Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Театр физического эксперимента. Творческий подход в популяризации физики. Учебное пособие
.pdf
И это очень сильно меня огорчало. Тогда-то я стала собирать свое
войско из самых любознательных, самых терпеливых людей и показала
им, что нужно замечать повторяемость явлений, их взаимосвязь, не бояться ветра и молний, а пробовать использовать их на пользу себе. Я познакомлю вас с один из великих творцов
истории.
Я хотела бы птицей быть
И над землей лететь, но не дает
Сила тяготения, мешает совершить
Мне мой полет.
И мне Ньютон сказал:
«Это закон! Знал бы ты физику,
Ты бы вспомнил, как действует он».
Над этим я буду корпеть,
Чтоб над землей взлететь,
Ведь очень важна, но
нелегка
Наука физика.
Выходит Ньютон.
Ведущая. Кто Вы?
Ньютон. Я сэр Исаак Ньютон.
Физика. Исаак Ньютон? Это вы открыли закон всемирного тяготе-
ния?
Ньютон. Да. Я открыл его в возрасте 23 лет. Но 9 лет не публиковал
его, пока не уточнил расстояние между Землей и Луной. В 1667 году
закон был опубликован
.
Ньютон садится под дерево в саду, пьет чай. Выходит яблоня.
С дерева падают яблоки, листья. Он рассуждает: «Почему яблоки
и листья всегда падают вниз? Почему не в сторону? А к центру
Земли? Значит, должна существовать сила, подобная силе тяжести,
простирающаяся на всю Вселенную? В чем сходство между яблоком
и Луной?»
Берет ручку, пишет. Задумался. На него падает огромное яблоко.
Физика
С ветки яблоко упало, и по голове,
И Ньютона осенило, плод нашел в траве,
101
Он достал свою тетрадку, записал закон,
–
Понял тайну всей Вселенной, гением стал он.
И по этому закону движутся тела,
Чтоб Ньютон узнал об этом, яблоня цвела,
Много в Космосе секретов, мир другим не стал,
И летит к Земле комета, как он предсказал!
Ньютон (читает и объясняет закон).
Пожалуй, важнее закона
нет.
И яблока с ветки паденье.
Взаимное их притяженье
Изменится ровно во столько же раз,
Во сколько их масс умноженье:
Но главное в этом законе – квадрат,
Квадрат расстоянья до центров…
Квадрат задает орбитальный парад
Планет. Жестко, без сантиментов
Физика (рассказывает про гравитационную постоянную
11 2 2
10 Нм/кг
):
6,67G
Удивительный и странный,
По устройству мир земной!
Во всемирной постоянной
Смысл содержится простой:
Притяжения здесь сила
Для двух тел отражена,
Килограмм у каждой было,
Между ними – метр длина.
Физика. Вы, Ньютон, великий ученый, ваше имя будут знать все
юные физики!
Физика. Уважаемый сэр Иссак Ньютон и все зрители, посмотрите,
какие удивительные занимательные опыты демонстрируются в современном мире.
Опыт 1 «Вода в решете».
Оказывается, что носить воду в решете возможно не только в сказке.
Знание физики поможет исполнить такое классически невозможное
102
дело. Для этого надо взять проволочное решето сантиметров 15 в диаметре с не слишком мелкими ячейками (около 1 мм) и окунуть его сетку
в растопленный парафин. Затем вынуть решето из парафина. Проволока
окажется покрытой тонким слоем парафина, едва заметным для глаз.
Решето осталось решетом, в нем есть сквозные отверстия, через ко-
торые
свободно проходит булавка, но теперь вы можете в буквальном
смысле носить в нем воду. В таком решете удерживается довольно высокий слой воды, не проливаясь сквозь ячейки, надо только осторожно
налить воду и оберегать решето от толчков.
Почему же вода не проливается? Потому что, не смачивая парафин,
она образует в
ячейках решета тонкие пленки, обращенные выпукло-
стью вниз, которые и удерживают воду (рисунок).
Такое парафинированное решето можно положить на воду, и оно будет держаться на ней. Значит, возможно не только носить воду в решете,
но и плавать на нем.
Этот парадоксальный опыт объясняет ряд обыкновенных явлений,
к которым мы
привыкли и не задумываемся об их причине. Смоление
бочек и лодок, смазывание салом пробок и втулок, окрашивание масляной краской и вообще покрытие маслянистыми веществами всех тех
предметов, которые мы хотим сделать непроницаемыми для воды,
а также прорезинивание тканей – всё это не что иное, как изготовление
решета вроде сейчас описанного. Суть
дела и там и тут одна и та же,
только в случае с решетом она выступает в необычном виде.
Опыт 2 «Адиабатическое расширение газа».
У нас имеется бутылка со смесью воды и этилового спирта, закрытая
пробкой с пропущенной сквозь нее стеклянной трубкой, и вакуумный
насос.
Адиабатический процесс протекает в молекулярной системе при ее
термодинамической изоляции, то есть молекулярная система не может
обмениваться теплом с окружающей средой. Осуществить в реальности
такую изоляцию невозможно. Но если процесс в молекулярной системе
103
будет протекать очень быстро, так как изоляция обладает низкой теплоемкостью и теплопроводностью, то такой процесс можно считать почти
адиабатическим.
Внутри бутылки имеется жидкость, смесь паров воды и спирта, воздух. Соединяем бутылку и насос вакуумным шлангом и накачиваем
в бутылку воздух. Когда силы давления газовой смеси превысят силы
трения и атмосферного давления, пробка будет выбита из бутылки.
Работу по выбиванию пробки совершила газовая смесь. Так как процесс
выбивания пробки очень быстр, то газовая смесь не смогла обменяться
теплом с окружающей средой и, следовательно, совершила работу за
счет своей внутренней энергии. Но, уменьшив свою внутреннюю энергию, смесь охладилась, тогда часть молекул паров спирта и воды сконденсировалась и в бутылке появился туман.
Опыт 3 «Сдавливание алюминиевой банки».
Атмосферное давление настолько сильно, что способно деформировать металл. Вы можете сами в этом убедиться, повторив данный эксперимент.
Для опыта нам понадобится алюминиевая банка из-под напитка
(0,33 мл), спиртовка (газовая горелка), прихватка, емкость с водой.
Наливаем небольшое количество воды в банку и ставим на огонь.
Нагреваем несколько минут до той поры, пока вода не закипит и пары
воды не вытеснят весь воздух из банки. Затем при помощи рукавицы
снимаем с огня и быстро опускаем в воду. После опускания в холодную
воду отверстием вниз банка сама сдавливается на глазах. Что за невидимая сила ее сплющила?
Вода, которая едва закрывала донышко банки, перешла в водяной
пар, который вытеснил весь воздух в банке и занял его место. Теперь
банка заполнена только паром.
После того как банку сняли с тарелки, температура водяных паров
резко упала и пар превратился обратно в воду. Таким образом, внутри
банки образовалась пустая область – вакуум. Внешний воздух стремится заполнить эту пустоту, оказывая давление со всех сторон.
Так как мы закрыли входное отверстие банки водой, то воздуху ничего не остается, как давить на стенки. Внутри банки давления уже недостаточно, чтобы противостоять такому напору. В итоге происходит
быстрое сплющивание банки внешним давлением.
104
Опыт 4 «Атмосферное давление».
Нам понадобится стакан стеклянный с сеткой, вода, лист бумаги,
блюдце.
Нальем в стакан воду, закроем листом бумаги и, поддерживая лист
рукой, перевернем стакан вверх дном. Если теперь отнять руку от бумаги, то вода из стакана не выльется. Бумага остается как бы приклеенной к краю стакана.
Лист бумаги удерживает атмосферное давление, которое снаружи
действует на лист с большей
силой, чем вес воды в стакане.
Далее показываем, что если убрать бумагу, то вода из стакана не
выльется.
Опыт 5. «Монета, стакан, лист бумаги».
Поставим монету на ребро и сверху положим полоску бумаги.
Теперь закроем ее стаканом. Требуется сбросить бумажку с монеты так,
чтобы монета не упала.
Это можно сделать единственным способом – наэлектризовать расческу или пластмассовую линейку и поднести ее к стакану. Силы статического электричества сбросят бумажку с монеты.
105
Опыт 6 «Шарик в стакане с водой».
Наполним стакан водой и положим в него пинг-понговый шарик.
Теперь попробуем установить его в центре стакана. Как видите, это никак не удается: шарик прилипает к краю стакана из-за действия сил поверхностного натяжения.
Чтобы все-таки установить шарик в центре, необходимо добавить
воду в стакан так, чтобы мениск стал выпуклым. Тогда силы поверхностного натяжения автоматически установят шарик в центр.
Опыт 7 «Непротекающий пакет».
У нас есть вода, ведро, пакет, карандаш, стержни для ручек (5 штук).
Если полиэтиленовый пакет проткнуть и потом залить в него воду,
она будет выливаться через отверстия. Но если пакет сначала наполнить
водой наполовину и затем проткнуть его острым предметом так, чтобы
предмет остался воткнутым в пакет, то вода вытекать через эти отверстия не будет. Это связано с тем, что при разрыве молекулы полиэтилена притягиваются друг к другу. В нашем случае полиэтилен затягивается вокруг карандаша.
Опыт 8 «Вверх по наклонной плоскости».
Предлагаем вам провести опыт, очень старый и очень похожий
на фокус. Возьмите два одинаковых конуса, например, из дерева, пластмассы или металла. Конусы могут быть сплошными или пустотелыми,
лишь бы они не были слишком легкими. Прочно соедините конусы основаниями (например, склейте), причем так, чтобы оси конусов обязательно совпали. Для
опыта вам понадобятся также толстая книга
и два одинаковых достаточно длинных стержня.
106
Положите книгу на стол, а стержни расположите так, чтобы
они одними концами опирались на ребро книги, другими – на стол, причем в одном и том же месте. Короче говоря, стержни и ребро книги
должны образовать своеобразную «наклонную плоскость» в форме
равнобедренного треугольника.
Теперь возьмите скрепленные конусы и положите их на стержни,
при этом ось конусов должна быть горизонтальной. Как только вы это
сделаете, вы увидите, что конусы сами, без подталкивания, покатятся
по наклонной плоскости … не вниз, а вверх, вопреки привычному опыту и
здравому смыслу.
В чем же секрет этого фокусы? Чудес здесь, конечно, никаких
нет. Просто оказывается, что при выполнении некоторых условий
центр тяжести конусов в процессе их «скатывания» вверх будет не
подниматься, а опускаться. Именно сила тяжести и является причиной такого, на первый взгляд, необычного движения.
Все участники. Изучайте физику, и тогда у вас в руках будет весь
мир! И даже два!
12. «В НЕКОТОРОМ ЦАРСТВЕ»
Действующие лица: Иван-царевич, Царь, Кощей, Леший, Яга, Василиса Премудрая, Русалочка, Водяной, Кикимора, Змей Горыныч, рассказчик.
Эксперименты
1. «Поющая труба».
2. «Колыбель Ньютона».
3. «Жидкий азот».
4. «Несмешивающиеся жидкости».
5. «Катушка послушная и непослушная».
6. «Вода в решете».
7. «Атмосферное давление».
8. «Водный мостик».
9. «Магдебургские полушария».
10. «Картофельная пушка».
11. «Адиабатическое расширение газа».
107
Рассказчик. В некотором царстве, в некотором государстве жил-
был царь, и был у него сын Иван-царевич. Как-то позвал царь сына. Пришел Иван к отцу и видит, что тот занимается чем-то необычным.
Опыт 1 «Поющая труба».
Иван-царевич.
Отец, что ты делаешь?
Царь (рассказывает про эксперимент, но Иван не слушает).
Почему ты пропускаешь всё мимо ушей?
Иван-царевич. Мне это неинтересно, я бы лучше сразился с кем-то
на мечах.
Царь. Жаль, наука всем полезна и иногда лучше меча.
Иван-царевич. Отец, зачем ты меня звал?
Царь. Иван, пришло твое время взять в свои руки бразды правления.
Иван-царевич. Да, отец.
Царь. Но не забывай, что прежде чем занять трон, ты должен сде-
лать доброе дело для народа.
Иван-царевич. Но отец, наш народ прекрасно живет. Что я могу для
него сделать?
Царь. Уже несколько месяцев наш народ не может пройти через
земли Кощея Бессмертного, а те, кто все-таки пытался, пропадали без
вести.
Иван-царевич. Тогда я пойду и сражу Кощея.
Пошел Иван-царевич в замок Кощея, чтобы остановить его.
Пришел он к Кощею и увидел его в магическом дыму
(жидкий азот), взял меч и побежал к Кощею.
но тот остановил Ивана-царевича взмахом руки.
Иван-царевич (кричит). За что ты на честных людей нападаешь?!
Кощей. Вы – необразованные дикари! Вот ты, например, вместо об-
суждения проблемы схватился за меч. Другие не лучше. Вместо того
чтобы отгадать три загадки, они злились из-за того, что не знали ответа,
поэтому использовали грубую силу, за что поплатились.
Иван-царевич видит экспериментальную установку
на столе Кощея и показывает на нее
пальцем.
Иван-царевич. Ты – злобный колдун, а вот и доказательство,
а с колдунами у нас разговор короткий.
108
Кощей. Ох, сложный случай. А если бы ты учился, то знал бы, что
это экспериментальная установка, которая предназначена для изучения
законов физики (рассказывается про установку и показывается экспе-
римент).
Опыт 2 «Колыбель Ньютона».
Иван-царевич.
А как же тот загадочный дым, который я видел, ко-
гда пришел к тебе?
Кощей. А это, Ваня, жидкий азот (эксперимент с ним).
Опыт 3 «Жидкий азот».
Иван-царевич. Так ты и не колдун вовсе, а ученый, надо и народ
весь обучить этой науке.
Кощей (смеется). Чтобы учить кого-то, нужно и самому много знать.
Иван-царевич. Так давай ты поможешь мне в этом.
Кощей. Я закрылся в своем замке от людей, чтобы не сталкиваться
больше с глупостью и необразованностью. Хотя перспектива встречи
грамотного собеседника, который сможет говорить со мной на различные темы, мне нравится. Отправляйся в поход, встречай знающих людей, учись, а спустя три дня вернешься ко мне и расскажешь, что ты
узнал. Если же ничего не узнаешь, то я тебя убью.
Иван-царевич. Договорились.
Пошел Иван-царевич в поход за знаниями. Шел он долго, устал
и присел на траву, откинул он голову назад и ударился о дерево.
Леший. Ой, голова. Кто это стучит по моему дому и спать мне не
дает?!
Иван-царевич (испуганно). Это я, Иван-Царевич, а ты кто такой?
Леший. Я Леший. Что же тебе дома не сидится, Царевич? Другим
вот спать не даешь.
Иван-царевич. Хочу вот народ науке обучить, а лучше Кощея ни-
кто этого не сделает, но вот Кощей согласился помочь мне, только если
я за три дня обучусь физике.
Леший. О, физику я люблю. Вот ты знал о существовании несмеши-
вающихся жидкостей? (информация об эксперименте и сам экспери-
мент).
Опыт 4 «Несмешивающиеся жидкости».
Иван-царевич.
Спасибо тебе, Леший, благодаря тебе я узнал о не-
смешивающихся жидкостях.
Леший. Обращайся. Сходи к Яге, она тоже очень умная.
109
Иван-царевич. А как ее найти?
Леший. Всё просто, иди прямо, на третьем перекрестке поверни
направо, а затем на первой развилке налево и выйдешь на опушку леса,
где и живет Яга.
Иван-царевич. Еще раз спасибо, и до встречи.
Леший. Прощай.
Шел Иван-царевич по пути, который Леший ему сказал, и увидел
вдалеке избушку на курьих ножках. Зашел он в нее, а там Яга.
Яга. Кто это такой невоспитанный ко мне пожаловал? Не посту-
чался даже.
Иван-царевич. Простите меня, уважаемая Баба-яга, только не
ешьте меня, пожалуйста.
Яга. Ох уж этот народ, только сплетни придумывать и умеет, лучше
бы науки с таким интересом изучали. Не ем я людей, я вообще вегетарианка. Да и не Баба-яга я, а скорее девушка Яга, мне всего-то 184 года.
Иван-царевич (в сторону). Ну с Бабой тогда точно не ошиблись.
Яга. Так, добрый молодец, чего пожаловал ко мне? Зелья дурманя-
щие нужны али травку веселую приобрести желаешь? У меня всё законно.
Иван-царевич. Я пришел за знаниями, научи меня физике.
Яга. Не-не-не, я неучей учить не хочу, слишком много сил и вре-
мени это отнимает, а я тут не молодею.
Иван-царевич. Так я не неуч больше, Леший меня обучил (суть
эксперимента «Несмешивающиеся жидкости»).
Яга. Ну ладно, тогда я тебе расскажу (эксперимент).
Опыт 5 «Катушка послушная и непослушная».
Иван-царевич.
Спасибо тебе, Яга. А можешь еще чему-нибудь меня
научить?
Яга. Нет, добрый молодец, мне уже пора по делам спешить, но ты
можешь у моей внучки Василисы Премудрой спросить, она сейчас мне
травы магические собирает на соседней лужайке.
Иван-царевич. Спасибо, до свидания.
Пришел Иван-царевич на лужайку и увидел он там необычайно
красивую девушку, тут она его заметила.
Василиса Премудрая. Здравствуй, Иван-царевич. Ты пришел ко
мне, чтобы я тебя научила физике?
110
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]