Pháo hoa vật chất năm mới

20

Vật lý là một môn khoa học thực nghiệm. Mọi nghiên cứu vật lý đều bắt đầu bằng việc quan sát và nghiên cứu một số hiện tượng tự nhiên và kết thúc bằng việc so sánh các lý thuyết với kết quả thực nghiệm.

Nhiều quy luật và hiện tượng tự nhiên về cốt lõi không quá phức tạp và các đặc điểm đặc trưng của chúng có thể được tìm ra ngay cả trong những thí nghiệm tương đối đơn giản. Galileo đã khám phá ra quy luật của các vật thể rơi khi quan sát chúng rơi từ đỉnh Tháp nghiêng Pisa. Người ta xác định rằng ánh sáng mặt trời là một hỗn hợp phức tạp của nhiều màu sắc khác nhau bằng cách sử dụng một dấu hiệu thủy tinh đơn giản. Nhiều thí nghiệm của Faraday đơn giản đến kinh ngạc nhưng lại không toàn diện về nội dung cũng như kết luận.

Tất nhiên, ngày nay có rất ít hy vọng rằng với những phương tiện sẵn có, người ta có thể khám phá ra một quy luật mới của tự nhiên. Vật lý ngày nay yêu cầu lắp đặt mang tính thực nghiệm cao - máy gia tốc hạt tích điện, lò phản ứng nguyên tử, kính hiển vi ion điện tử, v.v. Nhưng phần lớn những gì khoa học đã biết đều có thể được kiểm tra bằng các thí nghiệm đơn giản tại nhà. Chuyển động của nam châm, sự phát triển của tinh thể, nhiễu xạ và giao thoa sóng, sức căng bề mặt hoặc ma sát khô - tất cả những điều này có thể được nghiên cứu bằng các phương tiện đơn giản, ngẫu hứng. Các khối hoặc quả bóng bằng gỗ, một mảnh giấy, một chiếc kim khâu, bong bóng xà phòng hoặc dòng nước từ vòi, chưa kể la bàn và đèn pin, đều có thể được sử dụng cho các thí nghiệm vật lý cảm giác và đa dạng. Những thí nghiệm như vậy là bước đầu tiên để tiến tới nghiên cứu độc lập. Chúng giúp bé thâm nhập vào bản chất của các hiện tượng vật lý khác nhau, phát triển khả năng quan sát và giao tiếp.

Phòng thí nghiệm «Kvant» thuộc phần hệ thống của tạp chí của chúng tôi. Trong đó, chúng tôi cố gắng mang đến cho độc giả cơ hội thực hiện các thí nghiệm đơn giản nhưng mạnh mẽ mà không cần thiết bị thí nghiệm đặc biệt. Từ thư của độc giả, chúng tôi thấy rằng nhiều người trong số họ sẵn sàng thực hiện các thí nghiệm mà chúng tôi đề xuất và thậm chí cố gắng chứng minh chúng một cách sáng tạo (để thay đổi các điều kiện - thay đổi nhiệt độ, hướng hoặc các đại lượng vật lý khác liên quan đến thí nghiệm, chọn các chất và vật liệu khác, v.v.). Đồng thời, các em có nhiều câu hỏi bất ngờ và thú vị, từ đó các em chuyển sang «Kvant».
Khi tái tạo các thí nghiệm mà chúng tôi mô tả, cần phải đào tạo kỹ thuật cần thiết và tuân thủ nghiêm ngặt các khuyến nghị trong các điều khoản về biện pháp phòng ngừa. Chúng tôi hy vọng Phòng thí nghiệm «Kvant» sẽ giúp độc giả hiểu rõ hơn về khả năng của mình và phát triển nhà thám hiểm thiên nhiên của chúng tôi.

A. Shmelev

Pháo hoa vật chất năm mới

Đã nhiều lần, Phòng thí nghiệm «Kvant» đã xuất bản bài toán-câu hỏi từ cuốn sách “Pháo hoa vật lý” của J. Walker (xem «Kvant», 1980, Số 11 và 12). Đáp số Nhiều trong số chúng liên quan đến việc tiến hành thí nghiệm hoặc quan sát.

Tuy nhiên, ấn phẩm này khác với những ấn phẩm trước. Đầu tiên, để bắn pháo hoa vào dịp Năm mới, chúng tôi đã đặc biệt lựa chọn những thí nghiệm có thể dễ dàng thử nghiệm vào mùa đông. Thứ hai, văn bản của Walker được bổ sung đáng kể: những câu chuyện thú vị liên quan đến chủ đề chính bài toán được đưa ra và các thí nghiệm bổ sung được mô tả. cuối cùng, thứ ba, quyết định không xuất bản đáp số ngay lập tức mà chờ thư từ độc giả.

Khi chúng ta đi qua tuyết

Chắc hẳn nhiều người đã từng xem bộ phim “Alexander Nevsky”. Nhưng có lẽ không phải ai cũng biết rằng tập chính của phim – Battle of the Ice – được quay… vào mùa hè. Nắng nóng lên tới ba mươi độ, cần phải xuất hiện băng tuyết trên hồ Peipsi. Tuy nhiên, một giải pháp đã được tìm ra: một khu vực rộng lớn gần Mosfilm được bao phủ bởi hỗn hợp naphthalene và muối. Khi các diễn viên bước qua “tuyết” như vậy, anh ấy

21

kêu cót két như thật trong sương giá khắc nghiệt.

Bạn có thể dễ dàng lặp lại thí nghiệm này bằng cách trải đều đường cát hoặc muối lên đĩa. Dùng thìa ấn lớp này và bạn sẽ nghe thấy tiếng cọt kẹt nhẹ. Hãy thử làm ẩm đường hoặc muối hoặc làm tan chảy nhẹ đường cát (ví dụ: trong chảo rán) - tiếng kêu sẽ dừng lại.

Bây giờ chúng ta hãy để nó theo lời của Walker: “Đôi khi tuyết kêu cót két dưới chân, nhưng điều này chỉ xảy ra vào những ngày khi nhiệt độ không khí xuống dưới 0 đáng kể. Điều gì tạo ra âm thanh này và tại sao sự xuất hiện của nó lại phụ thuộc vào nhiệt độ?”

Kem bí ẩn

Khi kem lần đầu tiên xuất hiện, phương pháp làm ra nó được giữ bí mật chặt chẽ. Nhiều tòa án châu Âu đã cố gắng sử dụng tuyết hoặc băng để đóng băng hỗn hợp kem, đường và nước ép trái cây một cách vô ích. Hỗn hợp nguội đi, nhưng không đông cứng. Tôi đã phải dùng đến một phương pháp mà ngày nay chúng ta gọi là spinon công nghiệp. Họ đã tìm ra điều gì?

Walker viết: “Khi bà tôi làm kem ở nhà, bà lót đá vào lọ kem và rắc muối lên đá. Tại sao bà lại đổ muối?

Vì vậy, tất cả chỉ là muối thông thường. Thực hiện một số bán sỉ đơn giản trước khi trả lời Walker. Lấy tuyết hoặc đá nghiền rồi thêm dần muối vào, khuấy đều hỗn hợp. (Thật tuyệt, nhưng không cần thiết nếu trải nghiệm đi kèm với việc làm kem.)

Hóa ra nhiệt độ của hỗn hợp như vậy có thể hạ xuống -20°C.

Thông thường, muối ăn NaCl được sử dụng để làm mát. Nhưng những chất hiếm hơn cũng phù hợp: KCl, NaNO₃, v.v. “Nhà vô địch” trong việc hạ nhiệt độ hóa ra là CaCl₂. Bằng cách trộn 42 g muối này với 100 g đá tan, bạn có thể đạt được nhiệt độ -55°C!

Kết quả thí nghiệm của bạn là gì? Và tôi nên nói gì với Walker?

Nước nào sẽ đóng băng nhanh hơn?

“Ở các nước lạnh, chẳng hạn như Canada hay Iceland, người ta biết rõ rằng nước nóng, khi để ngoài trời lạnh, sẽ đóng băng nhanh hơn nước lạnh. Điều này có vẻ vô nghĩa đối với bạn, nhưng đây hoàn toàn không phải là câu chuyện của các bà già: ngay cả Francis Bacon cũng đã có lúc bác bỏ sự thật này.

Đổ đầy nước ấm và lạnh vào nhiều loại bình khác nhau rồi đặt chúng bên ngoài cửa sổ vào một ngày băng giá… Và đừng ngạc nhiên nếu trong bất kỳ bình nào, nước ấm đóng băng trước khi lạnh, nhưng hãy thử giải thích tại sao? (J. Walker).

Thật khó để thêm bất cứ điều gì vào điều này, có lẽ ngoại trừ một số lời khuyên: hãy lấy những chai có cổ hẹp và lọ rộng làm những chiếc bình có nhiều hình dạng khác nhau. Và một điều nữa: hãy nghĩ xem nhiệt độ của chất lỏng sẽ thay đổi như thế nào nếu bạn giảm áp suất trên bề mặt của nó và do đó, cho phép chất lỏng bay hơi mạnh hơn. (Bạn cũng có thể kiểm tra thí nghiệm tương ứng, sử dụng máy hút bụi thông thường để giảm áp suất.)

22

Trên kaka
Để giảm ma sát, chất bôi trơn được sử dụng trong công nghệ. Vai trò này có thể được thực hiện bằng nhiều vật liệu khác nhau, đôi khi là những vật liệu có vẻ kém chất lượng nhất. Ví dụ: hãy nói về trường hợp vai trò của chất bôi trơn được thực hiện bởi…
thép.
Vào cuối thế kỷ này, nhà công nghiệp người Anh Harvey đã gửi tới Nga các mẫu tấm giáp mới để bảo vệ tàu thuyền. Trong quá trình thử nghiệm, đạn pháo hạng nặng, thay vì xuyên qua các tấm, lại tự phá vỡ áo giáp mà không gây tổn hại cho những gì có thể ẩn giấu đằng sau nó. Nhưng người Nga yêu cầu lặp lại các cuộc kiểm tra. Và những quả đạn pháo bắt đầu làm vỡ các tấm áo giáp (và sau đó, sau một số cải tiến, chúng đục lỗ trên chúng).

Vấn đề hóa ra là những quả đạn pháo giờ đây đã được trang bị những chiếc mũ đặc biệt làm bằng thép nhẹ. Chiếc mũ được làm phẳng, tan chảy và một mặt giúp đạn không bị tách ra, mặt khác, nó có tác dụng như một loại chất bôi trơn khi xuyên qua tấm áo giáp. Người phát minh ra chiếc mũ lưỡi trai là nhà khoa học và thủy thủ tài năng người Nga, Đô đốc Makarov.

Vì vậy, dưới áp lực rất lớn, thép có thể đóng vai trò là chất bôi trơn. Và “tại sao giày trượt lại trượt trên băng?” (J. Walker). Chất bôi trơn trong trường hợp này là gì?

“Qua làn sương mù gợn sóng…”
Trong mùa đông ẩm ướt, ngày thường có sương mù. Người ta thường tin rằng sương mù có màu xám, nhưng điều này không phải lúc nào cũng đúng.

“Nghệ sĩ người Pháp Monet đã đến London và vẽ Tu viện Westminster. Monet làm việc vào một ngày sương mù bình thường ở London. Trong bức tranh của Monet, những đường nét chuẩn bị của tu viện hầu như không nổi lên từ sương mù. Bức tranh được vẽ một cách tài tình.

Khi bức tranh được trình diễn, nó đã gây hoang mang cho người dân London. Họ ngạc nhiên khi thấy sương mù của Monet có màu đỏ thẫm, trong khi mọi người đều biết rằng màu của sương mù là màu xám.

Sự táo bạo của Monet ban đầu gây ra sự phẫn nộ. Nhưng những người phẫn nộ khi đi ra đường phố London, nhìn vào sương mù và lần đầu tiên nhận thấy nó thực sự có màu tím,” K. Paustovsky viết trong cuốn sách “Bông hồng vàng”.

Walker cũng đồng tình với Monet: “Tại sao sương mù bao phủ thành phố lại có màu nâu?” - anh hỏi.

Câu hỏi về nguyên nhân gây ra sương mù màu không phải là một câu hỏi dễ dàng. Lẽ ra chúng ta không nên dùng đến nó vào phút cuối. Quan sát màu sắc của sương mù ở thành phố và nông thôn. Hoặc có thể bạn thậm chí có thể tiến hành các thử nghiệm và thu được những “sương mù” có màu sắc khác nhau?