Page 1

ISSN 2074-5303

• Космические юбилеи 2011 года • Дырки в стекле • Выращивание водорастворимых кристаллов


Внимание!

Проводится открытый педагогический Форум «Новая школа» Сроки проведения с 1 января 2011 г. по 1 января 2012 г.

• Участвуют: учителя, воспитатели, методисты, учащиеся, а также дошкольники, родители

• Все ваши идеи, размышления, творческие находки будут обязательно опубликованы

Участие в Форуме:

• позволит опубликовать ваши педагогические разработки; • поможет внедрению инновационных технологий обучения и воспитания; • будет способствовать модернизации обучения и воспитания; • пополнит ваше портфолио; • окажет помощь педагогам и образовательным учреждениям при прохождении аттестации, а учащимся — при поступлении в учебные заведения; • повысит ваш педагогический профессионализм; • усилит собственную образовательную активность и мотивацию к достижению высоких результатов в обучении; • предоставит родителям возможность быть в курсе успехов и достижений ребенка

Новаякола Ш

• Каждый участник Форума получит:  персональный Диплом  компакт-диск с работами всех участников Форума

Присылайте заявку на участие в Форуме (это вас ни к чему не обязывает) и вы получите комплект документов, где подробно изложены условия участия. Заявку направляйте по адресу: 127254, Москва, ул. Руставели, д. 10, корп. 3, издательство «Школьная Пресса»; по электронной почте: forum@schoolpress.ru; в режиме on-line на сайте forum.schoolpress.ru Все вопросы — по тел.: (8-495) 619-83-80, 619-52-87

Подробную информацию и форму заявки смотрите на 3 и 4 полосах обложки и на 64 странице.


Учредитель: ООО «Школьная Пресса». Издается с 2009 г. Периодичность — 4 номера в год

1

2011

Из истории отечественной науки Б. Л. Дружинин Погоня за бомбой______________________________________________________________________ 3 Б. С. Горобец Физики шутят... на семинаре Гинзбурга_ _______________________________________________ 15

Это интересно Г. Ф. Туркина Физика в стакане______________________________________________________________________ 23 С. Д. Варламов Дырки в стекле_ _______________________________________________________________________ 29 Лауреаты Нобелевской премии в 2010 по физике_______________________________________ 61

МОЕ ПОРТФОЛИО М. А. Мартынов, Д. А. Чебанько Выращивание водорастворимых кристаллов в условиях школьного физического эксперимента_________________________________________________________________________ 33

ЭКСПЕРИМЕНТ П. П. Головин, А. С. Чибилькаев, И. С. Чибилькаев, В. С. Чибилькаев Комплект «Экспериментальные задания по электродинамике»_ ______________________ 39 М. Б. Шашкова, С. А. Щеглов, Е. Вильдерман, Р. Володин, В. Парфенова, К. Парфенов Моделирование ситуации гидрогеонестабильности__________________________________ 50


Это вы можете Ю. В. Казакова Подготовка теста в картинках_________________________________________________________ 54

Астрономия Д. Гулютин Космические юбилеи 2011 года________________________________________________________ 57

О физике в стихах И. Филиппов Могучий рычаг________________________________________________________________________ 32

Домашнее задание Ответы на кроссворд № 2_ _____________________________________________________________ 63

Научнопрактический журнал для старшеклассников «Физика для школьников» Рукописи, поступившие в редакцию, не рецензируются и не возвращаются. Редакция не несет ответственности за содержание объявлений и рекламы Главный редактор С. В. Третьякова Зам. гл. редактора Е. Б. Петрова Редакторы Г. И. Сурикова, И. К. Лапина Заведующая редакцией Е. Н. Стояновская Редакционный совет В. В. Альминдеров, Э. М. Браверман, М. Ю. Демидова, Д. А. Исаев, О. В. Коршунова, Л. П. Мошейко, О. А. Поваляев, В. В. Шахматова.

Адрес редакции: 127254, Москва, ул. Добролюбова, д. 16, корп. 2 Телефон:  61908-40, 639-89-92, 639-89-93, доб. 101 Email:  fizika@schoolpress.ru Интернет http: // www.школьнаяпресса.рф ООО «Школьная Пресса» Адрес издательства: 127254, Москва, ул. Руставели, д. 10, корп. 3 Телефоны:  6195287,  6198380 Факс:  6195289

Журнал зарегистрирован Министерством РФ по делам печати, телерадиовещания и средств массовых коммуникаций Свидетельство о регистрации ПИ № 77–9203 от 14 июня 2001 г. Формат 84х108/16 Тираж 2500 экз. Изд. № 2004. Заказ Отпечатано в ОАО ордена Трудового Красного Знамени «Чеховский полиграфический комбинат». 142300, Московская область, г. Чехов, ул. Полиграфистов, д. 1 Сайт: www.chpk.ru. Email: marketing@chpk.ru Телефон: 8 (495) 9886387 Факс: 8 (496) 726-54-10 © ООО «Школьная Пресса», © «Физика для школьников», 2011, № 1

Издание охраняется Законом РФ об авторском праве. Любое воспроизведение материалов, размещенных в журнале, как на бумажном носителе, так и в виде ксерокопирования, сканирования, записи в память ЭВМ, и размещение в Интернете запрещается.


Из истории отечественной науки

Погоня за бомбой

Б. Л. Дружинин, Москва

В 1940 г. молодые советские физики Константин Петржак (33 лет) и Георгий Флеров (27 лет) сумели экспериментально обнаружить спонтанное деление ядра урана. Это открытие мирового масштаба заслуживало Нобелевской премии. Ведь совсем недавно, в 1938 г. премию получил Энрико Ферми за открытие искусственной радиоактивности урана под действием замедленных нейтронов. Но Флеров и Петржак Нобелевскую премию не получили. Почему? Попробуем разобраться.

Нобелевская премия

27 ноября 1895 г. в Шведско-Норвежском клубе в Париже Альфред Бернхард Нобель подписал свое завещание, согласно которому большая часть его состояния должна была пойти на учреждение премии, присуждаемой вне зависимости от национальности. В завещании Нобеля предусматривалось выделение средств на награды представителям пяти направлений: литература, физика, химия, физиология и медицина, содействие установлению мира во всем мире. Первоначально Нобель внес и математику в список наук, за которые присуждается премия, однако позже вычеркнул ее, заменив премией мира. Некоторые считают, что виной тому Анна Дезери. Молодой Альфред Нобель ее любил, но она вышла замуж за математика Франца Лемаржа, из-за чего остальные математики всего мира лишились возможности получать Нобелевскую премию. Очень романтично. Более вероятной представляется версия, согласно которой Нобель хотел присуждать премию за достижения, приносящие конкретную и ощутимую пользу чело1*

вечеству — математические достижения обычно, с точки зрения широкой публики, к таковым не принадлежат. Действительно, в завещании Нобеля сказано: «Все мое движимое и недвижимое имущество должно быть обращено моими душеприказчиками в ликвидные ценности, а собранный таким образом капитал помещен в надежный банк. Доходы от вложений должны принадлежать фонду, который будет ежегодно распределять их в виде премий тем, кто в течение преды­ дущего года принес наибольшую пользу человечеству…» Обратите внимание на слова «кто в течение предыдущего года». Они принадлежат человеку, сколотившему капитал на нефти и взрывчатке. «Польза» от их производства получается сразу, а в науке это далеко не так. От создания Алессандро Вольта источника тока до его промышленного применения прошло около века. Могли бы Вольта или Гальвани, Ом и Ампер надеяться на получение Нобелевской премии? Альберт Эйнштейн «ждал» свою Нобелевскую премию шестнадцать лет, а Павел Алексеевич Черенков — целых двадцать четыре года. И таких примеров много. Пожалуй, только Рентген с


4

1 / 2011

физика для школьников

его Х-лучами подходил под определение самого Нобеля. Самую первую Нобелевскую премию присудили именно К. Рентгену в 1901 г. И здесь создалась весьма щекотливая ситуация.

Вильгельм Конрад Рентген

«Рентген был мировой гений и легендарный хам. Сотрудники рыдали от его грубости, и держались только из научного фанатизма и поклонения таланту шефа». Так охарактеризовал Рентгена современный и весьма популярный писатель. Что ж, это его мнение. Но этот «грубый хам» сделал всему человечеству воистину бесценный подарок. Убедившись в колоссальном прикладном значении открытых им лучей, Рентген не стал патентовать прибор, который мы сейчас называем рентгеновской установкой. Именно поэтому рентгеноскопия очень быстро распространилась по всему миру. Нобелевский комитет предложил Рентгену посетить Стокгольм, где ему вручат самую престижную в науке награду. Рентген ответил, что он человек занятой, и ему некогда совершать увеселительные прогулки в Стокгольм или любой другой город. Шведы, конечно, обиделись и объяснили, что эту награду вручает на торжественной церемонии лично сам Его Величество король Швеции. На это Рентген ответил, что если Его Величеству больше нечего делать, а скорее всего так оно и есть, то король легко сможет совершить небольшое путешествие в Вену и лично вручить ему награду. Премию прислали по почте.

Где наши премии?

Россиянам обидно за нашего Александра Степановича Попова — изобрел радио он, а все почести достались итальянцу Гу-

льельмо Маркони. В оправдание Маркони можно заметить, что свои приемники они оба сконструировали одновременно и независимо друг от друга, но когда за изобретение радио присуждали в 1909 г. Нобелевскую премию, Попова уже не было, а премии раздаются только живым лауреатам. Гораздо обиднее за Сергея Павловича Королева. Сразу после наших космических побед Нобелевский комитет обратился к советскому правительству с просьбой назвать имя главного творца этих побед, чтобы наградить его по заслугам. Советс­ кое же правительство во главе с Никитой Сергеевичем Хрущевым не стало разглашать эту сверхсекретную государственную тайну, а ответило, что своими успехами мы обязаны руководящей роли родной Коммунистической партии. Конечно, Нобелевский комитет мог бы вручить премию Королеву и без подсказки советского руководства, поскольку имя Главного конструктора знали люди всего мира (те, кто интересовался), но это означало бы, что комитет сотрудничает со спецслужбами нашего вероятного противника. Естественно, никто и никогда в подобных связях не признается. В России имя Королева знали по информации, незаметно поступающей к нам из-за рубежа. А Флеров и Петржак не получили Нобелевскую премию совсем по другой причине.

Старт урановой гонки О, сколько нам открытий чудных Готовят просвещенья дух И опыт, сын ошибок трудных, И гений, парадоксов друг, И случай, бог изобретатель. А. С. Пушкин, 1829

Цитируя Пушкина, пятую строчку частенько опускают. Конечно, в науке все


5

Из ис тории отечес твенной науки

должно быть точно, целенаправленно, а тут случай. Нет! Никаких случайностей! Но именно случай запустил страшную урановую гонку, а точнее — бешеную скачку с препятствиями. Французский физик Антуан Анри Беккерель занимался тем же, чем занимались его дед и отец — изучал явления, связанные с люминесценцией. 1 марта 1896 г. он совершенно случайно не только для себя, но и для всего остального мира обнаружил естественную радиоактивность, сопутствующую урану. Если бы он знал, какого джинна выпустил из бутылки! Впрочем, ненаучный мир отнесся к этому открытию без должного понимания. Пятитомная энциклопедия «Вселенная и человечество», изданная в том же 1896 г., назвала явление радиоактивности забавой для ученых, которой человек никогда не найдет применение. Однако физики сразу оценили перспективы, которые открыла находка Беккереля. Многие лаборатории и даже целые институты переходили на изучение урана, его радиоактивности и всего, что с ней связано.

Первые успехи

1898 год. Супруги-физики, полячка Мария Складовская-Кюри и француз Пьер Кюри, открыли новые радиоактивные элементы — полоний и радий. Именно М. Складовская-Кюри ввела в науку термин «радиоактивность» от латинского «RADIARE» — испускать лучи, сиять. 1901 год. Антуан Беккерель и Пьер Кюри обнаружили физиологическое воздействие радиоактивного излучения. Изучение этого воздействия не прекращается и в наши дни, прежде всего для обеспечения безопасности людей. 1902–1903 гг. Новозеландец Эрнест Резерфорд и англичанин Фредерик Сод-

ди разработали теорию радиоактивного распада и сформулировали закон радиоактивных превращений. Несколько лет назад средства массовой информации неожиданно ополчились на физиков, утверждая, что те ничего не понимают в радиоактивности. Дескать, они, эти физики, утверждают, что интенсивность радиоактивности со временем уменьшается, а вот в некоторых районах Чернобыльской зоны интенсивность, хоть и немного, но стала возрастать. Наверное, критики не очень внимательно читали труды Резерфорда и Содди. 1905 год. Эйнштейн разработал теорию относительности и открыл закон взаимодействия массы и энергии. Вот она — самая знаменитая формула физики: E = mc2. Именно эта формула заставила физиков уделять особое внимание изучению урановой проблемы, и из-за нее Флеров и Петржак не получили Нобелевской премии.

Революция?

Часто пишут, что в конце XIX и начале XX вв. в физике произошла революция. Действительно, экспериментально обнаруживались удивительные явления, появлялись новые теории, которые не помещались в рамки привычных представлений об окружающем мире. Вот что написано в энциклопедии. «Революция REVOLUTIO — радикальное, коренное, глубокое качественное изменение, скачок в развитии природы, общества или познания, сопряженное с открытым разрывом с предыдущим состоянием». Обратите внимание на слова «сопряженное с открытым разрывом с предыдущим состоянием». Француз Жан Батист Перрен выдвинул гипотезу о планетарном строении ато-


6

1 / 2011

физика для школьников

ма. Через несколько лет Резерфорд и его ученики экспериментально подтвердили гипотезу Перрена. Это значило, что атом состоит из различных «деталей». А уж мыто с детства усвоили, что любая игрушка разбирается на отдельные детали легко и просто, как бы прочно не соединяли их производители. Но в переводе с древнегреческого «άτομος» — неделимый. Революция? Атом как химический элемент остался неделимым. В реакции атомы участвуют целиком. Если разделить кусок железа на три-четыре части, то получатся тричетыре куска того же железа. Но если кому-нибудь удастся разделить атом железа на три-четыре части, то получатся три-четыре атома. Но это будут уже другие атомы, совсем не железные. Атом железа на два атома железа разделить нельзя. Так что с предыдущим понятием об атоме никто и не думал порывать. Перрен и Резерфорд дополнили наши представления о нем. Немец Макс Карл Эрнст Людвиг Планк (это все один человек!), решая задачу, которая ставила в тупик физиков всего мира, предположил, что энергия может излучаться только в виде отдельных порций, и сам назвал эти порции квантами. Задача поддалась, ее решение оказалось правильным. Физикам идея понравилась, и они принялись квантовать все подряд. В результате появилась квантовая механика, прекрасно описывающая те неожиданности в поведении элементарных частиц, с которыми не могла справиться механика классическая. Революция? Ни в коем случае! Между доброй старой механикой Галилея и Ньютона и молодой квантовой механикой Бора и Шредингера существует условная, но довольно четкая граница. И когда квантовая механика переходит эту границу, она плавно пре-

вращается в классическую, которую никто и никогда не сможет отменить. Гражданин мира Альберт Эйнштейн разработал сначала специальную теорию относительности, а потом и общую (см. «Физика для школьников» № 4, 2010). Народ узнал, что живет совсем не в тех пространстве и времени, к которым так привык с детства. Результаты тщательно поставленных экспериментов подтвердили, что так оно и есть. Революция? Конечно же, нет! В пределах нашей родной Солнечной системы нам вполне хватает любимого с пеленок закона всемирного тяготения. А предсказанные Эйнштейном изменения длины, массы и промежутков времени, на доступных нам скоростях можно измерить только сверхчувствительными приборами. Пространство и время для нас осталось прежним, и отказываться от них нет смысла. Так что никакой революции, была нормальная повседневная работа. Преодолев последствия «русского бунта, бессмысленного и беспощадного», к этой работе подключились и советские физики, и среди них молодые Флеров и Петржак.

Воинственный нейтрон

Еще в 1920 г. физик из США Уильям Дрэпер Харкинс и независимо от него Резерфорд предсказали существование нейтрона — частицы, которой явно не хватало для построения гармоничной модели атомного ядра. В 1932 г. англичанин Джеймс Чэдвик экспериментально его обнаружил. Нейтроны оказались чрезвычайно удобными снарядами для бомбардировки атомных ядер. Дело в том, что протоны и альфа-частицы несут положительный заряд, и ядра атомов тоже заряжены положительно. Поэтому отталкивающее действие кулоновской силы не позволяет про-


7

Из ис тории отечес твенной науки

тонам и альфа-частицам приблизиться к ядру, чтобы нанести ему какой-нибудь урон. А у нейтрона заряда нет, и он может беспрепятственно подлететь к ядру и ударить так, что ядро иногда раскалывается. Уже в том же 1932 г. австрийка Лизе Мейтнер, англичанин Норман Фезер и американец Уильям Харкинс независимо друг от друга осуществили ядерные реакции с участием нейтронов. Если в химических реакциях различные соединения обмениваются целенькими атомами и получаются уже другие соединения, то в ядерных реакциях меняется состав ядра атома, и получается или другой изотоп того же атома, или совсем другой атом. В 1933 г. Э. Резерфорд и австралиец Маркус Лоренс Элвин Олифант провели серию тонких экспериментов, и подтвердили справедливость закона взаимосвязи массы и энергии E = mc2 для ядерных процессов. Помните? Именно из-за этой формулы пострадали Флеров и Петржак. В 1934 г. итальянец Энрико Ферми обнаружил искусственную радиоактивность, обусловленную действием нейтронов, за что в 1938 г. получил Нобелевскую премию. Ферми предположил, что радиоактивность обусловлена трансурановым элементом, т.е. элементом с порядковым номером больше, чем у урана. Все бы было хорошо, но в том же 1934 г. немка Ида Ноддак предложила свое объяснение наблюдаемой в этом опыте радио­ активности за счет происходящего под действием нейтрона расщепления ядра урана на осколки. Она писала: «Можно было бы допустить, что ядра урана распадаются на несколько осколков, которые представляют собой изотопы уже известных элементов». Ида Ноддак была химиком, поэтому физики отнеслись к ее идее равнодушно. А зря.

А все-таки оно делится!

Новое поколение физиков продолжало изучать свойства атомных ядер. Уже дочь Пьера и Марии Кюри — Ирен ЖолиоКюри облучает уран потоками нейтронов. В одной из статей она сообщила, что вместе с сербом Павле Савичем они обнаружили в продуктах облучения урана какой-то элемент, по своим свойствам похожий на лантан. Откуда он там взялся? «Похожий»!? Немцы, славящиеся точностью своих экспериментов, только посмеялись над таким определением. Но 18 декабря 1938 г. именно немцы Отто Ган и Фриц Штрассманн обнаружили в продуктах облучения урана тот же лантан, да еще и барий. Облучают нейтронами тяжелый уран, а получают почему-то элементы среднего веса! Немцы боялись поверить сами себе! Они растерялись. А вот у Лизе Мейтнер, успевшей сбежать от фашистского режима в Швецию, и ее племянника Отто Роберта Фриша, сомнений не было! Предсказание Иды Ноддак оказалось правильным. Под действием нейтрона ядро урана делится на два осколка! Факт деления урана поставил перед физиками множество вопросов.

Главный вопрос

Мейтнер и Фриш, применив знаменитую формулу Эйнштейна E = mc2, оценили энергию, выделяющуюся при распаде одного ядра урана — 200 миллионов электрон-вольт, что в несколько миллионов раз больше, чем в химических реакциях! Для людей, далеких от физики, сравнение такое: один килограмм урана заменяет тысячу тонн угля! Но это не главное. А главное вот что. При делении ядра урана помимо осколков вылетают и нейтроны. Если этих нейтронов окажется достаточно много, чтобы некоторые из них


8

физика для школьников

делили другие ядра, то получится цепная реакция, т.е., для поддержания этой реакции, уже не будет нужды облучать уран внешними нейтронами. Точно так, как и уголь: сначала его надо поджечь, а потом он горит сам. Но есть огромная разница. Уголь горит долго, а цепная реакция в уране, если она вообще осуществима, может развиваться мгновенно. И тогда взрыв страшной силы. А это уже прямое дело военных. Не удивительно, что у правительств развитых стран сразу нашлись деньги на изучение урановой проблемы. В СССР работы в этом направлении тоже велись, но строго в рамках пятилетнего плана. А в плане про уран почти ничего не говорилось. В Ленинградском физико-техническом институте урановую проблему возглавил Игорь Васильевич Курчатов.

Игорь Васильевич Курчатов

И.В. Курчатов родился 12 января 1903 г. в городке Сим Челябинской области. Уже в 20 лет окончил Крымский университет и очень скоро оказался у Абрама Федоровича Иоффе в Ленинградском физико-техническом институте. Поначалу занимался физикой твердого тела. Первые работы посвящены электропроводности твердых тел, образованию объемного заряда при прохождении тока через диэлектрические кристаллы, механизму пробоев твердых диэлектриков. Заложил основы учения о сегнетоэлектричестве. Осуществил ряд исследований по физике полупроводников. В 1932 г. направление научной деятельности Курчатова круто меняется. Он начинает заниматься ядерной физикой, а с 1934 г. — физикой нейтронов и проблемой урана. Уже к 1940 г. Курчатов — ведущий специалист в СССР в этой области науки.

1 / 2011

Война разрушила все планы. Курчатов, вместе с Анатолием Петровичем Александровым, будущим президентом Академии наук СССР, и другими физиками, размагничивает военные корабли. Сначала моряки недоверчиво относились к их работе, называя ее «профессорскими штучками». Офицеры окрестили размагничивание «принудительной косметикой». Но помог, если это можно назвать «помощью», трагический случай. Поступил приказ отряду тральщиков срочно выходить на задание. Три корабля отряда уже прошли размагничивание, а четвертый не успел. Капитан этого тральщика, несмотря на протесты физиков, принял решение идти вместе с остальными. На выходе в море раздался взрыв. Три размагниченных корабля успешно прошли над магнитной миной, про которую, естественно, ничего не знали, иначе уничтожили бы. Три корабля прошли, а четвертый — неразмагниченный — нет. После этого командующий флотом издал строжайший приказ, запрещающий неразмагниченным кораблям выходить в море. В 1942 г. Курчатов получил правительственное задание возобновить урановые работы. Он, вместе с помощниками, организует Лабораторию № 2, со временем выросшую в Институт атомной энергии  — знаменитый «Курчатник». В декабре 1946  г. вместе с сотрудниками запускает первый в СССР уранграфитовый реактор, а в 1954 г. — первую в мире атомную электростанцию в г. Обнинске. Но во время войны и сразу после Победы, когда началась война «холодная», основные усилия направлялись на создание ядерного щита. Первая отечественная атомная бомба взорвана в 1949 г., а водородная — в 1953 г. Умер Курчатов 7 февраля 1960 года.


9

Из ис тории отечес твенной науки

1940 год

Институты и лаборатории всего мира лихорадочно проводили расчеты и ставили эксперименты, чтобы выяснить, возможна ли цепная реакция в уране? И если возможна, то как ее осуществить? Курчатов поставил перед молодыми научными сотрудниками задачу: найти пороговую энергию нейтронов, при которой делится уран-238 и точно определить константы его распада. Флеров и Петржак с энтузиазмом принялись за дело. Прежде всего, они придумали новый тип ионизационной камеры, которая по чувствительности в 15 (пятнадцать!) раз превосходила аналогичные зарубежные камеры. Рекордная чувствительность доставила немало хлопот. Камера реагировало на все непрерывной трескотней. Помните, в фильме «Дети капитана Гранта» пират Айртон прикладывал ухо к земле, чтобы услышать цоканье копыт? Камера «слышала» вибрацию почвы от трамваев, проходящих от нее в добрых полутора километрах. О шагах в коридоре и работающих в соседнем помещении приборах и говорить нечего. Все создавало помехи! Решили эксперимент проводить по ночам. Курчатов одобрил переход на ночную работу и велел звонить ему в любое время, если откроется что-то интересное. К двум часам трамваи убрались в парк, в соседних помещениях никого не осталось. Еще раньше было проверено, что камера, настроенная на регистрацию осколков деления урана, давала один импульс в минуту, если родон-бериллиевый источник нейтронов подносили к ней вплотную. Работа началась. Менялись напряжение на камере и расстояние до источника нейтронов. Все результаты заносились в специальный журнал. С каждой новой 2 Физика для школьников № 1

записью пороговая энергия определялась все точнее. Настала очередь проверить «нулевую настройку». Для этого источник нейтронов отнесли подальше от камеры и накрыли металлическим тазом. Ни один, даже самый настойчивый нейтрон, не смог бы преодолеть это препятствие. Счетчик импульсов сразу замолчал. Самое время немного отдохнуть и попить чайку. Неожиданно раздался четкий щелчок. Ребята переглянулись. — Наверное, случайность, — пожал плечами Петржак. — Согласен, — кивнул Флеров. Через несколько минут щелчок повторился. Экспериментаторы насторожились. Осмотрели крепления камеры, проверили надежность всех контактов, напряжение источников питания. Полный порядок. Решили эксперимент не продолжать, а понаблюдать за камерой «в нулевом режиме». Следующий щелчок раздался только через пятнадцать минут, потом через семь, десять, двенадцать, снова десять. Несомненно, в камере распадались ядра урана. Лишь его осколки, разлетающиеся с очень большой энергией, могли вызывать такие разряды, так была настроена вся аппаратура. Флеров предположил, что они, он и Петржак, экспериментально открыли новый процесс — самопроизвольное деление ядер урана. Несмотря на глубокую ночь, они тут же позвонили Курчатову и сообщили о своей находке. Тот предложил ребятам искать причины разрядов в какихнибудь неполадках в схемах, в грязи в камере, и, вообще, в оплошностях. И ребята искали, но щелчки продолжались с той же регулярностью.

Чур, я первый?

Ученые, не только физики, по отношению к результатам исследований делят-


10

1 / 2011

физика для школьников

ся на два типа. Одни, как только у них появляется что-нибудь новое, интересное, сразу сообщают об этом всему научному миру. И если это новое подтвердится, станет пусть маленьким, но открытием, то они — первые! Ну а если где-нибудь в работе обнаружится ошибка — ничего страшного, можно опубликовать еще одну статью и предостеречь остальных от такой ошибки. Другие себя многократно проверяют и перепроверяют. И только убедившись, что все правильно, учтены любые побочные эффекты, они публикуют статью о своих достижениях. К первому типу ученых принадлежала Ирен Жолио-Кюри. Помните? Она опубликовала сообщение об элементе, «похожем на лантан». Курчатов был ученым второго типа. Пока не отпадут все сомнения в истинности полученных результатов — никаких публикаций! А сомнения были. Во-первых, в статье великого датчанина Нильса Хендрика Давида Бора и физика из США Джона Арчибальда Уилера приводилось вычисленное ими приблизительное время полураспада урана t1/2 = 1022 лет. По данным Флерова и Петржака это время получалось в миллион раз меньше. Во-вторых, в другой статье физик из США Уиллард Фрэнк Либби сообщал, что пытался экспериментально обнаружить самопроизвольное (спонтанное) деление урана, но не нашел даже намека на него. Подумав, нашли объяснение этим расхождениям. У Либби чувствительность камеры в тридцать раз хуже, чем наша. А Бор и Уилер не знали результатов эксперимента Петржака и Флерова, поэтому так и посчитали. Но оставались еще и другие «темные пятна».

Подземные физики

Наибольшую «опасность» следовало ожидать от космических лучей, открытых в 1912 г. австрийским физиком Виктором Францем Гессом. Возможно, именно они вызывали деление ядер урана. Прятаться от космических лучей лучше всего под землей. Минуя другие инстанции, Курчатов обратился письмом на самый верх, сразу к наркому путей сообщения, с просьбой помочь поставить опыт на подземных станциях столичного метро, тогда единственном в СССР. — Чем выше, тем быстрее и надежнее, — учил он своих молодых сотрудников. И они это запомнили. Результаты подземных экспериментов на станции «Динамо» совпали с результатами, полученными в Ленинграде. Открытие спонтанного деления урана состоялось! Такая удача даже самым везучим экспериментаторам выпадает раз в жизни! Статья об этом открытии была отправлена в ведущий физический журнал «PHYSICAL REVIEW».

Автора!

Под статьей стояли две фамилии — Флеров и Петржак. Они очень хотели, чтобы Курчатов тоже подписал статью, ведь он был таким же участником работы, как и они. И не просто участником, а научным руководителем! Но он-то понимал, что именно эти молодые ребята придумали сверхчувствительную ионизационную камеру. Что именно они не отмахнулись от редких импульсов в «нулевом режиме», а практически сразу объяснили их наличие спонтанным делением урана. Существовала и другая причина. Сначала, всесторонне обсуждая эту работу, все бы говорили и писали, что «открытие сделали Курчатов, Петржак и Флеров». Тем


11

Из ис тории отечес твенной науки

более, что по алфавиту Курчатов стоял бы первым, а по прошлым заслугам и подавно. Через некоторое время — «Курчатов и другие», а потом и вовсе «Курчатов открыл», а фамилии Флерова и Петржака затерялись. И Курчатов, несмотря на просьбы ребят, решительно отказался. Интересно, многие на его месте смогли бы поступить так же?

Критическая масса

Значение открытого Флеровым и Петржаком явления невозможно переоценить. Оказывается, чтобы осуществить цепную реакцию в уране, дополнительные внешние источники нейтронов не нужны! Достаточно собрать определенную массу урана, и цепная реакция пойдет сама собой! Такую массу назвали критической. Теоретики быстро подсчитали, что критическая масса урана 235 составляет 47 кг. А если окружить уран нейтронными отражателями и добавить замедлители нейтронов, то цепная реакция начнется при меньшей массе. Все это значило, что если взять две подкритические массы, т.е. массы, которым чуть-чуть не хватает урана до критической, а потом их соединить механическим путем, то произойдет взрыв. Оставалось только грамотно сконструировать саму бомбу. И еще требовалось научиться получать уран в достаточном количестве. И, пожалуй, самое главное, необходимо точно узнать все параметры и константы, от которых зависела цепная реакция. Без знания этого нельзя работать со значительными массами урана — могут взорваться раньше времени. Так что проблем хватало, но главное уже было известно — бомбу сделать вполне реально. Неясны были только сроки. 2*

Тишина

Важность той или иной научной работы определяется по количеству откликов на нее другими учеными. И не имеет значения, положительные они или отрицательные. Даже если большинство критикует результаты и методы проведения работы, все равно это означает, что работа находится в центре внимания, а ученый занимается отнюдь не пустяками. На статью Петржака и Флерова откликов не последовало. Получалось, что никого не волнует открытие спонтанного деления урана, и, вообще, никто не занимается урановой проблемой. Удивительно и печально. Естественно, ни о какой Нобелевской премии не могло быть и речи. О Сталинской премии — тоже. Но огорчились молодые ученые не изза премий. Обидно, что все их усилия оказались безрезультатными. А потом фашистская Германия напала на Советский Союз.

В ружье!

Физики пошли воевать. Курчатов размагничивал военные корабли. Многие сотрудники ЛФТИ, кого не призвали в армию, уходили на фронт добровольцами. Петржак стал начальником разведки артиллерийско-зенитной части, воевал на Карельском перешейке и Волховском фронте. Флерова, учитывая его высшее образование, определили в Йошкар-Олу учиться на авиационного техника. Образование помогало воевать не только числом, но и умением. Вот пример. Николая Иосифовича Селезнева призвали со второго курса Педагогического института в артиллерию. По слабости зрения он годился только в подносчики снарядов. Однажды пришел приказ за одни сутки разбить мост. Командир полка выдвинул пару батарей как можно ближе к цели. Несколько часов били пушки, но


12

1 / 2011

физика для школьников

наблюдатели докладывали, что мост стоит целехонький. Тогда Николай Иосифович пришел к командиру и заявил, что стреляют неправильно. Несмотря на крайне напряженную ситуацию, офицеры в штабе заулыбались. Какой-то подносчик снарядов, очкарик, будет их учить стрелять! Тогда Николай Иосифович подошел к карте и указал место, откуда, по его мнению, лучше вести огонь. — Но оттуда до моста гораздо дальше, — усомнился кто-то. Но терять было нечего, и командир приказал одной батарее стрелять с указанного солдатом места. Мост накрыли со второго залпа, а рядового наградили медалью «за отвагу». — Это за то, что я отважился дать совет, — пошутил Николай Иосифович на уроке математики в нашем классе, а потом объяснил, в чем дело. Оказывается, при стрельбе из пушки, чаще бывают недолеты или перелеты, а в сторону снаряд отклоняется редко. С первой позиции стреляли поперек моста, а вот со второй — вдоль. Если со второй позиции целиться в середину моста, то перелет или недолет все равно придется в мост, а именно это и требовалось. Так образование помогло выполнить приказ и спасло командира полка от взыскания.

На войне — как на войне

Флеров занимался тем, чем и все авиационные техники во время войны — приводил в порядок вернувшиеся с задания самолеты. В редкие минуты передышки он возвращался к довоенной работе. Почему прекратились работы над урановым проектом? Результаты всех исследований, и наших, и зарубежных, свидетельствуют, что урановая взрывчатка возможна. А

это оружие невероятной силы. Планы Германии провалились, молниеносной победы не получилось. Война затянется. Значит, надо разрабатывать бомбу сейчас, возвращаться к урановой проблеме. И дело не в личной славе, а в военной мощи Родины. Флеров с разрешения начальства едет в Казань, куда эвакуировалось физикоматематическое отделение Академии наук. Там он выступает перед академиками, пытаясь убедить их в необходимости работ над ураном. Но академики заняты другими проблемами военного времени. Надо срочно усиливать броню, разрабатывать надежную полевую связь, повышать ударную силу пушек, и много чего еще. Флеров возвращается в часть ни с чем. И снова самолеты, самолеты, самолеты.

Полная тишина

В начале февраля 1942 г. авиационный полк, в котором служил Флеров, стоял под Воронежем. В один из «нелетных» дней Флеров получил увольнительную для посещения университетской библиотеки. Научные журналы были, но если немецкие только довоенные, то английские и из США — свежие. Флеров искал в журналах отклики на их статью о спонтанном делении урана. Откликов не было. Более того, не было ни одной статьи об урановой проблеме, вообще обо всем, что связано с ураном. Тишина полная! Даже само слово «уран» нигде не упоминалось. Это означало только одно — все работы по урану засекречены! Требовалась еще одна проверка. Флеров выписал фамилии всех известных физиков, занимающихся ядерными проблемами. Ни одной из этих фамилий в журналах не встретилось. Ядерной физики больше не существовало! Вывод однозначен — уран работает на войну.


13

Из ис тории отечес твенной науки

Так засекреченность работы рассекретила ее значение! И стало понятно, почему ученые не получили премии. Не было откликов на работу, значит, она не важная. А она оказалась чересчур важной.

Чем выше — тем быстрее

Решение пришло сразу. Флеров хорошо усвоил принцип Курчатова «чем выше — тем быстрее». И он написал письмо по самому высокому в стране адресу: Председателю Государственного Комитета Обороны товарищу Сталину, где он попытался убедить возобновить работу над урановым проектом, чтобы не отстать от ведущих мировых держав. В частности, он писал: «Во всех иностранных журналах полное отсутствие работ по этому вопросу. Это является наилучшим показателем того, какая кипучая работа идет сейчас за границей. Нам необходимо продолжить работу над ураном». Уже в мае Флеров, к удивлению его непосредственных командиров, получил из Москвы вызов. Там постепенно собирали ученых, занимавшихся до войны исследованиями урана. 28 сентября 1942 г. Государственный Комитет Обороны принял постановление № 2352сс «Об организации работ по урану». А 11 февраля 1943 г. ГКО принял постановление № 2872сс уже «О начале практических работ по созданию атомной бомбы». Для выполнения этих постановлений была создана «Лаборатория №2». После консультаций с ведущими академиками руководителем ее назначили Игоря Васильевича Курчатова. Любопытно, что «Лаборатория №1» не существовала ни до, ни после. Для размещения лаборатории предложили несколько помещений. Курчатов выбрал здание за городом недалеко от села Покровское-Стрешнево. Одна из причин — соседство с ураном не вполне безопасно для мирного городского населе-

ния. Сейчас это место не центр Москвы, но и далеко не окраина.

В это время

В США работы над атомной бомбой велись с 1939 г. в «Урановом комитете» (S-1 Uranium Committee), получившем в 1943 г. кодовое название «Манхэттенский проект» (Manhattan Engineering District Project). В проекте принимали участие ученые из США, Канады, Германии и многих европейских стран. Проектом руководили физик из США, ровесник Курчатова Роберт Оппенгеймер и генерал Лесли Гровс. Впоследствии генерал издал книгу «Ярче тысячи Солнц», где поведал о работе над бомбой. В Германии также велась работа над созданием «оружия возмездия». Однако когда победы сменились поражениями, Гитлер приказал финансировать только те научные разработки, которые принесут ощутимый результат не позднее полугода. Ядерщики никаких гарантий дать не могли, поэтому необходимых для работы средств не получили и не завершили своей работы до конца войны.

Взрывы, взрывы, взрывы

16 июля 1945 г., в местности Алмогордо штата Нью-Мексико, США, прогремел первый атомный взрыв. Но это была не бомба, а имитирующее ее устройство. Первая бомба уничтожила японский город Хиросима 6 августа 1945 г., а еще через три дня вторая бомба уничтожила Нагасаки. Успешное испытание первой советской атомной бомбы состоялось 29 августа 1949 г. в Казахстане на полигоне под Семипалатинском. Такое отставание вполне объяснимо. Промышленность США ничуть не пострадала во Второй мировой войне, в то время как нашу промышленность восстанавливали из руин.


14

физика для школьников

А в создании водородной бомбы (именно бомбы, а не устройства — макета бомбы) СССР опередил США почти на год. Наши испытания прошли в августе 1953 г., а США в 1954 г. взорвали на тихоокеанском атолле Бикини нечто, напоминающее бомбу. Так что можно считать, что ядерная гонка закончилась вничью. И именно эта ничья предотвратила Третью мировую войну.

Судьбы

Флеров и Петржак так и не получили Нобелевскую премию. Ученый мир никак не прореагировал на их открытие, что послужило поводом для Нобелевского комитета не рассматривать спонтанное деление ядра в числе важных открытий. Во время войны физики-ядерщики занимались созданием бомбы. Вспомните, в завещании Нобель распорядился давать премию своего имени тем, «кто в течение предыдущего года принес наибольшую пользу человечеству…». А какая польза от бомбы? Вред один. Но Сталинскую премию ученым дали в 1946 году. Константин Антонович Петржак — заслуженный деятель науки и техники России, доктор физико-математических наук, профессор — один из основателей советской экспериментальной ядерной физики. В 1947 г. он организовал в Радиевом институте лабораторию нейтронной физики и физики деления, которую возглавлял до 1986 г. В 1949 г. Петржак создал в Ленинградском технологическом институте кафедру

1 / 2011

ядерной физики, которая готовила инженерные кадры для молодой тогда атомной промышленности. В 1961 г. там же он организовал Проблемную лабораторию ядерной энергетики. Константин Антонович Петржак дважды лауреат Сталинской премии (1946, 1953); кавалер двух орденов «Трудового Красного Знамени» и ордена «Знак почета». Участник Великой Отечественной войны. Умер Петржак 10 октября 1998 года в возрасте 91 года. Георгий Николаевич Флеров в 1953 г. был избран членом-корреспондентом Академии наук СССР, а в 1968 г. — действительным членом Академии. В 1949 г. ему присвоено звание Герой Социалистического Труда. Награжден двумя орденами Ленина (1949, 1983), орденом Октябрьской Революции (1973), тремя орденами Трудового Красного Знамени (1959, 1963, 1975), орденом Отечественной войны 1-й степени (1985), медалями, иностранными орденами и медалями. Лауреат Ленинской премии (1967), дважды лауреат Сталинской премии (1946, 1949), лауреат Государственной премии СССР (1975). С 1957 по 1990 г. Флеров работал директором Лаборатории ядерных реакций Объединенного института ядерных исследований в городе Дубне. Под его руководством учеными лаборатории были открыты и синтезированы 102–106 элементы периодической таблицы Д.И. Менделеева. Умер Флеров 19 ноября 1990 года в возрасте 77 лет.


15

Из ис тории отечес твенной науки

Физики шутят… на семинаре Гинзбурга

Б. С. Горобец*,

доктор геологоминералогических наук, Москва

«Общемосковский семинар Гинзбурга» был, наверное, самым жизнерадостным из всех научных семинаров в СССР. На нем обсуждались не только новые события и идеи в области теоретической физики, но и часто звучали остроты, приветствовались шуточные пассажи, в некоторых случаях делались целиком юмористические доклады. Ниже представлена коллекция юмора и нестандартных ситуаций, напрямую связанных с семинаром В. Л. Гинзбурга.

О Виталии Лазаревиче Гинзбурге

Выдающийся физик, академик АН СССР и РАН В. Л. Гинзбург (1916–2009) родился в Москве. Окончил физфак МГУ (1938). С 1940 г. научный сотрудник теоретического отдела ФИАН (1940), а с 1971 г. его заведующий. Автор квантовой теории эффекта Вавилова–Черенкова (1940). Теоретически открыл переходное излучение (1946, совместно с И. М. Франком). Предложил термодинамическую теорию сегнетоэлектричества (1945). В 1950 г. опубликовал совместную с Ландау работу по макроскопической теории сверхпроводимости (уравнение Гинзбурга–Ландау), за которую в 2003 г. был награжден Нобелевской премией. Член Лондонского Королевского общества. Лауреат Ленинской премии (за то же, но раньше − 1966) и Сталинской премии 1-й степени (за предложение дейтерида лития как наиболее технологичной и выгодной термоядерной взрывчатки для водородной бомбы − 1953). Один из основоположников радиоастрономии и автор пионерских результатов по физике Солнца, квазаров, пульсаров, нейтронных звезд, космических лучей.* * Б. С. Горобец — автор научно-популярных книг «Круг Ландау. Жизнь гения», «Трое из атом-

Самый массовый и долговечный семинар

«Семинар Гинзбурга» был им организован в 1956 г. и проводился по 2001 г. по средам в Москве, в Физическом институте им. П. Н. Лебедева. Число ученых, приходивших на семинар, было обычно от ста до нескольких сотен. Иногда оно достигало ураганных значений, когда темой заседания становилось только что сделанное крупное открытие. Порядок проведения семинара состоял из обзора новых событий в физике по теме, согласованной с В. Л. Гинзбургом. Затем делались обычно два частных доклада, в которых физики выносили на обсуждение свои работы. Вот что говорит о семинаре Гинзбурга физик-теоретик, профессор А. А. Рухадзе (ФИАН, ИОФАН, физфак МГУ), непременный участник почти всех семинаров Гинзбурга. «Были и другие семинары по теоретической физике, в частности, семинар И. Е. Тамма, работал тогда и знаменитый семинар Л.  Д.  Ландау. Но они были парадными, на них рассказывались завершенные работы, семинар Ландау к тому ного проекта: секретные физики Лейпунские», «Геологи шутят... И не шутят», «Советские физики шутят... Хотя бывало не до шуток» и др.


16

физика для школьников

же был «злым»*. Семинар же В. Л. Гинзбурга, во-первых, был очень доброжелательным и таковым остался до сих пор, а во-вторых, он был рабочим, на нем рассказывались незавершенные работы, поэтому после этих семинаров люди уходили с зарядом новой активности, особенно докладчики. На этих семинарах часто формулировались задачи и даже определялось, кто и как их должен решать» [1].

Десять килотонн леса на книги

В. Л. Гинзбург — автор многих научных и научно-популярных книг, а также множества статей, обзоров, интервью. В течение ряда лет он был первым среди отечественных физиков по индексу цитируемости в мировой печати. Однажды член-корреспондент РАН Д. А. Киржниц, друг В. Л. Гинзбурга, делал шуточный доклад на семинаре, посвященном юбилею своего председателя. И сообщил, что на статьи и книги Гинзбурга ушло 10 килотонн бумаги, для чего были уничтожены тысячи гектаров леса**. В этот момент А.  Д. Сахаров, думающий о чем-то своем, вдруг как бы очнулся и произнес: «От 10  килотонн не может погибнуть столько леса» (цит. по Г. А. Аскарьяну [2]). * Каждый участник семинара мог в любую минуту прервать докладчика, требуя разъяснения или высказывая свое неодобрение. Этой возможностью пользовался и сам Ландау. Бытует много рассказов о жесткости Ландау в оценке работ, рассказов о том, как тот или иной выступающий был прогнан. Действительно, если выяснялась несостоятельность работы, или автор (либо докладчик, реферирующий чужую работу) не мог объяснить существа дела, он безжалостно лишался слова. ** На самом деле, это ошибка: 10 млн экземпляров книг по 1 кг — это слишком даже для Гинзбурга. Лучше было бы сказать короче и правильнее: 10 килотонн древесины (Б.Г.).

1 / 2011

Меня ни разу не обворовали

Один из трех ученых секретарей семинара, сменившихся на этом посту за 45 лет, А.  Г. Молчанов вспоминал: «Виталий Лазаревич всегда говорил, что те, кто не ходит на семинар, просто «чудаки на букву ч». Им повышают интеллект, да еще за бесплатно, а они не ходят» [3, с. 80]. Как-то на Ученом совете теоротдела Виталий Лазаревич посетовал, что на семинаре в последнее время высказывается мало новых плодотворных идей: — Наверное, люди опасаются, что их обворуют. И совершенно напрасно. Я не боялся выступать с новыми идеями, и меня ни разу не обворовали. Гелий Фролович Жарков с места негромко сказал: — Не успевают» [3, с. 76]. *** Но один раз все-таки успели, если исходить из того, что рассказал сам Виталий Лазаревич в своей книге [4]. «В 1964 г. я ехал из Кисловодска на поезде, был один в купе, скучища, и я начал «атаковать» — перебирал возможности для сверхтекучести и сверхпроводимости в нейтронных звездах. <…> По приезде посоветовался с Д. А. Киржницем, мы занялись этим вопросом и опубликовали заметку. Я считаю, что она и была первым ясным указателем в этой области, коснулись мы и вопроса о вихревых нитях при вращении звезды. Когда я докладывал эту работу в Новосибирске, А.  Б.  Мигдал сказал, что «он уже обращал внимание» на сверхтекучесть нейтронных звезд и дал мне ссылку. В действительности, в одной его статье 1959 г. есть фраза о том, что сверхтекучесть ядерной материи может проявиться внутри звезд <…>. О нейтронных звездах нет ни слова. В каком-то смысле ясно, что А.  Б. Мигдал просмотрел эту возможность, о сверхтекучести


17

Из ис тории отечес твенной науки

же ядерной материи и до него говорили. Но Мигдал — «приоритетчик», и «сшил из этого шубу». О сверхтекучести и сверхпроводимости (для протонов) в нейтронных звездах стали много писать, и, смотрю, появились ссылки на Мигдала, а нас и забыли. В общем, я плевал на это <…>. Но, встретив как-то Дэвида Пайнса <американский физик-теоретик, иностранный член РАН>, я сказал ему <…>. И что же выяснилось? Пайнс статьи Мигдала явно даже не видел, а (это я уже догадываюсь) по просьбе Мигдала стал на него ссылаться и, как часто бывает, приоритет Мигдала был «adopted by repetition» <принят благодаря повторным ссылкам. — Б.Г.>). Вообще многие борются за приоритет, добиваются цитирования и т.п. Я, если и борюсь, то, как правило, только тем, что сам на себя ссылаюсь, но агитировать, просить, упрекать считаю постыдным» [4, с. 398].

Не смейтесь над изобретателями вечных двигателей!

Другой ученый секретарь семинара профессор Б. М. Болотовский вспоминает: «У нас в Отделе лежали на отзыве несколько работ, присланных самодеятельными изобретателями: «Новая теория относительности», «Новая теория ядерных сил» и т.п. Когда обсуждали план юбилейного семинара, я предложил Виталию Лазаревичу: — Давайте раздадим эти работы участникам семинара — несколько работ, по одной каждому — поручим доложить эти работы на юбилейном семинаре. Причем договоримся, чтобы докладывали серьезно, без улыбки. Слушатели обхохочутся. Если бы мы так сделали, получилось бы, действительно, очень смешно. Но Виталий Лазаревич это предложение отклонил. Он сказал мне: 3 Физика для школьников № 1

— Боря, так не годится. Эти люди многого не знают, но они всей душой преданы науке. Вы посмотрите: в свое свободное время они не пьянствуют, не «забивают козла», не хулиганят, а занимаются разработкой интересующих их научных проблем. У них ничего не получается, потому что у них мало знаний, но нельзя над ними смеяться» [3, с. 63].

Футбол на банкет не меняю

Член-корреспондент РАН Е. Г. Максимов вспоминает, как в начале 1970-х гг. в МГУ проходил международный конгресс по магнетизму, и к Виталию Лазаревичу подошел посыльный: «Президент Академии наук приглашает Вас с супругой сегодня вечером на званый ужин с ведущими иностранными участниками конгресса. Ожидаются все члены Президиума». После его ухода Виталий Лазаревич проворчал: «С супругой, хы! Они что, русского языка не знают? Жена у меня, а не супруга. А вообще я и до этого не сомневался, что там почти все идиоты, в этом Президиуме. Какой званый ужин может быть сегодня, когда сборная СССР играет с Бразилией?!» [3, с. 110].

Я стану трижды кавалером ордена «Знак почета»!

2 марта 1983 г. состоялось 1000-е заседание семинара. На нем Виталий Лазаревич сказал: «Мне к 2000-му заседанию стукнет 90 лет, и я рассчитываю, что к тому времени я переплюну Яшу Зельдовича вот в каком отношении. Он — трижды Герой Социалистического Труда. У него три ордена Ленина и три медали «Золотая звезда». Это очень редкий набор наград. Но я предполагаю, что у меня будет еще более редкий набор — три ордена «Знак почета». Кроме того, я предполагаю, что я к тому времени буду награжден Нобелевской премией.


18

1 / 2011

физика для школьников

Теперь вошло в моду давать Нобелевскую премию глубоким старикам». Б. М. Болотовский поясняет: «Орден «Знак почета» был самым последним по важности орденом из всех орденов Советского Союза. Виталий Лазаревич много лет заведовал Теоретическим отделом ФИАНа. В этом коллективе работало много блестящих физиков. Когда правительство награждало Академию наук, обычно получалось так, что подчиненные В. Л. Гинзбурга получали ордена высшего достоинства, а В.  Л.  Гинзбург ничего не получал или награждался орденом «Знак почета». Начальство его не жаловало» [3, с. 66].

Как строить доклад для недураков

Академик М. В.  Садовский (Институт электрофизики УРО РАН, г. Екатеринбург) вспоминает: «Накануне семинара мы что-то пообсуждали с Л. В. Келдышем, и он мне дал совет, которому я с тех пор и следую при любых выступлениях на семинарах: «Вы знаете, — сказал Келдыш, — Ландау говорил, что всякое выступление на семинаре должно состоять из двух частей: в первой докладчик должен показать слушателям, что они не дураки, ну, а во второй, — что и он тоже не дурак!» (Я ни разу не слышал этой мудрости от представителей школы Ландау, так что, может, это и не он говорил!). Короче говоря, была у меня «заготовочка» <к докладу> — я формулировал задачу Андерсона прямо по его работе: имеем систему случайных уровней, расположенных на узлах регулярной решетки и всюду плотно по шкале энергий, «сажаем» электрон в момент времени t  =  0 в произвольный узел. Спрашивается: при t  →  ∞ «уедет» он куда-то на бесконечность от исходного узла решетки за счет

туннельного эффекта или останется на нем (в конечной окрестности)? Последний вопрос был обращен в зал в расчете на то, что кто- то даст «очевидный» ответ. К моей радости, именно Виталий Лазаревич с ходу воскликнул: «Ну, конечно, уедет!» — «Ну, конечно, нет, Виталий Лазаревич!» По-моему, с этого-то момента Виталий Лазаревич меня и запомнил». Этот эпизод ярко иллюстрирует одну из черт Виталия Лазаревича (и его семинаров) — отсутствие боязни ошибиться, сделать неверное утверждение. Ведь тем более интересно понять, что ты был неправ. Как говаривал в таких случаях Виталий Лазаревич: «Минута позора — годы здоровья!» Нигде и никогда больше я такого отношения не видел [3, с. 122].

Тарзан на семинаре

«Виталий Лазаревич не любил, когда участники семинара опаздывали. <…> Сотрудник лаборатории ускорителей Андрей Андрианович Кузнецов по кличке Тарзан опаздывал редко, но когда он опаздывал, об этом сразу узнавал весь семинар. Представьте себе такую картину. Семинар начал работу, докладчик стоит у доски с мелом в руке. Уже и первые формулы написаны. Зал слушает особенно внимательно. Если в самом начале что-то непонятно, то потом будет еще труднее понять. В этот момент от входной двери раздается громовой возглас: — Прошу прощения! Докладчик застывает с открытым ртом. Все присутствующие поворачивают головы на крик. По проходу бегом передвигается Андрей Андрианович. Он быстро находит свободное место где-то в первых рядах, усаживается и напоследок гремит: — Извините за опоздание! И застывает, весь обратившись в слух. Может быть, его прозвали Тарзаном имен-


19

Из ис тории отечес твенной науки

но за его зычный голос. Виталий Лазаревич ни разу не сделал ему замечания. Повидимому, он, как и мы, каждый раз оказывался ошеломлен таким появлением» (цит. по Б. М. Болотовскому [3, с. 77]).

Формула времени жизни человека

Профессор М. А. Миллер (Институт прикладной физики, г. Н. Новгород) както сделал доклад по оценке времени вечной молодости tм. «По горизонтальной оси откладывается время в условных или безусловных годах, а по вертикальной оси — вероятность выживания (р). <…> Сначала идет прямой участок (плато t0  <  t  <  tм), потом относительно резкий спад (переходник tм < t < tс) и затем плавное убывание (tс < t < ∞). Это и есть кривая жизни, правда, жизни не индивидуальной, а коллективной, ансамб­ левой, популяционной, назначенной нам всем вместе Природой. Стационарная молодость. Начальный, «платовый» участок t0 < t < tм удивительно ровен: на нем р изменяется только в третьем знаке после запятой: 0,9902…< р < 0, 9935… Значит, в интервале t0 < t < tм вероятность встретить следующий юбилей практически не зависит от числа ранее встреченных. Люди чаще всего пользуются понятиями, о которых имеют лишь интуитивное представление, по наитию свыше или изнутри. К таковым относится и понятие молодости. А вот кривая жизни, предъявляемая уже не по чувству, а по разуму, позволяет дать молодости вполне проверяемое толкование: молодость есть состояние жизни, вероятность сохранения которого не зависит от длительности <так, вероятность сохранения жизни одинакова в 20 и 30 лет>. <…> Будем называть это состоянием стационарной молодости. <…> 3*

Невечность вечной молодости. Извечная мечта всех и каждого — оставаться вечно молодым — отнюдь не тождественна программе бесконечно долгого пребывания в живых. Осуществимая «вечная молодость» имеет конечную и научно прогнозируемую длительность. Ежели не вдаваться в сложные процентовки и предполагать, что ежегодный «расход» еще не подрывает общего запаса, то ансамблевая продолжительность жизни стационарно молодых τ может быть оценена по форму∆n = −(1 − рм )∆t. ле n <Интегрируя эту дифференциальную функцию показательного распределения t вероятности, получим: > п = п0 ехр( − ); τ 1 τ= . Здесь ∆n — число уходящих (1 − pм ) из общего числа п за время ∆t, а τ — период полураспада ансамбля стационарно молодых или, как позволяют себе шутить русскоязычные физики, τ есть еτое время этой жизни. Подстановка среднего значения рм ср =0,9917, слегка зависящего от выбора возрастного предела tм, и потому обрезаемого нами на второй значащей цифре, позволяет получить t = 1,2⋅102 лет. Грубо округляя, получаем 120 лет! Именно столько может продержаться по эту сторону добра и зла тот Представительный Избранник Рода Человеческого. <…> Итак, 120 (!) Удивительный предел! Он совпадает с традиционным еврейским пожеланием жизни и здравия до 120. <…> По преданию именно столько прожил Пророк Моисей» [3, с. 156].

Если партия прикажет…

«На семинаре обсуждался принцип неопределенности Гейзенберга. Некоторые нефиановские докладчики выступали против его классической («копенгагенской») трактовки как противоречащей


20

физика для школьников

диалектическому материализму. Другие, в том числе и ряд ученых ФИАНа, высказывались именно в духе последней. Их попытался «примирить» академик Б. М.  Вул: «О чем мы спорим, — сказал он в своем выступлении — ведь в практических измерениях нам никогда не требуется одновременно измерить импульс и координату с высокой точностью!». Это высказывание вызвало резкий протест В.  Л.  Гинзбурга, который под хохот присутствующих спросил: «Речь ведь идет о принципиальных соображениях. По Вашему выходит, что если Вы получите правительственное задание, то сумеете одновременно измерить импульс и координаh ? » (цит. по ту с точностью лучшей, чем 2π профессору Г.  И. Мерзону, ФИАН [3, с. 189]).

Загадка: академик на три буквы

Как-то на семинаре профессор В. М.  Фридкин (Институт кристаллографии РАН) загадал участникам следующую загадку: «Был такой академик, три буквы, посередине у. И сам же сымитировал отгадку: — Вул? — Не знаю, не слыхал» [3, с. 211]. Пояснение. Академик Бенцион Моисеевич Вул (ФИАН) был бойцом Конной армии во время Гражданской войны. Он стал крупным физиком, открыл титанат бария — новый важнейший сегнетоэлектрик, разработал первые в СССР полупроводниковые диоды и триоды, получил Сталинскую премию и стал Героем Социалистического Труда. В отличие, кстати, от В.  Л.  Гинзбурга, который так и не стал Героем, несмотря на то, что выдвинул ключевую идею о замене жидкого дейтерия на твердый дейтерид 6LiD в водородной бомбе. Может быть, посчита-

1 / 2011

ли, что конница важнее? Да нет, просто партия знала, что коммунист Вул не подведет и выполнит любые ее задания, в отличие от коммуниста Гинзбурга. В том числе и по борьбе с антисоветским поведением некоторых физиков (А. Д. Сахаров и другие).

Короткие шутки и афоризмы участников семинара

А. Е. Смирнов (Институт кристаллографии РАН) [3, с. 211] в стиле Козьмы Пруткова. • Физика в математике превосходит химию, но уступает оной в аромате. • Ищи сходства, а различия сами найдутся. • Не будь врагом нового, будь другом старого. • Гений подобен молнии: он поражает одиноко стоящих. • Физик имеет право на ошибку. Большой физик имеет право на большую ошибку. Не физичен тот, кто ничего не делает. • Афоризм есть лаконическое выражение бесконечного. • Излагай кратко, но сжато. • Когда душа уходит в пятки, встань вверх ногами и встряхнись. • Наблюдая следствие и причину, сохраняй масштаб. • Попав на ученое собрание, не изображай из себя знаменитости, пока не убедишься в том, что тебя там никто не знает. • По размышлении истина дороже Платона, но по человеколюбию Платон дороже истины. • Дайте мне точку опоры — и я переверну рычаг. Профессор В.  М. Фридкин (Институт кристаллографии РАН). • Творческий человек работает не для


21

Из ис тории отечес твенной науки

славы, а для удовольствия. Поэтому ему так мало платят [3, с. 222]. • Виталий Лазаревич говорит В. М.  Фридкину: «Да успокойтесь, какие пустяки! Лучше сделайте у нас доклад на семинаре, е. б. ж.!». «Я думал: он меня материт, — пишет Фридкин, — оказывается, это из Толстого: если будем живы» [3, с. 220]. Академик В.  И. Гольданский (Ин­ сти­тут химической физики РАН): • Я мыслю и на это существую. • Если бы друзья были так же надежны, как враги! • Беда в том, что у положительных людей больше отрицательных эмоций. • Дуракам закон не писан. Так стоит ли набираться ума? • Точность — вежливость королей, а мы люди простые. • Добродетель всегда вознаграждается, порок же приятен сам по себе. • Автор высказывает мнение, а соавтор — сомнение. • Краткость в романе была, но не хватало ее брата. • Действие равно противодействию. А бездействие? • Самое редкое шестое чувство — чувство меры. • Болезни бывают от генов и от нер­ вов — от родителей и от детей. • Ничто так не сближает, как общие враги. • Певец с совещательным голосом. • Из всех долгов отдает только последний. Профессор К. А. Кикоин (Курчатовский институт): Отрывок из поэмы «Как на Руси искали HiTc»* * Высокотемпературная сверхпроводимость.

…Страна у нас богата, Пьяна уже в обед. Но дальнего порядка В ней, как известно. Нет. И ближнего порядка Со свечкой не сыскать. Поэтому приятно На печке помечтать. <…> И кто бы ни напился Среди родных берез Какой бы ни родился Общественный вопрос. Он все равно упрется В проблему HiTc. — Так издавна ведется На матушке-Руси. Покуда мы решали, Где Запад, где Восток, Голландцы **не дремали И наблюли сверхток. Узнав про то, славяне Сказали: «На Руси Еси еще Ландау И Гинзбурги еси. Пусть франки и варяги За стрелками следят, А мы возьмем бумаги И все разложим в ряд. А мы напишем фазу, <…> В книге «Проблема высокотемпературной сверхпроводимости», созданной в теоротделе ­ФИАНа под руководством В. Л. Гинзбурга, описан тысяча и один способ получения HiTc. Не читавшие этой книги Й. Беднорц и К. Мюллер нашли тысяча второй способ (К.К.). ** Голландцы — народ, заселивший единственный уголок Европы, совершенно непригодный для обитания. Научились жить ниже уровня моря, изобрели микроскоп и телескоп, открыли Австралию, пособили России прорубить окно в Европу, усовершенствовали число π, придумали интеграл Стилтьеса, отрыли питекантропа и наблюли сверхпроводимость (К. К.).


22

1 / 2011

физика для школьников Введем параметр ψ, И воцарится сразу Порядок на Руси. Они там варят сплавы, Кристаллики растят, А мы слагаем главы Про бозе-конденсат. И наши механизмы С фононами и без Тс поднимут снизу До самых до небес. Забыли мы про бедность, И дух наш воспарил. Но тут… технолог Беднорц Керамику сварил. Досадно и обидно, Что так устроил Бог, Что грязные оксиды Проводят чудный ток. Что сдали мы за рубель Потенции свои, Что им сияет Нубель, А нам — РФФИ*

гими людьми, поскольку это дело чисто индивидуальное» [3, с. 109].

Финал

21 ноября 2001 г. на юбилейном 1700-м заседании Виталий Лазаревич Гинзбург, неожиданно для всех присутствующих, объявил о закрытии семинара.

[2, с. 245]

Океан между двух стульев

Е. Г. Максимов: «То, что происходит сейчас в нашем научном мире, совершенно недопустимо ни в одном цивилизованном обществе. Некоторые директора институтов и заведующие лабораториями проводят почти по году за рубежом. Если тебе нужна работа в другой стране — пожалуйста, но будь добр не изображай из себя руководителя института или лаборатории! Нельзя управлять коллективом по переписке. По переписке можно лишь играть в шахматы или знакомиться с дру* Российский фонд фундаментальных исследований. Тем, кто получает гранты РФФИ, не нужно объяснять, что это такое. А тем, кто не получает, — и подавно.

Постскриптум (цит. по про­фес­сору В. Л. Голо, мехмат МГУ). «Не обойтись без грустных заключений в связи с состоянием текущего момента. Много говорят об отсутствии денег («финансирование»). Но разве для тех, кто посещал семинар Гинзбурга, тем более руководил им, дело было в деньгах? Причина была во внутренней энергии, которую сейчас сменил надлом. Это видно хотя бы по тому, что ученые, уехавшие на Запад, а таких немало, в некоторых областях большинство, не стали более великими, нежели они были в советское время. И дело здесь, по-видимому, не в дискриминации, затрудняющей карьерный рост. Часто рассуждают, возможны ли перемены к лучшему; когда они наступят; как сохранить или возродить большие семинары? Да нельзя их возродить, как нельзя возродить время, ушедшее в прошлое» [3, с. 180]. Литература 1. Рухадзе А.А. События и люди (1948–1991 годы). Продолжение: 12 лет спустя. 3-е изд. — М., 2003, то же (испр. изд.), 2005. 2. Семинар. Статьи и выступления / Сост. Б.М. Болотовский, Ю.М. Брук. — М.: Физматлит, 2006. 3. А.Д. Сахаров. Этюды к научному портрету. Глазами коллег и друзей. Вольномыслие / Сост. И.Н. Арутюнян, Н.Д. Морозова. — М.: Мир, 1991. 4. Гинзбург В.Л. О науке, о себе и о других. — М.: Изд-во физ-мат. лит-ры, 2003.


Это интересно Физика в стакане История четвертая

Г. Ф. Туркина,

ЦО «Технологии обучения», Москва

Четвертая история из книги «Как стать волшебником» покажет, что можно найти физику в привычном и обыденном, например в тех стаканах, с которыми ребята в прошлой истории пришли к своей учительнице физики. Мир и знания не ограничены учебником, поэтому-то и доставляют не только удовольствие и повышают собственную самооценку тех, кто это понимает.

—Я

рада, что вы видите проявление физических законов и явлений на каждом шагу, — разливая чай, продолжила я разговор с ребятами. — Я предлагаю вам поискать «физику» за нашим чайным столом.

Рис. 1. Дети за столом

— А Вы не испугаетесь, Анна Петровна, если мы вашу кухню сейчас превратим в физическую лабораторию? — улыбаясь, спросил Саша. — О, нет! У меня лаборатория, практически, вся квартира! — рассмеялась

я. — А если искать физику в привычном и обыденном, то давайте вернемся к вашим стаканам. Вы показали очень интересные опыты с подкрашенной водой. Но неужели вы думаете, что стеклянный стакан ни на что «физическое» больше не способен? Ничего подобного! Сколько науки в нем «умещается»! Здесь и механика, и оптика, и молекулярная физика, и даже электричество! Помешивая ложечкой чай, Коля задумался: — А ведь не просто так чай заваривают кипятком… Внимание! Проводим эксперимент! И Коля взял два стакана. Опыты в домашней лаборатории Дорогой друг! И ты проведи Колин эксперимент. Опыт «Микромир в стакане воды» Тебе понадобятся два прозрачных стакана, два пакетика чая. Ход опыта –Налей воду в стаканы — в один холодную из–под крана, в другой горячую (кипяток). –Опусти в стаканы пакетики с заварочным чаем.


24

физика для школьников

Наблюдение… Кипяток быстро окрашивается. В холодной воде процесс протекает вяло, цвет воды меняется медленно, причем только в нижней части стакана.

Рис. 2. Два стакана с пакетиками

— И чего удивительного ты здесь нашел? — скептически спросил Саша. — Все с детства знают, что чай в холодной воде не заваривается. — Как чего удивительного?! Мы заглядываем с вами в микромир и сравниваем! — воскликнул Коля. — Хотя молекул мы и не видим, но наблюдаем как они двигаются. Смотри–ка, как здорово бегают молекулы в горячей воде, а в холодной еле шевелятся. — Верно, Коля! Мы наблюдаем с вами процесс диффузии — подсказала я. Ког-

1 / 2011

да молекулы одного вещества, назовем их условно «молекулы чая» самопроизвольно смешиваются с молекулами воды. Чем выше температура, тем активнее проходит этот процесс. А наблюдать его нам удалось потому, что «молекулы чая» окрашены. — Мальчики! Давайте померяемся с вами силой. Кто из вас сможет «сломать» чайную ложку? — хитро посмотрела на всех Оля. — Ты бы еще предложила разбить посуду в гостях! — возмутился Саша. Оля, лукаво улыбаясь, продолжала: — У каждого из нас по мельхиоровой ложке. Ее требуется переломить. Подойти к этому надо как к научному заданию. Ломать надо не силой, а умом. — А у меня, кажется, получилось! — С этими словами Саша опустил ложку в стакан с чаем. — Смотрите, ложка «сломалась».

Рис. 3. Надломленный карандаш в стакане с водой

Опыты в домашней лаборатории Дорогой друг! Тебе предлагается провести опыт не с ложкой и чаем, а с карандашом и стаканом воды. Опыт «Сломать, не ломая» Тебе понадобятся прозрачный стакан (банка), карандаш, вода, подсолнечное масло. Ход опыта –Поставь карандаш по диагонали (под углом) в стакан с водой. –Посмотри на карандаш сверху, сбоку.


Это интересно

25

–Поставь карандаш вертикально и перемещай его вдоль стенок, по диаметру. Наблюдение… Если смотреть на карандаш сверху, у поверхности воды он выглядит надломленным, причем, конец карандаша, находящийся в воде, кажется приподнятым. Если смотреть на стакан сбоку, часть карандаша, находящаяся в воде, кажется сдвинутой в сторону и увеличенной в диаметре. Карандаш, который стоит вертикально, у краев стакана «распилен» на части границей воды и воздуха. Объяснение Эффект «надломленности» карандаша связан с преломлением луча света при переходе из воды в воздух — оптическая плотность у воды и воздуха разная. Утолщение карандаша — это иллюзия, которую создает стакан с водой. Он действует в данном случае как лупа, зрительно увеличивая предмет, находящийся в воде. Читатель! Ты не забыл, что стакан с водой — это цилиндрическая линза? Примечание для любознательного читателя Если карандаш поставить за стакан с водой, он будет выглядеть еще толще. Увеличение зависит от того, на каком расстоянии от стакана находится карандаш. Проверь! Переходим ко второй части эксперимента. –Налей в стакан поверх воды растительное масло. –Снова опусти карандаш в стакан. Наблюдение… Карандаш «надломлен» дважды. Объяснение Растительное масло легче воды и не смешивается с ней. Кроме того, показатели преломления этих жидкостей отличаются. Мы наблюдаем преломление света в двух разных жидкостях.

Рис. 4. Дважды надломленный карандаш

— А хотите увидеть в стакане еще один оптический эффект? — Не дожидаясь ответа, я подошла к крану и налила воды. 4 Физика для школьников № 1

— Все внимание сюда! — я поставила перед детьми стакан с водой. — А почему она мутная? — спросила Оля? — Где? — оторвался Коля от созерцания ложки в стакане. — Что тут происходит? — Опоздал. Уже ничего не происходит, все произошло! Вода в стакане уже была прозрачной. — Показываю еще раз. — Я начала комментировать свои действия. — Наливаю воду из–под крана. Самое трудное — подобрать напор струи, при котором течет мутная вода. Вы, наверняка, с этим сталкивались. Мутной она остается недолго.


26

1 / 2011

физика для школьников

Внимательно понаблюдайте, как происходит просветление воды.

Рис. 5. Кран, струя воды, стакан

Я снова поставила на стол стакан с мутной водой. Опыты в домашней лаборатории Опыт «Всегда ли вода прозрачная» Тебе понадобятся прозрачный стакан, водопроводная вода. Ход опыта –Меняя в водопроводном кране температуру и напор воды, добейся, чтобы струя была непрозрачная, белого цвета. –Налей в стакан мутной воды. –Понаблюдай за просветлением воды. — Просветление воды начинается снизу вверх, — заметил Саша. — При этом со дна стакана быстро поднимаются пузырьки воздуха. — Впечатление, что из крана течет газировка, — добавил Коля. Оля поинтересовалась: — Анна Петровна! А откуда столько пузырьков в водопроводной воде? — Знакома ли вам такая фамилия, как Бернулли? — начала я издалека. — Это знаменитый швейцарский род, из которого вышло немало ученых–математиков. Самым знаменитым был, пожалуй, Даниил Бернулли, живший в XVIII в. Он проявил себя

и как математик, и как биолог, и как физик. Кстати, этот ученый восемь лет проработал в Петербургской академии наук. Открытие, которое сделало его знаменитым, лежит в области механики движущейся жидкости (гидродинамики). Суть открытого им закона заключается в том, что давление в струе зависит от скорости жидкости. Чем быстрее она течет, тем меньше в ней давление. Теперь представьте воду, текущую из-под крана. Раз она течет, то давление воздуха вокруг нее больше, чем внутри, поэтому воздух захватывается водой. В воде из колодца пузырьков воздуха вы не обнаружите. А текущая вода всегда насыщена газом. Что происходит дальше с пузырьками воздуха, вы можете и сами мне рассказать.

Рис. 6. Детские лица

Перебивая друг друга, дети заговорили: — Воздух легче воды, по закону Архимеда он поднимается вверх. — Воздух прозрачный, вода тоже прозрачная, а когда они вместе — вода почему-то мутная, — задумался Саша. — А это как объяснить? — Пузырьки воздуха в воде — это рассеивающие линзы. Поэтому световой луч, проходящий через такую воду, не идет прямо, а отклоняется — рассеивается. В результате вода не пропускает свет и зрительно кажется мутной. Мы снова наблюдаем закон преломления света, правда, недолго, — пояснила я детям.


27

Это интересно

— Как Вы хорошо объясняете, Анна Петровна! — восхищенно сказал Коля. — Твой стакан нам помог, в чашке бы мы этого не увидели, — ответила я. — Вы, наверное, устали от наших научных разговоров, — обратилась я к ребятам. — Предлагаю немного развлечься — устроить состязание.

–Анна Петровна! Что за шутки?! — возмутилась Оля. — Почему пламя свечи отклоняется не от меня, а ко мне, навстречу струе воздуха! — Дай я попробую, может у меня получится, все-таки я спортсмен. — Коля выхватил воронку, но и у него пламя отклонялось также. В конце концов они сообразили, как надо держать воронку, чтобы потушить свечу. — Ура! Получилось! — обрадовалась Оля, когда вторая свеча погасла. Третья свеча упрямо горела за картонкой, сколько Саша ни дул. Помощь спорт­ смена Коли не помогла.

Рис. 8. Свеча за стаканом Рис. 7. Опыт со свечами

Я зажгла три свечи. Одну поставила за стаканом, другую за картонкой, такого же размера, что и стакан, третью ничем не загородила, но рядом положила воронку. — Ваша задача — задуть свечи. Условие — стакан с картонкой не передвигать. Третью свечу погасить через воронку. — А это возможно? — искренно удивился Коля. — Будем пробовать, — по–деловому подошла к этому вопросу Оля и выбрала свечу с воронкой. Чтобы не было обидно, Саша с Колей стали тащить жребий. Коле достался стакан, Саше картонка. На счет «три» все стали усердно дуть. Победу, к общему удивлению, одержал Коля. У Саши ничего не получилось, сколько он ни тужился. Оля долго старалась. 4*

Рис. 9. Свеча за картонкой

Рис. 10. Свеча и воронка


28

физика для школьников

1 / 2011

Опыты в домашней лаборатории Опыт «Загадка трех свечей» Тебе понадобятся свеча, стакан, картонка, воронка (ее может заменить верхняя часть пластиковой бутылки). Ход опыта. –Зажги свечу. –Поставь свечу за стакан на расстоянии двух–трех сантиметров (расстояние подбирается опытным путем) –Дуй на стакан на уровне пламени свечи — свеча за стаканом гаснет. –Возьми картонку, шириной равной диаметру стакана. Свечу поставь на расстоянии 3–5 см от картонки. –Дуй на картонку на уровне пламени свечи — пламя отклоняется в сторону картонки, но не гаснет. –Снова зажги свечу. Погаси пламя, дуя на свечу через воронку. Экспериментируй, меняя расстояние и высоту воронки относительно свечи. Проанализируй результат. — Я понял, почему моя свеча погасла первой, — воскликнул Коля, — не потому что я спортсмен, и у меня мощные легкие, а потому что на моей стороне законы физики. Стакан-то обтекаемый! — И Коля углубился в теорию турбулентных и ламинарных потоков. — Короче, — подвел он итог, — стакан разделил (разбил) воздушный поток на две части, которые успешно соединились за стаканом и погасили свечу. Картонка необте-

каемая, поток разбивается и за картонкой закручивается вихрем, не касаясь свечи. — А мой секрет задувания свечи в том, что воронку надо держать выше пламени. Ее задувает струя, стекающая по конусу воронки, — сделала вывод Оля. — Молодцы! Вы радуете меня своей рассудительностью, — похвалила я детей. — Допиваем чай, доедаем торт и по домам. Уже поздно.


29

Это интересно

Дырки в стекле

В

се необычное привлекает внимание людей, поэтому интересные по форме дырки в стеклах фотографируют, делятся фотографиями с друзьями, публикуют фотографии в Интернете. Занимательно, что выдвигаются разные, иногда весьма экзотические, версии причин возникновения таких дырок. Договариваются до того, что приписывают таким дыркам метеоритное происхождение, иногда связывают их появление с ударами молний — причем, популярными оказываются, почему-то, шаровые молнии. Одна из весьма распространенных версий — это проделки НЛО. Ситуация самая обычная для всего, что находится за пределами «бытового» разума. Часто встречающаяся для дырок форма, которая начинается небольшим круглым отверстием, а продолжается своеобразным «конусом», запечатлена на многочисленных фотографиях. Одна из них приведена ниже (рис. 1). Рядом с фотографией приведен схематический типичный разрез дырки поперек стекла.

Рис. 1

Проза жизни состоит в том, что это след удара по стеклу маленького камушка или (что случается гораздо чаще) маленького

С. Д. Варламов,

к. ф.-м. н., доцент кафедры физики СУНЦ МГУ (школы имени Колмогорова)

стального шарика, выпущенного из рогатки или из пневматического пистолета. Камень или стальной шарик (в дальнейшем будем говорить о камне) остаются по ту сторону стекла, с которой произошел удар, а отколовшееся стекло улетает в противоположную сторону. На это указывают и специально поставленные эксперименты и соображения, изложенные дальше в статье. На фотографиях и на схематическом «профиле» скола стекла заметно, что «в профиль» дырка вовсе не конус, а фигура, образованная тремя осесимметричными поверхностями. Опишем качественно последовательность возникновения этих поверхностей. Первая (на схематическом разрезе она расположена справа) — это боковая поверхность маленькой дырочки, которая имеет форму цилиндра с относительно большим диаметром и совсем маленькой «высотой». Стекло при ударе об него камня смещается в направлении удара и сжимается в этом же направлении, а в направлениях, составляющих 90° с направлением удара, стекло деформируется мало. Это соответствует неизотропному сжатию материала на небольшом участке вблизи места контакта, при больших величинах которого хрупкий материал разрушается. Можно сказать, что здесь стекло было основательно разрушено в результате деформации неизотропного сжатия, имевшего место в течение времени контакта с камнем. Растрескавшееся стекло из этой области превратилось после отскока камня в мелкую крошку.


30

физика для школьников

За ней следует вторая поверхность (на схематическом рисунке это средняя часть) с небольшим радиусом кривизны. Она ограничивает область стекла, которая сразу после «толчка» отрывается от массива стекла, прилегающего к месту удара. Отрыв связан с большой относительной деформацией сдвига стекла в месте удара. Стекло имеет «на разрыв» меньшую прочность, чем «на сжатие», поэтому поверхность «первого» отрыва простирается внутрь стекла на расстояния, большие, чем область разрушения стекла в результате сильного неизотропного сжатия (имевшего место в первой области — маленькой круглой дырочки). Трещины в стекле на границах этой области возникают во время первого прохода звуковой волны через стекло от места удара до противоположной поверхности стекла. Материал стекла из этой области приобрел импульс в то время, когда камень касался стекла. Затем камень отскочил от стекла, а в материале стекла возникли волны, распространяющиеся от места удара. Поскольку с увеличением расстояния от места удара амплитуда смещения частиц от положения равновесия уменьшается, на некотором расстоянии от места удара сдвиг материала становится недостаточным для того, чтобы возник «отрыв», и в результате первая поверхность отрыва с малым радиусом кривизны «останавливается» внутри массива стекла и не проходит стекло насквозь. (Если это случается, т.е. поверхность «отрыва» доходит до противоположной поверхности стекла, то форма дырки имеет совсем другой вид.) И наконец, третья кривая поверхность (на схематическом рисунке она расположена слева) имеет большой «средний» радиус кривизны, и не является гладкой. Она образуется после того, как волна сжатия и сдвига в стекле достигнет по-

1 / 2011

верхности стекла, противоположной той, о которую ударился камень, отразится от нее, и, превратившись теперь в волну растяжения, достигнет самых удаленных от места удара камня точек первой границы «отрыва». В этих местах при наличии мелких трещин внутри объема стекла требуется совсем небольшое напряжение растяжения, чтобы стекло разорвалось. Трещины быстро разрастаются внутри области, в которой в данный момент имеется напряжение растяжения. Поскольку эта область имеет конечную толщину, которая определяется временем взаимодействия стекла с камнем и скоростью распространения волн в стекле, да еще и границы ее движутся, то форма поверхности отрыва не гладкая. «Волнистость» этой поверхности отрыва определяется наличием в стекле внутренних микронапряжений, которые возникли в стекле при его быстром остывании во время процесса изготовления. Эти напряжения в дальнейшем могут усиливаться при постепенном «старении» стекла, сопровождающимся частичной кристаллизацией материала, при которой в объеме стекла постепенно увеличиваются и области с упорядоченным расположением атомов, т.е. внутри аморфного материала возникают маленькие «островки»-кристаллики. Известно, что стекло является сильно загустевшей жидкостью с аморфной структурой. В стекле отсутствует строгая упорядоченность расположения составляющих материал атомов на расстояниях в несколько диаметров атомов. Примером аналогичного поведения — «старения» аморфного тела — является засахаривание меда, когда в густой прозрачной жидкости начинают со временем появляться белые кристаллики сахара. Растущие трещины выходят на поверхность на разных расстояниях от «эпицен-


31

Это интересно

Рис. 2 а, б

тра» удара, поэтому границы скола на поверхности стекла противоположной месту удара вовсе не представляют собой правильной окружности. (Можно нарисовать последовательность кадров мультфильма, которые показывают последовательность возникновения тех или иных деталей.) У меня дома в двух стеклах одного оконного блока образовались две замечательные дырки. Они расположены на одном горизонтальном уровне напротив друг друга, т.е. на одном перпендикуляре, восстановленном от плоскости стекол. Между стеклами имеется воздушный промежуток толщиной около 5 см, а каждое стекло имеет толщину примерно 4 мм. Каждая дырка начинается со стороны улицы сквозным отверстием диаметра около 1 мм. Скол каждого стекла представляет собой своеобразный конус, расходящийся от сквозной дырки в направлении от улицы внутрь дома. Максимальные размеры сколов почти одинаковы и равны примерно 15 мм. Две фотографии сделаны с разных точек, чтобы показать пространственное расположение этих двух дырок, кроме того, фотоаппарат был сфокусирован на разные дырки (рис. 2 а, б).

На рисунке 3 показан схематический разрез стекол плоскостью, проходящей через две дырки.

Внешнее стекло

Внутреннее стекло

4 мм

5 см

Рис. 3

Разобравшись с одной дыркой, попытаемся восстановить последовательность событий, имевших место при возникновении двух дырок. Более округлая дырка воз-

Отколовшийся кусочек внешнего стекла

Внутреннее стекло

4 мм

Рис. 4


32

1 / 2011

физика для школьников

никла во внешнем стекле оконного блока, а дырка «неправильной формы» была пробита во внутреннем стекле. Если с дыркой в стекле, обращенном к улице, похоже, все ясно, то «неправильная форма» второй дырки говорит о том, что «сила удара» была значительно меньше, а длительность удара значительно больше, чем у дырки, возникшей первой. Причиной возникновения второй дырки, по-видимому, был удар по второму стеклу оконного блока кусочка стекла, отколовшегося при возникновении первой дырки. Этот отколовшийся кусочек пролетел в воздухе 5 см, отделявшие первое стекло оконного блока от второго стекла, и нанес удар по второму стеклу. Судя по форме скола на внутреннем стекле, на его поверхности отсутствуют характерные две области, которые есть у первой дырки, а присутствует только третья область, обязанная своим возникновением напряжению растяжения в стекле. Можно только утверждать, что толщина «растянутого»

слоя стекла, который присутствовал во внутреннем стекле перед образованием скола, была меньше толщины стекла, но была сравнима с ней. Это не удивительно, если учесть, что отколовшийся кусочек стекла имел, очевидно, толщину меньшую, чем слой стекла, от которого он откололся. На схематическом рисунке 4 показано возможное расположение кусочка, отколовшегося от внешнего стекла, и внутреннего стекла перед столкновением. Стрелочка показывает направление скорости движения кусочка. После удара возникли звуковые волны, и, как и в случае внешнего стекла, напряжение растяжения в материале, связанное с наличием волны, отраженной от второй поверхности стекла, создало возможность разрушения — откола куска от окружающего его массива стекла. Внутренние механические неоднородности второго стекла и микронапряжения в нем определили в конце концов форму скола во втором стекле.

О физике в с тихах

Могучий рычаг Как-то раз пудов на пять Камень я решил поднять. Приподнять его пытался, Но, к несчастью, надорвался! Стал я думать и гадать, Как же камень мне поднять? Подходил и так, и сяк, Вдруг я вспомнил про рычаг! За конец я лома взялся, Камень тут и приподнялся! Стал сильней я с рычагом, Но не силой, а умом! Не моя это победа, То заслуга Архимеда!

И. Филиппов (ученик средней школы с. Ершовка Аткарского района Саратовской области)


Мое портфолио Выращивание водорастворимых кристаллов в условиях школьного физического эксперимента

М. А. Мартынов, Д. А. Чебанько,

МОУ лицей № 11, г. Челябинск Научный руководитель:

А. Н. Чебанько,

учитель физики МОУ Лицей № 11

В статье описаны разработанные авторами адаптированные к условиям школьной физической лаборатории варианты аппаратуры для выращивания монокристаллов водорастворимых солей, в частности таких «трудных», как хлорид натрия.

Выбор методики выращивания

Из всего многообразия методик выращивания кристаллов, в соответствии с поставленными условиями задачи, был выбран метод, предполагающий выращивание кристаллов из водных растворов солей при снижении температуры (рис. 1), так

как практически все растворимые в воде соли имеют ярко выраженную зависимость 140

лия

140

130 ви

нц

тра

120

а

т ка

130

ра

100

Н

100 90

90

80 70

10

80 70 60

алия 50

ид к

Хлор

40 20

рия

д ба

и Хлор

50

я гни

а

тм

а ьф

л

Су

60

30

120 110

ит

110

тс

Ни

Выращивание кристаллов в условиях школьного физического эксперимента предполагает следующее. 1. Вмешательство в  процесс выращивания должно быть сведено к  минимуму. В идеале все должно расти само собой, после первого исходящего импульса. 2. В помещении, в  котором находится установка, сложно поддерживать стабильную температуру. Следовательно, методика выращивания должна быть малочувствительной к  относительно небольшим ее колебаниям. 3. При изготовлении установки (аппарата для выращивания кристаллов) не использовались дорогостоящие или редкие материалы.

Су на льф тр а ия т

Постановка задачи

Хлорид натрия рия я т ба и а р т ал Ни тк ра о алия фат к Хл Суль

40 30 20 10

0 0 0˚ 10˚ 20˚ 30˚ 40˚ 50˚ 60˚ 70˚ 80˚ 90˚ 100˚ Рис. 1


34

1 / 2011

физика для школьников

растворимости от температуры. Суть методики в том, что сначала изготовляется насыщенный раствор подходящей соли при относительно высокой температуре, затем температуру этого раствора понижают, и в образовавшийся пересыщенный ­раствор вносят исходный мелкий кристалл данной соли. Через некоторое время избыток соли выпадает в  осадок и  опускается на исходный кристалл, вызывая его рост, а  раствор из пересыщенного становится насыщенным при более низкой, чем у исходного раствора температуре. На этом процесс останавливается. У этой, по сути, классической методики есть два существенных недостатка. 1. Не очень легко изготавливать насыщенный раствор при повышенной температуре. 2. Если приготовленный «высокотемпературный» раствор предоставить самому себе, то через час он примет температуру помещения, где находится, и  через относительно небольшое время начнется выпадение кристаллического осадка. Практически весь запас соли выпадет в осадок, а  на исходный кристалл придется совсем немного. Да и  качество его из-за высокой скорости роста будет плохим. Следовательно, необходимо принять меры для плавного снижения температуры.

Реализация поставленной задачи

Первая модель. На рисунке 2 дан схематический разрез установки, а в остальных вариантах есть лишь отличия в  непринципиальных деталях с точки зрения идеи метода, но очень важные с  точки зрения техники безопасности и  степени участия экспериментатора в процессе выращивания. В  держателе закреплен сосуд-кристаллизатор (1). Это пластиковая бутылка объемом 0,5 л, с отрезанным дном. В верхней

8 7

4 3

2

9

5 1

6

Рис. 2

части находится другой сосуд (2) — конической формы. Важно то, что благодаря особенностям его формы, он зацепляется за верхнюю часть кристаллизатора и  не проваливается вниз. В  центре стакана находится пластмассовая трубка (3), образуя канал, по которому впоследствии, когда процессы самоподготовки раствора завершатся, вносится исходный кристалл. Сверху для предотвращения испарения растворителя и  попадания пыли все закрывается пластмассовой крышкой (4) с  маленьким отверстием, через которое потом, при завешивании исходного кристалла, пропускается тонкая медная проволока в лаковой изоляции (5), на которой исходный кристалл и  висит (6). Верхняя часть проволоки для удобства крепления зажимается зажимом (7), находящимся


Мое портфолио

на оси тихого мотора (8) (2 об/мин), создающего вращение кристалла в растворе, что способствует его более качественному росту. Вся боковая поверхность стакана покрыта отверстиями, затянутыми снаружи капроновой сеткой, не препятствующей перемещению через нее раствора, но и  не позволяющей кристаллам исходной соли через отверстия высыпаться на дно кристаллизатора. По периметру верхней части кристаллизатора находится подогреватель. В  нашем случае это две шины  — кольца из меди (9), между которыми припаяны резисторы по 100 кОм, и все это изолировано прозрачным скотчем, что потом включается в  промежуточную розетку, которая уже включается в бытовую сеть с  напряжением 220 В. Предусмотрены плавкие предохранители. Внутри вспомогательной розетки находится диод и  шунтирующий его переключатель, т. е. напряжение на нагреватель подается либо полностью 220 В, либо после однополупериодного выпрямления меньше (наполовину уменьшается тепловыделение в нагревателе, что позволяет регулировать скорость роста). При обслуживании аппарата кристаллизатор с  помощью вилки отключается от промежуточной розетки и извлекается из держателя. Как происходит процесс подготовки установки к  выращиванию? В  стакан насыпают исходную соль, а  в кристаллизатор наливают обычную воду. Через какоето время образуется насыщенный раствор соли при комнатной температуре. А в стакане есть исходная соль (ее периодически надо подсыпать). Теперь включим подогрев. Нагретый раствор устремится вверх и станет ненасыщенным, а, проникая через отверстия в  стакане и  соприкасаясь с  солью, делается насыщенным (и более тяжелым) при повышенной, по сравнению с комнатной, температуре. Через отверстия в  стенках стакана этот тяжелый раствор

35

стекает в нижнюю часть кристаллизатора. Там он охлаждается до комнатной температуры и становится пересыщенным. Вот на этой стадии в  кристаллизатор, а  точнее в  нижнюю его часть, помещается исходный кристалл. Через какое-то время включается вращение подвеса кристалла. В  зависимости от типа соли процесс выращивания крупного кристалла занимает от одних суток (сегнетова соль) до недели (медный купорос). После того как кристалл достигнет заданной величины, он извлекается из кристаллизатора. Процесс извлечения кристалла следующий. 1. Аккуратно вытащить стакан, дав время стечь из него имеющейся там жидкости. 2. Слить раствор из кристаллизатора во вспомогательную емкость. 3. Открутить крышку с горлышка пластиковой бутылки и выбить с помощью металлического стержня и молотка «пробку» из сросшихся паразитических кристаллов, которая потом опять идет в стакан как исходный материал. 4. Кристаллизатор ополаскивается водой, туда переливают раствор, временно хранившийся во вспомогательной емкости, досыпают в  стакан дополнительную порцию порошковой исходной соли и можно начинать выращивание снова. Аппарат в данное время не используется по соображениям техники безопасности. Подробное описание механизма выращивания здесь необходимо для того, чтобы не повторяться в дальнейшем, а говорить при описании следующих аппаратов только об их особенностях. Осталось только объяснить, как добиться нечувствительности к  колебаниям комнатной температуры. Это достигается простым способом  — создается большое пересыщение раствора в  нижней части кристаллизатора. Для этого перепад тем-


36

физика для школьников

ператур верхней и нижней части кристаллизатора задается примерно 10 градусов. Если при этом не предпринять дополнительных мер, то быстро получим большой кристалл с  дефектами внутреннего строения, в  частности включениями (по сложившейся терминологии) «маточного» раствора. Поэтому надо подобрать (к каждой соли свое) поверхностно-активное вещество, которое, адсорбируясь на поверхности граней кристалла, сильно тормозит его рост. Кристалл от этого только выигрывает. Начиная расти намного медленнее, он становится визуально чище на просвет, а  форма его становится более сложной, так как появляются грани, которые ранее (опять же, пользуясь сложившейся терминологией) «выклинивались». Вторая модель (рис. 3) состоит из термостата, в качестве которого использован аквариум объемом 10 л  и наполняемый почти до краев водой. В воду введен подо-

Рис. 3

1 / 2011

греватель — остеклованное сопротивление величиной 1 кОм. Эта величина выбрана такой, чтобы в  случае поломки системы регулирования температура в термостате не могла подняться выше 80 градусов, и не расплавились пластмассовые емкости внутри. Для равномерного распределения температуры по высоте термостата внизу находится пластмассовая крышка от банки с двумя прикрепленными керамическими магнитами на оси, которым передается вращение от внешнего магнита, находящегося в поддоне устройства, внутрь термостата. Обычная «магнитная мешалка». Внутрь термостата помещены два кристаллизатора, точно такие же по конструкции, как и  у предыдущего устройства (рис. 2). Однако без подогревателя верхней части кристаллизатора. Здесь это не нужно. Эффект самоорганизации кристаллизатора используется лишь для автоматического выхода на рабочий режим, т. е. в  исходном состоянии растворы солей в  кристаллизаторах (можно разных в каждом кристаллизаторе) находятся при комнатной температуре примерно 20 градусов. Как и  раньше, в  верхний стакан насыпают запас соли, устанавливают на контактном термометре температуру (30—50 градусов) и ждут сутки. За это время в  кристаллизаторах автоматически устанавливаются насыщенные растворы при высокой температуре. После этого поднимается верхняя платформа аппарата, открывая доступ к  верхним час­тям кристаллизаторов. Затем, как и в предыдущем аппарате, завешиваются исходные кристаллы в нижние части кристаллизаторов. Вращение же от медленного мотора через систему вспомогательных колес (рис. 4) передается на нити подвеса исходных кристаллов. Для удобства обслуживания это вращение передается в каждый кристаллизатор через свою «магнитную мешалку».


37

Мое портфолио

Сам стакан теперь для удобства контроля процесса взят прозрачным, а с целью упрощения конструкции мы отказались от сетки на отверстиях стакана. Их всего теперь два  — в  нижней части стакана и  посередине. Важно, что они на одной стороне стакана. Исходная соль кладется так, чтобы образовалась наклонная горка с  противоположной от отверстий стороны стакана. Рис. 4

Далее следует планомерное снижение температуры путем вращения через заданные промежутки времени на заданное число оборотов регулировочной головки контактного термометра. Делалось это еще одним медленным мотором. Для включения/выключения электромотора создано специальное согласующее устройство. Была разработана специальная управляющая программа для ПМК. Третья модель. Для выполнения поставленной задачи с учетом требований техники безопасности разработан третий аппарат. Внешний вид его и  отдельные детали конструкции показаны на рисунках 5—7. В  основу процесса выращивания положен принцип самоорганизации системы. Сразу используется 10 кристаллизаторов с разными солями. В качестве устройства для подогрева верхней части кристаллизатора использована миниатюрная сильно вытянутая лампочка (36 В), используемая в  старых телефонных коммутаторах. Она введена приблизительно посередине кристаллизатора чуть ниже дна стакана. Для кристаллизаторов, как показала практика, лучше всего подходят бутылки компании «Ариант», укороченные так, что в них помещается только 0,8 л раствора. Характерное сужение на корпусе не дает проваливаться стакану для исходной соли.

Рис. 5

Рис. 6

Рис. 7


38

1 / 2011

физика для школьников

Литература

Рис. 8

Обслуживание кристаллизатора такое же, как и у первого аппарата, только более безопасное, так как здесь нет высокого напряжения (напряжение на лампочки кристаллизаторов поступает с понижающего трансформатора) и  упрощен ввод движения кристалла в  растворе. Просто вся платформа ~ 10 раз в минуту покачивается, как качели специальным устройством Hа рисунке 8 показаны образцы некоторых выращенных кристаллов: в центре — хромокалиевые квасцы, в самом низу хромокалиевые квасцы (черные), обросшие в  другом растворе прозрачными алюмокалиевыми квасцами. Красные — бихромат калия, прозрачные  — алюмокалиевые квасцы.

Выводы

1. Благодаря разработанному нами методу саморегуляции процесса подготовки и выращивания кристаллов удалось создать чрезвычайно простую и безопасную установку для массового выращивания кристаллов в условиях школьного эксперимента. 2. Ввиду чрезвычайной простоты аппаратуры и доступности материалов все безопасные установки могут быть легко повторены в любой школе и принести пользу при изучении темы «Кристаллическое и аморфное состояния вещества».

1. Краткий технический справочник/ Под ред. В. А. Зиновьева. Часть первая. Государственное издательство технико-теоретической литературы. — М., Л., 1949. 2. Бакли Г. Рост кристаллов. — М.: Иностранная литература, 1954. 3. Балицкий  B. C. Геохимические условия вхождения элементов примесей в  кристаллы кварца: Т. 2. — М.: Гидротермальные процессы, 1973. 4. Балицкий B. C. Экспериментальное изучение процессов в хрусталеобразовании. — М.: Недра, 1978. 5. Балицкий B. C., Лисицина  Е. Е. Синтетические аналоги и  имитации природных драгоценных камней. — М.: Недра, 1981. 6. Брег У., Кларингбулл Г. Кристаллическая структура минералов. — М., 1967. 7. Вильке  К. Т. Методы выращивания кристаллов. — Л.: Недра, 1968. 8. Вильке К. Т. Выращивание кристаллов. — Л.: Недра, 1977. 9. Гиббс Дж. Д., Дэна Э. С., Фрондель К. Система минералогии: Т. З. — М.: Мир, 1966. 10. Кузнецов В. Д. Кристаллы и кристаллизация. — М.: Госгеолтехиздат, 1954. 11. Карапетьянц М. Х. Строение вещества. — М.: Высшая школа, 1978. 12. Краснова Н. И., Петров  Т. Г. Генезис минеральных индивидов и  агрегатов.  — СПб.: Невс­кий курьер, 1997. 13. Леммлейн Г. Г., Цинобер Л. И. Некоторые особенности морфологии кристаллов кварца.  — ВНИИП, 1962. 14. Кляхин В. А., Лебедев А. С., Рагозина Т. П. Физико-химические условия процессов минералообразования (поведение берилла в  гидротермальных растворах). — Новосибирск , 1976. 15. Хонигман Б. Рост и форма кристаллов. — М.: Иностранная литература, 1961. 16. Чернов А. А. Структура поверхности и рост кристаллов. — Алма-Ата, 1969.


Эксперимент

Комплект «Экспериментальные задания по электродинамике»

А. С. Чибилькаев,

студент Московского технического университета связи и информатики (МТУСИ), руководитель группы,

И. С. Чибилькаев, В. С. Чибилькаев,

учащиеся МОУ Ишеевская СОШ им. Н. К. Джорджадзе, Ульяновская область

П. П. Головин,

народный учитель СССР, учитель физики МОУ Ишеевская СОШ им. Н. К. Джорджадзе, руководитель объединения «Физикотехническое творчество «Импульс», golovin_pp@mail.ru Описанный в статье комплект удостоен диплома X Всероссийской выставки научно-технического творчества молодежи, которая проходила 29 июня−2 июля 2010 г. в Москве на ВВЦ. Он предназначен для использования на уроках физики в общеобразовательных учреждениях при проведении кратковременных физических экспериментов.

Внешний вид комплекта показан на рис. 1. Детали комплекта (рис.  2) установлены на диэлектрических площадках, где приведены условные графические обозначения элементов и их номинальные значения. Детали снабжены соединительными проводниками.

Электрические схемы питаются от источника тока с выходным напряжением 4–5 В. Можно использовать стационарные сетевые источники тока или батарею гальванических элементов 4,5 В. Электрические измерения можно производить как стрелочными (шкальными) приборами, так и цифровым мультиметром или электронными датчиками с передачей информации на компьютер

Рис. 1. Внешний вид комплекта

Рис. 2. Детали комплекта


40

физика для школьников

Рис. 3. Пример сборки электрических схем

1 / 2011

Пружину отгибают пальцем в сторону к поверхности платы и в образовавшийся промежуток между витками спирали вставляют оголенный конец соединительного провода. Пружина, выпрямившись, надежно зажимает провод. Цифры, нанесенные на принципиальных схемах в местах соединения деталей, соответствуют номерам пружин и упрощают перенос принципиальной схемы на макетную плату. На сборку электрических цепей описанным способом требуется всего несколько секунд.

исследования физического процесса на мониторе или коллективного наблюдения через мультимедийный проектор. Сборка электрических цепей производится на специальной макетной плате (рис. 3), представляющей собой пластину из изоляционного материала, на поверхности которой в определенном порядке расположены девять пружинных контактов. Они служат опорами при монтаже элементов схемы и обеспечивают электрический контакт между ними.

Особенности предлагаемого комплекта и работы с ним 1. Изучаемые схемы собираются быстро, что позволяет использовать время урока на исследование физических процессов. 2. Идентичность принципиальных и монтажных схем повышает наглядность эксперимента. 3. Вариативность комплекта дает возможность ограниченным количеством элементов провести большое количество экспериментов.

Рис. 4. Использование комплекта в учебном процессе (на фото А. Чибилькаев, руководитель группы)

Рис. 5. В. и И. Чибилькаевы на Всероссийской выставке НТТМ-10 готовятся к защите проекта «Комплект «Экспериментальные задания по электродинамике»


41

Эксперимент

4. Использование низковольтного источника электрического питания делает использование комплекта электробезопасным.

R

Электрическая цепь. Измерительные приборы. Закон Ома для участка цепи

1

4

2

5

3

6

GB

+

3

4,5 B

+

а) б) Рис. 6 1 HL

SA

1

4

2

5

+

3

6

3

HL

1

4,5 B

100

Задание 1. Соберите электрическую цепь (рис. 6 а) принципиальная схема, б) монтажная схема) и объясните назначение всех ее элементов. Примечание. Монтажная схема приводится не во всех последующих заданиях. SA

2

1. Экспериментальные задания по электродинамике

1

1 HL

4

+

а) б) Рис. 8

Задание 2. Последовательно с лампой (рис. 7 а, б) поочередно включайте резисторы сопротивлениями 10 Ом, 20 Ом, 30 Ом и следите за изменением яркости лампы. Сделайте вывод о том, как сила тока в цепи зависит от сопротивления резистора. Задание 3. Последовательно с лампой (рис. 8 а, б) включите переменный резистор. Изменяйте сопротивление резистора перемещением движка вверх-вниз. По изменению яркости лампы сделайте вывод о том, какую роль играет переменный резистор в цепи. Задание 4. Познакомьтесь с характеристиками лабораторного амперметра и заполните таблицу 1. Та б л и ц а 1

R

2 10 Oм 20 Oм 30 Oм 3

GB

+

4,5 B

2

Цена деления Тип прибора

3

а) б) Рис. 7

Предел измерения

5

6

+

Рабочее положение Характер измеряемого тока Класс точности Корпус испытан напряжением


42

1 / 2011

физика для школьников 1

1

4

HL

1 HL2

HL1 2

4,5 B

A 3

2

2

5

A +

3

6

HL2 4,5 B

2

A

+

3

HL1

4,5 B

A +

1

+

3

а) б) в) г) Рис. 9

Задание 5. Измерьте амперметром силу тока в цепи: 1) с одной лампой (рис. 9 а, б); 2) с двумя последовательно соединенными лампами (рис.  9 в); 3) с двумя параллельно соединенными лампами (рис.  9 г). Сравните силу тока во всех случаях. Задание 6. Познакомьтесь с характеристиками лабораторного вольтметра и заполните таблицу 2.

SA

Цена деления Тип прибора Рабочее положение

Задание 8. Определите сопротивление спирали лампы накаливания (рис. 11). Заполните таблицу 3.

4,5 B 3

+

+

а) б) Рис. 10 1 HL

V

1

4

2

5

3

6

V 2

4,5 B

A

A

Класс точности

Задание 7. Измерьте вольтметром напряжение (рис. 10): 1) источника тока; 2) на лампе.

V

4,5 B

Характер измеряемого напряжения Корпус испытан напряжением

HL

V

Та б л и ц а 2 Предел измерения

– 1

3

+

+

а) б) Рис. 11

Та б л и ц а 3 I, A

U, B

R, Ом


43

Эксперимент

приборов установите связь между напряжением и силой тока в цепи.

Задание 9. Определите сопротивления двух резисторов (рис. 12) и сравните полученные значения с номинальными, указанными на них. Заполните таблицу 4.

Способы соединения электрических цепей

Задание 11. Составьте электрическую цепь (рис. 14 а, б, в): 1) из одной лампы; 2) из двух последовательно соединенных ламп; 3) из трех последовательно соединенных ламп. Какова яркость ламп в каждом случае и почему?

Та б л и ц а 4 I, A

U, B

R, Ом

1

R 10 Ом 20 Ом

V

Задание 12. Соберите последовательную цепь из трех ламп и амперметра (рис. 15). При включенной цепи одну из ламп (например HL2) удалите из цепи и объясните наблюдаемое явление.

2 4,5 B

A +

3

Рис. 12

Задание 13. Измерьте силу тока в разных участках цепи, составленной из двух последовательно соединенных ламп (рис. 16 а, б):

Задание 10. Меняя сопротивление переменного резистора (рис. 13 а, б, в), по показаниям 1

V

A

A

4

HL 2

1

1

4

A R1 10

V

V 4,5 B

2

2

5

R

4

4,5 B

R2

100

+

3

3

100

6

+

+

3

а) б) в) Рис. 13

+ 4,5 B

HL1

+

HL1

HL2

4,5 B

+

HL1

HL2

4,5 B

а) б) в) Рис. 14

HL3


44

1 / 2011

физика для школьников HL1

+

HL2

HL3

и общее напряжение на них (рис. 17). Заполните таблицу 6. Найдите закономерную связь между общим напряжением и напряжениями на лампах.

A Рис. 15

1

A

HL1

A

4

1

4

4,5 B

2

5

+

3

6

Та б л и ц а 6

U1, B

U 2, B

U 3, B

U, B

HL 2 HL2

3

+

Задание 15. Измерьте напряжение на каждой из трех последовательно соединенных резисторов сопротивлениями 10 Ом, 20 Ом, 30 Ом и общее напряжение на них (рис. 18). Заполните таблицу 7. V1

а) б) Рис. 16

+

1) между отрицательным электродом источника питания и лампой HL1; 2) между лампами HL1 и HL2 (указано крестиком); 3) между лампой HL2 и положительным электродом источника питания (указано крестиком). Заполните таблицу 5. Сделайте вывод о том, какова сила тока в различных участках последовательной цепи?

4,5 B

Та б л и ц а 5 I 1, A

I2, A

I3, A

Задание 14. Измерьте напряжение на каждой из трех последовательно соединенных ламп V1

V2

4,5 B

HL2

V Рис. 17

HL3

R1 10

R2 30

R3 30

Рис. 18

Ответьте: 1) какая существует связь между напряжениями на участках и общим напряжением? 2) от чего и как зависит напряжение на участках? Та б л и ц а 7 U1, B

U 2, B

U 3, B

U, B

Задание 16. Измерьте напряжение на последоваV3 V1 V2 тельно соединенных резисторах (лампах)

+

4,5 B

+

– HL1

– V

V3

+

V3

V2

а)

4,5 B

+ б) 4,5 B

+

4,5 B

V1

R1 20

V2

R2 10

R1 20

R2 10

HL1

HL2

HL1

HL2

Рис. 19

VA3 A

A A

– –


45

Эксперимент

и амперметре (рис. 19 а, б). Сравните их. Что вы можете сказать о сопротивлении амперметра?

те предполагаемое напряжение на резисторе R2. Правильность расчета проверьте измерением.

Задание 17. Соберите электрическую цепь из двух последовательно соединенных резисторов (рис. 20 а, б). По показаниям приборов измерьте общее сопротивление цепи и сравните его с сопротивлением каждого из участков. 1

A R1

A

4

1

10

V

10 4,5 B

2

V

R2 20

4

R1

2

5 R2 20

+

3

6

3

+

V

+ 4,5 B

– R1 10

R2 30

Рис. 22

Задание 20. Соберите цепь из двух последовательных участков (рис. 23). Маркировку резистора R2, имеющего сопротивление в пределах 10–30 Ом, заклейте изолентой (или бумагой). Пользуясь только вольтметром, определите его сопротивление. Снимите изоленту и убедитесь в правильности вашего расчета.

+ 4,5 B

а) б)

– R1 20

R2

Рис. 20

Рис. 23

Задание 18. Соберите электрическую цепь (рис. 21) из двух последовательно соединенных резисторов R1 и R2. Рассчитайте отношение напряжений U1/U2 на участках. Заполните таблицу 8.

Задание 21. Какое напряжение возникает на каждом из участков R1 и R2 (рис. 24)? Ваш расчет проверьте экспериментально, подключая к резисторам R1 и R2 вольт­ метр.

+

R1 20

R2 10

4,5 B

R1 10

R2 20

4,5 B

Рис. 21

Пользуясь вольтметром, убедитесь в правильности вашего расчета. Та б л и ц а 8 U1, B

+

U2, B

U1/U2

Задание 19. Зная напряжение на резисторе R1 по показанию вольтметра (рис. 22), вычисли-

A

Рис. 24

Задание 22. Соберите электрическую цепь с одной лампой HL1 (рис. 25) и запомните показания приборов. Теперь, не отключая цепь от источника питания, параллельно к лампе присоедините вторую, потом третью лампу. Что произошло с показаниями приборов и яркостью ламп? Почему?


46

1 / 2011

физика для школьников – –

1 1

4 4

A A

4,5 B 4,5 B

HL1 HL1

V V

+ +

4 4

ной цепи поочередно удаляйте резисторы 10 Ом, 20 Ом. Следите за показаниями приборов и объясните наблюдаемое явление.

HL3 HL3

HL2 HL2

а)

1

1 1

– –

б)

R1

A A

10

3 3

+ +

HL1

4,5 B

10

30

R2

1

1

I, A

4

3

+

3

1

4

A

A 2

6

+

I2 , A

1

4

A 2

5 R1

3

I1, A

Задание 26. Соберите электрическую цепь (рис. 29) и по показаниям приборов вычислите

4,5 B

20

+

3

Та б л и ц а 9

Рис. 26

Задание 24. Соберите цепь (рис. 27). При включен-

A

4,5 B

Задание 25. Измерьте общую силу тока I в двух параллельно соединенных участках I1, I2 (рис. 28, а, б) и в каждом из резисторов (место включения амперметра показано крестиками, макетирование приведено на рис. 28 в, г). Заполните таблицу 9. Какая существует связь между общей силой тока и силами токов в отдельных участках? Как распределяется ток в параллельно соединенных участках?

HL3

2

Рис. 27

Задание 23. Соберите электрическую цепь из трех параллельно соединенных ламп (рис. 26). Будут ли гореть лампы, если одну из них удалить из цепи? Ваш вывод проверьте экспериментом.

R1

20 3

HL2

A

R3

Рис. 25

+

4

V

5 5

V V

R2

1

5

2

R2 3

R1 6

+

5

R2 3

а) б) в) г) Рис. 28

6

+


47

Эксперимент

общее сопротивление двух параллельно соединенных резисторов. Сравните общее сопротивление цепи с сопротивлением каждого из резисторов.

R

+ 4,5 B

V

+ 4,5 B

R1

10

R2

20

A

Задание 27. Соберите цепь (рис. 30), где маркировка резистора R2, имеющего сопротивление в пределах 10–30 Ом, заклеена изолентой (или бумагой). По показаниям приборов определите сопротивление резистора R2. Сняв изоленту, убедитесь в правильности вашего расчета.

4,5 B

10

A

R2

Рис. 30

Задание 28. Сопротивление одного из резисторов равно 10 Ом. Маркировка второго резистора, имеющего сопротивление в пределах 10–30 Ом, заклеена. Соберите цепь и, пользуясь только амперметром, определите неизвестное сопротивление. Задание 29. Соберите цепь (рис. 31) и параллельно к одной из ламп поочередно включайте резисторы 30 Ом, 20 Ом, 10 Ом и следите за изменением яркости ламп и показанием амперметра. Объясните наблюдаемое явление.

HL2

Рис. 31

Задание 30. Соберите цепь (рис. 32) и параллельно к одной из ламп включите кусок провода с незначительным сопротивлением (шунт). Объясните наблюдаемое явление. Как изменится состояние цепи (яркость лампы HL1 и показание амперметра), если лампу HL2, параллельно которой подключен шунт, удалить из цепи? Ваши суждения проверьте экспериментом.

+ 4,5 B

V R1

HL1

Рис. 29

+

A

A HL1

HL2

Рис. 32

Задание 31. Параллельно к одной из трех последовательно соединенных ламп (рис. 33) включите амперметр и объясните наблюдаемое явление. A

+ 4,5 B

– HL1

HL2

HL3

Рис. 33

Задание 32. Соберите цепь (рис. 34) и запомните показания приборов и яркость ламп. Как изменятся показания приборов и яркость лампы HL1, если лампу HL2, параллельно которой включен вольтметр, удалить из цепи? Ваш вывод проверьте экспериментом.


48

1 / 2011

физика для школьников A

V

+ 4,5 B

A HL1

+

R1 20

4,5 B

HL2

V

Рис. 34

Задание 33. Что показывают амперметр и вольтметр, включенные последовательно с источником питания (рис. 35). Соберите цепь и убедитесь в правильности (или неправильности) ваших рассуждений. Ответьте, почему амперметр должен обладать малым сопротивлением, а вольтметр большим. SA

A

Рис. 37

Задание 36. Соберите электрическую цепь из трех ламп (рис. 38). Как соединены лампы между собой? Объясните различие в яркости ламп. HL1

+ 4,5 B

V

Рис. 35

Задание 34. Что показывает каждый из приборов (рис. 36)? Соберите цепь и ваш вывод проверьте экспериментом. A

+ 4,5 B

Задание 37. Соберите цепь из трех ламп (рис. 39). Как соединены лампы между собой? Объясните различие в яркости ламп. HL2

+ 4,5 B

R2 10

Рис. 36

Задание 35. Что показывает каждый из приборов (рис. 37)? Соберите цепь и ваш вывод проверьте на опыте.

HL3

HL1

– R1 20

Рис. 38

V

HL2

HL3

4,5 B

+

R2 10

Рис. 39

Задание 38. Начертите схемы вариантов соединений трех ламп и соберите их (рис. 40).

+

HL1

HL2

HL3

4,5 B

Рис. 40 а HL1

+ 4,5 B

HL2

HL3


+ 4,5 B

HL1

HL2

HL2

HL3

+

4,5 B

Эксперимент

HL3

HL1

49

HL1 HL2

+ 4,5 B

HL2

+

4,5 B

HL3

HL1

HL3

+

HL1

Задание 39. 4,5 B HL3 Соберите цепь (рис. 41) из трех последовательно соединенных ламп. Не разбирая цепь, при помощи двух проводников превратите последовательное соединение ламп в параллельное.

+

HL1

HL2

HL3

HL2

Рис. 40 б, в, г

4,5 B

HL1

+ 4,5 B

HL2

HL3

Задание 40. Соберите цепь (рис. 42). Назовите способ соединения ламп между собой. Уберите проводники а и б из цепи и назовите, как теперь соединены лампы. a

+

HL1

HL2

HL3

4,5 B

Рис. 41

б

Рис. 42

Ответы к кроссворду, помещенному в № 4, 2010 По горизонтали: 4. Сон. 10. Тембр. 11. Камертон. 12. Фаза. 13. Скорость. 15. Амплитуда. 16. Тон. 18. Волна. 20. Резонанс. 21. Звук. 23. Маятник. 26. Возмущение. 27. Громкость. 28. Акустика. По вертикали: 1. Ультразвук. 2. Интерференция. 3. Фон. 5. Обертон. 6. Ин-

фразвук. 7. Ламбда. 8. Период. 9. Частота. 14. Синусоида. 17. Эхо. 19. Вакуум. 22. Высота. 24. Цуг. 25. Герц. Исключения: 21. Звук – это возмущения, распространяющиеся в материальной среде, в основном в воздухе, и связанные с колебаниями частиц этой среды.


50

1 / 2011

физика для школьников

Моделирование ситуации гидрогеонестабильности

Введение

Каждый год от лавин или оползней погибают люди. К примеру трагедия, произошедшая на северо-востоке острова Сицилия: «Стихия унесла жизни 24 человек. Тела двух погибших были обнаружены при разборе завалов, образовавшихся в  результате схода селевого потока и  обрушения домов. 35 человек по-прежнему считаются пропавшими без вести». Сроки схода оползней достаточно трудно предугадать из-за множества факторов: температура воздуха, угол наклона горы, влажность и т. д. Цель проекта  — изучить природные явления и  дать им объяснения с  точки зрения физики, научиться их прогнозировать. В рамках проекта планируются эксперименты, с  помощью которых можно определить скорость, силу трения, импульс и  ускорение тела. Затем на основе разработанных методик будут изучены процессы, имитирующие лавины и оползни в лабораторных условиях.

Этап 1.1. Определение коэффициента трения классическим методом

Классический метод измерения силы трения покоя заключается в том, что измеряется угол наклона трибометра, при котором начинается скольжение тела. Зафиксируем угол α  и определяем коэффи-

Е. Вильдерман, Р. Володин, В. Парфенова, К. Парфенов, учащиеся лицея № 1502 при МЭИ Руководители: М. Б. Шашкова, С. А. Щеглов

циент трения μ. Запишем первый закон Ньютона в векторной форме x →

N

Fmp y

α

mg

α Рис. 1

  mg + N = 0. Перейдем к проекциям на оси x и y: (1) x: mg sin α = Fтр, y: N — mg cos α  = 0. (2) Запишем закон Амонтона−Кулона (3) Fтр = µN. Решим систему уравнений (1)−(3) и  определим коэффициент трения. Из уравнения (2) выразим модуль нормальной реакции опоры N y: N = mg cos α. (4) Подставим (4) в (3), получим (5) Fтр = µ⋅mg cos α. Затем приравняем (5) и (1) mg sin α  = µ⋅mg cos α. (6) Из (6) получим формулу для расчета коэффициента трения µ = tg α.


51

Эксперимент →

В условиях проведенного эксперимента угол наклона получился равным α = 17°, и, следовательно, µ = 0,3057.

a

N

(B)

Этап 1.2. Расчет ускорения

Зная коэффициент трения, определим ускорение тела при его движении по плоскости, имеющей угол наклона 23°. x

a

Fmp α x (A) α

N

Рис. 3 →

Fmp y

α

mg

mg

α Рис. 2

Запишем первый закон Ньютона в векторной форме:     mg + N + Fтр = ma.

Перейдем к проекциям: (1) x: mg sin α — Fтр = ma, y: N – mg cos α  = 0, (2) (3) Fтр = µN. Из уравнения (2) выразим нормальную реакцию опоры и  подставим в  (3), затем силу трения подставим в (1) a = g (sin α – µ cos α), a = g(sin 23° – µ cos 23°), a = 9,8 (0,3907– 0,3057⋅0,9205), a = 1,072 м/с2.

Этап 1.3. Расчет скорости кинематическим методом

1. Запишем уравнение движения в проекциях at2 . x = x0 + V0xt + 2

С учетом того, что x0 = 0, V0x = 0 и ax = a, at2 x= . 2 at2 Так как L = x, то и  L = . 2 2. Запишем уравнение скорости в  проекциях Vx = V0x + at. at2 Vt Если V0x = 0, то V  = at и  L = = , 2 2 следовательно, V = 2Lt = 1,75 мс.

Этап 1.4.1. Расчет импульса силы

По графику F(t) определим импульс силы F⋅∆t. Импульс силы численно равен площади под графиком ∆t

F

F⋅∆t

35

S1

0,05

0,27

0,0135

25

S2

0,05

0,85

0,0425

25

S3

0,05

1,05

0,0525

15

S4

0,05

0,3

0,015

Разобьем график F(t) на прямоугольники с шагом в 0,05 с. Подсчитаем площадь каждого тре­ угольника и сложим их


52

S1 + S2 + S3 + S4 = F∆t.

Этап 1.4.2. Расчет скорости по закону изменения импульса

са.

1 / 2011

физика для школьников

F = ma, ∆V a= , ∆t m∆V F= ⇒ ∆p = p1 − p2 = m∆V , ∆t ∆p = F∆t — закон изменения импуль-

∆p = (F + Fтр + mg + N)∆t, mV = (F + Fтр – mg sin α)∆t, Fтр = μ mg∙cosα, V = F∆tm + μ g cos α∆t – g sin α ∆t, ∆t = 0,2 c, µ = 0,3057, m = 0,0886, cos α = 0,9335, sin α = 0,3583. Подставляем значения и получаем, что V = 1,44 м/с. Значение скорости, рассчитанное по кинематическому методу, составляет 1,75 м/с. Погрешность определения скорости испытанными нами методами составляет 9%.

Этап 1.5. Расчет скорости по теореме об изменении кинетической энергии

1. Закон изменения полной механической энергии (1) ∆Wполн. мех. = A (Fтр) Пусть h1 = h, h2 = 0; V1 = 0, V2 = V; α1 = 180°, cos α1 = –1. 2. ∆Wполн. мех. = Wполн. мех. 2 – Wполн. мех. 1 = mV22 = Wп2 + Wк2 – Wп1 + Wк1 = mgh2 +   – 2 mV12 mV22 =  – mgh1. (2) – mgh1 +  2 2 3. A(Fтр) = FтрL cos α1 = –µ⋅mgL⋅cos α2, (3) где α  — угол между вектором силы трения и  вектором перемещения, а Fтр = µ mg∙cos α2.

F,H 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0

0.2

0.4

t,c

Рис. 4

4. Из (2), подставив (1) и (3), найдем скорость V: V = √ 2gL sin α2 – µ cos α2.

Определение мощности теплового потока

Данный этап работы делится на две части. В первой части определяется мощность (N) нагревателя (в качестве нагревателя используется окружающая среда). Q1 = NT, где Q1 — количество теплоты, поглощаемое водой в контейнере; T —  время действия нагревателя на воду. Q2 = cm∆t, где Q2  — количество теплоты, необходимое на нагревание воды в контейнере, c — удельная теплоемкость воды, равная 4200 Дж/кг∙с, m — масса воды в  контейнере, ∆t  — изменение температуры воды. В нашем эксперименте T  = 950 с, m = 0,221 кг, ∆t = 5 °C. Если пренебречь теплоемкостью контейнера и термометра, то Q1 = Q2. cm∆t В результате имеем N = . Расчет T дает значение N = 4,489 Вт.

Зависимость угла схода лавин от количества воды на склоне

Проведем опыт: на наклонную пло-


53

Угол наклона

Эксперимент 14 12 10 8 6 4 2 0

По графику для двух точек определим количество снега.

Определение времени схода лавины

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

m/S, г/см2

Рис. 5

скость поместим брусок плотного снега и определим критический угол наклона поверхности, при котором снег начнет движение без добавления воды. Постепенно уменьшая угол наклона, начнем добавлять воду и  измерим количество воды, требуемое для начала скольжения. На рис. 5 изображена зависимость угла схода лавин от количества воды на склоне. Опытным путем мы установили, что с увеличением количества воды угол наклона для схода лавин меняется, следовательно, с  увеличением количества воды на границе «лавина—земля» характер взаимодействия изменяется. (Коэффициент трения уменьшается.) Возьмем из этого графика для наклона α  критическую массу воды и  определим время схода лавины. Перед тем как определить время схода лавины, нам потребуется знать мощность теплового потока.

Перенесем лед из контейнера на наклонную плоскость. Будем считать, что мощность нагрева за счет окружающей среды не изменилась. Q1 = Q2, Q1 = Nt0, Q2 = rm0.

Nt0 = rm0, m0 = ρV, Nt0 = rρV,

где t0 — время начала схода лавины.

Выводы

1. В работе моделировалась ситуация схода грунтового оползня и  снежной лавины. 2. В результате этой работы установлено, что угол наклона схода лавин зависит от количества воды в лавине. 3. По графику, зная массу воды, которая попадает в лавину в результате дождя или таяния снега, можно предсказать, в каких населенных пунктах, находящихся на пересеченной местности (на берегах рек, на склонах гор) при фактическом угле наклона, может произойти сход лавины. 4. Далее установлено, через какое время после начала таяния снега начнется сход снежных лавин.


Это вы можете

Подготовка теста в картинках

Ю. В. Казакова,

СОШ № 546, Москва

Сегодня мы будем учиться создавать тест в картинках. Это очень увлекательное и полезное задание, так как в процессе его создания вы повторите всю изученную тему, узнаете много нового. А использование теста на уроке позволит проверить знания ваших одноклассников.

Для создания теста в картинках надо: 1. Сформулировать тему теста. 2. Найти в Internet как можно больше интересных иллюстраций по выбранной теме. 3. Создать документ Microsoft Office PowerPoint и разместить отобранные иллюстрации в слайдах. 4. Придумать вопросы к иллюстрациям и варианты ответов. 5. Грамотно и красиво оформить слайды. 6. Придумать способ проверки правильности ответа. Напомним, что картинка должна занимать бóльшую часть слайда и иметь хорошее качество. Вопросы должны относиться к содержанию картинки и быть краткими. К ним обязательно дается несколько вариантов ответа. Шестой этап является одним из самых трудных, именно ему мы и посвятим сегодняшнее занятие. В качестве примера рассмотрим тест по теме «Электромагнитное излучение», созданный ученицей IX класса ГОУ СОШ № 546 Лозбичевой Натальей. Она использовала два способа проверки правильности ответов — анимацию и гиперссылку. Вначале рассмотрим самый простой способ — анимацию.

Второй слайд содержит три вопроса, и нам надо, чтобы правильные ответы появлялись постепенно. Для этого: 1. Щелкнем правой клавишей мыши на слове «красное» (слайд 2). 2. В меню программы выберем строку «Настройка анимации». 3. В «Настройке анимации» справа выберем кнопку «Добавить эффект», затем «Выход» и «Подъем». 4. Повторим те же действия для слов «фиолетовое» и «одинаковая». Теперь по мере ответов учащихся на вопросы при нажатии левой клавиши мыши будут появляться правильные ответы. В третьем слайде при нажатии левой клавиши мыши неправильные ответы одновременно исчезают, а правильный ответ остается. Это можно сделать, выбрав в разделе «Добавить эффект», строку «Выход», а затем «Исчезновение». Чтобы неправильные ответы исчезли одновременно, надо в правом окошке нажать стрелочку на второй строке и выбрать строку «Запускать вместе с преды­ дущем». В четвертом слайде варианты ответов не исчезают, а правильный ответ выделяется подчеркиванием. Для этого в разделе «Добавить эффект» выберем строку «Выделение», затем «Подчеркивание».


55

Это вы можете

В слайде 5 при нажатии левой клавиши мыши выскакивает стрелочка, указывающая правильный ответ и пояснение к рисунку. Для создания такого эффекта надо нарисовать стрелку, сделать ее жирной и яркой (строка «Формат автофигуры». Используя иконку «Надпись», вставить нужный текст. Запускать при помощи анимации «Выход» и строки «Запускать вместе с предыдущим». Самым сложным является создание гиперссылок. На слайде 6 представлено 4 варианта ответа на вопрос. После слайда с вопросом создаются два слайда — «Верно»

и «Неверно». Рассмотрим этапы создания гиперссылки: 1. Щелкнем правой клавишей мыши по надписи «В. Гершель». 2. Выберем строку «Гиперссылка». 3. Найдем наш тест и нажмем кнопку «Закладка». 4. В окне «Выбор места в документе» укажем «Слайд 8». 5. То же самое проделаем для надписей «В. Рентген» и «С. Призма». 6. Для надписи «И. Ньютон» выберем «Слайд 7». 7. Для стрелочки на слайде 7 созда-

Слайд 1

Слайд 2

Слайд 3

Слайд 4


56

1 / 2011

физика для школьников

Слайд 5

Слайд 6

Слайд 7

Слайд 8

дим гиперссылку на следующий вопрос (слайд 9) и т.д. 8. Для левой стрелочки на слайде 8 создадим гиперссылку обратно на слайд 7, а для правой стрелки на следующий вопрос (слайд 9). 9. После каждого вопроса также создаем два слайда с вариантами ответов

«Верно» и «Неверно» и делаем гиперссылки. Главное — не запутаться в нумерации слайдов. Создание тестов в картинках  — задание сложное, но увлекательное, а самое главное, результат вашего труда всегда будет востребован. Желаем творческих успехов!


Астрономия

Космические юбилеи 2011 года

Д. Гулютин,

зав. сектором отдела музейной педагогики, Мемориальный музей космонавтики, Москва

Космические полеты, жизнь в состоянии невесомости, путешествия за пределы космического корабля, большие открытия и новые планеты... Начать разгадывать загадки Вселенной можно, не дожидаясь пока вырастешь, а прямо сейчас, начав погружение в историю космонавтики на основе информации из мемориального музея космонавтики, который в наступившем году празднует свой 30-летний юбилей. Музей авиации и космонавтики был открыт 10 апреля 1981 года к 20-летию первого полета в космос. С тех пор музей космонавтики собирает и выставляет на экспозиции образцы ракетно-космической техники: миниатюрную модель Центра управления полетами, тренажеры, идентичные тренажерам в Центре подготовки космонавтов. Это также музей истории космонавтики, где собраны архивные документы, фотографии, памятные монеты, открытки и календари, посвященные освоению космоса.

1 января — 55 лет Сергею Васильевичу Авдееву — летчику-космонавту РФ, Герою России. 3 января — 75 лет Виктору Дмитриевичу Благову — заместителю руководителя полетами пилотируемых космических аппаратов. 7 января — 60 лет Талгату Амангельдиевичу Мусабаеву − летчику-космонавту РФ, Герою России. 31 января — 45 лет запуску АМС «Луна-9» — первой станции, выполнившей мягкую посадку на Луну 3 февраля 1966 г. 7 февраля — 85 лет Константину Петровичу Феоктистову — летчику-космонавту СССР, Герою Советского Союза, главному проектанту космических кораб­ лей «Восток», «Восход» и первых космических кораблей «Союз». 10 февраля — 100 лет Мстиславу Всеволодовичу Келдышу — Президенту Академии наук СССР, руководителю многих

космических программ, математику и механику, трижды Герою Социалистического Труда, лауреату Ленинской и Государственной премий. 11 февраля — 75 лет Владимиру Николаевичу Бранцу — одному из создателей систем управления космических аппаратов, доктору физико-математических наук, профессору, лауреату Государственной премии. 12 февраля — 50 лет первому запуску автоматической межпланетной станции (АМС) в сторону Венеры («Венера-1»). 19 февраля — 90 лет Евгению Анатольевичу Карпову — первому начальнику Центра подготовки космонавтов. 20 февраля — 25 лет запуску базового блока орбитального комплекса «Мир». 22 февраля — 45 лет запуску беспилотного космического корабля серии «Восход» (в прессе искусственный спутник Земли «Космос-110») с собаками Ветерок и Уголек.


58

физика для школьников

1 марта — 90 лет созданию в Москве первой в СССР организации по ракетной технике под руководством Н. И. Тихомирова (будущая ГДЛ — Газодинамичекая лаборатория). 1 марта — 45 лет завершению первого в истории перелета на другую планету (АМС «Венера-3»). 2 марта — 75 лет Анатолию Алексеевичу Шумилину — генерал-лейтенанту, начальнику космодрома Байконур с 1992 по 1997 г. 9 марта — 50 лет запуску беспилотного космического корабля «Восток» (для прессы — «Восток-4», корабль-спутник) с манекеном и собакой Чернушкой. 13 марта — 25 лет запуску космического корабля «Союз Т-15» с экипажем 1-й основной экспедиции на орбитальную станцию «Мир» на КК «Союз Т-15» (Л. Д. Кизим, В. А. Соловьев). 16 марта — 85 лет первому в мире пус­ ку ракеты на жидком кислородно-эфировом топливе (Роберт Годдард, США). 17 марта — 45 лет запуску первого космического аппарата с космодрома Плесецк (искусственный спутник Земли (ИСЗ) «Космос-112»). 23 марта — 50 лет гибели космонавта 1-го (Гагаринского) набора В.  В. Бондаренко во время тренировки в результате пожара в сурдобарокамере. 23 марта — 10 лет сведению с орбиты и затоплению легендарного отечественного орбитального комплекса «Мир». 25 марта — 50 лет запуску беспилотного космического корабля «Восток» (для прессы «Восток-5», корабль-спутник) с манекеном и собакой Звездочкой. 29 марта — 80 лет Алексею Александровичу Губареву — летчику-космонавту СССР, дважды Герою Советского Союза. 31 марта — 45 лет запуску АМС «Луна-10» — первой в истории станции, став-

1 / 2011

шей искусственным спутником Луны 3 апреля 1966 г. 10 апреля — 30 лет Мемориальному музею космонавтики. 12 апреля — 50 лет Первому полету человека в космос. 15 апреля — 90 лет Георгию Тимофеевичу Береговому — летчику-космонавту СССР, дважды Герою Советского Союза. 19 апреля — 40 лет запуску первой в истории орбитальной станции «Салют» («Заря»). 21 апреля — 60 лет Александру Ивановичу Лавейкину — летчику-космонавту СССР, Герою Советского Союза. 23 апреля — 40 лет запуску к станции «Салют» космического корабля «Союз-10» (В.  А. Шаталов, А.  С. Елисеев, Н.  Н. Рукавишников). 23 апреля — 15 лет запуску к орбитальному комплексу «Мир» научного модуля «Природа». 13 мая — 55 лет Александру Юрьевичу Калери — летчику-космонавту РФ, Герою России. 14 мая — 30 лет запуску к орбитальной станции «Салют-6» космического корабля «Союз-40» с советско-румынским экипажем (Л. И. Попов, Д. Прунариу). 16 мая — 65 лет созданию Государственного союзного головного научно-исследовательского института № 88 Министерства вооружения (НИИ-88), предназначенного для проектирования и экспериментальной отработки космической и ракетной техники. 18 мая — 20 лет запуску к орбитальному комплексу «Мир» космического корабля «Союз ТМ-12» с советско-британским экипажем (А. П. Арцебарский, С. К. Крикалев, Х. Шарман). 19 мая — 40 лет запуску советской АМС «Марс-2». Первое попадание в Красную планету 27 ноября 1971 г.


Ас трономия

21 мая — 70 лет Анатолию Семеновичу Левченко − летчику-космонавту СССР, Герою Советского Союза. 25 мая — 80 лет Георгию Михайловичу Гречко — летчику-космонавту СССР, дважды Герою Советского Союза. 28 мая — 40 лет запуску советской АМС «Марс-3». Первая в истории мягкая посадка на планету Марс. 6 июня — 40 лет запуску к станции «Салют» космического корабля «Союз-11» (Г. Т. Добровольский, В.  Н. Волков, В. И. Пацаев). 13 июня — 50 лет закладке Государственного музея истории космонавтики им. К. Э. Циолковского в Калуге (Первый камень заложил Ю. А. Гагарин). 22 июня — 35 лет запуску орбитальной пилотируемой станции (ОПС) «Алмаз» для задач Министерства обороны (для прессы «Салют-5»). 23 июня — 100 лет со дня рождения Николая Дмитриевича Кузнецова — академика, конструктора двигателей, Героя Социалистического Труда, лауреата Ленинской премии. 28 июня — 100 лет со дня рождения Константина Николаевича Руднева — директора НИИ-88 с 1950 по 1952 г., одного из организаторов оборонной и ракетно-космической промышленности, председателя Госкомиссии по запуску космического корабля «Восток», Героя Социалистического Труда. 30 июня — 40 лет гибели экипажа космического корабля «Союз-11» (Г. Т. Добровольский, В.  Н. Волков, В.  И. Пацаев) в результате разгерметизации при возвращении на Землю. 30 июня — 70 лет организации СКБ при московском заводе «Компрессор» для создания реактивных минометов «Катюш». 1 июля — 65 лет формированию НИИ-4 (ныне ЦНИИ Министерства обороны) для

59

решения проблем применения боевой ракетной и ракетно-космической техники. 6 июля — 45 лет запуску тяжелого научного ИСЗ «Протон-3», предназначенного для исследования элементарных частиц высоких и сверхвысоких энергий. 7 июля — 35 лет запуску к орбитальной пилотируемой станции «Алмаз» (для прессы «Салют-5») космического корабля «Союз-21» (Б. В. Волынов, В. М. Жолобов). 14 июля — 70 лет первому использованию «Катюш» в бою под Оршей, положившему начало реактивной артиллерии. 18 июля — 90 лет Джону Гленну — первому американскому космонавту. 18 июля — 80 лет оформлению протокола о создании общественного бюро изучения реактивного движения, с 20 сентября 1931 г., получившего наименование ГИРД (Группа изучения реактивного движения). 20 июля — 70 лет Владимиру Афанасьевичу Ляхову — летчику-космонавту СССР, дважды Герою Советского Союза. 22 июля — 60 лет первому запуску собак (Дезик и Цыган) на геофизической ракете с полигона Капустин Яр. 24 июля — 85 лет Гаю Ильичу Северину — генеральному конструктору Научно-производственного предприятия (НПП) «Звезда», Герою Социалистического Труда, лауреату Ленинской и Государственной премий. 27 июля − 65 лет Токтару Онгарбаевичу Аубакирову — летчику-космонавту СССР, Герою Советского Союза. 5 августа — 70 лет Леониду Денисовичу Кизиму − летчику-космонавту СССР, дважды Герою Советского Союза. 6 августа — 50 лет запуску советского космического корабля «Восток-2», пилотируемого пилотом-космонавтом Германом Степановичем Титовым. 9 августа — 35 лет запуску советской АМС «Луна-24». Третий образец лунного


60

физика для школьников

грунта, взятый при помощи дистанционно управляемого аппарата и доставленный 22 августа 1976 г. на Землю. Образец был взят из района Моря Кризисов, с глубины 2,5 м. 14 августа — 55 лет приказу Д. Ф. Устинова о выделении ОКБ-1 из состава НИИ88 в самостоятельное конструкторское бюро (КБ) под руководством С. П. Королева. 19 августа — 15 лет старту к орбитальному комплексу «Мир» космического корабля «Союз ТМ-24» с российско-французским экипажем (В.  Г. Корзун, А.  Ю.  Калери, К. Андре-Деэ). 24 августа — 45 лет запуску советской АМС «Луна-11» — 2-го советского искусственного спутника Луны. 26 августа — 65 лет приказу Д.Ф. Устинова об образовании в НИИ-88 отдела № 3 — сегодняшней Ракетно-космической корпорации (РКК) «Энергия» им. С. П. Королева. 27 августа — 70 лет Юрию Васильевичу Малышеву — летчику-космонавту СССР, дважды Герою Советского Союза. 9 сентября — 55 лет Анатолию Павловичу Арцебарскому — летчику-космонавту РФ, Герою России. 15 сентября — 70 лет Мирославу Гермашевскому — первому космонавту Польши (летчику-космонавту ПНР, Герою ПНР). 15 сентября — 35 лет старту космического корабля «Союз-22», выведенному на околоземную орбиту с целью съемки земной поверхности (В.  Ф. Быковский, В. В. Аксенов). 19 сентября — 75 лет со дня открытия в Калуге Мемориального дома-музея К.Э. Циолковского. 28 сентября — 40 лет запуску советской АМС «Луна-19» — первого советского тяжелого искусственного спутника Луны, проводившего телесъемку и измерение магнитного поля Селены.

1 / 2011

2 октября — 20 лет запуску к орбитальному комплексу «Мир» космического корабля «Союз ТМ-13» с советско-австрийским экипажем (А. А. Волков, Т. О. Аубакиров, Ф. Фибек). 14 октября — 35 лет запуску к ОПС «Алмаз» (для прессы «Салют-5») космического корабля «Союз-23» (В.  Д. Зудов и В.  И. Рождественский). Из-за отказа системы сближения стыковка была отменена. Спускаемый аппарат 16 октября приводнился на озеро Тенгиз. 22 октября — 45 лет запуску советской АМС «Луна-12» — 3-го советского искусственного спутника Луны. 25 октября — 100 лет Михаилу Кузьмичу Янгелю — конструктору ракетнокосмической техники, директору НИИ-88 (1952–1953), генеральному конструктору КБ «Южное», академику АН СССР, дважды Герою Социалистического Труда, лауреату Ленинской и Государственной премий. 30 октября — 30 лет запуску советской АМС «Венера-13», оснащенной спускаемым аппаратом для работы на поверхности Венеры. 4 ноября — 30 лет запуску советской АМС «Венера-14», оснащенной спускаемым аппаратом для работы на поверхности Венеры. 8 ноября — 300 лет Михаилу Васильевичу Ломоносову — знаменитому русскому ученому-энциклопедисту. 8 ноября — 130 лет Робберу ЭсноПельтри — французскому ученому, пионеру космонавтики. 11 ноября — 65 лет Владимиру Алексеевичу Соловьеву — летчику-космонавту СССР, дважды Герою Советского Союза, руководителю космических полетов. 1 декабря — 60 лет Александру Александрову — второму космонавту Болгарии (летчику-космонавту НРБ, Герою НРБ).


61

Ас трономия

2 декабря — 40 лет первой в истории мягкой посадке на Марс спускаемого аппарата советской АМС «Марс-3». 11 декабря — 50 лет запуску первого советского космического фоторазведчика «Зенит-2». 21 декабря — 45 лет запуску АМС «Лу-

на-13», осуществившей мягкую посадку на поверхность Луны 24 декабря, выполнившей измерения плотности и радиоактивности лунного грунта. 22 декабря — 50 лет Юрию Ивановичу Маленченко — летчику-космонавту РФ, Герою России.

Это интересно Лауреаты Нобелевской премии по физике в 2010 г. Пятого октября 2010 года два российских физика — Андрей Гейм и Константин Новосе лов − получили Нобелевскую премию за соз дание и исследование нового материала – гра фена. Открытие графена имеет большое значе ние не только для развития новых технологий, но и фундаментальной физики, результатом чего могут стать новые знания о строении ма терии. Андрей Гейм и Константин Новоселов — профессора Манчестерского университета (Великобритания), выпускники Московского физико-технического института. Что же это за материал? Графен, матери ал толщиной всего в один атом, построен из «сетки» атомов углерода, уложенных, подоб но пчелиным сотам, в ячейки шестиугольной формы. Это еще одна форма углерода наряду с графитом, алмазом, нанотрубками и фулле реном. Материал обладает отличной электро проводностью, хорошей теплопроводностью, высокой прочностью и практически полно стью прозрачен. Первые эксперименты с новым материалом показали, что в руках ученых не просто еще од на форма углерода, а новый класс материалов со свойствами, которые не всегда можно опи

сать с позиций классической теории физики твердого тела. Полученный двумерный материал является полупроводником, но при этом обладает про водимостью, как у одного из лучших металли ческих проводников — меди, т.е. его электроны имеют очень высокую подвижность. Это воз можно благодаря особенностям его кристал лического строения: полупроводники имеют запрещенную зону определенной ширины. У графена она — нулевая. Фактически это полу проводник, имеющий нулевую запрещенную зону, или полуметалл с нулевым перекрытием зон. Таким образом, графен занимает проме жуточное положение между полупроводника ми и полуметаллами. Почти полная прозрачность графена пред полагает использование его в сенсорных экранах, а если вспомнить о его «сверхтонко сти», то понятны перспективы его применения для будущих гибких компьютеров (которые можно свернуть в трубочку подобно газете), часов-браслетов, мягких световых панелей. Еще одним из возможных применений графе на может быть создание на его основе новой технологии расшифровки химической струк туры ДНК.


62

1 / 2011

физика для школьников

Это интересно Нобелевская премия была учреждена Аль фредом Нобелем — изобретателем динамита. Девятью годами позже в России по образу и подобию фонда Альберта Нобеля было соз дано «Общество содействия успехам опытных наук и их практических применений». На его создание свой капитал был завещан богатым предпринимателем, купцом первой гильдии Христофором Семеновичем Леденцовым (1842–1907). Почему же он сделал это, какова была его цель? Ответ на эти вопросы можно найти в написанном Леденцовым в 1897 г. пись ме: «Цель и задача такого Общества помогать по мере возможности осуществлению если не рая на земле, то возможно и полного при ближения к нему. Средства, как их понимаю, заключаются только в науке и в возможно полном усвоении всеми научных знаний...» (Прим. ред.). Но Х.С. Леденцов стремился не просто способствовать научным исследовани ям, а их внедрению в практику. Живя в Москве, Х.С. Леденцов дружил с замечательными учеными — Н.А. Умовым, И.И. Мечниковым и И.М. Сеченовым, которые помогли ему реализовать его замечательные стремления. Было решено создать Москов ский научный институт со специализацией в разных науках. Таким образом, была создана часть Мос­ковского научного института Леден цовского общества — Институт биофизики и физики, который открыли в 1916 г. Почему фи зики и биофизики? А потому что руководство им было поручено Петру Николаевичу Лебеде ву, а он был биофизиком и физиком. В дальнейшем этот институт был реорга низован и стал Физическим институтом АН СССР — знаменитым ФИАНом. А уже в 1920 г. от него отпочковались Институт физики Зем

ли, Институт стекла, Институт рентгенологии и радиологии. На средства Леденцова были построены и оборудованы лаборатория известного физио лога И.П. Павлова в Петербурге, аэродинами ческая лаборатория Н.Е. Жуковского и многие другие научные лаборатории. Следует заметить, что принципы финанси рования Леденцовского общества существен но отличались от принципов фонда Нобеля: «...Х.С. Леденцов ставил условием, чтобы посо бия Общества направлялись преимуществен но на такие открытия и изобретения, которые при наименьшей затрате капитала могли бы приносить возможно большую пользу для большинства населения, причем эти пособия Общества должны содействовать осуществ­ лению и проведению в жизнь упомянутых открытий изобретений, а не следовать за ними в виде премий, субсидий, медалей» (Прим. ред.). В этом заключается главное отли чие — средства выделялись на исследования, а не на поощрительные премии. Однако, к сожалению, впоследствии вклад этого замечательного человека в развитие российской науки — Х.С. Леденцова — был предан забвению. И лишь в 2002 г. Леденцовское общество бы ло возрождено. Под именем Фонда содействия развитию опытных наук и их практических при менений им. Х.С. Леденцова оно зарегистриро вано 9 апреля 2002 г. правнучкой Христофора Семеновича и ее единомышленниками. В настоящее время имя Христофора Семе новича Леденцова носит Вологодский госу дарственный естественно-математический ли цей (ныне Многопрофильный лицей), а также названа улица в г. Вологде (12 декабря 2005 г.).


63

Ас трономия

Литература 1. Шноль С.Э. Герои, злодеи, конформисты отечественной науки. — М.: Книжный дом ­«ЛИБРОКОМ», 2010. 2. Волков В.А., Куликова М.В. Христофор Семенович Леденцов и его Общество//Природа. — 1991. — № 2. — С. 125–128.

3. Волков В.А., Куликова М.В. Во имя Отца и Сына и Святаго Духа//Химия и жизнь. — 1992. — № 5. — С. 84–86. 4. Прохоров В. Благотворитель из Вологды// Наука и жизнь. — 2005. — № 8. http://ricolor.org/ history/rt/blg/2/

Это интересно

http://n-t.ru – сайт электронной библиотеки «Наука и техника» одноименной международ ной общественной организации. Ее материалы востребованы широкой аудиторией читателей и подписчиков: от солидных научных органи заций и предприятий до школьников и их ро дителей. На страницах сайта, как и положено в специализированных залах солидной би блиотеки, можно найти: электронные версии научно-популярных журналов и редких книг, систематизированные по темам научные ста тьи (природа, наука и жизнь, природа и люди, техника – молодежи), публикации о лауреатах Нобелевской премии и их открытиях, новости науки и техники. Многие материалы помогут подготовить интересные сообщения или доклады к урокам физики, стать информационной поддержкой проектно-исследовательских изысканий или дать толчок к проведению интересного экс

перимента. Так, например, в одной из статей доступно и понятно описывается процесс по лучения мыльных пузырей. И где бы думали? На морозе! И не один опыт, а целых четыре. Ведь каждый читатель, в сущности, исследу ет особенное, неповторимое явление, изучает свою «личную» физику. А это гораздо интерес нее, чем повторять солидные эксперименты традиционного физпрактикума, где в который уже раз измеряется давным-давно измеренная и внесенная во все физические таблицы вели чина. Домашние опыты, быть может, даже по лезнее для развития физической интуиции и сообразительности. Говоря словами одного из авторов данного сайта «обществу должно быть понятно, что де лает наука и какой от нее прок – точнее, науке выгодно, чтобы общество считало, что оно по нимает…». Наверно, именно эту задачу и помо гут решить материалы электронной библиоте ки сайта.


Заявка на участие в открытом педагогическом Форуме «Новая школа» учителя, воспитателя, методиста, работника образовательного учреждения

Ф.И.О. автора (полностью): Место работы: Должность: Домашний адрес: Телефон:

(код города)

(номер)

Электронный адрес:

(e-mail)

Заявка на участие принимается до 1 сентября 2011 года

Заявка на участие в открытом педагогическом Форуме «Новая школа» дошкольника, школьника и его руководителя

Ф.И.О. руководителя (полностью): Место работы: Должность: Домашний адрес: Телефон:

(код города)

Ф.И.О. ребенка (полностью):

(номер)

Электронный адрес:

(e-mail)

Номер и адрес образовательного учреждения: Домашний адрес: Заявка на участие принимается до 1 сентября 2011 года

Если вы являетесь Подписчикам подписчиком одного скидка! из журналов издательства «Школьная Пресса», приложите к заявке копию квитанции о подписке, чтобы получить скидку в 70% при оплате оргвзноса и 40% при оплате за публикацию материалов

Как подать заявку? по почтовому адресу: 127254, Москва, ул. Руставели, д. 10. корп. 3, издательство «Школьная Пресса» по электронной почте: forum@schoolpress.ru на сайте Издательства: forum.schoolpress.ru в режиме on-line. В ответ вы получите на указанный вами адрес пакет документов для участия в Форуме и публикации материалов


Открытый педагогический Форум «Новая школа» для учителей России и ближнего зарубежья Уважаемые коллеги! Многим из вас знакомо чувство со­ жаления, когда интересно продуманный урок, удачно спланированное изложение темы, захватывающий сценарий пред­ метной недели или праздника, на подго­ товку которых затрачены значительные усилия, оказываются «одноразовыми». А ведь творческие решения и методиче­ ские новации даются далеко не каждо­ му. Издательство «Школьная Пресса» приглашает учителей, воспитателей и ме­тодистов поделиться опытом, ори­ гинальными инновационными идеями с широ­кой читательской аудиторией и стать участником открытого педагоги­ ческого Форума «Новая школа». В Фору­ ме могут принять участие и дети самого разного возраста под руководством и при непосредственном участии воспи­ тателей, учителей, родителей. Привет­ ствуется участие в Форуме педагогов изза рубежа. Каждый участник Форума сможет вы­ сказаться и будет услышан, потому что все присланные статьи, заметки, кон­ спекты, подборки практических мате­ риалов (рисунки, задачи и т.д.) будут опу­ бликованы. Присылайте то, что вам кажется инте­ ресным и важным в области педагогики, методики воспитания, в преподавании любимого предмета, развития и созда­ ния «Новой школы». Поделитесь опытом, размышлениями и идеями, они станут известны тысячам ваших коллег в России и за рубежом.

Каждый участник Форума получит персональный Диплом подтверж­ дающий факт публикации его работы, и компакт-диск с материалами всех участников. Диплом и компакт-диск станут прекрасным дополнением к вашему портфолио! Кроме того, будет издана книга, со­ держащая аннотации всех присланных статей с указанием авторов. Книгу вы сможете получить по желанию. Наиболее интересные работы участ­ ников Форума будут опубликованы в со­ ответствующем предметном журнале из­ дательства «Школьная Пресса». Напоминаем, что издательство выпу­ скает 20 предметных методических жур­ налов, в т.ч. практические журналы для дошкольников и школьников, с годовым тиражом около 1 000 000 экз. В перечне документов, характеризу­ ющих достижения и успехи каждого из вас, достойное место может занять портфолио. Большинство учащихся, родителей и педагогов, безусловно, заинтересует возможность пополнить портфолио, ко­ торое оказывает существенную помощь педагогам и образовательным учреж­ дениям, при прохождении аттестации, а учащимся — при поступлении в выс­ шие учебные заведения и устройстве на работу в дальнейшем. Присылайте заявку на участие в Фо­ руме, которая ни к чему вас не обязывает, и вы получите комплект докумен­ тов для участия в Форуме.

Бланк заявки смотрите на последних страницах журналов издательства. Порядок участия в Форуме смотрите на обложке журналов.


Порядок участия в Форуме 1. Организация и сбор заявок издательством «Школьная Пресса», регистрация участников Форума, рассылка пакета документов, публикация материалов требуют определенных затрат, которые оплачивает участник Форума.

Подписка — 2011 I полугодие Дорогие друзья! В издательстве «Школьная Пресса» выходят журналы для школьников.

Научно-популярные: «Русский язык и литература для школьников» Подписной индекс 81480 «Биология для школьников» Подписной индекс 80953 «География для школьников» Подписной индекс 80490 2. Для участия в ФорумеНаучно-практические: необходимо подать заявку, бланк которой опубликован на последних страницах журналов издательства «История и обществознание для школьников» «Школьная Пресса» и размещен на сайте издательства. Заявку подает индекс каждый участник, даже Подписной в том случае, если у80954 работы несколько авторов. «Математика для школьников» Заявку следует направлять: Подписной 80866 д. 10, корп. 3,  по почте, адрес: 127254, Москва,индекс ул. Руставели, издательство «Школьная Пресса»; «Физика для школьников»  по электронной почте: forum@schoolpress.ru; Подписной индекс 79011  в режиме on-line на«Химия сайте forum.schoolpress.ru. для школьников» Заявки принимаются до 1 сентября 2011 г. Подписной индекс 80485

Журналы можно приобрести в издательстве 3. Каждый участник Форума получит персональный Диплом и компактили выписать по каталогу диск с материалами всех участников. Желающие смогут получить книгу «Газеты. Журналы» «Роспечать» «Открытый педагогический Форумагентства “Новая Школа”» с аннотациями всех в любом отделении связи присланных работ и перечнем авторов. отдельно или комплектом.

Подписной индекс 79011 Физика для школьников, 2011, № 1, 1-64

Физика для школьнков  

Физика для школьников

Read more
Read more
Similar to
Popular now
Just for you