Май 25, 2019

Популярная физика: почему костер желтый, а пламя горелки синее?

Фото: Ирина Телешева, Казанский Кремль

Версия для печати
7 мая в Музее естественной истории Татарстана прошла лекция доктора физико-математических наук, профессора КФУ Александра Фишмана «Физика: от простых наблюдений к неожиданным применениям».

Казалось бы, воскресенье, майские выходные в разгаре, но в лекционном зале собралось много людей. Не всем хватило посадочных мест, поэтому многие остались стоять вдоль стен, а тем, кто чуть опоздал, пришлось садиться на пол в непосредственной близости к лектору.

Фото: Ирина Телешева, Казанский Кремль

Опытный лектор и экспериментатор Александр Фишман начал лекцию со слов: «Во-первых, очень удивлен, что в воскресенье вы пришли на лекцию, да еще и по физике. Второе, я понял, что отличаюсь от динозавра, потому что вход на динозавра платный (имеется в виду соседний зал «Время динозавров» – прим. ред.), а ко мне бесплатный».

«Сегодняшняя лекция является достаточно популярной и хочу сказать, что мы не получим каких-то серьезных выводов и формул. Но моя задача – чтобы  вы обратили внимание на то, что происходит вокруг нас, на явления, которые встречаются тысячами, десятками тысяч каждый день», – отметил в самом начале лектор.

Фото: Ирина Телешева, Казанский Кремль

«Случайные открытия делают только подготовленные умы» – такой был эпиграф состоявшейся лекции. Профессор подкрепил эту фразу показом забавного фрагмента мультфильма об открытии Ньютоном закона всемирного тяготения. «В свое время этот мультфильм произвел на меня сильное впечатление, – признался Александр Фишман, – и я часто пересказываю его своим студентам. Суть в том, что многие видят, что вокруг нас что-то происходит, но на самом деле они практически не понимают, что именно происходит. Яблоко падает уже на протяжении многих тысяч лет, столько голов пострадали от этого, и только один ум пришел к выводу, что это проявление неких закономерностей».

Сначала лектор рассказал об оптических явлениях, напомнил знакомый всем еще со школы  закон преломления: если свет падает, например, из воздуха в воду, то луч меняет свое направление. Направление луча характеризуется углом падения и углом преломления. Фишман продемонстрировал эксперимент с водяным световодом: в сосуд с водой направил луч света, получилась красивая вода с зелеными преломленными лучами. Можно также изготовить световод из стекла или прозрачного полимера. Из последнего получается оптоволокно, через него осуществляется оптическая связь (телевидение, интернет и т.д.).

Фото: Ирина Телешева, Казанский Кремль

Световоды применяются и в медицине, в частности, в эндоскопии. Очень маленький гибкий световод, который проходит, например, через пищевод в желудок человека, помогает определить состояние внутренних органов, выявить у человека гастрит, язву и другие заболевания.

Фишман помог разобраться в принципе работы приложения в современных телефонах по распознаванию отпечатка: «Откуда телефон может знать, что это именно ваш палец? Я даже видел, что некоторые подходят к своему автомобилю, прикладывают палец, дверь открывается. Я подхожу, прикладываю, не открывается! На подушечках наших пальцев имеются бороздки. Показатель преломления жира, которым покрыта наша кожа, близок к показателю преломления стекла сканера. Поэтому бороздки пальца, которые соприкасаются со стеклом, не отражают свет, а пустые участки – отражают».

После теории в популярном изложении приступили к практике, профессор пригласил поучаствовать в эксперименте кого-нибудь из слушателей. Девушка-доброволец прикладывает палец к стеклу призмы, и тут же на доске проектируется ее отпечаток.

Фото: Ирина Телешева, Казанский Кремль

Далее по теме лазерные спеклы. Что же это такое? Спекла переводится с английского как «пятнышко». Включив лазер и направив его лучи через специальную линзу на стену, профессор показал, как выглядят спеклы.

«Потрясающая картина получилась! Просто потрясающая! Я понимаю, что вы не видите, в чем она потрясающая, ведь вспомните начало лекции: «Человек видит только то, что знает», – отметил Фишман.

Затем он объяснил, что прелесть получившейся картинки в ее «рябости» и получившихся на ней темных точках.

Лазерная спекла – результат случайной интерференционной картины разных точек экрана, проще говоря, когда свет падает на экран (в нашем случае шершавая стена), свет отражается от всех маленьких зазубренок и транслируется в наши глаза.

Профессор предложил всем присутствующим с помощью спеклы прямо здесь и сейчас проверить свое зрение:

– Закрываете один глаз, а вторым внимательно, не качая головой, смотрите на эти мурашки, теперь медленно двигайте голову влево. Куда они (мурашки) побежали?

– Вправо! Влево! Никуда! – слышатся голоса из зала.

– Если вы двигаете голову влево, а мурашки бегут вправо, у вас близорукость. Если они смещаются туда же, куда смещается голова, дальнозоркость. Если они просто мельтешат на месте это пока еще хорошее зрение.

Этот метод запатентован. Точность определения здесь 1/8 диоптрий, а врачи-офтальмологи определяют остроту вашего зрения с точностью ¼ диоптрий.

Фото: Ирина Телешева, Казанский Кремль

Еще одно применение спеклы: отслеживание вибраций зданий, элементов машин, каких-либо механизмов и т.д. Использование метода спекл в микроскопии для оценки действий токсинов кишечной палочки на микроциркуляцию крови. По-русски это звучит так: спеклы помогают определить, как яд влияет на скорость движения крови, т.е.  если движение крови замедляется, значит, организм погибает.

Далее профессор Фишман перешел к музыке. Достал камертон и попытался с его помощью объяснить, что такое частота. Профессор рассказал, что у движущегося объекта, издающего постоянный звук, 3 частоты: высокая, чуть ниже, низкая. По-научному это явление называется эффектом Доплера. Частота (тон) зависит от скорости движения источника или приемника, т.е. частота несет информацию о скорости источника или приемника. С этим явлением мы сталкиваемся несколько раз в день. Вспомните, что вы слышите, когда идете рядом с оживленной дорогой? Машины проносятся мимо нас, и в зависимости от нашего с ними расстояния, меняется частота издаваемого ими звука. На применении эффекта Доплера основана допплерография – способ изучения кровотока в крупных и средних сосудах человека.

А еще с помощью этого эффекта можно открыть планеты у звезд! И сразу не поймешь, что еще за «планеты у звезд». Лектор объяснил это с помощью примера со спортсменом, метающим молот. Спортсмен – звезда, молот – планета, а точка, вокруг которой спортсмен осуществляет движение, разгоняясь – центр масс.

Фото: Ирина Телешева, Казанский Кремль

Есть какая-то звезда, вокруг нее движется планета, которая заставляет звезду тоже двигаться. То есть на самом деле звезда движется! Если звезда испускает свет, частота света, которую мы будем воспринимать, будет все время меняться. Если движется к нам, мы будем воспринимать более высокий тон света, если от нас, то более низкий тон света (красный).

Кто-нибудь задумывался, почему костер желтый и пламя от зажигалки желтое? А почему у газовой плиты оно синее? Дело все в натрии, он имеет «очень интересное излучение», у него есть одна длина волны – желтая.

«Дети! Дома сделайте эксперимент: возьмите крупинку соли и бросьте на газ: вся горелка станет желтой», – призвал лектор.

На звездах есть натрий, поэтому они желтые. Рассматривая звезду в телескоп можно измерить ее тон. Если звезда постоянно смещается вправо-влево, становится то чуть краснее, то чуть голубее, она движется. Вывод: ее заставляет двигаться невидимый партнер, т.е. планета.

Александр Израилович объяснил буквально на пальцах такое явление как параллакс. Чтобы понять, что это такое нужно смотреть на вытянутый палец поочередно то правым глазом, то левым. Начинает казаться, что палец перемещается вправо-влево. Наверняка, вы и раньше знали о такой штуке, а теперь и название ее знаете.

Итак, если говорить научным языком, параллакс – это изменение видимого положения объекта относительно удаленного фона в зависимости от положения наблюдателя. По параллаксу можно измерить расстояние до звезды. Ведь мы знаем примерный диаметр орбиты (300 млн. км).

Далее Фишман показал небольшой ролик с фонтанами в Сингапуре. На струях воды проектировались изображения.

«Тут очень простой принцип! Можно написать школьный проект об этом, сделать эксперимент с пульверизаторами и проектором. Чем больше длинных волн, тем хуже рассеивается свет: красные волны (самые длинные) рассеиваются плохо, а синие (короткие) – хорошо. Мы это видим каждый день, наблюдая за закатом. Голубые волны рассеиваются, а красные доходят до нашего глаза, как итог – красный закат. Если мы находимся как бы сбоку от солнца, то видим хорошо рассеивающиеся голубые волны, то есть синее небо», – объяснил Фишман.

Неинвазивный метод измерения сахара в крови тоже основан на эффекте рассеивания волн в зависимости от их длины. Увеличение концентрации глюкозы в межклеточной жидкости приводит к уменьшению разности показателей преломления и интенсивности рассеивания света. То есть, если выпить сахарный сироп, изменится показатель преломления и сразу изменится рассеивание, интенсивность. Когда сахара много рассеивание света падает, т.е. по рассеянному свету можно говорить о концентрации сахара в крови. И так как для красного света наша кожа является прозрачной, в скором будущем можно будет измерять уровень сахара всего лишь приблизив к участку кожи красный луч, вот такой неинвазивный метод.

Фото: Ирина Телешева, Казанский Кремль

Напоследок Фишман рассказал о тепловом излучении. «Если увеличить температуру какого-либо тела, например, в 2 раза, то интенсивность излучения возрастет в 16 раз», – пояснил Александр Фишман.

Тепловизор – устройство для наблюдения за распределением температуры исследуемой поверхности. С его помощью можно:

– увидеть, где строители сэкономили на утеплителе;

– провести диагностику организма;

– определить место, где заложены мины. Пролетает вертолет с тепловизором, обязательно утром, когда взошло солнце, «потревоженная» закладкой мины земля нагревается быстрее, т.к. находится чуть выше на поверхности.

– обнаружить утечку газа на газопроводе. Если газ расширяется, выходя из отверстия, он охлаждается, значит и почва вокруг охлаждается.

Гульназ Валиева

 

Close
loading...