Нас окружают разнообразные природные явления. Часто они настолько удивительны, что просто не верится, что созданы природой, их изучение развивает познавательные способности детей.
Световые явления радуга, голубое небо, источники света Солнце, звёзды изучаются с давних времён. Доказано, что свет распространяется прямолинейно, его скорость беспредельна.
Скорость света — максимальная скорость движения частиц, равна 299 792 458 м/с.
Впервые её значение в 17 веке рассчитал астроном из Дании О.Ремер. Он наблюдал затмения спутника Юпитера. Возникающее расхождение по времени между затмениями объясняется тем, что наблюдения велись с разных точек на Земле. Получилась скорость света 220 000 км/с.
Первое измерение скорости света в земных условиях в 19 веке произвёл французский физик А.Физо. Интересный способ он придумал. Напротив зеркала на расстоянии 8 км поместил колесо, на него направлялся луч света. Колесо крутилось, свет проходил между зубьями колеса, отражался в зеркале, с ускорением вращения колеса наступал момент, когда отражения в зеркале не было. Исследователь получил скорость света близкую к 300 000 км/с.
В 20 веке гениальный физик Эйнштейн вывел формулу скорости света E=mc², где E – энергия, m – масса, с – скорость света. С этого момента скорость света считалась величиной неизменной. Но открытие в 21 веке частиц нейтрино, не имеющих массы, нарушило условие формулы. Измерения показали, что скорость этих частиц на 60 наносекунд выше скорости света. Предел скорости света поставлен под сомнение.
Если рассматривать звук, надо отметить его волновую природу. Скорость звука — скорость распространения волн (продольных и поперечных) в среде.
Первые опыты по измерению скорости звука в воздухе поставил немецкий естествоиспытатель А.Гумбольдт в 19 веке. Время измерялось между световой вспышкой и приходом звука при выстреле из пушки. Скорость звука определялась по формуле: V= S/t, то есть расстоянию до пушки и времени распространения звука.
Эталоном считается скорость звука в сухом воздухе при 20°C = 343 м/с. Становится понятным, она зависит от упругости и плотности среды, температуры, влажности. Наибольшая скорость звука в твёрдых телах, несколько меньше в жидкостях, наименьшая в газах. При повышении влажности воздуха скорость звука повышается. Температуры поднимается на 1°C, скорость звука возрастает на 0,6 м/с. Поскольку скорость звука характеризуется несколькими параметрами, неизвестно, есть ли верхняя граница у скорости звука. Это доказывается сверхзвуковыми самолётами, превышающими эту границу.
Волновая природа звука позволяет при наложении волн получать усиление звука, называется резонансом. Используется в музыкальных инструментах. Звуковые волны при землетрясении помогают изучать внутреннее строение Земли.
Технический прогресс помогает физике расширять возможности человека.