Experimente fizice distractive. Experimente interesante de fizică pentru copii
Ministerul Educației și Științei din Regiunea Chelyabinsk
Ramura tehnologică Plastovsky
GBPOU SPO „Kopeisk” colegiul politehnic ei. S.V. Khokhryakova"
MASTER - CLASS
„EXPERIMENTE ȘI EXPERIMENTE
PENTRU COPII"
educațional - munca de cercetare
"Distractiv experimente fizice
din materiale vechi"
Cap: Yu.V. Timofeeva, profesor de fizică
Interpreți: studenți grup OPI - 15
Adnotare
Experimentele fizice cresc interesul pentru studiul fizicii, dezvoltă gândirea și învață cum să se aplice cunoștințe teoretice a explica diverse fenomene fizice care se întâmplă în lumea înconjurătoare.
Din păcate, din cauza supraîncărcării material educativÎn lecțiile de fizică, se acordă o atenție insuficientă experimentelor distractive
Cu ajutorul experimentelor, observațiilor și măsurătorilor, dependențe între diverse mărimi fizice.
Toate fenomenele observate în timpul experimentelor distractive au o explicație științifică în acest scop, au fost folosite legile fundamentale ale fizicii și proprietățile materiei din jurul nostru;
CUPRINS
| Introducere | ||
| Conținutul principal | ||
| Organizarea muncii de cercetare | ||
| Metodologie diverse experiențe | ||
| Rezultatele cercetării | ||
| Concluzie | ||
| Lista literaturii folosite | ||
| Aplicații |
INTRODUCERE
Fără îndoială, toate cunoștințele noastre încep cu experimente.
(Kant Emmanuel - filozof german 1724-1804)
Fizica nu este doar cărți științifice și legi complexe, nu doar laboratoare uriașe. Fizica este, de asemenea, despre experimente interesante și experiențe distractive. Fizica este trucuri magice făcute între prieteni, asta povești amuzanteși jucării amuzante de casă.
Cel mai important, puteți folosi orice material disponibil pentru experimente fizice.
Experimentele fizice se pot face cu bile, pahare, seringi, creioane, paie, monede, ace etc.
Experimentele cresc interesul pentru studiul fizicii, dezvoltă gândirea și îi învață pe elevi să aplice cunoștințele teoretice pentru a explica diferite fenomene fizice care au loc în lumea din jurul lor.
Atunci când desfășurați experimente, nu trebuie doar să elaborați un plan pentru implementarea acestuia, ci și să determinați modalități de obținere a anumitor date, să asamblați singur instalațiile și chiar să proiectați instrumentele necesare pentru a reproduce un anumit fenomen.
Dar, din păcate, din cauza supraîncărcării de material educațional din lecțiile de fizică, se acordă o atenție insuficientă experimentelor distractive, se acordă o mare atenție teoriei și rezolvării problemelor.
Prin urmare, s-a decis desfășurarea lucrărilor de cercetare pe tema „ Experimente distractiveîn fizică din materiale vechi”.
Obiectivele lucrării de cercetare sunt următoarele:
Stăpânește metodele de cercetare fizică, stăpânește abilitățile de observare corectă și tehnica experimentului fizic.
Organizare munca independenta cu diverse literaturi și alte surse de informare, culegere, analiză și sinteza de material pe tema muncii de cercetare.
Învățați elevii să aplice cunoștințele științifice pentru a explica fenomenele fizice.
Să insufle elevilor dragostea pentru fizică, să le sporească concentrarea asupra înțelegerii legilor naturii, și nu asupra memorării lor mecanice.
Atunci când am ales o temă de cercetare, am pornit de la următoarele principii:
Subiectivitatea - tema aleasă corespunde intereselor noastre.
Obiectivitatea – tema pe care am ales-o este relevantă și importantă din punct de vedere științific și practic.
Fezabilitate - sarcinile și obiectivele pe care le stabilim în munca noastră sunt reale și fezabile.
1. CUPRINS PRINCIPAL.
Lucrarea de cercetare s-a desfășurat după următoarea schemă:
Enunțarea problemei.
Studierea informațiilor din diverse surse despre această problemă.
Selectarea metodelor de cercetare și stăpânirea practică a acestora.
Colectarea propriului material - colectarea materialelor disponibile, efectuarea de experimente.
Analiza si sinteza.
Formularea concluziilor.
În cadrul lucrărilor de cercetare au fost utilizate următoarele metode de cercetare fizică:
1. Experiența fizică
Experimentul a constat în etapele următoare:
Clarificarea conditiilor experimentale.
Această etapă implică familiarizarea cu condițiile experimentului, determinarea listei de instrumente și materiale disponibile necesare și conditii sigure la efectuarea unui experiment.
Întocmirea unei secvențe de acțiuni.
În această etapă, a fost conturată procedura de desfășurare a experimentului și au fost adăugate noi materiale dacă este necesar.
Conducerea experimentului.
2. Observarea
Când observăm fenomene care au loc în experiență, am desenat o atenție deosebită pentru schimbare caracteristici fizice, în același timp am putut detecta conexiuni regulate între diferite cantități fizice.
3. Modelare.
Modelarea este baza oricărei cercetări fizice. Când am efectuat experimente, am simulat diverse experimente situaționale.
În total, am modelat, condus și explicat științific mai multe experimente fizice interesante.
2.Organizarea muncii de cercetare:
2.1 Metodologia de realizare a diferitelor experimente:
Experienta nr. 1 Lumanare cu sticla
Dispozitive și materiale: lumanare, sticla, chibrituri
Etapele experimentului
Pune o lumânare aprinsă în spatele sticlei și stai astfel încât fața să fie la 20-30 cm distanță de sticlă.
Acum trebuie doar să suflați și lumânarea se va stinge, de parcă nu ar exista nicio barieră între tine și lumânare.
Experimentul nr. 2 Șarpe care se învârte
Echipamente si materiale: hartie groasa, lumanare, foarfece.
Etapele experimentului
Tăiați o spirală din hârtie groasă, întindeți-o puțin și puneți-o pe capătul unui fir curbat.
Țineți această spirală deasupra lumânării în fluxul de aer în creștere, șarpele se va roti.
Dispozitive și materiale: 15 meciuri.
Etapele experimentului
Așezați un chibrit pe masă și 14 chibrituri peste el, astfel încât capetele lor să se ridice și capetele să atingă masa.
Cum să ridici primul chibrit, ținându-l de un capăt și toate celelalte chibrituri împreună cu el?
Experiența nr. 4 Motor cu parafină
Dispozitive și materiale:lumanare, ac de tricotat, 2 pahare, 2 farfurii, chibrituri.
Etapele experimentului
Pentru a face acest motor, nu avem nevoie nici de electricitate, nici de benzină. Pentru asta avem nevoie doar de... o lumânare.
Încinge acul de tricotat și înfige-l cu capul în lumânare. Aceasta va fi axa motorului nostru.
Așezați o lumânare cu un ac de tricotat pe marginile a două pahare și echilibrați.
Aprinde lumânarea la ambele capete.
Experimentul nr. 5 Aer gros
Trăim datorită aerului pe care îl respirăm. Dacă nu crezi că este suficient de magic, încearcă acest experiment pentru a afla ce poate face un alt aer magic.
Recuzită
Ochelari de protecție
Scândura de pin 0,3x2,5x60 cm (poate fi achiziționată de la orice magazin de cherestea)
Foaia de ziar
Riglă
Pregătirea
Să începem magia științifică!
Purtați ochelari de protecție. Anunțați publicului: „Există două tipuri de aer în lume. Unul dintre ei este slab, iar celălalt este gras. Acum, cu ajutorul aerului gras, voi face magie.”
Așezați tabla pe masă astfel încât aproximativ 6 inchi (15 cm) să se extindă peste marginea mesei.
Spune: „Aer gros, stai pe scândură”. Loviți capătul tablei care iese dincolo de marginea mesei. Scândura va sări în aer.
Spune-le publicului că trebuie să fi fost aer subțire care stătea pe scândură. Așezați tabla pe masă din nou ca la pasul 2.
Pune o coală de ziar pe tablă, așa cum se arată în imagine, astfel încât tabla să fie în mijlocul foii. Aplatizați ziarul, astfel încât să nu existe aer între el și masă.
Spune din nou: „Aer gros, stai pe scândură”.
Loviți capătul proeminent cu marginea palmei.
Experimentul nr. 6 Hârtie impermeabilă
Recuzită
Prosop de hârtie
Ceaşcă
Bol sau găleată de plastic pentru a turna cantitate suficientă suficientă apă pentru a acoperi complet paharul
Pregătirea
Așezați tot ce aveți nevoie pe masă
Să începem magia științifică!
Anunțați publicului: „Folosind abilitățile mele magice, pot face ca o bucată de hârtie să rămână uscată.”
Îndoială prosop de hârtieși puneți-l pe fundul paharului.
Întoarceți paharul și asigurați-vă că bucata de hârtie rămâne la loc.
Spune ceva peste pahar cuvinte magice, De exemplu: " puteri magice, protejați hârtia de apă.” Apoi coborâți încet paharul cu susul în jos într-un vas cu apă. Încercați să țineți paharul cât mai la nivel posibil până când acesta dispare complet sub apă.
Scoateți paharul din apă și scuturați apa. Întoarceți paharul cu susul în jos și scoateți hârtia. Lăsați publicul să-l atingă și asigurați-vă că rămâne uscat.
Experimentul nr. 7 Minge zburătoare
Ați văzut vreodată un bărbat ridicându-se în aer în timpul spectacolului unui magician? Încercați un experiment similar.
Vă rugăm să rețineți: acest experiment necesită un uscător de păr și asistență adultă.
Recuzită
Uscător de păr (a fi folosit doar de un asistent adult)
2 cărți groase sau alte obiecte grele
Minge de ping pong
Riglă
Asistent adult
Pregătirea
Așezați uscătorul de păr pe masă cu orificiul în sus, unde suflă aer cald.
Pentru a-l instala în această poziție, folosiți cărți. Asigurați-vă că nu blochează orificiul din partea în care aerul este aspirat în uscător de păr.
Conectați uscătorul de păr.
Să începem magia științifică!
Cereți unuia dintre spectatorii adulți să vă devină asistent.
Anunțați publicului: „Acum voi face o minge de ping-pong obișnuită să zboare prin aer”.
Luați mingea în mână și eliberați-o astfel încât să cadă pe masă. Spuneți audienței: „Oh! Am uitat să spun cuvintele magice!”
Spune cuvinte magice peste minge. Rugați asistentul să pornească uscătorul de păr la putere maximă.
Așezați cu grijă mingea peste uscător de păr în fluxul de aer, la aproximativ 45 cm de orificiul de suflare.
Sfaturi pentru un vrăjitor învățat
În funcție de forța de suflare, poate fi necesar să plasați balonul puțin mai sus sau mai jos decât este indicat.
Ce altceva poți face
Încercați să faceți același lucru cu mingea dimensiuni diferite si mase. Experiența va fi la fel de bună?
2. 2 REZULTATE CERCETĂRI:
1) Experienta nr. 1 Lumanare cu sticla
Explicaţie:
Lumânarea va pluti în sus puțin câte puțin, iar parafina răcită cu apă de la marginea lumânării se va topi mai încet decât parafina din jurul fitilului. Prin urmare, în jurul fitilului se formează o pâlnie destul de adâncă. Acest gol, la rândul său, face lumânarea mai ușoară, motiv pentru care lumânarea noastră se va arde până la capăt.
2) Experimentul nr. 2 Șarpe care se învârte
Explicaţie:
Șarpele se rotește pentru că aerul se dilată sub influența căldurii și se transformă energie caldăîn mișcare.
3) Experimentul nr. 3 Cincisprezece meciuri la unul
Explicaţie:
Pentru a ridica toate chibriturile, trebuie doar să puneți încă al cincisprezecelea chibrit deasupra tuturor chibriturilor, în golul dintre ele.
4) Experimentul nr. 4 Motor cu parafină
Explicaţie:
O picătură de parafină va cădea într-una dintre farfuriile așezate sub capetele lumânării. Echilibrul va fi perturbat, celălalt capăt al lumânării se va strânge și va cădea; în același timp, câteva picături de parafină se vor scurge din ea și va deveni mai ușoară decât primul capăt; se ridică în vârf, primul capăt va coborî, va scăpa o picătură, va deveni mai ușor, iar motorul nostru va începe să funcționeze cu toată puterea; treptat vibratiile lumanarii vor creste din ce in ce mai mult.
5) Experiența nr. 5 aer gros
Când lovești tabla pentru prima dată, aceasta sare. Dar dacă lovești tabla pe care zace ziarul, tabla se rupe.
Explicaţie:
Când netezești ziarul, elimini aproape tot aerul de dedesubt. În același timp număr mare aer de deasupra ziarul apasă pe el cu mare putere. Când loviți tabla, aceasta se rupe deoarece presiunea aerului pe ziar împiedică placa să se ridice ca răspuns la forța pe care o aplicați.
6) Experiența nr. 6 Hârtie impermeabilă
Explicaţie:
Aerul ocupă un anumit volum. Există aer în sticlă, indiferent în ce poziție se află. Când întoarceți paharul cu susul în jos și îl coborâți încet în apă, aerul rămâne în pahar. Apa nu poate intra în sticlă din cauza aerului. Presiunea aerului se dovedește a fi mai mare decât presiunea apei care încearcă să pătrundă în interiorul sticlei. Prosopul de pe fundul paharului rămâne uscat. Dacă un pahar este întors pe o parte sub apă, aerul va ieși sub formă de bule. Apoi poate intra în pahar.
8) Experimentul nr. 7 Minge zburătoare
Explicaţie:
Acest truc nu sfidează de fapt gravitația. Demonstrează o capacitate importantă a aerului numită principiul lui Bernoulli. Principiul lui Bernoulli este o lege a naturii, conform căreia orice presiune a oricărei substanțe fluide, inclusiv aerul, scade odată cu creșterea vitezei de mișcare a acesteia. Cu alte cuvinte, atunci când debitul de aer este scăzut, are o presiune ridicată.
Aerul care iese din uscătorul de păr se mișcă foarte repede și prin urmare presiunea acestuia este scăzută. Mingea este înconjurată pe toate părțile de o zonă joasă presiune, care formează un con la deschiderea uscătorului de păr. Aerul din jurul acestui con are mai mult presiune mare, și previne căderea mingii din zona de joasă presiune. Forța gravitației o trage în jos, iar forța aerului o trage în sus. Datorită acțiunii combinate a acestor forțe, mingea atârnă în aer deasupra uscătorului de păr.
CONCLUZIE
Analizând rezultatele experimentelor distractive, am fost convinși că cunoștințele dobândite la orele de fizică sunt destul de aplicabile pentru rezolvarea probleme practice.
Folosind experimente, observații și măsurători, s-au studiat relațiile dintre diferitele mărimi fizice.
Toate fenomenele observate în timpul experimentelor distractive au o explicație științifică pentru aceasta am folosit legile fundamentale ale fizicii și proprietățile materiei din jurul nostru;
Legile fizicii se bazează pe fapte stabilite experimental. Mai mult decât atât, interpretarea acelorași fapte se schimbă adesea în timpul dezvoltare istorică fizică. Faptele se acumulează în urma observațiilor. Dar nu te poți limita doar la ele. Acesta este doar primul pas către cunoaștere. Urmează experimentul, dezvoltarea conceptelor care permit caracteristici de calitate. Pentru a trage concluzii generale din observații și pentru a afla cauzele fenomenelor, este necesar să se stabilească relații cantitative între mărimi. Dacă se obține o astfel de dependență, atunci s-a găsit o lege fizică. Dacă se găsește o lege fizică, atunci nu este nevoie să experimentați în fiecare caz individual, este suficient să efectuați calculele adecvate. Prin studierea experimentală a relațiilor cantitative dintre cantități, pot fi identificate modele. Pe baza acestor modele, se dezvoltă teorie generală fenomene.
Prin urmare, fără experiment nu poate exista o predare rațională a fizicii. Studiul fizicii și al altor discipline tehnice implică folosirea pe scară largă a experimentelor, discutarea caracteristicilor setării sale și a rezultatelor observate.
În conformitate cu sarcina, toate experimentele au fost efectuate folosind numai materiale ieftine, disponibile de dimensiuni mici.
Pe baza rezultatelor muncii educaționale și de cercetare, se pot trage următoarele concluzii:
ÎN diverse surse Puteți găsi informații și puteți veni cu multe experimente fizice interesante, efectuate folosind echipamentele disponibile.
Experimentele distractive și dispozitivele fizice de casă măresc gama de demonstrații ale fenomenelor fizice.
Experimentele distractive vă permit să testați legile fizicii și ipotezele teoretice.
LISTA REFERINȚELOR UTILIZATE
M. Di Spezio „Experiențe distractive”, Astrel LLC, 2004.
F.V. Rabiz „Fizica amuzantă”, Moscova, 2000.
L. Galpershtein „Bună, fizică”, Moscova, 1967.
A. Tomilin „Vreau să știu totul”, Moscova, 1981.
M.I. Bludov „Conversații despre fizică”, Moscova, 1974.
Da.I. Perelman " Sarcini distractiveși experimente”, Moscova, 1972.
APLICAȚII
Disc:
1. Prezentare „Experimente fizice distractive folosind materiale vechi”
2. Videoclip „Experimente fizice distractive folosind materiale vechi”
Turnați apă în pahar, asigurându-vă că ajungeți chiar la margine. Acoperiți cu o foaie de hârtie groasă și, ținând-o ușor, întoarceți foarte repede paharul cu susul în jos. Pentru orice eventualitate, faceți toate acestea peste lighean sau în cadă. Acum scoate-ți palma... Concentrează-te! ramane inca in pahar!
Este vorba despre presiune aerul atmosferic. Presiunea aerului asupra hârtiei din exterior este mai mare decât presiunea asupra acesteia din interiorul paharului și, în consecință, nu permite hârtiei să elibereze apă din recipient.
Experimentul lui Rene Descartes sau scafandru cu pipetă
Această experiență distractivă are aproximativ trei sute de ani. Este atribuită savantului francez René Descartes.
vei avea nevoie sticla de plastic cu dop, pipetă și apă. Umpleți sticla, lăsând doi până la trei milimetri până la marginea gâtului. Luați o pipetă, umpleți-o cu puțină apă și aruncați-o în gâtul sticlei. Capătul superior din cauciuc ar trebui să fie la sau puțin peste nivelul din sticlă. În acest caz, trebuie să vă asigurați că, cu o ușoară apăsare cu degetul, pipeta se scufundă și apoi plutește încet de la sine. Acum închideți capacul și strângeți părțile laterale ale sticlei. Pipeta va merge la fundul sticlei. Eliberați presiunea asupra sticlei și aceasta va pluti din nou.
Cert este că am comprimat ușor aerul din gâtul sticlei și această presiune a fost transferată în apă. a pătruns în pipetă - a devenit mai grea (deoarece apa este mai grea decât aerul) și s-a înecat. Când presiunea încetează aer comprimat Am îndepărtat excesul din interiorul pipetei, „scafandrunul” nostru a devenit mai ușor și a ieșit la suprafață. Dacă la începutul experimentului „scafandrul” nu vă ascultă, atunci trebuie să ajustați cantitatea de apă din pipetă. Când pipeta se află pe fundul sticlei, este ușor de observat cum, pe măsură ce presiunea pe pereții sticlei crește, intră în pipetă, iar când presiunea este slăbită, iese din ea.
Sute de mii de experimente fizice au fost efectuate de-a lungul istoriei de o mie de ani a științei. Este dificil să selectezi câțiva dintre cei mai buni dintre fizicienii din SUA și Europa de Vest a fost efectuat un sondaj. Cercetătorii Robert Kreese și Stoney Book le-au cerut să le numească pe cele mai frumoase din istorie. experimente fizice. El a vorbit despre experimentele incluse în top zece conform rezultatelor unui sondaj prin sondaj realizat de Kriz și Book cercetător Laboratorul de astrofizică a neutrinilor de înaltă energie, candidat la științe fizice și matematice Igor Sokalsky.
1. Experimentul lui Eratostene din Cirene
Unul dintre cele mai vechi experimente fizice cunoscute, în urma căruia s-a măsurat raza Pământului, a fost efectuat în secolul al III-lea î.Hr. de bibliotecarul celebrei Biblioteci din Alexandria, Erastothenes din Cirene. Designul experimental este simplu. La prânz, în ziua solstițiului de vară, în orașul Siena (azi Aswan), Soarele era la zenit și obiectele nu aruncau umbre. În aceeași zi și la aceeași oră, în orașul Alexandria, situat la 800 de kilometri de Siena, Soarele a deviat de la zenit cu aproximativ 7°. Aceasta este aproximativ 1/50 dintr-un cerc complet (360°), ceea ce înseamnă că circumferința Pământului este de 40.000 de kilometri și raza de 6.300 de kilometri. Pare aproape incredibil că o astfel de măsurată metoda simpla Raza Pământului s-a dovedit a fi cu doar 5% mai mică decât valoarea obținută de cei mai precisi metode moderne, relatează site-ul „Chimie și viață”.
2. Experimentul lui Galileo Galilei
În secolul al XVII-lea, punctul de vedere dominant era Aristotel, care învăța că viteza cu care cade un corp depinde de masa lui. Cu cât corpul este mai greu, cu atât cade mai repede. Observații pe care fiecare dintre noi le poate face viata de zi cu zi, pare să confirme acest lucru. Încercați să-l eliberați în același timp maini usoare o scobitoare si o piatra grea. Piatra va atinge solul mai repede. Observații similare l-au condus pe Aristotel la concluzia că proprietate fundamentală forța cu care Pământul atrage alte corpuri. De fapt, viteza de cădere este afectată nu numai de forța gravitației, ci și de forța de rezistență a aerului. Raportul acestor forțe este diferit pentru obiectele ușoare și pentru cele grele, ceea ce duce la efectul observat.
Italianul Galileo Galilei s-a îndoit de corectitudinea concluziilor lui Aristotel și a găsit o modalitate de a le testa. Pentru a face acest lucru, a aruncat o ghiulă de tun și un glonț de muschetă mult mai ușor din Turnul înclinat din Pisa în același moment. Ambele corpuri aveau aproximativ aceeași formă aerodinamică, prin urmare, atât pentru miez, cât și pentru glonț, forțele de rezistență ale aerului au fost neglijabile în comparație cu forțele gravitației. Galileo a descoperit că ambele obiecte ajung la pământ în același moment, adică viteza căderii lor este aceeași.
Rezultatele obținute de Galileo sunt o consecință a legii gravitației universale și a legii conform căreia accelerația experimentată de un corp este direct proporțională cu forța care acționează asupra acestuia și invers proporțională cu masa acestuia.
3. Un alt experiment Galileo Galilei
Galileo a măsurat distanța pe care bilele care se rostogoleau pe o placă înclinată au parcurs în intervale egale de timp, măsurată de autorul experimentului folosind un ceas cu apă. Omul de știință a descoperit că, dacă timpul s-ar dubla, bilele s-ar rostogoli de patru ori mai mult. Această relație pătratică a însemnat că bilele s-au deplasat cu o viteză accelerată sub influența gravitației, ceea ce contrazicea afirmația lui Aristotel, care a fost acceptată de 2000 de ani, că corpurile asupra cărora acționează o forță se mișcă cu o viteză constantă, în timp ce dacă nu se aplică nicio forță. la corp, atunci este în repaus. Rezultatele acestui experiment al lui Galileo, ca și rezultatele experimentului său cu Turnul înclinat din Pisa, au servit ulterior drept bază pentru formularea legilor mecanicii clasice.
4. Experimentul lui Henry Cavendish
După ce Isaac Newton a formulat legea gravitației universale: forța de atracție dintre două corpuri cu mase Mit, separate între ele de o distanță r, este egală cu F=γ (mM/r2), a rămas de determinat valoarea constanta gravitațională γ - Pentru a face acest lucru, a fost necesar să se măsoare forța de atracție dintre două corpuri cu mase cunoscute. Acest lucru nu este atât de ușor de făcut, deoarece forța de atracție este foarte mică. Simțim forța gravitațională a Pământului. Dar este imposibil să simți atracția chiar și a unui munte foarte mare în apropiere, deoarece este foarte slab.
Era nevoie de o metodă foarte subtilă și sensibilă. A fost inventat și folosit în 1798 de compatriotul lui Newton, Henry Cavendish. A folosit o scară de torsiune - un balansoar cu două bile suspendate pe un cordon foarte subțire. Cavendish a măsurat deplasarea balansierului (rotație) pe măsură ce alte bile cu masă mai mare se apropiau de cântare. Pentru a crește sensibilitatea, deplasarea a fost determinată de punctele de lumină reflectate de oglinzile montate pe bilele basculante. Ca rezultat al acestui experiment, Cavendish a reușit să determine destul de precis valoarea constantei gravitaționale și să calculeze masa Pământului pentru prima dată.
5. Experimentul lui Jean Bernard Foucault
Fizicianul francez Jean Bernard Leon Foucault a demonstrat experimental rotația Pământului în jurul axei sale în 1851 folosind un pendul de 67 de metri suspendat de vârful cupolei Panteonului parizian. Planul de balansare al pendulului rămâne neschimbat în raport cu stele. Un observator situat pe Pământ și care se rotește cu acesta vede că planul de rotație se rotește încet în direcția opusă direcției de rotație a Pământului.
6. Experimentul lui Isaac Newton
În 1672, Isaac Newton a efectuat un experiment simplu care este descris în totalitate manualele școlare. După ce a închis obloanele, a făcut în ele o mică gaură, prin care a trecut rază de soare. O prismă a fost plasată pe calea fasciculului și un ecran a fost plasat în spatele prismei. Pe ecran, Newton a observat un „curcubeu”: o rază albă de soare, care trece printr-o prismă, s-a transformat în mai multe raze colorate - de la violet la roșu. Acest fenomen se numește dispersie luminoasă.
Sir Isaac nu a fost primul care a observat acest fenomen. Deja la începutul erei noastre, se știa că monocristalele mari de origine naturală au proprietatea de a descompune lumina în culori. Primele studii despre dispersia luminii în experimente cu o prismă triunghiulară de sticlă, chiar înainte de Newton, au fost efectuate de englezul Hariot și naturalistul ceh Marzi.
Cu toate acestea, înainte de Newton, astfel de observații nu au fost supuse unei analize serioase, iar concluziile trase pe baza lor nu au fost verificate prin experimente suplimentare. Atât Hariot, cât și Marzi au rămas adepți ai lui Aristotel, care a susținut că diferențele de culoare au fost determinate de diferențele în cantitatea de întuneric „amestecat” cu lumina albă. Violet, potrivit lui Aristotel, apare cu cea mai mare adaos de întuneric la lumină și roșu cu cea mai mică. Newton a efectuat experimente suplimentare cu prisme încrucișate, când lumina trece printr-o prismă apoi trece prin alta. Pe baza totalității experimentelor sale, el a concluzionat că „nicio culoare nu apare din alb și negru amestecat împreună, cu excepția celor întunecate dintre acestea”.
cantitatea de lumină nu schimbă aspectul culorii.” El a arătat că lumina albă trebuie considerată un compus. Culorile principale sunt de la violet la roșu.
Acest experiment Newton servește exemplu minunat Cum oameni diferiti, observând același fenomen, îl interpretează în moduri diferite și doar cei care își pun la îndoială interpretarea și efectuează experimente suplimentare ajung la concluziile corecte.
7. Experimentul lui Thomas Young
Până la începutul secolului al XIX-lea au predominat ideile despre natura corpusculară a luminii. Lumina a fost considerată a fi formată din particule individuale - corpusculi. Deși fenomenele de difracție și interferență a luminii au fost observate de Newton („inele lui Newton”), punctul de vedere general acceptat a rămas corpuscular.
Privind valurile de la suprafața apei din două pietre aruncate, puteți vedea cum, suprapunându-se, valurile se pot interfera, adică se anulează sau se întăresc reciproc. Pe baza acestui fapt, fizicianul și medicul englez Thomas Young a efectuat experimente în 1801 cu un fascicul de lumină care a trecut prin două găuri dintr-un ecran opac, formând astfel două surse de lumină independente, asemănătoare cu două pietre aruncate în apă. Drept urmare, el a observat un model de interferență constând din franjuri albe și închise, care nu s-ar putea forma dacă lumina era formată din corpusculi. Dungile întunecate corespundeau zonelor în care undele luminoase din cele două fante se anulează reciproc. Au apărut dungi luminoase acolo unde undele de lumină s-au întărit reciproc. Astfel, natura ondulatorie a luminii a fost dovedită.
8. Experimentul lui Klaus Jonsson
Fizicianul german Klaus Jonsson a efectuat un experiment în 1961 similar cu experimentul lui Thomas Young privind interferența luminii. Diferența a fost că, în loc de raze de lumină, Jonsson a folosit fascicule de electroni. El a obținut un model de interferență similar cu ceea ce a observat Young pentru undele luminoase. Acest lucru a confirmat corectitudinea prevederilor mecanicii cuantice despre natura mixtă a undelor corpusculare a particulelor elementare.
9. Experimentul lui Robert Millikan
Ideea că sarcina electrică a oricărui corp este discretă (adică este formată dintr-un set mai mare sau mai mic de sarcini elementare care nu mai sunt supuse fragmentării) a apărut din nou în începutul XIX secolului și a fost susținută de fizicieni renumiti precum M. Faraday și G. Helmholtz. Termenul „electron” a fost introdus în teorie, desemnând o anumită particulă - purtătorul unei sarcini electrice elementare. Acest termen, totuși, era pur formal la acea vreme, deoarece nici particula în sine, nici sarcina electrică elementară asociată cu ea nu fuseseră descoperite experimental. În 1895, K. Roentgen, în timpul experimentelor cu un tub cu descărcare, a descoperit că anodul său, sub influența razelor care zboară din catod, era capabil să emită propriile raze X, sau raze Roentgen. În același an, fizicianul francez J. Perrin a demonstrat experimental că razele catodice sunt un flux de particule încărcate negativ. Dar, în ciuda materialului experimental colosal, electronul a rămas o particulă ipotetică, deoarece nu a existat un singur experiment în care electronii individuali să participe.
Fizicianul american Robert Millikan a dezvoltat o metodă care a devenit exemplu clasic experiment elegant de fizică. Millikan a reușit să izoleze mai multe picături încărcate de apă în spațiul dintre plăcile unui condensator. Iluminând cu raze X, a fost posibil să se ionizeze ușor aerul dintre plăci și să se schimbe încărcătura picăturilor. Când câmpul dintre plăci a fost pornit, picătura sa deplasat încet în sus sub influența atracției electrice. Când câmpul a fost oprit, acesta a coborât sub influența gravitației. Prin pornirea și oprirea câmpului, a fost posibil să se studieze fiecare dintre picăturile suspendate între plăci timp de 45 de secunde, după care s-au evaporat. Până în 1909, a fost posibil să se determine că sarcina oricărei picături a fost întotdeauna un multiplu întreg al valorii fundamentale e (sarcina electronilor). Aceasta a fost o dovadă convingătoare că electronii erau particule cu aceeași sarcină și masă. Prin înlocuirea picăturilor de apă cu picături de ulei, Millikan a reușit să mărească durata observațiilor la 4,5 ore și în 1913, eliminând una după alta posibilele surse de eroare, a publicat prima valoare măsurată a sarcinii electronului: e = (4,774). ± 0,009)x 10-10 unități electrostatice .
10. Experimentul lui Ernst Rutherford
Până la începutul secolului al XX-lea, a devenit clar că atomii constau din electroni încărcați negativ și un fel de sarcină pozitivă, datorită căreia atomul rămâne în general neutru. Cu toate acestea, au existat prea multe ipoteze despre cum arată acest sistem „pozitiv-negativ”, în timp ce a existat în mod clar o lipsă de date experimentale care să facă posibilă alegerea în favoarea unuia sau altuia. Majoritatea fizicienilor au acceptat modelul lui J. J. Thomson: atomul ca o minge pozitivă încărcată uniform, cu un diametru de aproximativ 108 cm, cu electroni negativi plutind în interior.
În 1909, Ernst Rutherford (asistat de Hans Geiger și Ernst Marsden) a efectuat un experiment pentru a înțelege structura reală a atomului. În acest experiment, particulele alfa grele încărcate pozitiv care se mișcau cu o viteză de 20 km/s au trecut prin folie subțire de aur și au fost împrăștiate pe atomii de aur, deviând de la direcția inițială de mișcare. Pentru a determina gradul de abatere, Geiger și Marsden au trebuit să folosească un microscop pentru a observa fulgerările de pe placa scintilatorului care au avut loc acolo unde particula alfa a lovit placa. Pe parcursul a doi ani, au fost numărate aproximativ un milion de erupții și s-a dovedit că aproximativ o particulă din 8000, ca urmare a împrăștierii, își schimbă direcția de mișcare cu mai mult de 90° (adică se întoarce înapoi). Acest lucru nu s-ar putea întâmpla în atomul „slăbit” al lui Thomson. Rezultatele au susținut în mod clar așa-numitul model planetar al atomului - un nucleu minuscul masiv care măsoară aproximativ 10-13 cm și electroni care se rotesc în jurul acestui nucleu la o distanță de aproximativ 10-8 cm.
Experimentele fizice moderne sunt mult mai complexe decât experimentele din trecut. În unele, dispozitivele sunt amplasate pe suprafețe de zeci de mii de kilometri pătrați, în altele umplu un volum de ordinul unui kilometru cub. Și încă altele vor fi efectuate în curând pe alte planete.
Experimentul este una dintre cele mai informative modalități de învățare. Datorită lui, se pot obține titluri diverse și extinse despre fenomenul sau sistemul studiat. Este experimentul care joacă rol fundamentalîn cercetarea fizică. Experimentele fizice frumoase rămân în memoria generațiilor următoare pentru o lungă perioadă de timp și, de asemenea, contribuie la popularizarea ideilor fizice în rândul maselor. Iată cele mai interesante experimente fizice conform fizicienilor înșiși dintr-un sondaj realizat de Robert Kreese și Stoney Book.
1. Experimentul lui Eratostene din Cirene
Acest experiment este pe bună dreptate considerat unul dintre cele mai vechi de până acum. În secolul al III-lea î.Hr. Bibliotecar al Bibliotecii din Alexandria Erastothenes din Cirene intr-un mod interesant a măsurat raza Pământului. În ziua solstițiului de vară din Siena, soarele era la zenit, drept urmare nu existau umbre de la obiecte. 5000 de stadii spre nord în Alexandria, în același timp, Soarele a deviat de la zenit cu 7 grade. De aici, bibliotecarul a primit informații că circumferința Pământului este de 40 de mii de km, iar raza sa este de 6300 km. Erastofen a obținut cifre care au fost cu doar 5% mai mici decât cele de astăzi, ceea ce este pur și simplu uimitor pentru instrumentele de măsură antice pe care le folosea.
2. Galileo Galilei și primul său experiment
În secolul al XVII-lea, teoria lui Aristotel era dominantă și de necontestat. Conform acestei teorii, viteza cu care cade un corp depinde direct de greutatea sa. Un exemplu a fost pana și piatra. Teoria a fost greșită pentru că nu a ținut cont de rezistența aerului.
Galileo Galilei s-a îndoit de această teorie și a decis să efectueze o serie de experimente personal. A luat o ghiulea mare si a lansat-o din Turnul din Pisa, asociata cu o minge usoara de muschete. Având în vedere forma lor apropiată și simplificată, rezistența aerului ar putea fi ușor neglijată și, desigur, ambele obiecte au aterizat simultan, respingând teoria lui Aristotel. crede că trebuie să mergi personal la Pisa și să arunci ceva asemănător ca aspect și diferit ca greutate față de turn pentru a te simți ca un mare om de știință.
3. Al doilea experiment al lui Galileo Galilei
A doua afirmație a lui Aristotel a fost că corpurile sub influența forței se mișcă cu viteză constantă. Galileo a lansat bile de metal pe un plan înclinat și a înregistrat distanța pe care au parcurs-o într-un anumit timp. Apoi a dublat timpul, dar în acest timp bilele au parcurs de 4 ori distanța. Astfel, dependența nu era liniară, adică viteza nu era constantă. Din aceasta Galileo a concluzionat că mișcarea este accelerată sub influența forței.
Aceste două experimente au servit drept bază pentru crearea mecanicii clasice.
4. Experimentul lui Henry Cavendish
Newton este proprietarul formulării legii gravitației universale, în care este prezentă constanta gravitațională. Desigur, a apărut problema găsirii acestuia valoare numerică. Dar pentru aceasta ar fi necesar să se măsoare forța de interacțiune dintre corpuri. Dar problema este că forța gravitației este destul de slabă, ar fi necesar să folosim fie mase gigantice, fie distanțe mici.
Lui John Michell i s-a dat ocazia să vină cu, iar lui Cavendish să realizeze suficient în 1798 experiment interesant. Instrumentul de măsurare era o balanță de torsiune. Bile pe frânghii subțiri erau atașate de ele pe un balansier. Oglinzile erau atașate de mingi. Apoi au fost aduse bile foarte mari și grele și s-au înregistrat deplasările de-a lungul punctelor luminoase. Rezultatul unei serii de experimente a fost determinarea valorii constantei gravitaționale și a masei Pământului.
5. Experimentul lui Jean Bernard Leon Foucault
Datorită pendulului imens (67 m), care a fost instalat în Panteonul din Paris în 1851, Foucault a demonstrat experimental faptul că Pământul se rotește în jurul axei sale. Planul de rotație al pendulului rămâne neschimbat față de stele, dar observatorul se rotește odată cu planeta. Astfel, puteți vedea cum planul de rotație al pendulului se deplasează treptat în lateral. Acesta este un experiment destul de simplu și sigur, spre deosebire de cel despre care am scris în articol
6. Experimentul lui Isaac Newton
Și din nou afirmația lui Aristotel a fost testată. Exista o părere că diverse culori sunt amestecuri în proporții diferite lumina si intunericul. Cu cât este mai întuneric, cu atât culoarea este mai aproape de violet și invers.
Oamenii au observat de mult că cristalele mari mari împart lumina în culori. O serie de experimente cu prisme au fost efectuate de naturalistul ceh Marcia English Hariot. Newton a început o nouă serie în 1672.
Newton a efectuat experimente fizice în camera întunecată, trecând un fascicul subțire de lumină printr-o mică gaură din perdelele groase. Acest fascicul a lovit prisma și a fost împărțit în culorile curcubeului pe ecran. Fenomenul a fost numit dispersie și a fost ulterior fundamentat teoretic.
Dar Newton a mers mai departe, pentru că era interesat de natura luminii și a culorilor. El a trecut razele prin două prisme în serie. Pe baza acestor experimente, Newton a concluzionat că culoarea nu este o combinație de lumină și întuneric și, cu siguranță, nu este un atribut al unui obiect. Lumina albă este formată din toate culorile care pot fi văzute prin dispersie.
7. Experimentul lui Thomas Young
Până în secolul al XIX-lea a dominat teoria corpusculară a luminii. Se credea că lumina, ca și materia, este formată din particule. Thomas Young, un medic și fizician englez, și-a efectuat experimentul în 1801 pentru a testa această afirmație. Dacă presupunem că lumina are o teorie ondulatorie, atunci aceleași valuri care interacționează ar trebui observate ca atunci când aruncați două pietre în apă.
Pentru a imita pietrele, Jung a folosit un ecran opac cu două găuri și surse de lumină în spate. Lumina a trecut prin găuri și pe ecran s-a format un model de dungi deschise și întunecate. Dungile ușoare s-au format acolo unde valurile s-au întărit reciproc, iar dungi întunecate s-au format acolo unde s-au stins reciproc.
8. Klaus Jonsson și experimentul său
În 1961, fizicianul german Klaus Jonsson a demonstrat asta particule elementare au o natură particule-undă. În acest scop, el a efectuat un experiment similar cu experimentul lui Young, înlocuind doar razele de lumină cu fascicule de electroni. Ca rezultat, a fost încă posibil să se obțină un model de interferență.
9. Experimentul lui Robert Millikan
Chiar la începutul secolului al XIX-lea a apărut ideea că fiecare corp are o sarcină electrică, care este discretă și determinată de sarcini elementare indivizibile. Până atunci, conceptul de electron ca purtător al aceleiași sarcini a fost introdus, dar nu a fost posibil să se detecteze această particulă experimental și să se calculeze sarcina acesteia.
Fizicianul american Robert Millikan a reușit să dezvolte un exemplu ideal de grație în fizica experimentală. A izolat picături încărcate de apă între plăcile unui condensator. Apoi folosind raze X a ionizat aerul dintre aceleași plăci și a schimbat încărcătura picăturilor.