Ответы на 2 тур по физике

Ответ на 1 вопрос: «На страже Родины»

Если источник звука находится прямо перед наблюдателем или позади него, то звуковая волна достигает обоих ушей одновременно. Следовательно, колебания давления воздуха в обоих ушах происходят в одинаковой фазе. Если источник звука смещён вправо или влево, то колебания давления воздуха в ушах сдвигаются по фазе. Благодаря сдвигу фаз колебаний в обоих ушах мы можем определить направление на источник звука. Это явление называется бинауральным эффектом (от лат. bini − два, пара и auris − ухо).

Во время Великой Отечественной войны этот эффект использовался в звукоулавливающих установках для звукопеленгации – определении направления на источник звука: самолёт или артиллерийскую батарею.

Звукоулавливатель состоял из четырех рупоров, расположенных так, что линии, соединяющие центры каждой из пары рупоров, взаимно перпендикулярны. В узких концах рупоров были расположены звукоулавливающие аппараты, например,  наушники, которые одевал на уши слухач. Таким образом, получался обычный слуховой аппарат человека, но уши были широко «расставлены» и сильно «вытянуты». Слухач вращал звукоулавливатель до тех пор, пока не получал ощущение, что звук слышен прямо спереди. Это соответствовало совпадению фаз звуковой волны у отверстия рупоров. Значит, источник звука расположен на прямой, перпендикулярной к линии, соединяющей центры обоих рупоров. Вторую пару рупоров устанавливал второй слухач. Оба слухача работали независимо и устанавливали направление - один, в горизонтальной, а другой в вертикальной плоскости. Вместе эти показания давали возможность определить направление на источник звука и передать это направление для наводки прожекторов и зенитных орудий.

Примеры изобретений и открытий, сделанных советскими учёными физиками в годы Великой Отечественной войны, которые привели комады.

1.    «Партизанский котелок» академика А.Ф. Иоффе - термоэлектрогенератор, служивший источником питания для радиоприемников и передатчиков. Он состоял из нескольких термоэлементов, крепившихся к дну солдатского котелка, который вместе с налитой водой ставился на костёр. Вода определяла температуру одних спаев, а температуру других задавало пламя костра, нагревающее дно котелка. Перепада температур между водой и дном котелка хватало для надежного питания переносной радиоаппаратуры партизан.

(Динамофизик, Авиатор, i-да Мы, Капитаны, Протон, Ястреб )

2. Создание в лаборатории академика Ю.Б. Кобзарева первой отечественной радиолокационной установки, которая позволяла обнаруживать и пеленговать независимо от состояния погоды вражеские самолеты на расстояниях от 100 до 145 км. Создание радиолокаторов стало возможным благодаря теоретическим разработкам академиков Л. И. Мандельштама и Н. Д. Папалекси.

(i-да Мы, Хорошие люди)

3.   Защита кораблей от магнитных мин. Во время войны этой проблемой занималась группа ученых под руководством А.П.Александрова и И.В.Курчатова, Действие мин основано на том, что они взрываются под действием магнитного поля корабля. При помощи размагничивающей обмотки физикам удалось в десятки раз уменьшить магнитное поле корабля. Ни один корабль,  защищённый размагничивающим устройством, не погиб от магнитных мин. Были сохранены сотни кораблей и многие тысячи человеческих жизней.

(Динамофизик, Авиатор, Молния, Квинтет галактик, Китайский дракон, Крокодилы, Мыслители, Напряжение, Юные техники, Ядро)

4.   Научная группа Ленинградского физико-технического института под руководством П.П.Кобеко изучила причины раскачивания и пролома льда при движении автомобилей с небольшим грузом по замёрзшему Ладожскому озеру и разработала правила безопасного движения по ледовой дороге. Это открытие спасло жизни многих жителей блокадного Ленинграда, переправляемых на Большую землю по Дороге жизни.

(Молния, Капитаны, Квинтет галактик, Напряжение, Протон, Юные техники, Ядро, Ястреб)

5.   П.Л. Капиц разработал эффективный метод борьбы с неразорвавшимися фашистскими бомбами и снарядами: детонаторы-взрыватели замораживались жидким воздухом.

(Китайский дракон)

6.   Группа учёных во главе с М.В. Келдышем создала теорию и разработала меры по борьбе с флаттером - внезапным разрушением самолета в воздухе из-за появления сильных вибраций.

(Излучение, Уфолог)

7.   Команды также написали о работе советских конструкторов и инженеров, во время войны: создании реактивных снарядов и установки «Катюша», разработке Е.О. Патона технологии автоматической сварки под флюсом для наращивания выпуска танков Т-34.

 

Ответ на 2 вопрос: «Шайбу! Шайбу!»

Эффект, придуманный болельщиками футбола, называется «мексиканская волна». Он зародился на Чемпионате мира по футболу в 1986 году, проходившем в Мексике. Физические характеристики этой волны можно рассчитать, проанализировав любой видеофрагмент, взятый в Интернете.

Если подсчитать число  гребней волны, пробегающих вдоль одной стороны футбольного поля, засечь это время и учесть, что длина футбольного поля составляет 100 метров, то можно оценить длину волны, скорость распространения и период.

 Анализ видеофрагмента http://video.nur.kz/kk/view=dwnfk578

Время –6-7 секунд

Число гребней – 5-6

Скорость – 14-16 м/с

Длина волны – 16-20 м

Период – 1-1,5 с

Амплитуда – 1/4 роста человека

«Мексиканская волна» - поперечная.

Все команды ответили правильно, что волна на стадионе имеет внешнее сходство с морскими волнами.

Ответ на 3 вопрос «Из глубин Вселенной»

Изменение высоты звука проезжающего мимо автомобиля объясняется смещением длин волн. Причина этого эффекта - изменение числа волн, укладывающихся на пути распространения между источником и приёмником. Если машина приближается, то наблюдатель воспринимает большее число волн, соответственно частота звуковых волн увеличивается, если удаляется, то частота уменьшается. Теоретически этот эффект обосновал австрийский физик К. Доплер. Действует эффект не только для звука, но и для света, и вообще для всех видов волн.

В оптике свет от приближающегося источника становится как бы синее (длина волны уменьшается), а от удаляющегося источника – краснее.  Это изменение хорошо заметно по относительному смещению линий в спектрах движущегося и неподвижного источника. По доплеровскому смещению спектральных линий астрономы определяют лучевые скорости  звёзд и галактик, измеряют скорости вращения небесных тел и многое-многое другое.

Американский астроном Эдвин Хаббл, определяя расстояния до галактик  по ярчайшим звёздам, установил, что наблюдаемые красные смещения линий в спектрах далёких галактик пропорциональны расстоянию до них. Это означает, что галактики удаляются от нас и друг от друга во все стороны, и тем быстрее, чем они от нас дальше.

Изучение доплеровского смещения линий в спектрах удалённых галактик привело к представлению о расширяющейся Вселенной.