Почему же, почему?..

По материалам интернета

? Почему современные очки не удаётся как следует протереть ничем, кроме специальной чистящей салфетки? Каждый раз, когда носовым платком пытаешься стереть даже маленькое пятно, на поверхности появляются неисчезающие радужные разводы.

Ответ. Линзы многих современных очков, как и многих фото- и видеокамер, имеют специальное антиотражающее покрытие, которое уменьшает отражение падающего света за счёт явления деструктивной интерференции при подходящей толщине покрытия. Жировое пятно представляет собой дополнительное покрытие переменной толщины, которое только размазывается при протирании обычной тканью и порождает многоцветные отражения. Такие пятна возникают из-за соприкосновения с бровями и пальцами. Более того, порошки, применяемые для стирки, часто содержат «смягчители», остающиеся на ткани платка в виде пятен, что не улучшает ситуацию. Специальные чистящие салфетки сделаны из тонких волокон, которые эффективно поглощают жир и оставляют сравнительно ровное покрытие. Самый простой и дешёвый способ протирки очков – использовать жидкое моющее средство! Размешайте каплю этого средства в небольшом количестве тёплой воды, протрите стёкла салфеткой, как следует прополощите и высушите кухонным полотенцем или куском хорошей хлопковой ткани.

www.newscientist.com (№ 2514, 27 Aug 2005, p. 73)

? Каждый вечер около миллиона летучих мышей вылетают из пещеры Мулу в Сараваке (Малайзия) в поисках пищи. Иногда приходится ждать часа два, пока все они вылетят. Покинув пещеру, стая образует кольцо. Из этих колец формируются синусоидальные волны, растягивающиеся на большие расстояния. Почему летучие мыши так себя ведут?

Ответ 1. Такие же кольцевые структуры образуют мексиканские складчатогубы (Tadarida) на юге США и быстрые птицы тепики (Fratercula) на Британских островах. Возможно, это форма защиты от хищников – соколов, чаек, поморников. Что касается синусоидального движения, то оно может возникать потому, что мыши находятся в большей безопасности вблизи поверхности земли, а свою пищу вынуждены искать на высоте. В сумерках, пока ещё хватает света, чтобы разглядеть добычу, часть стаи очень быстро взлетает вверх в поисках пищи и тут же, для безопасности, пикирует вниз, к земле. Когда же наступает темнота, все летучие мыши кормятся на большой высоте.

Ответ 2. Сонары (эхолокаторы) мышей ориентированы в прямом направлении перед головами. Если бы все мыши летели по прямой, сонары были бы заблокированы. При полёте по спирали каждая мышь сохраняет возможность видеть то, что находится впереди, т.е. может использовать свой локатор для поиска пищи или для защиты от хищника. Если смотреть сзади (как на фото), спираль кажется окружностью, а сбоку выглядит как синусоидальная волна. Примечательна правильность формы спирали. Было бы интересно исследовать вопрос, как закручена спираль – по часовой стрелке или против неё, – зависит ли это от вида летучих мышей.

www.newscientist.com (№ 2520, 8 Oct 2005, p. 89)

? Учитель физики В.Н.Сотников (г. Старый Оскол, Белгородская обл.) прислал в редакцию три вопроса. Отвечают на них сотрудники редакции А.В.Берков, к.ф.-м.н, доцент МИФИ, и В.А. Грибов, к.ф.-м.н, доцент МГУ им. М.В.Ломоносова

Вопрос 1. Учебник «Физика-10» под редакцией А.А.Пинского хороший и выдержал уже 7 изданий. Наверняка будут ещё. Но ответ к задаче № 17.9 надо изменить.

№ 17.9. Объём камеры насоса равен V₀. За сколько циклов работы насоса можно накачать автомобильную камеру объёмом V от давления p₁ до давления p₂? T = const.

Ответ: но это не так.

Для начального и конечного состояний запишем:

Порция воздуха в насосе имеет массу где p₀ – атмосферное давление.

Тогда число циклов

Ответ. Вы правы, действительно в учебнике – ошибка. Или опечатка: если вместо «накачать» поставить «откачать», то ответ будет верным.

Вопрос 2. Мне хотелось бы уяснить современные представления о массе как физической величине. В ряде учебников масса рассматривается как инвариантная величина. Отрицается зависимость массы тела от скорости. У тела есть масса вообще и нет массы покоя. Фотон не имеет массы вообще, т.к. его нет в покое. Но вот два фотона или их поток имеют массу (Физика-11, С.В.Громов, с. 66), если они не параллельны. Идеализированный поток параллельных фотонов опять же не имеет массы. Это трудно представить реально. Разве отклонение луча света при прохождении мимо массивных тел не говорит о наличии массы у фотона? Чёрные дыры не позволяют излучению покинуть звезду. И причина – наличие массы у фотона. В 1960 г. были проведены сверхтонкие опыты, основанные на использовании эффекта Мёссбауэра. Фотоны при движении вертикально вверх на высоту 20 м испытывали красное смещение, обусловленное изменением массы . Одни учебники рассматривают массу как инвариантную величину (С.В.Громов), другие излагают традиционный взгляд (Г.Я.Мякишев). Или возможны оба? А как решается этот вопрос за пределами России?

Ответ. 2006-й год сулит надежду, что будет окончательно утверждён новый Стандарт физического образования. Ура, оттуда изъято понятие массы, зависящей от скорости! Это понятие отсутствует и в тех пяти или семи новых учебниках, которые соответствуют новому Стандарту и должны заменить старый учебник Б.Б.Буховцева, Г.Я.Мякишева. Итак, по порядку.

В письме есть замечательная фраза (по поводу некоторого физического утверждения): «Это трудно представить реально». Возможно, что в той методологии, которая кроется за этой фразой, и коренится главная трудность преподавания современной физики ХХ в. Дело в том, что большинство базовых, фундаментальных законов теории относительности и квантовой механики нельзя представить с той же степенью наглядности, как законы классической физики Ньютона–Максвелла. Основные положения квантовой механики вообще невообразимы с помощью классических аналогий. Точно так же, совершенно неожиданны многие выводы теории относительности, особенно при движении тел со скоростями, близкими к скорости света. При объяснении этих вопросов в школе нужно найти очень тонкий баланс между наглядностью и истиной. При этом на первом месте безусловно должна стоять истина (т.е. те выводы, которые следуют из постулатов теории с помощью логически безупречных математических процедур). Если эти выводы противоречат наивным классическим представлениям, то самое место, в таком случае, объяснить разницу между субъективными ощущениями, наглядными представлениями, моделями и точными экспериментами.

Письмо дает прекрасный пример, иллюстрирующий сказанное. Автор пишет: «Разве отклонение луча света при прохождении мимо массивных тел не говорит о наличии массы у фотона?» Когда пытаются объяснить действительно существующий и наблюдаемый эффект отклонения луча света от далекой звезды в поле Солнца, то (неправильно) рассуждают примерно так. Мы знаем закон тяготения Ньютона, в котором сила тяготения пропорциональна произведению масс притягивающихся тел. Если мимо Солнца вблизи от его поверхности пролетает массивное тело (космический зонд, например, или комета), то тело отклоняется от прямолинейной траектории в результате притяжения Солнцем и переходит на гипер-болическую орбиту. Если свет тоже отклоняется Солнцем (это факт), то это значит, что у него есть масса. Иначе как же использовать закон Ньютона и объяснить детям, почему свет вообще отклоняется массивным телом? Такое объяснение как раз апеллирует к наглядности и применению знакомого и «понятного» закона.

Однако, такое объяснение неверно. Дело в том, что закон тяготения Ньютона справедлив только для покоящихся точечных масс, т.е. является нерелятивистским законом. Он выводится как следствие (при c) более общих законов тяготения, открытых А.Эйнштейном в общей теории относительности (ОТО). Главное утверждение ОТО – источником тяготения является не масса, а энергия тел! Фотоны от звезды обладают определённой энергией и отклоняются полем Солнца. Угол отклонения обратно пропорционален первой степени кратчайшего расстояния, на котором свет проходит мимо Солнца.

По тем же причинам заворачиваются траектории фотонов, пытающихся вылететь из чёрной дыры.

Что же касается опыта Паунда и Ребки 1960 г. по проверке явления красного смещения, то, во-первых, для устранения систематических ошибок измерений фотоны в этом опыте двигались не только снизу вверх, но и сверху вниз, т.е. испытывали как красное, так и фиолетовое смещение, а, во-вторых, эффект как раз связан с измене-нием потенциальной энергии фотонов в неоднородном гравитационном поле Земли. Грубо можно сказать так: частота света, испускаемого двумя тождественными атомами, меньше у того атома, который глубже «сидит» в гравитационном потенциале.

Не вдаваясь в подробности, можно сказать, что ошибка в приписывании фотону массы и использовании закона Ньютона для фотонов состоит в том, что закон Ньютона – нерелятивистский, а фотон — всегда реля-тивистская частица. Поэтому нельзя применять для такой частицы нерелятивистские закономерности.

Совсем недавно в газете был напечатан материал по поводу неразумности введения понятия массы, зависящей от скорости («Физика», № 22/05). Не будем повторяться и отсылаем автора письма и читателей к этой заметке. Главный вывод: масса, зависящая от скорости, – лишнее понятие, которое только запутывает учащегося и в ряде случаев (как например, с фотоном) может приводить к неверным заключениям. Основа релятивистской механики – формула Эйнштейна E² = p²c² + m²c⁴. Из неё всё и следует.