Опыты и самоделки по физике

DjVu

Иголка-невидимка
      Вода является оптической средой более плотной, чем воздух. При переходе светового луча из оптической среды более плотной в менее плотную может произойти явление полного внутреннего отражения. Луч света полностью отразится от поверхности воды, как будто это не вод?, а поверхность зеркала. Это получится при определенных углах- падения луча на поверхность раздела — поверхность воды. Величина этого угла между падающим лучом и перпендикуляром к точке падения зависит от вещества. Например, для
      воды наименьший угол, при котором возможно это явление, равен 48° 35', для алмаза — 23° 55'. Предельным углом полного внутреннего отражения и называется этот наименьший угол.
      Проделайте простой опыт, доказывающий существование этого явления. Воткните булавку или гвоздик в плоский пробковый или деревянный кружочек. Положите кружок плавать на воду, налитую в миску так, чтобы булавка оказалась под водой. Если пробка не слишком широка, то, как бы вы ни наклоняли голову, вы не увидите булавку. Это объясняется явлением полного внутреннего отражения (рис. 111).
      Как при помощи стакана с водой получить спектр
      В. 1667—1668 годах Ньютон, великий английский ученый, производил опыты со светом и открыл, что белый луч света не простой, а сложный. При некоторых условиях, например при прохождении через стеклянную призму, световой луч разлагается на лучи разных цветов.
      Явление разложения света называется дисперсией. Окрашенная полоса, полученная на экране при прохождении света через призму, называется спектром. Опыты Ньютона положили начало спектроскопии — науки о составе света и разложении световых лучей.
      В природе мы наблюдаем дисперсию света в виде радуги. Капельки дождя играют ту же роль, что и призмы.
      Ученые открыли, что каждое вещество — твердое, жидкое или газообразное — в сильно раскаленном состоянии испускает свой спектр.
      Открыв это, ученые научились определять по спектрам, чтб за вещества и в каких количествах содержатся в сплавах металла, пищевых продуктах, атмосфере и даже в небесных телах.
      Рис. 112.
      Рис. 113.
      Сделайте опыты с получением спектра водяными призмами. Возьмите тонкостенный стеклянный стакан. Налейте в него чистой воды и накройте куском стекла. Места соединения стекла со стаканом залепите пластилином или воском. Теперь наклоните стакан так, как показано (рис. 112), направляя свет лампы на получившуюся водяную призму. На белом листе бумаги, на столе, вы увидите красивый спектр. Здесь же вы увидите, что больше всего отклонится к основанию призмы фиолетовый цвет, меньше всего — красный.
      Очень наглядный опыт, одновременно показывающий и прямолинейное распространение света, преломление света и разложение белого луча на основные цвета, проделайте с помощью круглого стакана с водой, плотного картона с двумя прямоугольными прорезями и экрана — листа белой бумаги.
      Рисунок 113 показывает схему расположения различных предметов при проведении опыта.
      Если у вас есть трехгранный стеклянный флакон, наполните его водой и поставьте на пути лучей. Он будет очень хорошо выполнять роль призмы.
     
      Цвета-невидимки
      На пути лучей, выходящих из призмы, поставьте цветное прозрачное стекло, например красное.
      На экране получите красную полосу.
      Заменив красное стекло зеленым, вы получите зеленую полосу. Окрашенное стекло, или, как его называют, светофильтр, задерживает часть цветных лучей и пропускает лучи того цвета, в который оно само окрашено.
      Положите на спектр, полученный на белом листе бумаги, кусок красной материи. Вы увидите, что только красная часть спектра будет освещенной, а во всех остальных частях спектра красный материал будет казаться темным. Красный материал отразил только красные лучи, а остальные поглотил.
      Свойство светового луча проходить через цветные преграды или задерживаться ими используют в фотографии, кинематографии, при декоративном освещении, для защиты глаз от вредных излучений — при электросварке, работе в литейных цехах и многих других случаях.
      Вооружившись цветными стеклами, цветными карандашами и листом бумаги, вы сможете проделать ряд интересных опытов.
      Нарисуйте и раскрасьте какой-либо рисунок или напишите какую-либо фразу цветными карандашами. Рассматривая рисунок или буквы через стекла разных цветов, будете терять то один, то другой цвет и наблюдать изменение цветов.
      Так, например, рассматривая красные буквы через зеленое стекло, вы увидите не красные, а темные буквы. Это означает, что красная поверхность поглотила зеленые лучи и не отразила их. По этой причине цветные ткани меняют оттенок при искусственном освещении.
     
      Перископ
      Действие ряда оптических приборов основано на законах отражения света. Человек давно заметил, что, принимая на зеркало солнечные лучи, можно получить световой зайчик. Повороты зеркала изменяют положение зайчика. Были найдены законы отражения от плоского зеркала: лучи падающие и отраженные лежат в одной плоскости с перпендикуляром, восстановленным в точке падения; угол падения равен углу отражения.
      Чтобы понять действие и устройство перископа, возьмите ручное зеркало, поставьте его на уровне глаз и поворачивайте в разные стороны. С каждым поворотом зеркала будет изменяться и обзор местности. Вы сможете, не поворачивая головы,видеть всё, что происходит сзади вас, сверху, внизу, сбоку На автомашинах и автобусах вы, конечно, видели такие устройства. Шофер смотрит только вперед, а видит всё, что делается сзади и сбоку.
      Рис. 114.
      Для перископа потребуется два круглых или квадратных зеркальца. Для зеркал сделайте из толстого картона или тонкой фанеры трубку соответствующей формы. Если трубка квадратная, поставьте по углам деревянные реечки, на которые приклейте и прикрепите боковые стенки. Длина трубки может быть от 500 мм. На концах трубки, наклонно под углом в 45°, параллельно друг другу поставьте и закрепите ваши зеркала. Луч света, отразившись от верхнего зеркала, пойдет вниз, отразится от нижнего зеркала и выйдет наружу, параллельно первоначальному направлению. Отверстие круглой или квадратной формы сделайте точно против центра каждого зеркала (рис. 114). Прикрепите зеркала к колодочкам, прибитым к задней и передней стенкам или же к выемкам, сделанным в этих стенках.
      Внутреннюю поверхность трубы перископа обклейте черной бумагой или выкрасьте черной краской или тушью. Торцы трубы надо закрыть. Свет должен падать на зеркала только через отверстия, сделанные против центра каждого зеркала. Для защиты глаз от отраженных солнечных лучей к верхнему отверстию приделайте жестяной козырек. Если прибор покрасите водонепроницаемой краской, замазав ею все щели и пазы, его можно использовать не только для наблюдения из-за укрытия, но и для наблюдения под водой. Для этого погрузите один конец перископа в воду и ведите наблюдения через верхнее отверстие.
     
      Стробоскоп
      Спицы быстро вращающегося колеса дают картину сплошного заполненного внутри обода. Если вращать тлеющую лучинку, вы увидите огненное кольцо. Кинолента при достаточно быстрой подаче отдельных неподвижных снимков (кадров) создает впечатление движения. Дело в том, что наш глаз сохраняет зрительное впечатление в течение около 0,1 доли секунды. Если передвижения происходят быстро, то зрительные впечатления сливаются одно с другим. Глаз как бы еше видит исчезнувшее изображение, хотя оно уже сменилось другим. Стробоскоп — несложная самоделка, дающая некоторое представление о принципе получения движущихся фигур от отдельных рисунков.
      Из плотного картона или фанеры вырежьте кружок диаметром в 125 мм, а из плотной бумаги (черной)— полоску длиной в 410 мм и шириной в 80 мм. Для удобства приклеивания нарежьте на одной стороне полоски зубчики. На равном расстоянии друг от друга сделайте на полоске двенадцать прорезей в 5 мм шириной и 30 мм высотой. Если бумага белая, — окрасьте ее в черный цвет. Когда она просохнет, наклейте ее на кружок, — получите круглую коробочку (рис. 115).
      Изготовьте из дерева ручку и вбейте в нее гвоздь без шляпки. В центре дна коробки сделайте отверстие для гвоздя. На отверстие насадите втулку из жести или плотной бумаги высотой в 20—30 мм. Коробка, насаженная на гвоздик, должна свободно вращаться.
      Сделайте полоску из белой плотной бумаги высотой в 40 мм. Длина полоски должна быть равной внутренней окружности коробки. На полоске нарисуйте 13 фигур с последовательными изменениями движений. Положите полоску с рисунками в коробку так, как показано, и вращайте коробку за ручку вокруг оси гвоздика. Посмотрите в прорези; вам покажется, что фигура пришла в движение.
     
      Как посадить птицу в клетку
      Вырежьте из плотного картона кружок диаметром в 50—80 мм. У противоположных краев кружка сделайте по отверстию. Проденьте через отверстия толстые
      суровые нитки. Закрепите нитки так, чтобы можно было быстро вращать кружок, взявшись за концы ниток. На одной стороне кружка нарисуйте контур птичьей клетки. На другой стороне нарисуйте птичку, но в перевернутом виде (рис. 116 а).
      Теперь возьмите за концы ниток и придайте кружку быстрое вращение. Вы увидите, что птичка попала в клетку (рис. 116 б). Нарисуйте на картонном квадратике клетку, а с другой стороны — птичку, теперь уже в прямом виде (рис. 117 а). Укрепите картон вертикально на оси волчка. Вращая волчок, получите такое же зрительное впечатление, — птичка окажется в клетке (рис. 117 6).

      Через непрозрачное тело
      Возьмите в левую руку трубку длиной в 150—200мм, свернутую из бумаги, а в правую — любой непрозрачный предмет — книгу, тетрадь, дощечку. Смотрите левым глазом в трубку на отдаленный предмет, например на другую сторону улицы, держа трубку тоже левой рукой. Правой рукой держите книгу так, чтобы она почти касалась трубки (рис. 118). Вам покажется, что правый глаз смотрит в круглое отверстие, сквозь книгу. Вместо книги поднесите к трубке ладонь правой руки. Результат будет такой же. Вы „увидите" через непрозрачный предмет. На самом же деле вот что происходит. Хрусталики глаз, эти своеобразные линзы, приспособились, всегда оба вместе сжимаясь соответственным образом, для рассматривания удаленного предмета. Если вы закроете книгой правый глаз, то он увидит близкий предмет — книгу — неясно. В то же время левый глаз продолжает отчетливо видеть отдаленный предмет. В результате этого зрительное впечатление и даст вам как бы способность „видеть" сквозь непрозрачное тело. Рис. 118.
      Свойство глаза как оптического прибора и его возможности очень важно знать и учитывать при создании оптических приборов.
     
      Опыт с булавкой
      В нашем глазу изображения получаются в перевернутом виде. Однако мы, приспосабливаясь с раннего детства к жизни в „неперевернутом мире“, бессознательно переворачиваем все полученные зрительные впечатления и образы в нормальное положение. К этому приучает нас опыт с первых сознательных шагов при знакомстве с окружающим миром.
      Сделайте опыт, доказывающий нашу укрепившуюся способность переворачивать полученные изображения сверху вниз, справа налево.
      Посмотрите на закругленную головку булавки или шпильки на фоне светлого круглого отверстия, проколотого в листке картона (рис. 119). Вам покажется, что булавка находится позади отверстия в перевернутом виде. Необходимо только головку булавки поставить очень близко к зрачку глаза.
      Если вы передвинете булавку чуть вправо, — вам покажется, что она передвинулась влево, и наоборот. Опустите ее вниз, — вам покажется, что она передвинулась вверх.
     
      Самодельный микроскоп
      Используя явление преломления лучей света, человек создал много полезных приборов: микроскоп, линзовый телескоп, зрительную трубу, бинокль, аппараты, дающие изображение на экране, такие, как фото- и киноаппарат, эпидиаскоп и многое другое.
      Рассмотрим принцип устройства микроскопа.
      Если поставить предмет перед линзой так, чтобы получить увеличенное изображение, а затем рассмотреть это изображение через другую линзу, — предмет будет казаться еще больше увеличенным.
      Первая линза, дающая изображение, называется объективом. Вторая — играющая роль лупы для рассматривания увеличенного изображения — называется окуляром. Не вдаваясь в подробности, укажем, что общее увеличение, даваемое микроскопом, равно произведению увеличений объектива и окуляра. Оно зависит от расстояния предмета до объектива. Величина фокусных расстояний объектива и окуляра тоже влияет на общее увеличение.
      Рисунок 120 изображает схему хода лучей в микроскопе. На схеме видно, что увеличение микроскопа получается вследствие увеличения угла зрения.
      Изготовление микроскопа несколько сложно, однако при старании каждый сможет его изготовить сам.