Задачи, составленные по пословицам и поговоркам. Решение любой физической задачи является делом увлекательным и крайне полезным. В процессе решения Вы глубже понимаете суть физических явлений и законов, учитесь выделять главное и отбрасывать второстепенное
 Скачать 1.18 Mb.
|
|
19.19. «И Рон нажал крошечную серебряную кнопку на приборной доске. Фордик растаял в воздухе, и они вместе с ним. Гарри чувствовал, как под ним вибрирует сиденье, слышал звук двигателя, ладонями ощущал коленки, переносицей – очки; судя по всему, он превратился в пару зрачков, парящих в двух метрах над землей в малопривлекательном переулке, заставленном машинами». (Дж. К. Ролинг, «Гарри Поттер и Тайная комната») Почему зрачки не сделались невидимыми? **** 19.20. На какой максимальной глубине джедай может поразить врага лазерным мечом (см. задачу 19.4)? Лазерное острие меча имеет длину 1,5 м, погружается в воду под углом 60° к поверхности воды так, что ручка меча остается на поверхности. Показатель преломления воды считать равным 1,3. 19.21.* Царевна-лягушка хочет выйти замуж за Ивана Царевича. Каким должен быть диаметр листа кувшинки, под которым лягушка может спрятаться на дне от других женихов? Глубина воды в болоте 50 см. 19.22.* «Темнее черного цвета нет». (Персидская пословица) Почему черный цвет является самым темным? 19.23.* «Ночь-то темна, лошадь-то черна: еду, еду, да пощупаю, тут ли она?» (Русская пословица) Почему ночью при низком освещении все предметы кажутся серыми? 19.24.* «Взгляни-ка на дорогу! Кого ты там видишь? – Никого, – сказала Алиса. – Мне бы такое зрение! – заметил Король с завистью. – Увидеть Никого! Да еще на таком расстоянии! А я против солнца и настоящих-то людей с трудом различаю!» (Л. Кэрролл, «Алиса в Зазеркалье»). Почему против солнца трудно различать людей? 19.25.* А. Азимов в рассказе «Хоровод» описывает поверхность Меркурия: «Поднимавшаяся рядом черная базальтовая скала защищала их от солнца. Вокруг все было погружено в черную тень безвоздушного мира. Тень обрывалась, как будто обрезанная ножом, и дальше начиналось нестерпимое белое сияние мириад кристаллов, покрывавших почву». Почему наблюдается такая неправдоподобная резкая граница между светом и тенью? 19.26.* Все русалки сплошь неграмотные, так как под водой все книги и газеты быстро размокают и расползаются, а над водой русалки очень плохо видят. Почему надводное зрение русалок очень плохое, тогда как подводное – превосходно? Какие очки необходимо надеть русалке, чтобы читать газеты над водой, как все бесхвостые люди? 19.27.* Привидение может принимать любую форму и в спокойном состоянии имеет показатель преломления, равный 1. Если играть печальную музыку – его показатель преломления постепенно увеличивается, а веселую – уменьшается. При выключении музыки показатель преломления перестает изменяться и остается постоянным. Как можно использовать такое привидение в оптических приборах? 19.28.* Какую оптическую силу получили глаза мартышки, если она одела две пары очков по –3 Дптр каждая и три пары очков с фокусным расстоянием 50 см? 19.29.* В фантастическом рассказе Б. Шоу «Свет былого» рассказывается о «медленном» стекле, в котором скорость света настолько мала, что луч проходит толщу стекла в несколько миллиметров за несколько лет. Глядя через такое стекло, по замыслу автора, наблюдатель увидит то, что происходило несколько лет назад. Каким увидит наблюдатель луч белого цвета, прошедший через «медленное» стекло? Отношение показателей преломления различных длин волн такое же, что и в обыкновенном стекле. 19.30.* Ученые обнаружили у бабушки в сундуке шапку-невидимку, при надевании которой тело становилось абсолютно прозрачным, а коэффициент преломления тела и воздуха для средней части оптического диапазона световых волн – одинаковым. Как можно «увидеть» человека в шапке-невидимке, без использования технических средств? 19.31.* Какие технические средства позволяют обнаружить человека в шапке-невидимке, при надевании которой тело становилось абсолютно прозрачным, а коэффициент преломления тела и воздуха для средней части оптического диапазона электромагнитных волн –одинаковым? 19.32.* «Обычно, когда Калья плачет, Лойна прячет свою веселую улыбку. Людям не часто удается видеть улыбающееся лицо Лойны и заплаканные глаза Кальи одновременно», но когда это происходит, то «…Яркие лучи Лойны отражаются в слезах Кальи, образуя многоцветную йулу-вирри». (Из австралийского мифа, «Дарящие жизнь») Кто такие Калья и Лойна? Какое явление природы в тексте называется йулу-вирри? Вследствие какого физического явления появляется йулу-вирри? Каким было бы йулу-вирри, будь лучи Лойны монохроматичными? 19.33.* Злой дух планеты Больших Дифракционных Решеток не умеет перелезать через заборы, а просачиваясь через вертикально расположенный штакетник, поляризуется. Как аборигены спасают себя от злого духа с помощью двух заборов? 19.34. В рассказе Г. Каттнера «Гэллегер Бис» изобретателю Гэллегеру заказывают разработку «метода проекции трехмерного изображения, которое будет видно под любым углом – спереди, сзади или сбоку – без искажения». Вместо экрана Гэллегер изобрел прозрачный провод, который становится цветным при ультрафиолетовом излучении: «– Вот твой экран, умник, – сказал он. – Видишь эти цвета? – Разные цвета в зависимости от длины световой волны. Смотри: красный, голубой, снова красный, желтый… Провод, который все еще держал Уолл, стал невидимым. – У провода тот же показатель преломления, что у воздуха, – сказал Гэллегер. – Я специально сделал так. – Вам нужен стереоэкран, на который можно смотреть с любой стороны и видеть изображение без искажений. И в цвете, естественно. Вот это он и есть». Как выполнить требуемый заказ с помощью этого провода? 19.35. «В пухлом бархате, само похожее на сверкающую драгоценность покоилось большое двояковыпуклое стекло в металлической оправе. …– Ого, вот это диковина! – торговец камнями даже наклонился вперед. – Что это у тебя, добрый мастер Улойхо? Уж не магическое ли зерцало, позволяющее заглянуть в самую душу камней? – Почти угадал, – засмеялся маленький ювелир. – Это в самом деле очень редкое и дорогое приспособление. Ему присуще свойство многократно увеличивать каждую мелочь, на которою сквозь него смотрят. У нас в Кондаре, как тебе известно, тоже варят очень хорошее стекло, но подобной работы повторить не умеют… Все они (копии линзы известного мастера – прим А.У.) хоть немного да искажали видимое глазом, причем каждое на свой лад. Ну еще бы,– подумалось венну. – Со здешними стекловарами не сидел рядом Тилорн, объясняя, как направлять свет, чтобы вокруг линзы, уложенной на полированную пластину, заиграли радужные кольца. А без науки, пожалуй, что-то получится!..» (Мария Семенова. Волкодав. Право на поединок) Каким образом мастер Тилорн при шлифовке линзы выявлял ее малейшие отклонения от сферической поверхности? 19.36. Лазерный луч джедайского меча с длиной волны λ застрял нормально в дифракционной решетке с периодом d= 5λ. Чему равен синус угла между направлением на максимум второго порядка и перпендикуляром к плоскости решетки? 19.37. – Откуда Вы? Как Вы оказались на этой маленькой космической шлюпке вдали от обитаемых планет? – спросил Ватсон. – Зовут меня Дифраком, я рыцарь Светлых Сил. На одной небольшой и уютной планете (атмосфера подходящая, воды ключевой много, хищников и воров почти нет) я учил своих учеников нашему хитрому джедайскому ремеслу. В тот злополучный день мы с утра наблюдали восход местного солнца. Надо сказать, красиво это очень: сначала, вблизи горизонта солнце ослепительно белое, а потом, когда поднимается, становится красным. И тут появляются радуги: одна на севере, другая на юге. Одна овальная, а другая под разными углами преломляется – шоу, да и только! И вдруг видим – со стороны солнца что-то красное на нас быстро надвигается. Пока остальные цвета спектра дошли до наших изумленных глаз, было уже поздно. Императорские субсветовые катера начали нас обстреливать лазерно-фотонными пушками. Видимо у пушек оказались когерентные лучи. Мне ужасно повезло, я попал в минимум, кусочек земли 2х2 м. Даже волос не упал с моей головы, а остальные все погибли. Вся земля была равномерно вспахана. Я незаметно угнал космический плот и спрятался на ближайшем астероиде. Еле успел, в спешке даже фотонное весло сломал. На астероиде, естественно, ни атмосферы, ни воды, ни буфета. Укрылся я в пещере, в приятном полумраке сижу. Слышу – летают сатрапы, видимо меня ищут. Подождал, пока они улетели, солнечный парус на плоту соорудил и галсами к звезде полетел. Думаю, у огонька и помощь найду. Так оно и оказалось. Человек ожидающе замолчал и стал крутить в руке карманный календарик за 3027 год, на котором был изображен император со счастливыми подданными. Шерлок Холмс выслушал рассказ спасенного с космической шлюпки, в задумчивости затянулся кислородной трубкой своего скафандра. А потом произнес: «Вы, сэр, являетесь имперским шпионом. Ватсон, отнимите у него лазерную рогатку и заприте в кладовке». Какие неточности в рассказе позволили космическому Шерлоку Холмсу сделать такой вывод? 20. КВАНТОВАЯ ФИЗИКА, ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА 20.1. Самолет «Скевенджер» – разведывательный реактивный самолет, полностью оборудованный как для дневной, так и для ночной разведки. Под крыльями у него подвешены две 16-миллиметровые камеры: одна – для съемки в видимой части спектра, вторая – для спектрозонального фотографирования. Кроме того, он был оснащен инфракрасной камерой «Хоманс» и обычной электронной и радиолокационной аппаратурой. (Майк Крайтон. «Штамм «Андромеда») Какие возможности для разведки дает инфракрасная фотокамера? 20.2а.* Главный герой рассказа «Условный рефлекс» С. Лема Пирс предлагает путешествие по лунным горам на ночной стороне там, где не видно Земли, с инфракрасными очками или «радароскопом». Почему же лунный долгожитель отвергает это предложение? 20.2б.* «Инфракрасные очки? Какой в них толк, коллега, если через час после захода солнца поверхность камней (действие происходит на Луне – прим. А.У.) остывает до 160 С ниже нуля. Теоретически можно бы идти с радароскопом, но вы пробовали когда-нибудь ходить в горы с таким снаряжением? Это самый сложный вид самоубийства. Радар хорош на равнине, но не в горах…» (С.Лем, «Условный рефлекс») Почему радар нельзя использовать в горах? Почему инфракрасные очки не работают в столь низких температурах? 20.3.* Ниф-Ниф, Наф-Наф и Нуф-Нуф долгими зимними вечерами загорали. Ниф-Ниф лежал под тремя лампами инфракрасного излучения, Наф-Наф нежился в лучах двух ламп дневного света, а Нуф-Нуфу все время доставалась одна лампочка ультрафиолетового излучения. Кто из них к весне приобретет южный загар, а кто покроется румяной корочкой? Почему? 20.4.* «Дверь имела хитроумное устройство: при попытке постороннего ее открыть, ультрафиолетовая лампа с длиной волны 0,1 мкм освещала вольфрамовую пластинку фотоэлемента. Вырванные электроны замыкали электрическую цепь, которая открывала шлюз. В коридор устремлялась вода, кишащая пиявками, крокодилами, пираньями, акулами и электрическими скатами. Джеймс Бонд, агент «007» вдруг вспомнил, что в детстве мама говорила ему: Запомни, сынок, работа выхода электронов из вольфрама 4,5 эВ! Зачем это мне, мама? – удивлялся маленький Джеймсик. Никогда не знаешь, что может тебе пригодиться в жизни, – отвечала мама. Тогда он быстро произвел вычисления и подключил к фотоэлементу источник постоянного тока, дающий на его зажимах запирающее напряжение в 7,95 В, потянул за ручку двери и…» (по мотивам фильмов о Джеймсе Бонде). Открыл дверь Джеймс Бонд или был съеден ужасными тварями? 20.5а.* В рассказе «Условный рефлекс» С.Лем так описывает поведение лунной пыли: «Каждый шаг вздымал облачко пыли, этой знаменитой лунной пыли, которая подымалась выше пояса, окутывала людей молочно-белым облаком и никак не оседала». Первые покорители Луны были поражены этим явлением: «Насчет пыли они знали, что даже самая мелкая пыль должна была немедленно оседать в безвоздушном пространстве. А лунная пыль почему-то не оседала. И, что особенно интересно, только днем. Как автор сможет объяснить описанное им свойство лунной пыли? 20.5б.* С.Лем так объясняет необычные свойства лунной пыли (см. задачу 19.5а): «Оказалось, что электрические явления здесь протекают не так, как на Земле. Там существуют атмосферные разряды, молнии, громы, огни святого Эльма. На Луне этого нет. Но камни, бомбардируемые излучением частиц, заряжаются тем же зарядом, что и покрывающая их пыль. А поскольку одноименные заряды отталкиваются, то и поднятая пыль из-за электростатического отталкивания не садится иногда по целому часу. Когда на Солнце больше пятен, Луна «пылит» больше. Во время спада солнечной активности – меньше. Это явление исчезает лишь через несколько часов после наступления ночи». (С.Лем, «Условный рефлекс»). Благодаря какому явлению, заряжается пыль? Почему Луна «пылит» сильнее во время повышенной солнечной активности? Почему в атмосфере, будь она на Луне, это явление, скорее всего, не наблюдалось бы? Наблюдалось бы это явление под простым стеклом? Под кварцевым? 20.6. Самолет «Скевенджер» – разведывательный реактивный самолет, полностью оборудованный как для дневной, так и для ночной разведки. Под крыльями у него подвешены две 16-миллиметровые камеры: одна – для съемки в видимой части спектра, вторая – для спектрозонального фотографирования. Кроме того, он был оснащен инфракрасной камерой «Хоманс» и обычной электронной и радиолокационной аппаратурой. (Майк Крайтон. «Штамм «Андромеда») Какие возможности для разведки дает инфракрасная фотокамера? 20.7.* «Начался обряд перекраски. Но «изумительно каштановый цвет, придающий волосам нежность и пушистость» смешавшись с зеленью «Титаника», неожиданно окрасил голову и усы Ипполита Матвеевича в краски солнечного спектра». (И.Ильф и Е.Петров, «12 стульев») Если считать окраску Ипполита Матвеевича полностью идентичной солнечному спектру, какой вид спектра отображает краска на его усах? Какова последовательность цветов спектра на этих усах? Можно ли по цвету головы и усов Ипполита Матвеевича определить химический состав солнечного вещества? Как бы выглядели усы Ипполита Матвеевича, если бы их окраска соответствовала линейчатому спектру испускания паров натрия? Спектру поглощения паров натрия? 20.8.* С. Лем так описывает картину действия энергетического экрана звездолета: «Черную ночь освещали тысячи белых вспышек, как будто вылетающий из одной точки рой метеоритов атаковал корабль… Взрывы происходили на поверхности поля, и загадочные снаряды, отскакивая уже в огне, прочерчивали параболы бледневшего свечения или стекали по выпуклости энергетической защиты. – Никель, железо, марганец, бериллий, титан, – прочитал на хорошо освещенной шкале астрогатор». (С.Лем, «Непобедимый») Что за прибор использовался астрогаторами для определения химического состава этих тел? 20.9.* Для исследования Юпитера в повести Аркадия и Бориса Стругацких «Путь на Амельтею» планетологи использовали двадцать бомбозондов, которые могут взрываться на различной глубине в экзосфере Юпитера. Что и каким образом можно узнать о Юпитере с помощью этих бомбозондов? 20.10. В романе Бориса Акунина «Коронация» описывается загадочная пещера, побыв в которой достаточно долго, человек начинал болеть и вскоре умирал. Человек, которого местные жители считали умалишенным, полагал, что в пещере действует особое излучение – эманация: «– Вон, вон! Нельзя! Ее (эманацию – прим. А.У.) ничем не остановишь! Ничем! Железо пробовал, медь пробовал, сталь, олово, теперь вот цинк – как нож через масло! Буду жесть. – Он показал на кусок кровельной жести, лежащей на краю стола. – Потом свинец, потом серебро! Что-то ведь должно ее удерживать! Рядом с жестью действительно поблескивал лист тусклого металла и – гораздо ярче – серебряный поднос… Я обнаружил: лучи. – Он кивнул на колбу. – Проходят через все, в точности как писал Тото про опыт с фотопластинкой. И Маша писала. Раньше. – Да-да, я читал про парижские опыты с радиевым излучением, – припомнил владыка. – Их проводил Антуан Беккерель, и еще супруги Кюри, Пьер и Мария». Нужно ли всерьез воспринимать предупреждение сумасшедшего? Как называются лучи, которые проникают через различные металлы как «нож через масло»? Каким образом можно обнаружить эти лучи? Откуда они берутся? 20.11. В романе Бориса Акунина «Коронация» главная детективная интрига связана с возникновением в природных условиях самоподдерживающейся цепной ядерной реакции. Это явление обнаружил и исследовал ученый, который описывает его так: «– Мое открытие. Ядро начинает делиться. Само. Нужен особый механизм. И название придумал: «Ядерный делитель». Невероятно трудные условия. Пока невозможно. В природе теоретически может. Но при редком стечении. А тут как раз! Редчайшее! – Он бросился к столу, зашелестел страничками пухлой тетрадки. – Вот, вот! … Метеорит, высочайшая температура – раз. Месторождение смолки – два! Подземные источники – три! И все! Делитель! Природный! Заработал! Энергия ядра, по цепочке! Пошла – не остановишь! Восемьсот лет! Я Маше и Тото Письмо! Нет, не верят! Думают я с ума! Потому что из сумасшедшего дома!» Каково современное название «Ядерного делителя»? Какие компоненты должны присутствовать в таком делителе? Из какого вещества состоял метеорит? Какие роли в природном делителе могут выполнять смолка и подземные источники? Почему появление такого делителя в природе маловероятно, даже при наличии всех необходимых компонентов? |