Задание 1. О самых обыкновенных очках. Ни одна вещь на свете
advertisement
Задание 1. О самых обыкновенных очках. Ни одна вещь на свете не появляется сразу в готовом виде. И очки тоже не всегда были такими, как теперь. Одно время вместо двух стекол использовали только одно. Иногда его изготавливали из прозрачного горного хрусталя. Лупу не подносили к глазу, а клали на страницу. Лупа делала свое дело – увеличивала буквы. Но она не могла увеличить сразу много букв. И ее приходилось во время чтения передвигать по строчке. Такой лупой пользовались еще тысячу лет назад ученые в Средней Азии. Лет семьсот назад один немецкий поэт даже воспел «волшебное стекло» в стихах: Когда под старость нам темно Становится вокруг И начинает изменять Нам книга – старый друг, – Берем волшебное стекло, Чтобы читать нам помогло! Для разглядывания удаленных предметов стекло брали за ручку и подносили к глазу. Позднее стекла вставляли в железную оправу, соединяли железным хомутиком и сажали на нос. Сохранилась рукопись, написанная в 1299 году одним монахом. Он пишет: «Я чувствовал себя столь отягченным годами, что не мог ни писать, ни читать без тех стекол, которые называются очками и которые недавно изобретены к великой пользе старых людей с ослабевшим зрением». А от очков вела прямая дорога к еще более удивительным вещам. Благодаря им люди заметили, что даже с самым хорошим зрением не увидишь того, что можно увидеть, глядя сквозь увеличительное стекло. В тринадцатом веке один ученый с удивлением писал о том, что с помощью вогнутого или выпуклого стеклышка можно сделать так, чтобы большое казалось маленьким, маленькое – большим, далекое – близким, скрытое – видимым. «Мы можем даже сделать так, – писал он, – чтобы Солнце, Луна и звезды как бы спустились ниже». (М.Ильин, Е.Сегал. Рассказы о том, что тебя окружает) Каким образом «Солнце, Луна и звезды» могли «спуститься ниже» при рассматривании их через линзы? Что нового смогли увидеть люди, используя увеличительные стекла? Задание 2. Очки, изготовленные ученым-монахом Роджером Бэконом, позволяли считать песчинки на земле, которые при этом как бы приближались к человеку. За это его обвиняли в сговоре с дьяволом: ведь «основная цель зрения – знать правду, очки же не дают видеть реальную действительность!». В его времена и даже позже в трудах ученых очки и не упоминались, хотя к середине XIV века уже получили широкое распространение. Фреска 1352 г в монастыре Сан Николо итальянского города Тревизо изображает кардинала Уго ди Прованса в очках! Скорее всего, стеклянные очки обязаны своим происхождением мастерам-стекольщикам, вставлявшим стеклянные кругляши в свинцовую оправу. Об этом говорит и название увеличительных стекол «lente», произведенным в народе от слова «lentiechia» (чечевица), которое потом вошло в обиход ученых, пишущих на латыни, как «линза». В ходу были «очки для старых», или дальнозорких, с двояковыпуклыми стеклами, и «очки для молодых», улучшавшие зрение близоруких, имевшие двояковогнутые стекла. «Очки для молодых» появились позже. Линзы для них, возможно, были обнаружены случайно среди стеклянных кругляшей, или же были сделаны специально, из простого соображения: раз уж выпуклые стекла помогают зрению стариков, то вогнутые должны, наоборот, помогать зрению молодых. Для чего стекольщики средневековья вставляли стекла в свинцовую оправу? «Очки для старых» было немного проще изготовить, чем «очки для молодых». С чем это могло быть связано? Как вы понимаете слова дальнозоркость и близорукость? Какая линза «приближает» удаленные предметы? Если понадобится зажигательное стекло, какие очки пригодятся – для дальнозорких или для близоруких? Задание 3. На чертежах показан путь преломления лучей света в «собирающей» и «рассеивающей» линзах. Для каждой из них можно найти такую точку, в которой лучи света сходятся, образуя «угол зрения». Эту точку называют «фокусом линзы». Фокус собирающей линзы можно найти, используя ее как зажигательную. Какие линзы в очках для близоруких – «собирающие» или «рассеивающие»? Какая линза «увеличивает» предметы в наших глазах, а какая уменьшает? Задание 4. Доктор Клоубони, герой романа Жюля Верна «Путешествие капитана Гаттераса», сумел разжечь костер в сложной ситуации: путники потеряли огниво и очутились без огня при морозе в 48 градусов. « – У нас нет даже подзорной трубы, с которой мы могли бы снять чечевицу и добыть огня. – Знаю, – ответил доктор, – и очень жаль, что нет: солнечные лучи достаточно сильны, чтобы зажечь трут. – Что делать? Придется утолить голод сырой медвежатиной, – заметил Гаттерас. – Да, – задумчиво проговорил доктор, – в крайнем случае. Но отчего бы нам не... – Что вы задумали? – полюбопытствовал Гаттерас. – Мне пришла в голову мысль... – Мысль? – воскликнул боцман. – Если вам пришла мысль, значит, мы спасены! – Не знаю, как удастся, – колебался доктор. – Что же вы придумали? – спросил Гаттерас. – У нас нет чечевицы, но мы ее изготовим. – Как? – поинтересовался боцман. – Отшлифуем из куска льда. – Неужели вы полагаете... – Отчего бы и нет? Ведь нужно только, чтобы лучи Солнца были сведены в одну точку, а для этой цели лед может заменить нам лучший хрусталь. Только я предпочел бы кусочек пресноводного льда: он крепче и прозрачнее. – Вот, если не ошибаюсь, эта ледяная глыба, – указал боцман на льдину шагах в ста от путешественников – судя по ее цвету, есть как раз то, что вам надо. – Вы правы. Возьмите-ка свой топор. Пойдемте, друзья мои. Все трое направились к указанной ледяной глыбе Действительно, лед оказался пресноводным. Доктор велел отрубить кусок льда, имеющий фут в диаметре, и начал обравнивать его топором. Потом он отделал его ножом, наконец, постепенно отшлифовал рукою. Получилась прозрачная чечевица, словно из лучшего хрусталя. Солнце было довольно яркое. Доктор подставил чечевицу его лучам и сосредоточил их на труте. Через несколько секунд трут загорелся». Перед вами - крупа чечевица. А что понимал капитан Гаттерас под «чечевицей», которую можно было снять с подзорной трубы? Изобразите, какую форму он должен был придать куску льда, чтобы с его помощью добыть огонь. Назовите еще одно известное вам литературное произведение, где упоминается добыча огня. В каких условиях живут его герои? Чем они пользуются, добывая огонь? Задание 5. Неопытные купальщики нередко подвергаются большой опасности. Дно пруда, речки, каждого водоема представляется глазу приподнятым почти на третью часть глубины. Полагаясь на эту обманчивую мелкость, люди нередко попадают в опасное положение. Особенно важно знать это детям и вообще людям невысокого роста, не умеющим хорошо плавать, для которых ошибка в определении глубины может оказаться роковой. Кажущееся поднятие дна обусловливает преломление водой лучей света, создающих его изображение. Вы можете проверить это. Посадите товарища за стол так, чтобы он не мог видеть дна стоящей перед ним чашки. На дно ее положите монету, которая, разумеется, будет заслонена стенкой чашки от глаз вашего товарища. Теперь попросите товарища не поворачивать головы и налейте в чашку воды. Произойдет нечто неожиданное: монета сделается для вашего гостя видимой! Удалите воду из чашки губкой – и дно с монетой опять опустится… (Я.И.Перельман. Занимательная физика.) Проделайте описанный Я.И.Перельманом фокус. Напишите, удалось ли вам сделать «появление» монеты неожиданным. Этот «фокус» повторяет классический опыт с камешком в чашке, известный со времен Птолемея и других ученых древности. Камешек лежит в пустой чашке и поэтому не виден извне, однако если налить в чашку воды — он станет виден, так как луч света преломляется в воде. Это позволяло им сделать вывод о том, что человек, стоящий на земле, видит звезду, ушедшую за горизонт, поскольку луч света, исходящий от звезды, преломляется в воздухе. Начертите ход луча от звезды, ушедшей за горизонт, который позволит ее увидеть. Если посмотреть на ложку в стеклянном стакане сверху, она покажется совершенно «целой», а если сбоку – «изломанной». Как это можно объяснить? Задание 6. Герои другого романа Жюля Верна «Таинственный остров» также сумели добыть огонь без спичек и огнива. «– Но кто же зажег огонь? – спросил моряк. – Солнце, – ответил Спилетт. Журналист не шутил. Действительно, Солнце доставило огонь, которым так восторгался моряк. Он не верил своим глазам и был до того изумлен, что даже не мог расспрашивать инженера. – Значит, у вас было зажигательное стекло? – спросил инженера Герберт. – Нет, но я его изготовил. И он его показал. Это были просто два округлых стекла, снятые инженером со своих часов и часов Спилетта. Он соединил их края глиной, предварительно наполнив водой, и таким образом получилась настоящая зажигательная чечевица, с помощью которой, сосредоточив солнечные лучи на сухом мхе, инженер добыл огонь». Почему зажигательная чечевица инженера «не работает» без воды? Задание 7. «Почему в плоских зеркалах предметы и изображения представляются одинаковыми, в выпуклых и сферических – уменьшенными, в вогнутых же, наоборот, увеличенными, по какой причине правая меняется местом с левой, когда в одном и том же зеркале изображение то уходит внутрь, то выходит наружу, почему вогнутые зеркала, помещенные против Солнца, зажигают подложенный трут?» - писал Архимед в своем трактате, который дошел до нас только в отрывках. Чертежи, объясняющие «загадки» световых лучей, строились очень давно. Древнегреческие ученые разделяли оптику на катоптрику, т. е. науку об отражении света, и диоптрику, т. е. науку о преломлении, или изменении направления луча света, проходящего сквозь прозрачный материал, например, воду или стекло. Перед вами явления и вещи, которые может увидеть современный человек. Отметьте на картинках те, которые были бы рассмотрены древними наукой «диоптрикой», и те, которые «катоптрикой. Почему «силу очков», которые покупают наши современники, измеряют в «диоптриях», а не в «катоптриях»? Когда врач выписывает очки, на рецепте будет указано не только, какова «сила» требующихся линз в диоптриях, но и какие должны быть эти линзы – «плюс» или «минус». Что, по-вашему, означают знаки + и – на рецепте и на очках в витрине магазина? Задание 8. Герои мультфильма «Коля, Оля и Архимед» - http://www.youtube.com/watch?v=wskMOb70Gfg - оказались в самой гуще событий прошлого, связанных с открытиями этого легендарного ученого. Но одну из его идей им не удалось увидеть «в действии». Какую же? Задание 9. В 212 г. до н. э. Сиракузы были осаждены римлянами. Архимед был организатором обороны. Согласно легенде, Архимед сумел с крепостной стены поджечь вражеские корабли, стоявшие на якоре в городской гавани, когда собрал из всех бронзовых зеркал, которые нашлись в городе, огромное зеркало. Расстояние до кораблей составляло триста локтей, что равно примерно ста пятидесяти метрам. Однако ни в одном из сохранившихся описаний штурма Сиракуз нет упоминаний не только о сожжении кораблей зеркалами, но и вообще о применении огня. Первые следы легенды обнаруживаются в литературе II века н. э. Римский ученый-медик Гален, описывая некий пожар, рассказывает, что стена здания загорелась от жара пламени, и добавляет: «Таким же образом, говорят, и Архимед поджег триремы врага зажигательными зеркалами». В VI в. н.э. вопрос о зеркалах Архимеда разбирал в своем сочинении «О чудесных механизмах» Анфимий из Тралл – византийский математик, скульптор и архитектор, строитель знаменитого Софийского собора в Константинополе. «Требуемое расстояние казалось большим и представлялось невозможным получить воспламенение, но поскольку никто не мог оспаривать славу Архимеда, который сжег корабли римлян с помощью отражения солнечных лучей (в этом все сходились единодушно), то резонно было полагать, что задача могла быть решена…. При помощи многих плоских зеркал можно отразить в одну точку такое количество солнечного света, что его объединенное действие вызовет загорание. Этот опыт можно сделать с помощью большого числа людей, каждый из которых будет держать зеркало в нужном положении. Но чтобы избежать суматохи и путаницы, удобнее применить раму, в которой закрепить 24 отдельных зеркала с помощью пластин или, еще лучше, на шарнирах. Подставляя этот механизм солнечным лучам, надо правильно установить центральное зеркало, а потом и остальные, быстро и ловко наклоняя их». Скептики, однако, считали, что подобные проекты были технически невыполнимы в античную эпоху. Но опыты с проверкой продолжались. В 1973 году греческий ученый Иоанис Сакас выстроил вдоль берега семьдесят военных моряков с зеркалами, покрытыми бронзой. Каждое зеркало имело точно такой же размер, как и щиты древнегреческих воинов – метр на полтора. Лучи солнца, отразившиеся от зеркал, были направлены на деревянное судно, стоявшее в 50 метрах. Через три минуты оно задымилось. В 2005 году этот же опыт попытались воспроизвести американские студенты. Но они показали неважную слаженность в направлении своих зеркал - световые зайчики бегали по модели корабля и никак не хотели соединяться в одно пятно. Тогда боевую тактику поменяли. В центре дуги из зеркал разместили зеркало, дававшее солнечный зайчик в форме X — «прицел». Все зеркала завесили тканью. Студенты открывали каждое зеркало по очереди и вручную нацеливали в нужную точку. После чего снова его закрывали. С нацеливанием удалось справиться за десять минут. Сняли все «занавески», и почти сразу из освещённого пятна пошел дымок… Мог ли Архимед реально осуществить такую идею? С какими трудностями бы он при этом столкнулся? Приведите пример и опишите возможное решение проблемы. В пустынных районах, где пасмурная погода бывает редко, строятся «концентраторы» солнечных лучей, вырабатывающие необходимую для современного человека электроэнергию. В поселках высокогорной провинции Китая – Тибете тоже используются такие приборы. Чем нагревается этот чайник?
