WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 13 | 14 || 16 | 17 |   ...   | 55 |

Наконец, наиболее «бесформенными» небесными телами выглядят галактики, которые являются динамическими системами и состоят из большого числа звёзд (до 200 · 109). В зависимости от изначальной скорости их вращения, эллиптические галактики могут иметь форму от круглых (Е0) до дисковых (Е10 или S0). Если в галактике присутствует достаточное количество газа, то движущиеся облака могут сталкиваться между собой (в отличие от звёзд, которые только притягивают друг друга, но не сталкиваются непосредственно), терять при этом свою скорость, направленнуюпоперёк плоскости галактики, и образовывать в ней вращающийся газопылевой диск. Если в таком диске разовьются спиральные волны плотности, то рождающиеся из межзвёздного газа новые молодые массивные и голубые звёзды «нарисуют» нам тот красивый узор, который мы видим обычно на фотографиях спиральных галактик. Если же в галактике газа совсем много, и молодое поколение звёзд рождается повсеместно и доминирует над старыми звёздами, то такая галактика может вообще не иметь у себя основной плоскости, и будет выглядеть, как неправильная (иррегулярная) галактика.

По аналогичным причинам достаточно произвольные формы имеют светлые и тёмные туманности внутри нашей Галактики любого происхождения (Туманность Ориона, Конская Голова, Северная Америка, Крабовидная туманность, и др.). Взаимодействующие галактики могут вообще принимать самые причудливые и оригинальные формы.

Особым случаем «некруглых» небесных объектов является искажение видимой формы далёких галактик и квазаров в т. н. «гравитационных линзах».

Что касается искусственных небесных тел, то они имеют ту форму, которуюим придали их изготовители (первый советский спутник имел форму шара диаметром 58,3 см).

135. Что общего между Вселенной и пенопластом Наблюдения говорят, что Вселенная имеет ячеистую, пористую структуру. В самых больших масштабах скопления галактик распределены в пространстве однородно, но на масштабах поменьше однородность структурируется: «пустоты» окружены «тонкими стенками».

Так и у пенопласта.

142. Предложите наиболее простой способ измерения высоты Главного здания МГУ им. М. В. Ломоносова на Ленинских (Воробьёвых) горах. Предложите наибольшее число способов измерения высоты здания, основанных на разных принципах.

Сама по себе задача об измерении высоты большого здания известна давно и существует в разных вариантах. Соответственно, и большинство обсуждаемых ниже способов также «не новы». Однако, именно Главное здание МГУ им. М. В. Ломоносова на Ленинских (Воробьёвых) горах существенно отличается от многих и многих иных высотных зданий.

Соответственно, те, кто в данной задаче рассматривал «абстрактный небоскрёб» (типа WTC), неизбежно впадали в ошибки, скорее всего, превосходящие по своей величине требуемые в условии задачи 10% точности.

Все рассматриваемые способы условно можно разделить на геометрические и физические методы.

Наиболее часто в качестве самого простого геометрического способа предлагался такой: измерить высоту одного этажа, пересчитать все этажи и перемножить одно на другое. (Некоторые дотошные участники предлагали даже пересчитать все кирпичи.) Но, во-первых, где гарантия, что высота разных этажей одинакова (Для МГУ она точно разная.) А во-вторых, ГЗ МГУ — не прямоугольный небоскрёб, а пирамида сложной архитектурной формы, значительная часть которой вовсе не имеет этажей. Кроме верхнего шпиля, в ней имеются еще много других «внеэтажных» вставок. Только при условии высокой аккуратности в визуальных измерениях можно, наверное, определить данным способом высоту «равномерно-этажной» части здания, а затем сопоставить её с полной высотой и при этом не выйти за пределы заданной точности.

Не самый простой, но ещё более распространённый способ — метод подобных треугольников, с помощью которого ещё Фалес, по преданию, измерил высоту египетских пирамид. Само подобие треугольников обеспечивается либо единой линией визирования на вершину шпиля и предмет известной высоты, либо по лини тени от Солнца.

Как известно, для определения искомой высоты в большом треугольнике достаточно измерить основания в малом и большом треугольниках, а затем взять пропорцию относительно известной высоты малого треугольника. Метод, конечно, классический, можно надеяться, что не подведёт, но... Но опять-таки, в отличие от прямоугольного небоскрёба или любого иного отвесного обрыва в случае с пирамидой не ясно, как же измерить длину основания большого треугольника Ведь её центральная точка (место на горизонтальной плоскости, куда проецируется её вершина) остаётся недоступной для нас. Если мы просто измерим расстояние до ближайшей стены ГЗ МГУ, то допустим большую ошибку, ведь вершина здания находится не только выше, но и дальше! (Некоторым облегчением данного противоречия может служить метод параллельного переноса измеряемого расстояния от ближайшей стенки до центра здания вбок от линии визирования, например, на параллельнуюулицу.) В случаях, когда нельзя измерить расстояния до основания объекта непосредственно, применяют метод треугольников на разном удалении.

Не трудно заметить, что угол возвышения любого объекта уменьшается по мере нашего удаления от него. Таким образом, если измерить сначала угол возвышения шпиля ГЗ МГУ вблизи здания (но не подходя к нему вплотную), а затем — на большем удалении, и не забыть измерить то расстояние, на которое нам пришлось при этом «отодвинуться», то из системы двух треугольников с одной и той же высотой, но разными длинами, нетрудно получить формулу для искомой общей высоты. Данный метод вполне точен, хотя простым его, пожалуй, не назовёшь.

Близким по смыслу к рассмотренному является и метод горизонтальных параллаксов, тем более, что в астрономии метод параллаксов является основным методом измерения расстояний. Перемещаясь перпендикулярно направлению на интересующий нас объект, можно измерить, как меняется величина угла направления на него в зависимости от пройденного расстояния. Из треугольника, образованного двумя крайними положениями наблюдателя и верхней точкой здания, можно определить расстояние до неё по наклонной плоскости. А затем, измерив угол возвышения, наклонное расстояние уже можно перевести в высоту всего здания.

Очень близок к методу параллаксов и «чисто астрономический» метод определения высоты здания по суточному движению светил.

Состоит он вкратце в следующем: если от высокого здания отойти на достаточное расстояние к северу, то светила в южной стороне неба, очевидно, будут двигаться на фоне здания с востока на запад почти горизонтально. Суточное движение светил, видимое нами, отражает, как известно, собственное вращение Земли вокруг своей оси со скоростью 1 оборот за 24 часа. Можно найти (подобрать) такую точку на горизонтальной поверхности, что какое-нибудь светило (яркая звезда или планета) окажутся точно на линии, соединяющей наблюдателя и верхний конец шпиля здания. Тогда, двигаясь по поверхности земли на восток, можно так подобрать скорость своего «вышагивания», что выбранная нами звезда будет постоянно визуально совмещена со шпилем. Наше перемещение на восток в данном случае будет вполне аналогично нашему «суточному вращению» вокруг верхнего конца шпиля здания. Соответственно, измерив скорость такого перемещения, нетрудно определить радиус нашей «суточной орбиты», т. е. расстояние до верхушки шпиля (а по нему и по углу возвышения шпиля над горизонтом — и искомуювысоту здания). Данный метод «по звёздам» более точен для светил, выбранных около небесного экватора, т. к. звёзды на высоких склонениях движутся тем медленнее, чем они ближе к полюсу мира. Кроме этого, при вычислениях по Солнцу нужно брать продолжительность солнечных суток (24 часа), по звёздам — звёздных суток (23 ч 56 мин), а при использовании Луны нужно учитывать её собственное движение.

Наверное последним чисто геометрическим способом измерения высоты здания (или иного возвышенного места), который мы здесь упомянем, является измерение величины понижения видимого горизонта при поднятии наблюдателя на большую высоту. Очевидно, однако, что измеряемый эффект ввиду огромных размеров земного шара очень мал, и данный метод никак нельзя назвать простым. Не думаю, чтобы ктонибудь из учащихся смог бы реализовать такие измерения с требуемой по условиям задачи точностью(см. также стр. 114).

Из физических методов наиболее общеизвестным является способ, использующий свободное падение предметов и позволяющий вычислить высоту падения по времени полета. Однако, помимо учёта сопротивления воздуха (на таких высотах и скоростях падения оно будет уже оказывать существенное влияние на измерения), о котором упоминали немногие, самым главным препятствием для «бросания камушков с крыши» будет опять-таки факт «неудобной» формы здания и недоступности самой верхней точки шпиля для нашего с Вами её непосредственного посещения. Ведь если кто-то хочет измерить высоту падения по времени падения, то «ронять» камушек во избежание ошибок нужно с нулевой начальной скоростью. Со шпиля МГУ в таком случае до земли ни один «камушек» не долетит, а потеряется по пути где-то на промежуточных крышах. Некоторые участники Турнира предлагали со шпиля построить такой балкончик, чтобы он выступал за периметр всего здания, — ну это уж совсем маниловщина! Отчасти преодолеть данное противоречие (недоступность центральной точки) можно, переведя процесс падения в процесс подбрасывания. Дело в том, что как раз недалеко от ГЗ МГУ в некоторые дни действительно случается «подбрасывание» предметов на высоту, даже несколько превышающуюобщуювысоту всего здания. Во время государственных праздников миномёты специального типа (именуемые также «салютницы») выстреливают вверх заряды фейерверка. Если установить (по техническим параметрам миномёта) скорость выстреливания заряда, то можно рассчитать высоту верхней точки его полета, а затем сравнивая залпы салюта со зданием ГЗ, прикинуть и его высоту. К сожалению, от этого метода трудно ожидать высокую точность результата.

Некоторые участники для измерения высоты здания предлагали использовать равномерное вертикальное движение. Многие упоминали лифт. В принципе такой подход также возможен, если известна скорость движения кабины лифта. Однако, во-первых, нужно помнить, что ни один лифт от земли до верхушки шпиля всё равно не ходит.

Соответственно, это возвращает нас к методу измерения высоты здания «по частям». Во-вторых, движение скоростных лифтов на самом деле всегда очень неравномерное: они должны плавно разгоняться вначале и тормозиться в конце движения, а учесть эти эффекты аккуратно достаточно сложно.

Также предлагалось для реализации равномерного вертикального движения запустить рядом со зданием воздушный шарик и засечь время его подъёма до уровня шпиля. Может быть, может быть...

(Желудкова Дарья: «можно рассчитать среднюю скорость подъёма воздушного шара, например, с гелием».) Нужно только независимо и достаточно точно измерить скорость подъёма такого шарика и быть уверенным, что во время полёта его не сдует в сторону какой-нибудь шальной порыв ветра (а около высоких зданий всегда ветрено).

Ещё можно высоту подъёма определить по барометрической формуле — так, как определяют высоту своего полёта на всех самолётах.

Поскольку давление воздуха с высотой уменьшается по известному закону, то имея в руках барометр (на самолётах — альтиметр) и попав каким-либо образом (хотя и не понятно, каким) на верхушку шпиля, можно вычислить, на какуювысоту относительно земли мы при этом поднялись. Возможно, что такое измерение удовлетворит и уровнютребуемой точности.

Ещё более тонкий физический эффект, проявляющийся с высотой, состоит в том, что по мере подъёма мы удаляемся от центра Земли, а соответственно, при этом некоторым образом уменьшается и сила тяжести. Измерить уменьшение ускорения свободного падения с высотой теоретически можно с помощью эффекта замедления колебаний маятника, однако, достичь требуемой точности подручными средствами едва ли возможно.

Наиболее «продвинутые» школьники предлагали не мучаться вычислениями, а воспользоваться космическими навигационными системами («взять GPS»).

Наконец, напомним, что в условии задачи помимо всяких разнообразных способов измерения высоты требовалось указать и наиболее простой. По мнению автора, проще всего определить высоту ГЗ МГУ можно, если заметить, что все здание представляет собой по форме пирамиду с углом у основания 45 градусов. Убедиться в этом можно с помощью карандаша на вытянутой руке, гладя, например, со смотровой площадки. Соответственно, высота от основания до верхушки шпиля со звездой равна точно половине длины главного фасада здания, которое нетрудно измерить шагами, что автор и сделал.

Глава 3. Крутится-вертится шар голубой 160. Известно, что можно определять стороны света по часовой стрелке. Каким образом это можно сделать, находясь в Эфиопии А в Новой Зеландии В наших широтах половина (биссектриса) угла между 12 и часовой стрелкой, направленной на Солнце, показывает юг, в Новой Зеландии — между 12, направленной на Солнце, и часовой стрелкой — север, а в Эфиопии этот метод не действует.

Обычный метод определения сторон света по Солнцу и часовой стрелке, как известно, состоит в следующем: часовая стрелка на циферблате направляется на Солнце, угол между ней и цифрой 12 делится пополам, и эта линия и есть направление на юг (для декретного времени берётся цифра 1, для летнего декретного — цифра 2). Этот метод даёт приемлемуюдля ориентирования на местности ошибку до 30 в северных широтах (выше 50 ), где Солнце можно предполагать движущимся вдоль южной части горизонта слева направо с угловой скоростью, вдвое меньшей, чем угловая скорость часовой стрелки, и находящимся над точкой юга приблизительно в 12 часов среднего солнечного времени, или в 13 часов декретного, или в 14 часов декретного летнего времени.

В экваториальной части Земли (например, в Эфиопии) Солнце на небе движется почти перпендикулярно линии горизонта, проходя около полудня недалеко от зенита. Очевидно, что ориентирование по Солнцу и часам в это время практически невозможно. В утренние часы, от 6 до 9 часов, Солнце поднимается на восточной стороне горизонта, а в вечерние — с 15 до 18 — опускается на западной.

В южном полушарии Земли Солнце движется вдоль северной стороны горизонта справа налево, в обратнуюсторону относительно часовой стрелки. Данный метод также можно применять в высоких южных широтах (например, в Новой Зеландии), только на Солнце нужно направить цифру 12 на часах (или 1, или 2, соответственно), а не стрелку, и полученное направление биссектрисы угла между Солнцем и стрелкой будет показывать направление на север, а не на юг.

182. Действительно ли Земля имеет форму шара Имеет ли Земля форму шара Этот вопрос один из самых древних в астрономии, можно даже сказать, что проблема формы и размеров Земли была той задачей, из которой родилась вся наука человечества.

Pages:     | 1 |   ...   | 13 | 14 || 16 | 17 |   ...   | 55 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.