Những chiếc ống "ma"

24

KVAN T 2018/№10

Những chiếc ống “ma”

E.BAKAEV, A.VESNIN

NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN SENJU ở Tokyo hoạt động từ năm 1926 đến năm 1963. Những ống khói “ma” của nó vẫn còn tồn tại trong nhiều bức ảnh và phim thời bấy giờ và trở thành một trong những biểu tượng của khu vực. Nhà máy điện có 4 ống khói khổng lồ, cao 83,5 mét và rộng 5–6 mét. Vào thời điểm xây dựng, chúng là công trình kiến ​​trúc cao nhất ở Tokyo. Tại sao họ lại bị gọi là “ma quái”? Hai lời giải thích có thể được đưa ra. Theo người đầu tiên, khói từ những đường ống này trông giống như một bóng ma - nhà máy điện này là dự phòng, và khói xuất hiện hiếm khi và bất ngờ. Theo một phiên bản khác, các đường ống được đặt tên như vậy vì đặc tính thú vị của chúng: tùy theo nhìn từ phía nào của nhà máy điện, dường như có 4, 3, 2 hoặc thậm chí chỉ có 1 đường ống. Ví dụ, trong Hình 1 bạn có thể thấy 4 ống.

Cách bố trí đường ống gần giống như trong Hình 2 (nhìn từ trên xuống). Các đường ống được biểu thị bằng bốn vòng tròn, tâm của chúng tạo thành một hình thoi thon dài. Các mũi tên chỉ ra 4 hướng từ đó bạn có thể thấy số lượng ống cần thiết. Khi nhìn dọc theo hướng thứ nhất, sẽ có vẻ như có một ống rộng (Hình 3), vì ống gần nhất là Hình. Ống thứ 2 sẽ chặn một trong các ống và khoảng cách giữa hai ống còn lại.

Hình 3

Hình 1

Làm thế nào các ống có thể được định vị sao cho tính chất này được đáp ứng? lời giải được trình bày dưới đây, nhưng chúng tôi khuyến khích người đọc tự mình suy nghĩ về câu hỏi này trước.

Hướng thứ hai chạy song song với các cạnh của hình thoi, nếu nhìn từ xa thì hai ống này sẽ gần như chặn hoàn toàn hai ống còn lại (Hình 4). Nếu bạn nhìn từ hướng thứ ba, một ống sẽ được đóng hoàn toàn, trong khi ba ống còn lại sẽ được nhìn thấy (Hình 5). Tất cả bốn ống đều có thể nhìn thấy được từ nhiều hướng, chẳng hạn như từ hướng thứ tư. Như một bài tập, hãy tìm cách sắp xếp 5 ống sao cho từ các góc khác nhau bạn có thể nhìn thấy tất cả các số ống từ 1 đến 5. Chúng tôi gợi ý

25

“Lượng tử”

VÌ

ML ĐỊA NGỤC

SHK O LNIK O V

Hình 5

Hình 4

(Bắt đầu $см.^{на}$ trang 14) giao điểm của các đường chéo của tứ giác KLMN và ABCD trùng nhau. Khi đó chỉ cần sử dụng định lý chính của bài “Polar” là đủ. Rõ ràng là với một cách dựng có thể vẽ các tiếp tuyến qua hai điểm cho trước (E và F), trừ khi các điểm này là hai đầu có cùng đường kính. Cách xây dựng này trông rất đẹp, tuy nhiên, đừng quên rằng ở đây chúng ta đã hai lần sử dụng một “chương trình con” phức tạp để dựng các tiếp tuyến từ một điểm nằm bên ngoài đường tròn. Thảo luận về chủ đề này, chúng ta hãy nhớ lại một cách dựng cổ điển khác về tiếp tuyến của một đường tròn đi qua một điểm nằm trên đường tròn này. Ngoài $точки^{E}$ này, chúng tôi chọn thêm bốn $точки:^{A,} B,^{C,} D$ trên vòng tròn (Hình 2). Vẽ các đường thẳng AB, BC, CD, DE, EA (đối với các điểm trong hình 2 ta có

Hình 2

cũng giải được bài toán tương tự cho 6 ống. Thông tin và hình ảnh do Công ty Điện lực Tokyo công bố được lấy từ trang v.ht/tepco của adachi.ne.jp. Ví dụ, có thể thấy những cảnh quay khác về những chiếc ống “ma” ở đầu phim “Nơi có thể nhìn thấy ống khói nhà máy” (xem youtube.be/e48UsS5BY54).

ngôi sao năm cánh). Tiếp theo, ta vẽ đường thẳng p đi qua giao điểm của các cặp $прямых^{AB,} DE и^{EA,}$ CD. Gọi X là giao điểm của hai đường thẳng $^{BC}$ và p (trong trường hợp tổng quát, các đường thẳng này sẽ không song song). Khi đó đường thẳng XE sẽ là tiếp tuyến cần tìm. Cơ sở lý luận của phương pháp này dựa trên định lý Pascal cho sáu $точек^{ABCDEE}$ (với bội số $точкой^{E):}$, nếu sáu $точек^{A,} B,^{C,} D,^{E,} F$ nằm trên một đường tròn thì giao điểm của cặp $прямых^{AB} и^{DE,} BC и^{EF,} CD$ và FA nằm trên cùng một đường thẳng. Chúng ta có $точки^{E}$ và F hợp nhất thành một $точку^{E}$ và thay vì $прямой^{EF}$ chúng ta lấy tiếp tuyến trên các đường tròn trong $точке^{E.}$ Lưu ý rằng ở đây chúng ta chỉ cần vẽ bảy đường thẳng (đường thẳng vẽ thứ bảy đã là tiếp tuyến cần thiết). Tóm lại, hãy xem cấu trúc bài toán của chúng ta thay đổi như thế nào nếu, ngoài thước kẻ, chúng ta cho phép mình sử dụng la bàn Trong bộ sưu tập bài toán tương tác trên hình học Euclidea (www.euclidea.xyz) có điều này: vẽ tiếp tuyến với một đường tròn đi qua một điểm, nằm. trên vòng tròn này, chỉ vẽ ba đường thẳng (đường thứ ba phải là tiếp tuyến bắt buộc). Chúng tôi đặt cấu trúc đẹp mắt này ở cuối tạp chí. Người đọc có thể thử tự mình nghĩ ra lời giải và xem việc bổ sung la bàn sẽ tạo ra bộ công cụ mạnh mẽ hơn như thế nào.

27

TRƯỜNG HỌC

TRONG

“QUANTE”

Hình 2. a) Sự thay đổi của x theo thời gian gồm các phần hình sin. Tại các điểm A và B dấu (hướng) của lực ma sát khô đổi chiều; tại điểm C quả bóng dừng lại. b) Mặt phẳng pha của dao động khi ma sát khô - các hình bán nguyệt xen kẽ tâm tại các điểm x, x, x. c) Sự phụ thuộc của lực ma sát khô vào tốc độ là không đổi từng phần

Học sinh có năng lực đã nhận ra điều đó: ngay cả khi giả định được chấp nhận rằng độ lớn của lực ma sát không phụ thuộc vào tốc độ của vật là đúng, thì vẫn cần phải tính đến sự phụ thuộc vào hướng của lực ma sát. Điều này có nghĩa là quả bóng, chuyển động sang trái dưới tác dụng của lực phục hồi độ đàn hồi của lò xo và vượt quá vị trí cân bằng (x = 0) do quán tính, sẽ nén lò xo, dừng lại một lúc rồi bắt đầu chuyển động sang phải. Nhưng đồng thời, dấu của lực ma sát cũng sẽ thay đổi: lúc này nó sẽ hướng sang trái, lại ngược với hướng vận tốc. Vì vậy, trong phương trình (1), sẽ đúng hơn nếu viết lực ma sát như sau: $F_{тр} F_{x} mg_{y}$ Dấu P $v_{x}$, trong đó dấu $v_{x}$ là hàm không liên tục, nghĩa đơn giản là “dấu $v_{x}$”. Nó còn được gọi là từng bước, hằng số từng phần, rơle (chuyển mạch). Đồ thị của lực ma sát này được thể hiện trên Hình 2, c. Do đó, vectơ của lực ma sát khô phụ thuộc rất nhiều vào tốc độ, mặc dù một trong những mô hình vật lý giả định mô đun của nó không đổi. Theo Hình 2, a (xem các vạch màu), sau khi hoàn thành một số dao động hữu hạn, quả bóng sẽ nằm trong vùng tĩnh x x x với vận tốc bằng 0 (điểm C trong Hình 2, a, b), trong khi một phần năng lượng tích trữ tại thời điểm ban đầu sẽ vẫn ở dạng thế năng của lò xo vẫn bị nén nhẹ. Tại tất cả các điểm của dải này, độ biến dạng của lò xo không đủ để thắng lực ma sát. Một số dao động hữu hạn là dấu hiệu đặc trưng của sự có mặt của ma sát khô. Khi dừng lại, gần như tất cả

động năng được chuyển hóa thành nhiệt năng. Đó là lý do tại sao họ dụi mũi khi trời lạnh (xem biểu đồ). Và sau đó, cậu sinh viên có năng lực đã nảy ra ý tưởng bỏ qua lực hấp dẫn (ví dụ, thực hiện một thí nghiệm táo bạo trong thang máy đang rơi hoặc trong cabin vệ tinh), nhưng đồng thời quay ống quanh một trục đi qua điểm cố định của lò xo, với vận tốc góc không đổi $Z_{y}$ (Hình 3). Sau đó tốc độ

Hình 3. Ống có quả bóng quay với vận tốc góc không đổi $Z_{y}$. Khi quả bóng chuyển động dọc theo trục của ống sẽ xuất hiện một lực ép $F_{M}$ hướng về bên phải so với hướng chuyển động

một quả bóng trong hệ tọa độ cố định sẽ có hai thành phần: hướng tâm $v_{x}$ và phương vị $v_{M} Z_{y} x$. Di chuyển dọc theo trục x trong thời gian ’ t đến một khoảng ’ x, quả bóng sẽ rơi vào vùng có giá trị x ngày càng lớn và do đó có giá trị tốc độ ngày càng lớn $v_{M}$, và sẽ “có cảm giác” rằng thành ống liên tục ấn vào nó từ bên phải. Và đến lượt anh ta tạo áp lực lên ống quay, cố gắng duy trì (bằng quán tính)

Hãy nhìn những ngôi sao không có tia sáng. Điều này có thể đạt được bằng cách quan sát chúng qua một lỗ nhỏ được làm bằng đầu kim mỏng và đặt gần mắt. Leonardo da Vinci

…nếu ánh sáng cần có thời gian thì khoảng cách ba dặm cũng đủ để phát hiện ra độ trễ. Nếu thí nghiệm được thực hiện ở khoảng cách, chẳng hạn như 10 dặm, thì bạn có thể nhìn thấy ánh sáng yếu từ đèn pin ở xa bằng kính viễn vọng. Galileo Galilei

…tất cả các ngôi sao… đều được hình thành bởi cùng một quá trình. Họ có thể trông giống như nhà máy

các sản phẩm khác nhau được thực hiện bởi cùng một máy. Quần jean James

Chúng ta đang ở trước một kỷ nguyên mới trong vật lý thiên văn, khi thông tin về các thiên hà xa xôi sẽ thu được bằng cách nghiên cứu ảnh hưởng của lực hấp dẫn của chúng lên ánh sáng đến từ những vật thể ở xa hơn. Tulio Rege

… dựa trên các định luật vật lý cơ bản, chúng ta thường chỉ ra chính xác (và đôi khi gần như chính xác) những gì đang xảy ra trên các vì sao. Đây là cách vật lý giúp thiên văn học. Richard Feynman

Nó có quen thuộc với bạn không?

?

vật lý thiên văn

“Atron” trong tiếng Hy Lạp có nghĩa là “ngôi sao”, nhưng vật lý thiên văn nghiên cứu nhiều thứ hơn là chỉ các ngôi sao. Tuy nhiên, hôm nay, trong số báo thiên văn cuối cùng của Kính vạn hoa, chúng ta sẽ chủ yếu nói về chúng. Hãy hy vọng rằng trong những số báo này chúng ta có thể chỉ ra được mối liên hệ chặt chẽ giữa vật lý học và tất cả các ngành thiên văn học, bao gồm cả những ngành dành cho các vì sao. Thật vậy, làm sao người ta có thể hiểu được các quá trình xảy ra trong các ngôi sao nếu không biết các tính chất của tương tác ánh sáng, điện từ và hấp dẫn, cũng như không hiểu vật chất có thể hành xử như thế nào nếu nó ở trong những điều kiện khắc nghiệt không có trên Trái đất? Tất nhiên, vật lý đã có đóng góp to lớn cho việc nghiên cứu các vật thể vũ trụ ở nhiều quy mô khác nhau, đưa ra ý tưởng về sự thống nhất của thế giới xung quanh chúng ta và giúp xây dựng được bức tranh về Vũ trụ. Nhưng điều ngược lại cũng đúng: thông tin mới về các ngôi sao ở xa đã bổ sung thêm kiến ​​thức của chúng ta về những gì có thể xảy ra trên Trái đất cũng như về bản thân và khả năng của chúng ta. Hãy tự mình đánh giá sự tiến bộ góp phần tạo nên những hy vọng này. Tàu thăm dò Voyager 1, được phóng vào năm 1977, “chỉ” chạm tới ranh giới của hệ mặt trời trong 35 năm. Và ngày nay “đầu dò nano” đã được thiết kế để có thể tiếp cận ngôi sao gần nhất của chúng ta, Alpha Centauri, nằm ở cách xa hơn hàng nghìn lần, chỉ trong 20 năm! Cuộc tấn công khoa học vào không gian, chắc chắn sẽ được theo sau bởi hoạt động khám phá nó, vẫn tiếp tục. Bạn cũng có thể tham gia vào nó. Per aspera ad astra!

Câu hỏi và bài toán

1. Tại sao bạn không thể nhìn thấy các ngôi sao vào ban ngày? 2. Tháng 7, 12 giờ trưa. Những ngôi sao có thể nhìn thấy trên bầu trời? 3. Những vật thể nào của hệ mặt trời có thể (ít nhất là đôi khi) được quan sát thấy trong chòm sao Ursa Major? 4. Tại sao nó có vẻ sáng hơn khi một ngôi sao mọc lên phía trên đường chân trời? 5. Một ngôi sao có thể được coi là nguồn sáng điểm không? 6. Các ngôi sao khác với các hành tinh như thế nào? 7. Trong bất kỳ kính thiên văn nào, các ngôi sao đều có thể nhìn thấy được dưới dạng các điểm sáng. Ưu điểm của việc quan sát các ngôi sao qua kính thiên văn so với quan sát bằng mắt thường là gì? 8. Các thiết bị quan sát thiên văn được lắp đặt trên tàu vũ trụ nhằm mục đích gì? 9. Các ngôi sao có chuyển động tương đối với nhau không? Họ có thể va chạm?

10. Tại sao hầu hết các ngôi sao và hành tinh đều có hình dạng gần giống hình cầu? 11. Những thiên thể nào có nhiệt dung âm? 12. Bức xạ sao là gì? 13. Tại sao các ngôi sao lạnh có màu đỏ, trong khi các ngôi sao nóng có màu trắng? 14. Làm thế nào chúng ta có thể giải thích rằng trong quá trình chuyển động hàng năm của Trái đất, các vạch trong quang phổ của các ngôi sao mà Trái đất tiến tới bị dịch chuyển về phía tím? 15. Nguồn năng lượng của các ngôi sao là gì? 16. Có thể phát hiện ra lỗ đen không? 17. Người Hy Lạp cổ đại có thể “nhìn” về quá khứ bao xa khi chiêm ngưỡng bầu trời đầy sao?

Kinh nghiệm vi mô

Cố gắng lặp lại trải nghiệm được mô tả trong đoạn văn đầu tiên. Bạn có thực sự nhìn thấy một ngôi sao không có tia sáng không? Tại sao?

Thật thú vị rằng…

…việc chia bầu trời thành các chòm sao là chủ quan. Vì vậy, 7 ngôi sao của chòm sao Bắc Đẩu quen thuộc ở Trung Quốc từ lâu đã được phân bổ thành hai chòm sao, gồm ngựa và xe ngựa…. Pythagoras tin rằng một số tầng trời quay quanh Trái đất - những quả cầu rỗng trên đó các hành tinh và các ngôi sao được cố định. Ông coi tất cả các ngôi sao sáng này (bao gồm cả Mặt trời) là các lỗ trong các quả cầu tối, qua đó có thể nhìn thấy “ngọn lửa thiên đường” lấp đầy Vũ trụ…. thông tin mà Galileo thu được bằng kính thiên văn đã trở thành kết quả đầu tiên của vật lý thiên văn thực nghiệm. Vì vậy, có nhiều ngôi sao hơn người ta nghĩ trước đây; các tinh vân, bao gồm cả Dải Ngân hà, xuất hiện dưới dạng những bộ sưu tập sao khổng lồ; những ngôi sao nhỏ gần Sao Mộc thực ra lại là vệ tinh của nó. Là người đầu tiên sử dụng cụm từ “tốc độ ánh sáng”, Galileo đề xuất sử dụng kính viễn vọng trong một thí nghiệm trên trái đất để đo nó…. đối với những cư dân lâu đời của “vườn thú sao” - các sao lùn trắng và đỏ - các sao lùn “nâu” gần đây đã được thêm vào. Chúng là những thiên thể có khối lượng lớn hơn khối lượng của một hành tinh nhưng nhỏ hơn khối lượng của một ngôi sao. Phản ứng nhiệt hạch trong đó có sự tham gia

đồng vị ánh sáng $водорода^{1} H$ không thể bắt đầu, nhưng chúng vẫn phát ra tia hồng ngoại do bị nén chậm dưới tác động của trọng lực…. cách đây hơn nửa thế kỷ, các ẩn tinh đã được phát hiện - những ngôi sao có từ trường mạnh nhất được biết đến trong tự nhiên. Chúng hóa ra là những ngôi sao neutron bị từ hóa quay nhanh - những hạt nhân nguyên tử đặc biệt, cực kỳ giàu neutron… Không thể “nhìn thấy” một lỗ đen, vì không có gì, kể cả một chùm ánh sáng, có thể vượt qua trường hấp dẫn khổng lồ của nó. Tuy nhiên, có nhiều cách để có thể phát hiện ra nó (bài toán 19)… vào đêm 23-24 tháng 2 năm 1987, các nhà thiên văn học trên Trái đất đã quan sát thấy một vụ nổ siêu tân tinh. Tuy nhiên, vụ nổ của nó đã xảy ra sớm hơn 180 nghìn năm, vì phải mất rất nhiều thời gian để ánh sáng vượt qua khoảng cách ngăn cách chúng ta. Và vài năm trước, kính viễn vọng không gian Hubble và Spitzer đã phát hiện ra thiên hà xa nhất, ánh sáng từ đó truyền tới Trái đất trong 13,2 tỷ năm… việc tìm kiếm các hành tinh ngoài Trái đất đã giúp khám phá ra một hệ thống đáng kinh ngạc. Ngoại hành tinh quay quanh một ngôi sao đôi. Ở khoảng cách 1000 đơn vị thiên văn ngoài quỹ đạo của nó quanh hai ngôi sao bên trong, có thêm hai hành tinh bên ngoài quay.

Những gì cần đọc trong «Kvant» về vật lý thiên văn

(xuất bản những năm gần đây)

1. “Đâu là đường chân trời hay rìa của Vũ trụ?” – 2013, số 5/6, tr.2; 2. “Từ một inch đến vũ trụ” - 2016, Phụ lục số 2, tr. 155; 3. “Vũ trụ học của Friedman: những ngọn núi có thật và tiềm năng” – 2017, số 1, tr. 2; 2017, không. 2, tr.9; 4. “Thiên văn học đã trở lại trường học” – 2017, số 12, tr.2; 2018 số 1, tr. 2; 5. “Vật lý thiên văn trong kỳ thi Vật lý thống nhất cấp Nhà nước” – 2018, số 1, tr. 42; 6. “Sự ra đời của Thiên văn học Sóng hấp dẫn” – 2018, Số 3, tr. 14; 7. “Qua gai tới các vì sao” – 2018, số 6, tr. 34;

2. “ITER – Sao Trái Đất” – 2018, số 8, tr.2; 9. “ITER – Hôm nay” – 2018, số 10, tr.2.

Tài liệu do A. Leonovich chuẩn bị