Т.к. солнечные деньки на пока закончились,можно вспомнить некий курс на неком семинаре и поделиться с вами. вот.
три увлекательных эксперимента из разных областей физики.
Проделать все предлагаемые фокусы руками и осознать,что здесь что-то не так, может даже первоклассник или дошкольник.В то же время при желании и необходимой подготовке можно залезать в дебри физики сколь угодно глубоко. Причём, как на самой школе, так и при последующих разбирательствах с тем, что осталось непонятным.
1. Многоугольник на трубочке
Возьмём круглый ровный не очень тяжёлый однородный цилиндр, у которого длина примерно в 3–6 раз больше диаметра. (Закрытые концы совершенно не важны, поэтому мы использовали отрезки круглой пластиковой трубки для электропроводки.) Нанесём на боковую поверхность около одного из концов контрастную цветную метку. Положим цилиндр ровную горизонтальную поверхность стола, придавим к столу пальцем за отмеченный конец. И, дав выскользнуть цилиндру из-под пальца, заставим вращаться на столе вокруг середины.
При этом на фоне быстрого вращения мы будем наблюдать правильный n-угольник, образованный повторяющимися положениями отметки. Количество углов n примерно равно отношению длины цилиндра к диаметру.Удивительно, что никакой точности при подборе длины и диаметра не требуется цилиндр сам начинает вращаться так, что его частота вращения вокруг середины в целое число раз меньше частоты вращения вокруг длин-
ной оси из-за этого и получается стробоскопический эффект правильного n-угольника.
Почему такая синхронизация частот происходит не совсем понятно.Можно заметить, что из-за гироскопических эффектов цилиндр во время вращения почти целиком висит в воздухе и катается по столу только одним краем одного конца. Возможно, система находит для такого катания с её точки зрения наиболее удобный маршрут среди неровностей
поверхности стола и начинает периодически его повторять.
2. Левитрон
Это устройство было запатентовано сравнительно недавно - в 1983 году. Представляет собой магнитик, который, вращаясь, может без опоры парить в воздухе.
Из-за быстрого вращения магнитик имеет относительно устойчивое положение оси вращения (гироскопический эффект).
Устройство сделано так, что именно в этом положении (ориентации в пространстве) магнитик отталкивается от других магнитов, расположенных в специальной подставке. Отдельно приняты меры для того, чтобы он не слетел в бок.
Математические расчёты такой конструкции достаточно сложны и практически невыполнимы без помощи компьютера. Именно поэтому она и была придумана и реализована только в 1980-х годах, а не раньше.
Подробности про левитрон (на английском языке) см. http://www.levitron.com
3. Поворот пучка света вокруг оптической оси
Известные оптические системы (микроскоп, подзорная труба,перископ, кодоскоп, плёночный фотоаппарат, телескоп и т. п.)обычно позволяют получить или прямое изображение, или перевёрнутое (т. е. повёрнутое на 180◦). А можно ли из линз и плоских отражающих поверхностей (зеркал) собрать оптическую систему, позволяющую наблюдать изображение, повёрнутое на какой-нибудь другой (не кратный 180◦) угол?
Для удобства дальнейших рассуждений если световой пучок, несущий информацию об изображении, является сходящимся или расходящимся,преобразуем его в параллельный (с помощью, соответственно, рассеивающей или собирающей линзы).
Параллельный пучок лучей удобно изображать с помощью прямоугольной бумажной полоски.Лучами считаются все отрезки, параллельные длинным сторонам этой полоски, например, сами края. Для наглядности по центру бумажной полоски параллельно краям можно нарисовать линию и считать её главной оптической осью.
параллельно ей) можно нарисовать прямую линию и перегнуть полоску по этой линии на любой угол. С ¾настоящим¿ световым пучком эта операция проделывается с помощью плоского зеркала. (С помощью плоского зеркала,как известно, световой пучок можно повернуть в любом направлении. Зеркало следует установить так, чтобы его плоскость была перпендикулярна биссектрисе, образованной оптическими осями первоначального и повёрну-
того (отражённого) пучков).
Теперь нам осталось перегнуть полоску в соответствии с условиями задачи.
Это можно сделать например так.
(Отмечено три линии перегиба два вертикальных отрезка и один наклонный.)
Сначала сложим (согнём на 180◦) полоску по наклонной линии, получится следующее:
Теперь оставшиеся края отогнём на 90◦ в разные стороны от плоскости страницы.
Нарисованные на отогнутых краях оптические оси параллельны друг другу (так как обе они перпендикулярны плоскости страницы). С другой стороны, они нарисованы на частях бумажной полоски, лежащих в непараллельных плоскостях, то есть повёрнутых относительно друг друга на какой-то угол. Значит, соответствующие световые пучки также параллельны друг другу, но повёрнуты относительно друг друга на этот же угол.
Мы получили решение задачи.
4. Акустические методы исследования вращения
Если какой то процесс повторяется 1 раз за секунду, физики говорят, что он происходит с частотой 1 Герц (1 Гц). (Учёный, в честь которого названа единица измерения частоты немецкий физик Генрих Рудольф Герц, 1857–1894.) Соответственно, если что-то повторяется n раз в секунду (где n > 0 и не обязательно целое), то говорят, что процесс происходит с частотой n Гц.Математики часто представляют себе многие сложные процессы (например, звук) в виде смеси простых элементарных событий, каждое из которых повторяется со своей частотой. Интересно, что, смешав, например, несколько звуков разных частот и сделав звукозапись, эти звуки можно затем математически pазделить обратно. Такое разделение называется преобразованием Фурье (французский математик и физик Жан Батист
Жозеф Фурье, 1768–1830).
Преобразование Фурье может делать компьютер, анализируя звук с микрофона и тут же показывая на экране картинку распределения частот (спектр).
Если у нас есть какой-нибудь повторяющийся механический процесс (например, вращение чего-нибудь), то в звуках, возникающих в этом процессе, скорее всего окажутся спектральные компоненты, частота которых равна основной частоте процесса (например, вращения). Это достаточно общая закономерность. Причины её проявления могут быть самыми разными (например, что-нибудь за что-нибудь задевает 1 раз за оборот).
Анализируя спектр ¾звукового сопровождения¿ вращения чего-нибудь (глядя на экран компьютера), можно попробовать угадать частоту вращения. Конечно, картинка спектра будет очень сложной, и сразу понять, что именно связано с интересующим нас вращением, непросто. Например, можно внимательно наблюдать за тем, что происходит со временем при
изменении частоты вращения (если вращающийся предмет тормозится со временем), что исчезнет со спектральной картинки, если вращение резко остановить, и т. п. Скорее всего именно замеченные таким образом участки спектральной картинки нам и нужны.
Описанными выше методами на занятии анализировались процессы вращения левитрона и пластиковых трубочек.
Также (раз уж речь зашла об анализе звуковых спектров) разбирались со звуковым составом звуков речи.
Провели наблюдение эффекта Доплера: внешний источник звука постоянной частоты (диктофон) и мотаемый рядом кругами за шнур маленький микрофон.