Горизонты техники для детей, 1973 №6

Мир в глазах физика

— Пап! Ты обещал рассказать об этих огоньках вдоль дороги, — напомнил Юрек, так только отец вернулся домой. Вместе с отцом пришел Тадек, приятель Юрека.

— Помню, помню, — ответил отец. Только ты должен для этого склеить коробочку, такую, чтобы в ней поместился твой карманный фонарик. В середине задней стенки проделай отверстие и вставь в него конец фонарика, выключателя, а в передней стенке вырежь маленькую продольную щель. Я думаю, что Тадек охотно поможет тебе, а я скоро приду к вам.

— Про какие огоньки ты спрашивал? — заинтересовался Тадек, когда ребята взялись за дело.

— Вчера вечером мы с папой ехали на машине, и по обеим сторонам дороги я увидел огоньки: с правой — оранжевые, с левой — белые. Папа сказал, что это отражатели, находящиеся на столбиках, что стоят вдоль шоссе. Если на них падает свет авто мобильных фар, то они отражают его точно в направлении автомобиля. Папа сказал, что у каждого велосипеда должен быть такой отражатель и обещал показать, как самому можно сделать его.

— Интересно, зачем нужна эта коробка с фонариком? — ломал голову Тадек.

Так только стемнело, пришел папа Юрека, держа в руке два зеркала.

— А теперь проделаем несколько физических опытов, — сказал он.

— Юрек, зажги фонарик и накрой его коробкой так, чтобы свет проникал только через щель. И выключи лампу в комнате. Что вы видите?

— Полоску света на столе

— Взглянув на эту полоску, вы можете убедиться, что свет распространяется прямолинейно. Это важный закон оптики, известный с давних времен, как и закон отражения, каким мы сейчас займемся.

— Что такое оптика? — спросил Tадек.

— Это наука о свете и световых явлениях. Юрек, положи угломер так, чтобы луч света проходил через середину и через отметку 60°. А теперь ты, Тадек, поставь зеркало на основании угломера и посмотри, через какую отметку проходит отраженный луч.

— 120° — сообщил Тадек.

— Угол, образованный лучом и перпендикуляром к зеркалу, мы и называем углом падения, а угол между отраженным лучом и перпендикуляром — углом отражения. Перпендикуляр проходит через черточку, обозначающую на угломере 90°. Определите угол падения и угол отражения.

— Угол падения: 90° — 60° — 30°, а угол отражения: 120°-90°-30°, — сообщили мальчики. — Углы равны между собой.

— Если вы будете менять угол падения, поворачивая зеркало с угломером, то увидите, что всегда угол падения и угол отражения будут равны между собой. Это и есть закон отражения.

— Но что общее имеет это с отражателем? — с нетерпением допытывался Юрек.

— Надо применить этот закон. Мы хотим, чтобы у нас было такое зеркало, которое всегда будет отражать свет автомобильных фар только в направлении автомобиля. Смотрите! Этот отрезок — зеркало. На него падает луч света. Покажи, Юрек, как он будет идти после отражения.

— Я должен измерить угол падения и отложить его по другой стороне перпендикуляра! — говорил Юрек, делая чертеж.

— Отлично. А теперь с помощью другого зеркала мы хотим отразить этот луч так, чтобы он шел в направлении, противоположном лучу, падающему на первое зеркало. Я нарисую отраженный луч. Куда надо поместить зеркало, Тадек? Можешь определить это с помощью угломера.

— Если я приложу угломер так, чтобы углы падения и отражения были равны между собой, то зеркало будет находиться вдоль основания угломера.

— Начерти и измерь угол между зеркалами, — сказал отец.

— 90 градусов, — ответил Тадек.

— Итак, из закона отражения мы знаем, что два зеркала расположенные перпендикулярно, всегда меняют направление луча на противоположное. Проверьте это, поставив зеркало на пути нашего светового луча.

— Все верно! — обрадованно крикнули ребята.

— Учтите, что мы с вами проверяли отражение только вправо и влево, а ведь свет может также отражаться вверх и вниз. Поэтому надо приставить еще третье зеркало, перпендикулярно первым двум. Посмотрите, это велосипедный отражатель. Он состоит из многих треугольников, а каждый треугольник склеен из трех почти перпендикулярных треугольных зеркал. Это напоминает воронку. Каждый такой треугольник, освещенный фарами едущего автомобиля, отражает падающий на него свет. Если бы зеркала были установлены строго перпендикулярно, то отраженный свет падал бы на рефлекторы.

Отклонение от прямоугольного параллелепипеда приводит к тому, что отраженный свет слегка рассеивается и попадает в глаз водителя, который таким образом узнает, что перед ним кто-то едет на велосипеде. А знаете ли вы, что у Луны тоже есть отражатели?

Ребята удивленно взглянули на отца.

— Свет, как вам известно, распространяется с колоссальной скоростью: 300 000 км/сек. Если мы знаем, сколько времени идет луч света до Луны и обратно, то можем с большой точностью высчитать расстояние, отделяющее Землю от Луны. Для этого необходимо поместить на поверхности Луны такое зеркало, что бы луч света, посланный с Земли, отразился от него и возвратился в то место, откуда был послан. Это зеркало сконструировано по принципу отражателя, но на этот раз три зеркала должны быть расположены строго перпендикулярно. Именно такие отражатели установили на Луне американские космонавты Армстронг и Олдрин, а позднее второй такой отражатель поместил на Луне советский «Луноход-1», поэтому я в шутку и сказал вам, что у Луны есть свои отражатели.

— А как посылают световой луч на Луну? — спросил Юрек.

— Вспышки света испускаются лазером. Свет проделывает путь до Луны и обратно примерно за две с половиной секунды. Это время измеряется с огромной точностью.

В комнату заглянула мама

— Пожалуй, хватит на сегодня, — сказала она. — Для развлечения предлагаю вам прогуляться до магазина и обратно.

ЭДАН

Волчок, когда он вращается, обладает большой устойчивостью. Инерция вращения настолько велика, что она как бы «не позволяет» волчку упасть. Вращающийся волчок стремится сохранить постоянным направление своей оси. Но, когда волчок вращается на столе, трение о стол, о воздух, небольшой наклон оси, который получился в момент его запуска, заставляют его наклоняться. И его ось, стараясь держаться прямо, вынуждена совершать конусообразное движение

Волчок легко изготовить из небольшого картонного кружка, проткнув его центр заостренной спичкой.

Проделайте еще опыт с маятником-волчком. Возьмите картонный, фанерный, или пластмассовый кружок диаметром 15–20 см, просверлите в его центре маленькое отверстие и, продев через него шпагат, завяжите узелок. Подвесьте получившийся маятник и качните его. Кружок, качаясь, будет болтаться как попало. Затем проделайте следующее. Прежде, чем качнуть маятник, возьмите левой рукой конец веревки с узелком, а правой как следует раскрутите кружок, чтобы он быстро вращался вокруг натянутой веревки, которая в данный момент служит ему осью. Хорошо раскрутив кружок, отпустите веревку, и кружок будет качаться, сохраняя свое направление в пространстве. Его ось только в начале, в момент пуска, совпадала с веревкой, а потом она стала незримой, но ее легко представить, так как она всегда перпендикулярна к плоскости кружка.

Стремление волчка сохранять постоянным направление своей оси используется в технике. Например, гирокомпас (гиро- от слова гироскоп — научное название волчка) гораздо надежнее магнитного компаса, показания которого могут быть искажены окружающими его стальными предметами.

Гироскоп применяется в авиации, для успокоения качки судов, в военной технике.

ИНЖЕНЕР Ф. РАБИЗА