Образовательные ресурсы

Журнал для учителей Великобритании

«Physics education» – журнал для школьных учителей физики Великобритании, выходящий раз в 2 месяца с 1966 г. Интересен он и для студентов младших курсов университетов. Объём журнала чуть больше ста страниц. Иллюстрации цветные. Каждый номер посвящён какой-то определённой теме – вода, воздух, Земля, космические полёты, электростатика, волны и т. п. Авторы статей – учителя и учёные из многих стран мира. Приводим краткое содержание некоторых статей.

• В горах тела весят больше или меньше? (2006, № 5, p. 391). Почти во всех учебниках этот вопрос задают, когда изучают закон всемирного тяготения. Взбираясь на вершину горы, мы удаляемся от центра Земли, а значит, сила её притяжения становится меньше, откуда авторы учебников делают вывод: вес тел в горах уменьшается. На самом деле есть ещё одна сила, определяющая вес тела, – сила Архимеда. В горах плотность воздуха, а вместе с ней и сила Архимеда, может уменьшаться значительно. В статье приведены довольно простые расчёты, показывающие, что вес тел плотностью между 1/4 и 1/2 плотности воды не падает, а растёт с подъёмом на высоту! Конечно, для кирпичей, гирь и человека вывод, сделанный в большинстве учебников, остаётся верным.

• Куда отклонится пламя, если подуть на его изображение в зеркале? (2008, № 4, р. 348). На рисунке (вид сверху) показаны соломинка (С), зеркало (зелёная полоса), мнимое изображение горящей свечи (О′) и сама свеча (О). Если считать, что струя воздуха отражается от зеркала по законам механики, то, отразившись, она должна отклонить пламя вниз и вправо в координатах этого рисунка. Однако в действительности пламя отклоняется всегда к зеркалу. Происходит это в соответствии с законом Бернулли. Так как скорость воздуха между зеркалом и пламенем больше, чем с противоположной стороны, то давление в этой области уменьшается, и пламя отклоняется к зеркалу. То же происходит, если просто дуть между зеркалом и пламенем, не целясь в его изображение.

• Прыгающие по воде стальные шарики (2007, № 5, р. 466). В детстве многие, стоя на берегу водоёма, бросали в него камушки, делая «блинчики». Плоский крутящийся камень, ударяясь о поверхность воды, летел, подпрыгивая на поверхности воды, а мы считали количество отскоков. Оказывается, бросание блинчиков не всегда было детской забавой. В мае 1943 г. английские лётчики использовали эту способность тел, брошенных под малым углом к горизонту, скользить вдоль поверхности воды для разрушения дамб на территории Германии. В то время прицельное бомбометание с высоко летящего самолёта ещё не было освоено, и лишь половина бомб падала в радиусе 8 км от цели, а промах в 500 м считался очень точным ударом.

Чтобы разрушить дамбу, надо было взорвать большую бомбу под водой на расстоянии всего нескольких сантиметров от её вертикальной стенки. Сделать это с помощью торпед было невозможно, т. к. дамба защищена противоторпедными сетками. Английский учёный B. Wallis предложил бросать шарообразные бомбы массой 3–4 т и диаметром около 1,5 м под очень малым углом к горизонту на поверхность водоёма. В этом случае бомба, попав в воду, делает «блинчики», приближаясь к надводной части дамбы. Ударившись о стенку, крутящаяся бомба скользит вниз и на определённой глубине взрывается. бомбу надо было сбросить на высоте около 20 м с самолёта, летящего со скоростью около 110 м/с. Так были уничтожены две немецкие дамбы. В 1955 г. вышел художественный фильм (The Dam Busters), посвящённый учёному и лётчикам, сбрасывавшим прыгающие по воде бомбы.

На фото показана реконструкция экспериментальной установки 1943 г. Металлические шарики массой 65 г, моделирующие бомбу, вылетали из средней трубы со скоростью около 20 м/с под давлением воздуха, создаваемым с помощью автомобильного насоса. В статье много таблиц, расчётов и качественных рассуждений о физике этого интересного явления.

• Как сделать молоко прозрачным? (2009, № 4, p. 411). Возьмите прозрачное блюдце с водой и поставьте на страницу с текстом. Затем, непрерывно помешивая, с помощью пипетки добавляйте в блюдце молоко до тех пор, пока текст уже нельзя будет разглядеть. Так мы из прозрачной жидкости сделали непрозрачную. Теперь попробуем непрозрачное разбавленное молоко сделать прозрачным. Для этого будем растворять в нём сахарный песок. Через некоторое время, когда концентрация сахара достигнет необходимой величины, раствор опять станет прозрачным. На фото слева направо: смесь воды (34 г) и молока (40 капель), чистая вода и та же смесь воды и молока с добавлением 66 г сахара.

Просветляющее действие сахара объясняется довольно просто. Тела перестают быть прозрачными, когда внутри них появляются границы раздела. В молоке такие границы разделяют капельки молочного жира (n = 1,433–1,500) и воду (n = 1,333). На этих границах свет отражается в самых различных направлениях, т. е. рассеивается. Поэтому молоко непрозрачное. Если увеличить показатель преломления воды, доведя его до показателя преломления жира, например, растворив в ней сахар, то молоко станет прозрачным.

Подобным образом можно сделать невидимыми мелкие осколки стекла (n = 1,474), если налить в блюдце касторовое масло (n = 1,479), как это показано на рисунке справа: осколки стекла в касторовом масле (вверху), в воздухе (в середине) и в воде (внизу).