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LABORATORIO SCIENTIFICO PER BAMBINI
Come ascoltare il sole. Laboratorio di scienze per bambini
Elenco / Laboratorio di scienze per bambini Voce solare... Un'insolita combinazione di parole, vero? Siamo tutti abituati ai concetti di "luce solare", "raggi solari", in una parola, al fatto che la nostra stella possa essere vista. Ma cos'altro puoi sentire... L'ipotesi dell'esistenza di una voce solare è stata avanzata dall'astronomo Gorky, le cui opere sono ben note nel nostro paese e all'estero, il professor Vladimir Vyacheslavovich Radzievsky. Inoltre, predice persino come suonerà la voce solare: in essa puoi sentire il fragore degli uragani, l'ululato delle tempeste e il ruggito misurato della risacca del mare e una bizzarra combinazione di altri suoni a noi finora sconosciuti. Ed essendo decifrata, questa voce, forse, rivelerà molti segreti della nostra stella. Come è nata l'insolita idea di ascoltare il Sole? Vladimir Vyacheslavovich, rispondendo a questa domanda, afferma che si è verificato un fenomeno non così raro nella scienza quando si cerca una cosa, ma si trova qualcosa di completamente diverso. Ma la storia della sua idea non è solo un esempio di svolte insolite e inaspettate in un'entusiasmante ricerca scientifica, è anche un esempio di seguire ostinatamente la logica della ricerca, la capacità di portare ciò che è stato avviato alla sua logica conclusione. Radzievsky ha studiato come la leggera pressione influisce sul movimento dei corpi celesti. Per fare ciò, aveva bisogno di trovare il modo più accurato per misurare la pressione della luce. L'accuratezza raggiunta nell'esperimento classico di P. N. Lebedev non era sufficiente. Tuttavia, è meglio iniziare la storia ricordando cos'è la leggera pressione e come è stato condotto l'esperimento di Lebedev, durante il quale è stata dimostrata per la prima volta l'esistenza di questa pressione e ne è stata misurata l'entità. In un recipiente di vetro nel vuoto su un filo sottile, il famoso fisico ha sospeso un giunto cardanico con due leggere "ali di mosca" (vedi Fig.). Quindi lo scienziato ha chiamato le foglie di metallo più sottili con un diametro di circa 5 mm. Una di queste ali era argentata, l'altra era annerita. Attraverso un sistema di lenti veniva diretta verso di loro la luce di un potente arco elettrico. E poi è successo quanto segue: la superficie annerita ha assorbito la luce, mentre i fotoni sono stati riflessi dalla superficie argentata, rimbalzati, dando così a questa aletta un ulteriore impulso. Di conseguenza, la sospensione con le ali si è attorcigliata. L'esperienza di P. N. Lebedev, come è noto, ha dimostrato che esiste una leggera pressione. E in base all'angolo di torsione della sospensione, è stato possibile stabilirne approssimativamente il valore. La misurazione e il calcolo accurati della pressione della luce sono molto importanti per gli astronomi che devono calcolare il corso delle stelle. Questa pressione, ad esempio, determina in gran parte l'aspetto e la forma delle code delle comete. Tuttavia, l'esperienza di P. N. Lebedev, data nell'ultimo anno del secolo scorso, per i problemi di oggi, come abbiamo già detto, non fornisce la precisione richiesta. Radzievsky stava cercando un modo più chiaro per misurare. In qualche modo si è imbattuto in un libro intitolato "Udito e parola". L'autore del libro ha affermato che l'orecchio umano è molto più sensibile dell'occhio. Sembrerebbe che confrontare questi due sensi tra loro sia inutile quanto, diciamo, confrontare la qualità delle opere musicali e dei dolciumi. Dopotutto, l'occhio reagisce a un campo elettromagnetico e l'orecchio a uno acustico. Tuttavia, c'è una grana razionale in un simile confronto. La relativa superiorità dell'orecchio sull'occhio è evidente da questo esempio. L'occhio non è in grado di cogliere la sequenza di fotogrammi sullo schermo del film, che avviene a una frequenza di soli 24 fotogrammi al secondo. E la membrana timpanica dell'orecchio è un metodo di pressione con una frequenza fino a 20 mila hertz. Lo scienziato ha anche ricordato che da molto tempo esiste un dispositivo molto semplice e conveniente per testare l'udito: un termofono. Con il suo aiuto, testato, ad esempio, reclute nell'esercito. Il termofono è una scatola sigillata con un filo annerito, da cui c'è un'uscita: nell'orecchio. Al filo viene applicata una corrente di 1 ampere, che viene modulata da una corrente alternata di frequenza sonora - 600 hertz. Le variabili qui sono incredibilmente piccole: l'ampiezza della corrente alternata, per esempio, è un decimilionesimo di volt. Per 1/600 di secondo, il filo ha il tempo di espandersi un po ', nel microintervallo successivo si restringe un po' ... Ma anche queste vibrazioni insignificanti l'orecchio sente, tuttavia, ogni persona ha modi diversi, che viene utilizzato per testare udito. Questi fatti hanno portato Radzievsky all'idea: se l'udito è così sensibile, forse con il suo aiuto sarà possibile misurare la leggera pressione in modo più accurato? Per verificare, ha condotto un semplice esperimento (vedi Fig.) Lo scienziato ha realizzato un disco in cui sono stati ritagliati cinque fori rotondi di uguale diametro alla stessa distanza l'uno dall'altro. Il disco inizia a ruotare a una velocità di 100 giri/min e viene diretto verso di esso un potente raggio di luce. Dietro il disco, di fronte a uno dei fori, c'è una scatola sigillata con una membrana argentata. Un tubo sottile esce dalla scatola e viene inserito nell'orecchio. Entro un minuto, la luce viene bloccata 500 volte e riaperta, la membrana è sotto l'influenza della luce oppure no. Pertanto, dovrebbe suonare, sperimentando un'esposizione periodica a una leggera pressione. L'esperienza è stata un successo. Il suono era abbastanza forte. Non restava che calibrarne la forza, ed era possibile calcolare il valore della leggera pressione... Eureka? Il successo, anche troppo facile, non poteva che allertare il vero ricercatore. Per verifica, lo scienziato (come lui stesso ammette - puramente intuitivamente) ha annerito la membrana con fuliggine. Il suono dovrebbe essere scomparso, o almeno diventare significativamente più debole. Dopotutto, la pressione della luce è proporzionale al coefficiente di riflessione della luce e per una superficie annerita è trascurabile. Tuttavia, è successo qualcosa di completamente diverso. La membrana ha letteralmente ruggito!
È diventato chiaro che non era una leggera pressione che si manifestava principalmente nell'esperimento. Qual è allora la ragione del fenomeno osservato? Ovviamente, il ricercatore ha suggerito che la fuliggine si riscalda semplicemente sotto l'influenza del flusso luminoso e si raffredda quando la luce viene bloccata (ricorda il filo nel termofono). Di conseguenza, lo strato d'aria adiacente alla membrana periodicamente si espande e si contrae. Le vibrazioni elastiche dell'aria vengono trasmesse al timpano. Ancora una volta, questo indizio è stato confermato da un nuovo esperimento, in cui invece di un potente arco elettrico, una normale lampadina fungeva da fonte di luce. L'effetto si è manifestato, ma il suono, ovviamente, è diventato più silenzioso. A rigor di termini, l'esperimento di prova non è difficile da riprodurre. Per fare ciò, è necessario un semplice dispositivo: un normale fonendoscopio medico, con il quale il medico ascolta il paziente. Prendendolo, vedrai che un dado è avvitato sulla camera di raccolta del suono, premendo saldamente una membrana rigida sulla camera (vedi Fig.). Svitarlo, ricoprire l'interno della camera con uno spesso strato di fuliggine, quindi rimettere a posto il dado e la membrana, controllandone attentamente la tenuta. Anche i tubi di gomma e le punte delle orecchie devono essere ermetici. Dopotutto, l'energia sonora che si genera nella camera è trascurabile e la minima perdita di essa porterà al fallimento. Se ora avvicini il fonendoscopio alla lampadina (la distanza tra loro dipenderà dalla tua acutezza uditiva e può variare da 10 cm a 1 m), sentirai un ronzio anche basso corrispondente al suono di un diapason con una frequenza di 50 hertz. Qualcuno potrebbe avere dei dubbi: il suono è causato da un campo elettromagnetico alternato? Prova a bloccare la luce con qualsiasi schermo opaco. Il suono scomparirà immediatamente e apparirà nello stesso momento in cui lo schermo viene rimosso. Al contrario, uno schermo trasparente, ad esempio, in plexiglass, non toglie il rumore di una lampadina.
L'origine del suono qui è esattamente la stessa dell'esperimento sopra descritto. Radzievsky chiamò questo fenomeno l'effetto fotofono e il dispositivo per il suo rilevamento (lo "stetoscopio modernizzato" con l'aiuto della fuliggine) - il fotofono. Una persona con una mentalità tecnica troverà immediatamente come utilizzare praticamente un fotofono. Bene, almeno per controllare la qualità delle lampadine. La natura del suono della lampadina, a quanto pare, dovrebbe essere associata alle condizioni tecniche del filamento.
Ma, ovviamente, le lampadine non sono la cosa principale. Alla fine sanno determinare la loro qualità anche senza fotofono. Riflettendo sull'effetto scoperto, Radzievsky si colse improvvisamente in un pensiero semplice e allo stesso tempo straordinariamente audace. Se il fotofono sente una normale lampadina da XNUMX watt, significa che può anche rispondere a un emettitore incommensurabilmente più potente: il Sole ... Qui abbiamo tracciato in termini generali il percorso dell'origine dell'idea di ascoltare il Sole. Un lettore attento, anche da questi pochi eventi e fatti, sarà probabilmente in grado di intuire che Vladimir Vyacheslavovich appartiene a quel raro tipo di ricercatori che nel mondo scientifico sono chiamati "generatori di idee". In effetti, è difficile persino contare, figuriamoci elencare, tutte le ipotesi da lui avanzate nel corso di tanti anni di attività scientifica. Allo stesso tempo, lo scienziato condivide volentieri le sue idee con i colleghi, principalmente con i suoi studenti che lavorano in molte città del paese. Sebbene alcune delle sue ipotesi non siano state confermate, questo è inevitabile nella scienza, ma altre idee vengono sviluppate fruttuosamente. Ed è anche facile vedere che Radzievsky può fare a meno di attrezzature costose o di alcuni dispositivi speciali. Viene sempre salvato dal pensiero non standard, dalla finzione e dall'immaginazione creativa. Per assicurarci di ciò, avremo ancora nuove opportunità. Torniamo all'ipotesi. La luce solare, come la luce di una lampadina, in realtà non è affatto così uniforme come appare a occhio nudo. Se vista attraverso un telescopio, la superficie del nostro luminare ricorda il porridge di riso bollente. Ogni granello di "porridge" - un granello - è il risultato di uno sfondamento convettivo attraverso la fotosfera del Sole di una massa di gas più incandescente dalle sue profondità. La dimensione di ciascun granulo va da 150 a 1000 km, la sua durata media è di 3-5 minuti e la temperatura è di 300-500 gradi superiore rispetto allo sfondo circostante. Ogni centesimo di secondo nascono e muoiono circa 50 granuli, e contemporaneamente se ne osservano circa un milione sul Sole. Da qui l'impressione di bollire il porridge. Tutti questi processi di nascita e morte costanti dei granuli conferiscono inevitabilmente alla luce solare un "tremito", la cui frequenza oscilla in un ampio spettro sonoro, compreso, ovviamente, quello udibile. E poi la fantasia ha suggerito allo scienziato che in un'immagine sonora così colorata gli uragani dovrebbero tuonare, le tempeste ululare ... E dietro di loro ci sono processi fisici reali, che, forse, possono dire molto di se stessi. È vero, bisogna anche imparare a decifrare il linguaggio delle tempeste solari e dei sussurri. Quindi, l'opportunità di ascoltare il Sole, vedi, sembra molto allettante. Ma il Sole, sebbene abbia un potere di radiazione colossale, si trova, come ricordiamo, a una distanza di 150 milioni di chilometri. Non puoi portarlo a un fotofono come una lampadina. Il suono del dispositivo sarà causato da raggi provenienti da una tale distanza? Radzievsky ha fatto i calcoli necessari. Si è scoperto che per verificare l'ipotesi è necessario un potente telescopio con un diametro dello specchio di almeno 6-7 m Cosa c'entra il telescopio? Il suo scopo non è solo (e non tanto) quello di avvicinare all'osservatore i corpi celesti studiati, ma di amplificare i segnali che da essi provengono. Il guadagno aumenta con il quadrato del diametro dello specchio. Solo con un potente amplificatore, un telescopio, la possibilità di ascoltare la voce del sole è diventata reale (vedi Fig.).
Alcuni anni fa tali telescopi non esistevano. E con Radzievsky tutto si limitava a un articolo su una speciale rivista scientifica. Le opinioni dei colleghi sull'idea di Radzievsky erano divise. Uno degli argomenti più seri degli scettici suona così: i rumori nell'atmosfera sono così forti che la voce del sole non può raggiungere la Terra attraverso di essi. In risposta a tali dubbi, Vladimir Vyacheslavovich fornisce un noto esempio con ... pipistrelli. Tutti sanno che i pipistrelli sono notturni. Vedono male, ma si muovono con l'ausilio di segnali ultrasonici, emettendo un'onda che viene riflessa dagli oggetti circostanti e, tornando ad essi, permette di orientarsi correttamente. Un tempo, gli scienziati hanno deciso di verificare: il loro stile di vita è semplicemente legato all'abitudine di dormire a certe ore o ha altre ragioni più profonde? Per fare ciò, i pipistrelli sono stati caricati su un aereo e trasportati attraverso diversi fusi orari, spostando la loro giornata di 8 ore. E cosa - i topi si sono seduti tranquillamente sui pali fino al tramonto, e con l'inizio dell'oscurità hanno iniziato i loro soliti voli. Radzievsky spiega questo fatto come segue. La Terra reagisce alla radiazione solare come una gigantesca membrana assorbente. Questa reazione si esprime in un rumore che non è udibile dall'uomo, ma è ben catturato dai pipistrelli più sensibili. Per loro, il rumore è uno sfondo potente contro il quale si perdono i loro segnali deboli. Pertanto, durante il giorno sono privati \uXNUMXb\uXNUMXbdella possibilità di orientamento. Dopo il tramonto, il rumore scompare ei topi sono in grado di muoversi. I rumori atmosferici, che esistono anche di notte, non interferiscono con i pipistrelli. Ciò significa che non sono così forti da interferire con l'ascolto del sole. In una parola, tocca al futuro esperimento su uno dei potenti telescopi costruiti negli ultimi anni. Solo l'esperienza può confermare o smentire un'idea. E oggi è persino difficile prevedere cosa seguirà all'esito dell'esperimento di verifica, se avrà successo. Forse la voce solare fornirà nuove informazioni sui processi in atto sulla nostra stella, che sono ancora lontani dall'essere pienamente compresi. Forse un semplice fotofono diventerà la base di strumenti ultrasensibili in grado di catturare il rumore della Terra, nato dalla luce del sole. E questo rumore potrebbe dire molto sulla Terra e sul Sole... Autore: V. Meyerov
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