МАЛЕНЬКИЕ ЗАДАЧИ И ПРОБЛЕМЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНЫХ РАЗМЫШЛЕНИЙ
Американец Эдвард Томпсон исследовал священный сенот (колодец) в древнем индейском городе Чеичен-Ица. В сенот вслед за людьми, приносимыми в жертву, жрецы сбрасывали несметные сокровища. Томпсону пришлось работать на глубине свыше 25 метров в скафандре в совершенной темноте из-за сильно заиленной воды. Использовал он и землечерпалку, которая заметно повреждала некоторые находки. Сенот представлял собой овал до 56 м в поперечнике. Какие методы исследования применили бы вы?
Французский океанолог Жак-Ив Кусто исследовал на глубине до 50 м останки погибшего свыше двух тысяч лет назад корабля-виновоза. Среди тысяч разбитых амфор одна оказалась целой. Кусто и его товарищи не удержались и отведали двухтысячелетнего вина. Вино имело смолистый привкус (амфоры изнутри конопатили смолой) без малейших следов спирта, но соль в амфору не проникла. Почему и куда мог улетучиться спирт, а в то же время доступ соленой воде был закрыт?
Два одинаковых воздушных шарика заполнены: один - воздухом, другой - гелием. Выходы из шариков одинаково хорошо перевязаны. На следующий день воздушный шарик останется без изменений, а гелиевый "похудеет" и съежится. Почему?
В одной из разрабатываемых моделей ядерного реактора (шаровой реактор) уран заключался в графитовые шары (размером до 15 см), засыпавшиеся в количестве 800 тысяч штук в активную зону реактора. Для управления уровнем нейтронного потока в шаровую массу вводились стержни, содержащие изотоп элемента бора, хорошо поглощающий нейтроны. Шары при этом дробились и ломались, а для повторного введения стержней-штыков требовалось уже гораздо большее усилие - до нескольких тонн, что влекло за собой еще большие разрушения. Как облегчить вход стержней в шаровую массу? (Специальные каналы и ходы для стержней делать запрещается из-за конструктивных особенностей реактора.)
Освободите на фортепиано струну "до" первой октавы ("до"-1), то есть осторожно, без звука нажмите на соответствующую клавишу. Затем ударьте по клавише соль второй октавы. Отпустите "соль"-2 и вы услышите ноту "соль"-2 от "до"-1. Почему?
Храм Аменхотепа III в Фивах (II тысячелетие до нашей эры) не сохранился до наших дней, кроме двух колоссальных 20-метровых статуй у входа. Высеченные из песчаника, они изображают фараона, сидящего на троне. Древние греки называли их "колоссами Мемнона" - сына богини утренней зари Эос, легендарного героя Троянской войны. Мемнон пал от руки Ахилла, и его мать Эос проливала слезы, оседавшие на статуях утренней росой. Статуи приветствовали зарю тихими горестными стонами. В звуках этих не было ничего человеческого, и они до глубины души поражали тех, кому довелось их услышать. Их слышали Страбон и Павсаний, римский император Адриан и его супруга Сабина. Впоследствии император Септилий Север приказал восстановить верхнюю часть статуй, и звук пропал. До наших дней нет точного научного объяснения этому странному явлению. Как, по-вашему, что там могло происходить?
Удивительный русский писатель Константин Паустовский был тонким наблюдателем природы. Описания некоторых природных явлений, оставленные нам Паустовским, могут составить предмет небольшого научного исследования. Посмотрите, как чудно сказано: "Чем прозрачнее воздух, тем ярче солнечный свет. Чем прозрачнее проза, тем совершеннее ее красота и тем сильнее она отзывается в человеческом сердце. Коротко и ясно эту мысль выразил Лев Толстой: "Простота есть необходимое условие прекрасного" ("Золотая роза"). В рассказе "Желтый свет" есть такое интересное место: "Я посмотрел на клен и увидел, как осторожно и медленно отделился от ветки красный лист, вздрогнул, на одно мгновение остановился в воздухе и косо начал падать к моим ногам, чуть шелестя и качаясь. Впервые я услыхал шелест падающего листа - неясный звук, похожий на детский шёпота. Попробуйте приближенно оценить уровень звука, вызванного падением листа. Ответ получите в децибелах и сравните его с уровнем других шумов.
А вот пример другого рода, но из той же области. Современные рок-музыканты используют в своих выступлениях мощную усилительную аппаратуру. Во время подготовительных работ на стадионе кто-то для проверки включил один из динамиков. Рабочий, стоявший рядом с ним, был отброшен на добрый десяток метров. Оцените мощность динамика.
"Многие русские слова сами по себе излучают поэзию, подобно тому как драгоценные камни излучают таинственый блеск. Я понимаю, конечно, что ничего таинственного в их блеске нет и что любой физик легко объяснит мне это явление законами оптики. Но все же блеск камней вызывает ощущение таинственности. Трудно примириться с мыслью, что внутри камня, откуда льются сияющие лучи, нет собственного источника света".
К. Паустовский. "Золотая роза".
Объясните причины удивительного блеска драгоценных камней.
Я. Е. Гегузин в книге "Пузыри" обращает внимание на описание К. Паустовским пузырьков, часто образующихся между водой и ледяной коркой на лужах. Иногда в таком пузырьке оказывается палый увядший листок. Почему образуются такие пузырьки?
При ударе лошадиных подков о булыжную мостовую часто летят искры. Почему?
В пещерах и расселинах баварских Сосновых гор растет удивительный светящийся мох Schistostega osmundacea. Клетки этого мха имеют шаровидную форму (М. Мин-нарт). Используя законы оптики, попробуйте объяснить удивительную отражающую способность мха.
Чтобы передать в Петербург весть о коронации императрицы Елизаветы, происходившей в Москве, на всем пути между городами разместили солдат с флажками. В момент коронации первый солдат взмахнул флажком, за ним другой и так далее. Тот же способ передачи информации был использован и при короновании царя Павла I. Но на сей раз вместо взмаха флажком солдаты стреляли в воздух из ружей. Оцените время передачи информации в первом и во втором случаях. Расстояние между солдатами выберите из разумных соображений.
Суэцкий канал в Египте, соединяющий Красное море со Средиземным, был вырыт и функционировал задолго до нашей эры. Потом с падением Египта был заброшен и затянут песком. В 1869 году был прорыт заново (с использованием участков старого канала). Длина канала 161 км. Пользуясь разумными соображениями, оцените время постройки канала древними египтянами. Сравните это время с общепризнанным историками временем постройки пирамиды Хеопса - около 30 лет. И верно ли, по вашему, само это "общепризнанное время"? - Следует отметить, что эта цифра (30 лет) весьма обоснованно критикуется современными инженерами-строителями.
Наполеон проделал однажды следующий расчет: если разобрать пирамиду Хеопса и построить стену, окружающую всю Францию, то она будет иметь определенную высоту. Какой ответ получил Наполеон? (Толщину стены возьмите - 30 см.)
Имеются две магнитофонные записи одного и того же колокольного звона, сделанные в разные дни: в ясную погоду и в сырую туманную. Каким образом узнать, какая запись в какой день сделана?
Приготовление мороженого из взбитых сливок, сахарной пудры и фруктовых соков было предметом забот лучших поваров при многих европейских дворах. Способ его приготовления долго хранился в секрете. Попытки обкладывать мороженое льдом в погребах ни к чему не приводили. Продукты не замерзали. Но стоило наколотый лед перемешать с солью, как получалось великолепное мороженое. В чем тут дело?
С использованием в быту самого обычного холодильника связано несколько интересных вопросов. Почему морозильная камера расположена вверху, а не внизу холодильника? Почему так быстро сохнут продукты в холодильнике? Понизится ли температура воздуха в комнате, если холодильник оставить работать с открытой дверцей?
"...Когда достигли суда канала "Двух рыб", увидели все, что отмели обнажились и дальше продвинуться невозможно. Тогда его величество фараон призвал Джеди и повелел. И Джеди начал произносить над водой магические заклинания. По слову его вода в канале поднялась и покрыла отмели слоем в четыре локтя. И суда фараона двинулись дальше". Из сказок Древнего Египта. Скорее всего, в этом отрывке описаны прилив и отлив, обусловленные лунным притяжением. Объясните наличие на Земле второго приливного горба на стороне, противоположной Луне. Попробуйте оценить высоту солнечных приливов и сравнить ее с высотой лунных.
Вы заблудились в лесу и вдруг натолкнулись на тонкую водопроводную трубу. Вода течет к людям. У вас в рюкзаке обычный набор туриста: хлеб, соль, спички, консервы... Как вы определите, в каком направлении течет вода?
Движущийся в пространстве с релятивистской (околосветовой) скоростью стержень влетает в банку, открытую с одного конца. Длина банки в покое меньше длины покоя стержня. С точки зрения банки, релятивистски сократившийся стержень вполне умещается в ней. Захлопнув крышку банки вслед за стержнем, мы какое-то короткое время будем иметь пойманный в банке стержень, пока он, пробив банку, не вылетит с другой стороны. В системе отсчета, связанной со стержнем, банка становится еще короче и никак не может уместить в себя стержень. Как совместить два эти взгляда на "поимку" стержня?
На концах тоненькой трубочки - два мыльных пузыря различных размеров. Почему маленький пузырь начнет уменьшаться, увеличивая большой?
В сосуде прямоугольной формы находится жидкость, представляющая собой однородную смесь двух компонентов с различным молекулярным весом. Если начать периодически менять температуру одной из боковых стенок, то смесь обнаружит тенденцию к разделению в направлении распространения температурной волны. В газах это явление не наблюдается. Попробуйте объяснить эти эффекты.
Действительно ли можно разбиться, прыгнув с высоты 8-10 метров на плавающий на поверхности воды газетный лист, или это сказки? (Эксперимент не проводить!)
Имеется объемно заряженный шар с общим зарядом. Покажите, что 83 процента энергии системы сосредоточено вне шара.
Зная атмосферное давление на поверхности Земли и радиус планеты, оцените вес атмосферы Земли.
Незаряженный металлический шар помещен сначала в слабое электростатическое поле, затем - в сильное. Во втором случае на него действовала меньшая сила, чем в первом. Может ли быть такое?
Подумайте, известны ли вам подобные друг другу явления сверх тех, что описаны в этой книге?