Физика на пальцах (как увидеть физическое явление)



Ю. Клинков


   Принято считать, что большую часть тонких физических явлений нельзя наблюдать без специальных приборов, которые усиливают наше зрение, что наши органы чувств слишком "грубы", для того, чтобы уловить и почувствовать тонкие физические явления.
   Но так ли это?
   Я предлагаю вам проделать несколько опытов, и вы увидите, что "приборами" могут быть и собственные ваши пальцы и обыденные предметы.

КАК СКЛАДЫВАЮТСЯ ВОЛНЫ

   Физика учит, что свет – это электромагнитные волны. Понадобилось больше двухсот лет для того, чтобы Гюйгенс, Ломоносов, Френель и множество других ученых открыли эту истину. А когда волновая природа света была постигнута, выяснилось, что ее можно обнаружить буквально на пальцах. Сдвиньте два указательных пальца, приблизьте их так, чтобы они слегка касались друг друга, и посмотрите сквозь узкую щель на свет. Вы отчетливо увидите чередование темных и светлых полос.
   Что же это такое? Это дифракция света.
   Кое-где в щели световые лучи смешались таким образом, что образовали тень. Такое бывает только с волнами. Если две волны соединятся так, что гребень одной волны совпадает со впадиной другой волны, то в сумме не будет никаких волн. Волна погасит волну. Это и есть тень. Вы увидели "на пальцах" дифракционную картину.

РАДУГА НА ВИНИЛОВОЙ ПЛАСТИНКЕ

   Раздобудьте виниловую пластинку. Поднесите ее к глазу и посмотрите на свет. В бороздках пластинки отразится многоцветная радуга и даже не одна, а несколько радуг, вложенных друг в друга. Это явление называется интерференцией. Оно так же, как и дифракция, свидетельствует о том, что свет – это волны.
   Свет разных цветов – волны разной длины. У красного самая длинная волна – шесть стотысячных долей сантиметра. Красные лучи и отклоняются всего сильнее. Недаром у всех радуг, которые видны на пластинке, с наружной стороны красный цвет, а с внутренней – фиолетовый.

   Дифракционные и интерференционные явления также можно наблюдать на поверхности компакт-диска.

   Каждое светящееся вещество излучает свет определенного цвета, с определенной длиной волны, имеет свой определенный спектр. По спектру можно опознать любое вещество, если даже его очень мало. Это и есть спектральный анализ.
   Посмотрите вечером на далекую лампу или фонарь сквозь носовой платок. Вы увидите много светящихся точек, расположившихся крестом. Это опять интерференция света.
   Если же вы посмотрите на далекий источник света сквозь стекло, на которое вы подышали так, чтобы оно запотело, то вокруг источника света будут радужные кольца. Вы видите преломление света в мельчайших капельках воды на запотевшем стекле.
   Радужные кольца вокруг Солнца и Луны – это явление того же порядка. Только тут свет преломляют не мельчайшие капельки воды на запотевшем стекле, а крохотные ледяные кристаллики в верхних слоях атмосферы.

АВТОКОЛЕБАНИЯ

   Прижмите палец под углом к поверхности стола и, нажимая, двигайте им. Можно так подобрать угол наклона пальца, скорость его движения и силу давления, что палец начнет подпрыгивать.
   Что происходит при этом? Под влиянием силы трения рождаются автоколебания. Сначала, когда палец стоит на месте, сила трения велика. Как только он пришел в движение, сила трения уменьшается. Физики говорят, что трение покоя больше трения движения. Потом палец разгоняется все сильнее, и сила трения после небольшого уменьшения опять начинает увеличиваться, тормозя палец. В результате палец то ускоряет движение, то тормозится, он движется прыжками.
   Автоколебания могут быть нашим другом, а иногда и врагом. Когда смычок движется по скрипичной струне, в результате его автоколебаний струна колеблется, звучит. А вот когда начинаются автоколебания в крыльях самолета, обдуваемых встречным потоком воздуха, – это плохо. Такие автоколебания – их называют флаттером – могут разрушить самолет. Они вредны, надо уметь их гасить.

ПАЛЕЦ В ВОЗДУШНОЙ ШУБЕ

   Воздух плохо проводит тепло. Убедительнее всего плохую теплопроводность воздуха показывает нам наш собственный палец. Зажгите спичку, держа ее горизонтально, подведите к пламени снизу палец. Палец может находиться на расстоянии двух-трех миллиметров от пламени. Тонкий слой воздуха защищает, изолирует палец от температуры более трехсот градусов.
   Если же палец держать над спичкой, то и на расстоянии, во много раз большем, можно основательно сжечь палец, потому что изолирующий слой воздуха здесь разрушен.

ВОЛНЫ СХОДЯТСЯ

   Воспользуйтесь первым удобным случаем, когда у вас в руках будет стакан с водой или с чаем, чтобы наблюдать редкую разновидность волн – сходящиеся волны. Капните с ложечки каплю в центр стакана. От места падения капли во все стороны побегут расходящиеся волны. Они дойдут до стенок стакана, отразятся и образуют сходящиеся волны, которые опять встретятся в центре стакана. Это явление можно наблюдать и в тазу с водой.
   По скорости движения волн можно определить вязкость жидкости.