Chúng tôi và người mẫu

Chúng tôi và người mẫu

TÙY CHỌN VẬT LÝ

L.ASHKINAZI

Có rất nhiều bài toán liên quan đến vật lý nên tôi muốn phân loại chúng. Ví dụ: bạn có thể chia chúng thành “bài toán trong vật lý” và “vật lý bài toán”. Những câu đầu tiên là những bài toán có ​​trong sách bài tập và được đưa ra trong kỳ thi hoặc tại Thế vận hội. Vấn đề thứ hai là những vấn đề bài toán được xử lý bởi một “nhà vật lý thực hành”. Sự phân chia này không hoàn toàn nghiêm ngặt. Vì vậy, có hai cuốn sách có vấn đề - của Jirl Walker và Pyotr Leonidovich Kapitsa, trong đó một phần quan trọng của bài toán đáng được các nhà vật lý chú ý, bao gồm cả các tác giả của sách có vấn đề. Một điều nữa là đối với họ, có thể nói, bài toán này không phải là những vấn đề khoa học nghiêm trọng mà là một trò giải trí thú vị. Nhưng nếu chúng ta xem xét kỹ hơn, chúng ta sẽ thấy trong những nhiệm vụ này có một đặc điểm quan trọng giúp gắn kết chúng với những nhiệm vụ rất nghiêm túc đó. Bạn sẽ gặp họ khi bước vào trò chơi tuyệt vời này - Vật lý. Đến cấp độ đầu tiên. Đặc điểm này không phải là sự hiển nhiên của mô hình. Khi giải quyết bất kỳ bài toán nào, chúng tôi tính đến điều gì đó và điều gì đó thì không. Trường học bài toán là nơi chúng tôi luôn biết chính xác những gì chúng tôi có thể tính đến, vì ngoài sách vấn đề còn có sách giáo khoa và mọi thứ đều được viết ở đó. Trong vật lý nghiêm túc thì điều này không xảy ra; chúng ta không bị giới hạn bởi bất cứ điều gì - ngoại trừ kiến ​​thức hiện tại của chúng ta. Tuy nhiên, có những truyền thống và khi xem xét, chẳng hạn như chuyển động của Trái đất hoặc Mặt trăng, chúng ta không tính đến áp lực của ánh sáng mặt trời và thậm chí chúng ta không biện minh cho điều này. Nhưng với kích thước vật thể nhỏ hơn, áp lực này sẽ phải được tính đến - mặc dù nó đã trở nên nhỏ hơn. (Nhân tiện, bạn nghĩ kích thước bao nhiêu? Hãy thử làm phép tính.) Những cách đơn giản hóa mà chúng tôi sử dụng có thể được chia thành hai nhóm. Cái trước phổ biến hơn trong các vấn đề ở trường học; họ đơn giản hóa triệt để lời giải bài toán, chứ không phải

DOI: https://doi.org/10.4213/kvant20240405

dẫn tới những mâu thuẫn cơ bản. Các ví dụ đã được biết rõ - bỏ qua lực cản của không khí khi một vật chuyển động trong khí quyển, hằng số của lực cản riêng, sự độc lập của ma sát với áp suất và tốc độ, sự bằng nhau của ma sát tĩnh cực đại và ma sát trượt, tính lý tưởng của các chất khí, độ cứng của các giá đỡ, tính không giãn và không trọng lượng của dây, v.v. Bản thân bạn biết tất cả các ví dụ này và sau khi trải qua bài toán mà bạn đã giải trong trí nhớ, hãy nhớ những ví dụ khác. Một số sự đơn giản hóa “trường học” có thể được khắc phục khá dễ dàng. Ví dụ, nếu ma sát tĩnh cực đại và ma sát trượt không bằng nhau thì không có gì phức tạp. Đôi khi có thể xem xét một trường hợp cụ thể, đôi khi có thể xây dựng một mô hình máy tính. Công việc đơn giản hóa như vậy rất hữu ích cho việc mở rộng tầm nhìn tuy nhỏ nhưng có tầm quan trọng cơ bản. Trong số những sự đơn giản hóa ở trường học, có những điều về nguyên tắc vi phạm tính mạch lạc logic của môn vật lý. Vì vậy, người ta có thể hỏi tại sao chúng ta không tính đến bức xạ năng lượng ở lời giải bài toán với sự chuyển mạch (chuyển mạch) hoặc khi xem xét một mạch dao động, mặc dù về bức xạ

29

THUỘC VẬT CHẤT

điện tích chuyển động có gia tốc được đề cập trong sách giáo khoa. Hoặc tại sao chúng ta không tính đến áp suất khí quyển cũng như lực Archimedean khi xác định phản lực của vật đỡ (cân)? Và một điều nữa - tại sao chúng ta không tính đến chênh lệch áp suất theo chiều cao khi xem xét thủy lực bài toán (bình thông nhau của các phần khác nhau, hai pít-tông)? Đôi khi đáp số sẽ trông như thế này: rất khó để tính đến điều này, nhưng trên thực tế hiệu quả rất nhỏ nên không được tính đến. Nhưng đôi khi chúng ta không thoát khỏi dễ dàng như vậy, việc cân nhắc đòi hỏi lời giải khó khăn bài toán. Việc đơn giản hóa nhóm thứ hai, nhóm “người lớn”, đôi khi trở thành những vấn đề khá nghiêm trọng, nhưng ngay cả việc xem xét công thức của chúng cũng có thể hữu ích và thú vị. Dưới đây là một số ví dụ với nhận xét ngắn gọn. Tại sao chúng ta tác dụng lực hấp dẫn mg vào trọng tâm, tức là tại một điểm? Thứ nhất, điểm chỉ tồn tại trong toán học, chúng không tồn tại trong vật lý. Thứ hai, khi tác dụng một lực hữu hạn lên một diện tích nhỏ sẽ xuất hiện ứng suất cơ học lớn. Ví dụ, khi mg được áp dụng vào trọng tâm của một người, thậm chí không phải vào một điểm, mà vào một nền tảng, chẳng hạn như ở $1 мм^{2}$, thì ứng suất cơ học sẽ lớn hơn độ bền kéo. Và “điểm” này sẽ cắt xuyên qua cơ thể bạn và huýt sáo về phía tâm Trái đất. Và thân của bạn, sau khi giảm cân, sẽ ngừng ấn xuống sàn, sàn và chân của bạn sẽ không giãn ra, và bạn sẽ từ từ bay lên trên. (Nhân tiện, đây là một bài toán đơn giản - bạn sẽ bay với tốc độ bao nhiêu?) Tất nhiên, phản ứng của giá đỡ, lực ma sát và lực mao dẫn không tác dụng lên điểm. Những điều sau này thật may mắn - khi vẽ một mao mạch, chúng được mô tả là hai chứ không phải một, giống như lực hấp dẫn yếu. Tại sao không nhìn vào lực lượng phân tán là gì? Nhân tiện, đối với các nhà xây dựng và chuyên gia về độ bền của vật liệu, những người sống và suy nghĩ trong dầm, giàn và màng, đề xuất đặt trọng lượng của chính phần tử vào trọng tâm sẽ gây ra tiếng cười. Trên thực tế, tình huống là thế này: có bài toán, trong đó mô hình “lực tác dụng lên một điểm” cho phép chúng ta thu được đáp số chính xác. Nhưng có những người khác bài toán. Một ví dụ đơn giản hơn là sự phân rã phóng xạ, khi mọi thứ kết thúc. Đây là những cái còn lại

KHÔNG BẮT BUỘC

ba nguyên tử, thời gian bán hủy của chúng sắp hết, và trước chúng bài toán Cường độ bi kịch của Hamlet - một rưỡi phải tan rã. Ai sẽ tha cho một nửa của mình vì hành động hy sinh bản thân này? Bạn có đoán được rằng trong một bài toán bạn có thể sử dụng hai ngôn ngữ (ngôn ngữ thứ hai là lý thuyết xác suất). Nói chung, khi một hàm tiến tới một giá trị tiệm cận thì đây là một tín hiệu đáng báo động. Ví dụ: hàm phân bố vận tốc của các phân tử khí, tức là phân phối Maxwell. Đánh giá theo công thức trong sách giáo khoa, nó không bằng 0 ở đâu cả, phép tính gần đúng với trục x là tiệm cận. Từ đó có suy ra rằng có những phân tử trong khí quyển chuyển động nhanh hơn tốc độ ánh sáng không? Có lẽ là không. (Nhưng tại sao?) Chúng ta hãy lưu ý rằng phương trình nhiệt lời giải tiêu chuẩn (phương trình Fourier) dẫn đến tốc độ truyền nhiệt vô hạn. Tuy nhiên, phương trình này đã có từ hai thế kỷ trước và nó vẫn chưa làm ai thất vọng. Nhưng đó chỉ là bây giờ. Việc thay đổi các điều kiện thí nghiệm và mở rộng phạm vi đại lượng mà vật lý và kỹ thuật sử dụng có thể dẫn đến nhu cầu mở rộng và cải tiến bất kỳ mô hình nào. Một lý thuyết mở rộng về độ dẫn nhiệt “ngoài Fourier” đã được xây dựng cách đây vài năm (Tạp chí Vật lý Kỹ thuật, 2021, Số 1, trang 5). Bạn đang làm gì với định luật Hooke? Mọi chuyện ổn chứ? Bạn không mơ về anh ấy vào ban đêm, phàn nàn về sự không chính xác của mô hình sao? Biến dạng có tính đàn hồi, sự phụ thuộc của biến dạng vào lực trên đường đi tới và đi về là như nhau, nghĩa là công đưa vào biến dạng đều có thể được trích ra trên đường đi về. Lý luận đơn giản này mâu thuẫn với—đừng quên—định luật bảo toàn năng lượng. Thực tế là các lò xo nóng lên trong quá trình hoạt động nên mọi thứ đều ổn định về mặt năng lượng, có sự tinh tế trong định luật Hooke và nguồn gốc của tọa độ (Thư gửi Tạp chí Vật lý Kỹ thuật, 1999, số 17, trang 29 và 2018, số 15, trang 80). Chà, tóm lại, chúng ta hãy chuyển sang tĩnh điện. Bất kỳ học sinh nào cũng sẽ dễ dàng xác nhận rằng trong tĩnh điện, khi không có dòng điện, nếu một dây dẫn được tích điện thì các điện tích sẽ nằm trên bề mặt của nó. Hơn nữa, nếu là một quả bóng thì mật độ điện tích sẽ không đổi. Một câu hỏi tự nhiên được đặt ra -