b21 компонента R(15) 43 – 0 линии перехода йода-127. Решением Генеральной конференции мер и весов, принятым 20 октября 1983 г., для точного выражения метра (м) при помощи скорости света (c) устанавливается, что «метр – это путь, проходимый светом в вакууме за интервал времени, равный 1/299792458 секунды». В результате частота ( ) и длина волны (λ) оказываются связанными зависимостью f·λ = c.

Самое слабое трение


Самый низкий коэффициент динамического и статического трения для твёрдого тела (0,02) имеет политетрафторэтилен (С2F4n), называемый ПТФЭ. Он равен трению мокрого льда о мокрый лед. Это вещество было впервые получено в достаточном количестве американской фирмой «Е.И. Дюпон де Немур» в 1943 г. и экспортировалось из США под названием «тефлон». Американские и западноевропейские домохозяйки обожают кастрюли и сковородки с антипригарным тефлоновым покрытием.

В центрифуге Университета штата Виргиния, США, в вакууме 10–6 мм ртутного столба со скоростью 1000 об/с вращается поддерживаемый магнитным полем ротор массой 13,6 кг. Он теряет лишь 1 об/с в сутки и будет вращаться в течение многих лет.

Самое маленькое отверстие


Отверстие диаметром 40 ангстрем (4·10–6 мм) удалось увидеть на электронном микроскопе JEM 100C при помощи устройства фирмы «Квантел электроникс» в отделении металлургии Оксфордского университета, Великобритания, 28 октября 1979 г. Обнаружить подобное отверстие все равно что найти булавочную головку в стоге сена со сторонами в 1,93 км.

В мае 1983 г. луч электронного микроскопа в Иллинойском университете, США, случайно прожёг в образце бета-алюмината натрия отверстие диаметром 2·10–9 м.

Самые мощные лазерные лучи


Впервые осветить другое небесное тело лучом света удалось 9 мая 1962 г.; тогда луч света отразился от поверхности Луны. Он был направлен лазером (усилителем света, основанным на вынужденном излучении), точность прицела которого координировалась 121,9 см телескопом, установленным в Массачусетском технологическом институте, Кембридж, штат Массачусетс, США. На лунной поверхности освещалось пятно диаметром около 6,4 км. Лазер был предложен в 1958 г. американцем Чарлзом Таунзом (род. в 1915 г.). Световой импульс подобной мощности при длительности 1/5000 сможет прожечь алмаз за счёт его испарения при температуре до 10 000°C. Такую температуру создают 2·1023 фотонов. Как сообщалось, лазер «Шива», установленный в лаборатории им. Лоуренса в Ливерморе, штат Калифорния, США, смог сконцентрировать световой пучок мощностью порядка 2,6·1013 Вт на предмете размером с булавочную головку в течение 9,5·10–11 с. Этот результат был получен при эксперименте 18 мая 1978 г.

Самый яркий свет


Самыми яркими источниками искусственного света являются лазерные импульсы, которые были сгенерированы в Национальной лаборатории Лос-Аламоса, штат Нью-Мексико, США, в марте 1987 г. д-ром Робертом Грэмом. Мощность вспышки ультрафиолетового света длительностью в 1 пикосекунду (1·10–12 с) составила 5·1015 Вт.

Самым мощным источником постоянного света является аргонная дуговая лампа высокого давления с потребляемой мощностью 313 кВт и силой света 1,2 млн кандел, изготовленная фирмой «Вортек индастриз» в Ванкувере, Канада, в марте 1984 г.

Самый мощный прожектор выпускался во время второй мировой войны, в 1939...1945 гг., фирмой «Дженерал электрик». Он был разработан в Научно-исследовательском центре Херста, Лондон. При потребляемой мощности в 600 кВт он давал яркость дуги в 46 500 кд/см2 и максимальную интенсивность луча 2700 млн кд от параболического зеркала диаметром 3,04 м.

Самый короткий импульс света


Чарлз Шанк с коллегами в лабораториях компании «Америкэн телефон энд телеграф» (АТТ), штат Нью-Джерси, США, получил импульс света длительностью 8 фемтосекунд (8·10–15 с), о чём было объявлено в апреле 1985 г. Длина импульса равнялась 4...5 длинам волн видимого света, или 2,4 мкм.

Самая долговечная лампочка


Средняя лампочка накаливания горит в течение 750...1000 ч. Есть сведения о том, что пятиваттная лампа с угольной нитью, выпущенная фирмой «Шелби электрик» и недавно продемонстрированная г-ном Бернеллом в Пожарном управлении Ливермора, штат Калифорния, США, впервые дала свет в 1901 г.

Самый тяжёлый магнит


Самый тяжёлый в мире магнит имеет диаметр 60 м и весит 36 тыс. т. Он был сделан для синхрофазотрона мощностью 10 ТэВ, установленного в Объединённом институте ядерных исследований в Дубне, Московская обл.

Самый большой электромагнит


Крупнейший в мире электромагнит является частью детектора L3, используемого в экспериментах на большом электрон-позитронном коллайдере (LEP) Европейского совета ядерных исследований, Швейцария. Электромагнит 8-угольной формы состоит из ярма, изготовленного из 6400 т низкоуглеродистой стали, и алюминиевой катушки весом 1100 т. Элементы ярма, весом до 30 т каждый, были изготовлены в СССР. Катушка, сделанная в Швейцарии, состоит из 168 витков, закреплённых электросваркой на 8-угольной раме. Ток силой 30 тыс. А, проходящий по алюминиевой катушке, создает магнитное поле мощностью 5 килогауссов. Габариты электромагнита, превосходящие высоту 4 этажного здания, составляют 12х12х12 м, а общий вес равен 7810 т. На его изготовление ушло больше металла, чем на постройку Эйфелевой башни.

Магнитные поля


Самое мощное постоянное поле величиной 35,3 ± 0,3 Тесла было получено в Национальной магнитной лаборатории им. Фрэнсиса Биттера в Массачусетском технологическом институте, США, 26 мая 1988 г. Для его получения использовался гибридный магнит с гольмиевыми полюсами. Под его воздействием усиливалось магнитное поле, создаваемое сердцем и мозгом.

Самое слабое магнитное поле было измерено в экранированном помещении той же лаборатории. Его величина составила 8·10–15 Тесла. Оно использовалось д-ром Дэвидом Коэном для изучения чрезвычайно слабых магнитных полей, создаваемых сердцем и мозгом.

Самый мощный микроскоп


Растровый туннелирующий микроскоп (STM), изобретённый в Научно-исследовательской лаборатории фирмы ИБМ в Цюрихе в 1981 г., позволяет достичь увеличения в 100 млн раз и различить детали до 0,01 диаметра атома (3·10–10 м). Утверждают, что размеры растровых туннелирующих микроскопов 4-го поколения не будут превышать размера наперстка.

При помощи методов полевой ионной микроскопии наконечники зондов сканирующих туннелирующих микроскопов изготавливаются таким образом, чтобы на их конце был один атом – последние 3 слоя этой сотворённой руками человека пирамиды состоят из 7, 3 и 1 атома В июле 1986 г. представители Лаборатории концерна «Белл телефон систем», Марри Хилл, штат Нью Джерси, США, заявили о том, что им удалось перенести одиночный атом (скорее всего, германия) вольфрамового наконечника зонда растрового туннелирующего микроскопа на германиевую поверхность. В январе 1990 г. подобную операцию повторили Д. Эйглер и Е. Швейцер из Исследовательского центра компании ИБМ, Сан-Хосе, штат Калифорния, США. Используя сканирующий туннелирующий микроскоп, они выложили слово IBM одиночными атомами ксенона, перенеся их на никелевую поверхность.

Самый громкий шум


Самый громкий шум, полученный в лабораторных условиях, был равен 210 дБ, или 400 тыс. ак. Вт (акустических ватт), сообщило агентство НАСА. Он был получен за счёт отражения звука железобетонным испытательным стендом размером 14,63 м и фундаментом глубиной 18,3 м, предназначенным для испытаний ракеты «Сатурн V», в Центре космических полётов им. Маршалла, Хантсвилл, штат Алабама, США, в октябре 1965 г. Звуковой волной такой силы можно было бы сверлить отверстия в твёрдых материалах. Шум был слышен в пределах 161 км.

Самый маленький микрофон


В 1967 г. профессор Ибрагим Каврак из университета Богазичи, Стамбул, Турция, создал микрофон для новой методики измерения давления в потоке жидкости. Его частотный диапазон – от 10 Гц до 10 кГц, размеры – 1,5 мм х 0,7 мм.

Самая высокая нота


Самая высокая из полученных нот имеет частоту 60 гигагерц. Она была сгенерирована лазерным лучом, направленным на кристалл сапфира, в Массачусетском технологическом институте, США, в сентябре 1964 г.

Самый мощный ускоритель частиц


Протонный синхротрон диаметром 2 км в Национальной лаборатории ускорений им. Ферми к востоку от Батейвии, штат Иллинойс, США, является самым мощным в мире ускорителем ядерных частиц. 14 мая 1976 г. на нем была впервые получена энергия порядка 500 ГэВ (5·1011 электрон-вольт). 13 октября 1985 г. на нем в результате столкновения пучков протонов и антипротонов получена энергия в системе центра масс в 1,6 ГэВ (1,6·1011 электрон-вольт). Для этого понадобилось 1000 сверхпроводящих магнитов, работающих при температуре –268,8°C, поддерживаемой с помощью самой крупной в мире установки по сжижению гелия производительностью 4500 л/час, вступившей в строй 18 апреля 1980 г.

Поставленная ЦЕРНом (Европейская организация ядерных исследований) цель – обеспечить столкновение пучков протонов и антипротонов в протонном синхротроне на сверхвысокую энергию (SPS) с энергией 270 ГэВ · 2 = 540 ГэВ – была достигнута в Женеве, Швейцария, в 4 ч 55 мин утра 10 июля 1981 г. Эта энергия эквивалентна той, которая выделяется при соударении протонов, имеющих энергию 150 тыс. ГэВ, с неподвижной мишенью.

Министерство энергетики США 16 августа 1983 г. субсидировало исследования по созданию к 1995 г. сверхпроводящего суперколлайдера (SSC) диаметром 83,6 км на энергию двух протон-антипротонных пучков в 20 ТэВ. Белый дом одобрил этот проект стоимостью 6 млрд. долл. 30 января 1987 г.

Самое тихое место


«Мёртвая комната», размером 10,67 х 8,5 м в Лаборатории концерна «Белл телефон систем», Марри-Хилл, штат Нью-Джерси, США, является самой звукопоглощающей комнатой в мире, в которой исчезает 99,98% отражаемого звука.

Самые острые предметы и самые маленькие трубочки


Самыми острыми предметами, сделанными руками человека, являются стеклянные трубочки микропипеток, используемые в экспериментах с тканями живых клеток. Технологию их изготовления разработали и претворили в жизнь профессор Кеннет Т. Браун и Дейл Дж. Фламинг на кафедре физиологии Калифорнийского университета в Сан-Франциско в 1977 г. Они получали конические наконечники трубок с наружным диаметром 0,02 мкм и внутренним диаметром 0,01 мкм. Последний был тоньше человеческого волоса в 6500 раз.

Мельчайший искусственный предмет


8 февраля 1988 г. фирма «Техас инструментс», Даллас, штат Техас, США, объявила о том, что ей удалось изготовить «квантовые точки» из индия и арсенида галлия диаметром всего лишь 100 миллионных долей миллиметра.

Самый высокий вакуум


Он был получен в Научно-исследовательском центре ИБМ им. Томаса Дж. Уотсона, Йорктаун-Хейтс, штат Нью-Йорк, США, в октябре 1976 г. в криогенной системе с температурами до –269°C и был равен 10–14 торр. Это эквивалентно тому, что расстояние между молекулами (размером с теннисный мяч) увеличилось с 1 м до 80 км.

Самая низкая вязкость


Калифорнийский технологический институт, США, объявил 1 декабря 1957 г., что жидкий гелий-2 при температурах, близких к абсолютному нулю (–273,15°C), не обладает вязкостью, т.е. имеет идеальную текучесть.

Самое высокое напряжение


17 мая 1979 г. в корпорации «Нешнл электростатикс», Ок-Ридж, штат Теннесси, США, была получена в лабораторных условиях самая высокая разность электрических потенциалов. Она составила 32 ± 1,5 млн В.

Источники

Книга рекордов Гиннеса, 1998 г.



ВТОРНИК


17.11.09


Почему же,

почему? ...


Почему же, почему?..

? Почему зимой не бывает гроз?


Фёдор Иванович Тютчев, написав «Люблю грозу в начале мая,//Когда весенний первый гром...», очевидно, тоже знал, что зимой гроз не бывает. Но почему, в самом деле, их не бывает зимой? Чтобы ответить на этот вопрос, сначала разберёмся в том, откуда в облаке появляются электрические заряды. До конца механизмы разделения зарядов в облаке ещё не выяснены, однако, согласно современным представлениям, грозовое облако – это фабрика по производству электрических зарядов. Грозовое облако содержит огромное количество пара, часть которого конденсировалась в виде мельчайших капелек или льдинок. Верх грозового облака может находиться на высоте 6–7 км, а низ нависать над землёй на высоте 0,5–1 км. Выше 3–4 км облака состоят из льдинок разного размера, т.к. температура там всегда ниже нуля. Льдинки в облаке постоянно движутся из-за восходящих потоков тёплого воздуха от нагретой поверхности земли. При этом мелкие льдинки легче, чем крупные, увлекаются восходящими потоками воздуха. «Шустрые» мелкие льдинки, двигаясь в верхнюю часть облака, всё время сталкиваются с крупными. При каждом таком столкновении происходит электризация, при которой крупные льдинки заряжаются отрицательно, а мелкие – положительно. Со временем положительно заряженные мелкие льдинки оказываются в верхней части облака, а отрицательно заряженные крупные – внизу. Другими словами, верхушка грозового облака заряжается положительно, а его низ – отрицательно. Таким образом, кинетическая энергия восходящих потоков воздуха преобразуется в электрическую энергию разделённых зарядов. Всё готово для разряда молнии: происходит пробой воздуха, и отрицательный заряд с нижней части грозовой тучи перетекает на землю.

Итак, чтобы образовалось грозовое облако, необходимы восходящие потоки тёплого и влажного воздуха. Известно, что концентрация насыщенных паров растёт с повышением температуры и максимальна летом. Разница температур, от которой зависят восходящие потоки воздуха, тем больше, чем выше его температура у поверхности земли, т.к. на высоте нескольких километров температура не зависит от времени года. Значит, интенсивность восходящих потоков максимальна тоже летом. Поэтому и грозы у нас чаще всего летом, а на севере, где и летом холодно, грозы довольно редки.

Почему же, почему?..

? Почему лёд скользкий?


Узнать, почему по льду можно скользить, учёные пытаются в течение последних 150 лет. В 1849 г. братья Джеймс и Уильям Томсон (лорд Кельвин) выдвинули гипотезу, согласно которой лёд под нами плавится оттого, что мы на него давим. И поэтому мы скользим уже не по льду, а по образовавшейся плёнке воды на его поверхности. Действительно, если увеличить давление, то температура плавления льда понизится. Однако, как показали эксперименты, чтобы понизить температуру плавления льда на один градус, необходимо давление увеличить до 121 атм (12,2 МПа). Попробуем посчитать, какое давление оказывает спортсмен на лёд, когда скользит по нему на одном коньке длиной 20 см и толщиной 3 мм. Если считать, что масса спортсмена 75 кг, то его давление на лед составит около 12 атм. Таким образом, стоя на коньках, мы едва ли можем понизить температуру плавления льда больше, чем на десятую градуса по шкале Цельсия. Значит, объяснить скольжение по льду в коньках и тем более в обычной обуви, опираясь на предположение братьев Томсонов, невозможно, если температура за окном, например, –10 °С.

В 1939 г., когда стало ясно, что понижением температуры плавления скользкость льда не объяснить, Ф.Бауден и Т.Хьюз предположили, что тепло, необходимое для плавления льда под коньком, даёт сила трения. Однако эта теория не могла объяснить, почему так тяжело бывает даже стоять на льду, не двигаясь.

С начала 1950-х гг. учёные стали считать, что лёд скользкий всё-таки из-за тонкой плёнки воды, образующейся на его поверхности в силу каких-то неизвестных причин. Это вытекало из опытов, в которых изучали силу, необходимую для того, чтобы рассоединить касающиеся друг друга ледяные шарики. Оказалось, что, чем ниже температура, тем меньше сила нужна для этого. Значит, на поверхности шариков есть плёнка жидкости, толщина которой увеличивается с температурой, когда она ещё гораздо ниже температуры плавления. Кстати, так полагал и Майкл Фарадей ещё в 1859 г., не имея на то никаких оснований.

Только в конце 1990-х гг. изучение рассеяния на образцах льда протонов, рентгеновских лучей, а также исследования с помощью атомно-силового микроскопа показали, что его поверхность не является упорядоченной кристаллической структурой, а скорее похожа на жидкость. К такому же результату пришли и те, кто изучал поверхность льда с помощью ядерного магнитного резонанса. Оказалось, что молекулы воды в поверхностных слоях льда способны вращаться с частотами, в 100 тысяч раз большими, чем те же молекулы, но в глубине кристалла. Значит, на поверхности молекулы воды уже не находятся в кристаллической решётке, – силы, заставляющие молекулы находиться в узлах гексагональной решетки, действуют на них только снизу. Поэтому поверхностным молекулам ничего не стоит «уклониться от советов» молекул, находящихся в решётке, и к такому же решению приходят сразу несколько поверхностных слоёв молекул воды. В результате на поверхности льда образуется плёнка жидкости, служащая хорошей смазкой при скольжении. Кстати, тонкие плёнки жидкости образуются на поверхности не только льда, но и некоторых других кристаллов, например, свинца.





Схематическое изображение кристалла льда в глубине (внизу) и на поверхности

Толщина жидкой плёнки растёт с ростом температуры, т.к. больше молекул вырывается из гексагональных решёток. По некоторым данным, толщина водной плёнки на поверхности льда, равная около 10 нм при –35 °С, увеличивается до 100 нм при –5 °С.

Наличие примесей (молекул, отличных от воды) тоже мешает поверхностным слоям образовывать кристаллические решётки. Поэтому увеличить толщину жидкой плёнки можно, растворив в ней какие либо примеси, например, обычную соль. Этим и пользуются коммунальные службы, когда борются зимой с обледенением дорог и тротуаров.


Почему же, почему?..

? Если бы земная атмосфера простиралась вплоть до Солнца, то, наверное, шум, производимый Солнцем, оглушал бы нас? Какую звуковую энергию порождает Солнце? Какие ещё эффекты могли бы иметь место?

Ответ 1. Земля и Солнце и так находятся в атмосферах друг друга, но эти атмосферы столь разрежены, что звук, порождаемый при налетании солнечного ветра на магнитосферу Земли, не идёт ни в какое сравнение с шумом скоростной магистрали, поп-музыкой или шумом прибоя. Даже если бы плотность солнечной атмосферы (на уровне нашей магнитосферы) была бы такой же, как плотность земной атмосферы на уровне моря, самый громкий «солнечный» звук там показался бы невнятным инфразвуковым громыханием, а дойдя до поверхности планеты ослаб бы ещё больше. Однако оказалось бы много такого, чем стоило бы озаботиться, помимо «солнечного» звука. Так, Солнце было бы едва видно: большая часть света вряд ли бы пробилась сквозь плотную атмосферу толщиной 50 млн км. Её масса была бы
151030 т, т.е. в тысячи раз тяжелее самого Солнца со всеми планетами. Такая масса непременно бы коллапсировала, и взрыв стерилизовал бы вcе планеты в окрестности нескольких световых лет.

Ответ 2. Если бы Солнце и Землю разделяла бы такая же плотная атмосфера, как земная на уровне моря, то мы не увидели бы и не услышали бы Солнца. Вспомним, как выглядит Солнце на восходе и на закате, а ведь разница в толщине слоя атмосферы днём и утром-вечером не столь уж большая. То же и относительно звука. Мы не слышим непрерывного грохота грома, хотя разряды молний происходят в мире непрерывно. Дело в том, что звук быстро затухает в атмосфере. Нас бы не беспокоил шум, производимый солнечными пятнами, но мы бы просто замёрзли, если были бы отделены от живительного солнечного излучения гигантской воздушной стеной.

При этом мы, конечно, не учитываем, что плотность атмосферы вокруг каждой планеты изменяется с высотой вследствие гравитации. Если бы земная атмосфера простиралась до Солнца и была бы достаточно плотной, чтобы проводить звук, она представляла бы собой почти на всём пространстве просто твёрдый лёд, обусловив неожиданные гравитационные и орбитальные эффекты и скрыв в своих недрах земного наблюдателя.

Ответ 3. Я плохо представляю себе, как Земля будет продираться сквозь плотную атмосферу. В таком случае лучше вернуться к докоперниковской картине мира, где Земля была неподвижна, а Солнце вращалось вокруг неё. Лучше рассмотреть случай, когда солнечная атмосфера простирается до Земли, – а это и так имеет место быть. Более того, когда Солнце в конце рсвоего существования станет красным гигантом и сильно раздуется, оно просто поглотит Землю. Если земляне к тому времени найдут себе другое место для существования, имеет смысл оставить на планете несколько микрофонов, чтобы узнать поточнее, что случится при погружении Земли в верхние слои солнечной атмосферы.


Почему же, почему?..

? Почему всплывает пакетик с чаем, когда его заливают кипятком?

Ответ. Всё дело в парах воды внутри пакетика. При комнатной температуре в пакетике может содержаться незначительное количество паров воды, около 1,6% при относительной влажности 70%. Когда этот пакетик оказывается в кипятке, температура его содержимого увеличивается, увеличивается и давление паров по мере испарения окружающей воды внутрь пакетика. Когда относительная влажность достигает 100%, давление паров достигает насыщения. Например, при 95 °С газ внутри пакетика будет содержать 85% водяного пара и только 15% воздуха (конечно, если пакетик абсолютно непроницаем), т.к. плотность водяного пара намного меньше плотности воздуха. Итак, объём газа увеличивается в 5,5 раза: давление насыщенного водяного пара составляет 0,85 атм, в то время как давление воздуха остаётся равным 0,15 атм. Добавим к этому расширение по закону Шарля: объём газа увеличивается пропорционально его абсолютной температуре. Отношение температур 373 К (100 °С) и 298 К (около 25 °С) составляет 1,25, т.е. объём должен увеличиться примерно на 25%. Всего в сумме объём пакетика, таким образом, увеличивается в 8 раз, в результате чего он и всплывает.


Почему же, почему?..


? С детства меня мучает один вопрос. Допустим, у вас есть полый куб с зеркальными внутренними гранями. Вы включаете лампу, освещаете полость, а затем выключаете лампу. Останется ли свет внутри куба? Если останется, то, как долго он будет там существовать?

Ответ 1. Если зеркала идеальные, то свет останется внутри куба навечно. Однако зеркала неидеальны, и часть света будет поглощаться. Например, бытовые зеркала отражают всего 80% падающего на них света. Попробуйте встать между двумя зеркалами так, чтобы получился бесконечный ряд отражений. Обратите внимание, что с увеличением номера отражения становятся всё более тёмными. Даже высококачественные зеркала для телескопов отражают не более 95–99% света. Важным фактором является и скорость света. Это 300 000 км/с, и если длина ребра куба 1 м, то луч за миллионную долю секунды отразится 300 раз, каждый раз теряя 5% своей яркости, т.е. станет тусклее в миллион раз. Ещё следует добавить, что при поглощении энергии все тела нагреваются, так что ваш куб станет немножко теплее.

Ответ 2. Свет останется в кубе, но быстро затухнет с учётом поглощения в зеркалах и громадной скорости распространения. Следует учесть также влияние воздуха в вашем кубе – он тоже будет поглощать свет, хотя и не так интенсивно, как само зеркало. Однако к идеальному зеркалу можно приблизиться, если использовать явление полного внутреннего отражения. Например, если смотреть на границу вода–воздух из-под воды, то при малых углах зрения вы увидите зеркальную поверхность воды (конечно, если не будет волнения). Чтобы этот эффект наблюдался, луч должен падать из среды с более высоким показателем преломления в среду с более низким показателем преломления. Но свет будет затухать и при распространении в среде, и при отражении. Так что идеальных зеркал не может быть в принципе. Приближениями к идеальному кубу являются оптическое волокно, по которому световой луч распространяется с исключительно малыми потерями, алмаз с правильной огранкой (на гранях как раз и происходит полное внутреннее отражение), зеркальные резонаторы лазеров с высокой добротностью.


Почему же, почему?..

? Какую силу надо приложить, чтобы остановить вращение Земли? Сколько времени понадобится, если использовать для этого земной механизм, например, космический аппарат? Какие эффекты вызовет такая остановка? В частности, как она повлияет на климат Земли, на приливы?

Ответ 1. Отличный вопрос для проведения численных оценок. Пусть Земля – гомогенная твёрдотельная сфера: её радиус R = 6,6·106 м, масса М = 6 ·1024 кг, момент инерции J = 0,4М ·R2 = 1 ·1038 кг · м2. Планета делает один оборот за 24 ч (86 400 с), так что её угловая скорость = 4,16 ·10–3 град/c (7 ·10–5 рад/c). Момент количества движения L = J · = 7 ·1033 Н · м. Именно таким моментом количества движения должен обладать космический аппарат, который мы хотим использовать для остановки Земли. Сила, с которой космический аппарат действует на площадку при запуске, составляет примерно F = 4 ·107 Н. Если он будет действовать тангенциально (по касательной к поверхности Земли), то cоздаст вращающий момент T = F · R = 3 ·1014 Н · м. Если он будет действовать в течение времени t, то момент количества движения Земли изменится на T · t. Время, необходимое для уменьшения вращающего момента Земли до нуля, есть L/T = 2,3 ·1019 c, или 840 млрд лет. Это почти в 60 раз больше, чем возраст Вселенной. Пока Земля будет тормозить, никакого влияния на погоду или приливы не будет. Ещё одно обстоятельство: если топливо для космического аппарата брать с Земли, то она будет становиться всё легче и легче, и остановить её удастся быстрее, но топлива на Земле не так уж много, и оно кончится значительно раньше, чем Земля остановится.

Ответ 2. Даже не учитывая ничтожность развиваемой КА мощности, остановимся на фундаментальных проблемах, не позволяющих реализовать предлагаемую идею. Ракета летит, выбрасывая часть своей массы. Если ракета стоит на Земле, то реактивная струя будет сильно тормозиться атмосферным воздухом, так что не столько Земля будет замедлять своё вращение, сколько атмосфера будет раскручиваться. Более того, из-за трения между земной поверхностью и атмосферой последняя будет замедляться, сама Земля – ускоряться, а результирующий эффект может оказаться нулевым. Может быть, нужно ракету поднять на прочном тросе выше атмосферы? Но тогда и эффект будет меньше.

Да и зачем это всё? Если бы удалось остановить вращение Земли, не было бы смены привычных дня и ночи: 6 месяцев был бы день, 6 месяцев – ночь. Приливы случались бы не дважды в сутки, а с периодом 28 суток (Луна продолжала бы вращаться вокруг Земли). Зато не было бы ураганов, т.к. отсутствовала бы сила Кориолиса, вызывающая закручивание воздушных потоков, – ветры бы дули ламинарно от областей с высоким давлением к областям с низким давлением.

Ответ 3. Если бы Земля не вращалась вокруг своей оси, сутки равнялись бы году. Шесть месяцев царили бы темнота и холод, все высокоорганизованные живые организмы погибли бы. На тёмной стороне было бы холоднее, чем сейчас ночью, а на освещённой – теплее. Коренным образом изменилась бы динамика атмосферы и Мирового океана. Не было бы ни ураганов, ни океанских течений. Если бы Земля прекратила вращение, притяжение Луны очень медленно раскрутило бы Землю снова, пока период обращения Земли вокруг своей оси не сравнялся бы с периодом обращения Луны вокруг Земли.

Поскольку равновесие атмосферы определяется многими биологическими и геохимическими факторами, дальнейшее развитие событий зависит от того, какая площадь суши и океана останется освещаемой Солнцем. Может даже быть некий предел на длительность светового дня, за которым последуют смерть всей экосистемы и атмосферы. Однако, к счастью, у человечества никогда не найдётся столько энергии, чтобы остановить Землю.


СРЕДА


18.11.09


Физика в рисунках.


1   2   3   4   5   6

Похожие:

Методические рекомендации по проведению недели физики iconМетодические рекомендации по проведению «Недели детской и юношеской книги»
Составители: Божко Р. В. зав методическим отделом; Латыпова Л. Р. – ведущий методист по работе с детьми маук «Мелеузовская цбс»

Методические рекомендации по проведению недели физики iconМетодическая разработка «Неделя иностранных языков» Подготовила преподаватель иностранных языков: Сидоренко И. Н. Михайлов, 2011 год «Иностранные языки для жизни!»
Методические рекомендации к проведению «Недели иностранных языков» в Михайловском экономическом колледже-интернате

Методические рекомендации по проведению недели физики iconМетодические рекомендации по чтению лекционного курса 13 Методические рекомендации по проведению семинарских занятий
Федеральное агентствопообразованию государственное образовательноеучреждение высшего

Методические рекомендации по проведению недели физики iconМетодические рекомендации по проведению мероприятий по предупреждению самоубийств
Методические рекомендации для педагогов образовательных учреждений по профилактике подросткового суицида

Методические рекомендации по проведению недели физики iconМетодические рекомендации по проведению урока и внеурочных мероприятий, посвященных 1150-летию зарождения российской государственности и году истории
Методические рекомендации по проведению урока и внеурочных мероприятий, посвященных

Методические рекомендации по проведению недели физики iconМетодические рекомендации по составлению педагогических контрольных мероприятий Методические рекомендации по проведению государственного экзамена
Гоу впо «тобольский государственный педагогический институт им. Д. И. Менделеева»

Методические рекомендации по проведению недели физики iconМетодические рекомендации по организации изучения дисциплины Методические рекомендации к проведению лабораторных занятий
Программа предназначена для студентов 3 курса ( 5-й семестр) отделения логопедии

Методические рекомендации по проведению недели физики iconМетодические рекомендации по организации изучения дисциплины Методические рекомендации по проведению семинарских занятий тема по порядку
Программа предназначена для студентов отделения логопедии. Основной

Методические рекомендации по проведению недели физики iconМетодические рекомендации по проведению «нулевого» этапа аттестации Екатеринбург 2006 ббк 74. 2Р с 17
Самооценка педагогических и руководящих работников в процессе аттестации. Научно-методические рекомендации по проведению «нулевого»...

Методические рекомендации по проведению недели физики iconМетодические рекомендации по проведению конкурса на получение денежного поощрения лучшими учителями
«Методические рекомендации по проведению конкурса на получение денежного поощрения лучшими учителями в 2011 году», подготовленные...


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница