Pháo hoa vật lý

12

J. Walker

Pháo hoa vật lý

Bài toán-các câu hỏi được xuất bản dưới đây được lấy từ cuốn sách “Pháo hoa vật lý” của J. Walker, được Nhà xuất bản Mir xuất bản gần đây.
Hầu hết bài toán đều liên quan đến các hiện tượng tự nhiên khác nhau gặp phải trên thực tế ở mỗi bước. Để trả lời tất cả các câu hỏi được đặt ra, bạn cần tiến hành các thí nghiệm hoặc quan sát thích hợp.
Đáp số, được đưa ra ở cuối tạp chí, theo quy định, chỉ làm rõ bài toán hoặc gợi ý đường dẫn đến lời giải của nó.

1. Cánh quạt ma thuật

Cánh quạt có khía trên gậy là một món đồ chơi tuyệt vời mà bạn có thể dễ dàng tự làm. Các vết cắt ngang nhỏ được thực hiện dọc theo toàn bộ chiều dài của một thanh; Ở phần cuối của nó, một cánh quạt quay tự do được cố định bằng đinh (Hình 1, a). Cây gậy thứ hai được đưa dọc theo các vết cắt.

Dùng tay trái cầm cây gậy có khía sao cho ngón cái hướng về phía bạn và ngón trỏ ở phía đối diện của cây gậy, bắt đầu di chuyển cây gậy còn lại qua lại dọc theo các rãnh. Teler nhấn ngón trỏ của bạn vào thanh có khía. Cánh quạt bắt đầu quay. Thả áp lực của ngón trỏ và ấn ngón tay cái của bạn vào thanh, trong khi tiếp tục di chuyển thanh còn lại dọc theo các rãnh. Cánh quạt sẽ quay theo hướng khác.

Trong khi trình diễn thủ thuật này cho những người chưa quen, hãy kín đáo ấn cây gậy luân phiên bằng ngón cái và ngón trỏ: khán giả sẽ ngạc nhiên trước sự thay đổi bất ngờ về hướng quay của cánh quạt. Bạn có thể đưa ra những lời giải thích tuyệt vời nhất cho hiện tượng này. Ví dụ, giả sử rằng sự thay đổi hướng quay của cánh quạt có liên quan đến sự dao động về cường độ bức xạ vũ trụ.

Câu hỏi đầu tiên cần được trả lời là: tại sao cánh quạt lại quay? Câu hỏi tiếp theo là: tại sao hướng quay của nó lại phụ thuộc vào việc bạn ấn vào phía nào của cây gậy?

Nếu bạn muốn thủ thuật này thú vị hơn, hãy gắn bốn cánh quạt vào một cây gậy (Hình 1, b). Đúng, sự khác biệt ở đây không lớn, bởi vì tất cả chúng sẽ quay về một hướng. Và một thiết kế nữa: hai cánh quạt được cố định phía sau nhau (Hình 1, c). Ở đây có thể đường thẳng quay sang phải hoặc sang trái, hoặc điều thú vị hơn nhiều là bạn có thể làm cho một cánh quạt quay theo hướng này và hướng kia quay theo hướng khác.

2. Ống cuộn

Nếu bạn cố gắng đổ nước vào một cái vòi như trong Hình 2, sẽ không có một giọt nước nào chảy ra từ đầu kia. Và chúng tôi sẽ không cung cấp đủ cho bạn để rót vào. Tại sao?

Hình 1.

14

9. Cơn lốc trong tách cà phê

Nhẹ nhàng xoay thìa vào tách cà phê nóng cho đến khi cà phê bắt đầu xoáy đều. Bây giờ hãy cẩn thận đổ sữa lạnh thành từng mảnh mỏng vào giữa cốc. Bạn sẽ thấy một cơn lốc nhỏ hình thành ở đó. Bạn cũng có thể nhận thấy một vết lõm nhỏ ở giữa. Nếu đổ sữa nóng vào cà phê thì sẽ không có lốc xoáy. Tại sao xoáy xuất hiện trong trường hợp đầu tiên mà không xuất hiện trong trường hợp thứ hai?

10. “Tương tác” của vật thể chìm

Khi nhiều vật được nhúng đồng thời vào một chất lỏng nhớt, chẳng hạn như dung dịch dầu hoặc đường, thì rất nhiều tương tác có thể xảy ra giữa chúng.

Hãy đưa ra ví dụ.

1. Lần lượt hạ hai xi lanh vào chất lỏng nhớt (Hình 7). Ở các giá trị nhất định về độ nhớt của chất lỏng, kích thước và tốc độ xi lanh, xi lanh thứ hai có thể bắt kịp xi lanh thứ nhất và đi vòng quanh nó sao cho chúng nằm ở cùng mức. Sau đó, chúng sẽ bắt đầu quay và lao xuống, sẽ phân tán theo các hướng khác nhau.

2. Thả một đĩa vào chất lỏng, tiếp theo là hai đĩa nữa. Bạn sẽ thấy rằng cái sau sẽ bắt kịp cái trước và cả ba sẽ tạo thành cấu hình con bướm ổn định (Hình 8).

3. Bây giờ ném vài quả bóng (ba - sáu) vào chất lỏng nhớt thành một đống. Chúng sẽ phân kỳ theo cách mà chúng kết thúc ở các đỉnh của một đa giác đều nằm ngang, đa giác này sẽ tăng kích thước khi nó đi xuống.

Làm thế nào điều này có thể được giải thích?

8. Quả trứng “bật” ra khỏi cốc

Đặt quả trứng vào cốc nước và đặt cốc dưới vòi nước (Hình 6). Nếu lưu lượng nước vượt quá một số giá trị tới hạn nhất định thì quả trứng sẽ nổi lên như thể bị một tấm nước hút. Tại sao điều này lại xảy ra?