Методические рекомендации (стр. 5 )

Рис. 2

На рисунке 2 представлена картина строения поверхности кри­сталла кремния, полученная с помощью растрового туннельно­го микроскопа. Бугры и впадины на этой картинке показывают структуру внешних электронных оболочек атомов кремния в кристалле. Очевидно, что для получения такой картины нужно иметь способ перемещения острия на очень малые расстояния во всех трех направлениях и способ точного измерения этих перемещений. Точные малые перемещения острия осуществля­ются за счет использования явления обратного пьезоэлектри­ческого эффекта. Этот эффект заключается в том, что неко­торые кристаллы, например кварц, под действием внешнего электрического поля удлиняются или сокращаются. Подавая на электроды на поверхности такого кристалла напряжение порядка 10–5 В, можно изменять его размеры на 0,1 нм и менее. Прикрепив острие к трем таким кристаллам, расположенным взаимно перпендикулярно, можно перемещать его на точно определенные расстояния в любых направлениях.

Лабораторный практикум

Для того чтобы приступить к выполнению измерений физи­ческих величин, необходимо познакомить школьников с таки­ми понятиями, как размер и значение физической величины, пояснить, что такое мера и что называется измерительным прибором, какие измерения называются прямыми и какие кос­венными, что такое абсолютная и относительная погрешности измерений. Однако теоретическое знакомство должно быть очень кратким и непосредственно связанным с выполнением лабораторной работы и творческого задания.

После ознакомления с основными понятиями, необходимыми для грамотного проведения измерений дети начинают выполнять лабораторную работу 1.

Измерения длины — это самые простые и привычные измерения, постоянно встречающиеся в повседневной жизни. Простая задача измерения диаметра монеты с помощью масштабной линейки и затем микрометром предлагается ученикам для того, чтобы они на практике при­менили приобретенные знания об абсолютной и относительной погрешностях измерений и подготовились к введению на сле­дующем занятии понятий об инструментальной погрешности и погрешности отсчета. Вторая задача лабораторной работы — знакомство с точным измерительным прибором (микрометром).

Настроение в классе должно быть соответствующим задаче, которая стоит перед каждым ученым, который измеряет параметры изучаемого объекта и должен поручиться перед научным сообществом, что результат близок к истинному.

Если снабдить весь класс листами с текстом лабораторной работы, то время будет потрачено лишь на измерения, на заполнение таблицы.

Можно заполнить на доске общую таблицу.

Лабораторная работа 1
Измерение длины с помощью масштабной линейки и микрометра

Цель работы. Приобретение умений оценивать абсолют­ные и относительные погрешности измерений.

Оборудование. Масштабная линейка, микрометр, монета.

Задание. Измерьте диаметр монеты с помощью масштаб­ной линейки и микрометра. Определите абсолютную и относи­тельную погрешности измерений.

Порядок выполнения работы

1.  Измерьте с помощью масштабной линейки диаметр (d1) мо­неты и запишите результат измерений в отчетную таблицу.

2.  Используя описание и рисунок, познакомьтесь с устройством и принципом действия микрометра. Измерьте диаметр (d0) монеты с помощью микрометра и запишите результаты измерений в отчетную таблицу.

3.  Принимая условно значение d0 за точное (истинное) значение диаметра монеты, вычислите абсолютную и относительную погреш­ности измерений, выполненных с помощью масштабной линейки. Результаты запишите в отчетную таблицу.

1 — скоба; 2 — пятка; 3 — микрометрический винт; 4 — стопор;
5 — стебель; 6 — барабан; 7 — трещотка (фрикцион)

Действие микрометра основано на перемещении винта 3 вдоль оси при вращении его в неподвижной гайке в скобе 1. Перемещение пропорционально углу поворота винта вокруг оси. Полные обороты отсчитывают по шкале, нанесённой на стебле 5 микрометра, а доли оборота — по круговой шкале, нанесённой на барабане 6.

Для микрометров с пределами измерений от 0 до 25 мм при сомкнутых измерительных плоскостях пятки 2 и микрометрического винта 3 нулевой штрих шкалы барабана должен точно совпадать с продольным штрихом на стебле, а скошенный край барабана — с нулевым штрихом шкалы стебля.

Измеряемое изделие зажимают между измерительными плоскостями микрометра. Обычно шаг винта равен 0,5 или 1 мм и соответственно шкала на стебле имеет цену деления 0,5 или 1 мм, а на барабане наносится 50 или 100 делении для получения отсчёта 0,01 мм.

Постоянное осевое усилие при контакте винта с деталью обеспечивается фрикционным устройством — трещоткой 7. При плотном соприкосновении измерительных поверхностей микрометра с поверхностью измеряемой детали трещотка начинает проворачиваться с лёгким треском, при этом вращение микровинта следует прекратить после трёх щелчков.

Отчетная таблица

d1, мм	d0, мм

Контрольные вопросы

•  Какими причинами могут быть вызваны погрешности изме­рений?

•  Какими способами могут быть уменьшены погрешности измерений?

В сильной группе учащихся лабораторная работа 1 займет малую долю урока и большую часть времени можно использовать на решение задачи, знакомящей школьников с конкретными примерами косвенных измерений расстояний и достижениями современной науки в этой области.

Задача об измерении расстояния до Луны

Представьте себе, что вы живете примерно во 2-3 веке до нашей эры и обладаете лишь такими приборами и инстру­ментами, какими располагали ученые в то время.

Попробуйте придумать в этих условиях метод измерения расстояний до Луны и до звезд.

Если вы найдете принципиальное решение задачи, испытайте свой метод на модели. Пусть небольшой мяч или резиновый шар будет моделью Луны. Поместите «Луну» на расстояние 5-6 метров от себя и попробуйте измерить расстояние до нее и ее диаметр. Потом прямыми измерениями проверьте, насколько хорош ваш метод.

Решение задачи

Задача об измерениях расстояний до небесных тел и их размеров имеет важное значение для формирования предстaвлeний учащихся о мире и возможности его познания. Для принципиального решения задачи нужно незаметно помочь детям догадаться, что для измерения расстояния до недоступного предмета можно использовать свойства подобных треугольников. Когда эта идея высказана, остается найти способы практического решения.

Вероятно, начать лучше с использования модели Луны. В классе роль «Луны» может выполнить любое шарообразное тело (глобус, мяч, резиновый шар), установленное на демон­страционном столе или укрепленное на классной доске. Автор идеи должен представить объяснение своего решения с исполь­зованием чертежа на доске. Этот чертеж и будет ориентиром для учеников при практическом выполнении задания.

Лабораторная работа 2
Измерение расстояния до «Луны» и диаметра «Луны»

Для определения расстояния от точки А, в которой находит­ся наблюдатель, до недоступной точки В отметим направление прямой АВ и переместимся на некоторое измеренное рассто­яние до точки С по прямой, перпендикулярной направлению АВ (рис. 1). Из прямоугольного треугольника ABC искомое расстояние АВ равно: АВ = AC∙ctga. Так как расстояние АС из­мерено, для решения задачи нужно найти значение котангенса угла a. Угол a = 90 – b можно определить непосредственным измерением угла b между прямыми СА и СВ. Но более удобно выполнить следующее дополнительное построение. Прикрепим к листу картона лист белой бумаги и положим его на учени­ческий стол таким образом, чтобы левый край листа совпал с прямой АВ. Совпадение проконтролируем наблюдением совпа­дения двух булавок, вколотых по левому краю листа, с центром «Луны» в точке В. Затем, не изменяя положения листа на столе, переместим глаз к правому углу листа. Вколем первую булавку в правый угол листа, а вторую на пересечении прямой, соединяющей первую булавку с центром «Луны», с дальним краем листа. Как видно по рис. 1,

Следовательно, искомое расстояние АВ равно:

После нахождения расстояния до небесного тела может быть решена задача нахождения размеров небесного тела, если удастся измерить угловой диаметр g тела. Обозначим расстояние до небесного тела АВ = L. Тогда диаметр D небесного тела можно вычислить по измеренному углу g, под которым виден диаметр небесного тела с Земли, и расстоянию L:

D = L∙tgg.

Тангенс угла g можно найти, направив масштабную линейку вдоль прямой АВ и измерив расстояние l, на котором монета диаметром d точно закрывает диск «Луны» (рис. 2):

Лабораторная работа 3
Исследование зависимости периода колебаний
маятника от амплитуды колебаний – повторяем опыт Галилея!

Цель работы. Самостоятельное планирование эксперимен­та и анализ полученных результатов.

Оборудование. Шар, нить, штатив, измерительная линейка, секундомер.

Задание. Изготовьте маятник и исследуйте зависимость пе­риода колебаний от амплитуды колебаний.

Лабораторная работа 4
Измерение времени реакции человека на световой сигнал

Цель работы. Экспериментальное исследование психофи­зиологических особенностей своего организма.

Оборудование. Измерительная линейка, или два секундо­мера, или электронный измеритель времени из комплекта «Лаборатория L-микро» по механике.

Задание. Используя предложенное оборудование, измерьте время реакции мышц своей руки на световой сигнал.

Домашнее исследовательское задание

Исследуйте зависимость времени своей реакции от времени суток, предварительной физической нагрузки, концентрации внимания, числа попыток измерения времени реакции, поло­жения тела при проведении опыта и других факторов.

Итак, пред­лагаются лабораторные работы 3 и 4, предполагающие самостоятельное планирование эксперимента, и домашнее исследовательское задание. Учитель может предложить эти задания на выбор учащимся. Работы даются школьникам для самостоятельного вы­полнения без инструкций и указаний. Однако если для некоторых учащихся задание окажется еще слишком сложным, можно дать им краткие инструкции.

Инструкции

Возможный вариант выполнения лабораторной работы 3 «Исследование зависимости периода колебаний маятника от амплитуды колебаний».

1. Подвесьте стальной шарик на нити к лапке штатива. Отведите шарик от положения равновесия на небольшой угол и отпустите. Измерьте время t двадцати колебаний и вычислите период Т колебаний маятника:

Результаты измерений занесите в таблицу 1.

2. Изменяя значения начального отклонения а маятника от положения равновесия, выполните измерения периода колеба­ний маятника при различных значениях амплитуды колеба­ний. Результаты измерений занесите в таблицу 1.

Сделайте вывод о зависимости периода колебаний маятника от амплитуды колебаний.

Таблица 1

	1 опыт	1 опыт	3 опыт
а, см
t, с
Т, с

По результатам эксперимента учащиеся должны обнару­жить, что период колебаний маятника не зависит от амплитуды колебаний. Правда, последнее утверждение не вполне точное: при больших значениях амплитуды коле­баний может быть обнаружено небольшое изменение периода колебаний.

Три возможных варианта выполнения лабораторной работы 4 «Измерение времени реакции человека на световой сигнал»

Интервал времени между моментом действия светового сигнала на глаз человека и моментом ответного мышечного действия называется временем реакции. Учитывать существо­вание времени реакции необходимо людям многих профессий: водителям автомобилей, летчикам, операторам в различных системах управления.

Для измерения времени реакции мышц руки на световой сигнал нужно одновременно с подачей светового сигнала запустить секундомер. В момент времени реакции мышц руки

на этот сигнал секундомер нужно остановить. Показания се­кундомера будут равны времени реакции.

Вариант 1. Если в комплекте предложенно­го оборудования нет секундомера, то эксперимент можно выполнить следующим обра­зом. Один ученик держит измерительную линейку в вертикальном положении, второй располагает пальцы своей руки около нулевой риски шкалы линейки таким образом, чтобы поймать линейку, как только он увидит, что она начала падать.

Расстояние h, которое пролетает линейка от момента начала падения до момента схватывания ее пальцами, определяется временем t реакции второго ученика:

Измерения следует повторить 3–5 раз и вычислить среднее арифметическое значение.

Рис. 4.1

Вариант 2. В эксперименте участвуют два ученика и ис­пользуют два секундомера. Учащийся, время реакции кото­рого необходимо измерить (испытуемый), берет секундомер № 1, а второй учащийся (контролер) берет секундомер № 2. Оба экспериментатора располагаются рядом, чтобы секундомер контролера был виден испытуемому. Контролер запускает секундомер № 2, а испытуемый должен запустить се­кундомер № 1 в тот момент, как увидит движение стрелки секундомера № 2 или смену цифр на дисплее цифрового се­кундомера.

После запуска секундомеров таким способом испытуемый и контролер обмениваются секундомерами и производят останов­ку секундомеров в том же порядке: контролер останавливает секундомер № 1, а испытуемый — секундомер № 2 в момент, когда заметит остановку секундомера № 1.

Испытуемый запускает секундомер № 1 с опозданием на время реакции Dt и останавливает секундомер № 2 опять с опозданием на время реакции Dt. Поэтому показания секундомера № 1 должны быть меньше показаний секундомера № 2 на удвоенное время реакции 2Dt испытуемого:

Время Dt реакции испытуемого на световой сигнал определит­ся выражением:

Измерения необходимо повторить трижды и определить среднее значение времени реакции.

Вариант 3. Для измерения вре­мени реакции человека на свето­вые сигналы можно использовать электронный секундомер 1 с двумя датчиками из комплекта «Лаборатория L-микро» по механике.

Устройство датчика

1) Главным элементом датчика является нормально разомкнутый магнитоуправляемый контакт. Он состоит из двух близко расположенных упругих ферромагнитных контактов, которые при внесении в магнитное поле или при приближении магнита намагничиваются и притягиваются друг к другу. В результате замыкается участок электрической цепи, соединенный с выводами геркона.

2) Электрические контакты геркона соединены проводом с электронным секундомером.

3) Для предотвращения случайного замыкания ферромагнитных контактов контакты размещены в центре 2 герметичного пластикового корпуса напротив небольшого отверстия.

Таким образом, ферромагнитные контакты размещены в герметическом корпусе. Кратко это устройство называют герметическим контактом. Ещё более кратко — геркон.

4) Место соединения пластикового корпуса геркона и провода охватывает постоянный магнит 3.

Как видно на фотографии, датчик устроен таким образом, что ферромагнитные контакты геркона расположены на некотором расстоянии от магнита. Это расстояние подобрано таким, что контакты геркона не замыкаются под воздействием магнита датчика.

5) Но при поднесении магнита одного датчика к ферромагнитным контактам второго датчика (к отверстию в центре пластикового корпуса) происходит замыкание ферромагнитных контактов второго датчика.

Схема электронного секундомера устроена так, что при первом замыкании геркона происходит запуск секундомера, а при следующем замыкании геркона секундомер останавливается.

Запуск и остановка электронного секундомера может осуществляться либо нажатием кнопки «пуск–стоп», либо с помощью магнитных датчиков (см. выше п. 5).

Содержание работы

Время реакции человека на световые сигналы с помощью электронного измерителя времени можно измерить следующим образом.

1. Нажатием на кнопку «Сброс» производится установка на секундомере нуля. Испытуемый берет датчики секундомера и готовится к тому, чтобы возможно быстро поднести магнит 3 одного датчика к геркону 2 второго датчика.

2. Контролер запускает электронный секундомер нажатием кнопки «Пуск». Испытуемый должен остановить секундомер, поднеся магнит 3 одного датчика к геркону 2 второго датчика.

На дисплее будет показано время, отсчитанное от момента запуска до момента остановки секундомера. Это и есть время реакции испытуемого на световые сигналы.

3. Измерения нужно повторить 3–5 раз и найти среднее арифметическое значение.

Приложение к материалу уроков 3–4
«Послание Аресибо»

new Ya. share({element: 'ya-share', elementStyle: {type: 'link', text: 'Поделиться', quickServices: []}}); Дэвис над чашей телескопа Аресибо (фото Ashley Clark)

Радиотелескоп в Аресибо послал важный фермент внеземному разуму

http://www. *****/particle/836

Леонид Попов, 26 ноября 2009

Если в мире и существуют в хорошем смысле безумные учёные, то наш нынешний герой – именно он, хотя на деле — художник. Но разбирающийся и в инженерии, и в генетике. Его работы — смесь искусства и науки. Они лишь отчасти серьёзны и в большей степени несут эмоциональный заряд. На днях он стал обладателем единственного в мире iPhone, отправившего несколько звонков к другим звёздам.

56-летний художник, дизайнер и исследователь Джо Дэвис (Joe Davis), работающий в Массачусетском технологическом институте (MIT), широко известен и за пределами США благодаря своим неординарным работам на стыке разных наук.

В частности, он построил звуковой микроскоп (Audio microscope), переводящий изображение в аудиосигналы и позволяющий услышать живые клетки. Джо смотрел, как бактерии кишечной палочки реагируют на различные звуки (и разную музыку). Дэвис придумал рыболовный крючок для бактерий, который полагалось закидывать в каплю воды, словно в пруд. Однажды он закодировал карту Млечного Пути в ДНК, намереваясь вставить фрагмент кода в лабораторных мышей. И это малая толика находок Джо.

Большая часть кадров обсерватории сделана плёночной камерой, поскольку на использование цифровых аппаратов, равно как сотовых телефонов и другой электроники, тут наложены жёсткие ограничения, во избежание помех чувствительному оборудованию радиотелескопа (фото Ashley Clark).

Некоторые работы американца были откровенно провокационными. Так, словно в насмешку над теорией о самозарождении жизни из первичного бульона (в котором хаотичное перемещение молекул якобы и привело к сборке более сложных соединений), Джо поместил разобранные на части часы в банку с водой и оставил на много лет в одной из лабораторий MIT (они лежат там и сейчас). «Часы куда проще биологических молекул, — рассуждает автор опыта „Primordial clocks“, — но до сих пор никакой самосборки в банке что-то не наблюдается».

Самым свежим проектом Дэвиса, и на этот раз вовсе не шуточным, является звонок инопланетянам. Однако его описание нуждается в отступлении.

Первое в истории радиопослание внеземным цивилизациям отправили 16 ноября 1974 года два американских астронома — Фрэнк Дрейк (Frank Drake) и Карл Саган (Carl Sagan). Они провернули это при помощи самого крупного в мире 305-метрового радиотелескопа Arecibo, расположенного в Пуэрто-Рико. Потому их сигнал и получил известность как "Послание Аресибо".

Джо на фоне одной из своих техноскульптур, возможно, одной из самых обычных работ (фото Kathleen Dooher).

В нём 1679 двоичных цифр (нулей и единичек) представляли собой чёрные и белые пиксели картинки. Разложить эту последовательность полагалось в прямоугольник 23 х 73 — это два простых сомножителя, составляющие 1679. Рисунок Сагана и Дрейка нёс в себе как набор чисел в двоичной записи, так и иллюстративный ряд.

А именно послание содержало: числа от 1 до 10 (одновременно являющиеся ключом к остальной части записи), атомные числа элементов водород, углерод, азот, кислород и фосфор; формулу сахарозы и основания нуклеотидов; количество нуклеотидов ДНК и её схематическое изображение; упрощённое изображение человека; строение Солнечной системы с выделенной третьей планетой; рисунок радиотелескопа в Аресибо и указание на его размеры.

Историческое «Послание Аресибо». Цвета добавлены для лучшего различения отдельных элементов, оригинальное сообщение никакой информации о цвете не несёт (иллюстрация Arne Nordmann).

Сигнал был послан в направлении шарового звёздного скопления M13 без всякой надежды на ответ. Тот опыт скорее служил посланием землянам, заставляющим по-новому взглянуть на наше место во Вселенной и на потенциальную возможность установления с иными цивилизациями контакта посредством радиосвязи. Пусть даже и одностороннего, учитывая расстояния.

Если кто-то через сотни и тысячи лет поймал бы наше сообщение — это было бы здорово. Не менее интересно было бы уловить чужой сигнал, пусть через тысячи лет после его отправки (кстати, Саган и Дрейк являются пионерами в поиске внеземных разумных сигналов — SETI).

С той поры в данной области произошло множество событий: были осуществлены новые попытки отправить послания, были случаи поимки странных сигналов (их разумность так и не подтвердилась). Но надежда всегда остаётся. И в некотором роде именно Дрейк и Саган подарили её человечеству.

Потому 7 ноября 2009 года, за несколько дней до 35-летия «Послания», Дэвис при содействии ряда специалистов, конечно же, послал три новых сообщения к другим звёздам, используя всё тот же знаменитый телескоп Аресибо. При этом совершенно неожиданно художнику пришлось задействовать свой iPhone.

Дэвис благодарен всем сотрудникам Аресибо, которые помогали ему в проекте. Вместе с тем он подметил, что у некоторых астрономов возникли неясные (не высказываемые напрямую, но ощущаемые косвенно) опасения: не повлияет ли негативно столь ненаучный эксперимент на репутацию обсерватории (особенно в свете сокращающегося её финансирования)? Известно, кстати, что в 1970-х «из ряда вон опыт» Дрейка и Сагана был воспринят их коллегами, мягко говоря, сдержанно (фотографии Ashley Clark).

Дело в том, что 6 ноября по прибытии в обсерваторию Джо узнал, что кодер (устройство, осуществляющее прецизионную модуляцию передаваемого сигнала) сломался. Дэвису было жаль улетать обратно в Штаты ни с чем: не известно, когда ещё ему представилась бы возможность послать сообщение инопланетянам.

Джо размышляет о выходе из неприятной ситуации (откладывать проект не хочется – юбилей ведь пройдёт) и держит в руках неосознаваемый ещё ответ (фото Ashley Clark).

Всю следующую ночь Джо и его друзья работали над альтернативной схемой управления радиотелескопом-монстром, в результате чего на утро они придумали обходной вариант, в котором в роли кодера выступил iPhone, соединённый с несколькими «железными ящиками» оборудования в Аресибо рядом проводков. Послание перекодировали в звуковой файл, который управлял модуляцией передатчика.

Удивительно, но такая самопальная схема сработала и отчаянный межзвёздный «вызов с iPhone» был отправлен в чёрную бездну по лучу мощностью 2 мегаватта! (Телескоп Аресибо учёные ведь используют и как огромный планетарный радар, так что он помимо приёмников оборудован мощными трансляторами. Этим воспользовались Саган и Дрейк в 1970-х, и этим воспользовался Дэвис теперь.)

Модель RuBisCO, цветами выделены субъединицы – большие и малые белковые цепи. Чтобы перевести генетический код этого фермента в последовательность радиоимпульсов, Джо присвоил каждому нуклеотиду одно кодовое слово: C) «I», T) «amthe», A) «knowyourself», G) «riddleoflife». Инопланетянам не обязательно понимать их смысл, достаточно уловить идею, что одно слово, отделённое паузами, – это один из четырёх нуклеотидов. Генетический код таким образом превратился в «knowyourself amthe riddleoflife amthe I knowyourself I I knowyourself I knowyourself knowyourself knowyourself I...», и далее ещё много строк. Ну а сама исходная фраза содержит смысл лишь для людей, так как она является вольным вариантом надписи на храме Аполлона в Дельфах – «Познай себя, и ты познаешь тайны мироздания и секреты богов» (иллюстрация с сайта wikipedia. org).

В качестве содержания послания художник выбрал закодированную в нулях и единичках генетическую последовательность, определяющую строение белковой молекулы — рибулозобисфосфат-карбоксилазы-оксигеназы (RuBisCO). Это один из самых распространённых протеинов на Земле и один из главных в природе энзимов: он играет важную роль в фотосинтезе. Проект, соответственно, был назван Rubisco Stars.

Направление передач — три звезды, похожие на Солнце: GJ 83.1, SO 025300.5+165258 и Каппа Кита. Они были выбраны Джо из списка кандидатов на обитаемые системы, составленного в институте по поиску внеземного разума (SETI Institute).

В отличие от послания к M13 (это скопление удалено от нас на 25,1 тысячи световых лет) расстояния до выбранных на этот раз адресатов составляют всего-то от 12 до 30 световых лет. Чисто теоретически многие из живущих ныне людей смогут ещё застать ответ, если на том конце «провода» будет кому расшифровать послание Джо и ответить на его звонок.

Очевидно, достаточно развитая цивилизация должна понять структуру закодированного послания, извлечь из него генетическую последовательность и узнать смысл сообщения: мы показываем чужакам строение молекулы, от которой, по большому счёту, зависит существование всей жизни на Земле, поскольку фотосинтетические организмы являются основанием всей пищевой пирамиды в нашей биосфере.

Тема жизни не раз всплывала в работах Джо. Так, в 1990-х он при помощи молекулярных генетиков создал произведение Microvenus. Дэвис перевёл древние германские руны, означающие жизнь или матушку-землю (они же, если их перевернуть вверх ногами, «пацифик», «мир», «голубиная лапка»), в цифровую форму, а затем, через определённый код, — в последовательность нуклеотидных оснований, которая и была синтезирована и вставлена в геном кишечной палочки.

Выход найден! (фото Ashley Clark)

Эта культура до сих пор размножается в колбах в жилище Джо. Учитывая, что бактерий там уже миллиарды, Дэвис с долей иронии считает себя самым успешным художником в истории, поскольку его рисунок растиражирован в таком чудовищном числе копий.

Культуры бактерий с зашифрованным символом жизни, звуковой микроскоп и рыболовный крючок микрометрового масштаба, который Дэвис пробовал изготавливать методами, напоминающими производство микросхем (фотографии Joe Davis).

Концепцию применения ДНК как бутылки с посланием Джо называет infogene. По его замыслу, синтетический кусок кода вставляется в ту часть молекулы жизни, которая точно не будет переведена в белки (то есть в некодирующую часть). Таким образом, послание может быть растиражировано при размножении клеток. Но прочесть его можно, только обладая техникой секвенирования.

Жизнь, смерть, а также пересечение науки и религии фигурируют и в другом «генетическом» арт-проекте Джо. Это красочные декоративные лоскуты — молитвенные флаги (Prayer flag), которые вопреки тибетской традиции украшены не молитвами, а записью генетического кода человека с фрагментами, отвечающими за ряд болезней.

Это странное обращение к тем, кто способен размышлять и о роли науки в развитии общества (и медицины в частности), и о вере, и о возможном существовании где-то существ, радикально отличающихся от нас, то есть отличных по ДНК.

Добавим, если такие существа будут столь же целеустремлёнными и находчивыми, как сам Джо, они, наверное, смогут разгадать код недавнего межзвёздного звонка.

Энн Дрюян (Ann Druyan), вдова Сагана и одна из интересных фигур в космической отрасли (мы рассказывали о ней), узнав о новой работе Дэвиса, поблагодарила его за столь примечательное празднование юбилея «Послания Аресибо» и особо отметила трюк с телефоном. «Я знаю, Карл полюбил бы историю с iPhone», — добавила Энн.

Дэвис сравнивает обсерваторию в Аресибо с храмом Аполлона: в нём учёные смотрят на небо, пытаясь разгадать очередную его тайну. Но тем самым понемногу узнают что-то новое и о нас самих.

Самая большая в мире астрономическая обсерватория

Радиотелескоп, установленный в Аресибо, — в настоящее время, крупнейший в мире (из использующих одну апертуру).
Телескоп используется для исследований в области радиоастрономии, физики атмосферы и радиолокационных наблюдений объектов Солнечной системы.

Астрономическая обсерватория Ареси́бо расположена в Пуэрто Рико, в 15 км от Аресибо, на высоте 497 м над уровнем моря

Рефлектор телескопа расположен в естественной карстовой воронке и покрытперфорированными алюминиевыми пластинами (размером примерно 1×2 м), уложенными на сетку из стальных тросов. Облучатель антенны подвижный, подвешен на 18 тросах к трём башням С помощью этого передатчика также было отправлено «Послание Аресибо». Это радиосигнал, который был послан 16 ноября 1974 года из обсерватории Аресибо в направлении скопления M13 Геркулеса, находящегося на расстоянии 25000 световых лет. Сообщение длилось 169 секунд, длина волны 12,6 см

Строительство радиотелескопа было начато в 1960 году. Первоначальным назначением телескопа были исследования ионосферы Земли. Автор идеи строительства: профессор Корнельского университета Уильям Гордон

Рабочий диапазон длин волн: от 3 см до 1 м. Рабочий диапазон радиочастот: от 50 МГц до 10 ГГц. Фокусное расстояние: 132,5 м. Форма зеркала рефлектора: сферическая поверхность. Диаметр зеркала рефлектора: 304,8 м. Глубина зеркала рефлектора: 50,9 м. Площадь зеркала ≈м².

Уроки 5–6. Системы отсчета. Способы определения координат тела

Возможный вариант схемы организации уроков 5 – 6 представлен ниже.
Схема содержит систему заданий для учащихся. Вариант предложен учителем школы №82 г. Черноголовка Любимовой Галиной Владимировной. Дети объединяются в группы, читают параграф и находят краткие ответы на поставленные вопросы.

Урок 5

5.1. Сформулируйте понятия:

Механическое движение – ……..……………………………………………………………...

……………………………………………………………………………………………………...

Кинематика – ……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………..

Траектория движения – …………………………………………………….............................

……………………………………………………..........................................................................

Пройденный путь – ...…………………………………………………………………………...

……………………………………………………..........................................................................

Перемещение – ………………………………………………………………………………….

……………………………………………………………………………………………………...

Материальная точка – …………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………...

Система отсчета – ……………………………………………………………………………….

……………………………………………………………………………………………………...

……………………………………………………………………………………………………...

5.2. Решите задачи из учебника.

В задачах 5.1, 5.2 особое внимание обращаем на составление схем для решения задач.

Решения задач к уроку 5

Задача 5.1. Выйдя из дома, человек прошел прямолинейно по улице 80 м, затем изменил направление движения на 90º и прошел еще 40 м. Затем на лифте поднялся вверх на 10 м. Какой путь пройден человеком и чему равен модуль его перемещения?

Решение. Примем, что подъем на лифте засчитывается как путь, пройденный человеком.
В этом случае пройденный человеком путь s равен: s = 80м + 40 м + 10 м = 130 м.

Для того, чтобы найти модуль перемещения человека, изобразим вектор перемещения человека (рис. 5.1).

Рис. 5.1

Из рисунка следует, что модуль перемещения это гипотенуза AD в прямоугольном треугольнике ABD: BD – гипотенуза в прямоугольном треугольнике BCD:

Ответ: s = 130 м, = 90 м.

Рис. 5.2

Задача 5.2. Самолет движется по винтовой линии радиусом R = 2 км, поднимаясь вверх на a = 40 м за один оборот. За время одного такого оборота пассажир самолета переместился от хвоста самолета к кабине пилота на b = 30 м (рис.5.2). Определите пройденный за это время путь и модуль перемещения пассажира относительно Земли и относительно самолета.

Решение

Путь S пассажира самолета относительно Земли складывается из суммы путей:

1) путь s, «пройденный» пассажиром вместе с самолетом при его движении по винтовой линии радиусом R,

2) путь a, «пройденный» пассажиром вместе с самолетом при его подъеме на a за один оборот,

3) путь b, который прошел пассажир от хвоста самолета к кабине пилота за время одного такого оборота самолета.

Найдем путь S пассажира относительно Земли:

Модуль перемещения пассажира самолета относительно Земли можно найти как гипотенузу в прямоугольном треугольнике с катетами a и b:

Путь и модуль перемещения пассажира относительно самолета равны b = 30 м — расстоянию от хвоста самолета до кабины пилота.

Ответы: Путь пассажира самолета относительно Земли равен ≈12630 м,

модуль перемещения пассажира относительно Земли равен 90 м,

путь и модуль перемещения пассажира относительно самолета равны 30 м.

Задача 5.3.

Рис. 5.3

Самолет взлетает с взлетной полосы аэродрома по прямолинейной траектории под углом 14,5° к горизонтальной поверхности со скоростью 360 км/ч. За какое время t при таком движении он поднимется на высоту 1 км над поверхностью Земли? На какое расстояние он удалится при этом от места взлета? На каком расстоянии от места взлета находится точка на поверхности Земли, над которой находится самолет в момент времени t?

Земную поверхность в расчетах считайте горизонтальной.

Решение. При решении этой задачи можно познакомить учащихся со способом разложения вектора скорости на два или три вектора скорости, называемых составляющими исходного вектора. Вектор скорости v самолета можно представить как результат сложения вектора vв, направленного вертикально вверх, и вектора vг, лежащего в горизонтальной плоскости (см. рис.). Модуль вектора vг равен

vг = v·cosa,

модуль вектора vв равен

vв = v·sina.

Вектор vг называют горизонтальной составляющей вектора v, вектор vв называют вертикальной составляющей вектора v.

Изменение высоты h самолета над земной поверхностью со временем t происходит по закону:

h = vвt = v·t·sina.

Отсюда время t подъема самолета на высоту, равную 1 км, равно:

Расстояние s от самолета до места взлета через 40 с равно:

s = vt = 100 м/с·40 с = 4000 м = 4 км.

Расстояние l от места взлета до точки на поверхности Земли, над которой находится самолет через 40 с после взлета равно:

l =vгt = v·t·cosa = 100 м/с · 0,97 · 40 с ≈ 3879 м.

Ответы: s = 4 км, l ≈ 3879 м.

5.3. Приведите примеры задач, когда тело можно считать материальной точкой, а когда — нет

Физическое тело	Можно считать материальной точкой	Нельзя считать материальной точкой
Планета Земля
Человек
Футбольный мяч

5.4. Приведите примеры описания движения, когда положение материальной точки в пространстве задается разным количеством координат

Достаточное количество координат	Примеры
1 координата
2 координаты
3 координаты

Задания 5.3 и 5.4 направлены на формирование понятия материальной точки (5.3) и понимания связи между поставленной задачей и количеством координат, необходимым для ее описания (5.4). Задания даны не в аналитической, а в синтетической форме. Обычно ученикам предоставляется упражнение для нахождения соответствия между предложенным примером и моделью его описания (ученик при выполнении такого задания анализирует и сопоставляет пример с моделью описываемого явления). В настоящих заданиях учащимся самим нужно найти примеры в окружающей действительности и поставить задачу, решение которой будет описываться в рамках предложенной модели. Такой тип заданий является более интеграционным, творческим.

5.5. Задача. Материальная точка переместилась из положения А с координатами ( 1, 2, 3) в положение В с координатами (2, 4, 7). Найдите модуль перемещения точки и его проекции на координатные оси.

Задача 5.5 является чисто техническим упражнением для формирования навыка нахождения проекций векторов на координатные оси, поскольку не у всех учащихся 10 класса этот навык полностью сформирован.

Урок 6. Способы определения координат тела

Учащиеся по материалам §6 учебника и Интернета подготовливают сообщения на шестой урок:

1)  Способы задания координат точки в пространстве.

2)  Определение географических координат на Земле.

3)  Спутниковая система навигации.

В заключении урока, после сообщений учащихся, обсудить необходимость современному человеку знания понятий азимута и т. д., ведь есть навигаторы! Рассмотреть карту, определить широту и долготу твоего дома.