|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
DZIECIĘCE LABORATORIUM NAUKOWE
Jak usłyszeć słońce. Laboratorium naukowe dla dzieci
Katalog / Laboratorium Naukowe dla Dzieci Słoneczny głos... Niezwykłe połączenie słów, prawda? Wszyscy jesteśmy przyzwyczajeni do pojęć „światło słoneczne”, „promienie słoneczne”, jednym słowem do tego, że naszą gwiazdę można zobaczyć. Ale co jeszcze można usłyszeć... Hipotezę istnienia głosu słonecznego wysunął astronom Gorkiego, którego prace są dobrze znane w naszym kraju i za granicą, profesor Władimir Wiaczesławowicz Radziewski. Co więcej, przewiduje nawet, jak zabrzmi słoneczny głos: słychać w nim ryk huraganów, wycie burz, miarowy ryk fal morskich i dziwaczną kombinację innych, nieznanych nam dotąd dźwięków. A po rozszyfrowaniu ten głos być może ujawni wiele tajemnic naszej gwiazdy. Jak narodził się niezwykły pomysł słuchania Słońca? Władimir Wiaczesławowicz, odpowiadając na to pytanie, mówi, że zjawisko, które nie jest tak rzadkie w nauce, zdarza się, gdy szukają jednej rzeczy, ale znajdują coś zupełnie innego. Ale historia jego pomysłu to nie tylko przykład niezwykłych, nieoczekiwanych zwrotów w pasjonujących poszukiwaniach naukowych, to także przykład upartego kierowania się logiką poszukiwań, umiejętnością doprowadzenia rozpoczętego do logicznego końca. Radzievsky badał, jak ciśnienie światła wpływa na ruch ciał niebieskich. Aby to zrobić, musiał znaleźć najdokładniejszy sposób pomiaru ciśnienia światła. Dokładność osiągnięta w klasycznym eksperymencie P. N. Lebiediewa nie była wystarczająca. Najlepiej jednak rozpocząć opowieść od przypomnienia sobie, czym jest ciśnienie światła i jak przeprowadzono eksperyment Lebiediewa, podczas którego po raz pierwszy udowodniono istnienie tego ciśnienia i zmierzono jego wielkość. W szklanym naczyniu w próżni na cienkiej nici słynny fizyk zawiesił kardan z dwoma lekkimi „latającymi skrzydłami” (patrz ryc.). Tak więc naukowiec nazwał najcieńsze metalowe liście o średnicy około 5 mm. Jedno z tych skrzydeł było posrebrzane, drugie poczerniałe. Poprzez system soczewek kierowano na nich światło potężnego łuku elektrycznego. I wtedy stało się, co następuje: poczerniała powierzchnia pochłaniała światło, a fotony odbijały się od powierzchni posrebrzanej, dając tym samym temu wingletowi dodatkowy impuls. W rezultacie zawieszenie ze skrzydłami skręciło. Doświadczenie P. N. Lebiediewa, jak wiadomo, udowodniło, że istnieje lekki nacisk. A na podstawie kąta skręcenia zawieszenia można było w przybliżeniu ustalić jego wartość. Dokładny pomiar i obliczenie ciśnienia światła jest bardzo ważne dla astronomów, którzy muszą obliczyć bieg gwiazd. To ciśnienie, na przykład, w dużej mierze determinuje wygląd i kształt warkoczy kometarnych. Jednak doświadczenie P. N. Lebiediewa, podane w ostatnim roku ubiegłego wieku, dla dzisiejszych problemów, jak już powiedzieliśmy, nie zapewnia wymaganej dokładności. Radzievsky szukał jaśniejszego sposobu pomiaru. W jakiś sposób natknął się na książkę „Słuch i mowa”. Autor książki przekonywał, że ucho ludzkie jest znacznie bardziej wrażliwe niż oko. Wydawać by się mogło, że porównywanie tych dwóch zmysłów ze sobą jest równie bezcelowe, jak np. porównywanie jakości utworów muzycznych i wyrobów cukierniczych. W końcu oko reaguje na pole elektromagnetyczne, a ucho na akustyczne. Niemniej jednak w takim porównaniu jest racjonalne ziarno. Względna wyższość ucha nad okiem jest oczywista z tego przykładu. Oko nie jest w stanie wychwycić sekwencji klatek na ekranie filmowym, która zachodzi z częstotliwością zaledwie 24 klatek na sekundę. A błona bębenkowa ucha jest metodą nacisku o częstotliwości do 20 tysięcy herców. Naukowiec przypomniał też, że od dawna istnieje bardzo proste i wygodne urządzenie do badania słuchu - termofon. Z jego pomocą testowano na przykład rekrutów w wojsku. Termofon to zapieczętowane pudełko z poczerniałym drutem, z którego jest jedno wyjście - do ucha. Do drutu przykładany jest prąd o natężeniu 1 ampera, który jest modulowany prądem przemiennym o częstotliwości dźwięku - 600 herców. Zmienne tutaj są znikomo małe: na przykład amplituda prądu przemiennego wynosi jedną dziesięciomilionową wolta. Przez 1/600 sekundy drut ma czas się trochę rozciągnąć, w kolejnym mikroprzedziale trochę się kurczy... Ale nawet te nieistotne wibracje ucho słyszy, jednak każdy ma inne sposoby, które wykorzystuje do badania przesłuchanie. Te fakty skłoniły Radziewskiego do pomysłu: skoro słuch jest tak czuły, to może z jego pomocą będzie można dokładniej zmierzyć ciśnienie światła? Aby to sprawdzić, przeprowadził prosty eksperyment (patrz ryc.) Naukowiec wykonał dysk, w którym wycięto pięć okrągłych otworów o równej średnicy w tej samej odległości od siebie. Dysk zaczyna się obracać z prędkością 100 obrotów na minutę i jest na niego kierowana potężna wiązka światła. Za krążkiem, naprzeciw jednego z otworów, umieszczono szczelne pudełko z posrebrzaną membraną. Cienka rurka wychodzi z pudełka i jest wkładana do ucha. W ciągu minuty światło zostaje zablokowane 500 razy i ponownie otwarte, membrana jest albo pod wpływem światła, albo nie. Dlatego powinien brzmieć, doświadczając okresowej ekspozycji na lekki nacisk. Doświadczenie zakończyło się sukcesem. Dźwięk był wystarczająco silny. Pozostało tylko skalibrować jego siłę i można było obliczyć wartość lekkiego nacisku... Eureka? Sukces, czasem zbyt łatwy, nie mógł nie zaalarmować prawdziwego badacza. Dla weryfikacji naukowiec (jak sam przyznaje - czysto intuicyjnie) zaczernił membranę sadzą. Dźwięk powinien zniknąć, a przynajmniej stać się znacznie słabszy. W końcu ciśnienie światła jest proporcjonalne do współczynnika odbicia światła, a dla zaczernionej powierzchni jest znikome. Stało się jednak coś zupełnie innego. Membrana dosłownie ryknęła!
Stało się jasne, że to nie lekki nacisk objawiał się głównie w eksperymencie. Jaka jest zatem przyczyna obserwowanego zjawiska? Oczywiście badaczka zasugerowała, że sadza po prostu nagrzewa się pod wpływem strumienia światła i ochładza się, gdy światło jest zablokowane (pamiętajmy o przewodzie w termofonie). W konsekwencji warstwa powietrza przylegająca do membrany okresowo rozszerza się i kurczy. Elastyczne wibracje powietrza przenoszone są na błonę bębenkową. Po raz kolejny tę wskazówkę potwierdził nowy eksperyment, w którym zamiast potężnego łuku elektrycznego za źródło światła służyła zwykła żarówka. Efekt został zamanifestowany, ale dźwięk oczywiście stał się cichszy. Ściśle mówiąc, eksperyment testowy nie jest trudny do odtworzenia. Aby to zrobić, potrzebujesz prostego urządzenia - zwykłego fonendoskopu medycznego, za pomocą którego lekarz słucha pacjenta. Podnosząc go, zobaczysz, że do komory zbierającej dźwięk nakręcona jest nakrętka, mocno dociskająca do komory sztywną membranę (patrz ryc.). Odkręcamy ją, pokrywamy wnętrze komory grubą warstwą sadzy, a następnie ponownie zakładamy nakrętkę i membranę, dokładnie sprawdzając ich dokręcenie. Gumowe rurki i końcówki douszne również powinny być szczelne. W końcu energia dźwięku powstająca w komorze jest znikoma, a najmniejszy jej wyciek doprowadzi do awarii. Jeśli teraz zbliżysz fonendoskop do żarówki (odległość między nimi będzie zależała od Twojej ostrości słuchu i może wahać się od 10 cm do 1 m), usłyszysz płynny niski szum odpowiadający dźwiękowi kamertonu o częstotliwości 50 Hz. Ktoś może mieć wątpliwości - czy dźwięk jest spowodowany zmiennym polem elektromagnetycznym? Spróbuj zablokować światło dowolnym nieprzezroczystym ekranem. Dźwięk natychmiast zniknie i pojawi się w tym samym momencie, gdy ekran zostanie usunięty. Wręcz przeciwnie, przezroczysty ekran, na przykład wykonany z pleksi, nie usuwa dźwięku żarówki.
Pochodzenie dźwięku jest tutaj dokładnie takie samo jak w eksperymencie opisanym powyżej. Radzievsky nazwał to zjawisko efektem fotofonu, a urządzenie do jego wykrywania („stetoskop zmodernizowany” za pomocą sadzy) - fotofonem. Osoba o technicznym nastawieniu od razu wymyśli, jak praktycznie wykorzystać fotofon. Cóż, przynajmniej do sprawdzenia jakości żarówek. Charakter dźwięku żarówki najwyraźniej należy wiązać ze stanem technicznym żarnika.
Ale oczywiście żarówki nie są najważniejsze. W końcu wiedzą, jak określić ich jakość nawet bez fotofonu. Zastanawiając się nad odkrytym efektem, Radziewski nagle wpadł na prostą i jednocześnie niezwykle śmiałą myśl. Jeśli fotofon usłyszy zwykłą XNUMX-watową żarówkę, to znaczy, że może zareagować również na nieporównywalnie mocniejszy emiter – Słońce… Tutaj prześledziliśmy ogólnie ścieżkę powstania idei słuchania Słońca. Uważny czytelnik, nawet na podstawie tych kilku wydarzeń i faktów, będzie prawdopodobnie w stanie odgadnąć, że Władimir Wiaczesławowicz należy do tego rzadkiego typu badaczy, których w świecie naukowym nazywa się „generatorami idei”. Rzeczywiście, trudno nawet zliczyć, a co dopiero wymienić wszystkie hipotezy postawione przez niego na przestrzeni wielu lat działalności naukowej. Jednocześnie naukowiec chętnie dzieli się swoimi pomysłami z kolegami, przede wszystkim ze studentami pracującymi w wielu miastach kraju. Chociaż niektóre z jego hipotez nie zostały potwierdzone - jest to nieuniknione w nauce, ale inne pomysły są owocnie rozwijane. Nietrudno też zauważyć, że Radzievsky może obejść się bez drogiego sprzętu czy specjalnych urządzeń. Zawsze ratuje go niestandardowe myślenie, fikcja i twórcza wyobraźnia. Aby się o tym przekonać, wciąż będziemy mieli nowe możliwości. Wróćmy do hipotezy. Światło słoneczne, podobnie jak światło żarówki, wcale nie jest tak gładkie, jak wydaje się gołym okiem. Oglądana przez teleskop powierzchnia naszej oprawy przypomina gotującą się owsiankę ryżową. Każde ziarenko „owsianki” – granulka – jest wynikiem konwekcyjnego przebicia się przez fotosferę Słońca bardziej rozżarzonej masy gazu z jego głębi. Wielkość każdej granulki wynosi od 150 do 1000 km, jej średni czas życia to 3-5 minut, a temperatura jest o 300-500 stopni wyższa niż otaczającego ją tła. Co setną sekundy rodzi się i umiera około 50 granulek, a jednocześnie na Słońcu obserwuje się około miliona z nich. Stąd wrażenie gotującej się owsianki. Wszystkie te procesy ciągłych narodzin i śmierci granulek nieuchronnie powodują „drżenie” światła słonecznego, którego częstotliwość waha się w szerokim spektrum dźwiękowym, w tym oczywiście słyszalnym. A potem fantazja zasugerowała naukowcowi, że w tak kolorowym obrazie dźwiękowym powinny grzmieć huragany, wyć burze ... A za nimi są prawdziwe procesy fizyczne, które być może mogą wiele o sobie powiedzieć. To prawda, trzeba też nauczyć się rozszyfrowywać język słonecznych burz i szeptów. Więc widzisz, możliwość usłyszenia Słońca wydaje się bardzo kusząca. Ale Słońce, choć ma kolosalną moc promieniowania, znajduje się, jak pamiętamy, w odległości 150 milionów kilometrów. Nie można go zbliżyć do fotofonu jak żarówki. Czy dźwięk urządzenia będzie spowodowany promieniami dochodzącymi z takiej odległości? Radziewski dokonał niezbędnych obliczeń. Okazało się, że do sprawdzenia hipotezy potrzebny jest potężny teleskop o średnicy zwierciadła co najmniej 6-7 m. Co ma z tym wspólnego teleskop? Jego celem jest nie tylko (i nie tyle) przybliżenie obserwatorowi badanych ciał niebieskich, ale wzmocnienie sygnałów z nich płynących. Wzmocnienie wzrasta wraz z kwadratem średnicy lustra. Dopiero z potężnym wzmacniaczem - teleskopem możliwość usłyszenia głosu słońca stała się realna (patrz ryc.).
Kilka lat temu takie teleskopy nie istniały. A u Radziewskiego wszystko ograniczało się do artykułu w specjalnym czasopiśmie naukowym. Zdania kolegów na temat pomysłu Radziewskiego były podzielone. Jeden z najpoważniejszych argumentów sceptyków brzmi tak: szumy w atmosferze są tak silne, że przez nie głos słońca nie dotrze do Ziemi. W odpowiedzi na takie wątpliwości Władimir Wiaczesławowicz podaje znany przykład z… nietoperzami. Wszyscy wiedzą, że nietoperze prowadzą nocny tryb życia. Widzą słabo, ale poruszają się za pomocą sygnałów ultradźwiękowych, emitując falę, która odbija się od otaczających obiektów i wracając do nich, umożliwia prawidłową orientację. Pewnego razu naukowcy postanowili sprawdzić: czy ich styl życia ma po prostu związek z nawykiem spania o określonych porach, czy też ma inne, głębsze przyczyny? W tym celu nietoperze zostały umieszczone w samolocie i przetransportowane przez kilka stref czasowych, przesuwając ich dzień o 8 godzin. I co - myszy spokojnie siedziały na słupach do zachodu słońca, a wraz z nadejściem ciemności rozpoczęły swoje zwykłe loty. Radziewski wyjaśnia ten fakt w następujący sposób. Ziemia reaguje na promieniowanie słoneczne jak gigantyczna membrana pochłaniająca. Ta reakcja wyraża się w hałasie, który nie jest słyszalny dla ludzi, ale jest dobrze wychwytywany przez bardziej wrażliwe nietoperze. Hałas jest dla nich potężnym tłem, na którym giną ich własne słabe sygnały. Dlatego w ciągu dnia są pozbawieni możliwości orientacji. Po zachodzie słońca hałas znika, a myszy mogą się poruszać. Hałasy atmosferyczne, które występują również w nocy, nie przeszkadzają nietoperzom. Oznacza to, że nie są one na tyle silne, aby przeszkadzały w słuchaniu Słońca. Jednym słowem wszystko zależy od przyszłego eksperymentu na jednym z potężnych teleskopów zbudowanych w ostatnich latach. Tylko doświadczenie może potwierdzić lub obalić pomysł. A dziś trudno nawet przewidzieć, co nastąpi po wyniku eksperymentu testowego, jeśli się powiedzie. Być może głos słoneczny dostarczy nowych informacji o procesach zachodzących na naszej gwieździe, które wciąż są dalekie od pełnego zrozumienia. Być może prosty fotofon stanie się podstawą ultraczułych instrumentów, które będą w stanie uchwycić szum Ziemi, zrodzony ze światła słonecznego. A ten hałas mógłby wiele powiedzieć o Ziemi i Słońcu... Autor: W. Meyerov
▪ Silnik elektryczny ze spinaczy do papieru
Nowy sposób kontrolowania i manipulowania sygnałami optycznymi
05.05.2024 Klawiatura Primium Seneca
05.05.2024 Otwarto najwyższe obserwatorium astronomiczne na świecie
04.05.2024
▪ Pojemność dysków optycznych drastycznie wzrośnie ▪ Telefon komórkowy rozpoznaje właściciela chodem ▪ IHLP-6767DZ-11 — wysokoprądowe niskoprofilowe cewki indukcyjne
▪ sekcja serwisu Wskazówki dla radioamatorów. Wybór artykułu ▪ artykuł Symulator - symulator lotu szybowcem. Wskazówki dla modelarza ▪ artykuł Co było szczególnego w nagrodzie Akademii Walta Disneya z 1937 roku? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł Produkty do wykańczania. Standardowe instrukcje dotyczące ochrony pracy ▪ artykuł Termometr elektroniczny. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki ▪ artykuł Wzór skanowania. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Polecamy ciekawe artykuły Sekcja 
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony