Физика вокруг  нас. Выпуск № 17 (93)

Сегодня в номере:

Новости сайта – Физика малышам – Из жизни: Фаина – Анекдот – Великий созидатель – Календарь (уголок коллекционера) – Витрина

Если бы я мог упомнить названия

 всех элементарных частиц, я бы стал ботаником.

 Энрико Ферми

Новости сайта

• 14.11.05 г. Читайте о самой старой обсерватории в мире, о создании антигравитационного двигателя, о создании белых светодиодов  и многом другом читайте в № 24 "Новостей физики и космоса"

·        В разделе «Витрина» вы сможете увидеть книги, игрушки, диски, которые помогут Вам изучать физику.

Физика малышам

А. Кузнецов. Разговоры по утрам или физика для малышей.

Третий рассказ Солнечного Зайчика.

— Когда-то, давным-давно, стекла на свете не было. Окна в домах были просто пустыми дырками, через которые ветер мог влететь в дом, когда хотел, а мороз щипать всех за уши и нос прямо в постели. Эти дыры закрывали чем могли на ночь, но днём приходилось держать их открытыми, потому что, во-первых, без света в доме ничего не видно, а во-вторых, если окно завешено, то и на улицу не выглянешь. Только случайно, через много-много лет после того, как люди открыли огонь, кто-то заметил, что если костёр разводили на песке и огонь был очень сильным, возле костра появлялось какое-то новое твёрдое вещество, которое иногда получалось прозрачным. Его назвали стеклом. Из стекла стали делать окна и все радовались, — ведь теперь не нужно было выходить из дома, чтобы узнать, идёт ли сегодня дождик, а комары бились об окошки по вечерам, но никак не могли попасть в домик и искусать живущих там малышей. Для окон стекло старались делать ровным, но это не всегда удавалось. Сначала кривые и непрозрачные стёкла просто выбрасывали, но однажды мальчик, папа которого делал стекла в мастерской, подобрал кусочек кривого стекла, глянул через него на травинку и заметил, что она стала большой-большой. Сначала он испугался, бросил стекло, смотрит, а травинка снова стала такой же, как и раньше. Может быть именно с этого времени стекло стало помогать людям узнавать мир. Оказывается, частички-фотончики пролетают через кривое стекло не прямо, а немножко отклоняются от своего пути. И чем больше стекло кривое, тем сильнее они отклоняются. Делают разные стёкла, — есть такие, через которые предметы кажутся большими, а есть такие, через которые предметы кажутся совсем маленькими. Эти кривые стёкла назвали линзами. Их можно видеть везде-везде: в бинокле и подзорной трубе они собирают свет, который пришёл издалека и показывают глазкам, что там, далеко-далеко, делается; в фильмоскопе линзы делают маленькое изображение с плёнки большим на стенке или на экране, а в фотоаппарате, наоборот, большие предметы уменьшают так, что самый высокий дом помещается в одном кадрике, да ещё и место остаётся.

— Стёкла научились делать разноцветными. Если стекло пропускает зелёные фотончики, оно кажется зелёным, если синие, то синим, а если все сразу, то оно кажется прозрачым. Поэтому, Лягушка, стеклу в окне и не жарко, когда через него проходит свет, оно просто пропускает его через себя и всё.

— Значит, зелёные, синие, красные стёкла греются? — спросила Зелёная Лягушка.

— Конечно, — ответил Солнечный Зайчик. — Ведь они пропускают фотончики только своего цвета, а остальные остаются в них.

— Значит, если бы не фотончики, мы замёрзли бы? Куда девается тепло ночью, когда Солнышко не светит? Почему зимой днём снег не тает, хотя днём светло и фотончиков много? — зачастил вопросами Мишенька.

— Подожди, подожди, — остановил его Солнечный  Зайчик. —Во-первых, моё время на сегодня уже кончается, я через минутку уже убегу, а во-вторых, ты спрашиваешь так много сразу, что можно запутаться. Давай лучше договоримся так: пусть каждый задаст по одному вопросу, я их запомню, а потом постараюсь всем ответить, но только постепенно.

— Я первый, я первый спрашиваю, — заторопился Мишенька. —Куда девается тепло, когда становится холодно?

— Почему я не могу катиться на горку как под горку? — спросила Пожарная Машина.

— Р-Р-Р, почему пол холодный, а ковёр тёплый? — поинтересовалась лохматая Собачка.

— Куда девается вода из стакана, который забыли на окне? —спросил Ванька-встанька.

— Почему я не тону в воде? — захотела узнать резиновая Рыбка

— Куда звёзды деваются днём? — спросила Зелёная Лягушка.

— Почему бывает ветер? — задал последний вопрос Ёжик.

— Ваши вопросы я запомнил, — сказал Солнечный Зайчик. —А теперь хочу посмотреть, как вы поняли то, что я рассказывал и тоже задам вопрос, а вы над ним подумайте все вместе. Он простой; как я получаюсь?

Спросил и убежал за окошко.

(Продолжение следует)

Из жизни физиков

На одной из своих лекций Давид Гильберт сказал:

– Каждый человек имеет некоторый определенный горизонт. Когда он сужается и становится бесконечно малым, он превращается в точку. Тогда человек говорит: «Это моя точка зрения».

Анекдот

Физик попадает на зону, его вызывает пахан:

— Я слышал ты физик?

— Да.

— Садись, физик. Вот ты че делаешь?

— Я сижу.

— А я что делаю?

— Вы стоите.

— А Вовка че делает?

— Он лежит.

Вот ты мне объясни, как физик, почему для тех кто на воле, мы все сидим?

Великий созидатель

От удивительного факта к законам мироздания и новым технологиям

Изучение природы имеет перед собой высшую задачу: объединить многообразие явлений в единую систему. Физическая картина Мира, удовлетворяющая этому требованию, приобретёт неодолимую силу и завоюет всеобщее признание. (Макс Планк.)

 Созидающая роль физики в мировом развитии общества демонстрируется на указанной в заголовке цепочке, реализованной в ближайшее десятилетие. Представляется путь от обнаружения неустойчивости ударных волн к системе законов природы и основанном на них широком ряду эффективных технологий [1,   2].

 Физика, будучи одним из столпов цивилизации, является величайшим открывателем, то есть в ней фундаментальное соединяется с новым, неожиданным. Всё сделанное ею не описать в десятках томов; она окружает нас в быту, в обычном будильнике задействованы несколько законов физики, любая технология имеет в своей основе десятки законов. Открытие ядерной энергии (одного из законов) и её использование обеспечат потребности человечества навсегда.

Ни одно из творческих занятий человека не является столь увлекательным, как научный поиск, а физика – родоначальница наук о природе, кажется самой интересной.

1. Что же в ней такого привлекательного?? Ответить на этот вопрос и почувствовать, увлечься можно лишь познакомившись с чем-то поразительным, раскрыть эту загадку, восхититься, стать первым в мире обладателем нового знания, иногда бесценного. Всё это похоже на обычную любовь, но в стократ восхитительней и длительней.

История физики дала нам много примеров того, как удивительный факт перешёл в цепочку, а затем в лавину открытий. Как правило, первооткрыватели не представляли последствий своего удивительного факта и не видели гигантских результатов. Такие результаты получали следующие за ними открыватели двух и трёх поколений.

Напомним один из таких эпизодов, начавших вековую эпопею. Гальвани в конце XVIII века обнаружил судорожные движения лапок лягушек при действии вблизи них электрической искры, а затем и без искры при соединении нервов и мышц проволоками из разных металлов. По существу, автор стоял у истоков нескольких законов. Эти наблюдения развил Вольта и создал первый достаточно ёмкий источник тока (вольтов столб). Далее полтора века следовали открытия одно плодотворнее другого, которые создали окружающий нас мир электричества, радиосвязи, вычислительной техники на каждом рабочем столе.

Вторая эпопея – ядерная, открывается в самом конце XIX века после того как Беккерель обнаружил засветку фотопластинки, лежащей вблизи малой дозы ничем не примечательного радия. Далее этот факт возбудил интерес супругов Кюри, которые всю жизнь посвятили открытию и изучению радиоактивности. В итоге мы получили атомную энергетику, которая обеспечивает первостепенные нужды. О всеуничтожающих варварских средствах борьбы властей разных стран говорить не хотелось бы, это не дело физики.

2. Перейдём к главному. Чтобы воспринять привлекательность физики и приобрести интерес к этой самой увлекательной деятельности, проделаем путь рядом с открывателем длиной в тридцать ближайших лет. Эта эпопея будет изложена по необходимости кратко, но в полном масштабе и по обилию коллизий она не уступит объёму «Войны и мир».

Итак, в 1976 году остепенившийся специалист в области процессов сильной неравновесности (большие поля, высокие частоты, взрывные воздействия) обнаружит странное обстоятельство. Оно связано с ударными волнами (УВ), которые представляют собой скачки плотности, скорости, температуры и давления, возникающих при движении сред, например, газов, с скоростями большими скорости звука. Странность заключалась в том, что существующая теория описывает волну как регулярно изменяющуюся при сколь угодно большой скорости распространения её. Эксперимент, как правило, подтверждает регулярную картину. Такое согласие существовало лет тридцать и никого не смущало. Правда, были в опытах для больших скоростей УВ плохие картины – снимки сверхскоростной фотографии, но они относились за счёт неудачных условий опыта.

Специалиста вдруг не стало устраивать регулярная «благодать». Причина этого лежала не в физике, а в производной от неё обобщающей науке – философии. В основном её разделе – диалектике, великий Гегель двести лет назад открыл всеобщие законы. Один из них, широко известный, провозглашал непременный переход количества в качество. Эту общую формулировку Гегель сопроводил простым примером перехода воды в лёд или пар с изменением температуры. Регулярное без качественного изменения распространение УВ при любой скорости явно противоречит общему закону. Получается, что либо в законе имеются исключения (и тогда он не общий), либо явление имеет иной вид, чем представлялось.

Очевидное противоречие побудило к нелёгкому разрешению его с двух сторон. Как показало исследование, длившееся пять лет, закон в буквальном виде неверен, но и явление выглядит не так, как казалось. Недостаточность общей формулировки было установлено достаточно быстро на основе простой теории, которая указала необходимые ограничения. Попутно выяснилось, что Маркс, применяя этот закон к экономической системе, обнаружил отсутствие её качественного изменения при широкой мере финансового воздействия.

Заметим, что аналитик, вместе с которым идём по пути открытий, неплохо знал труды Гегеля и Маркса и считал, что фундаментальные законы физики при подходящей формулировке перейдут во всеобщие, то есть охватят химические, биологические и социально-экономические системы.

Раскрытие истинной картины поведения ударных волн при увеличении их скорости потребовало проведения широкомасштабного исследования. Энтузиасты из трёх ведущих центров по изучению УВ проделали сотни опытов на трёх различных установках для многих газов и разных условий. На баллистической трассе ФТИ, ударной трубе физического факультета МГУ и плазменной установке ИХФ, по сути были сделаны открытия. Для каждого газа и варианта условий были обнаружены неустойчивости ударных волн, определены их режимы, раскрыт физико-химический механизм явления. Общая картина поведения УВ с ростом скорости выглядела так: до некоторых определённых значений скорости своих, для каждого газа и условий, картина УВ была регулярной; при превышении границ волна становилась неустойчивой, разрушался её фронт, появлялись необычные линии излучения, хаотическое распределение плотности типа микровзрывов; дальнейшее увеличение скорости приводило к регулярному режиму до второй границы, за которой волна вновь становилась неустойчивой, и так далее до пределов возможного установки. Для СО2 в ударной трубе было получено четыре интервала регулярности и четыре окна неустойчивости; предложенная теория предписывала восемь хорошо наблюдаемых интервалов.

3. Таким образом, противоречие было выяснено, но встал вопрос о том, какой закон описывает открытое явление в полной мере. Среди имеющихся законов такового не было. Обнаружение общего закона, охватывающего рассмотренный случай ударных волн, а также все прочие виды воздействий на системы разного рода потребовало лет пять. Установленный закон «потребовал» необходимого окружения, то есть дополнительных законов. Так родился класс законов реакции. Он выглядит следующим образом: была выбрана мера действия (закон меры действия), и в зависимости от её величины предписано регулярное поведение системы, линейное (закон малого воздействия) и нелинейное (закон умеренного воздействия), отражено противодействие системы (закон обратной связи); при достижении мерой действия значения, близкого к единице, поведение системы качественно меняется, что отражает закон границы качества, далее за границей качества устанавливается аномальное поведение системы (закон аномальности), при увеличении воздействия система, изменившая качество, демонстрирует регулярное поведение подобное двум первым фазам, указанным выше, вплоть до второй границы качества, что фиксирует закон чередования режимов; дальнейшее увеличение после ряда смен режимов приводит к полному разрушению системы (закон разрушения).

Полученный класс законов реакции стал регулярно применяться к всевозможным физическим и химическим системам, и к моменту опубликования законов в 1990 году были указаны сотни возможных эффектов и устройств, основанных на них. Несколько устройств были сделаны в ближайшие годы, среди них лазер на красителе в 20 раз более мощный первоначального образца, который не претерпел конструктивных изменений, мощный источник ультрафиолетового излучения с узкой линией в широком диапазоне УФ на основе серийной лампы. Эти устройства позволили осуществлять белый рез биополимеров, стерилизацию различных жидкостей, ускорение сбраживания и другие эффективные операции.

Вопрос применения законов реакции к биологическим системам помогли решить, не ведая об этом, три медико-биолога: Гаркави, Уколова и Квакина из Ростовского НИИ. Их исследования общих адаптивных реакций при воздействии на животных магнитного и электрического поля, всевозможных препаратов и механических факторов выявили чрезвычайно интересную картину [3]. Она заключалась в том, что увеличение воздействий приводило к изменениям организма, имеющим чередующийся характер. При этом были выделены четыре основных режима и серии, в которых они повторялись. Авторами эти режимы были названы – тренировка, активация, стресс, ареактивность. Были обнаружены особые приспособительные свойства организмов в этих режимах: тренировка давала умеренную «закалку», активация приводила к излечению, стресс ухудшал состояние, ареактивность давала нейтральную реакцию. Были разработаны методики эффективного лечения на основе этих результатов. Всего в ходе опытов было обнаружено более десяти серий, включающих эти четыре режима, что означает, по сути, наличие лестницы здоровья (или нездоровья в случае стресса). Эти результаты в точности соответствуют предписаниям законов реакции. Можно безмерно удивляться, что распространение ударных волн высокой интенсивности в точности воспроизводит картину реакции живого организма (или наоборот), но это является следствием общих законов.

4. Как только законы реакции были распространены на биологию и химию, естественно появилось стремление придать им всеобщий характер, на их основе предсказывать возможные новые эффекты для систем естествознания, предлагать новые технологии. Такие задачи были частично решены в десятке публикаций 1996-2000 годов в «Журнале технической физики» [4, 5]. При формировании класса законов реакции естественным образом встал вопрос о системе законов физики и всего естествознания. Просмотр имеющихся законов физики выявил их нерегулярное множество, они не составляли системы, а система – мощный источник получения новых полезных результатов. Началось построение системы законов естествознания возможно более полной и конструктивной.

Движение в этом направлении выявило возможность предоставить для обучения хорошо организованную систему знаний, прежде всего, системно построенную физику. Она включила в себя шесть функциональных разделов: объекты и общие положения, законы, принципы, методы, основные проблемы. Такую же полезную конструкцию можно было рекомендовать для математики и других дисциплин.

Построение системы законов естествознания с учётом полноты привело к формированию десяти классов законов, упорядоченных естественным образом: законов сохранения, взаимодействия, структурно-системных, причинно-следственных, законов реакции, динамики, статистических, законов эволюции, подобия и законов взаимодействия сложных систем. В каждом из классов оказалось около десятка законов; пример законов реакции был дан выше.

Существенным шагом стало применение системы законов для формирования созидающего образования. Оно составлялось, исходя из наилучших свойств образования, и включало три поля знаний: ядро знаний, поле развития, поле творчества. В качестве ядра знаний было использована учебная версия системы законов естествознания, а два других поля строятся на нём и служат для развития знаний учащихся и творческого их освоения. Концепция созидающего образования была реализована в виде технологии обучения математике и физике и апробирована на учащихся разного уровня, от седьмого класса до доцентов университета. Такая технология позволяет обучать проще, интересней, быстрее и с лучшим качеством усвоения.

Введение созидающего образования способствует переходу на новый уровень, соответствующий информационной эпохе, развивает творческий потенциал, даёт возможность человеку реализовать свои способности и чувствовать себя счастливым.

5. Предлагаемая система законов служит источником множества новых эффектов и технологий; ряд их указан в [4, 5]. Любой читатель данной статьи может взять интересную для него область знаний и применить систему законов, приведённую в [1], с целью получить новое понимание ранее известного, новые результаты, технологические предложения, решения ряда новых задач и другие полезные плоды. В книге [1] содержится много примеров такого рода из разных областей знаний. Например, закон соответствий структур и полей естественным образом указывает на существование биополя, закон аномального гистерезиса даёт основу для определения режимов двигателей типа второго рода (реализация таких устройств защищена двумя авторскими свидетельствами).

Закон чередования режимов в силу своей общности применяется к социально-экономическим системам, объясняет циклы Кондратьева и краткосрочные, позволяет предсказать кризисы в экономических системах. Подобное предсказание проверено на данных по кризису 1929 года. Несомненна перспективность применения системы законов к всевозможным областям, проблемам и задачам.

 Литература

1. ? Скворцов Г.Е. Система законов природы.? – СПб., 2004.

2.?? Скворцов Г.Е. Картина мира природы. – СПб., 2003.

3.?? Гаркави Л.Х., Квакина Е.Б., Уколова М.А. Адаптационные реакции организма. – Ростов на Дону, 1992.

4.?? Скворцов Г.Е. Ж.Тех.Физ.? 1999. Т. 69. В. 10. С. 1-6.

5.?? Скворцов Г.Е. Письма в ЖТФ. 1999. Т.25. В.7. С. 57.

Рассылка ''Как делать открытия. Приемы решения научных задач''
http://subscribe.ru/catalog/science.natural.triz

Календарь (Уголок коллекционера)

17 ноября — 23 ноября

17 ноября

Родился

1902 Эуген Пол ВИГНЕР /Eugene Paul WIGNER/ (1902 — 1.1.1995), венгерско-американский физик, нобелевский лауреат 1963 года «за его вклад в теорию атомного ядра и элементарных частиц, особенно с помощью открытия и приложения фундаментальных принципов симметрии».

Событие

1970 После мягкой посадки на поверхность Луны космической станции «Луна-17» в путешествие по спутнику Земли отправился «Луноход-1».

18 ноября

Родились

1897 Патрик Мейнард Стюарт БЛЭКЕТТ /Patrick Maynard Stuart BLACKETT/ (1897 — 13.7.1974), английский физик, нобелевский лауреат 1948 года «за усовершенствование метода камеры Вильсона и сделанные в связи с этим открытия в области ядерной физики и космической радиации».

1923 Алан ШЕПАРД /Alan SHEPARD/ (1923 — 21.7.1998), американский астронавт, совершивший в мае 1961 года 15-минутный суборбитальный полет. В 1971 году совершил полет к Луне как командир «Аполлона-14». 

События

1913 Продолжение темы о слонах. Если вам неизвестно, что первым в мире «мертвую петлю» на самолете сделал русский летчик Павел НЕСТЕРОВ, то вы можете встретить утверждение, что этого добился в Сан-Диего американский пилот Линкольн БИЧ. Славу первопроходца оспаривают и французы, причем на два месяца раньше. Но и ПЕГУ, и Бич лишь повторили достижение Нестерова, хотя сами и не знали об этом.

19 ноября

Родился

1711 Михаил Васильевич ЛОМОНОСОВ (1711 — 15.4.1765), ученый, поэт, просветитель. Вклад Ломоносова как ученого в мировую науку, если честно, мизерный. В математике он был слаб, в естественных науках его открытия были скорее догадками, но неоценима его роль как организатора науки и просветителя, как человека, заложившего основы современного литературного русского языка >>>. 

20 ноября

Родились

1602 Отто ФОН ГЕРИКЕ (1602 — 11.5.1685), немецкий физик. Изобрел воздушный насос (1641), одну из первых электростатических машин (вращающийся шар из серы, натираемый руками, ок. 1660), первый водяной барометр (1657), который использовал для предсказания погоды. С помощью шара он обнаружил явление электрического отталкивания и электрическое свечение.

1889 Эдвин Пауэлл ХАББЛ (1889 — 28.9.1953), американский астроном >>>. 

События

1998 С космодрома Байконур осуществлен запуск первого модуля Международной космической станции — функционального грузового блока «Заря».

21 ноября

Родился

1849 Иоганн Август БРИНЕЛЛЬ (1849 — 17.11.1925), шведский инженер, придумавший неразрушающий способ определения твердости металлов и сплавов. Упрощенно суть метода сводится к надавливанию на опытный образец стального (вольфрамового) шарика под определенной нагрузкой в течение 30 секунд. По размеру вмятины определяется твердость металла.

События

1783 Впервые в воздух поднялся воздушный шар братьев МОНГОЛЬФЬЕ >>> с людьми на борту. Пионерами воздухоплавания стали физик Жан Франсуа Пилатр ДЕ РОЗЬЕ и маркиз Франсуа ЛОРЕН Д’АРЛАНД. Они летали над Парижем 25 минут, поднявшись на высоту более 1000 м и пролетев 9 км.

1877 Томас ЭДИСОН объявил о своем изобретении — фонографе. Через три месяца он получит патент.

22 ноября

Родились

1904 Луи Эжен Феликс НЕЕЛЬ /Louis Eugene Felixx NEEL/ (22.11.1904 — 2000), французский физик, нобелевский лауреат 1970 года «за фундаментальную работу и открытия, касающиеся антиферромагнетизма и ферримагнетизма, которые повлекли за собой важные приложения в области физики твердого тела» (разделил с Ханнесом АЛЬФВЕНОМ).

1909 Михаил Леонтьевич МИЛЬ (1909 — 31.1.1970), конструктор вертолетов.

23 ноября

Родились

1837 Ян Дидерик ВАН-ДЕР-ВАЛЬС /Johannes Diderik VAN DER WAALS/ (1837 — 8.3.1923), голландский физик, нобелевский лауреат 1910 года «за работу над уравнением состояния газов и жидкостей».

1935 Владислав Николаевич ВОЛКОВ (1935 — 30.6.1971), летчик-космонавт, дважды Герой Советского Союза.

События

1920 Основан Институт инженеров Красного Воздушного Флота (потом Военно-воздушная инженерная академия имени Жуковского, ныне Военный авиационный технический университет).

1924 Состоялась первая широковещательная передача Московского радио.

При подготовке использовались материалы сайта http://citycat.ru/historycentre/

Витрина

Книги:

·        Физики смеются. Смеются не только физики. 

Видеокассета:

• BBC: Космическая одиссея. Путешествие по галактике "Космическая Одиссея" предлагает нам заглянуть в мир будущего. А, точнее, узнать, что увидят космонавты, впервые добравшись и высадившись на планеты нашей Солнечной системы. Наше "путешествие" условно займёт промежуток в 6 лет, начиная со старта с планеты Земля и заканчивая возможной трагической встречей с одной из комет. За это время космонавты "посетят" все планеты нашей системы и проведут серию занимательных, но весьма опасных экспериментов. Благодаря современным цифровым технологиям, вам откроются невероятные виды как самих планет, так и Солнца, с весьма необычных ракурсов. Благодаря работе создателей, вы забудете о том, что живёте в век высоких технологий и фантастических спецэффектов, воспринимая фильм так, как будто он действительно был снят самими участниками этой космической одиссеи.

Soft:

·        Физика в школе: Земля и ее место во Вселенной. Элементы атомной физики

·        Физика в школе: Молекулярная структура материи. Внутренняя энергия

·        Scientific Linux 4.1 Cyrillic Edition (6 CD). Линуксцентр и Линукс Инк представляют русскую редакцию Scientific Linux - это дистрибутив Linux, который создан совместными усилиями Fermilab, CERN, при поддержке различных лабораторий и университетов со всего мира. Базовый дистрибутив Scientific

·        Техническая энциклопедия

Игры:

• Умный кубик. Мини-энциклопедия. "Планеты" (2005)

ã Сечная Н.Ю.