Окончание. См. с. 3, 4, 5, 6/07
2. Проверка зависимости времени движения шарика по наклонному жёлобу от угла наклона жёлоба
В вашем распоряжении имеются жёлоб, линейка, шарик, секундомер, металлический цилиндр. Установите один конец жёлоба на небольшой высоте h = 1–2 см, над поверхностью стола, а в конце жёлоба положите цилиндр. Измерьте промежуток времени, за который шарик, пущенный из состояния покоя с верхней точки жёлоба, достигнет цилиндра. Сделайте высоту верхней точки жёлоба равной 2h и снова измерьте время движения шарика.
Подтверждают ли результаты опытов предположение о том, что время движения шарика уменьшилось в 2 раза при увеличении высоты верхней точки жёлоба вдвое?
3. Заглядывая в будущее и... прошлое. Иногда учёные открывают новое, оглянувшись в далёкое прошлое. Несколько лет назад, например, в центре внимания как физиков, так и биологов вновь оказался... нерв лягушки, прославивший Гальвани. Тонкие измерения показали, что вокруг возбуждённого нерва существует электромагнитное поле. Впрочем, так оно и должно быть, раз по нерву проходит электрический сигнал. Как доказал ещё Фарадей, при движении электрических зарядов неизбежно возникают электрическое и магнитное поля.
Учёные снова заинтересовались рыбами, генерирующими электрическое напряжение: электрическим угрём, живущим в пресной воде реки Амазонки, и электрическим скатом, обитающим в Атлантическом океане и Средиземном море. Конечно, при этом многие вспоминали, что ещё в глубокой древности – до нашей эры – врачи прописывали больным лечение ударами ската в воде. Иногда таким способом удавалось избавить пациента от паралича...
Угорь и скат – живые фабрики электричества: при разряде электрического угря зарегистрировано напряжение 600 В при силы тока 1,5 А; скат генерирует напряжение 60 В, но зато сила тока достигает 50 А!
Биологи думают, что живое электричество используется для защиты и нападения, для связи и передачи информации, ориентации в пространстве. Физики добавляют к этому, что двигательные сигналы внутри всех живых организмов передаются от мозга по нервным волокнам не только путём выработки химических веществ, например, ацетилхолина, но и через механизм электромагнитной индукции.
У человека тоже найдены электромагнитные поля, порождаемые биоэлектрическими сигналами. В местах выхода нервных окончаний на поверхность тела интенсивность поля, естественно, повышается. Советский изобретатель С.Д.Кирлиан сумел сделать это явление наглядным в прямом смысле слова. Изобретатель предложил фотографировать тело человека, поместив его предварительно между двумя большими металлическими стенками, к которым приложено переменное электрическое напряжение. В среде с повышенным электромагнитным полем на коже человека возникают микроразряды, причём активнее всего ведут себя те места, где выходят наружу нервные окончания. На фотографиях они видны в виде маленьких ярко светящихся точек. Эти точки расположены в тех местах тела, в которые рекомендуется погружать серебряные иголки при лечении иглоукалыванием.
Вопросы к тексту и задания
– Рассчитайте электрическую мощность электрических угря и ската.
– Какова величина токов, текущих внутри большинства живых существ?
– Поясните слова М.Монтеня: «Этот огромный мир... и есть то зеркало, в которое нам нужно смотреться, дабы познать себя до конца».
– Как реагируют лапки лягушки на подключение к гальваническому элементу?
2. Построение графика зависимости силы тока от напряжения
В вашем распоряжении имеется оборудование для сборки электрической цепи: источник тока, амперметр, вольтметр, реостат, резистор, ключ, соединительные провода. Соберите электрическую цепь, замкните её и измерьте силу тока и напряжение на резисторе. Перемещая движок реостата, зафиксируйте 4–5 значений силы тока и напряжения на резисторе. Данные занесите в таблицу:
| Сила тока, А | ||||||
| Напряжение, В |
Постройте график зависимости силы тока от напряжения. Какое предположение о зависимости силы тока от напряжения можно сделать на основе этого опыта?
Ответ.
3. Неведомая сила тяготения. Как всегда бывает после установления ранее неизвестных законов природы, в огромном мире вокруг нас стали обнаруживать большие и маленькие явления, которые легко объясняются и предсказываются на основе открытий Ньютона.
Законы движения тел, сформулированные Ньютоном, показали, как велико в нашей жизни влияние инерции, определяемой прежде всего массой тела, и силы трения, останавливающей в конце концов любое движение. Мы можем раскрутить над головой на длинной верёвке детское ведёрко, заполненное водой до краёв, и вода не выльется, прижатая ко дну ведёрка силой, которую можно узнать, пользуясь формулами законов Ньютона.
Для многих из этих расчётов, особенно тех, что относятся к движениям в «небесах», имеет большое значение знание гравитационной постоянной в законе всемирного тяготения. Один из самых точных экспериментов по определению гравитационной постоянной выполнил английский физик Генри Кавендиш. Учёный отличался такой любовью к затворнической жизни, был так поглощён расчётами и обдумыванием экспериментов, что большая часть созданного им не опубликована до сих пор. Для этого опыта Кавендиш сделал исключение и опубликовал его в 1798 г.!
Гравитационную постоянную Кавендиш определил по закручиванию тонкой и прочной нити, к которой было подвешено лёгкое коромысло с маленькими грузиками на плечах. Грузики притягивались двумя тяжёлыми шарами из свинца массой 50 кг каждый. Прибор был заключён в непроницаемую для воздуха камеру, и наблюдение за движением грузиков велось через оптические зрительные трубы, вставленные в стенки камеры.
Опыт Кавендиша можно упростить, подвесив над свинцовым шаром круглую стеклянную колбочку, наполненную ртутью. Колбочка предварительно уравновешивается на обычных весах с помощью точных гирь и разновесов. Отклонение весов после сближения колбочки со свинцовым шаром будет очень маленьким, но всё же его можно обнаружить.
Естественно, что опыты по определению гравитационной постоянной требуют всяческих предосторожностей, исключения любых посторонних влияний. Ведь два шара массой 1 т каждый, расположенные на расстоянии 1 м друг от друга, притягиваются с силой всего 6,67 стотысячных долей ньютона!
Вопросы к тексту
– Зачем необходимо знать гравитационную постоянную?
– В чём заключается сложность определения гравитационной постоянной?
– Сформулируйте закон всемирного тяготения.
– Найдите силу гравитационного взаимодействия Земли и Луны.
2. а) Автомобиль тянет прицеп. По третьему закону Ньютона, сила, с которой автомобиль тянет прицеп, равна силе, с которой прицеп действует на автомобиль. Почему же прицеп движется за автомобилем?
Ответ. Из упомянутых двух сил на прицеп действет только одна.
б) Два мальчика тянут верёвку в разные стороны, прилагая силу 100 Н каждый. Верёвка может выдержать, не разрываясь, груз весом 150 Н. Разорвётся ли верёвка?
Ответ. Не разорвётся, т.к. к верёвке приложена сила 100 Н.
3. Магнитобезопасность. Электромагнитные поля окружают нас буквально всюду: дома, в поезде метро, в салоне троллейбуса или трамвая. Тронулся за стеной лифт, загудел компрессор холодильника, щёлкнуло реле обогревателя – всё это означает, что возникло электромагнитное поле. А его магнитная составляющая, как стало известно в последние десятилетия, легко проникает через любые преграды, в том числе и внутрь нашего тела. Практически в каждой квартире имеются сегодня электробытовые приборы: телевизоры, холодильники, электроутюги, стиральные машины и т.п. Все они в работающем состоянии окружены магнитным полем. При работе с бытовыми приборами главное значение имеет не столько величина магнитного поля прибора, сколько расстояние до него (пропорционально квадрату этого расстояния падает интенсивность магнитного поля), а также время работы с ним.
Средние уровни магнитного поля промышленной
частоты от бытовых электроприборов на
расстоянии 0,3 м
Человеческий организм всегда реагирует на электромагнитное поле. Однако для того, чтобы эта реакция переросла в патологию и привела к заболеванию, необходимо, чтобы совпал ряд условий, в том числе достаточно высокий уровень поля и продолжительность облучения.
Статистические исследования, проведённые в Швеции, США, Канаде, Франции, Дании и Финляндии, показали, что увеличение индукции магнитного поля от 0,1 мкТл до 4 мкТл в несколько раз повышает риск развития лейкемии у детей, а там, где значение этой индукции составляет 0,3 мкТл и выше, онкологические заболевания встречаются в 2 раза чаще. Поэтому сегодня принято считать, что магнитное поле промышленной частоты может быть опасным для здоровья человека, если происходит продолжительное облучение (регулярно, не менее 8 ч в сутки, в течение нескольких лет) с уровнем выше 0,2 мкТл.
Вопросы к тексту и задания
– Почему электробытовые приборы в работающем состоянии окружены магнитными полями?
– Как вы понимаете используемое в тексте словосочетание «магнитное поле промышленной частоты»?
– Какие из представленных на диаграмме бытовых приборов могут создавать опасные для человека магнитные поля? Почему в подписи к этой диаграмме указано расстояние 0,3 м?
– Почему для определения безопасного уровня магнитного поля использовались именно статистические исследования?