Эксперименты для проведения в аудитории: решение и описание

Давайте рассмотрим несколько интересных экспериментов, которые можно провести в аудитории. Я расскажу о них подробно, чтобы было удобно переписать.

1. Эксперимент с маятником Фуко (упрощенная версия)

Описание:

Маятник Фуко демонстрирует вращение Земли. В аудитории мы не сможем построить настоящий маятник Фуко, который висит часами, но можем сделать упрощенную версию, чтобы показать принцип.

Что можно взять:

1. Груз: Достаточно тяжелый предмет, например, металлический шарик, небольшой гантель или мешочек с песком. Чем тяжелее, тем лучше.
2. Нить: Длинная, прочная, нерастяжимая нить (например, капроновая или рыболовная леска). Чем длиннее нить, тем нагляднее будет эффект. Идеально, если можно подвесить груз на высоту 2-3 метра.
3. Точка подвеса: Надежное крепление к потолку или к высокому штативу, чтобы маятник мог свободно качаться.
4. Метка на полу: Мел, маркер или скотч, чтобы отметить начальную точку и траекторию движения маятника.
5. Линейка или рулетка: Для измерения отклонений.

Как провести опыт:

1. Подвесьте груз на нити так, чтобы он свободно качался, не задевая ничего вокруг.
2. Аккуратно отведите груз в сторону и отпустите его, чтобы он начал качаться в одной плоскости. Важно, чтобы начальное движение было строго прямолинейным, без боковых колебаний.
3. Отметьте на полу начальную траекторию движения маятника (например, проведите линию мелом под точкой, где маятник достигает максимального отклонения).
4. Наблюдайте за движением маятника в течение некоторого времени (5-10 минут).
5. Через некоторое время снова отметьте траекторию движения маятника. Вы заметите, что плоскость качания маятника немного повернулась относительно пола.

Какое движение происходит:

Происходит колебательное движение груза. Однако, самое интересное здесь — это вращательное движение плоскости качания маятника относительно земной поверхности. Это происходит не потому, что маятник сам по себе поворачивается, а потому, что Земля под ним вращается. Маятник сохраняет свою плоскость качания в инерциальной системе отсчета, а мы, находясь на вращающейся Земле, видим, как эта плоскость медленно поворачивается относительно нас.

2. Эксперимент с центробежной силой (ведро с водой)

Описание:

Этот эксперимент демонстрирует действие центробежной силы и инерции. Он очень наглядный и вызывает удивление.

Что можно взять:

1. Небольшое ведро: Пластиковое или металлическое, с прочной ручкой.
2. Вода: Примерно половина ведра.
3. Полотенце или тряпка: На случай, если что-то пойдет не так (хотя при правильном выполнении вода не прольется).

Как провести опыт:

1. Налейте в ведро воду примерно до половины.
2. Крепко возьмите ведро за ручку.
3. Начните медленно раскручивать ведро по кругу в вертикальной плоскости.
4. Постепенно увеличивайте скорость вращения, пока ведро не будет совершать полный оборот.
5. Вы увидите, что вода не выливается из ведра, даже когда оно находится вверх дном в верхней точке траектории.

Какое движение происходит:

Происходит круговое движение ведра с водой. Вода остается в ведре благодаря центробежной силе (или, точнее, инерции воды, которая стремится двигаться по прямой, а стенки ведра постоянно отклоняют ее от этой прямой, создавая центростремительное ускорение). Когда ведро находится в верхней точке, сила тяжести тянет воду вниз, но центробежная сила, возникающая из-за вращения, направлена наружу от центра вращения и оказывается сильнее силы тяжести, удерживая воду в ведре.

3. Эксперимент с воздушным шариком и статическим электричеством

Описание:

Простой и безопасный эксперимент, демонстрирующий статическое электричество и взаимодействие заряженных тел.

Что можно взять:

1. Воздушный шарик: Обычный резиновый шарик.
2. Волосы: Чистые и сухие волосы (можно использовать волосы добровольца из аудитории).
3. Мелкие кусочки бумаги: Нарезанные из обычной бумаги.
4. Тонкая струйка воды: Из крана.

Как провести опыт:

1. Притяжение к волосам: Надуйте шарик. Потрите его о волосы в течение 10-15 секунд. Затем поднесите шарик к волосам. Вы увидите, как волосы притягиваются к шарику и встают дыбом.
2. Притяжение к бумаге: Потрите шарик о волосы еще раз. Разложите на столе мелкие кусочки бумаги. Поднесите шарик к ним. Кусочки бумаги будут притягиваться к шарику.
3. Отклонение струйки воды: Потрите шарик о волосы. Откройте кран так, чтобы текла тонкая струйка воды. Поднесите заряженный шарик близко к струйке воды, не касаясь ее. Вы увидите, как струйка воды отклоняется в сторону шарика.

Какое движение происходит:

В этом эксперименте происходит движение притяжения.

1. Когда вы трете шарик о волосы, происходит передача электронов. Шарик приобретает электрический заряд (обычно отрицательный), а волосы – противоположный заряд (положительный).
2. Притяжение волос: Разноименно заряженные тела притягиваются друг к другу. Волосы, заряженные положительно, притягиваются к отрицательно заряженному шарику.
3. Притяжение бумаги: Шарик, заряженный отрицательно, вызывает перераспределение зарядов в нейтральных кусочках бумаги (индукцию). Ближняя к шарику сторона кусочка бумаги становится положительно заряженной, а дальняя – отрицательной. Поскольку положительные заряды ближе к шарику, сила притяжения оказывается сильнее силы отталкивания, и бумага притягивается.
4. Отклонение струйки воды: Молекулы воды являются диполями (имеют положительный и отрицательный полюса). Заряженный шарик притягивает противоположно заряженные полюса молекул воды, вызывая отклонение струйки.

4. Эксперимент с яйцом в бутылке (атмосферное давление)

Описание:

Этот эксперимент демонстрирует силу атмосферного давления.

Что можно взять:

1. Стеклянная бутылка: С широким горлышком, но таким, чтобы сваренное вкрутую яйцо не проваливалось в него свободно. Например, бутылка из-под молока или сока.
2. Сваренное вкрутую яйцо: Очищенное от скорлупы.
3. Бумажка: Небольшой кусочек бумаги.
4. Спички или зажигалка: Для поджигания бумаги.

Как провести опыт:

1. Подожгите кусочек бумаги и быстро бросьте его на дно бутылки.
2. Сразу же положите очищенное яйцо на горлышко бутылки.
3. Наблюдайте. Через несколько секунд яйцо начнет втягиваться в бутылку, а затем полностью провалится внутрь.

Какое движение происходит:

Происходит движение втягивания яйца в бутылку.

1. Когда бумага горит внутри бутылки, она нагревает воздух.
2. Горячий воздух расширяется и частично выходит из бутылки.
3. Когда огонь гаснет, воздух внутри бутылки остывает.
4. Остывший воздух сжимается, и давление внутри бутылки становится значительно ниже атмосферного давления снаружи.
5. Атмосферное давление, действующее на яйцо снаружи, становится намного больше давления воздуха внутри бутылки. Эта разница давлений "заталкивает" яйцо внутрь бутылки.

Эти эксперименты достаточно просты в подготовке и проведении, но при этом очень наглядно демонстрируют основные физические принципы.