Какое отношение физика имеет к реальной жизни? Самое прямое! Чтобы доказать это своим студентам, профессор Джирл Уокер собрал огромную коллекцию необычных задач. В результате родилась культовая книга «Физический фейерверк». С 1975 года ее перевели на 11 языков.
Мы рады представить вам второе издание — «Новый физический фейерверк». Бежать или идти под дождем, чтобы меньше промокнуть? Как кошкам удается выжить при падении с большой высоты? Почему винные бокалы «поют»? На эти и другие интересные вопросы вам предстоит ответить вместе с автором книги.
Легендарный задачник: новое рождение
Впервые книга «Физический фейерверк» была напечатана в 1975 году. В советское время задачник Джирла Уокера был культовым изданием, выходившим стотысячными тиражами и известным каждому любителю естественных наук.
«Новый физический фейерверк» — второе российское издание, полностью переработанное. Еще больше заданий, еще больше удивительных наблюдений, еще более глубокое погружение в тайны физики!
Физика вокруг нас
Книга не похожа на обычные школьные учебники и пособия для подготовки к ЕГЭ — в ней описаны реальные природные или экспериментальные ситуации.
Забудьте скучные задачи про поезда из точки А в точку Б. Здесь речь пойдет о повседневной жизни: пробки на дорогах, аттракционы в парке, растворимый чай и «волна» на футбольном стадионе.
Вот что рассказывает сам Джирл Уокер:
— История «Физического фейерверка» началась одним мрачным вечером в 1968 году, когда я был помощником преподавателя в Мэрилендском университете. В тот день я поспорил со своей студенткой. Она провалила тест и возмутилась: «Какое отношение это все имеет к моей жизни?!»
Я ответил: «Шэрон, это физика! Она имеет прямое отношение к жизни!»
Она внимательно посмотрела на меня и сказала: «Приведите пример». Я думал и думал, но в голову так ничего и не пришло.
Вечером я понял, что проблема во мне: когда мы говорили про физику, мы имели в виду то, что люди делали в здании физического факультета, а не нашу обычную жизнь. Поэтому я решил собрать несколько примеров из реального мира и назвал эту коллекцию «Физическим фейерверком».
Джирл Уокер. Источник
Вскоре «Физическим фейерверком» заинтересовались другие люди: сначала студенты, потом и преподаватели. Эта коллекция попала в одну из научных публикаций Мэрилендского университета, а затем издательство John Wiley & Sons предложило мне контракт на книгу.
Для кого эта книга
Книга принесет много пользы старшеклассникам, особенно тем, кто углубленно изучает физику, и учителям. Предложенные в ней задачи подойдут для занятий физического кружка или первого частично самостоятельного исследования.
Описанные в книге ситуации будут интересны студентам и преподавателям вузов. Многими задачами можно воспользоваться на лекции как красивой иллюстрацией действия того или иного закона.
Книга доставит удовольствие тем инженерам и физикам, кто еще не совсем забыл свое детство и способен думать не только о проблемах Вселенной, но и о более земных вещах — дожде, трафике на дорогах, дятлах, долбящих дерево, и так далее.
В предисловии к книге кандидат физико-математических наук Леонид Ашкинази пишет: «Сложны ли эти задачи? Да как сказать… Чтобы разобраться в их первом слое, школьного курса достаточно. Правда, надо его применить, а этому школа учит нечасто. Заодно и потренируетесь… Даже физик-профессионал не сможет щелкать эти задачи как орешки — вот и вы будете возвращаться к книге много-много раз».
Как устроена книга
В книге семь разделов:
- Механика твердых тел
- Механика жидкостей и газов
- Акустика
- Термодинамика
- Электричество и магнетизм
- Оптика
- Физика зрения
В каждой главе — множество нестандартных задач, объединенных одной темой. Все они сопровождаются подробными ответами. Автор исчерпывающе объясняет, какие физические законы проявляются в описанном случае и как именно они работают.
Кроме того, в книге есть поясняющие иллюстрации и повествовательные вставки, рассказывающие о реальных историях, которые имеют отношение к разбираемым задачам.
А теперь — небольшая разминка для ума.
Выжить в падающем лифте
Вдруг случилось ужасное — вы оказались в старом лифте, не обеспеченном системой аварийного торможения, трос рвется, кабина падает. Что нужно делать, чтобы увеличить по максимуму шансы на выживание, какими бы ничтожными они ни были? Например, не стоит ли подпрыгнуть перед самым падением кабины на дно шахты?
Ответ
Пожалуй, лучше всего лечь на пол. Можно подумать, что это невозможно, поскольку и вы, и пол кабины находитесь в свободном падении. Но на самом деле падение кабины тормозится трением при скольжении ее по направляющим и сопротивлением воздуха. Так что упасть на пол можно, а там нужно распластаться. Идея в том, что тогда сила, действие которой вы вот-вот испытаете, распределится на максимально большую площадь.
Остаться стоять — плохое решение, поскольку сила распределится на маленькую площадь, примерно равную поперечному сечению ваших коленей. Если удар сильный, они не выдержат, и все тело рухнет на пол.
Подпрыгнуть в последний момент (этот момент вообще невозможно предугадать в закрытой кабине) — это самое худшее, что можно сделать. Если подпрыгнуть во время падения, это лишь немного уменьшит скорость движения вниз. Но предположим, вы подпрыгнули в последний момент, а кабина отрикошетила при соударении со дном шахты. В этот момент вы движетесь вниз, а пол кабины — вверх, а дальше… лучше опустим ужасные подробности.
Призрак в цветах
Сможете ли вы объяснить появление такого призрачного видения? Как-то жарким днем женщина собирала цветы, растущие на влажной земле, от которой поднимался пар. Солнце было чуть в стороне. Неожиданно женщина заметила движение перед собой. Постепенно она осознала, что смотрит на изображение самой себя — точное, в деталях и цвете. Стоит ли говорить, что призрак испугал женщину и она убежала.
Ответ
Это видение могло возникнуть так. Солнечные лучи, отражаясь от тела женщины, попадали на капельки паров, поднимавшихся от влажной разогретой земли. Затем отраженный свет частично рассеивался каплями обратно в направлении женщины.
Я подозреваю, что женщина была ярко освещена солнцем, а влажная земля, от которой поднимался пар, находилась в тени, что позволило женщине видеть рассеянный свет.
Похожим образом «создают» призраков в парке «Диснейуорлд», где яркие изображения проецируют на такой тонкий и прозрачный занавес, что его практически не видно. В настоящее время существуют устройства, проецирующие объемные изображения на искусственно висящие в воздухе мелкие капельки воды.
Как спасти фруктовый сад
Во Флориде, когда заморозки (температура ниже —2 °C) угрожают фруктовым садам, деревья поливают водой, которая, замерзая, образует на них тонкий слой льда. Как подобная процедура может их спасти?
Ответ
Защита не связана с тем, что на растениях образуется слой льда. Этот слой не ограждает их от влияния холодного воздуха. Защищают их метаморфозы, происходящие с попавшей на них водой.
Вода охлаждается до температуры замерзания, а потом превращается в лед. Переход из жидкого состояния в твердое идет с выделением тепла. Выделившаяся энергия передается растениям и воздуху, что позволяет температуре в саду держаться между —2 °C и 0 °C, а этого достаточно, чтобы растения выжили.
Больше увлекательных задач — в книге «Новый физический фейерверк»
Обложка поста отсюда
