Декада математических и естественно-научных дисциплин Физическая викторина
ГБОУ СПО ННХТ
Декада математических и естественно-научных дисциплин
Физическая викторина
Механика
Разработала
Преподаватель физики
Комисарова Н.П.
2015 год
Цель: развитие познавательного интереса к предмету.
Задачи:
- способствовать углублению и обобщению знаний по физике;
- развивать умение логически мыслить, рассуждать, устанавливать причинно-следственные связи, проводить эксперимент;
- воспитывать у учащихся интерес и внимание к окружающему их миру.
Вопросы
1. Почему нас понимает ЭВМ?
2. Почему так звонко щелкает бич укротителя?
3. Если уронить шарик на морскую гальку, то он несколько раз подскочит. Иногда один из подскоков оказывается выше предыдущего. Неужели в этом, правда, редком случае происходит нарушение закона сохранения энергии? Попробуйте объяснить, в чем здесь дело?
4. В кастрюле с водой плавает стакан. Как изменится уровень воды в кастрюле, если зачерпнуть в стакан немного воды?
5. Если прижать чайную ложку к кусочку «сухого льда», вы услышите громкий завывающий звук. Звук длится недолго и быстро затухает. Чтобы его возобновить, надо отнять ложку ото льда, дать ей немного нагреться и опять коснуться льда. Высоту звука и его громкость в известных пределах можно изменять. Для этого нужно прижимать ложку ко льду то сильнее, то слабее. Чем объяснить такое явление?
6. Однородный прямоугольный кирпич лежит на наклонной плоскости. Какая половина кирпича (нижняя или верхняя) оказывает большее давление на плоскость?
7. Почему канатоходцы, двигаясь по проволоке, балансируют, отклоняя свое тело влево-вправо?
8. Какую форму имеет дождевая капля?
9. Почему набегающая на берег волна «скручивается»?
10. Почему подушка мягкая? Почему удобно лежать на перине или на надувном матрасе, а на досках или на твердой земле неудобно?
11. Если машинист не может сразу сдвинуть с места состав, он дает сначала задний ход, а затем медленно трогает состав с места. В чем тут дело?
12. Почему маленькая скрипка звучит громче большой гитары?
13. Почему мы не замечаем движения Земли вокруг солнца, хотя скорость этого движения 30 км/с?
14. Что быстрее падает: камень или почтовая марка, монета или маленький кусочек бумаги?
15. Почему, когда звон колоколов Киево-Печерской лавры слышится особенно явственно, жители предсказывают, что скоро наступит ненастье?
16. Почему плуг делают острым?
17. Отчего при растягивании суставов трещат пальцы?
18. Все тала вследствие их притяжения Землей падают на нее. Облака состоят из мелких капелек воды. Значит, облака должны падать на Землю. Однако никто не наблюдал, чтобы облако когда-нибудь достигло Земли. Как объяснить этот парадокс?
19. Воздух значительно хуже проводит звук, чем дерево или стекло. Почему же тогда при закрытых дверях и окне шум с улицы или из коридора в комнате менее слышен?
20. Почему пузырьки воздуха всплывают на поверхность воды?
21. Вы надули через соломинку мыльный пузырь, а затем осторожно вытащили изо рта соломинку с пузырем на конце. Что произойдет с пузырем дальше?
22. Когда больше весит килограммовая гиря – зимой или летом?
23. Выходя из воды животные встряхиваются. Какой физический закон используется ими при этом?
24. Почему, плывя на спине, легче держаться на воде?
Ответы
1. Известно, что любой звук, в том числе и произнесенный человеком, характеризуется спектральным составом колебаний. Сообразуясь с этими данными, все звуки разделяются на группы: гласные – одна группа, сонорные согласные – другая, глухие – третья и т.д. Всего 5 групп, каждая из них получила свой код. Когда произносится слово, ЭВМ, прежде всего, устанавливает характер колебаний, затем количество слогов в слове, длительность и взаимное расположение звуков и некоторые другие признаки. Заключительный этап опознания – сравнение лова с теми образцами, которые хранятся в памяти машины. И вот слово понятно, машина печатает его на бумаге.
2. Специальные исследования показали, что щелканье бича есть явление ударной волны, распространяющейся в воздухе. Рассмотрим существо дела с физической точки зрения. Когда в малом объеме сжимаемой среды быстро выделяется значительное количество энергии (как это происходит, например, при сильном взрыве), скорость частиц среды, определенная выделившейся энергией и массой вовлеченного в движение вещества, может превзойти скорость звука в среде. Тогда и возникает волна особого рода, называемая ударной, за фронтом которой резко повышается плотность, давление и температура среды. По мере распространения ударной волны возрастает масса движущегося вещества, и ударная масса превращается в звуковую. Звук – это распространение в среде небольших и плавных изменений ее параметров.
Бич укротителя представляет собой кожаный шнур, утончающийся к свободному концу. Укротитель приводит его в движение так, что на шнуре образуется петля, перемещающаяся к свободному концу. Поскольку при этом в движение вовлекается меньшая масса, то в силу закона сохранения импульса скорость петли возрастает и может достичь 500 м/с (напомним, что скорость звука в воздухе составляет 330 м/с). Создаются условия для возникновения ударной волны.
3. При отскоке от гальки шарик может начать вращаться. Тогда в верхней точке помимо потенциальной энергии он будет обладать еще и кинетической энергией вращения. Если при следующем подскоке шарик перестает вращаться, то высота подскока шарика, а следовательно, и его потенциальная энергия может возрасти. Общий же запас энергии шарика уменьшается, так как часть энергии переходит в тепло при ударе.
4. Так как содержимое кастрюли не изменяет своей массы, то не изменяется и сила давления на дно кастрюли. Отсюда следует, что уровень воды останется прежнем.
5.Это явление объясняется тем, что теплота металла быстро превращает в газ тот участок льда, к которому прикоснулась ложка. Обильно выделяясь, углекислый газ с силой выталкивается из-под ложки, она колеблется и, подобно мембране телефона, колеблет воздух, а мы слышим звук.
Таким образом можно заставить звучать не только ложку, но и металлическую крышку от сахарницы. Если держать крышку за ручку и касаться ободком крышки «сухого льда», слышится красивый мелодичный звук.
6. Для того чтобы тело находилось в покое, необходимо, чтобы суммарный момент сил, стремящихся повернуть тело по часовой стрелке, был равен моменту сил, стремящихся повернуть тело против часовой стрелки вокруг какой-либо точки, например центра тяжести. В данном случае момент сил трения, вращающий кирпич по часовой стрелке, должен быть равен моменту сил давления плоскости на кирпич. Отсюда следует, что сила давления на нижнюю часть кирпича должна быть больше, чем на верхнюю. По третьему закона Ньютона, и сила давления нижней половины кирпича на плоскость должна быть больше, чем сила давления верхней половины.
7. Для сохранения равновесия необходимо, чтобы перпендикуляр, опущенный из центра тяжести тела, проходил через опору – канат. Добиться этого трудно. Но можно сделать так, чтобы центр тяжести совершал небольшие колебания около положения равновесия. В этом случае тоже будет равновесие, которое в отличие от статистического (неподвижного) называется динамическим.
8. Капля дождя имеет форму – шар. Да, у жид костей есть форма, и обусловлена она силами поверхностного натяжения: любая жидкость в невесомости стремится занять положение с минимальным уровнем энергии, а соблюдается это условие только в случае сворачивания в шар.
9. Вблизи берега (на мелководье) из-за трения воды о дно скорость частиц воды тем больше, чем выше они над дном. Поэтому верхние слои воды «обго няют» нижние.
10. Если вы просто скажете, что пух и воздух мяг кие, а доска и земля твердые, то будете не со всем правы. Из твердого материала можно сде лать удобное «ложе», если придать ему форму человеческого тела. Например, если лечь в мяг кую глину, она примет форму человеческого тела. А когда затвердеет, то лежать в образовавшейся форме будет довольно легко.
Оказывается, впечатление мягкости или твер дости зависит не от свойства материала, а от величины давления на поверхность тела.
11. Давая задний ход, машинист сдвигает буфера всех вагонов. Когда после этого он трогает состав впе ред, вагоны начинают двигаться по одному, и машинист может сдвинуть тяжелый состав.
12. При игре на гитаре музыкант кратковременно воздействует на струну, тогда как при игре на скрипке смычок почти непрерывно взаимодей ствует со струной. Так как усилия, оказываемые на струны гитары и скрипки, примерно равны, то затраты энергии при игре на гитаре значи тельно меньше, чем при игре не скрипке.
13. Центростремительное ускорение, связанное с об ращением Земли вокруг Солнца, чрезвычайно мало по сравнению с ускорением силы тяжести на Земле.
14. Чтобы ответить на этот вопрос, предлагаем не сколько опытов. Возьмем пятирублевую монету и маленький кусочек бумаги. Выпустим одновре менно оба предмета. Тогда мы заметим, что мо нета, падая вертикально, быстро достигнет пола, а кусочек бумаги, медленно планируя, упадет гораздо позднее. Может показаться, что тело па дает тем быстрее, чем оно тяжелее.
Но попробуем бросить одновременно килограм мовую гирю и монету. Мы обнаружим, что они коснутся пола в одну и ту же секунду, несмотря на то, что монета во много раз легче, чем гиря.
Разгадка этого кажущегося противоречия со стоит в том, что листку бумаги гораздо труднее, чем монете, преодолеть сопротивление воздуха,
так как поверхность такого листка сравнительно очень велика. Если же мы свернем этот листок бумаги в маленький шарик и опять бросим, то увидим, что он падает так же быстро, как и монета.
В этом последнем случае воздушное сопротив ление, которое встречает падающая бумажка, будет совершенно ничтожным. Когда нет сопро тивления воздуха, форма падающего тела не иг рает никакой роли. Физик это доказывает, когда в длинном герметически закрытом сосуде, из которого выкачан воздух, заставляет падать са мые разнообразные тела. В таком сосуде легчай шее перышко падает так же быстро, как и тяже лый камень.
15. Особая густота и явственность колокольного зво на лавры указывают на повышенную влажность воздуха, что обычно предшествует ненастью.
Специальные наблюдения над слышимостью сирен плавучих маяков в Англии показали, что изменения слышимости сигналов во многих слу чаях почти в точности следовали за изменением относительной влажности воздуха. Наблюдая это, исследователи обратили внимание на явную связь между влажностью воздуха и поглощением зву ка. Большое значение звуковых сигналов для навигации явилось стимулом к изучению явле ния в лаборатории и в атмосфере.
Акустические колебания это последователь ность адиабатических разрежений и сжатий (про цесс называется адиабатическим, когда отсутству ет обмен энергией с окружающей средой). При адиабатическом сжатии газа часть энергии сжа тия переходит в энергию внутримолекулярных движений, при адиабатическом разрежении она возвращается. Если время, за которое происхо дит каждое адиабатическое разрежение и сжа тие, будет одного порядка со временем, за кото рое устанавливается тепловое равновесие (время релаксации), то известная доля звуковой энергии, превратившись во внутреннюю энергию молекулы в процессе сжатия, по окончании расширения не успеет превратиться во внешнюю, в этом случае произойдет значительное поглощение звука молекулами газа на данной частоте.
В сухом, чистом и неподвижном воздухе поглощение акустических колебаний имеет наи меньшую величину и осуществляется молекулами кислорода. Внутренняя энергия молекул азо та слишком мала, чтобы иметь значение для поглощения звука. В углекислом газе поглоще ние звука становится значительным, начиная с частоты 3 кГц, и в дальнейшем быстро растет.
Туман не может вызвать добавочного поглоще ния и рассеяния звука. Затухание звука в тума не происходит благодаря его рассеянию на кап лях, участию капель в колебательном движении, испарению капель в сжатиях звуковых волн и конденсации влаги в разрежениях. Однако иног да при редких туманах наблюдается улучшение слышимости это можно объяснить влиянием свойственной туману высокой влажности, почти полным отсутствием ветра и наличием темпера турных инверсий, отклоняющих звуковые лучи к земле.
16. Для увеличения давления
17. Многим известна привычка в минуты волнения трещать пальцами. Но, как ни странно, до сих пор не было выяснено, отчего возникает хрустя щий звук при растягивании суставов фаланги. Английские исследователи заинтересовались этой маленькой загадкой человеческого тела, сконст руировали специальный аппарат, тянущий за пальцы с определенной скоростью и силой. Лабо ратория напоминала средневековую камеру пы ток, но все 17 добровольцев-испытуемых в один голос заявили, что опыты были совершенно без болезненными. Одновременно делались рентгенов ские снимки суставов.
Оказывается, при растягивании сустава уве личивается объем суставной сумки, давление в ней соответственно падает, и жидкая «смазка», содержащаяся в каждом суставе, как бы закипа ет. В этой вязкой жидкости появляются мель чайшие пузырьки газа. При дальнейшем растя жении давление падает еще сильнее и пузырьки с треском лопаются. Но выйти газу некуда, сустав плотно изолирован. Когда кости возвращаются в нормальное положение, газ постепенно поглощается жидкостью, это происходит примери0 в течение 15 мин. Сустав должен «отдохнуть» перед очередным «залпом».
18. Водяные капли облаков при своем падении ис пытывают большое сопротивление, в результате чего облака опускаются очень медленно. Это объясняется тем, что площадь поверхности нац. ли велика по сравнению с ее массой. Поэтому медленное падение облаков остается незамечен ным, так как оно компенсируется поднятием восходящими воздушными потоками.
19. Закрытые двери и окно заглушают звуки пото му, что значительная часть звуковых волн, пада ющих на их поверхность, отражается назад и количество энергии, попадающей в комнату, зна чительно уменьшается.
20. плотность воздуха меньше плотности воды, поэтому он выталкивается на поверхность
21. Силы поверхностного натяжения будут стягивать пузырек к отверстию соломинки и выталкивать воздух через тот конец соломинки, который ра нее был у вас во рту. Пузырь будет сжиматься.
22. Когда в Северном полушарии зима, Земля про ходит наиболее близкую к Солнцу часть своей орбиты перигелий. Следовательно, зимой Солн це сильнее притягивает любые предметы, нахо дящиеся на поверхности Земли, чем летом. Днем сила солнечного притяжения вычитается из силы земного притяжения, поэтому вес предмета ра вен разности этих сил. Ночью же силы солнеч ного и земного притяжения складываются. Сле довательно, зимой ночью гиря весит больше.
23. Закон инерции.
24. Так как увеличивается объем погруженной части тела, увеличивается выталкивающая сила.
Источники
И.Я. Ланина « 100 игр по физике» М: «Просвещение», 1995г.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Давайте удивляться чудесам,
или Физика вокруг насArial BlackРисунок 4C:\Program Files (x86)\Microsoft Office\MEDIA\CAGCAT10\j0251301.wmf15