Bạn có quá quen thuộc với vật lý + địa lý?

Cần bổ sung thêm vào những khám phá này … vô số phép đo về độ dài cung độ của kinh tuyến … Pierre Simon Laplace

“Na Uy” mô tả một vòng tròn gần Bắc Cực. Sau đó chúng tôi tiếp tục cuộc hành trình… Con đường được đưa về phía nam… Roald Amundsen

… con tàu “Nữ hoàng” ngoài khơi bị sét đánh… Khi màn đêm buông xuống, vị trí của các ngôi sao cho thấy trong số ba chiếc la bàn trên tàu, hai chiếc thay vì hướng về phía bắc lại bắt đầu chỉ về phía nam, và chiếc thứ ba bắt đầu chỉ về phía tây. Dominique Francois Arago

Việc Trái đất của chúng ta quay quanh trục của nó có thể được phát hiện mà không cần nhìn vào các ngôi sao, chẳng hạn, với sự trợ giúp của cái gọi là con lắc Foucault. Richard Feynman

Bạn có thực sự quen thuộc với điều này?

?

vật lý+địa lý

Từ thời xa xưa, con người đã tìm cách khám phá những vùng đất chưa được khám phá. Mở rộng tìm kiếm của họ, khách du lịch, thủy thủ và thương nhân cần những điểm mốc đáng tin cậy. Sớm hay muộn họ cũng tự hỏi bề mặt Trái đất có cấu tạo như thế nào, Trái đất nặng bao nhiêu, hình dạng như thế nào và nó chuyển động như thế nào. Để làm được điều này, họ đã phát minh ra các công cụ giúp xác định vị trí, vẽ bản đồ địa lý, tìm cách đo thời gian ngày càng chính xác hơn, không quên nhìn lên bầu trời đầy sao. Nhưng bài toán việc học một điều gì đó xảy ra ở đâu, khi nào và nó di chuyển như thế nào thuộc về “khoa” vật lý - bất kỳ khóa học nào của nó đều bắt đầu bằng các câu hỏi liên quan đến không gian và thời gian. Đây chẳng phải là điều đang được thảo luận trong các trích dẫn trên của các nhà khoa học và nhà tự nhiên học xuất sắc sao? Việc kết nối khoa học với lời giải các vấn đề ứng dụng đã giúp, trong một thời gian ngắn về mặt lịch sử, không chỉ có thể chuyển từ các công cụ điều hướng nguyên thủy sang các hệ thống vệ tinh chính xác nhất mà còn mở rộng kiến ​​thức của chúng ta về cả cấu trúc của Trái đất và toàn bộ thế giới xung quanh nó. Hôm nay nói về sự kết hợp giữa địa lý và vật lý, chúng ta không thể bỏ qua sự tham gia của thiên văn học vào đó. Như vậy, chúng ta đã tiến thêm một bước nữa trên con đường đạt tới những đỉnh cao vốn đã cao ngất trời, nơi chúng ta sẽ lao vào số tiếp theo của Kính vạn hoa.

Câu hỏi và bài toán

1. Lữ khách sẽ đến đâu nếu luôn đi về hướng Tây Bắc? (Không tính biển và núi.) 2. Một người đi bộ 10 km về phía bắc, 10 km về phía tây, 10 km về phía nam và 10 km về phía đông, đồng thời quay trở lại điểm xuất phát. Anh ấy đến từ đâu? 3. Những chuyến đi vòng quanh thế giới có phải là bằng chứng về tính hình cầu của Trái đất không? 4. Tại sao Magellan và nhóm của ông xác định vĩ độ dễ dàng hơn kinh độ? 5. Lịch trên tàu Magellan sau chuyến đi vòng quanh thế giới đã khác với lịch cảng một ngày. Lịch nào đã ở phía trước? 6. Hiện tượng thiên thể nào chứng tỏ Trái Đất có hình cầu? 7. Ai và ở đâu đến gần tâm Trái đất nhất? 8. Sự khác biệt về trọng lượng của các vật thể và độ lệch của dây dọi tại các điểm khác nhau trên địa cầu có thể được coi là bằng chứng về sự quay của Trái đất không? 9. Độ dài của bóng do một vật thể tạo ra thay đổi trong ngày. Bóng ngắn nhất là vào buổi trưa; vào buổi tối cái bóng “lớn lên”. Có nơi nào trên Trái đất mà độ dài của bóng không thay đổi trong ngày không? 10. Độ dài ngày và đêm ở xích đạo thay đổi như thế nào trong năm? 11. Liệu ngày và đêm có thay đổi không?

trên Trái đất nếu nó ngừng quay trên trục của nó? 12. Ở vĩ độ cao, tia nắng làm ấm trái đất một cách yếu ớt vào mùa hè, nhưng lại làm nóng mạnh bất ngờ các vật thể bay thẳng đứng. Làm thế nào chúng ta có thể giải thích điều này? 13. Tại sao người Hy Lạp cổ đại khi định hướng trên bầu trời đầy sao lại coi trục chính là “đông-tây” chứ không phải “bắc-nam” như những người cùng thời với chúng ta? 14. Hệ thống thiên văn nào - Ptolemy hay Copernicus - thích hợp hơn? 15. Khi bay tới Bắc Cực, la bàn từ tính thông thường hoạt động rất kém và thực tế không thể sử dụng được. Tại sao? 16. Nếu đế của kim nam châm được phép chuyển động tự do thì dưới tác dụng của nam châm vĩnh cửu nó không những quay như trong từ trường Trái đất mà còn chuyển động về phía nam châm. Lý do cho hành vi mũi tên khác nhau là gì?

Kinh nghiệm vi mô

Lấy một bản đồ địa lý của Nga và một quả địa cầu. Sử dụng thước kẻ, đo khoảng cách giữa Moscow và Khabarovsk trên bản đồ và sử dụng một sợi chỉ kéo dài - trên quả địa cầu. So sánh kết quả (đừng quên thang đo!). Họ có phù hợp không?

Thật thú vị rằng…

…khoảng năm 600 trước Công nguyên, các thủy thủ người Phoenician đã hoàn thành một kỳ tích về mặt địa lý - chuyến hành trình kéo dài ba năm vòng quanh Châu Phi. Đi vòng quanh từ phía nam, người Phoenicia nhìn thấy Mặt trời di chuyển trên bầu trời từ phải sang trái, và điều này cho thấy rằng họ thực sự đã đến thăm bán cầu nam! … Trở lại năm 238 trước Công nguyên, nhà khoa học Hy Lạp Eratosthenes ở Cyrene, chỉ sử dụng thước đo góc với dây dọi và thước kẻ, đã tính được bán kính Trái đất. Kết quả này chỉ được cải thiện sau 2000 năm. …một bản đồ thế giới thuận tiện cho các thủy thủ, vẫn không mất đi ý nghĩa cho đến ngày nay, trên đó các đường vĩ tuyến và kinh tuyến được mô tả là các đường thẳng cắt nhau một góc $90 ^\circ$, được Fleming Gerardus Mercator xuất bản năm 1569. … Galileo, sau khi phát hiện ra các vệ tinh của Sao Mộc và đo chu kỳ quay của chúng, đã nhìn thấy ở đây một chiếc đồng hồ thiên thể “tấn công” vào thời điểm mặt trời mọc.

vâng mọi vệ tinh. Nhà khoa học gợi ý rằng một chiếc đồng hồ như vậy có thể được sử dụng để xác định kinh độ địa lý, điều mà các thủy thủ rất cần. …vào đầu thế kỷ 17 đã có những tranh chấp kéo dài giữa những người theo Newton, người coi Trái đất bị dẹt - một “quả quýt”, và cha con nhà thiên văn học của Cassini, những người tin rằng nó bị kéo dài dọc theo trục quay - một “quả chanh”. Các phép đo độ dài của cung kinh tuyến gần xích đạo và ở các vùng cực, được thực hiện trong một số chuyến thám hiểm, đã xác nhận tính đúng đắn của Newton.

…nếu chúng ta tính đến độ dốc của Trái đất, thì hóa ra đỉnh núi Kilimanjaro, nằm gần xích đạo, cách tâm Trái đất khoảng 6 km so với đỉnh của ngọn núi cao nhất thế giới - Everest.

… ngay cả Christopher Columbus cũng nhận thấy rằng trong chuyến hành trình của mình, kim nam châm đã lệch đáng kể so với hướng bắc-nam. Để tránh tình trạng bất ổn trên tàu, cần phải nói với những thủy thủ mê tín rằng điều này bị ảnh hưởng bởi sự dịch chuyển của Sao Bắc Đẩu. Chẳng bao lâu, hành vi này của kim từ được giải thích là do ảnh hưởng của từ trường Trái đất. …định vị vệ tinh hiện đại cho phép bạn xác định vị trí và tốc độ chuyển động của một vật thể ở bất kỳ đâu trên thế giới. Để thực hiện điều này, hệ thống thu cần đăng ký tín hiệu đến từ ít nhất bốn vệ tinh và từ độ trễ của từng tín hiệu, tính toán khoảng cách đến chúng, đồng thời, vị trí chính xác của nó.

Đọc gì trong «Kvant» về chủ đề “Vật lý + Địa lý”

(xuất bản những năm gần đây)

1. “Kính vạn hoa vật lý” – 2012. Phụ lục số 3, tr. 16; 2. “Về đỉnh và con quay hồi chuyển” – 2015, số 1, tr. 28; 3. “Chim gõ kiến ​​Spyatel lên kế hoạch đi nghỉ như thế nào” – 2015, số 5/6, tr. 28; 4. “Từ cực này sang cực khác” – 2016, Phụ lục số 2, tr. 62; 5. “Khoảng cách trên một quả cầu” – 2017, số 4, tr. 36; 6. “Câu chuyện về Pinocchio và Quả cầu của Ngài” – 2017, số 11, tr. 24.

Tài liệu do A. Leonovich chuẩn bị

35

LA B O R A T O R I A

Đây là một ví dụ điển hình. “Cánh quạt ma thuật” được chúng ta mô tả như một cây gậy có khía và một cánh quạt đóng trên một chiếc đinh đóng vào đầu của nó. Cánh quạt quay khi một thanh khác di chuyển dọc theo các rãnh. Thật đơn giản làm sao! Vâng, tôi sẽ làm điều đó ngay bây giờ… Và, sau khi tìm thấy một cây gậy, tôi bắt đầu dùng dao tạo các vết khía trên đó. Nhưng tôi nhớ rằng khoảng bảy mươi năm trước, tôi không chỉ nhìn thấy thủ thuật tương tự này trong giờ ra chơi của một người bạn cùng lớp mà còn lặp lại nó vào cùng ngày đó trước mặt các đồng đội của tôi trong sân. Nhưng bạn không cần phải làm bất cứ điều gì: một lưỡi dao cạo an toàn được đặt trên một cây bút chì được mài sắc gọn gàng, chúng tôi đã gọt cây bút chì này, cây bút chì được kẹp theo chiều ngang trong phần hõm giữa ngón cái và ngón trỏ, còn ngón giữa và ngón đeo nhẫn duỗi thẳng phải dùng một chút sức kéo dọc theo bàn làm việc hoặc dọc theo băng ghế trong sân. Lưỡi kiếm quay tròn như cánh quạt máy bay! Tuy nhiên, thật khó để mô tả trải nghiệm ở dạng này. Bây giờ, nếu bạn nhìn thấy nó một lần thì lại là chuyện khác; bất kỳ cậu bé nào cũng sẽ hiểu và lặp lại nó. Nhưng đây là một lựa chọn thậm chí còn đơn giản và hiện đại hơn, dành cho bất kỳ cô gái nào. Trong nắp của một loại thuốc cũ nào đó, tôi nhìn thấy một chiếc cánh quạt đã hoàn thiện với sáu lưỡi dao rất đẹp và dùng dao nhíp và kéo cắt nó ra. Trong bức ảnh (Hình 1), có thể thấy bên cạnh các “thiết bị” khác - một cây bút máy không có bộ phận viết để lắp cánh quạt vào và một chiếc dao cạo không dây - nó rung tốt và run khi bật. Bức ảnh thứ hai (Hình 2) cho thấy cách giữ tay cầm bằng cánh quạt và

“QUANTA”

Hình 2. Hội

Tất cả những gì còn lại là ấn góc của dao cạo đang hoạt động vào tay cầm. Cánh quạt quay như điên. Đối với sinh viên vật lý, trải nghiệm được đề xuất giúp các em hiểu được mối liên hệ giữa chuyển động quay và chuyển động dao động. Và điều này góp phần vào sự hiểu biết về một hiện tượng vật lý đẹp đẽ và quan trọng như hiệu ứng Zeeman. Có nhiều lựa chọn cho màn trình diễn ngoạn mục này. Một cậu bé chăm chỉ có thể cắt mô hình máy bay từ một mảnh gỗ, hoặc đơn giản là từ một mảnh gỗ, và tự do gắn một cánh quạt nhỏ làm bằng thiếc hoặc thậm chí là bìa cứng (Hình 3). Có thể dao động

Hình 3. Một lựa chọn khác

Hình 1. Khoảng trống

tổ chức bằng cùng một chiếc dao cạo hoặc một chiếc lược chắc chắn. Sự rung động của thân máy bay khiến cánh quạt quay hoàn hảo. Và nó khá đơn giản, đối với những người lười biếng nhất - bạn thoải mái nhét cánh quạt cùng với trục của nó vào một ống từ một cây bút bi lớn cũ hoặc vào một ống cocktail và di chuyển nhẹ nó dọc theo ống bằng một chiếc lược. Sau năm phút, bạn sẽ hiểu rõ về nó, bạn sẽ tìm được chỗ cho cả ngón tay và răng lược. Chúc bạn may mắn!