Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №2 - Журнал «Домашняя лаборатория» Страница 98

Интенсивные полярные сияния появляются в связи с мощными хромосферными вспышками на Солнце, приводящими к нарушению нормального состояния ионосферы Земли и появлению магнитных бурь. При наиболее сильных магнитных бурях полярные сияния регистрируются даже на экваторе (широта равна 0). На широте Новосибирска полярные сияния не так уж и редки. Они наблюдаются в северной части неба, чаще всего, как световые столбы разной яркости. Поскольку интенсивность излучения частиц на средних широтах мала, то мы не можем невооруженным глазом увидеть цвет полярного сияния и все его переливы.

Инструкцию по наблюдению полярных сияний можно найти в «Астрономическом календаре» (постоянная часть).

Кириченко Н.А.

• ВОПРОС № 55: Задача про бак… Можно ли её решить так: Пусть Р — пропускная способность 1-ой трубы, а Р2 — другой в Л/мин. Емкость бака тогда будет 8Р. Но 12Р2 — тоже емкость того же бака, поэтому 8Р = 12Р2. Отсюда получим Р = 12Р2/8 = 1,5Р2. Пусть х — время, за которое наполниться бак, тогда хР — хР2 = 12Р2. Если Р = 1,5Р2, то 1,5хР2 - хР2 =12Р2; 1,5хР2 - хР2 - 12Р2 = 0; 0,5хР2 - 12Р2= 0; Р2(0,5х — 12) = 0; Р2 = 0 или 0,5х — 12 = 0; но Р2 не равно 0; 0,5х = 12; х = 12/0,5, х = 24 мин. Что вы думаете?..

ОТВЕТ: Напомним условие Задачи: «Через трубу наверху бака он заполняется за 8 мин. Через другую трубу внизу бака он полностью опорожняется за 12 мин. За сколько времени заполнится пустой бак, если открыть обе трубы одновременно?»

При вытекании через 2-ую трубу скорость вытекающей жидкости меняется, т. к. она вытекает при переменном напоре столба жидкости. Известно, что при этом скорость уровня жидкости в баке линейно меняется с течением времени (рис. 1). Это значит, что введенная при решении пропускная способность 2-ой трубы Р2 — средняя пропускная способность, которая равна половине максимальной.

С другой стороны, когда открыты обе трубы, уровень жидкости в баке повышается с переменным ускорением (рис. 2).

Действительно, пока жидкости в баке мало, скорость вытекания мала, и он наполняется почти равномерно. По мере роста уровня жидкости растет напор столба, увеличивается скорость вытекания, и, как следствие, падает скорость роста уровня жидкости в баке. Больше того, если бак очень большой, то, начиная с некоторого уровня жидкости, его повышение прекращается: сколько жидкости втекает, столько и вытекает (рис. 3). Видно, что средняя пропускная способность 2-ой трубы Р2' в этом случае не равна половине максимальной пропускной способности.

Таким образом, уравнение, описывающее заполнение бака, выглядит следующим образом: 1,5хР2 - хР2' = 12Р2. Но сократить его на Р2 теперь не удастся.

Правильный ответ задачи: бак вообще не сможет заполниться, он будет заполнен на 9/16 высоты.

Шелест В.И.

• ВОПРОС № 56: Какое влияние оказывают различные поля (электрическое, магнитное, электромагнитное и др.) на человека?

ОТВЕТ: Относительно слабое статическое электрическое поле на человека, по-видимому, не влияет никак. Стоит просто вспомнить, что все мы живем в электрическом поле Земли (точнее системы Земля-ионосфера), которое, примерно, равно 100 В/м., во время грозы это поле увеличивается в десятки раз. В сильном электрическом поле может возникать ионизация воздуха, которая, вообще говоря, вредна для здоровья человека. Возможны также и электрические разряды (например, молния) которые могут просто убить…

По поводу воздействия магнитного поля на организм известно очень немного. Считается, что относительно сильные магнитные поля заметного действия на организм не оказывают. Поэтому ЯМР-томография (ЯМР — ядерный магнитный резонанс) считается совершенно безвредной. А ведь магнитное поле в современных томографах достигает 1–2 Тесла. Это в примерно 30000 больше, чем магнитное поле Земли, в котором все мы живем (7∙10-5 Тл).

Со слабыми полями ситуация сложнее. Существуют эксперименты по содержанию животных (мышей) в "магнитном вакууме". С помощью ферромагнитных экранов внешние магнитные поля подавлялись примерно в 1000 раз. Оказалось, что в магнитном вакууме популяция мышей вырождается через несколько поколений, и через некоторое время они погибают. Популяция, живущая в таком же боксе, но из алюминия (который не экранирует магнитного поля Земли), прекрасно развивалась.

Сильные переменные магнитные поля представляют значительную опасность для здоровья. Такие поля индуцируют вихревые токи в теле человека, что может привести к серьезным осложнениям и даже смерти.

Что касается высокочастотных электромагнитных полей, то они весьма опасны, так как вызывают локальный перегрев внутренних органов и частей тела. Например, СВЧ излучение с длиной волны порядка 3-10 см вредно действует на глаза. В результате воздействия СВЧ излучения на организм возможны серьезные расстройства здоровья и значительно возрастает риск возникновения онкологических заболеваний. Поэтому существуют жесткие санитарные нормы на предельный уровень мощности ВЧ и СВЧ излучения в различных частотных диапазонах.

Воробьев П.В.

Подробности (с критериями допустимых воздействий) смотрите в книге: «Магнитные поля», отчет Всемирной организацией здравоохранения, М., Медицина,1992.

• ВОПРОС № 57: Какова история и функция темного пятна на Солнце?

ОТВЕТ: Темные пятна на Солнце впервые замечены древнекитайскими астрономами (естественно, невооруженным глазом). Солнечные пятна были открыты с появлением первых телескопов в начале XVII в. Шейнером и Галилеем. Шейнер наблюдал пятна раньше Галилея, но не понял их природы и не опубликовал о своем открытии. Приоритет открытия принадлежит по праву Галилею. Наблюдая за движением пятна по диску Солнца, Галилей определил период вращения Солнца. Оказалось, что скорость вращения вещества Солнца на разных широтах разная. Солнце вращается не как твердое тело.

В возникновении темных пятен нет ничего необычного. Солнце — это огромный бурлящий "котел" плазмы. Внутри оно горячее, снаружи — холоднее. Из-за этого перепада температур возникают конвекционные потоки — остывшие массы идут вглубь, а на их место поднимаются более горячие. Все было бы хорошо, если бы этому процессу не мешало сильное магнитное поле Солнца. Оказывается, что магнитные вихри могут локально приостановить конвекцию, не дать остывшим массам опуститься. В результате, эта область на солнечной поверхности будет холоднее окружающих, и поэтому будет выглядеть темнее. Это и есть темное пятно.

Солнечное пятно — область фотосферы с мощным магнитным полем, и его сложная структура обусловлена магнитогидродинамическими эффектами в плазме. В пятне кроме тени и полутени прослеживается тонкая структура, являющаяся, в конечном счете, видоизмененной