Bạn có quá quen thuộc với vật lý + sinh thái?

Trái đất không thuộc về chúng ta; Con cái chúng tôi đã cho chúng tôi mượn nó. Tục ngữ Ấn Độ

Người ta phải tiếp cận thiên nhiên một cách tôn trọng và chậm rãi để đạt được điều gì đó từ nó. Johann Wolfgang Goethe

Chúng ta không được phép cho phép con người tự hủy diệt những thế lực tự nhiên mà họ có thể khám phá và chinh phục. Frederic Joliot-Curie

Con người phải thừa nhận mình là một phần của hệ thống phân cấp công nghệ trong sinh quyển, nơi tự nhiên và nhân tạo tương tác với nhau.

công nghệ và vị trí của nó trước bài toán – quy định toàn bộ tập hợp công nghệ trong sinh quyển. Alexander Ugolev

Chúng tôi sử dụng thời gian phơi sáng rất ngắn và thậm chí sau đó chúng tôi thấy rằng có tới 96% vi khuẩn bị tiêu diệt bởi bức xạ tia cực tím trong 6 giờ. Andre Schurger

Một phần đáng kể của các quan sát thiên văn… có liên quan đến việc theo dõi các mảnh vụn vũ trụ để cảnh báo người trái đất và công nhân tại các trạm vũ trụ quốc tế. Vladimir Surdin

Bạn có thực sự quen thuộc với điều này?

VẬT LÝ + SINH THÁI

Sinh thái học ngày nay là một phức hợp các ngành khoa học nhằm quản lý môi trường hợp lý và bảo vệ các sinh vật sống. Trải qua hàng triệu năm, thiên nhiên đã “học” cách vượt qua những thay đổi của thiên nhiên và thảm họa, phát triển nhiều cách khác nhau để thích nghi với chúng. Nhưng trong một khoảng thời gian ngắn mang tính lịch sử, con người đã nhân lên gấp bội tác động tiêu cực của công nghệ lên môi trường, đe dọa sự an toàn của toàn bộ quần thể sinh vật. Đây là sự góp phần vào sự nóng lên toàn cầu, sự gia tăng chất thải công nghiệp và sinh hoạt, ô nhiễm điện từ, ô nhiễm phóng xạ, xả rác gần không gian… Rõ ràng là nếu không áp dụng cẩn thận và cân bằng các thành tựu của chính khoa học, bao gồm cả vật lý, thì không thể đối phó với những hậu quả bất lợi của tiến bộ khoa học và công nghệ. Vì vậy, trong nhiều chủ đề học đường, chúng ta đôi khi phát hiện ra một thành phần môi trường một cách bất ngờ.

Câu hỏi và bài toán

1. Đất nông nghiệp trên bờ biển Hà Lan được rào chắn khỏi đại dương bằng đường đắp cao. Tại sao? 2. Khí nén được cung cấp cho trạm quỹ đạo có tạo ra áp suất lên thành xi lanh trong những điều kiện chưa xác định không?

?

somosti? Liệu xe tăng trên trạm có bền như trên Trái đất? 3. Tại sao carbon monoxide (CO) đi vào cơ thể nhanh hơn oxy? 4. Kích thước cơ thể của động vật trong môi trường sống lạnh lớn hơn nhiều so với họ hàng phía nam của chúng (ví dụ, so sánh gấu Bắc Cực và gấu nâu). Làm thế nào chúng ta có thể giải thích điều này? 5. Tại sao không nên tưới cây bằng nước đun sôi? 6. Vào mùa xuân, sương giá xuất hiện trên cây vào buổi sáng. Nó ảnh hưởng đến nhiệt độ của họ như thế nào? 7. Ở tất cả các bộ phận của thực vật vùng núi cao, lượng đường tích tụ nhiều hơn so với những cây nằm ở vùng bên dưới. Điều này được kết nối với cái gì? 8. Tại sao ô nhiễm không khí từ chất thải công nghiệp lại dẫn đến suy giảm sông băng trên núi? 9. Một số khu vực trong thành phố, đặc biệt là trung tâm thành phố, có xu hướng ấm hơn vùng ngoại ô. Làm thế nào để giải thích điều này? 10. Các trung tâm công nghiệp nằm ở vùng có khí hậu ẩm ướt gây ô nhiễm bầu không khí nhiều hơn. Tại sao? 11. Vào ban đêm, người ta quan sát thấy ánh sáng màu cam bẩn thỉu trên các thành phố xa xôi. Lý do cho điều này là gì?

12. Khí thải ô tô góp phần rất lớn vào ô nhiễm không khí. Có thể tìm thấy nhiên liệu có sản phẩm đốt thân thiện với môi trường? 13. Tại sao phơi nắng vào buổi sáng hoặc buổi tối lại ít nguy cơ bị bỏng hơn? Tại sao hiện tượng rám nắng không xảy ra sau kính? Tại sao làn da rám nắng xuất hiện nhanh hơn ở vùng núi và trên bãi biển? 14. Nhiều loại cây rụng lá vào mùa đông. Làm sao chúng “biết” đã đến lúc phải rời bỏ những chiếc lá? 15. Động vật nào có khả năng phản ứng với bức xạ phóng xạ? 16. Tại sao strontium-90 được coi là nguyên tố phóng xạ nguy hiểm nhất đối với cơ thể sống? 17. Những đặc điểm nào của chì và cadmium cho phép một lớp làm từ chúng có tác dụng bảo vệ đáng tin cậy chống lại bức xạ xuyên thấu?

Kinh nghiệm vi mô

Chuyển ánh nhìn của bạn từ đèn sợi đốt sang đèn huỳnh quang. Cảm xúc của bạn đã thay đổi như thế nào? Tại sao?

Thật thú vị rằng…

…thuật ngữ “sinh thái học” được đề xuất vào năm 1866 bởi nhà tự nhiên học người Đức Ernst Haeckel và ban đầu biểu thị một ngành học được cho là nghiên cứu mối quan hệ của các sinh vật và cộng đồng mà chúng hình thành giữa chúng và với môi trường. …bức xạ nhiệt của Trái đất được hấp thụ chủ yếu bởi hơi nước, mây và carbon dioxide. Nồng độ tương đối của $CO_{2}$ trong khí quyển đã tăng lên nhiều đến mức trong 100 năm qua, nhiệt độ trung bình của Trái đất đã tăng nửa độ. …một hậu quả khó chịu khác của hiện tượng nóng lên toàn cầu, đó là nhiệt độ môi trường xung quanh tăng lên, dẫn đến hiệu suất của các nhà máy nhiệt điện giảm đáng kể. …sản lượng hàng năm của các nguồn dòng hóa chất lên tới hàng tỷ đơn vị; Nếu bạn bật tất cả chúng cùng một lúc, bạn có thể có được nguồn điện tương đương với tất cả các nhà máy điện trên thế giới. Việc thải bỏ chúng là một vấn đề môi trường lớn. …vào năm 1967, dưới sự bảo trợ của Liên Hợp Quốc, Hiệp ước Ngoài Không gian đã được ký kết, trong đó, cùng với những điều khác, xác định mức độ vô trùng của tàu vũ trụ nhằm giảm nguy cơ ô nhiễm các hành tinh khác bởi các vi sinh vật trên cạn. …người giữ kỷ lục thực sự về độ nhạy trong số các phương pháp vật lý là phân tích kích hoạt neutron (NAA), cho phép tìm ra không chỉ về mặt định tính mà còn về mặt định lượng, có bao nhiêu nguyên tử của một đồng vị cụ thể có trong một mẫu. Với sự trợ giúp của nó, người ta đã có thể xác định được nồng độ các nguyên tố độc hại trong bọt biển Baikal, xác nhận sự ô nhiễm của hồ bằng kim loại nặng. …các thí nghiệm trên máy gia tốc hạt tích điện, trong số những thứ khác, phục vụ cho lời giải các vấn đề về sinh học bức xạ liên quan đến việc thực hiện các chuyến bay có người lái dài hạn tới Mặt trăng và Sao Hỏa, cụ thể là đánh giá rủi ro bức xạ của các phi hành gia. …ở miền nam nước Pháp, dự án xây dựng lớn nhất thế kỷ 21 vẫn tiếp tục - xây dựng lò phản ứng nhiệt hạch, báo trước sự khởi đầu của sự phát triển năng lượng sạch và an toàn.

Những gì cần đọc trong «Kvant» về sự kết hợp giữa vật lý và sinh thái

(xuất bản những năm gần đây)

1. “Vật liệu hoạt động – thích ứng và bảo vệ” – 2016, Số 5-6, trang 6; 2. “Thiên văn học đã trở lại trường học” – 2017, số 12, tr.2; 2018, số 1, tr. 2; 3. “Hướng gió và nắng” – 2019, số 9, tr.2; 4. “Hít thở vì sức khỏe của bạn!” – 2020, số 4, tr. 29; 5. “Thủy ngân và nước – khuếch tán và bay hơi” – 2021, số 1, tr.42; 6. “Khí quyển Trái đất và Năng lượng Hiện đại” – 2021, Số 11-12, trang 5; 7. “Nobeliad-21” – 2022, số 2, tr. 22.

Tài liệu do A. Leonovich chuẩn bị

46

KVAN T 2023/№2

mới, nhưng huyền diệu, tức là tuyến tính, nhưng có một cục pin hoặc bộ tích điện nhỏ được tích hợp bên trong nó. Hãy bắt đầu với tùy chọn cuối cùng – là tùy chọn đơn giản nhất. Chúng ta hãy vẽ một mạch trong đó không phải một điện trở đơn giản và trung thực được kết nối với nguồn điện áp, mà là một mạch ma thuật - một hộp, bên trong có một điện trở tuyến tính trung thực thông thường được nối nối tiếp và một nguồn EMF khác có điện áp $U_{x}$ (Hình 4). Bạn

Cơm. 4

bạn có thể, mà không cần giải các phương trình, nói rằng bài toán đã được giải - độ dốc của đồ thị phụ thuộc I U, được xác định bởi giá trị của R, vẫn giữ nguyên và việc thay đổi giá trị của $U_{x}$ cho phép bạn di chuyển đồ thị song song với chính nó. Nhưng giám khảo rất có thể sẽ muốn các phương trình. Chà, hãy viết chúng ngay bây giờ và nhận các biểu thức cho R và $U_{x}$ đến $U_{1}, U_{2}, I_{1}, I_{2}$ (Hình 5).

Cơm. 5

Hãy để giám khảo hài lòng với khả năng kháng phép của bạn. Nhưng có một mối nguy hiểm ở đây, và nhân tiện, khi giao tiếp với một giám khảo thông minh thì điều đó luôn ở đó. Một giám khảo thích ý tưởng của bạn về khả năng kháng phép thuật có thể đưa ra một phiên bản khác của phép lạ này - không phải theo chuỗi mà song song, một nguồn EMF bổ sung và một nguồn kháng phép thông thường được kết nối. Hãy xem xét lựa chọn này cho chính mình. Bây giờ chúng ta hãy chuyển sang một trường hợp truyền thống hơn - điện trở phi tuyến. Trong khóa học ở trường, những phản kháng như vậy được đề cập, thậm chí đôi khi còn đưa ra những ví dụ. Đây là một diode bán dẫn, một diode chân không và phóng điện khí. Từ

Không có lý thuyết nào về các thiết bị này trong khóa học ở trường, khi đó có thể nói liệu thông qua ba điểm đã cho, tức là $x_{1}, y_{1}, x_{2}, y_{2}, 0, y 0$, có khó thực hiện được đặc tính dòng điện-điện áp của bất kỳ thiết bị nào trong bài viết này hay không. Nhưng có một trường phái trung gian, khá bài toán - bạn được cung cấp đặc tính dòng điện-điện áp của một số điện trở phi tuyến và được yêu cầu kết hợp một mạch từ nó với các điện trở tuyến tính thông thường và thu được đặc tính dòng điện-điện áp đi qua ba điểm đã cho này. Nhân tiện, bạn có thể muốn xem xét điều này bài toán nếu bạn được cung cấp một diode bán dẫn lý tưởng hóa làm phần tử phi tuyến. Gợi ý: Xem những đặc tính dòng điện-điện áp bạn có thể nhận được bằng cách mắc nối tiếp và song song một diode và một điện trở. Về điện trở phi tuyến, việc hiểu điều này sẽ rất hữu ích. Tính phi tuyến của lực cản, tức là sự không tuân theo định luật Ohm của nó có thể có nhiều loại. Ví dụ, nó có thể liên quan đến các đặc tính của môi trường mà dòng điện chạy qua - đây là trường hợp của một diode bán dẫn. Nhưng một tình huống khác cũng có thể xảy ra - tính phi tuyến cũng có thể liên quan đến các tính chất của môi trường, nhưng tùy thuộc vào sự hiện diện và cường độ dòng điện chạy qua nó. Đây là trường hợp phóng điện bằng khí, thiết bị chân không, đôi khi là chất bán dẫn, chất điện môi và thậm chí chỉ là kim loại! Đối với sự phóng điện trong chất khí, tình huống như sau: khi không có dòng điện, môi trường gần như là một chất điện môi, tức là gần như chỉ là chất khí. Trong chân không, nếu không có dòng điện thì hầu như không có gì cả - đây là chân không! Trong chất bán dẫn và chất điện môi, dưới những điều kiện nhất định, có thể tăng số lượng electron tự do có thể mang điện tích. Và tình huống đơn giản nhất là ở kim loại, như Joule và Lenz đã dạy chúng ta - kim loại bị nung nóng bởi dòng điện và điện trở của nó tăng lên. Môi chất thay đổi dưới tác dụng của dòng điện. Một tình huống khác: dòng điện có thể không làm thay đổi tính chất của môi trường nhưng từ trường của nó có thể nén nó về phía trục của dây dẫn. Trong trường hợp này, mặt cắt ngang qua đó phần lớn dòng điện giảm đi và điện trở (bạn nhớ rằng R U L S) tăng lên. Hiệu ứng này rõ ràng hơn trong chất bán dẫn.

47

THUỘC VẬT CHẤT

Chà, tất cả các bạn đều đã thấy nó trong một vụ xả khí. Đó là lý do tại sao sét tương đối mỏng, tức là đường kính của kênh phóng điện nhỏ hơn nhiều so với chiều dài của tia sét. Chà, lựa chọn cuối cùng, bí ẩn nhất đối với bạn. Khi tần số tăng lên, dòng điện sẽ bị ép lên bề mặt - đây là hiệu ứng trên da. Nếu ai trong số các bạn đã rút ruột một sợi cáp truyền hình, có thể bạn sẽ thắc mắc tại sao bề mặt lại bị bạc? Nhân tiện, vấn đề ở đây không chỉ là điện trở của bạc nhỏ hơn điện trở của đồng (thường thì đây là những gì họ viết trong sách), tình hình còn tinh tế hơn. Điện trở của bạc hơi khác so với đồng và nếu lớp phủ bạc được mạ điện thì điện trở của nó có thể lớn hơn một chút và nhìn chung có thể không nhỏ hơn điện trở của đồng. Vấn đề với đồng là nó bị oxy hóa trong không khí, các hợp chất của nó trở thành chất bán dẫn và chúng hấp thụ sóng điện từ. Nhân tiện, vào buổi bình minh của thiết bị điện tử, các hợp chất đồng thường được sử dụng làm vật liệu cho điốt bán dẫn - cái gọi là bộ chỉnh lưu cuprox (Hình 6).

Cơm. 6

Tuy nhiên, “trường học” đơn giản và nhất đáp số khi được hỏi về hai điểm và đề xuất rút ra điều gì đó thông qua chúng là hỏi về các lỗi. Vì vậy, hãy nói về lỗi. Đôi khi họ nói rằng trong vật lý, tất cả các đại lượng đều được xác định với một số loại sai sót, nhưng thực tế không phải vậy. Có những đại lượng có thể được xác định chính xác. Ví dụ: đây là một số đại lượng chỉ có thể nhận một số giá trị hữu hạn. Mặc dù ở đây mọi thứ không đơn giản - ví dụ, sau giá trị tốc độ ánh sáng tính bằng đơn vị SI, nó được viết một cách đơn giản và rõ ràng “chính xác”. Nhưng đây là một câu hỏi đo lường hơi khác một chút

FAC U L TATIVE

(ví dụ, nó được mô tả rõ ràng ở đây: https: habr.com ru post 407675). Các đại lượng có vô số giá trị cũng có thể được xác định chính xác - ví dụ: nếu chúng là số nguyên. Giả sử, số lượng một thứ gì đó riêng biệt, chẳng hạn như các bài kiểm tra trong nửa năm hoặc số điểm trong Kỳ thi Thống nhất. Đúng là trong vật lý không có gì là vô hạn, thậm chí cả số lượng electron trong Vũ trụ, nhưng chúng ta đừng nói về những điều khủng khiếp. Đây là một câu hỏi hài hước: có phải luôn luôn có thể xác định chính xác một đại lượng có thể lấy một tập hợp giá trị vô hạn nhưng đếm được làm số nguyên? Hóa ra là không. Cho một giá trị nhất định lấy các giá trị 0 (không) và tất cả các giá trị 1 n, trong đó n là số nguyên. Đại lượng này có vô số giá trị mà nó có thể lấy chính xác, nhưng có một giá trị chắc chắn không thể! Bạn có thể đã đoán được cái nào, hiểu tại sao và có thể chứng minh điều đó. Tuy nhiên, hãy chuyển sang các tình huống vật lý hơn. Trong vật lý học đường và trong đo lường nói chung, khi nói đến độ chính xác, chẳng hạn, họ viết rằng điện áp là 10 r 0,1 V. Điều này có nghĩa là một giá trị nhất định nằm trong khoảng từ 9,9 V đến 10,1 V và có khả năng xảy ra như nhau ở bất kỳ đâu trong phân đoạn này và không thể nằm ngoài nó. Trong cuộc sống thực thì không phải vậy. Các lỗi ngẫu nhiên thường tuân theo cái gọi là phân phối chuẩn - càng gần các cạnh của đoạn được biểu thị trong một trường hợp cụ thể thì chúng càng hiếm; bên ngoài nó, chúng đương nhiên thậm chí còn hiếm hơn, nhưng không biến mất chút nào. Tuy nhiên, giới hạn sai số trong nhiều trường hợp (và hầu như luôn luôn là trong công nghệ và kỹ thuật) được biểu thị chính xác theo cách này - để đơn giản. Theo đó, việc này được thực hiện trong các bài thi. Do đó, câu hỏi đặt ra: làm thế nào để vẽ một đường thẳng đi qua hai điểm nếu không chỉ các điểm $x_{1}, y_{1}$ và $x_{2}, y_{2}$ được chỉ định mà còn có các lỗi và các giá trị của chúng ’ $x_{1}$, ’ $y_{1}$, ’ $x_{2}$, ’ $y_{2}$ đều có thể khác nhau? Đáp số rất đơn giản - hãy vẽ những điểm có lỗi này trên giấy ca-rô và bạn sẽ thấy đáp số (Hình 7). Nhưng khi bạn cố gắng ghi lại nó, một vấn đề nhỏ sẽ phát sinh. Bạn muốn nhận mô tả về tập hợp các đường có dạng y ax b và các giới hạn trên a và b, tức là $a_{1} a a_{2}$ và $b_{1} b b_{2}$, nhưng như thế này

48

Cơm. 7

KVAN T 2023/№2

Bạn sẽ không thể vượt qua chỉ với một đáp số đơn giản. Các giới hạn sẽ được kết nối, tức là trên mặt phẳng a, b, vùng giá trị cho phép của a và b sẽ không phải là hình chữ nhật. Tuy nhiên, bạn có thể thoát khỏi hai điểm này bằng cách viết ra họ đường dưới một hình thức nào đó mà bản vẽ của bạn sẽ cho bạn biết. Nhưng nếu có nhiều điểm, ít nhất là ba điểm, thủ thuật này sẽ không hiệu quả. Đây đã là một chủ đề cho một nghiên cứu nhỏ và có lẽ là viết một chương trình máy tính. Vì vậy, chúng ta hãy dừng lại, hít một hơi và nhìn câu hỏi từ một khía cạnh cơ bản hơn, hơi khác một chút. Tại sao chúng tôi thậm chí còn đảm nhận việc thực hiện một buổi phát sóng trực tiếp? Ở trường bài toán - bởi vì bài toán được hình thành theo cách đó. Còn ngoài đời thực thì sao? Trong cuộc sống thực, một nhà vật lý, khi nhìn cách ai đó vẽ một thứ gì đó (bất kể thế nào) qua hai điểm, sẽ mỉm cười và khuyên nên lấy thêm ít nhất một chục điểm, hoặc tốt hơn nữa là vài chục điểm. Nhưng thí nghiệm có thể phức tạp và tốn kém và lượng dữ liệu thử nghiệm phần nào bị hạn chế, và điều quan trọng nhất là cần vẽ đường cong nào? Tình huống tự nhiên nhất là khi có một lý thuyết và bạn cần kiểm tra nó, hoặc có một số lý thuyết và bạn cần chọn lý thuyết phù hợp nhất với thực nghiệm. Mọi thứ đều rõ ràng ở đây - chúng ta vẽ đường cong mà lý thuyết dự đoán hoặc những đường cong được dự đoán bởi các lý thuyết khác nhau và xem liệu chúng có phù hợp với thí nghiệm hay không và đường nào phù hợp hơn. Một tình huống phổ biến là về mặt lý thuyết có một số tham số mà chúng ta không biết giá trị. Nhưng có dữ liệu thực nghiệm, chúng ta có thể chọn một giá trị cho tham số này sao cho điểm sẽ rơi vào

đường cong tương ứng. Tuy nhiên, điều đó cũng xảy ra là chúng không phù hợp ở bất kỳ giá trị nào. Sau đó, bạn cần tìm kiếm sai sót trong các phép đo (tuy nhiên, điều này luôn không có hại) hoặc tìm đến các nhà lý thuyết để tìm một lý thuyết khác. Tuy nhiên, bạn có thể tự mình suy nghĩ về nó. Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu vẫn không có lý thuyết nào phù hợp và dữ liệu đáng tin cậy? Mặc dù chúng ta đang nói về khoa học, nhưng có những tình huống mà chúng ta, nói đúng ra, không cần lý thuyết, chúng ta chỉ cần một cách lưu trữ dữ liệu đơn giản và nhỏ gọn. Chúng ta sẽ nói về việc xử lý dữ liệu sau, nhưng có một cách đơn giản nhưng không quá vật lý để lưu trữ và sử dụng nó. Chúng tôi lấy bất kỳ hàm nào (theo quy tắc, chúng tôi lấy đa thức) và chọn các hệ số sao cho đường cong đi qua các điểm thử nghiệm của chúng tôi trong toàn bộ phạm vi nghiên cứu, hay chính xác hơn là thông qua các trường lỗi được hiển thị gần các điểm này. Nhưng nếu chúng ta quan tâm đến ý nghĩa vật lý thì sao? Điều xảy ra là lý thuyết này được đơn giản hóa và gần đúng, nhưng ít nhất vẫn có một loại lý thuyết nào đó. Sau đó, họ xem xét điểm của chúng tôi khác với lý thuyết nguyên thủy này như thế nào. Ví dụ: có thể hóa ra sự đồng thuận đó là tốt đối với các giá trị nhỏ của đối số và không tốt đối với các giá trị lớn hoặc ngược lại, hoặc sự khác biệt đó phát sinh chính xác trong một phạm vi hẹp nào đó. Tất cả điều này có thể quan trọng cho việc hoàn thiện lý thuyết. Thậm chí còn thú vị hơn nếu bản thân độ lệch phụ thuộc vào một số tham số, chẳng hạn như thời gian. Bạn nói gì nếu những sai lệch so với định luật Ohm xảy ra ở dòng điện cao và tăng theo thời gian? Tất nhiên, có một con đường dẫn thẳng đến vòng tay của Joule và Lenz. Đôi khi bạn có thể nói rằng bài toán này tương tự như vậy và như vậy, hoặc quá trình này tương tự như vậy và như vậy, và khi đó, có thể, giải pháp sẽ là sự kết hợp của số mũ, hoặc hình sin, hoặc… Nhưng lý luận như vậy đòi hỏi kinh nghiệm - cả hai đều được tích lũy chung trong vật lý và của người nhìn vào các điểm và suy nghĩ về những việc cần làm với chúng. Ngoài ra, kinh nghiệm có thể thất bại, chuyện gì cũng có thể xảy ra. Như Isaac Asimov đã nói: “Cụm từ thú vị nhất bạn có thể nghe trong khoa học không phải là “eureka” mà là “thật buồn cười”. Bây giờ chúng ta hãy chuyển sang xử lý dữ liệu và tự lấy những điểm này, đã được thảo luận

49

THUỘC VẬT CHẤT

lời nói. Hãy bắt đầu với các khái niệm về “nội suy” và “ngoại suy”. Có thể bạn sẽ phải gặp họ ở trường và nơi làm việc, vậy tại sao không phải bây giờ? Vì vậy, bạn thực hiện một số thử nghiệm và nhận được, trong số những thứ khác, bốn điểm nổi tiếng của chúng tôi - $x_{1}, y_{1}, x_{2}, y_{2}$. Bạn không có bất kỳ dữ liệu nào khác và bạn không thể lấy được dữ liệu đó, nhưng bạn cần giá trị y cho một số x và sao cho $x_{1} x x_{2}$. Vì vậy, việc tìm y được gọi là nội suy. Rõ ràng là bạn không thể tìm thấy nó, nhưng mọi người đều làm điều đó bằng cách nào đó. Tùy chọn đơn giản nhất là vẽ một đường thẳng từ điểm $x_{1}, y_{1}$ đến điểm $x_{2}, y_{2}$ và… bạn hiểu ý rồi. Phương pháp này được gọi là nội suy tuyến tính. Có các tùy chọn khác - ví dụ: bạn có thể nội suy bằng một phần của đa thức, chỉ định không chỉ các điểm mà còn cả đạo hàm tại các điểm này. Từ quan điểm vật lý, điều quan trọng là chúng ta phải biết ít nhất điều gì đó về toàn bộ hàm y x - ví dụ, về giá trị cực đại của đạo hàm của nó, nói một cách đại khái, nó trơn như thế nào. Vì nếu hàm này được đặc trưng bởi lượng phát xạ ngắn có độ dài ’ x và chúng ta có $x_{2} x_{1}$? ’ x, thì phép nội suy tuyến tính của chúng ta không có ý nghĩa gì - trong khoảng từ $x_{1}$ đến $x_{2}$ nó sẽ có thời gian để nhảy. Nói cách khác, ở đây cũng vậy, để hành động một cách thông minh, chúng ta cần biết điều gì đó về lớp bài toán này nói chung và về chức năng mà chúng ta giao tiếp nói riêng. Ví dụ, chúng ta có thể thấy hành vi của nó trong những khoảng thời gian lớn, tại nhiều điểm. Và hãy nghĩ điều gì đó như thế này: à, vì ở đó trơn tru nên ở đây có lẽ cũng trơn tru. Nhưng chúng ta có thể sai. Trong vật lý và trong bất kỳ ngành khoa học nào, điều này đều xảy ra. Phép ngoại suy gần như giống nhau, nhưng bây giờ x nằm bên ngoài thay vì nằm giữa $x_{1}$ và $x_{2}$. Điều này có nghĩa là chúng tôi đang nghiên cứu một cái gì đó, chúng tôi đã đạt được một số giá trị lập luận, công nghệ không cho phép chúng tôi tiến xa hơn, nhưng chúng tôi thực sự muốn. Đây là lúc bạn cần đặc biệt cẩn thận – vì lý do tâm lý. Trước đây, chúng tôi vẫn có $x_{1}$ và $x_{2}$ ở hai bên, nhưng bây giờ có sự tự do ở một bên! Theo kinh nghiệm của tác giả, lỗi phổ biến nhất là ngoại suy dữ liệu thu được ở nhiệt độ cao sang vùng có nhiệt độ thấp. Thực tế là khi nhiệt độ ngày càng tăng, nhiều quá trình sẽ tăng tốc (ví dụ, điều này được mô tả trong bài viết của A. Mitrofanov

FAC U L TATIVE

“Tuổi thọ của viên sủi trong cốc nước” ở «Kvant» Số 9, 2021) và có thể nghiên cứu trong một khoảng thời gian hợp lý. Nhưng không phải lúc nào cũng có thể ngoại suy dữ liệu thu được ở nhiệt độ cao về vùng có nhiệt độ thấp. Phương trình được quan sát, nhưng khi nhiệt độ thay đổi, một quá trình khác bắt đầu chiếm ưu thế, với năng lượng kích hoạt khác. Vì vậy, ở đây cũng cần có kiến ​​thức tổng quát hơn, hiểu biết sâu sắc hơn về các quy trình. Chà, để kết luận, hãy quay lại nơi chúng ta bắt đầu - về các điểm. Bạn có cần nhiều trong số họ? Nên đo bao nhiêu lần? Không có đáp số chung chung và đáng tin cậy cho câu hỏi này. Đôi khi người ta nói rằng bất kỳ số lượng nào cũng phải được đo ba lần. Trên thực tế, điều này không phải như vậy, số lượng phép đo cần thiết phụ thuộc vào những gì chúng ta đang đo và những gì chúng ta đã biết về nó, lý do chúng ta đo, độ chính xác và độ tin cậy mà chúng ta cần, cũng như chi phí và độ phức tạp của các phép đo. Ví dụ: nếu bạn đang kiểm tra pin được tháo ra khỏi đèn pin thì ánh sáng yếu và thiết bị hiển thị điện áp thấp hơn đáng kể so với bình thường, bạn khó có thể lặp lại phép đo và chắc chắn sẽ không thực hiện ba phép đo. Nhưng nếu nó hiển thị bình thường, bạn sẽ ngạc nhiên và có thể sẽ kiểm tra nó (và sau đó kiểm tra điện áp khi hoạt động có tải - hãy nghĩ xem tại sao). Các phép đo lặp lại được thực hiện nếu có thể nhận thấy các lỗi ngẫu nhiên và bạn muốn tăng độ chính xác bằng cách lấy trung bình. Nhưng trong trường hợp này, có thể hữu ích hơn khi nghĩ xem chúng đến từ đâu và liệu có những lỗi hệ thống nào nằm bên cạnh chúng hay không, từ đó phương pháp tính trung bình sẽ không cứu được. Nhưng hiểu được cái gì, như thế nào và tại sao bạn đo lường có thể giúp bạn tiết kiệm. Thật thú vị khi đo lường, nội suy đáng tin cậy, ngoại suy cẩn thận và vẽ đường cong có ý nghĩa qua các điểm!

58

KVAN T 2023/№2

lượng nhiệt tỏa ra sẽ tăng gấp 8 lần, nhưng bề mặt cơ thể và tốc độ thoát nhiệt liên quan sẽ chỉ tăng gấp 4 lần. Do đó, khí hậu càng lạnh thì động vật (thường) càng lớn. Ví dụ sinh động là voi ma mút, lớn hơn voi gấp nhiều lần, hay cá voi khổng lồ sống ở vùng nước lạnh. 5. Rễ cây cần không khí. Họ nhận được một phần khi tưới nước, vì có nhiều không khí hòa tan trong nước thô. Nhưng trong nước đun sôi hầu như không có. 6. Sương giá, có tính dẫn nhiệt kém, giúp cây không bị quá lạnh. 7. Nhựa tế bào dày, chứa nhiều đường, đóng băng ở nhiệt độ thấp hơn nước. Do đó, những cây như vậy chịu được sương giá dễ dàng hơn. 8. Chất thải ở dạng bụi lắng đọng trên bề mặt sông băng, làm tăng tốc độ tan chảy của chúng dưới tác động của ánh sáng mặt trời. Điều này có tác động đáng kể đến biến đổi khí hậu. 9. Các tòa nhà chặn luồng không khí. Trong thành phố, lượng nhiệt thất thoát do bốc hơi ít hơn do nước nhanh chóng đi vào hệ thống bão; nhiệt độ của các bề mặt tối, đặc biệt là nhựa đường, đạt giá trị cao. 10. Các hạt bụi từ chất thải công nghiệp và các hạt khói ở độ ẩm cao đóng vai trò là trung tâm ngưng tụ hơi nước, đó là lý do tại sao khối lượng của các hạt đó tăng lên và tốc độ khuếch tán của chúng giảm đi. Điều này dẫn đến việc tạo ra các đám mây khói. 11. Ánh sáng từ ánh đèn thành phố, được phản chiếu bởi sương mù, lan truyền về phía người quan sát, chủ yếu giữ lại màu đỏ, vì ánh sáng từ phần màu xanh lam của quang phổ bị phân tán vào không khí (đó là lý do tại sao bầu trời có màu xanh vào ban ngày). 12. Người ta đã biết loại nhiên liệu này - đó là hydro. Khi cháy sẽ tạo thành nước. Tuy nhiên, để tạo ra động cơ hydro hiệu quả, cần phải khắc phục nhiều vấn đề, chẳng hạn như việc phát triển các bình chứa khí nhẹ và an toàn. 13. Nguyên nhân gây bỏng là tia cực tím. Vào buổi sáng và buổi tối, nó yếu hơn vì tia nắng mặt trời truyền đi một khoảng cách xa hơn trong khí quyển. Ở vùng núi con đường này ngắn hơn; trên bãi biển, sự phản chiếu từ cát được thêm vào bức xạ từ phía trên. Thủy tinh hấp thụ mạnh tia cực tím. 14. Một trong những yếu tố chính là sự thay đổi độ dài của giờ ban ngày, vì ánh sáng ảnh hưởng đến hoạt động quang hợp. Ngoài ra, tín hiệu của mùa thu đang đến gần là thời tiết lạnh giá, ảnh hưởng đến tốc độ của các quá trình nội bào.

15. Ốc sên là chất chỉ thị nhạy cảm với bức xạ phóng xạ. Về cơ bản nó là một máy đếm Geiger sống. 16. Chu kỳ bán rã của strontium-90 chỉ khoảng 28 năm. Lắng đọng trong xương của động vật và con người, nó gây ra những căn bệnh nghiêm trọng. 17. Chì chặn bức xạ gamma nhưng cho neutron đi qua, cadimi cho bức xạ gamma đi qua nhưng chặn neutron.

Kinh nghiệm vi mô

Ánh sáng của đèn huỳnh quang được phát ra từ một bề mặt có diện tích lớn hơn nhiều lần diện tích bề mặt của dây tóc đèn sợi đốt nên hình ảnh của nó trên võng mạc bao phủ nhiều tế bào nhạy sáng. Năng lượng ánh sáng trên mỗi tế bào ít hơn đáng kể và loại đèn như vậy không “làm tổn thương” mắt.

Lần lượt và giải thích vòng tròn

4. Hãy sắp xếp các vòng tròn sao cho ranh giới của các khu vực trùng nhau. Sau đó, chúng tôi sẽ cố định một vòng tròn và xoay vòng tròn kia qua tất cả các góc có dạng S l k, tức là theo mọi cách mà các ranh giới của khu vực được kết hợp. Trong trường hợp này, mỗi khu vực sẽ được kết hợp với một khu vực có cùng màu trong một nửa số cách và với một khu vực có màu khác trong một nửa số cách. Do đó, với các phép quay như vậy, số cách kết hợp các phần cùng màu bằng số cách kết hợp các phần nhiều màu. Do đó, trong ít nhất một vòng quay, số cách kết hợp các cung nhiều màu không ít hơn số cách kết hợp các cung cùng màu. 5. Xét tất cả 2000 phép quay có thể có. Tổng cộng, các phần màu đỏ chồng lên nhau $200^{2}$ lần. Giả sử có tổng cộng ít nhất n vị trí, khi có ít nhất 21 lĩnh vực trùng nhau thì tổng cộng có ít nhất 21n phần trùng lặp. Điều này có nghĩa là $200^{2} t$ 21n, từ đó n d 1904. Do đó, ở các vị trí khác (có ít nhất 2000 1904 96) không quá 20 ngành trùng nhau. 6. Chúng ta hãy mô tả các hộp dưới dạng các điểm trên một vòng tròn 13. Để các điểm 1, 2, 5, 7 tạo thành một mẫu (lưu ý rằng các điểm được chọn theo cách tương tự như trong bài toán 2). Bất cứ nơi nào có hai điểm tương ứng với các hộp có đồng xu, chúng ta có thể bao phủ cả hai điểm đó bằng một phép xoay nào đó của mẫu này theo k phép chia. Bây giờ nếu trợ lý mở hộp k, thì ảo thuật gia sẽ mở các hộp có số k 1, k 2, k 5, k 7 - và cả hai hộp có đồng xu sẽ nằm trong số bốn hộp này. 8. Các đầu của dây yêu cầu có 4 điểm giống như các đầu của dây đã tìm được ở bài tập trước.