ОПЫТЫ СО СТРОБОСКОПОМ
Из-за инерции нашего зрения, а она проявляется в том, что зрительное ощущение сохраняется в течение нескольких долей секунды, мы не можем заметить отдельные положения быстро вращающегося или колеблющегося тела. Здесь может помочь либо скоростная киносъемка, либо стробоскоп. Название этого прибора составлено из двух греческих слов: «стро-бос» — «вращение» и «скоп» — «наблюдение» — и полностью соответствует его назначению.
Стробоскоп стал верно служить физикам с первой половины XIX в., а сам стробоскопический эффект был известен ученым гораздо раньше. Он состоит в следующем. Будем освещать вращающееся или колеблющееся тело не непрерывно, а отдельными, короткими вспышками. Частоту этих вспышек можно подобрать так, что мы будем видеть тело в одном и том же положении. Это произойдет, когда период вращения тела совпадает с промежутком времени между вспышками. При достаточно большой частоте вращения тела (и вспышек стробоскопа) глаз будет постоянно сохранять это зрительное ощущение за время между вспышками, и мы как бы «остановим» тело. Когда же частота вспышек стробоскопа немного отличается от частоты вращения тела, то мы будем видеть тело в несколько смещенном положении по отношению к положению в момент предыдущей вспышки. Сливаясь вместе, отдельные изображения дадут замедленную картину движения.
Со стробоскопом можно провести дома много интересных опытов, а сделать его относительно просто. Нужно иметь яркий источник света, дающий параллельный пучек, например фонарь или диапроектор. Перед объективом диапроектора устанавливается картонный диск с прорезями (диаметр диска 30÷40 см, диаметр отверстий соответствует размеру объектива, число их 10÷20). Диск надо укрепить на оси электрического моторчика, применяемого для различных игрушек и моделей.
Чтобы регулировать скорость вращения мотора, в его цепь кроме батарейки включают переменное сопротивление (~40 Ом). Теперь свет на экране будет вспыхивать с частотой v = n•k, где n — число оборотов диска, a k — число прорезей в нем.
Первые опыты можно провести с вентилятором или пластинкой на проигрывателе. Направив свет на вентилятор и подобрав нужную частоту вспышек, «останавливают» вентилятор или «заставляют» его медленно вращаться (можно и в обратную сторону).
Очень интересно рассмотреть в свете стробоскопа особенности водяной струи, например тонкой струйки воды из водопроводного крана. Мы увидим, что в конце своего падения она под действием сил поверхностного натяжения разбивается на отдельные капли. А в обычном свете струйка кажется непрерывной, поскольку инерционность зрения создает иллюзию слияния этих капель. Открыв кран полностью, можно наблюдать на поверхности сильной струи образование причудливых выступов и впадин.
Перейдем теперь к экспериментам с волнами на плоской поверхности воды. Небольшие волны, распространяющиеся по ней, — рябь — своим происхождением обязаны поверхностному натяжению. Они носят название капиллярных волн. Для того чтобы возбудить их, можно вставить в водопроводный кран спичку, чуть-чуть приоткрыть его и поставить под частые капли тарелку с водой. Капиллярные волны быстро разбегаются по поверхности, и только с помощью стробоскопа удается хорошо их рассмотреть. Если положить в тарелку различные предметы, то можно видеть, как волны отражаются и огибают их.
Часто для возбуждения поверхностных волн применяют различные вибраторы. Такой вибратор можно сделать из обычного электрического звонка. К молоточку звонка припаивают проволочку с надетой на конец маленькой резиновой пробкой и устанавливают звонок так, чтобы пробка касалась поверхности воды. Подключив звонок к сети (с соблюдением всех правил техники безопасности и, главное, хорошо заизолировав токоведу-щие части), мы получим расходящиеся волны, структура которых ясно видна при стробоскопическом освещении. Теперь вместо резиновой пробки укрепим на конце проволоки вилку с двумя концами, расстояние между которыми составляет несколько сантиметров. На концы вилки наденем резиновые пробочки. После включения звонка на поверхности возникает интерференционная картина от двух излучателей волн.
