…можете вы указать, где находится кончик летящей стрелы? Зенон Элейский
Почему если к дереву приложить топор, обремененный тяжелым грузом, то дерево будет повреждено незначительно, но если поднять топор без груза и ударить по дереву, то оно расколется? Аристотель
Вопреки здравому смыслу, сила давления на дно сосуда не зависит от его формы, а зависит
лишь от высоты столба жидкости, ее плотности и площади дна. Парадокс Паскаля …Пока ящик не открыт, кот внутри ящика пребывает в суперпозиции двух состояний, т.е. ни жив, ни мертв. Парадокс Шрёдингера …в физике парадокс – всего лишь путаница в нашем собственном понимании. Ричард Фейнман Когда съедают бублик, куда девается дырка? Фольклор
А так ли хорошо знакомы вам
?
физические парадоксы
История физики изобилует парадоксами! Иногда нехитрыми, требующими лишь более внимательного взгляда и привлечения уже известных знаний, чтобы разрешить кажущиеся противоречия. А порой глубокими, затрагивающими основы существующих теорий и ведущими к их пересмотру. Размышления над парадоксами занимали умы выдающихся ученых, а их анализ сыграл важную роль в развитии современной физики. Однако и в пределах школьного курса найдется немало задач, носящих парадоксальный характер и вроде бы расходящихся со здравым смыслом. Их решение, надеемся, позволит выйти за рамки привычных, стандартных подходов, расширит представления о физических явлениях, а также предостережет от некоторых, бывает обидных, ошибок. Вооружимся парадоксальной поговоркой «невероятно, но факт» – и смело вперед!
Вопросы и задачи
-
В закрытом равномерно движущемся вагоне в центре пола лежит мяч, а над ним у потолка висит легкий резиновый шарик, надутый водородом. Как будут двигаться мяч и шарик, если вагон резко затормозит? Сопротивлением воздуха и трением мяча о пол можно пренебречь.
-
А как бы на вопрос Аристотеля (см. эпиграф) ответили вы? 3.Обруч, раскрученный в вертикальной плоскости и посланный по полу рукой гимнастки, через несколько секунд сам возвращается к ней. Чем это объяснить? 4. Шарик массой m, связанный нитью с неподвижной осью, движется по окружности со скоростью v. Его кинетическая энергия равна и постоянна. Однако в системе отсчета, движущейся в плоскости вращения шарика со скоростью v, его кинетическая энергия изменяется от 0 до . Согласуется ли это с законом сохранения энергии? 5. На монете начерчена мелом прямая линия. Разве не должна искривляться эта линия, если монету нагреть? 6. Если капнуть воду на горизонтальную раскаленную плиту, то капелька долго держится, почти не испаряясь. Если сделать это при слабо накаленной плите, то капелька почти мгновенно с шипением испарится. Как истолковать разницу в таком «поведении» капельки? 7. Открыв дверцу холодильника в жаркий день, мы чувствуем поток устремленного в комнату охлажденного воздуха. Можно ли таким путем создавать прохладу в комнате?
- Медная труба с внешним диаметром 1 см служит проводником пара. Чтобы уменьшить тепловые потери, ее покрыли слоем теплоизоляции толщиной 5 мм. Однако потери после этого не только не уменьшились, но даже возросли. Почему? 9. Разность потенциалов между обкладками заряженного плоского воздушного конденсатора прямо пропорциональна расстоянию между ними. Раздвигая пластины, мы вроде бы можем неограниченно увеличивать эту разность потенциалов. Нет ли здесь противоречия? 10. К положительно заряженному шару А поднесли металлический положительно заряженный шар В, который стал притягиваться к шару А. Как же так, ведь одноименно заряженные тела должны отталкиваться!? 11. С помощью маленького осколка зеркала на стене наблюдают солнечный «зайчик», причем его круглая форма почемуто не зависит от формы осколка. В каком случае это происходит? 12. Спичкой можно закрыть от глаза какое-нибудь слово книжного текста. Однако если держать спичку в 1–2 сантиметрах от глаза, то текст будет виден «сквозь» спичку. Чем это объясняется?
Микроопыт
Возьмите стакан, до половины заполненный водой, и накройте его листом бумаги. Плотно прижмите бумагу рукой и переверните стакан вверх дном. Убедившись, что бумага расположена горизонтально, уберите руку. Вода не выливается! Что за парадокс?
Любопытно, что…
…по главной апории (по-гречески – затруднение) Зенона против движения, летящую стрелу нельзя отличить от покоящейся. Выйти из этого «безвыходного положения» удалось лишь в середине XVII века с введением Гюйгенсом понятия скорости. …мировоззренческой основой древнегреческих ученых, приводящей к парадоксам, был отказ от каких бы то ни было текущих процессов, якобы недоступных для научного анализа, и ограничение од-
ними лишь застывшими «состояниями». …знаменитый гидростатический парадокс, вошедший в школьные учебники под именем закона Паскаля, значительно ранее был открыт Симоном Стевином, кстати говоря, восстановившим результаты, полученные еще Архимедом. …в соответствии с установленным в 1905 году законом, значительная часть энергии в спектре теплового излучения приходится на его коротковолновую (ультрафиолетовую) область, что противоречит эксперименту. Такое несовпадение получило название ультрафиолетовой катастрофы или парадокса Рэлея – Джинса. …ньютонова теория тяготения оказалась неприменимой к появившейся в начале ХХ века новой модели Вселенной, приводя к гравитационному парадоксу, согласно которому в любой точке Вселенной должна действовать бесконечно большая сила. …прошлый век подарил новые, поначалу казавшиеся парадоксальными, физические представления: электрическое и магнитное поля не существуют отдельно, а для разных наблюдателей одно и то же поле может проявляться или как магнитное, или как электрическое, или как их смесь в самых разных пропорциях. …расхождение в возрасте близнецов, один из которых остается на Земле, а другой совершает космическое путешествие, – пожалуй, самый известный парадокс в теории относительности. …в конце ХХ века активно обсуждался так называемый квантовый эффект Зенона. Его основное парадоксальное утверждение заключалось в том, что непрерывное наблюдение за процессом радиоактивного распада делает сам распад невозможным.
Что читать в «Кванте» о физических парадоксах (публикации последних лет) 1. «О роли парадоксов в развитии науки» – 2016, приложение №2, с.165; 2. «На том стоим!» – 2018, №5, с.26; 3. «Относительность движения в задачах динамики» – 2019, №4, с.40; 4. «Парадокс Вавилова» – 2020, №1, с. 59.
Материал подготовил А.Леонович