Журнал feedback Фiзика » Школа Юного Вченого

Короткое предисловие
… За обедом Врунгель рассказал о космическом полете, в котором ему довелось участвовать. Сначала в ракете испортилось отопление, и в течение получаса, пока печку чинили, весь экипаж жутко страдал от ужасного космического холода. Экипаж космического корабля видел гигантские молнии на Меркурии и Юпитере. Астронавты высадились на небольшой астероид. Вид с астероида открывался такой красивый, что Врунгель подпрыгнул от радости – и вышел на орбиту. К счастью, крик о помощи услышали его спутники, и путешествие окончилось благополучно… Этот отрывок взят из публикации журнала «Школа юного вченого» № за 2012 год «Новые приключения капитана Врунгеля», автор которых  А.Л. Камин. После этого в редакцию журнала были переданы дневники знаменитого путешественника. Мы планируем познакомить читателя с содержанием этих дневников и начинаем их публикацию.

Пересказ неизвестных дневников знаменитого капитана Христофора Бонифатьевича Врунгеля
Наслушавшись рассказов Врунгеля о его космическом полёте, Лом и Фукс тоже захотели полететь в космос. Они настойчиво уговаривали капитана устроить всей команде космическое путешествие. Врунгель согласился, но поставил условие – подготовка к космическому полёту должна быть очень серьёзной, такой, как и для настоящих космонавтов.

При этом было решено ограничиться полётом на околоземной орбите, хотя Врунгель и утверждал, что во время своих космических путешествий он посетил другие планеты.

Чтобы легче переносить перегрузки при взлёте и посадке, Лом и Фукс тренировались в центрифуге, сидя в специальных креслах. Хитрый Фукс норовил отодвинуть своё кресло подальше от оси вращения, чтобы перегрузки были меньше. А Лом советовал Фуксу для этой цели просто-напросто увеличить скорость вращения центрифуги. Но не всегда советы помогали: проводя тренировки в термокамере американского производства, Фукс по подсказке Лома выставил температуру 600 по Фаренгейту и потом рассказывал, что еле-еле выдержал страшную жару. Но эти тренировки ему почему-то не засчитали.

Чтобы привыкнуть к невесомости, Врунгель, Фукс и Лом летали в самолёте, который двигался вдоль параболической траектории, повторяющей траекторию брошенного под углом к горизонту тела. Вначале самолёт резко набирал высоту, люди внутри него испытывали двукратные перегрузки. Затем пикировал, и вот тогда вся команда внутри самолёта чувствовала невесомость. Это позволило всего за один полёт «поплавать» в воздухе внутри самолёта около получаса. Лом утверждал, что в невесомости у него повышались умственные способности, проявлялась сообразительность. А Фукс сознался, что его постоянно мутило.

В конце концов, всем было объявлено, что физическая подготовка завершается. Настало время подумать и о работе в космосе, об исследованиях, опытах и измерениях, да и просто о том, как обеспечить быт, например, приготовление пищи или измерение температуры. Врунгель велел Фуксу и Лому подготовить необходимое оборудование, а также бытовые приборы для космического путешествия.

И вот, наконец, команда оказалась в космосе на орбитальной станции, которая вращалась вокруг Земли. Все привыкали к невесомости, ловили плавающие в воздухе предметы, плавали сами, кувыркались и, отталкиваясь от стен станции, учились изменять направление своего движения.

Фукс, который всегда любил похвастать и покрасоваться, взялся снимать фильм о первых часах пребывания в космосе. Он настраивал камеру и оставлял её висеть в определённом месте, а сам старался позировать. Однако камера постоянно уплывала от него. Это явление так и не было объяснено ни Врунгелем, ни Ломом.

……………………..

(продолжение читайте в журнале)

Евгений Соколов.
ПОИСК ФИЗИЧЕСКИХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ

ЛИНЕЙНАЯ  СТРАНА
Главная дорога из Франции в Испанию обходит Пиренеи по берегу Средиземного моря. Это современная автострада, по которой разрешено ехать со скоростью 130 км/час, и потому все едут по ней со скоростью 150 км/час. Но спокойное и комфортное путешествие по современной автостраде – это не для меня и поэтому я подбил своих спутников ехать в Испанию напрямик, через Андорру.
Мы путешествовали на майские праздники. Во Франции, которую мы покидали, оставались тепло и солнце. А впереди синели Пиренеи, на вершинах которых лежали тяжелые тучи. И здесь первый раз мне пришло в голову, что дорога, по которой мы ехали, хотя и была вполне европейской, но не такой широкой, как хотелось бы. Увы, отступать было уже поздно.
Андорра – небольшая горная страна. По своему государственному устройству она является княжеством. Текущие дела в ней решает Генеральный совет Долин. А князьями-соправителями являются президент Франции и епископ города Ла-Сеу-д’Уржель. Свою свободу Андорра получила в 805 году, в момент величайшей опасности для Европы. С юга на север через Пиренеи на Европу двигались войска мавров. Им противостояла  армия Карла Великого, короля франков и императора Запада. Жители Андорры провели войска франков тайными тропами в тыл мавров. Европа была спасена, а жителям Андорры была дарована «Маgna Carta» – «Великая Хартия свободы». В гимне Андорры так и поется: «Карл Великий мой отец. Я, Андорра, – его единственная дочь, живущая верующей и свободной вот уже одиннадцать столетий. Верующей и свободной я останусь навсегда». Читать запись полностью »
Фізика – точна наука, і вміння розв’язувати задачі є необхідною складовою освіти будь-якого фізика. Зрозуміло, що без доволі складних розрахунків не було б ні телевізорів, ні комп’ютерів, ні мобільних телефонів. Люди так і не полетіли б у космос, не мали б навіть ліфтів, а по вулицях пересувалися пішки або на конях. Всі, хто проектував сучасну техніку, обов’язково розв’язували задачі з фізики.
Але фізичні задачі бувають різними. Одні спрямовані на закріплення набутих навичок, інші – на творчий пошук, відкриття чогось несподіваного, нового. До останніх задач відносяться задачі олімпіад, турнірів юних фізиків та задачі, які є предметом дослідження робіт Малої академії наук (МАН).
Це дивно, але, мабуть, найбільша увага приділяється саме олімпіадним задачам. Хоча, здається, олімпіадні задачі розв’язують далеко не всі учні. Проте, намагаються розв’язати, чи хоча б зрозуміти їх розв’язок пробує більшість школярів.
Дійсно, олімпіади проводяться в усіх школах (І-й етап), потім в усіх районах та містах (ІІ-й етап), далі в обласних центрах (ІІІ-й етап) і, нарешті, на всеукраїнському рівні (ІV-й етап). Але й на цьому змагання не припиняється, і після тренування п’ять учнів, що показали найкращі результати під час олімпіад на відборі і які увійшли до збірної команди України з фізики, виборюють першість на Міжнародній фізичній олімпіаді. До речі, останні роки всі п’ять учасників нашої команди повертаються з міжнародних олімпіад з медалями.
Та повернемось на рівень районно-міських олімпіад, до яких причетна, мабуть, половина читачів журналу. Приблизно такі задачі під час обласного конкурсу МАН вимушені розв’язувати навіть ті юні академіки, яким понад усе подобається експериментувати та майструвати. Виходить, що вміння розв’язувати задачі – є перепусткою до Фізики.
Вашій увазі пропонуються умови і розв’язки ІІ-го етапу Всеукраїнської олімпіади з фізики, який відбувся в районах та містах Дніпропетровської області 24 листопада 2012 р.
Автор рекомендує спочатку спробувати самостійно розв’язати ці задачі, а вже потім порівняти отримані результати та методи розв’язування задач з авторськими. І щиро бажає всім подолання будь-яких перешкод, успіху та задоволення!

ПРО ЩО МОЖЕ РОЗПОВІСТИ ПОЛУМ`Я ГАЗОВОГО ПАЛЬНИКА

Світлана Білоус

У статті професора О.М. Горбаня, опублікованій на сторінці КПУ, розповідається про те, як вивчення друммондова світіння допомогло сформуватися новій галузі фізики й хімії, призвело до виникнення нових технологій.
Нам видається досить цікавим заглибитись у історію науки, щоб упевнитися в тому, що ліхтарі і газові пальники зробили досить значний внесок у її розвиток.
Отже, спочатку спробуємо вправитися за допомогою своєрідного діалогу самих із собою. Будемо ставити питання і самі шукатимемо на них відповіді. Зіграємо у відому гру під назвою

ПИТАЙМО – ВІДПОВІДАЙМО!

– Що таке горіння?
– Відповідь є в підручниках з фізики й хімії: горіння – це хімічна окислювально-відновна реакція з виділенням енергії у вигляді теплоти і світла. При цьому склад палива та насиченість окислювачем (киснем) середовища, в якому відбувається горіння, визначає інтенсивність виділення тепла і світла.
– Коли з’явилися перші газові світильники?
– Вважається, що першими почали застосовувати горіння газу вогнепоклонники зороастрійці на території сучасних Ірану та Азербайджану для ритуальних дій – вони й досі використовують природні факели в місцях виходу з-під землі природного газу. Існують також свідчення відомого мандрівника середньовіччя Марко Поло про китайців, які освітлювали і отоплювали приміщення природним газом.
– Коли з’явилися вуличні ліхтарі?
Де вперше?
– Штучне освітлення з’явилося на вулицях Лондона в 1417 році за наказом мера Генрі Бартона. Саме він розпорядився вивішувати ліхтарі зимовими темними вечорами. Десь через 100 років Людовик ХІV наказав подібним способом освітлювати і столицю Франції Париж – звідси, як кажуть, він і отримав почесний титул Короля-Сонця, а його володарювання назвали блискучим. Для горіння в ліхтарях використовувалися свічки, масло, гас.
– Коли з’явилися газові ліхтарі?
– Пройшло майже 300 років доти, коли на початку ХІХ століття був винайдений газовий вуличний ліхтар – винахідника їх, Вільяма Мердока, спочатку всі висміювали. Навіть Вальтер Скотт називав його «якимось божевільним, що хоче освітлювати Лондон димом». Проте невдовзі на зміну газовим ліхтарям прийшли електричні, винайдені Олександром Лодигиним, Петром Яблочковим та Томасом Едисоном. У 1910 році з 1082 міст Російської імперії газове світло використовувалося лише в 35 містах, а решта освітлювалися маслом, гасом, 74 – мали електричне освітлення.
– А як же внесок у науку?
– Ну, по-перше, був вагомий внесок у техніку й виробництво – для варки скла, загартування металів тощо. Та й для опалювання приміщень, як і зараз! А от про внесок у науку поговоримо детальніше.

Читать запись полностью »

АКРОБАТИЧЕСКИЙ ЭТЮД ДЛЯ ЦИЛИНДРА

Cветлана Белоус

Боком, боком и с подскоком,
И прыжком, и кувырком…
Русский фольклор

ОДНАЖДЫ В КАБИНЕТЕ ФИЗИКИ

На тёмной полке в шкафу школьного кабинета физики тихо отдыхали деревянные бруски и цилиндры. Жизнь у них была спокойная и привычная. Раз в году их доставали с полки для проведения лабораторных работ по измерению силы трения. К этому событию бруски и цилиндры готовились весь год. Они знали, что Учитель снимет их с полки, раздаст детям и проследит, чтобы каждый из учеников прокатил цилиндры, а затем дал возможность брускам не только соскользнуть с наклонной плоскости, но и поездить по поверхности стола. А дети будут тянуть их, прицепив динамометры к специальному крючку. Это событие казалось обитателям полки настоящим праздником, и они готовились к нему целый год.
Потом Учитель собирал бруски и цилиндры, складывал их в коробку и отправлял назад на полку.
Самый большой брусок вместе с крупным гладким цилиндром лежали на полке отдельно. Их Учитель использовал для демонстрационных опытов гораздо чаще. Поэтому они считали себя самыми главными. Им казалось, что их имена надо произносить с почтением и писать, как принято у людей, с большой буквы: Брусок и Цилиндр.
Но однажды привычный ритм многолетней спокойной жизни был нарушен. На полке появился ещё один сосед – белый цилиндр, склеенный из плотной бумаги. Сначала новичок показался всем провинциальным и некрасивым – ведь он явно был изготовлен не на фабрике наглядных пособий, а кем-то из детей.
Однако вскоре оказалось, что белый цилиндр участвует в опытах почти ежедневно и делает что-то такое, что заставляет детей восхищённо смеяться и даже хлопать в ладоши. И тогда старые Брусок и Цилиндр решили подглядеть, что же такое делает их новый сосед, когда его достают из шкафа.
Вначале новичка тащили динамометром по столу, точно так же, как и всех остальных обитателей полки. «Фи», – сказал Цилиндр, – «Я тоже могу так катиться, причём даже быстрее и уж, конечно, уверенней и ровнее». «Да», – важно подтвердил Брусок. В это время Учитель приподнял доску, и белый цилиндр-новичок покатился сам с наклонной плоскости. «Ничего особенного», – сказал Брусок, а Цилиндр презрительно отвернулся. Учитель приподнял доску чуть больше. И вдруг… дети обрадовано захлопали в ладоши: цилиндр перевернулся, сделав сальто. «Да он настоящий акробат!» – заметили Весы и радостно захлопали чашками для взвешивания в знак восхищения. А Брусок и Цилиндр завистливо замолчали – они не могли объяснить остальным обитателям полки, которые с любопытством выглядывали из коробки, почему цилиндру Акробату удавались его невообразимые прыжки. Не могли понять этого и дети, они требовали от Учителя подробного объяснения.

ТЕОРИЯ ВЗГЛЯДА СО СТОРОНЫ

Юрий Минаев, Роман Лутай, Ирина Кенева


Наше исследование началось с наблюдений в ванной комнате за тем, как изменяют свою видимую форму предметы при погружении их в воду. Если, лёжа в ванне, посмотреть на кисть собственной руки, погружённой в воду, то её вид будет заметно отличаться в зависимости от того, горизонтально расположить пальцы или вертикально. При горизонтальном положении пальцы кажутся длинными и тонкими, а при вертикальном – короткими и толстыми.
Интересно было наблюдать за тем, как изменяет форму палец при опускании его в вертикальном положении из воздуха в воду. Мало того, что подводная часть пальца явно меньше своих естественных размеров. При равномерном опускании пальца в воду его конец в воде явно движется неравномерно! В самом начале погружения скорость пальца заметно меньше скорости его движения, когда палец практически полностью погружён в воду.
Эту оптическую иллюзию легко может пронаблюдать каждый. А вот рассчитать все особенности наблюдаемого искажения, создать его математическую модель – это показалось нам интересным!
Мы решили, что подобное поведение вертикально расположенного погружающегося пальца должно быть связано с тем, что смотрим мы на него, не сильно высунув голову из воды.
В задачниках по физике встречаются задачи подобные такой: «Кажущаяся глубина водоёма 3 м. Какова его истинная глубина?». В таких задачах предполагается, что наблюдатель смотрит на дно водоёма вертикально вниз. В этом случае истинная глубина оказывается в n раз больше кажущейся, где n – показатель преломления воды. Следовательно, если смотреть практически сверху на вертикально погружающийся палец, то при равномерном движении кисти кажущаяся скорость конца пальца должна оставаться постоянной, хотя она и будет в n раз меньше истинной. Мы же наблюдали явную зависимость скорости от глубины погружения.
Связав обнаруженный эффект с тем, что наблюдение за погружающимся в воду пальцем велось далеко не сверху (глаза были близко к воде), мы решили разработать «Теорию взгляда со стороны».

Крок за кроком до Ломоносова.

Step by step to Lomonosov.

Шаг за шагом к Ломоносову.

ТЕОРИЯ ЦВЕТА ПО М.В. ЛОМОНОСОВУ

…Следовать за мыслями

великого человека есть

наука самая занимательная

А. С. Пушкин

«Нельзя не оценить ее остроумия, глубокой оригинальности, а главное — интуитивного угадывания акта связи, резонанса между светом и веществом», - так писал о теории цвета М.В. Ломоносова выдающийся российский физик-оптик С.И. Вавилов. По поводу неточностей этой теории Вавилов замечает: «Ясно, конечно, что Ломоносов смешал физические характеристики элементарных цветов, найденные Ньютоном (различное преломление и различную длину волны света), с их физиологическими характеристиками».

Чтобы представить себе, как объяснял М.В. Ломоносов цвета, обратимся к его докладу, произнесённому на заседании Российской академии наук под названием: «Слово о происхождении света, новую теорию о цвèтах представляющее, в публичном собрании Императорской Академии наук июля 1 дня 1756 года, говоренное Михайлом Ломоносовым».

Ломоносов разрабатывал теорию цветов, исходя из собственного понимания физической природы света: «Невтоновой теории в рассуждении цвèтов держится. Я больше, нежели г. Эйлер, в теории цветов с Невтоном не согласен…»

«Живописцы, — писал Ломоносов, — употребляют цвèты главные, прочие чрез смешение составляют; то в натуре ли положить можем большее число родов эфирной материи для цветов, нежели она требует и всегда к своим действиям самых простых и коротких путей ищет?»

Как видим, М.В. Ломоносов полагал, что белый свет состоит из трех основных цветов — красного, желтого и  голубого. Он стал на эту точку зрения, ибо не мог и не хотел создавать громоздкой теории эфира для семи цветов, а также потому, что хорошо видел, как на практике можно получать всё бесконечное разнообразие цветов, исходя из трех основных. Дальше приведём цитаты из «Слова о происхождении света…» и краткий комментарий к ним.

Вот как искал Ломоносов зависимость между составом вещества и цветовым эффектом от него: «Преломление света призмами с надлежащею точностью показывает тройственное число первообразных простых цвèтов, явствует оное в телах, огнём разрушаемых… Когда горит свеча, дерево или другое тело, в самом пламени жёлтый, между углями и жёлтым голубой… В углях кислая материя движет совместимый себе эфир красный…»

Ломоносов нащупывал пути познания явлений физиологической оптики, пытаясь связать физиологическое ощущение цвета с химизмом нервной ткани глаза. В своем «Слове о происхождении света» он утверждает, что порожденные взаимодействием эфира и вещества цвета, в свою очередь действуя «в оптических нервах» на содержащиеся в них «материи», произведут соответственно «чувствие» (ощущение) того или иного основного или смешанного цвета. Этим Ломоносов предвосхитил дальнейшие утверждения Юнга, сделанные лишь в начале XIX века, о необходимости наличия в нервах глаза трех различных светочувствительных веществ и о взаимодействии их с электромагнитным полем (Ломоносова считал, как это было принято в его время, что это «коловращения эфира»).

Сравните эти подходы Ломоносова с содержанием статьи Евгения Петровича Соколова «Два графа».

ДВА ГРАФА

Е.П.Соколов

Граф Лев Николаевич Толстой в своей повести «Хаджи-Мурат» так описывает летнее  разнотравье.

«Есть прелестный подбор цветов этого времени года: красные, белые, розовые, душистые, пушистые кашки; наглые маргаритки; молочно-белые с ярко-желтой серединой «любишь-не-любишь» с своей прелой пряной вонью; желтая сурепка с своим медовом запахом; высоко стоящие лиловые и белые тюльпановидные колокольчики; ползучие горошки; желтые, красные, розовые, лиловые, аккуратные скабиозы; с чуть розовым пухом и чуть слышным приятым запахом подорожник; васильки, ярко-синие и голубые на солнце и в молодости и краснеющие вечером и под старость . . .»

– Как так? Разве васильки бывают красными? – удивился я, откладывая книгу. – Да, нет! Красных васильков не бывает!

Я был не прав – красные васильки есть! Пришло лето, и в музее-усадьбе «Ясная поляна», где жил и творил  великий писатель, я нашел их среди ярко синих  полевых васильков. Лев Николаевич был прав!

КАК РОЖДАЕТСЯ ЦВЕТ

Мир дан нам в цвете.

Физика так объясняет появление цвета.

Приходящий к нам от Солнца свет – белый. Мы даже иногда говорим  –  бесцветный. Но эта бесцветность кажущаяся. На самом деле, солнечный свет  – это смесь семи ярчайших цветов – семи цветов радуги. Вы помните их названия? Если нет, то вам поможет фраза: «Каждый охотник желает знать, где сидит фазан». Буква К – это красный, О – оранжевый, Ж – желтый, З – …

БЕСІДИ ПРО МОВУ ФІЗИЧНИХ ЗАДАЧ

Ю.П. Мінаєв, Н.І. Тихонська, М. Сотнікова

Передмова, або як дійти до евристичного навчання за допомогою мови фізичної задачі

Коли найстарший автор цієї публікації – Ю.П. Мінаєв – був ще студентом, а потім аспірантом Московського фізико-технічного інституту, він на громадських засадах проводив заняття для учнів Вечірньої фізико-технічної школи при МФТІ. І йому треба було навчати учнів самостійно розв’язувати доволі складні нові задачі з фізики та математики.

Новими (за змістом і прийомами розв’язування) такі задачі справедливо називалися тому, що на вступних іспитах до МФТІ не пропонувалося задач, які вже були раніше опубліковані. Що ж стосується самостійності, то на вступних іспитах чекати сторонньої допомоги було марно.

У ті часи й виникла ідея не просто розповідати учням про методи розв’язування стандартних задач або розв’язувати з ними окремі «нестандартні» задачі, а якимось чином розвивати їх здібності до власних роздумів над текстами задач. Треба було навчати не лише алгоритмам, а й евристичним прийомам. Алгоритми, як відомо, фактично є послідовністю дій, які потрібно виконувати, щоб отримати необхідний результат. Проте не завжди діяльність піддається алгоритмізації. Евристичні прийоми хоч і не гарантують успіху, але все ж таки деякою мірою визначають і спрямовують пошук розв’язання «нестандартної» задачі, роблять його більш усвідомленим. Пам’ятаєте, хто, за відомою легендою, знайшовши розв’язок нової на той час задачі, вистрибнув з ванни і побіг вулицею з криком: «Еврика!!!»?

Один з евристичних прийомів, який допомагає розв’язувати нові, або, як ще часто кажуть, олімпіадні, задачі, полягає в тому, що, розуміючи особливості мови фізичних задач, потрібно «чіплятися» до слів умови і відшукувати серед них «ключові», які дають змогу перейти до математичних співвідношень. Таке формулювання цього прийому здається надто абстрактним. Але певна конкретизація може відбуватися лише на шляху розбору спеціально підібраних задач.

Автор: Евгений Соколов
Так, согласно классику, даже простые камушки, подобранные на дороге, могут служить инструментом для исследования окружающего нас мира. Нашим инструментом сегодня будет лист прозрачного мягкого целлофана, на котором мы провели фломастером жирную линию
Предлагаем и вам изготовить такое «устройство» и вместе с нами приступить к исследованию с его помощью очень интересного мира – мира наикратчайших линий, растянутых эластичных нитей, световых лучей и бильярдных шаров.