Miesiąc październik: fizyka
advertisement
Konkurs Omnibus „Doprawdy, jak to miło coś wiedzieć” Miesiąc październik: Fizyka Pytanie 1 Krwawy Superksiężyc Zaćmienie Księżyca to zjawisko, podczas którego Księżyc wchodzi w cień Ziemi. By do czegoś takiego doszło, Słońce, Ziemia i Księżyc muszą ustawić się w jednej linii. Zdarza się to tylko podczas pełni i – co ciekawe – jest zjawiskiem rzadszym niż zaćmienie Słońca. Jednak zacieniony Księżyc widać z całej nocnej części Ziemi przez kilkadziesiąt minut, podczas gdy zaćmienie Słońca można zobaczyć tylko w wąskim pasie i przez krótki czas. Całkowite zaćmienie Księżyca ma miejsce wtedy, gdy nasz satelita całkowicie wejdzie w tak zwany stożek cienia całkowitego, który na poniższym schemacie oznaczony jest literą E. Gdyby patrzeć z tego stożka, Ziemia całkowicie zakrywałaby Słońce. Stożek półcienia (D na schemacie) to obszar, w którym Słońce trochę wychylałoby się zza Ziemi. Strefy zaćmienia Księżyca. Zaćmienie Księżyca z 28 września 2015 roku to właśnie zaćmienie całkowite. Jak częste to jest zjawisko? Zaćmienie Księżyca to rzadkie zjawisko – bywają lata, w których nie zdarza się ani razu, a w najlepszym przypadku mogą wystąpić trzy zaćmienia w ciągu jednego roku. Dla porównania: każdego roku występują co najmniej dwa zaćmienia Słońca. Ostatnie całkowite zaćmienie Księżyca można było obserwować w Polsce 15 czerwca 2011 roku, jednak jego początek nie był widoczny. Zaćmienie Księżyca 2015 będzie widać znacznie lepiej – zacznie się, gdy Księżyc będzie jeszcze wysoko nad horyzontem. Podobnie dobre warunki obserwacji zaćmienia były ostatnio w 2007 roku. Co więcej, najbliższe całkowite zaćmienie Księżyca widoczne z Polski zobaczymy dopiero w 2018 roku. Zadanie: 1. Wyjaśnij dlaczego Księżyc w czasie tego zaćmienia nazywamy krwawym? 2. Wyjaśnij dlaczego Księżyc w czasie tego zaćmienia nazywamy Superksiężycem? Konkurs Omnibus „Doprawdy, jak to miło coś wiedzieć” Miesiąc październik: Fizyka Pytanie 2 Jak odróżnić jajko surowe od jajka ugotowanego na twardo (bez tłuczenia skorupki)? Doświadczenie 1 Wykonaj następujące doświadczenie. Zakręcić jajkiem ugotowanym na twardo i surowym na gładkim stole. Co zaobserwowałeś? Jak to wytłumaczysz? Doświadczenie 2 Bardziej tajemniczo wygląda następujące doświadczenie. Połóż jajko na stole i rozkręć je palcem tak, aby jajko wykonało kilka, w miarę szybkich, wymuszonych obrotów. Dotnij jajko palcem zatrzymując je. Co zaobserwowałeś? Jak to wytłumaczysz? Zadanie: Wyjaśnij przebieg obu doświadczeń. Konkurs Omnibus „Doprawdy, jak to miło coś wiedzieć” Miesiąc październik: fizyka Pytanie 3 Z motorówki płynącej w górę rzeki z szybkością 30 km/h wypadło koło ratunkowe w chwili, gdy przepływała ona pod mostem. Brak koła zauważono po upływie 1/2 godziny. Motorówka zawróciła i w odległości 5 km od mostu znaleziono zgubę. Jaka jest szybkość prądu rzeki, jeśli silnik motorówki cały czas pracował z jednakową mocą? Które dane są w treści zadania zbędne? Wskazówka: Przeanalizuj ruch motorówki w układzie związanym z wodą. Konkurs Omnibus „Doprawdy, jak to miło coś wiedzieć” Miesiąc październik: fizyka Pytanie 4 W szklance wypełnionej po brzegi wodą pływa bryłka lodu. Po stopieniu lodu: a) poziom wody się obniży, b) poziom wody się nie zmieni, c) część wody wyleje się ze szklanki. Konkurs Omnibus „Doprawdy, jak to miło coś wiedzieć” Miesiąc październik: fizyka Pytanie 5 Kalendarz Dobowy ruch Słońca i związane z nim następstwo dnia i nocy prowadziło do rachuby upływających dni. Systemy grupowania dni w większe jednostki nazywamy kalendarzami. Kalendarze też opierały się na zjawiskach okresowych: rocznym ruchu Słońca (kalendarze słoneczne) lub na fazach Księżyca (kalendarze księżycowe). Ponadto istniały kalendarze księżycowo-słoneczne. Podstawą kalendarza księżycowego jest miesiąc synodyczny, czyli odstęp pomiędzy dwoma kolejnymi nowiami trwający średnio 29,53 dób. Przykładem takiego kalendarza jest kalendarz muzułmański, w którym rok liczy 12 miesięcy synodycznych, to jest około 354 dni i 8 godzin. Skutkiem tego pory roku nie przypadają stale na te same miesiące. My posługujemy się kalendarzem gregoriańskim, który powoli upowszechnia się w całym świecie. Nazwa pochodzi od imienia papieża Grzegorza XIII, który zlecił Luigiemu Lilio zreformowanie kalendarza juliańskiego, gdyż w wyniku jego niedokładności przesuwała się ku przodowi data Niedzieli Wielkanocnej. W kalendarzu juliańskim każdy rok podzielny przez 4 był przestępny. Reforma gregoriańska polegała na dwóch zmianach: • lata podzielne przez 100, ale niepodzielne przez 400 nie są przestępne, lecz zwykłe; • pominięto 10 dat: od 5 do 14 października 1582 roku, tak więc po 4 października nastąpił 15 października. Trzeba przyznać, że reguły kalendarza gregoriańskiego rzeczywiście bardzo dobrze oddają naturalną długość roku zwrotnikowego (współcześnie rok zwrotnikowy liczy 365,2422 dób, a rok kalendarzowy to 365 dni plus 97 przestępnych na 400 lat, tj. średnio 365,2425 dni), dzięki czemu początki poszczególnych pór roku nie wędrują po kalendarzu, mając dość dobrze ustalone daty. Wiele zastrzeżeń budzi natomiast wielce nieregularna konstrukcja wewnętrzna naszego kalendarza: nierówne miesiące, kwartały i półrocza, ruchome dni tygodnia i ruchome święta kościelne. Narody Zjednoczone (wpierw Liga Narodów, potem ONZ) próbowały wybrać do powszechnego stosowania jeden z wielu projektów kalendarza światowego, lecz nie uzyskano zadowalającej zgodności reprezentantów różnych państw. Największą popularność zdobył sobie projekt przewidujący równe kwartały (po 91 dni) i 1 lub 2 (w latach przestępnych) dni bez daty i poza rachubą dni tygodnia (byłyby świątecznymi i przypadałyby corocznie po 30 grudnia oraz w latach przestępnych po 30 czerwca). Każdy kwartał zaczynałby się w niedzielę i miesiącem 31-dniowym, a pozostałe dwa miesiące liczyłyby po 30 dni. W propozycji tej największy sprzeciw budzi przerwanie ciągłości rachunku dni tygodnia, która dotąd utrzymywana była bez zakłóceń od niepamiętnych czasów. Zadanie: 1. Jak nazywa się kalendarz używany obecnie w Polsce. 2. Dlaczego rocznica rewolucji październikowej przypada 7 listopada? Konkurs Omnibus „Doprawdy, jak to miło coś wiedzieć” Miesiąc październik: fizyka Pytanie 6 – Zjawiska optyczne w atmosferze Zjawiskiem optycznym nazywamy każde zjawisko dotyczące oddziaływania światła z materią. Szczególnie ciekawe są efekty towarzyszące przechodzeniu światła przez atmosferę ziemską. Tęcza Tęczę obserwujemy po deszczu na niebie po stronie przeciwnej niż Słońce, przy czym musi się ono znajdować stosunkowo nisko nad horyzontem. Tęcza powstaje w wyniku załamania, całkowitego wewnętrznego odbicia i rozszczepienia światła białego w kroplach deszczu. W tym przypadku krople deszczu zachowują się podobnie jak pryzmaty. Tęcza tworzy łuk barwny, składający się z podstawowych barw; od wewnątrz jest czerwień, a na zewnątrz fiolet. Warto wspomnieć, że pierwsze wyjaśnienie zjawiska tęczy zawdzięczamy Kartezjuszowi. Dokładny zaś opis tego zjawiska podał Newton. Niektórzy mieli szczęście zobaczyć także tęczę wtórną (tęczę drugiego rzędu). Nad tęczą główną w pewnej odległości pojawia się druga tęcza, w której kolory są odwrócone w stosunku do tęczy podstawowej. Powstaje ona w wyniku dwukrotnego całkowitego wewnętrznego odbicia i rozszczepienia światła w kroplach deszczu o odpowiedniej wielkości. Niebo między tęczami jest ciemniejsze od nieba poza nimi – ten ciemniejszy obszar został nazwany pasem Aleksandra (od imienia uczonego, który pierwszy raz opisał to zjawisko). Tęczę możemy obserwować również w pyle wodnym wytworzonym przez wodospady czy fontanny. W specyficznych warunkach można zobaczyć także tęczę księżycową, powstającą w świetle pochodzącym od Księżyca. Ponieważ rozdzielczość ludzkiego oka przy słabym oświetleniu jest mała i człowiek źle rozróżnia wtedy kolory, tęcza księżycowa jest zwykle widziana jako białawy łuk. Aparat z długim czasem naświetlania radzi sobie jednak doskonale. Zjawisko to można podziwiać tylko w kilku miejscach na Ziemi. Najbardziej znane są: wodospad w Parku Narodowym Yosemite w Kalifornii, wodospady Virginia na granicy Zambii i Zimbabwe oraz wodospad Cumberland (Mała Niagara) w Kentucky w USA. Najlepsze warunki do obserwacji są podczas pełni Księżyca – wtedy od jego powierzchni odbija się w kierunku Ziemi najwięcej promieni. Zadanie: Gdzie, w stosunku do obserwatora, musi znajdować się Słońce (źródło światła), aby możliwe było zobaczenie tęczy. Konkurs Omnibus „Doprawdy, jak to miło coś wiedzieć” Miesiąc październik: fizyka Pytanie 7 – Zjawiska optyczne w atmosferze Zorza polarna Zorza to jedno z najpiękniejszych zjawisk na niebie. Przypomina pokaz laserowy. Najczęściej obserwujemy je na dużych szerokościach geograficznych blisko biegunów. Emitowane przez Słońce cząstki o bardzo dużej energii (głównie elektrony i protony) – tzw. wiatr słoneczny – zderzają się z atmosferą ziemską. Pobudzone tym bombardowaniem cząsteczki gazu w jonosferze (głównie tlenu i azotu) emitują promieniowanie świetlne. Własności ziemskiego pola magnetycznego sprawiają, że cząstki emitowane przez Słońce wnikają w atmosferę głównie w rejonach biegunów magnetycznych Ziemi. Przedstawiony wyżej opis zjawiska jest mocno uproszczony. Naukowcy wciąż pracują nad dokładnym jego wyjaśnieniem, w szczególności – skąd biorą się tak rozmaite kształty. Najczęściej obserwuje się pasma, wstęgi, łuki, kurtyny, promienie i korony. Wiadomo, że kolor zorzy zależy od wysokości, na której następuje wzbudzenie atomów, i od rodzaju gazu. Kolory różowoczerwone i zielone pochodzą od tlenu, purpurowobordowe od azotu, niebieskofioletowe od wodoru i helu. Najczęściej zorze widzimy w strefie podbiegunowej, ale przy zwiększonej aktywności Słońca pojawiają się także w innych szerokościach geograficznych. Coraz częściej można je zaobserwować w Polsce, choć nie są tak piękne i intensywnie zabarwione jak w okolicach biegunów. Zadanie: 1. Co wywołuje zjawisko zorzy. 2. Jakie kolory emitują pobudzone do świecenia cząsteczki tlenu. Konkurs Omnibus „Doprawdy, jak to miło coś wiedzieć” Miesiąc październik: fizyka Pytanie 8 – Zjawiska optyczne w atmosferze Meteory Meteor to świecąca materia powstająca w czasie spalania się w jonosferze drobin materii kosmicznej. Jeżeli meteoroid (bryłka materii o rozmiarach od ułamka milimetra do kilku metrów) wpadnie w atmosferę ziemską (zwykle z prędkością 10–70 km/s), to już na wysokości ok. 100 km (w jonosferze) rozgrzewa się do tak wysokiej temperatury, że zaczyna świecić. Świecą też produkty spalania materii meteorytowej, a także rozgrzane do wysokiej temperatury (rzędu tysięcy stopni) cząsteczki gazu jonosferycznego. Większe meteory to bolidy, które przyjmują kształt świetlistej kuli. Z grec. meteoros – ‛napowietrzny’ stąd nazwa meteorologia. Bryła meteoroidu, która spadła na ziemię, nazywa się meteorytem. Z grec. bolidos – ‛pocisk, grot’. Zadanie: 1. Co to jest meteor? 2. Co to jest meteoroid? 3. Co to jest meteoryt? Konkurs Omnibus „Doprawdy, jak to miło coś wiedzieć” Miesiąc październik: fizyka Pytanie 9 – Zjawiska optyczne w atmosferze Miraże Miraże jednoznacznie kojarzą się wielu ludziom z pustynią. Tymczasem występują one w różnych miejscach – wystarczy słoneczna i bezwietrzna pogoda. Miraż to zjawisko ugięcia promieni światła w ośrodku optycznie niejednorodnym. W warstwach powietrza o różnej temperaturze współczynniki załamania światła mają różne wartości. Wtedy od odległego obiektu światło może dochodzić do oka obserwatora różnymi drogami. Widzi się wówczas dodatkowy obraz dalekiego planu. Charakter zjawiska zależy od rozkładu temperatury. Jeśli współczynnik załamania maleje z wysokością (głównie nad chłodną powierzchnią jezior i mórz), czyli wtedy kiedy z powodu wzrastającej w miarę oddalania się od ziemi temperatury wyższe warstwy powietrza stają się coraz cieplejsze i co za tym idzie rzadsze, obserwujemy tzw. miraż górny. Promienie słoneczne są zakrzywiane ku powierzchni Ziemi. Można wtedy zobaczyć np. obraz statku na tle nieba albo górną krawędź tarczy słonecznej już po zachodzie Słońca lub jeszcze przed wschodem. Gdy współczynnik załamania rośnie wraz z wysokością (głównie nad rozgrzanymi drogami czy na pustyni), czyli wtedy kiedy z powodu malejącej w miarę oddalania się od ziemi temperatury wyższe warstwy powietrza stają się coraz chłodniejsze i co za tym idzie gęściejsze, obserwuje się tzw. miraż dolny. Powietrze tuż nad ziemią jest bardzo rozgrzane i znacznie rzadsze niż wyżej. Promienie słoneczne są wtedy zakrzywiane w górę (ku chłodniejszemu, a więc gęstszemu powietrzu). Oglądane obiekty wydają się być poniżej ich rzeczywistego położenia. W naszych warunkach efekt ten możemy zobaczyć, jadąc samochodem w upalny dzień – wydaje się, że droga daleko przed nami jest mokra. Jest to efekt pozornych odbić dalekiego krajobrazu lub nieba. Gdy zależność współczynnika załamania od wysokości jest określona bardziej skomplikowaną zależnością, obserwujemy miraż złożony, czyli fatamorganę. Występuje ona wtedy, gdy promienie światła zostaną zagięte bardziej niż wynosi krzywizna Ziemi, a jednocześnie tworzy się coś w rodzaju atmosferycznego falowodu. Z reguły powstaje wtedy kilka prostych i odwróconych obrazów. Nazwa zjawiska pochodzi od łac. nazwy fata, czyli czarodziejka (stąd słowo fatum) oraz od imienia czarodziejki Morgany La Fay, której przypisywano zdolności wywoływania miraży w Cieśninie Mesyńskiej nad Jeziorem Genewskim. (Wróżka Morgana jest mityczną bohaterką Opowieści Okrągłego Stołu króla Brytów, Artura). Warto zwrócić uwagę na to, że w niektórych źródłach określenia miraż i fatamorgana są traktowane jak synonimy! Zadanie: 1. Dlaczego podawany czas zachodu Słońca wypada wcześniej niż obserwowany. 2. Rozgrzany, błyszczący, „mokry” asfalt – to miraż dolny czy górny? Konkurs Omnibus „Doprawdy, jak to miło coś wiedzieć” Miesiąc październik: fizyka Pytanie 10 – Zjawiska optyczne w atmosferze Ognie świętego Elma Ognie św. Elma są zwiastunem nadchodzącej burzy. Wówczas z różnych przedmiotów wydobywają się iskierki. Mogą im towarzyszyć świsty. Obserwujemy je w miejscach, gdzie jest duża różnica potencjałów elektrycznych między ziemią a warstwą chmur, co oznacza, że jest tam zwiększone prawdopodobieństwo uderzenia pioruna. Zwykle są to maszty, anteny, skały. Ognie mogą więc uratować życie wspinaczom czy marynarzom. Wyładowania te są niegroźne, a można je zaobserwować nawet na wyciągniętej ręce. Są doskonale widoczne w nocy, ale łatwo je także dostrzec o poranku i zmierzchu, a nawet przy pochmurnej pogodzie w postaci łuny lub świetlnych miotełek wytryskujących z różnych miejsc. Ognie św. Elma występują także podczas przelotu samolotu przez naładowaną elektrostatycznie chmurę lub chmurę pyłów wydobywających się podczas erupcji wulkanu. Wtedy to drobne, ostre drobinki pyłu trą o krawędzie natarcia skrzydeł, powodując wyładowania elektrostatyczne, a także jasną poświatę. Nazwa zjawiska pochodzi prawdopodobnie od legendy o św. Elmo, który nie bał się piorunów. Zadanie: 1. Kiedy wypada święto świętego Elma? 2. Czego zwiastunem są ognie świętego Elma?
