Pháo hoa vật lý

15

Phòng thí nghiệm «Kvant»
J. Walker

Pháo hoa vật lý

Bài toán-các câu hỏi được xuất bản dưới đây được lấy từ cuốn sách “Pháo hoa vật lý” của J. Walker, được nhà xuất bản “Mir” xuất bản gần đây.

1. Với một cây bút chì trong bồn tắm
   Nếu bạn muốn vui vẻ một chút khi tắm, hãy lấy một cây bút chì và ngồi sau bóng của nó ở đáy bồn tắm. Sau khi nhúng nửa cây bút chì vào nước, bạn sẽ thấy bóng của nó không có điểm gì chung với nó - nó trông giống như hai thanh có đầu tròn, cách nhau một khoảng sáng (Hình 1). Khoảng trống ánh sáng này đến từ đâu và điều gì quyết định chiều rộng của nó?

2. Hình ảnh đồng xu trong nước
   Đặt một đồng xu dưới đáy một chiếc bình rộng chứa đầy nước,

Hình 1.

Hình 2.

và nhìn đồng xu qua nước từ nhiều góc độ khác nhau. Ở một số góc độ, bạn sẽ thấy hình ảnh một đồng xu trên mặt nước (Hình 2). Bây giờ đặt tay của bạn lên mặt sau của lọ. Điều này rất có thể sẽ không ảnh hưởng đến hình ảnh của đồng xu, tuy nhiên, nếu tay bạn bị ướt thì hình ảnh sẽ biến mất. Tại sao?

3. “Bóng ma” trong cửa sổ lắp kính hai lớp
   Tại sao các đồ vật tách biệt lại có vẻ thú vị khi nhìn qua cửa sổ lắp kính hai lớp?
   Trong một số trường hợp, chẳng hạn như khi quan sát qua cửa sổ của tháp điều khiển sân bay, việc chuyển hướng hình ảnh như vậy không chỉ gây khó chịu mà còn có thể dẫn đến những tình huống rất nguy hiểm. Hãy thử, ít nhất là gần đúng, để ước tính khoảng cách góc giữa vật thật và “bóng ma” của nó. Nó phụ thuộc vào thời gian trong ngày và điều kiện thời tiết như thế nào?

4. mưa rực rỡ
   Bạn có thể đã có dịp quan sát ngay cả dưới ánh nắng trực tiếp, bạn sẽ nhận thấy rằng phía trên một số đường ngang bị thiếu, tờ báo thành phố sẽ nhạt hơn bên dưới. Làm thế nào điều này có thể được giải thích?

5. Kính râm và sự biến dạng chuyển động rõ ràng
   Che một mắt bằng bộ lọc tối, chẳng hạn như kính từ kính râm và quan sát sự dao động của một con lắc đơn giản. Mặc dù bạn biết chắc chắn rằng con lắc dao động trong một mặt phẳng, nhưng bạn có cảm giác rằng nó mô tả một hình elip (Hình 3). Đối với những người chưa quen, việc quan sát thực tế này có vẻ đáng ngạc nhiên, thậm chí bí ẩn.

Nếu bạn từng phải ngồi sau tay lái của một chiếc xe số tự động và đeo kính râm một tròng, bạn sẽ thấy…

16

Hình 3.

Hình 4.

Hình 5.

Bạn có thể nghĩ rằng tốc độ của xe số tự động đi về phía bên trái của bạn khác biệt đáng kể so với tốc độ của xe số tự động đi về phía bên phải của bạn, mặc dù trên thực tế chúng đang di chuyển với cùng tốc độ. Bạn ước tính tốc độ tự động không chính xác.

Hơn nữa, khi xem xét trường hợp này, bạn sẽ ước tính sai khoảng cách đến các vật thể xung quanh. Lỗi phán đoán thậm chí còn phụ thuộc vào việc đối tượng ở bên phải hay bên trái của bạn.

Điều gì giải thích sự chuyển động ba chiều biểu kiến ​​của con lắc? Bộ lọc ánh sáng hoặc kính đóng vai trò gì trong việc đánh giá chuyển động này, tốc độ tự động và khoảng cách đến các vật thể?

6. Xoay sợi trước màn hình TV

Nếu trong một căn phòng tối trước màn hình TV, hình ảnh trên đó không thay đổi, bạn chạy một sợi phẳng có hoa văn ở mặt trên, thì những hình ảnh đáng kinh ngạc sẽ xuất hiện trên con sói. Không còn nghi ngờ gì nữa, chúng là do hoa văn trên bề mặt của con sói, nhưng ánh sáng của màn hình tivi có liên quan gì đến nó?

7. Hình ảnh truyền hình “nổi”

Nhìn vào màn hình TV trong phòng tối, trước tiên hãy nhanh chóng di chuyển mắt nửa mét sang bên trái màn hình, sau đó ngay lập tức nửa mét sang bên phải. Bạn sẽ thấy hình ảnh chi tiết được nhận dạng của khung tivi “treo” trên không ở bên phải màn hình (Hình 4). Đôi khi thậm chí còn xuất hiện những hình ảnh ba quet, mỗi hình có dạng hình bình hành nghiêng về bên phải. Tại sao những hình ảnh này xuất hiện và tại sao chúng lại bị nghiêng? Độ nghiêng của chúng có giữ nguyên nếu bạn di chuyển mắt sang phía bên kia không? Các hình ảnh được nhận dạng tương tự có xuất hiện nếu bạn di chuyển mắt lên hoặc xuống không?

8. Màu đĩa đen trắng

Có thể phân biệt được màu nào trên bề mặt đen trắng? Theo quy định, không. Tuy nhiên, hãy tạo một đĩa có các vùng đen trắng xen kẽ và xoay nó ở tốc độ tương đối thấp, nhìn kỹ vào nó, cố gắng không để ý đến từng vùng riêng lẻ. Sau vài phút, các cạnh của phần màu trắng phía trước hướng quay sẽ chuyển sang màu đỏ và các cạnh của các phần phía sau sẽ chuyển sang màu xanh lam. (Các sắc thái sẽ khác nhau ở các mức ánh sáng khác nhau.) Khi quay ở tốc độ cao hơn, các phần màu trắng chuyển sang màu đỏ và các phần màu đen chuyển sang màu xanh lục. Khi tốc độ quay tăng hơn nữa, không thể phân biệt được màu sắc nữa, nhưng những tia sáng lấp lánh của bộ lọc màu hồng và xanh lục bắt đầu nhảy qua đĩa. Trên đĩa như trong Hình 5, có thể quan sát được cả ba hiệu ứng cùng một lúc. Tại sao chúng ta nhìn thấy những bông hoa này? Tại sao phải xem sớm vài phút để đĩa lên màu?