Необычные опыты по физике: Простые занимательные опыты и интересные эксперименты в домашних условиях: химические и физические видео-опыты

2. Сообщающиеся сосуды

Для демонстрации сообщающихся сосудов возьмем ряд сосудов различной формы, соединенных в нижней части трубками.

Рисунок 19

Рисунок 20

Будем наливать жидкость в один из них: мы сейчас же обнаружим, что жидкость перетечет по трубкам в остальные сосуды и установится во всех сосудах на одном уровне.

Объяснение этого опыта заключается в следующем. Давление на свободных поверхностях жидкости в сосудах одно и то же; оно равно атмосферному давлению. Таким образом, все свободные поверхности принадлежат одной и той же поверхности уровня и, следовательно, должны находиться в одной горизонтали плои верхняя кромка самого сосуда: иначе чайник нельзя будет налить доверху.

Рисунок 21

3.Шар Паскаля

Шар Паскаля – это прибор предназначен для демонстрации равномерной передачи давления, производимого на жидкость или газ в закрытом сосуде, а также подъёма жидкости за поршнем под влиянием атмосферного давления.

Для демонстрации равномерной передачи давления, производимого на жидкости в закрытом сосуде, необходимо, используя поршень, набрать в сосуд воды и плотно насадить на патрубок шар. Вдвигая поршень в сосуд, продемонстрировать истечение жидкости из отверстий в шаре, обратив внимание на равномерное истечение жидкости по всем направлениям.

Рисунок 22

Интересные простые опыты по физике. Творим новый цвет. Используем продукты питания

Как заинтересовать ребенка к познанию новых веществ и свойств различных предметов и жидкостей? У себя дома можно устроить импровизированную химическую лабораторию и провести простые химические опыты для детей в домашних условиях.

Превращения будут оригинальными и уместными в честь какого-либо праздничного события или же в самых обычных условиях для ознакомления ребенка со свойствами разных материалов. Вот некоторые простые фокусы, которые легко повторить дома.

Химические опыты с использованием чернил

Возьмите небольшую емкость с водой, лучше с прозрачными стенками.

Растворите в ней каплю туши или чернил – вода окрасится в синий цвет.

Добавьте в раствор одну таблетку активированного угля предварительно измельченную.

Затем хорошо взболтайте емкость и увидите, что она постепенно будет светлой, без оттенка краски. Порошок угля обладает впитывающим свойством, и вода приобретает свой исходный цвет.

Пробуем создать облака в домашних условиях

Возьмите высокую банку и налейте в нее немного горячей воды (около 3 см). Приготовьте в морозилке кубики льда и положите их на плоский противень, который разместите на банку.

Горячий воздух в банке будет охлаждаться, образуя водяной пар. Молекулы конденсата станут собираться вместе в виде облака.Такое превращение демонстрирует происхождение в природе облаков, когда охлаждается теплый воздух. А почему идет дождь?

Капли воды, оказавшиеся на земле, нагреваются и поднимаются вверх. Там они охлаждаются и встречаясь друг с другом формируются в облака. Затем облака тоже соединяются в тяжелые образования, и выпадают на землю в качестве осадков. Посмотрите видео химических опытов для детей в домашних условиях.

Ощущения для рук при разной температуре воды

Понадобится три глубоких миски с водой – холодной, горячей и комнатной температуры.

Ребенок должен прикоснуться одной рукой холодной воды, а другой — горячей.

Спустя пару минут обе руки помещают в сосуд с водой комнатной температуры. Какой ощущается ему вода? Есть ли разница в температуре восприятия?

Вода может впитываться и окрашивать растение

Для этого красивого превращения потребуется живое растение или стебель цветка.

Поместите его в стакан с водой, окрашенной любым ярким цветом (красный, синий, желтый).

Постепенно заметите, что растение окрашивается тем же цветом.

Это происходит, потому что стебель впитывает воду и принимает ее цвет. На языке химических явлений такой процесс принято называть осмос или односторонняя диффузия.

Огнетушитель можно сделать самостоятельно в домашних условиях

Необходимые действия:

1. Возьмем свечу.
2. Необходимо зажечь ее, и разместить в банке так, чтобы она стояла прямо, и пламя не доходило до ее краев.
3. В банку аккуратно положите чайную ложку разрыхлителя для теста.
4. Затем налейте в нее чуть-чуть уксуса.

Далее смотрим на превращение – белый порошок разрыхлителя зашипит, образуя пену, а свеча потухнет. Такое взаимодействие двух веществ обеспечивает возникновение углекислого газа. Он опускается на дно банки, поскольку тяжелый в сравнении с другими атмосферными газами.

Огонь не получает доступа кислорода и гаснет. Именно такой принцип заложен в устройство огнетушителя. Все они содержат углекислый газ, который тушит пламя огня.

Что вам еще обязательно надо прочитать:

Апельсины умеют свойство плавать на воде

Если апельсин положить в миску с водой, то он не будет тонуть. Почистите его и снова окуните в воду– увидите его на дне. Как так произошло?

Кожура апельсина имеет пузырьки воздуха, на которых он держится на воде, почти как на надувном матрасе.

Проверяем яйца на способность плавать на воде

Снова используем банки с водой. В одну из них положите пару ложек соли и размешайте до растворения. Окуните по яйцу в каждую из банок. В соленой воде оно будет находиться на поверхности, а в обычной – опустится на дно.

Министерство образования и науки Челябинской области

Пластовский технологический филиал

ГБПОУ СПО «Копейский политехнический колледж им. С.В Хохрякова»

МАСТЕР — КЛАСС

«ОПЫТЫ И ЭКСПЕРЕМЕНТЫ

ДЛЯ ДЕТЕЙ»

Учебно — исследовательская работа

«Занимательные физические опыты

из подручных материалов»

Руководитель: Ю.В. Тимофеева, преподаватель физики

Исполнители: студенты группы ОПИ — 15

Аннотация

Физические опыты повышают интерес к изучению физики, развивают мышление, учат применять теоретические знания для объяснения различных физических явлений, происходящих в окружающем мире.

К сожалению, из-за перегруженности учебного материала на уроках физики занимательным опытам уделяется недостаточное внимание

С помощью опытов, наблюдений и измерений могут быть исследованы зависимости между различными физическими величинами.

Все явления, наблюдаемые при проведении занимательных опытов, имеют научное объяснение, для этого использовали фундаментальные законы физики и свойства окружающей нас материи.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Без сомнения, все наше знание начинается с опытов.

(Кант Эммануил — немецкий философ 1724-1804г.г)

Физика — это не только научные книги и сложные законы, не только огромные лаборатории. Физика — это еще интересные эксперименты и занимательные опыты. Физика — это фокусы, показанные в кругу друзей, это смешные истории и забавные игрушки-самоделки.

Самое главное, для физических опытов можно использовать любой подручный материал.

Физические опыты можно делать с шарами, стаканами, шприцами, карандашами, соломинками, монетами, иголками и т.д.

Опыты повышают интерес к изучению физики, развивают мышление, учат применять теоретические знания для объяснения различных физических явлений, происходящих в окружающем мире.

При проведении опытов приходится не только составлять план его осуществления, но и определять способы получения некоторых данных, самостоятельно собирать установки и даже конструировать нужные приборы для воспроизведения того или иного явления.

Но, к сожалению, из-за перегруженности учебного материала на уроках физики занимательным опытам уделяется недостаточное внимание, большое внимание уделяется теории и решению задач.

Поэтому было решено провести исследовательскую работу по теме «Занимательные опыты по физике из подручных материалов».

Цели исследовательской работы следующие:

1. Освоить методики физических исследований, овладеть навыками правильного наблюдения и техникой физического эксперимента.

   Организация самостоятельной работы с различной литературой и другими источниками информации, сбор, анализ и обобщение материала по теме исследовательской работы.

   Научить обучающихся, применять научные знания для объяснения физических явлений.

   Привить любовь обучающимся к физике, усилить концентрацию их внимания на понимании законов природы, а не на механическом их запоминании.

При выборе темы исследования мы исходили из следующих принципов:

Субъективность — выбранная тема соответствует нашим интересам.

Объективность — выбранная нами тема актуальна и важна в научном и практическом отношении.

Посильность — задачи и цели, поставленные нами в работе, реальны и выполнимы.

1. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ.

Исследовательская работа проводилась по следующей схеме:

Постановка проблемы.

Изучение информации из разных источников по данной проблеме.

Выбор методов исследования и практическое овладение ими.

Сбор собственного материала — комплектование подручных материалов, проведение опытов.

Анализ и обобщение.

Формулировка выводов.

В ходе исследовательской работы применялись следующие физические методики исследований:

1. Физический опыт

Проведение опыта состояло из следующих этапов:

Уяснение условий опыта.

Этот этап предусматривает знакомство с условиями проведения эксперимента, определение перечня необходимых подручных приборов и материалов и безопасных условий при проведении опыта.

Составление последовательности действий.

На этом этапе намечался порядок проведения опыта, в случае необходимости добавлялись новые материалы.

Проведение опыта.

2. Наблюдение

При наблюдении за явлениями, происходящими в опыте, мы обращали особое внимание на изменение физических характеристик, при этом мы получали возможность обнаруживать закономерные связи между различными физическими величинами.

3. Моделирование.

Моделирование является основой любого физического исследования. При проведении опытов мы моделировали различные ситуативные эксперименты .

Всего нами смоделировано, проведено и научно объяснено несколько занимательных физических опытов.

2.Организация исследовательской работы:

2.1 Методика проведения различных опытов:

Опыт № 1 Свеча за бутылкой

Приборы и материалы : свеча, бутылка, спички

Этапы проведения опыта

Поставить зажженную свечу позади бутылки, а самому стань так, чтобы лицо отстояло от бутылки на 20-30 см.

Стоит теперь дунуть, и свеча погаснет, будто между тобой и свечёй нет никакой преграды.

Опыт № 2 Вертящаяся змейка

Приборы и материалы: плотная бумага, свеча, ножницы.

Этапы проведения опыта

Из плотной бумаги вырезать спираль, растянуть её немного и посадить на конец изогнутой проволоки.

Держать эту спираль над свечкой в восходящем потоке воздуха, змейка будет вращаться.

Приборы и материалы : 15 спичек.

Этапы проведения опыта

Положить одну спичку на стол, а на неё поперёк 14 спичек так, чтобы головки их торчали кверху, а концы касались стола.

Как поднять первую спичку, держа её за один конец, и вместе с нею все остальные спички?

Опыт № 4 Парафиновый мотор

Приборы и материалы: свеча, спица, 2 стакана, 2 тарелки, спички.

Этапы проведения опыта

Чтобы сделать это мотор, нам не нужно ни электричества, ни бензина. Нам нужно для этого только… свеча.

Раскалить спицу и воткнуть её их головками в свечку. Это будет ось нашего двигателя.

Положить свечу спицей на края двух стаканов и уравновесить.

Зажечь свечу с обоих концов.

Опыт №5 Толстый воздух

Мы живём благодаря воздуху, которым мы дышим. Если тебе не кажется это достаточно волшебным, проделай этот эксперимент, чтобы узнать, на какую ещё магию способен воздух.

Реквизит

Защитные очки

Сосновая дощечка 0,3х2,5х60 см (можно приобрести в любом магазине пиломатериалов)

Газетный лист

Линейка

Подготовка

Начинаем научное волшебство!

Надень защитные очки. Объяви зрителям: «В мире есть два вида воздуха. Один из них — тощий, а другой — жирный. Сейчас я с помощью жирного воздуха совершу волшебство».

Положи на стол дощечку так, чтобы примерно 6 дюймов (15 см) выступало на край стола.

Произнеси: «Толстый воздух садись на дощечку». Ударь по концу дощечки, который выступает за край стола. Дощечка подпрыгнет в воздух.

Скажи зрителям, что на дощечку сел, должно быть, тощий воздух. Опять положи дощечку на стол как в пункте 2.

Положи на дощечку газетный лист, как показано на рисунке, чтобы дощечка была посередине листа. Разгладь газету, чтобы между ней и столом не осталось воздуха.

Снова скажи: «Толстый воздух, садись на дощечку».

Ударь по выступающему концу ребром ладони.

Опыт №6 Непромокаемая бумага

Реквизит

Бумажное полотенце

Стакан

Пластиковая миска или ведёрко, в которое можно налить достаточное количество воды, чтобы она полностью покрыла стакан

Подготовка

Разложи всё необходимое на столе

Начинаем научное волшебство!

Объяви зрителям: «C помощью своего магического мастерства я смогу сделать так, чтобы кусочек бумаги остался сухим».

Сомни бумажное полотенце и положи его на дно стакана.

Переверни стакан и убедись, что комок бумаги остаётся на месте.

Произнеси над стаканом какие-нибудь волшебные слова, например: «магические силы, оградите бумагу от воды». Потом медленно опусти перевёрнутый стакан в миску с водой. Старайся держать стакан как можно ровнее, пока он не скроется под водой полностью.

Вытащи стакан из воды и стряхни с него воду. Переверни стакан дном книзу и достань бумагу. Дай зрителям пощупать её и убедиться, что она осталась сухой.

Опыт №7 Летающий мячик

Видел ли ты, как на выступлении фокусника человек поднимается в воздух? Попробуй провести подобный эксперимент.

Обрати внимание: Для этого эксперимента понадобиться фен и помощь взрослых.

Реквизит

Фен (пользоваться должен только взрослый помощник)

2 толстые книги или другие тяжёлые предметы

Мячик для пинг-понга

Линейка

Взрослый ассистент

Подготовка

Установи фен на столе вверх отверстием, откуда дует горячий воздух.

Чтобы установить его в таком положении, используй книги. Проверь, чтобы они не закрывали отверстие сбоку, где воздух засасывается в фен.

Включи фен в розетку.

Начинаем научное волшебство!

Попроси кого-нибудь из взрослых зрителей стать твоим ассистентом.

Объяви зрителям: «Сейчас я заставлю обыкновенный пинг-понговый шарик летать по воздуху».

Возьми шарик в руку и отпусти, чтобы он упал на стол. Скажи зрителям: «Ой! Я забыл сказать волшебные слова!»

Произнеси над мячиком волшебные слова. Пусть твой ассистент включит фен на полную мощность.

Аккуратно помести шарик над феном в струю воздуха, примерно в 45 см от выдувающего отверстия.

Советы учёному волшебнику

В зависимости от силы выдува, тебе, возможно, придётся поместить шарик немного выше или ниже, чем указано.

Что ещё можно сделать

Попробуй проделать тоже самое с мячиком разного размера и массы. Одинаково ли хорошо будет получаться опыт?

2. 2 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ:

1) Опыт № 1 Свеча за бутылкой

Объяснение:

Свеча будет понемножку всплывать, причём охлаждённый водой парафин у края свечи будет таять медленней, чем парафин, окружающий фитиль. Поэтому вокруг фитиля образуется довольно глубокая воронка. Эта пустота, в свою очередь, облегчает свечу, потому-то наша свеча и догорит до конца .

2) Опыт № 2 Вертящаяся змейка

Объяснение:

Змейка вращается, т.к. происходит расширение воздуха под действием тепла и о превращении теплой энергии в движение.

3) Опыт №3 Пятнадцать спичек на одной

Объяснение:

Для того, чтобы поднять все спички, нужно только поверх всех спичек, в ложбинку между ними, положить ещё одну, пятнадцатую спичку.

4) Опыт № 4 Парафиновый мотор

Объяснение:

Капля парафина упадёт в одну из тарелок, подставленных под концы свечи. Равновесие нарушится, другой конец свечи перетянет и опустится; при этом с него стечёт несколько капель парафина, и он станет легче первого конца; он поднимается к верху, первый конец опустится, уронит каплю, станет легче, и наш мотор начнёт работать вовсю; постепенно колебания свечи будут увеличиваться всё больше и больше.

5) Опыт №5 Толстый воздух

Когда ты ударяешь по дощечке в первый раз, она подпрыгивает. Но если ударить по дощечке, на которой лежит газета, дощечка ломается.

Объяснение:

Когда ты разглаживаешь газету, ты удаляешь из-под неё почти весь воздух. Вместе с тем большое количество воздуха сверху газеты давит на неё с большой силой. Когда ты ударяешь по дощечке, она ломается, потому что давление воздуха на газету не даёт дощечке подняться вверх в ответ на приложенную тобой силу.

6) Опыт №6 Непромокаемая бумага

Объяснение:

Воздух занимает определённый объём. В стакане есть воздух, в каком бы положении он не находился. Когда ты переворачиваешь стакан кверху дном и медленно опускаешь в воду, воздух остаётся в стакане. Вода из-за воздуха не может попасть в стакан. Давление воздуха оказывается больше, чем давление воды, стремящейся проникнуть внутрь стакана. Полотенце на дне стакана остаётся сухим. Если стакан под водой перевернуть набок, воздух в виде пузырьков будет выходить из него. Тогда сможет попасть в стакан.

8) Опыт №7 Летающий мячик

Объяснение:

На самом деле этот трюк не противоречит силе тяжести. В нём демонстрируется важная способность воздуха, называемая принципом Бернулли. Принцип Бернулли — закон природы, согласно которому любое давление любого текучего вещества, в том числе воздуха, уменьшается с ростом скорости его движения. Иначе говоря при низкой скорости потока воздуха он имеет высокое давление.

Воздух, выходящий из фена, движется очень быстро, и следовательно его давление невелико. Мячик со всех сторон окружён областью низкого давления, которая образует конус у отверстия фена. Воздух вокруг этого конуса обладает более высоким давлением, и не даёт мячику выпасть из зоны низкого давления. Сила тяжести тянет его вниз, а сила воздуха тянет его вверх. Благодаря совместному действию этих сил, шарик и зависает в воздухе над феном.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализируя результаты занимательных опытов, мы убедились, что знания полученные на занятиях по физике вполне применимы для решения практических вопросов.

С помощью опытов, наблюдений и измерений были исследованы зависимости между различными физическими величинами.

Все явления, наблюдаемые при проведении занимательных опытов, имеют научное объяснение, для этого мы использовали фундаментальные законы физики и свойства окружающей нас материи.

Законы физики основаны на фактах, установленных опытным путем. Причем нередко истолкование одних и тех же фактов меняется в ходе исторического развития физики. Факты накапливаются в результате наблюдений. Но при этом только ими ограничиваться нельзя. Это только первый шаг к познанию. Дальше идет эксперимент, выработка понятий, допускающих качественные характеристики. Чтобы из наблюдений сделать общие выводы, выяснить причины явлений, надо установить количественные зависимости между величинами. Если такая зависимость получается, то найден физический закон. Если найден физический закон, то нет необходимости ставить в каждом отдельном случае опыт, достаточно выполнить соответствующие вычисления. Изучив экспериментально количественные связи между величинами, можно выявить закономерности. На основе этих закономерностей развивается общая теория явлений.

Следовательно, без эксперимента не может быть рационального обучения физике. Изучение физики и других технических дисциплин предполагает широкое использование эксперимента, обсуждение особенностей его постановки и наблюдаемых результатов.

В соответствии с поставленной задачей все опыты проведены с использованием только дешевых, малогабаритных подручных материалов.

По итогам учебно — исследовательской работы можно сделать следующие выводы:

1. В различных источниках информации можно найти и самим придумать много занимательных физических опытов, выполняемых с помощью подручного оборудования.

   Занимательные опыты и самодельные физические приборы увеличивают спектр демонстраций физических явлений.

   Занимательные опыты позволяют проверить законы физики и теоретические гипотезы.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

М. Ди Специо «Занимательные опыты», ООО «Астрель», 2004г.

Ф.В. Рабиза «Забавная физика», Москва, 2000г.

Л. Гальперштейн «Здравствуй, физика», Москва, 1967г.

А. Томилин «Хочу все знать», Москва, 1981г.

М.И. Блудов «Беседы по физике», Москва, 1974г.

Я.И. Перельман «Занимательные задачи и опыты», Москва, 1972г.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Диск:

1. Презентация «Занимательные физические опыты из подручных материалов»

2. Видеоролик «Занимательные физические опыты из подручных материалов»

Краткое содержание: Химический опыт — невидимые чернила. Опыты с лимонной кислотой и содой. Эксперименты с поверхностным натяженим на воде. Могучая скорлупа. Научи яйцо плавать. Анимация. Опыты с оптическими иллюзиями.

Ваш малыш любит всё таинственное, загадочное и необычное? Тогда обязательно проведите вместе с ним описанные в этой статье нехитрые, но очень любопытные опыты. Большинство их них удивят и даже озадачат ребенка, дадут ему возможность самому убедиться на практике в необычных свойствах обычных предметов, явлений, их взаимодействии между собой, понять причину происходящего и приобрести тем самым практический опыт.

Ваши сын или дочь непременно заслужат уважение сверстников, показывая им опыты как фокусы. Например, они смогут заставить «кипеть» холодную воду или с помощью лимона запускать самодельную ракету. Подобные развлечения можно включить в программу дня рождения детей дошкольного и младшего школьного возраста.

Невидимые чернила

Лимон надувает воздушный шар

Лимон запускает ракету в космос

Разбегающиеся зубочистки

Могучая скорлупа

Научи яйцо плавать

«Наживка» для льда

Может ли «кипеть» холодная вода?

Соломинка-пипетка

Соломинка-флейта

Соломинка-рапира

Птичка в клетке

Как квадрат превращается в круг?

Сильная газета

Могучее дыхание

Рекордный вес

Более 160 экспериментов, которые наглядно демонстрируют законы физики и химии, сняты, смонтированы и выложены в сеть на научно-познавательном видео-канале «Простая наука». Многие из опытов настолько просты, что их легко повторить и дома – они не требуют специальных реактивов и приспособлений. О том, как сделать простые химические и физические опыты в домашних условиях не только интересными, но и безопасными, какие эксперименты увлекут малышей, а какие будут любопытны школьникам, «Летидору» рассказал Денис Мохов, автор и главный редактор научно-познавательного видео-канала «Простая наука» .

– С чего начался ваш проект?

– Я с детства люблю различные опыты. Сколько себя помню, собирал различные идеи для экспериментов, в книгах, телепередачах, чтобы потом самостоятельно их повторить. Когда я сам стал отцом (моему сыну Марку сейчас 10 лет), для меня всегда было важно сохранить любознательность в сыне и, конечно, суметь ответить на его вопросы. Ведь, как и любой ребёнок, он смотрит на мир совершенно иначе, чем взрослые. И и в определенный момент его самым любимым словом стало слово «почему?». Именно из этих «почему?» начались домашние опыты. Ведь рассказать – это одно, а показать – совсем другое. Можно сказать, что любопытство моего ребёнка послужило импульсом для создания проекта «Простая наука».

– Сколько лет было вашему сыну, когда вы начали практиковать домашние опыты?

– Опытами дома мы занимаемся c того момента, как сын пошел в детский сад, где-то после двух лет. Сначала это были совершенно простые эксперименты с водой и равновесием. Например, реактивный пакет , бумажные цветы на воде , две вилки на спичечной головке . Сыну сразу понравились эти забавные «фокусы». Причем ему, как и мне, всегда интересно не столько наблюдать, сколько повторить их самостоятельно.

– С маленькими детьми можно провести интересные эксперименты в ванной: с лодочкой и жидким мылом , бумажным корабликом и воздушным шаром,
теннисным шариком и струей воды . Ребенок с самого рождения стремится познавать все новое, эти зрелищные и красочные опыты ему обязательно понравятся.

Когда же мы имеем дело со школьниками, пусть даже и первоклассниками, тут уже можно развернуться вовсю. В этом возрасте детям интересны взаимосвязи, они будут внимательнее наблюдать эксперимент, а потом искать объяснение, почему происходит так, а не иначе. Здесь как раз можно разъяснить суть явления, причины взаимодействий, пусть даже и не совсем научными терминами. И, когда на школьных уроках ребенок столкнется с подобными явлениями (в том числе в старших классах), объяснения учителя ему будут понятны, ведь он это уже знает с детства, у него есть личный опыт в этой области.

Интересные эксперименты для младших школьников

**Пакет, проткнутый карандашами**

**Яйцо в бутылке**

Резиновое яйцо

**– Денис, что посоветуете родителям в плане безопасности домашних экспериментов?** – Опыты я бы условно разделил на три группы: безобидные, опыты, требующие аккуратности и опыты, и последнее **–** опыты, требующие соблюдения техники безопасности. Если вы демонстрируете, как две вилки стоят на кончике зубочистки, то это первый случай. Если вы делаете опыт с атмосферным давлением, когда стакан с водой накрывают бумажным листом и затем переворачивают, то тут нужно быть аккуратным и не пролить воду на электроприборы **–** делайте опыт над раковиной. Когда в опытах участвует огонь, припасите сосуд с водой на всякий случай. А если используете какие-либо реактивы или химикаты (пусть даже обыкновенный уксус), тут лучше выйти на свежий воздух или в хорошо проветриваемое помещение (например, балкон) и еще обязательно надеть на ребенка защитные очки (можно использовать лыжные, строительные или солнцезащитные).

**– Где взять реактивы и приспособления?** **– ** Дома для проведения опытов с детьми до 10 лет лучше всего использовать общедоступные реактивы и приспособлениями. Это то, что есть у каждого из нас на кухне: сода, соль, куриное яйцо, вилки, стаканы, жидкое мыло. Безопасность в нашем деле превыше всего. Особенно, если ваш «юный химик» после успешных экспериментов вместе с вами, попытается повторить опыты самостоятельно. Только не нужно ничего запрещать, все дети любознательны, а запрет подействует как дополнительный стимул! Лучше объяснить ребенку, почему некоторые эксперименты нельзя делать без взрослых, что есть определенные правила, где-то нужна открытая площадка для проведения опыта, где-то необходимы резиновые перчатки или очки. **– Была ли в вашей практике такие случаи, когда эксперимент оборачивался экстренной ситуацией?** **– ** Ну, дома ничего такого не было. Зато в редакции «Простой науки» частенько случаются казусы. Однажды, снимая опыт с ацетоном и оксидом хрома, мы немного не рассчитали пропорции, и опыт чуть было не вышел из-под контроля.

А недавно, при съемках для канала Наука 2.0, мы должны были сделать зрелищный эксперимент, когда 2000 шариков для настольного тенниса вылетают из бочки и красиво падают на пол. Так вот, бочка оказалась довольно хрупкой и вместо красивого полета шариков получился взрыв с оглушающим грохотом. **– Откуда берете идеи для опытов?** **–** Идеи находим в интернете, в научно-популярных книгах, в новостях о каких-то интересных открытиях или необычных явлениях. Основные критерии **–** зрелищность и простота. Стараемся выбирать те эксперименты, которые легко повторить дома. Правда, иногда мы выпускаем «деликатесы» **–** опыты, для которых нужны необычные приспособления, специальные ингредиенты, но это бывает не слишком часто. Иногда советуемся с профессионалами из тех или иных областей, например, когда делаем опыты по сверхпроводимости при низких температурах или в химических опытах, когда требуются редкие реактивы. В поиске идей нам также помогают наши зрители (число которых в этом месяце перевалило за 3 миллиона), за что мы их, конечно, благодарим.

Маленький ребенок — это не только вечный двигатель и прыгатель, но еще гениальный выдумщик и бесконечная почемучка. Детское любопытство хоть и доставляет родителям много забот, но само по себе очень полезно — ведь это залог развития малыша. Узнавать что-то новое полезно не только в виде уроков, но и в форме игры или опытов. Именно о них мы сегодня и поговорим. Простые физические и химические опыты не требуют особенных знаний, специальной подготовки или дорогих материалов. Их можно проводить на кухне, чтобы удивить, развлечь ребенка, открыть перед ним целый мир или просто поднять настроение. Практически любой опыт ребенок может подготовить и поставить самостоятельно в вашем присутствии. Однако, в некоторых из экспериментов, главным действующим лицом лучше сделать маму или папу.

Взрыв цвета в молоке

Что может быть удивительнее, чем превращение привычной вещи в непривычную, когда белое, знакомое каждому, молоко становится разноцветным?

Понадобится: цельное молоко (обязательно!), пищевые красители разных цветов, любое жидкое моющее средство, ватные палочки, тарелка.
План работы:

1. Налейте молоко в тарелку.
2. Добавьте в него по несколько капель каждого красителя. Старайтесь делать это аккуратно, чтобы не двигать саму тарелку.
3. Возьмите ватную палочку, окуните ее в средство и прикоснитесь ей в самый центр тарелки с молоком.
4. Молоко начнет двигаться, а цвета перемешиваться. Настоящий взрыв цвета в тарелке!

Объяснение опыта: Молоко состоит из молекул разного типа: жиры, белки, углеводы, витамины и минералы. При добавлении в молоко моющего средства происходит одновременно несколько процессов. Во-первых, моющее средство снижает поверхностное натяжение, и за счет этого пищевые красители начинают свободно перемещаться по всей поверхности молока. Но самое главное, что моющее средство вступает в реакцию с молекулами жира в молоке, и приводит их в движение. Именно поэтому для этого опыта не подходит обезжиренное молоко.

Выращиваем кристаллы

Этот опыт все знают с детства — получение кристаллов из соленой воды. Можно, конечно, делать это с раствором медного купороса, но детский вариант — простая поваренная соль.

Суть эксперимента проста — в соленый раствор (18 ложек соли на пол литра воды) опускаем цветную нитку и ждем, когда на ней нарастут кристаллы. Будет очень интересно. Особенно если взять шерстяную нитку или заменить ее замысловатой щетинчатой проволокой.

Картошка становится подводной лодкой

Ваш ребенок уже научился чистить и резать картошку? Его больше не удивишь этим серо-коричневым клубнем? Конечно, удивишь! Нужно превратить картошку в подводную лодку!
Для этого нам понадобятся один клубень картофеля, литровая банка и пищевая соль. Налейте полбанки воды и опустите картофелину. Она утонет. Добавьте в банку насыщенный раствор соли. Картошка всплывет. Если вы захотите, чтобы она снова погрузилась в воду, то просто в банку добавьте воды. Ну чем не подводная лодка?
Разгадка: Картофель тонет, т.к. он тяжелее воды. По сравнению с раствором соли он легче, поэтому и всплывает на поверхность.

Батарейка из лимона

Этот опыт хорошо проводить с папой, чтобы он подробнее объяснил, откуда в лимоне электричество?

Нам понадобятся:

• Лимон, тщательно вымытый и насухо вытертый.
• Два кусочка медной изолированной проволоки примерно 0,2-0,5 мм толщиной и длиной 10 см.
• Стальную скрепку для бумаги.
• Лампочку от карманного фонарика.

Проведение опыта: первым делом, зачищаем противоположные концы обеих проволок на расстоянии 2-3 см. Вставляем в лимон скрепку, прикручиваем к ней конец одной из проволочек. Втыкаем в лимон в 1-1,5 см. от скрепки конец второй проволочки. Для этого сначала протыкаем лимон в этом месте иголкой. Возьми два свободных конца проволочек и приложи к контактам лампочки.
Что произошло? Лампочка загорелась!

Стакан смеха

Вам нужно срочно доварить суп, а ребенок висит на ногах и тянет в детскую? Этот опыт заставит его отвлечься на несколько минут!
Нам понадобится только стакан с тонкими ровными стенками, наполненный доверху водой.
Проведение опыта: возьмите стакан в руку и поднеси к глазам. Посмотрите сквозь него на пальцы другой руки. Что произошло?
В стакане вы увидите очень длинные и тонкие пальцы без кисти. Поверните руку пальцами вверх, и они превратятся в смешных коротышек.Отведите стакан подальше от глаз, и в стакане появится уже вся кисть, но маленькая и сбоку, как-будто вы передвинули руку.
Посмотрите с ребенком друг на друга через стакан — и не надо ходить в комнату смеха.

Вода течет вверх по салфетке

Это очень красивый опыт идеально подойдет для девочек. Нам необходимо взять салфетку, вырезать полоску, нарисовать точечками линии разных цветов. Потом опускаем салфетку в стакан с небольшим количеством воды и восхищенно наблюдаем, как поднимается вода и пунктирные линии превращаются в сплошные.

Чудо-ракета из чайного пакета

Этот элементарный фокус-опыт просто «бомба» для любого ребенка. Если вы уже замучились искать гениальные развлечения для детей, это то, что вам нужно!

Осторожно раскройте обычный чайный пакетик, поставьте его вертикально и подожгите. Пакетик догорит до конца, взлетит высоко в воздух и будет кружить над вами. Этот нехитрый эксперимент обычно вызывает бурю восторгов и у взрослых, и у детей. А причина у этого явления та же, которая заставляет взлетать искры от костра. Во время горения создается поток теплого воздуха, который выталкивает пепел вверх. Если поджигать и тушить пакетик постепенно, никакого полета не получится. Кстати, взлетать пакетик будет не всегда, если температура воздуха в помещении достаточно высока.

Живая рыбка

Еще один несложный опыт, которым можно приятно удивить не только детей, но и подруг.
Вырежьте из плотной бумаги рыбку. В середине у рыбки круглое отверстие А, которое соединено с хвостом узким каналом АБ.

Налейте в таз воды и положите рыбку на воду так, чтобы нижняя сторона ее вся была смочена, а верхняя осталась совершенно сухой. Это удобно сделать с помощью вилки: положив рыбку на вилку, осторожно опустите ее на воду, а вилку утопите поглубже и вытащите.
Теперь нужно капнуть в отверстие А большую каплю масла. Лучше всего воспользоваться для этого масленкой от велосипеда или швейной машины. Если масленки нет, можно набрать машинного или растительного масла в пипетку или трубочку от коктейля: опустите трубочку одним концом в масло на 2-3 мм. Потом верхний конец прикройте пальцем и перенесите соломинку к рыбке. Держа нижний конец точно над отверстием, отпустите палец. Масло вытечет прямо в отверстие.
Стремясь разлиться по поверхности воды, масло потечет по каналу АБ. Растекаться в другие стороны ему не даст рыбка. Как вы думаете, что сделает рыбка под действием масла, вытекающего назад? Ясно: она поплывет вперед!

Фокус «заговор воды»

Каждый ребенок считает, что его мама — волшебница! И чтобы продлить подольше эту сказку, нужно иногда подкреплять свою волшебную природу настоящими «волшебностями».
Возьмите банку с плотно закручивающейся крышкой. Внутреннюю сторону крышки покрасьте красной акварельной краской. Налейте воды в банку и закрутите ее крышкой. В момент демонстрации не поворачивайте банку к маленьким зрителям так, чтобы была видна внутренняя сторона крышки. Громко произнесите заговор: «Точно так, как в сказке, стань водичка красной». С этими словами встряхните банку с водой. Вода смоет акварельный слой краски и станет красной.

Башня плотности

Такой эксперимент подойдет деткам постарше, либо внимательным, усидчивым малышам.
В этом опыте предметы будут зависать в толще жидкости.
Нам понадобятся:

• высокий узкий стеклянный сосуд, например, пустая чистая пол-литровая банка из-под консервированных оливок или грибов
• 1/4 стакана (65 мл) кукурузного сиропа или меда
• пищевой краситель любого цвета
• 1/4 стакана водопроводной воды
• 1/4 стакана растительного масла
• 1/4стакана медицинского спирта
• разные мелкие предметы, например, пробка, виноградина, орех, кусочек сухой макаронины, резиновый шарик, помидорчик «черри», маленькая пластмассовая игрушка, металлический шуруп

Подготовка:

• Аккуратно налейте в сосуд мед, так, чтобы он занимал 1/4 объема.
• Растворите в воде несколько капель пищевого красителя. Налейте воду в сосуд до половины. Обратите внимание: добавляя каждую жидкость, лейте очень аккуратно, чтобы она не смешивалась с нижним слоем.
• Медленно влейте в сосуд такое же количество растительного масла.
• Долейте сосуд доверху спиртом.

Начинаем научное волшебство:

• Объявите зрителям, что сейчас заставишь разные предметы плавать. Вам могут сказать, что это легко. Тогда объясните им, что сделаете так, чтобы разные предметы плавали в жидкостях на разном уровне.
• По одному аккуратно опустите в сосуд мелкие предметы.
• Пусть зрители сами увидят, что получилось.

Результат: разные предметы будут плавать в толще жидкости на разном уровне. Некоторые «зависнут» прямо посередине сосуда.
Объяснение: этот трюк основан на способности различных веществ тонуть или плавать в зависимости от их плотности. Вещества с меньшей плотностью плавают на поверхности более плотных веществ.
Спирт остается на поверхности растительного масла, потому что плотность спирта меньше плотности масла. Растительное масло остается на поверхности воды, потому что плотность масла меньше плотности воды. В свою очередь, вода — вещество менее плотное, чем мед или кукурузный сироп, поэтому остается на поверхности этих жидкостей. Когда вы опускаете предметы в сосуд, они плавают или тонут в зависимости от своей плотности и плотности слоев жидкости. У шурупа плотность выше, чем у любой из жидкостей в сосуде, поэтому он упадет на самое дно. Плотность макаронины выше, чем плотность спирта, растительного масла и воды, но ниже, чем плотность меда, поэтому она будет плавать на поверхности медового слоя. У резинового шарика самая маленькая плотность, ниже, чем у любой из жидкости, поэтому он будет плавать на поверхности самого верхнего, спиртового, слоя.

Подводная лодка из винограда

Еще один трюк для любителей морских приключений!

Возьмите стакан со свежей газированной водой или лимонадом и бросьте в нее виноградинку. Она чуть тяжелее воды и опустится на дно. Но на нее тут же начнут садиться пузырьки газа, похожие на маленькие воздушные шарики. Вскоре их станет так много, что виноградинка всплывет. Но на поверхности пузырьки лопнут, и газ улетит. Отяжелевшая виноградинка вновь опустится на дно. Здесь она снова покроется пузырьками газа и снова всплывет. Так будет продолжаться несколько раз, пока вода не «выдохнется». По этому принципу всплывает и поднимается настоящая лодка. А у рыбы есть плавательный пузырь. Когда ей надо погрузиться, мускулы сжимаются, сдавливают пузырь. Его объем уменьшается, рыба идет вниз. А надо подняться — мускулы расслабляются, распускают пузырь. Он увеличивается, и рыба всплывает.

Цветы лотоса

Еще один эксперимент из серии «для девочек».
Вырежьте из цветной бумаги цветы с длинными лепестками. При помощи карандаша закрутите лепестки к центру. А теперь опустите разноцветные лотосы на воду, налитую в таз. Буквально на ваших глазах лепестки цветов начнут распускаться. Это происходит потому, что бумага намокает, становится постепенно тяжелее и лепестки раскрываются.

Куда делись чернила?

В копилку маме-волшебнице можно положить следующий фокус.
В пузырек с водой капните чернил или туши, чтобы раствор был бледно-голубым. Туда же положите таблетку растолченного активированного угля. Закройте горлышко пальцем и взболтайте смесь. Она посветлеет на глазах. Дело в том, что уголь впитывает своей поверхностью молекулы красителя и его уже и не видно.

«Стой, руки вверх!»

А этот опыт снова для мальчишек — взрывных и шаловливых непосед!
Возьмите небольшую пластмассовую баночку из-под лекарства, витаминов и т. п. Налейте в нее немного воды, положите любую шипучую таблетку и закройте ее крышкой (незавинчивающейся).
Поставьте ее на стол, перевернув «вверх ногами», и ждите. Газ, выделенный при химической реакции таблетки и воды, вытолкнет бутылочку, раздастся «грохот» и бутылочку подбросит вверх.

Секретное письмо

Каждый из нас мечтал хотя бы раз в жизни превратиться в детектива или секретного агента. Это ведь так увлекательно — разгадывать загадки, искать следы и видеть невидимое.

Пусть ребенок на чистом листе белой бумаги сделает рисунок или надпись молоком, лимонным соком или столовым уксусом. Затем нагрейте лист бумаги (лучше над прибором без открытого огня) и вы увидите, как невидимое превращается в видимое. Импровизированные чернила вскипят, буквы потемнеют, и секретное письмо можно будет прочитать.

Разбегающиеся зубочистки

Если на кухне нечем заняться, а из доступных игрушек только зубочистки, то и их мы легко пустим в дело!

Для проведения опыта вам понадобятся: миска с водой, 8 деревянных зубочисток, пипетка, кусок сахара-рафинада (не быстрорастворимого), жидкость для мытья посуды.
1. Располагаем зубочистки лучами в миске с водой.
2. В центр миски аккуратно опускаем кусочек сахара, — зубочистки начнут собираться к центру.
3. Убираем сахар чайной ложкой и капаем пипеткой в центр миски несколько капель жидкости для мытья посуды, — зубочистки «разбегутся»!
Что же происходит? Сахар всасывает воду, создавая её движение, перемещающее зубочистки к центру. Мыло, растекаясь по воде, увлекает за собой частички воды, и они заставляют зубочистки разбегаться. Объясните детям, что вы показали им фокус, а все фокусы основаны на определённых природных физических явлениях, которые они будут изучать в школе.

Исчезающая монетка

А этому фокусу можно научить любого ребенка старше 5 лет, пусть он показывает его своим друзьям!
Реквизит:

• стеклянная банка с крышкой емкостью 1 литр
• водопроводная вода
• монетка
• помощник

Подготовка:

• Налейте в банку воды и закрой крышку.
• Дайте своему помощнику монетку, чтобы он мог убедиться в том, что это действительно самая обычная монета и в ней нет никакого подвоха.
• Пусть он положит монету на стол. Спросите у него: «Ты видишь монету?» (Конечно, он ответит «да».)
• Поставьте на монетку банку с водой.
• Скажите волшебные слова, например: «Вот волшебная монета, вот была, а вот и нету».
• Пусть ваш помощник посмотрит сквозь воду сбоку банки и скажет, видит ли он монетку теперь? Что он ответит?

Советы ученому волшебнику:
Можно сделать этот трюк еще более эффектным. После того, как ваш помощник не сможет увидеть монетку, вы можете заставить ее появиться вновь. Скажите другие волшебные слова, например: «Как монетка провалилась, так она и появилась». Теперь уберите банку, и монета снова окажется на месте.
Результат: когда вы ставите на монетку банку с водой, кажется, что монетка исчезла. Ваш помощник ее не увидит.

Вконтакте

Рекомендуем также

Занимательные опыты по физике 7 класс

Опыт 1 «Не замочив рук»

Оборудование: тарелка или блюдце, монета, стакан, бумага, спички.

Проведение: Положим на дно тарелки или блюдца монету и нальем немного воды. Как достать монету, не замочив даже кончиков пальцев?

Решение: Зажечь бумагу, внести ее на некоторое время в стакан. Нагретый стакан перевернуть вверх дном и  поставить на блюдце рядом с монетой.

Так как воздух в стакане нагрелся, то его давление увеличится  и часть воздуха выйдет. Оставшийся воздух через некоторое время охладится, давление уменьшится. Под действием атмосферного давления вода войдет в стакан, освобождая монету.

Проведение: Налить  в тарелку воды и сразу слить. Поверхность тарелки будет влажной. Затем кусок мыла, сильно прижимая к тарелке, повернуть несколько раз и поднять вверх. При этом с мылом поднимется и тарелка. Почему?

Объяснение: Подъем тарелки с мылом объясняется притяжением молекул тарелки и мыла.

Оборудование: стакан с водой, лист плотной бумаги.

Проведение: Этот опыт называется «Волшебная вода». Наполним до краев стакан с водой и прикроем листом бумаги. Перевернем стакан. Почему вода не выливается из перевернутого стакана?

Объяснение: Вода удерживается атмосферным давлением, т. е. атмосферное давление больше давления, производимого водой.

Замечания: Опыт лучше получается с толстостенным сосудом.
При переворачивании стакана лист бумаги нужно придерживать рукой.

Оборудование: рейка длиной 50-70 см, газета, метр.

Проведение: Положим на стол рейку, на нее полностью развернутую газету. Если медленно оказывать давление на свешивающийся конец линейки, то он опускается, а противоположный поднимается вместе с газетой. Если же резко ударить по концу рейки метром или молотком, то она ломается, причем противоположный конец с газетой даже не поднимается. Как это объяснить?

Объяснение: Сверху на газету оказывает давление атмосферный воздух. При медленном нажатии на конец линейки воздух проникает под газету и частично уравновешивает давление на нее. При резком ударе воздух вследствие инерции не успевает мгновенно проникнуть под газету. Давление воздуха на газету сверху оказывается больше, чем внизу, и рейка ломается.

Замечания: Рейку нужно класть так, чтобы ее конец 10 см свешивался. Газета должна плотно прилегать  к рейке и столу.

 Опыт 5 «Нервущаяся бумага»

Оборудование: два штативами с муфтами и лапками, два бумажных кольца, рейка, метр.

Проведение: Бумажные кольца подвесим на штативах на одном уровне. На них положим рейку. При резком ударе метром или металлическим стержнем посередине рейки она ломается, а кольца остаются целыми. Почему?

Объяснение: Время взаимодействия очень мало. Поэтому рейка не успевает передать полученный импульс бумажным кольцам.

Замечания: Ширина колец – 3 – см. Рейка длиной 1 метр, шириной 15-20 см и толщиной 0,5 см.

Проведение: Укрепим на штативе два динамометра – прибора для измерения силы. Почему их показания одинаковы? Что это означает?

Объяснение: тела действуют друг на друга с силами равными по модулю и противоположными по направлению. (третий закон Ньютона)

Оборудование: два одинаковых по размеру и массе листа бумаги (один из них скомканный)

Проведение: Одновременно отпустим оба листа с одной и той же высоты. Почему скомканный лист бумаги падает быстрее?

Объяснение: скомканный лист бумаги падает быстрее, так как на него действует меньшая сила сопротивления воздуха.

А вот в вакууме они падали бы одновременно.

Опыт 8 « Как быстро погаснет свеча»

Оборудование: стеклянный сосуд с водой, стеариновая свеча, гвоздь, спички.

Проведение: Зажжем свечу и опустим в сосуд  с водой. Как быстро погаснет свеча?

Объяснение: Кажется, что пламя зальется водой, как только сгорит отрезок свечи, выступающий над водой, и свеча погаснет.

Но, сгорая, свеча уменьшается в весе и под действием архимедовой силы всплывает.

Замечание: К концу свечи прикрепить снизу небольшой груз (гвоздь) так, чтобы она плавала в воде.

Оборудование: металлический стержень, полоска бумаги, спички, свеча (спиртовка)

Проведение: Стержень плотно обернем полоской бумаги и внесем в пламя свечи или спиртовки. Почему бумага не горит?

Объяснение: Железо, обладая хорошей теплопроводностью, отводит тепло от бумаги, поэтому она не загорается.

Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, спирт, носовой платок, спички

Проведение: Зажать в лапке штатива носовой платок (предварительно смоченный водой и отжатый), облить его спиртом и поджечь. Несмотря на пламя, охватывающее платок, он не сгорит. Почему?

Объяснение: Выделившаяся при горении спирта теплота полностью пошла на испарение воды, поэтому она не может зажечь ткань.

Физика в опытах. Часть 2. Электричество и магнетизм

Наглядно – интересно – просто – понятно!

Данный курс представляет собой серию физических опытов и экспериментов. Демонстрацию физических явлений проводит незаурядный преподаватель, доцент кафедры общей физики НИЯУ «МИФИ» — Валериан Иванович Гервидс, глубокие знания и огромный преподавательский опыт которого делает курс «Физика в опытах. Электричество и магнетизм» уникальным. Курс состоит из девяти модулей по основным разделам: Электрическое поле, Проводники в электрическом поле, Энергия электрического поля, Постоянный электрический ток, Магнитное поле, Магнитное поле в веществе, Электромагнитная индукция, Квазистационарные токи, Электрический ток в газах. В его основе этого курса лежат 64 опыта, в которых объясняются различные физические явления. Зачем изучать этот курс? • Физика – наука экспериментальная. Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать или прочитать! • Именно эксперименты позволяют продемонстрировать и легко понять и простые, и сложные аспекты, которые традиционно преподаются в виде теоретического материала и математических моделей • Курс поможет Вам научиться использовать: o эксперимент как способ постановки вопроса, o эксперимент как инструмент изучения физического явления o эксперимент как форму ответа на вопрос • Очень часто достаточно «простые» физические вопросы имеют неожиданные ответы, которые зависят от конкретных условий проведения эксперимента. Демонстрация таких опытов и объяснение полученных в них результатов могут оказаться чрезвычайно интересными • Вы сможете увидеть применение изучаемых физических явлений в жизни, в технике и в быту • Изучая этот курс, вы восполните нехватку времени на экспериментальную, «живую» физику, которая ощущается в обычном учебном процесс Чему учит этот курс? • Пониманию широкого круга как простых, так и сложных физических явлений и процессов по тематике соответствующих разделов • Применению физических закономерностей для анализа различных физических явлений и процессов • Навыкам использования эксперимента • Базовым знаниям по физике будущих инженеров и специалистов в различных областях деятельности. Для кого этот курс? • Для тех, кто изучает физику, и хочет прояснить для себя различные вопросы (в школе, в вузе) • Для тех, кто преподает физику (в школе, в вузе) • Для тех, кто использует физику в своем рабочем процессе (инженеры, программисты и т.д.) • Для тех, кому это просто интересно

Интересные опыты « Папа Карп

Традиционно опыты входят в любое обучение физике. Важно понимать, какие цели ставятся при этом.

Один вариант: вы просто стараетесь через зрелищные, необычные, запоминающиеся опыты пробудить у ребенка интерес к изучению физики.

Существует много таких видео – хорошо поставленных и впечатляющих. Есть и немало книг с описанием опытов по физике, которые можно поставить дома своими силами. Все это полезно, разумеется.

Однако данный путь совершенно не гарантирует того, что дети будут хорошо понимать смысл всех этих опытов, что они в итоге будут лучше знать законы природы.

Второй вариант: вы стараетесь системно обучать ребенка основам физики – и при этом используете опыты как иллюстративный материал к той или иной теме, как один из постоянных элементов общей структуры вашей учебной работы. То есть примерно как в школе: опыты – часть учебного процесса.

На мой взгляд, второй путь существенно лучше – с точки зрения стратегического построения всей системы занятий год за годом.

Впрочем, если вы рассказываете детям о физике в свободном режиме (ориентируясь в основном на их вопросы в текущих ситуациях), то не очень ясно, как последовательно и системно вводить в такие занятия еще и специальные опыты. Ведь весь учебный процесс происходит в существенной степени спонтанно…

Лично я в практике домашних занятий показывал своим детям не так уж много физических опытов. Лишь некоторые самые простые и наглядные. Но мы при этом их подробно обсуждали – что там происходит и почему.

Сейчас я даже и не припомню все те конкретные ситуации… Качающийся маятник (гайка на ниточке, перекинутой через перекладину домашнего спорткомплекса), простейшие рычажные весы (из обычной ученической деревянной линейки), что-то плавающее и тонущее в воде…

Гораздо больше я рассказывал об интересных и наиболее значимых опытах из истории физики.

Правда жизни состоит в том, что абсолютное большинство настоящих физических экспериментов – это весьма сложные приборы, это очень точные измерения, это особая изобретательность ученых… Дома такое не организуешь. На то и существуют веками специальные физические лаборатории.

Самые яркие, самые удивительные и самые неожиданные опыты из истории физики почти всегда были сложными в проведении.

Но про них можно рассказывать!

И их можно нарисовать на бумаге!

Обратите внимание: традиционные школьные лабораторные работы (классически входящие в курс обучения) и показательные популярные физические опыты (которыми наполнен Интернет и которые призваны развивать интерес к науке) – это довольно простые схемы. Их специально делают максимально наглядными и понятными.

А вот настоящие (и особенно “эпохальные”) физические эксперименты – это совсем иная история!

Иногда их готовят годами (а то и десятилетиями). Их выдумывают наиболее изощренные умы человечества. И очень-очень часто в них получают совершенно неожиданные и непонятные результаты – вовсе не те, которые предполагали получить. И это каждый раз поворачивают всю историю развития науки.

Вы чувствуете разницу?

Я, разумеется, полностью за обычные школьные и домашние опыты по физике. А также за иллюстративные популярные опыты. Но, по-моему, главное не в них…

Основная информация, основная энергия и основной драйв содержатся именно в ключевых экспериментах из истории физики. Поэтому, как мне кажется, их целесообразно изучать с детьми в первую очередь.

Где про это узнать? В любом школьном учебнике есть краткие описания некоторых таких “эпохальных” опытов. Ну и Википедия и другие ресурсы в Интернете, а также множество специальных книг дадут вам подробный материал, если немного поискать.

И дело вовсе не в том, чтобы изучить с ребенком много разных исторических физических экспериментов. Выберите те, которые почему-либо вызывают интерес лично у вас и у ваших детей, которые вам достаточно понятны. И вникните подробно в каждую такую историю.

Нюансы очень важны!

Например, опыт Кавендиша (измерение притяжения друг к другу тяжелых металлических шаров). Там было важно изолировать эти подвешенные на проволочках шары от сквозняков – чтобы движение воздуха не вносило искажений в тончайшие измерения. Во как!

А для знаменитой первой проверки отклонения луча света в сильном гравитационном поле (предсказанного общей теорией относительности) дожидались солнечного затмения и отправляли специально экспедицию в Южную Америку.

В классическом школьном курсе физики каждый такой “эпохальный” эксперимент размещен в соответствующую учебную тему. Но в реальности любой физический опыт – это сразу множество тем из физики, переплетенных друг с другом, неразрывно связанных между собой. И с детьми как раз лучше обсуждать всю эту палитру сразу – весь набор законов природы, которые работают в данном конкретном исследовании.

Например, закон Кулона (притяжение и отталкивание неподвижных электрических зарядов) был получен на установке с крутильными весами. Почему именно крутильные весы? И что это вообще за штука такая, как она работает?

Ценно и то, что мы можем предлагать детишкам придумывать многие экспериментальные решения – как будто бы они сами планируют и проводят физические исследования. Ведь что-то ребенок и сам может сообразить, если его слегка к этому подвести…

Есть и немного иной путь: разбирать с детьми не какие-то знаменитые исторические опыты, а реальные примеры из обычных трудовых будней ученых-физиков.

Обсудить во всех деталях устройство работающей физической экспериментальной установки – это всегда интересно для ребенка. Это живая энергия развития науки. Она всегда завораживает – стоит лишь внимательно к ней отнестись.

Например, я много рассказывал своим детям про то, как несколько лет во время обучения в вузе работал в настоящей физической лаборатории, как постепенно вникал в теоретические модели и в устройство приборов, как потом писал об этом диплом…

Я рисовал картинки с летящим в вакууме в сторону кристалла пучком электронов. И рисовал, как влетевшие в кристалл электроны по-всякому в нем тормозились, отклонялись и рассеивались, а потом выскакивали обратно в вакуум.

Я рассказывал, как выскочившие обратно из кристалла электроны собирали специальным детектором, поворачивая его под разными углами.

Я объяснял про то, как картина менялась в зависимости от тех или иных примесей в кристалле, от различных дефектов его строения, от энергии электронного пучка…

Я жаловался на то, как плохо работал старинный компьютер, на котором я тогда проводил расчеты для своего диплома, как он постоянно выключался в самый неподходящий момент, стирая все вычисления…

Заодно мы говорили и о способах получения вакуума внутри физических приборов, и о черно-белых изображениях на старинных осциллографах, и о том, как я отлынивал от всей этой работы в теплые летние дни, когда мне хотелось побольше гулять и поменьше возиться с длинными нудными формулами…

Возможно, если не вы сами, то кто-то из ваших знакомых может рассказывать детям такие реальные подробные истории из жизни обычной науки.

А многое можно и в Интернете или в книжках найти.

Скажем, про Большой адронный коллайдр. Это же такая потрясающая конструкция!

Глубоко под землей проложен туннель длиной почти 27 километров. Он идет по кругу, причем немного наклонно. И там разгоняют заряженные частицы. И еще интересно, что рядом с трубой, по которой летят протоны с почти световой скоростью, есть еще и просто дорожка для рабочих и ученых – чтобы ходить там везде, если это нужно.

Мы можем для занятий с детишками вообще пропустить всю сложную физику, ради которой соорудили такое чудо экспериментальной техники. Достаточно просто обсудить общее устройство Большого адронного коллайдра, некоторые основные идеи его работы.

Главное – представить во всей красоте всю ситуацию: глубокий и длинный туннель, летящие и сталкивающиеся пучки энергичных протонов, мощные сверхпроводящие магниты, глубочайший вакуум…

Физический эксперимент – это интересно. Вот что должно быть центральной линией любого такого рассказа, любого домашнего опыта, любого обсуждения лабораторных исследований из истории науки, любого просмотра видео с популярными опытами по физике.

Собственно, вся физика родилась из экспериментов. Иногда теории опережали ход событий. Но их всегда и обязательно проверяли в опытах. Физика существует и развивается именно как экспериментальная наука.

В то же время, очень важно показывать детям систему физики целиком – как единого свода законов, как общего подхода к изучению и описанию правил устройства природы. Мы можем видеть это на примере каждого конкретного эксперимента – классического исторического или простейшего домашнего. Мы можем видеть, как в нем работают все эти законы и правила.

На самом деле, здесь присутствует некий парадокс.

Чтобы готовить и ставить по-настоящему важные и ценные для науки физические эксперименты, надо быть фанатом, надо годами вникать в малейшие нюансы, надо изучать кучу всего сложного, надо много-много времени проводить в лабораториях…

Однако для того, чтобы просто рассказывать детям об основах физики, вовсе не обязательно быть таким уж увлеченным экспериментатором. Вполне достаточно понимать общие идеи каждого конкретного физического исследования и уметь говорить с ребенком, уметь объяснять простыми словами самую суть дела.

Упрощая и сокращая, переводя на детский неформальный язык, рисуя множество картинок, делая экскурсы в параллельные темы… – мы вполне можем показывать даже маленьким детишкам красоту и смыслы физических опытов. Это по-настоящему интересно! Это живая ткань мироздания!

Впечатляющие эксперименты, которые ставили в космосе

Астрономия. 11 класс. Учебник

Учебник Б. А. Воронцова-Вельяминова, Е. К. Страута соответствует требованиям ФГОС и предназначен для изучения астрономии на базовом уровне. В нем сохранена классическая структура изложения учебного материала, большое внимание уделено современному состоянию науки. За последние десятилетия астрономия достигла огромных успехов. Сегодня она принадлежит к числу наиболее быстро развивающихся областей естествознания. Новые устоявшиеся данные по исследованию небесных тел с космических аппаратов и современных крупных наземных и космических телескопов нашли свое место в учебнике.

Проверить свои знания о космосе вы сможете в онлайн-тренажёре «Электронный Атлас+. Астрономия. 10-11 классы».

Высший замысел

Почему наша Вселенная выглядит именно так? Что такое М-теория? Существуют ли исключения из законов природы, например, чудеса? Ответы на эти и многие другие вопросы дает легендарные ученый и популятор науки Стивен Хокинг. Кто спроектировал и придумал этот мир? И для чего это было сделано? Ответы на эти вечные вопросы дает выдающийся ученый современности Стивен Хокинг. Она будет интересна всем, кто хочет расширить свое понимание устройства Вселенной.

Что ещё почитать?

Астрономия. 11 класс. Методическое пособие

Методическое пособие к переработанному под ФГОС учебнику «Астрономия. Базовый уровень. 11 класс» авторов Б. А. Воронцова-Вельяминова, Е. К. Страута призвано помочь учителю при подготовке к урокам, в организации деятельности учащихся на уроке и дома, в подготовке к ЕГЭ по физике, а также оказать поддержку в процессе вовлечения школьников в олимпиадную деятельность. К каждому уроку даны подробные методические указания, представлены задачи и практические задания. Также в пособии приведены варианты контрольных и самостоятельных работ и темы проектов.

Physics Projects — DIY Physics Experiments

Научные эксперименты — отличный способ познакомить детей или детей всех нас с фундаментальными научными принципами. Вот несколько классных проектов по физике, которыми вы можете заниматься дома.

Для любого из этих экспериментов взрослым рекомендуется присматривать за детьми, всегда носить защитные очки, а при работе с огнем иметь под рукой огнетушитель.

Удивите друзей огнестойким воздушным шаром

Для этого эксперимента вам понадобится только воздушный шарик и свеча.Заполните шар на три четверти водой и долейте воздух, надув шар до упора. Завяжите это.

Зажгите свечу, затем медленно опустите над ней воздушный шарик. Вот, воздушный шар не лопнет!

Это связано с невероятной способностью воды поглощать тепло. Вода в воздушном шаре рассеивает тепло, выделяемое свечой, и предотвращает нагревание латекса воздушного шара до того, чтобы он сломался. Но когда вода в воздушном шаре не может поглощать больше тепла от свечи, воздушный шар лопнет, и вы, вероятно, немного промокнете.

Лавовая лампа

Возьмите на кухне бутылку растительного масла, пищевого красителя, немного соли и большую стеклянную или стеклянную банку.

Наполните стеклянную емкость на 2/3 водой, а оставшуюся часть залейте растительным маслом. Добавьте пищевой краситель, затем медленно всыпьте в емкость одну чайную ложку соли. Наблюдайте, как красивые цветные шарики масла мягко падают на дно емкости.

Сначала масло будет оставаться в верхней части емкости, потому что масло легче воды.Ключ к тому, чтобы масло упало на дно, — это соль, она связывается с маслом, делая его тяжелее воды. Однако, как только соль растворяется в воде, масло снова поднимается до верха емкости. Отлично!

Grow Some Crystals

Этот классический эксперимент занимает несколько дней, но ожидание того стоит.

Вам понадобится дистиллированная вода, соль или английская соль, кусок проволоки или очиститель для труб и стеклянный контейнер. Сначала нагрейте дистиллированную воду до температуры чуть ниже кипения.Наполните стеклянную емкость горячей водой как минимум наполовину. Добавьте в воду достаточно соли или английской соли, чтобы получился насыщенный раствор (точка, когда соль больше не будет растворяться в воде) и хорошо перемешайте.

Сделайте петлю из проволоки или устройства для очистки труб и опустите проволоку в смесь. Поставьте емкость в теплое место и подождите. Через несколько дней вы должны увидеть эффектные кристаллы, образующиеся на петле проволоки.

Этот эксперимент работает из-за изменения температуры воды и растворимости , способности соли растворяться.По мере охлаждения воды растворимость раствора снижается, и соль выпадает из раствора в осадок на проволоку с образованием кристаллов.

Постройте катапульту из палочек от мороженого

Чтобы построить эту мини-катапульту, вам понадобится как минимум 10 больших палочек от мороженого, связка резинок, ножницы и зефир для пушечных ядер. Зефир для пушечных ядер? Как подло!

Сложите в стопку восемь палочек для мороженого и скрепите их резиновыми лентами на каждом конце.На двух оставшихся палочках с помощью ножниц сделайте небольшие надрезы с каждой стороны палочки. Сложите их вместе и с помощью резинки скрепите палочки в выемке.

Затем слегка раздвиньте две палки и вставьте между ними связку из восьми палок. Одной рукой удерживайте новую катапульту, а другой положите зефир на верхнюю палку. Оттяните его и отпустите, чтобы огонь!

Вы также можете привязать пластиковую ложку с резинкой к верхней палке, чтобы сделать ведро для хранения ядер.Стены замка рухнут!

Изготовление призмы

Вы можете сделать примитивную призму только из дистиллированной воды и прозрачного желатина. Вылейте пакет с желатином в кастрюлю и добавьте только половину количества воды, указанного в инструкции к упаковке с желатином.

Поставьте кастрюлю на плиту и, пока она нагреется, осторожно перемешайте желатин, чтобы он растворился. После того, как желатин растворится, поместите смесь в небольшую емкость и дайте ей остыть на 30 минут.

Нарежьте желатин на квадраты или призмы, которые представляют собой половину квадрата или прямоугольника, разрезанного по диагонали.Посветите фонариком через желатин, чтобы увидеть, как свет разбивается на свои спектральные цвета . Вы также можете направить лазерную указку через желатин, чтобы увидеть изгиб света.

Создание водоворота

Вы можете создать прохладный водоворот, используя две пустые 2-литровые бутылки из-под содовой, металлическую шайбу с отверстием меньше горловины бутылок и изоленту. Наполните одну из 2-литровых бутылок водой на 2/3.

Поместите шайбу поверх заполненной бутылки, а пустую бутылку переверните вверх дном.Свяжите две бутылки скотчем и быстро переверните бутылки. Вы должны увидеть, как образуется водяной вихрь (он же водоворот), когда вода из верхней бутылки перетекает в нижнюю.

Вихрь образуется из-за того, что вода быстрее вращается по краям бутылки, создавая отверстие в середине. Затем этот вакуум наполняется воздухом из нижней бутылки, а вода из верхней бутылки обтекает его.

Build a Potato Battery

Для этого эксперимента вам понадобится картофель, гальванизированный гвоздь, кусок медной пленки или медная монета, например пенни, два провода-зажима из кожи аллигатора с зажимами на обоих концах и вольтметр.

Оцинкованные гвозди имеют цинковое покрытие, их можно купить в любом строительном или хозяйственном магазине. Обязательно используйте свежий картофель, потому что эксперимент зависит от жидкости внутри картофеля.

Воткните оцинкованный гвоздь в картофель так, чтобы он не проходил насквозь. На расстоянии 2,5 см от гвоздя воткните пенни.

Подключите пенни к красному проводу вольтметра с помощью одного из зажимов типа «крокодил». У большинства вольтметров есть красный и черный провода, но если у вашего вольтметра есть желтый и черный провода, подключите пенни к желтому проводу.

Подсоедините оцинкованный гвоздь к черному проводу вольтметра и убедитесь, что оба зажима типа «крокодил» надежно закреплены. Ваш вольтметр должен показать положительное значение. Если он показывает отрицательное значение, просто поменяйте местами провода. Вы получили электричество из картофеля!

Создание воздушного шара на воздушной подушке

Вы можете создать небольшое судно на воздушной подушке, которое может скользить по полу и столам, применяя трение и третий закон движения Ньютона.Вам понадобится воздушный шар, крышка от одно- или двухлитровой пластиковой бутылки из-под газировки, компакт-диск или DVD, которым вы больше не пользуетесь, травильный нож или ножницы и клеевой пистолет.

Сначала создайте сопло, используя нож для травления или ножницы, чтобы проделать отверстие в крышке бутылки примерно шириной с соломинку для питья. Нанесите клей по всему краю крышки от бутылки и прикрепите его к центру компакт-диска или DVD. Подождите, пока клей высохнет, затем проверьте, хорошо ли запечатан компакт-диск или DVD, при необходимости нанесите клей повторно.

Надуйте воздушный шар и защипните отверстие пальцами, затем оберните отверстие воздушного шара вокруг сопла вашего корабля на воздушной подушке. Поместите судно на воздушной подушке на ровную поверхность и смотрите, как оно движется!

Яйцо в бутылке

Этот эксперимент «старый, но вкусный» показывает взаимосвязь между атмосферным давлением и температурой. Вам понадобится пара вареных и очищенных яиц и стеклянная бутылка или банка с отверстием, которое немного меньше диаметра вареных яиц.Вам также понадобится небольшой лист бумаги и источник огня, например спичка или зажигалка. Родители должны помочь детям с этим.

Поставьте стеклянный контейнер на стол и сложите бумагу в полоску, которая поместится внутри стеклянного контейнера. Зажгите один конец бумажной полоски и опустите горящую бумагу в контейнер. Затем поместите яйцо в отверстие стеклянной емкости и подождите.

Как по волшебству, яйцо будет медленно всасываться в бутылку.Это происходит потому, что горящая бумага изменила давление воздуха внутри бутылки. Вскоре после того, как яйцо будет помещено в контейнер, огонь погаснет, и воздух внутри контейнера начнет охлаждаться и сжиматься. Это снижает давление воздуха внутри контейнера, так что давление в контейнере ниже, чем давление воздуха вне контейнера. Поскольку воздух течет из системы высокого давления в систему низкого давления, более высокое внешнее давление толкает яйцо в бутылку.

Вы можете проводить все эти эксперименты дома с детьми, и они являются прекрасным введением в мир науки и техники.

11 удивительных экспериментов с физикой для детей

Кто сказал, что физика предназначена «для детей старшего возраста?» Ни за что! Маленькие дети будут рады узнать о физике на самом базовом уровне. Познакомьте детей с любовью к науке, математике и физике на протяжении всей жизни с помощью этих простых экспериментов по физике для детей . Детям понравятся эти практические занятия, и они захотят пробовать эти эксперименты снова и снова!

* Чтобы получить удовольствие от практического обучения в течение всего года, обязательно приобретите наши центры Pre-K и Kindergarten by Skill BUNDLE!

Физические эксперименты для детского сада

Физика — это изучение энергии, массы, движения и того, как все они сочетаются друг с другом.Любая физическая деятельность будет сосредоточена на том, как движение и энергия работают вместе, и охватит основные темы, такие как гравитация, инерция, ускорение и то, как производится энергия.

Эти детские эксперименты по физике идеально подходят для того, чтобы узнать о том, как устроен мир, весело и на практике. Такое знакомство с физикой для детсадовцев поможет им рассматривать науку как нечто захватывающее, чему можно учиться на протяжении всего школьного периода.

Узнайте о замедлении в эксперименте «Яйцо» из «Обучение обезьяны».

Узнайте все о массе в эксперименте с раковиной из содовой или поплавком от семейства STEAM-Powered.

Погрузитесь прямо в гравитацию с этим простым экспериментом по гравитации от Inspiration Laboratories.

Откройте для себя основы движения в катапультах Popsicle Stick от Little Bins for Little Hand.

Исследуйте энергию и мощь, создав эти ракеты из бутылок с газировкой из игры Lemon Lime Adventures.

Погрузитесь в основы кинетической энергии с помощью этого теста кинетической энергии от Inspiration Laboratories.

Узнайте больше о давлении и массе в эксперименте с ныряющей рыбой из статьи «Обучение обезьяны».

Откройте для себя массу и вес в испытании «Мойте или плавайте овощи» от KC Adventures.

Создайте собственный источник энергии с помощью классического эксперимента с лимонной батареей от компании Carrots are Orange.

Откройте для себя силу статического электричества, когда вы создадите «Змея статического электричества» из блога Kids Activities.

Совместите изучение движения и искусства с этим упражнением «Раскрашивание маятника» от Handmade Kids Art

Тогда убедитесь, что вы запросили свое приглашение , чтобы вы могли первым услышать, когда снова откроются двери для нашего Print and Play Club !

С мгновенным доступом к сотням печатных форм по темам и навыкам (больше не надо рыскать по Интернету!), каждый ресурс TKC, видеоуроки, хранилище цифровых игр, «Супер воскресные сюрпризы», и многое другое. — время планирования стало проще.

Алекс — воспитатель временного детского сада, которая любит делать учебу увлекательно и увлекательно. Она получила степень бакалавра начального образования и степень магистра специального образования и разработки учебных программ. Алекс — бывшая сова, ставшая ранней пташкой и увлекающаяся игривым обучением. Алекс живет со своим мужем и их любимым и энергичным котом Фитцем.

Лучшие физические эксперименты для детей

Катание, подпрыгивание, скачки, прыгание, сжатие и многое другое! Физика — это весело, и эти простые эксперименты по физике — это совершенно забавная физика для детей, которую вы можете проводить даже дома или с небольшими группами в классе.Независимо от того, изучаете ли вы законы движения, звуковые волны или свет, физика повсюду! Обязательно ознакомьтесь со всеми нашими научными экспериментами, чтобы учиться и играть круглый год.

ЛУЧШИЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЕКТЫ ДЛЯ ДЕТЕЙ

ВЕСЕЛЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ

Может ли физика быть забавной? Безусловно, и мы покажем вам УДИВИТЕЛЬНЫЕ проекты по физике для детей, которые легко настроить, экономичны и, конечно же, забавны! Практика — это путь, которым пользуются наши молодые ученые, исследователи и инженеры.

От катапульты до ракет и пандусов до света и звука — вы найдете всего понемногу, чтобы начать заниматься физикой дома или добавить к урокам в классе с детьми. У нас даже есть несколько бесплатных забавных наборов для печати, которые помогут вам начать работу, внизу этой страницы.

Да, и если вы ищете не менее потрясающую коллекцию химических экспериментов для детей, у нас есть и она!

Проще говоря, физика исследование материи и энергии и взаимодействия между двумя .Как возникла Вселенная? Возможно, у вас нет ответа на этот вопрос! Однако вы можете провести эти крутые физические эксперименты, чтобы ваши дети думали, наблюдали, задавали вопросы и экспериментировали.

Давайте оставим это базовым для наших молодых ученых. Физика — это энергия и материя, а также их отношения друг с другом. Как и все науки, физика занимается решением проблем и выяснением того, почему вещи делают то, что они делают. Имейте в виду, что простые физические эксперименты также могут включать некоторую химию!

• слушание
• наблюдение
• исследование
• экспериментирование
• новое изобретение
• тестирование
• оценка
• опрос
• критическое мышление
• и многое другое…..

В приведенных ниже физических экспериментах вы немного узнаете о статическом электричестве, трех законах движения Ньютона, простых машинах, плавучести, плотности и многом другом! И все это с легкими принадлежностями для дома, так что вы все равно можете выполнять потрясающие проекты по физике дома с ограниченным бюджетом!

Поощряйте своих детей делать прогнозы, обсуждать наблюдения и повторно проверять свои идеи, если они не получают желаемых результатов с первого раза. Наука всегда включает в себя элемент тайны, который дети, естественно, любят разгадывать! Узнайте больше об использовании научного метода с детьми здесь.

У нас есть новая серия , посвященная научным стандартам NGSS , чтобы вы могли воплотить все эти замечательные идеи в свои планы уроков.

Ищете простую информацию о научном процессе и бесплатные страницы журнала?

Мы вам поможем…

Вам понравятся эти изящные идеи проектов по физике, которыми мы с вами поделимся.Я выбираю вручную, исходя из того, что, по моему мнению, понравится моему сыну, какие расходные материалы необходимы и какое количество времени нужно посвятить каждому занятию.

Щелкните каждую ссылку, чтобы просмотреть полное описание каждого из экспериментов и мероприятий.

ЭКСПЕРИМЕНТ ВОЗДУШНОЙ СОПРОТИВЛЕНИЯ

Ух ты! Физический эксперимент менее чем за 10 минут, и все, что вам нужно сделать, это совершить набег на компьютерный принтер! Сделайте простые воздушные пленки и узнайте о сопротивлении воздуха.

ВОЗДУШНАЯ ВИХРЕВАЯ ПУШКА

Сделайте самодельную воздушную пушку и сбивайте домино и другие подобные предметы.Узнайте о давлении воздуха и движении частиц воздуха в процессе.

ЭКСПЕРИМЕНТ С БАЛАНСИРУЮЩИМ ЯБЛОКОМ

Можете ли вы сбалансировать яблоко на пальце? Мы исследовали баланс между яблоками и гравитацией с настоящими яблоками для нашей темы Ten Apples Up On Top Dr Seuss, и это было довольно сложно! Теперь давайте попробуем сбалансировать бумажное яблоко (используйте наш БЕСПЛАТНЫЙ шаблон для печати, чтобы сделать свое собственное).

АВТОМОБИЛЬНАЯ МАШИНА

Я уверен, что у вас есть много способов создать воздушный шар.У меня есть два предложения по дизайну воздушных шаров, чтобы творческие соки текли! Вы можете сделать машинку из шариков LEGO или картонную машинку из шариков. Оба работают по схожему принципу и действительно работают. Узнайте, какая машина на воздушном шаре самая быстрая,

РАКЕТА

Исследуйте веселые силы с помощью простого в установке проекта ракеты на воздушном шаре. Смотрите здесь вместе с более простыми идеями физики. Хотя тема для праздника, этот простой эксперимент можно превратить в любую веселую тему.Вы даже можете гонять на двух воздушных шарах или установить его на улице!

ПЛАВУЧЕСТЬ

Пенни и фольга — это все, что вам нужно, чтобы узнать о плавучести. Да и таз с водой тоже!

ЦВЕТЫ, ИЗМЕНЯЮЩИЕ ЦВЕТ

Узнайте о силах капиллярного действия, когда вы меняете цвет цветов с белого на зеленый. Или любой понравившийся цвет! Легко настроить и идеально подходит для группы детей, которые могут заниматься одновременно.

ЭКСПЕРИМЕНТ БАШНИ ПЛОТНОСТИ

Узнайте, насколько некоторые жидкости тяжелее или плотнее других, с помощью этого суперпростого физического эксперимента.

КАПЛИ ВОДЫ НА ПЕННИ

Сколько капель воды поместится на пенни? Исследуйте поверхностное натяжение воды, когда вы попробуете эту забавную лабораторию с детьми.

ПРОЕКТ ЯЙЦА

Ознакомьтесь с нашей простой версией классического научного эксперимента. Это испытание с падением яйца — отличный способ познакомить детей младшего возраста с научным методом, поскольку вы проверяете идеи, как защитить свое яйцо от растрескивания.

Вот проект Lemon Lime Adventures для детей старшего возраста.

ЯИЧНЫЕ ГОНКИ

Да начнутся эксперименты по гонке яиц! Какое яйцо первым скатится на дно рампы? Помогите своим детям сделать прогнозы относительно того, что произойдет с яйцами разного размера и разными углами скатов. Детям старшего возраста также может быть интересно узнать о трех законах Ньютона, и они узнают, как они могут применить эти идеи в своих забегах на яйца.

КУКУРУЗНЫЙ СТАРК ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ

Ты умеешь прыгать на облек? Узнайте о статическом электричестве с помощью этого забавного эксперимента с кукурузным крахмалом и маслом.

ПЛАВАЮЩИЙ РИС

Можете ли вы поднять бутылку с рисом карандашом? Изучите силу трения в этом простом физическом эксперименте.

КАК АКУЛЫ ПЛАВАЮТ

Или почему акулы не тонут в океане? Узнайте о том, как эти великие рыбы перемещаются по океану и плавучести, с помощью этого простого физического упражнения.

Узнайте больше о других интересных мероприятиях на «Неделе акул» здесь.

КАК СДЕЛАТЬ РАДУГИ

Исследуйте свет и преломление, создавая радугу с помощью различных простых материалов.Потрясающая практическая наука для детей всех возрастов.

ДЕТСКИЙ КАЛЕЙДОСКОП

Узнайте, как создать калейдоскоп для простой физики.

ЗДАНИЕ КАЙТОВ

Хороший ветерок и несколько материалов — все, что вам нужно, чтобы заняться этим физическим проектом по созданию воздушного змея дома, с группой или в классе. Узнавайте о силах, необходимых для удержания воздушного змея в воздухе, управляя собственным воздушным змеем.

ЛАВА ЛАМПА

Исследуйте физику с помощью обычных предметов, которые можно найти в доме.Самодельная лавовая лампа (или эксперимент с плотностью) — один из наших любимых детских научных экспериментов.

ЛЕГО ПАРАШЮТ

Если бы ваша мини-фигурка собиралась прыгнуть с парашютом, был бы у нее парашют LEGO®? И действительно ли их парашют будет работать и безопасно доставить их на землю? Поэкспериментируйте с разными материалами, чтобы понять, что делает парашют хорошим.

LEGO ZIP LINE

Можете ли вы установить трос LEGO и посмотреть, насколько хорошо он держится в движении? Эта задача по сборке LEGO® также является отличным способом познакомить с гравитацией, трением, уклоном, энергией и движением, одновременно проявляя творческий подход к дизайну LEGO®.Вы также можете добавить шкив, как мы сделали здесь для этой игрушечной молнии.

МАГНИТНЫЙ СТОЛ ДЛЯ ОТКРЫТИЯ

Исследуйте магниты с помощью этих простых идей таблицы открытий. Магниты — увлекательная наука, и дети любят с ними играть!

ВАМ ТАКЖЕ МОЖЕТ ПОНРАВИТЬСЯ: Магнитная живопись

Лапша для бассейнов — удивительный и дешевый материал для стольких проектов STEM. Я держу их под рукой в ​​течение всего года, чтобы мой ребенок был занят.Бьюсь об заклад, вы не знали, насколько полезной может быть лапша для бассейна для физических проектов. Узнайте о гравитации, трении, энергии и многом другом с практической физикой!

ВАМ ТАКЖЕ МОЖЕТ ПОНРАВИТЬСЯ: Cardboard Tube Marble Run

Хотите узнать, как сделать катапульту из палочек от мороженого? Эта катапульта для мороженого конструкции — это простой физический эксперимент для детей всех возрастов! Все любят запускать вещи в воздух.

Мы также сделали катапульту-ложку, катапульту LEGO, катапульту-карандаш и гигантскую катапульту из зефира!

АВТОМОБИЛЬ С РЕЗИНОВОЙ РЕЗИНКОЙ LEGO

Мы сделали простую машинку из резинок LEGO, которая идет вместе с нашей любимой книгой о супергероях. Опять же, их можно сделать настолько простыми или детализированными, насколько захотят ваши дети, и все это СТЕПЕНЬ!

ПЕННИ СПИННЕР

Сделайте эти забавные игрушки-вертушки из простых материалов для дома.Детям нравятся вращающиеся игрушки, а волчки — одни из первых игрушек, произведенных в США.

ЭКСПЕРИМЕНТ НА ​​ПОПАДАХ

Мы протестировали множество жидкостей с уникальной вязкостью для этого забавного научного эксперимента. Возьмите несколько пачек поп-рок и не забудьте попробовать их!

РАДУГА В БАНКЕ

В этом эксперименте по плотности воды с сахаром используется всего несколько кухонных ингредиентов, но он создает удивительный проект по физике для детей! Получите удовольствие от изучения основ смешивания цветов вплоть до плотности жидкостей.

НАКАТНЫЕ НАСОСЫ

Нет ничего проще, чем катание тыквы по самодельным пандусам. И что делает его еще лучше, так это то, что это еще и отличный простой физический эксперимент для детей.

МАШИНА С РЕЗИНОВОЙ ЛЕНТОЙ

Дети любят создавать движущиеся вещи! Кроме того, будет еще веселее, если вы сможете заставить машину двигаться, не толкая ее или добавив дорогой мотор.

ЭКСПЕРИМЕНТ ПЛОТНОСТИ СОЛЕНОЙ ВОДЫ

Этот простой в установке эксперимент с плотностью соленой воды — это крутая вариация классического эксперимента с погружением или поплавком.Что будет с яйцом в соленой воде? Будет ли яйцо плавать или тонуть в соленой воде? В этом простом физическом эксперименте для детей есть так много вопросов и прогнозов, которые можно сделать.

ТЕНОВЫЕ КУКЛЫ

Дети любят свои тени, любят гоняться за тенями и любят заставлять тени делать глупости! Есть еще несколько интересных вещей, которые можно узнать о тенях для физики. Сделайте простые куклы-тени животных и узнайте о науке о тенях.

ЭКСПЕРИМЕНТ ПРОСТОГО ШКИВА

Дети любят шкивы, и наша самодельная система шкивов наверняка станет постоянным элементом вашего двора в этом сезоне.Сделайте шкив простой машиной, изучите немного физики и найдите новые способы игры.

МОЙКА ИЛИ ПОПЛАВКА

Используйте предметы прямо из кухни для нашего эксперимента с раковиной или поплавком. Вы также можете попробовать очистить овощи или нарезать их ломтиками. Кроме того, я уверен, что ваш ребенок сможет прийти с другими забавными вещами, чтобы протестировать их! Это простой физический эксперимент, очень интересный для маленьких детей.

ЗВУКОВЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ

Дети любят шуметь, а звуки — это часть естественных наук.Этот самодельный эксперимент со звуком ксилофона — действительно простой физический эксперимент для детей. Настолько проста в настройке, это лучшая кухонная наука с большим пространством для исследований и игр!

СТАТИЧЕСКОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО

Воздушные шары необходимы для этого! Этот простой эксперимент исследует увлекательную физику, которую любят дети. Бьюсь об заклад, вы даже пробовали это сами. Хотя он посвящен Дню святого Валентина, вы можете сделать его по-своему!

СЛОМАННЫЙ ЗУБЧИСТКА

Это магия или это наука? Сделайте звезду из сломанных зубочисток, просто добавив воды, и посмотрите, как работают капилляры.

ЭКСПЕРИМЕНТ ВЯЗКОСТИ

Проверьте вязкость или «толщину» различных бытовых жидкостей с помощью этого простого физического эксперимента для детей.

ЭКСПЕРИМЕНТ ЗАМЕЩЕНИЯ ВОДЫ

Узнайте о вытеснении воды и его измерении с помощью этого простого физического эксперимента для детей.

ФИЗИЧЕСКИЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ ВАЛЕНТИНА

5 простых физических экспериментов на тему Дня святого Валентина, включая ракету на воздушном шаре, статическое электричество, плавучесть и многое другое!

БОЛЬШЕ КЛАССНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ ДЛЯ ДЕТЕЙ

ПРОСТЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ СДЕЛАЮТ УЧЕБНЕЕ!

Не забудьте добавить в закладки все наши ресурсы, чтобы упростить планирование науки и STEM.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ ДЛЯ ДЕТЕЙ

Ищете простые для печати задания и недорогие научные эксперименты?

Мы вам поможем…

Нажмите ниже, чтобы быстро и легко начать научные занятия.

12 самых важных и потрясающих квантовых экспериментов 2019 года

Самые мелкие события имеют гигантские последствия. И никакая область науки не демонстрирует это лучше, чем квантовая физика, которая исследует странное поведение — в основном — очень маленьких вещей.В 2019 году квантовые эксперименты вышли в новые и еще более странные места, а практические квантовые вычисления стали еще ближе к реальности, несмотря на некоторые разногласия. Это были самые важные и неожиданные квантовые события 2019 года.

Google заявляет о «квантовом превосходстве»

Если одна квантовая новость за 2019 год попадет в учебники истории, она будет Вероятно, это будет громкое заявление от Google: технологическая компания объявила о достижении «квантового превосходства».»Это причудливый способ сказать, что Google создал компьютер, который может выполнять определенные задачи быстрее, чем любой классический компьютер. (Категория классических компьютеров включает любую машину, которая использует обычные старые единицы и нули, например, устройство, на котором вы находитесь.

Заявление Google о квантовом превосходстве, если оно будет подтверждено, станет переломным моментом в истории вычислений. Квантовые компьютеры полагаются на странные мелкомасштабные физические эффекты, такие как запутанность, а также на определенные базовые неопределенности в нано-вселенная для выполнения своих расчетов.Теоретически такое качество дает этим машинам определенные преимущества перед классическими компьютерами. Они могут легко взламывать классические схемы шифрования, отправлять идеально зашифрованные сообщения, запускать некоторые симуляции быстрее, чем классические компьютеры, и, как правило, очень легко решать сложные проблемы. Сложность в том, что никто никогда не делал квантовый компьютер достаточно быстрым, чтобы воспользоваться этими теоретическими преимуществами — или, по крайней мере, никто не имел, до подвига Google в этом году.

Однако не все соглашаются с заявлением о превосходстве технологической компании.Субхаш Как, квантовый скептик и исследователь из Университета штата Оклахома, изложил в этой статье несколько причин для Live Science.

Узнайте больше о достижении Google квантового превосходства.

Килограмм становится квантовым

Еще одна квантовая точка перегиба 2019 года пришла из мира мер и весов. Стандартный килограмм, физический объект, определяющий единицу массы для всех измерений, долгое время был 130-летним платиново-иридиевым цилиндром весом 2 штуки.2 фунта. и сидит в комнате во Франции. Все изменилось в этом году.

Старый килограмм был довольно неплохим, масса почти не менялась на протяжении десятилетий. Но новый килограмм идеален: основываясь на фундаментальной взаимосвязи между массой и энергией, а также на причуде в поведении энергии на квантовых масштабах, физики смогли прийти к определению килограмма, которое вообще не изменится между этот год и конец вселенной.

Подробнее об идеальном килограмме.

Реальность немного сломалась

Команда физиков разработала квантовый эксперимент, который показал, что факты на самом деле меняются в зависимости от вашего взгляда на ситуацию.Физики выполнили своего рода «подбрасывание монеты», используя фотоны в крошечном квантовом компьютере, обнаружив, что результаты были разными на разных детекторах, в зависимости от их точки зрения.

«Мы показываем, что в микромире атомов и частиц, который управляется странными правилами квантовой механики, два разных наблюдателя имеют право на свои собственные факты», — написали экспериментаторы в статье для Live Science. «Другими словами, согласно нашей лучшей теории строительных блоков самой природы, факты на самом деле могут быть субъективными.»

Подробнее об отсутствии объективной реальности.

Запутанность получила свой гламурный снимок

Впервые физики сфотографировали явление, описанное Альбертом Эйнштейном как «жуткое действие на расстоянии», в котором две частицы остаются физически связанными, несмотря на то, что они разделены на расстояниях. Эта особенность квантового мира уже давно экспериментально подтверждена, но это был первый раз, когда кто-то увидел ее.

Узнайте больше о незабываемой запутанности.

Что-то большое пошло в разных направлениях

В некотором смысле концептуальная противоположность запутанности, квантовая суперпозиция позволяет одному объекту находиться в двух (или более) местах одновременно, следствие того, что материя существует как в виде частиц, так и в виде волн. Обычно это достигается с помощью крошечных частиц, таких как электроны.

Но в эксперименте 2019 года физикам удалось осуществить суперпозицию в самом крупном из когда-либо существовавших масштабах: используя громадные 2000-атомные молекулы из мира медицинской науки, известные как «олиготетрафенилпорфирины, обогащенные фторалкилсульфанильными цепями.»

Прочтите о достижении суперпозиции на макроуровне.

Тепло пересекло вакуум

При нормальных обстоятельствах тепло может пересекать вакуум только одним способом: в форме излучения (это то, что вы чувствуете, когда солнечные лучи пересекают пространство и падают на ваше лицо в летний день). двумя способами: во-первых, заряженные частицы могут сталкиваться с другими частицами и передавать свою энергию.(Оберните руки теплой чашкой чая, чтобы почувствовать этот эффект.) Во-вторых, теплая жидкость может вытеснить более холодную жидкость. (Вот что происходит, когда вы включаете обогреватель в машине, наполняя салон теплым воздухом.) Итак, без излучения тепло не может пройти через вакуум.

Но квантовая физика, как обычно, нарушает правила. В эксперименте 2019 года физики воспользовались тем фактом, что в квантовом масштабе вакуум на самом деле не пуст. Вместо этого они полны крошечных случайных колебаний, которые появляются и исчезают.Исследователи обнаружили, что в достаточно малых масштабах тепло может пересекать вакуум, перепрыгивая от одного колебания к другому через явно пустое пространство.

Узнайте больше о тепловом потоке через квантовый вакуум космоса.

Причина и следствие могли пойти в обратном направлении

Это следующее открытие далеко не экспериментально подтвержденное открытие, и оно даже выходит далеко за рамки традиционной квантовой физики. Но исследователи, работающие с квантовой гравитацией — теоретической конструкцией, призванной объединить миры квантовой механики и общей теории относительности Эйнштейна, — показали, что при определенных обстоятельствах событие может вызвать эффект, который произошел раньше.

Некоторые очень тяжелые объекты могут влиять на течение времени в непосредственной близости от них в соответствии с общей теорией относительности. Мы знаем, что это правда. А квантовая суперпозиция диктует, что объекты могут находиться в нескольких местах одновременно. Исследователи писали, что поместите очень тяжелый объект (например, большую планету) в состояние квантовой суперпозиции, и вы сможете разработать необычные сценарии, в которых причина и следствие имеют место в неправильном порядке.

Подробнее об устранении причинно-следственных связей.

Квантовое туннелирование треснуло

Физикам давно известен странный эффект, известный как «квантовое туннелирование», при котором частицы, кажется, проходят через, казалось бы, непроходимые барьеры.Но не потому, что они такие маленькие, что находят дыры. В 2019 году эксперимент показал, как это происходит на самом деле.

Квантовая физика утверждает, что частицы также являются волнами, и вы можете думать об этих волнах как о проекциях вероятности местоположения частицы. Но они все еще волны. Ударьте волной о преграду в океане, и она потеряет часть энергии, но с другой стороны появится волна меньшего размера. Исследователи обнаружили, что аналогичный эффект наблюдается в квантовом мире. И пока на дальней стороне барьера остается небольшая волна вероятности, частица имеет шанс преодолеть препятствие, туннелируя пространство, в которое, как ей кажется, она не помещается.

Узнайте больше об удивительном квантовом туннельном эффекте.

Это был важный год для физики сверхвысокого давления. И одно из самых смелых заявлений было сделано французской лабораторией, которая объявила, что создала вещество святого Грааля для материаловедения: металлический водород. Считается, что при достаточно высоких давлениях, таких как те, которые существуют в ядре Юпитера, однопротонные атомы водорода действуют как щелочной металл.Но никому раньше не удавалось создать достаточно высокое давление, чтобы продемонстрировать эффект в лаборатории. В этом году команда заявила, что увидела его при 425 гигапаскалей (в 4,2 миллиона раз больше атмосферного давления Земли на уровне моря). Однако не все соглашаются с этим утверждением.

Подробнее о металлическом водороде.

Мы видели квантовую черепаху. в явно случайных направлениях.Исследователи подозревали, что в фейерверке может быть какая-то закономерность, но это было не очевидно, просто взглянув. Однако с помощью компьютера исследователи обнаружили форму эффекта фейерверка: квантовую черепаху. Однако пока никто не знает, почему он принимает такую ​​форму.

Подробнее о квантовой черепахе.

Крошечный квантовый компьютер повернул время вспять

Время должно двигаться только в одном направлении: вперед. Если пролить немного молока на землю, невозможно полностью высушить грязь и вернуть то же самое чистое молоко обратно в чашку.Распространяющаяся квантовая волновая функция не распространяется.

За исключением этого случая. Используя крошечный квантовый компьютер с двумя кубитами, физики смогли написать алгоритм, который мог возвращать каждую рябь волны создавшей ее частице, раскручивая событие и эффективно обращая стрелу времени вспять.

Подробнее о стрелке обратного времени.

Другой квантовый компьютер видел 16 фьючерсов.Это преимущество полностью проявляется в новом механизме квантового прогнозирования, разработанном в 2019 году. Моделируя серию связанных событий, исследователи, стоящие за движком, смогли закодировать 16 возможных вариантов будущего в один фотон в своем движке. Теперь это многозадачность!

Узнайте больше о 16 возможных вариантах будущего.

Первоначально опубликовано на Live Science .

Три эксперимента, которые показывают, что квантовая физика реальна

Пару недель назад я перечислил шесть основных принципов, которые каждый должен знать о квантовой физике.Тем не менее, некоторые из этих предметов довольно странные, особенно элементы дуальности волны-частицы и нелокальности. Это естественным образом приводит к вопросу: «Как такая дурацкая теория может быть правдой?»

Одна из приятных особенностей работы в области физики заключается в том, что это, пожалуй, самая хорошо проверенная теория в истории человечества. Есть прекрасные, ясные эксперименты, демонстрирующие все странные свойства квантовой физики — в сообществе квантовых основ все еще есть некоторые аргументы о том, как лучше всего интерпретировать то, что «на самом деле» происходит, чтобы привести к результатам, но экспериментальные доказательства абсолютно достоверны. однозначно и бесспорно.

Вот три из множества, многих экспериментов, демонстрирующих ясное доказательство реальности квантовой физики, даже предсказания, которые кажутся действительно странными.

Одномолекулярные помехи

Одно из самых ранних и самых странных предсказаний квантовой физики — это идея корпускулярно-волнового дуализма, что все во Вселенной имеет как частицу, так и волновую природу. Эйнштейн был первым, кто действительно серьезно продвинул это, объясняя фотоэлектрический эффект в терминах того, что мы теперь называем фотонами; Проведенные Робертом Милликеном проверки теории Эйнштейна показали, что она блестяще работает, и помогли получить Нобелевскую премию как для Эйнштейна, так и для Милликена.Представление о материальных объектах, имеющих волновую природу, появилось в 1923 году у Луи де Бройля, и вскоре волновая природа электрона была продемонстрирована в эксперименте Дэвиссона-Гермера по дифракции электронов на никеле (счастливая случайность) и дифракции электронов на никеле Джорджа Пэджета Томсона. тонкие пленки (забавный факт: отец Г. П. Томсона, Дж. Дж. Томсон получил Нобелевскую премию за доказательство того, что электрон является частицей, затем Г. П. поделился одной за доказательство того, что это волна …).

В наши дни волновая природа материи демонстрировалась бесчисленное количество раз, обычно показывая интерференцию между волнами материи, проходящими через две или более щелей, прорезанных в преграде.На дальней стороне барьера волны интерферируют друг с другом, образуя узор из ярких и темных пятен. В свое время Ричард Фейнман сказал, что интерференция частиц раскрывает основную загадку квантовой физики; в то время это был в основном мысленный эксперимент, но за прошедшие пятьдесят лет точный эксперимент, который он обсуждал, проводился много раз с многочисленными частицами.

Я часто использую эксперимент с одноэлектронной интерференцией, но моя любимая версия, вероятно, принадлежит группе Маркуса Арндта в Вене, где они наблюдали интерференцию молекул фталоцианина в реальном времени.Вы можете посмотреть видео с их данными выше, а самое главное — на этом фото:

Изображение интерференции молекул фталоцианина; каждая точка представляет собой отдельную молекулу, обнаруженную с помощью … [+] флуоресценции, узор из полос указывает на волновое поведение. Рисунок изменен с веб-сайта группы Arndt.

Они пропустили пучок молекул фталоцианина через дифракционную решетку, изготовленную из нанотехнологий, и использовали флуоресцентный свет для обнаружения одиночных молекул, падающих на стеклянную пластину на дальней стороне.Каждая точка на рисунке представляет собой одну молекулу, а время их прибытия и местоположение по существу случайны. Однако совокупность всех обнаружений показывает узор из ярких и темных полос, который является результатом интерференции. Вы даже можете заметить взаимосвязь между импульсом и длиной волны по углу полос — расстояние шире к нижней части рисунка, потому что эти молекулы движутся медленнее, и им потребовалось больше времени, чтобы преодолеть расстояние между решеткой и детектором.Однако более низкие скорости означают меньший импульс, что означает большую длину волны и, следовательно, большее расстояние между полосами.

(Если вам нужны подробности, я подробно описал этот эксперимент еще в 2012 году. Если вам нужны все кровавые подробности, вот статья Nature Nanotechnology и бесплатная версия в архиве.)

Итак, действительно, этот эксперимент содержит все, что вам нужно, чтобы окончательно показать, что волновая природа материи — реальное явление.

Квантовая нелокальность

Одна из наиболее тревожных с философской точки зрения идей, пришедших из квантовой физики, заключается в том, что теория нелокальна.То есть результаты измерений, сделанные в отдаленных местах, могут быть коррелированы друг с другом способами, которые были бы невозможны, если бы измерения были действительно независимыми, а информация о результатах могла бы передаваться от одного к другому только со скоростью, меньшей, чем скорость света. Последним действительно большим вкладом Эйнштейна в физику была статья 1935 года, в которой Борис Подольский и Натан Розен относительно ясно изложили последствия такой «запутанности». Основная идея объясняется в видео выше.

В течение десятилетий это считалось странной философской сноской — в замечательной научной биографии Эйнштейна Абрахама Пайса есть только пара абзацев. Однако в 1965 году ирландский физик Джон Белл указал, что теория, неявно одобренная Эйнштейном, Подольским и Розеном, накладывает ограничения на виды корреляций, которые вы могли ожидать наблюдать между удаленными измерениями, и эти пределы были отличны от тех, которые вы можно было ожидать от запутанной квантовой системы.Это вдохновило на ряд экспериментальных тестов (проведенных Клаузером, Хорном, Шимони и Холтом, расширившими работу Белла на более практические обстоятельства), все из которых подтвердили, что квантовая механика, на самом деле, нарушает ограничения, налагаемые «локальной скрытой переменной». «теория типа, одобренного Эйнштейном и компанией.

С точки зрения статистической погрешности, самые лучшие тесты были недавно проведены с использованием источников коррелированных фотонов, которые генерируют пары фотонов, и сверхвысокопроизводительных детекторов одиночных фотонов.Эксперименты, которые убедили большинство физиков в том, что это действительно так и стоит значительных усилий, были проведены в начале 1980-х Аленом Аспектом и его коллегами из Франции. Они использовали атомы кальция, возбужденные до определенного высокоэнергетического состояния, из которого атомы распадаются, испуская два фотона (один красный, один синий). Когда эти два фотона испускаются в противоположных направлениях, их поляризации переплетаются точно так, чтобы проверить теорему Белла.

Схема третьего эксперимента Аспект по проверке квантовой нелокальности.Запутанные фотоны от источника … [+] отправляются на два быстрых переключателя, которые направляют их на поляризационные детекторы. Переключатели меняют настройки очень быстро, эффективно изменяя настройки детектора для эксперимента, пока фотоны находятся в полете. (Рисунок Чада Орзела)

В первом тесте, проведенном компанией Aspect, использовался один детектор с поляризатором перед ним с каждой стороны атомного пучка, и измерялась частота регистрации фотонов на обоих детекторах при различных комбинациях настроек поляризатора.В результате измерения были обнаружены корреляции, которые явно нарушали предел Белла / CHSH для локальных теорий скрытых переменных, но существовала лазейка благодаря конечной эффективности детекторов. Тот факт, что детекторы иногда «пропускают» фотон, означал, что вы могли объяснить их результат, используя локальную теорию, которая просто случайно «пропускала» фотоны по особенно удачному (или неудачному, в зависимости от того, какой результат вы предпочитаете). Итак, они повторили эксперимент с четырьмя детекторами, по два с каждой стороны, и подсчитали данные только тогда, когда получили по одному фотону с каждой стороны.Опять же, корреляции, которые они измерили, превысили классический предел, в абсурдные 40 раз больше статистической погрешности их измерения.

Здесь все еще есть лазейка, потому что они установили углы поляризаторов для своих детекторов и оставили их на месте. Это открывает своего рода лазейку в теории заговора — сигнал может проходить между детекторами и источником со скоростью света, сообщая источнику, каковы были настройки детектора, и в этот момент детектор мог выбрать отправку фотонов, поляризация которых имитирует квантовое предсказание, но определяются локальной теорией скрытых переменных.Итак, Аспект провел третий эксперимент, опубликованный в 1982 году, добавив пару быстрых переключателей, которые эффективно изменяли настройки поляризатора во время полета фотонов. Опять же, результаты явно нарушают ограничения для локальных теорий скрытых переменных, и таким образом, который показывает, что поляризация в полете должна быть неопределенной.

(я писал об этих экспериментах в другом моем блоге, если вы хотите узнать больше о деталях …)

Эксперименты с Аспектом не являются полностью окончательными в том смысле, который удовлетворяет заядлых философов — только недавно стали возможны по-настоящему «без лазейки» эксперименты (в том числе те, которые полагаются на космологию для обеспечения независимости детекторов) .Однако они достаточно хороши, чтобы убедить большинство физиков в том, что нелокальность — это реальное явление, к которому нужно относиться серьезно. И это вызвало массу экспериментальных и теоретических усилий по изучению того, как это работает, как примирить запутанность с теорией относительности и как это использовать. Это привело к созданию быстро развивающейся области квантовой информатики, которая производит как изящные уловки, такие как квантовая телепортация, так и практические технологии, такие как квантовая криптография.

Эксперименты «Аспект» показывают (довольно) убедительно, что квантовая физика нелокальна и что Вселенная намного более странная, чем кажется, или чем хотелось бы Эйнштейну.

Прецизионные измерения

Сравнение высокоточных измерений постоянных тонкой структуры, обеспечивающее невероятно … [+] чувствительный тест квантовой электродинамики. (Рисунок Чада Орзела)

Последняя идея, о которой я хочу упомянуть, на самом деле не включена в мой недавний список из шести основных принципов, но является одним из самых странных квантовых предсказаний из всех. Это происходит из формулировки квантовой электродинамики Фейнмана, в просторечии известной как «КЭД», странной теории света и материи.

Движение одиночного электрона, взаимодействующего с электромагнитным полем, кажется чем-то, что должно быть действительно простым для объяснения, и квантовая теория 1930-х годов почти правильно понимает это. Однако получение правильного ответа требует приукрашивания некоторых эффектов, которые, как знали все теоретики физики, должны быть реальными, и которые работали только до тех пор, пока новые эксперименты, вызванные технологиями Второй мировой войны, не сделали их невозможно игнорировать. Знаменитая конференция острова Шелтер в 1947 году резко высветила эти проблемы и положила начало большим усилиям по их решению.Год спустя, на конференции в Поконо, Джулиан Швингер и Ричард Фейнман решили проблему и разработали рабочие модели QED; Син-Итиро Томонага в Японии имел свою версию примерно в то же время, и Фриман Дайсон показал, что все три версии математически эквивалентны.

Версия теории Фейнмана является наиболее удобной для пользователя и, следовательно, самой известной — большинство современных описаний теории Швингера в конечном итоге прибегают к помощи языка Фейнмана, чтобы говорить о том, что происходит.Он вводит идею о «виртуальных частицах», которые появляются из пустого пространства, взаимодействуют с реальными частицами, свойства которых мы измеряем в течение очень короткого времени, а затем снова исчезают. Это обеспечивает удобное концептуальное объяснение того, что происходит, и использует силу повествования, чтобы сделать действительно абстрактную математику понятной. (И это также послужило источником вдохновения для глупого сообщения в блоге, которое положило начало моей карьере писателя …)

Одна из замечательных особенностей подхода Фейнмана к виртуальным частицам — это то, как он дает понять, что эффект этих виртуальных частиц становится меньше по мере усложнения сценариев.Каждая добавляемая виртуальная частица уменьшает вклад в измеримые свойства примерно в 137 раз (число, называемое «константой тонкой структуры» по историческим причинам). Но если влияние этих частиц настолько незначительно, как мы можем узнать, что это реально?

Ответ заключается в том, что физики-атомщики феноменально хороши в измерении эффектов крошечных сдвигов. Современные прецизионные спектроскопические эксперименты позволяют измерить взаимодействие между электроном и магнитным полем примерно с точностью до 14 знаков после запятой.Объединение этого с прогнозом QED позволяет вам найти значение постоянной тонкой структуры и сравнить его с лучшими измерениями с помощью других методов (показано на изображении выше, слайд из выступления, которое я читал прошлым летом; документ находится в ). Physical Review Letters и в архиве. И, конечно же, у меня есть старый пост в блоге по этому поводу). Чтобы получить почти идеальное согласие, которое они видят, требуется, чтобы модель QED включала сценарии, включающие до восьми взаимодействий с виртуальными частицами, включая беспорядок в форме бейсбольного мяча на рисунке выше.Эти эксперименты — самый чувствительный тест КЭД, который у нас есть, и делают КЭД, возможно, наиболее точно проверенной теорией в истории науки.

Итак, какой бы странной ни казалась идея о материальных частицах, кратковременно появляющихся из пустого пространства, абсолютно необходимо объяснить наши лучшие измерения физики. Виртуальные частицы, такие как волновая природа и нелокальность, являются неотъемлемой частью квантовой физики и абсолютно подтверждены экспериментом.

Галерея: шесть вещей, которые каждый должен знать о квантовой физике

6 изображений

Новый эксперимент намекает, что частица нарушает известные законы физики.

В ходе знаменательного эксперимента ученые обнаружили новые доказательства того, что субатомная частица не подчиняется одной из самых надежных теорий науки — Стандартной модели физики элементарных частиц.Разрыв между предсказаниями модели и недавно измеренным поведением частицы указывает на то, что Вселенная может содержать невидимые частицы и силы, находящиеся за пределами нашего нынешнего понимания.

На семинаре в среду исследователи из Fermilab в Батавии, штат Иллинойс, объявили первые результаты эксперимента с мюоном g-2, в котором с 2018 года измеряется частица, называемая мюоном, более тяжелый родственник электрона, который был обнаружен в 1930-е гг.

Подобно электронам, мюоны обладают отрицательным электрическим зарядом и квантовым свойством, называемым спином, которое заставляет частицы действовать как крошечные, колеблющиеся вершины, когда их помещают в магнитное поле.Чем сильнее магнитное поле, тем быстрее колеблется мюон.

Стандартная модель, разработанная в 1970-х годах, является лучшим математическим объяснением человеческого поведения всех частиц во Вселенной и предсказывает частоту колебания мюона с исключительной точностью. Но в 2001 году Брукхейвенская национальная лаборатория в Аптоне, штат Нью-Йорк, обнаружила, что мюоны колеблются немного быстрее, чем предсказывает Стандартная модель.

Теперь, два десятилетия спустя, эксперимент Фермилаба «Мюон g-2» выполнил свою собственную версию эксперимента в Брукхейвене — и обнаружил ту же аномалию.Когда исследователи объединили данные двух экспериментов, они обнаружили, что вероятность того, что это несоответствие является простой случайностью, составляет примерно 1 к 40 000, что является признаком того, что дополнительные частицы и силы могут влиять на поведение мюона.

«Это было давно, — говорит физик из Манчестерского университета Марк Ланкастер, член коллаборации Muon g-2, команды, состоящей из более чем 200 ученых из семи стран. «Многие из нас работали над этим десятилетиями».

«Это действительно наш эквивалент посадки марсохода», — добавил ученый из Фермилаба Крис Полли, который работал над экспериментом Мюон g-2, а также над более ранним экспериментом в Брукхейвене.

По строгим стандартам физики элементарных частиц результаты еще не являются «открытием». Этот порог не будет достигнут до тех пор, пока результаты не достигнут статистической достоверности в пять сигм или вероятности 1 из 3,5 миллиона того, что случайные колебания вызвали разрыв между теорией и наблюдением, а не истинное различие.

Новые результаты, которые будут опубликованы в научных журналах Physical Review Letters , Physical Review A&B , Physical Review A, и Physical Review D , основаны всего на 6 процентах общих данных. Ожидается эксперимент по сбору.Если результаты Fermilab останутся стабильными, достижение пяти сигм может занять пару лет. «Отношение к делу — это своего рода осторожный оптимизм, — говорит Нима Аркани-Хамед, физик-теоретик из Института перспективных исследований в Принстоне, штат Нью-Джерси, который не принимал участия в исследовании.

Результаты Fermilab уже являются самым важным ключом за последние десятилетия к тому, что физические частицы или свойства существуют за пределами Стандартной модели. Если это несогласие со Стандартной моделью сохранится, то работа «без сомнения достойна Нобелевской премии», — говорит физик из Брюссельского свободного университета Фрейя Блекман, которая не принимала участия в исследовании.

Стандартная модель, пожалуй, самая успешная научная теория, способная потрясающе точно предсказывать поведение элементарных частиц Вселенной. Но ученым давно известно, что модель неполная. Например, в нем отсутствует описание гравитации и ничего не говорится о таинственной темной материи, которая, кажется, разбросана по всему космосу.

Чтобы выяснить, что лежит за пределами Стандартной модели, физики долгое время пытались довести ее до предела в лабораторных экспериментах.Однако теория упорно выдерживала испытание за испытанием, включая годы измерений высоких энергий на Большом адронном коллайдере (LHC), который в 2012 году обнаружил частицу, предсказанную Стандартной моделью: бозон Хиггса, который играет ключевую роль. роль в придании массы некоторым другим частицам.

В отличие от LHC, который сталкивает частицы вместе, чтобы создать новые виды частиц, эксперимент Fermilab Muon g-2 измеряет известные частицы с чрезвычайной точностью, выявляя незначительные отклонения от теории Стандартной модели.

«БАК, если хотите, это почти как две швейцарские часы врезаться друг в друга на большой скорости. Обломки выходят наружу, и вы пытаетесь собрать воедино то, что внутри, — говорит Ланкастер. «У нас есть швейцарские часы, и мы очень, очень, очень, очень кропотливо и точно смотрим, как они тикают, чтобы убедиться, что они делают то, что мы от них ожидаем».

Мюон — это почти идеальная частица для отслеживания признаков новой физики. Он выживает достаточно долго, чтобы его можно было внимательно изучить в лаборатории — правда, всего лишь миллионные доли секунды — и хотя ожидается, что мюон будет вести себя во многом подобно электрону, он в 207 раз массивнее, что является важным моментом для сравнения.

На протяжении десятилетий исследователи внимательно изучали, как на магнитные колебания мюонов влияет влияние других известных частиц. В квантовом масштабе — масштабе отдельных частиц — небольшие флуктуации энергии проявляются в виде пар частиц, которые появляются и исчезают, как пена в огромной пузырьковой ванне.

Согласно Стандартной модели, когда мюоны смешиваются с этим пенистым фоном «виртуальных» частиц, они колеблются примерно на 0,1 процента быстрее, чем вы ожидали. Это дополнительное усиление колебания мюона известно как аномальный магнитный момент.

Однако предсказание Стандартной модели настолько хорошо, насколько хорош ее перечень частиц Вселенной. Например, если Вселенная содержит дополнительные тяжелые частицы, они могут изменить аномальный магнитный момент мюона — возможно, даже настолько, чтобы измерить его в лаборатории.

Изучение мюона — это «почти самый всеобъемлющий способ исследования новой физики», — говорит член команды Muon g-2 Доминик Штёкингер, теоретик из Дрезденского технологического университета в Германии.

Эксперимент с мюонами g-2 начинается с пучка мюонов, который ученые создают, сталкивая пары протонов вместе, а затем тщательно фильтруя их через субатомный мусор.Затем этот мюонный пучок попадает в 14-тонное магнитное кольцо, которое первоначально использовалось в эксперименте в Брукхейвене, которое было доставлено баржей и грузовиком из Лонг-Айленда в Иллинойс в 2013 году. В этом поле колеблющиеся мюоны распадаются на частицы, которые попадают в набор из 24 детекторов, расположенных вдоль внутренней стенки трека. Отслеживая, как часто эти частицы распада попадают в детекторы, исследователи могут выяснить, насколько быстро колебались их родительские мюоны — это немного похоже на определение скорости вращения далекого маяка, наблюдая, как он тускнеет и светлеет.

Мюон g-2 пытается измерить аномальный магнитный момент мюона с точностью до 140 частей на миллиард, что в четыре раза лучше, чем в эксперименте в Брукхейвене. В то же время ученые должны были сделать максимально возможное предсказание Стандартной модели. С 2017 по 2020 год 132 теоретика во главе с Аидой Эль-Хадрой из Иллинойского университета разработали предсказание теории мюонного колебания с беспрецедентной точностью — и оно все еще было ниже измеренных значений.

Поскольку ставки эксперимента настолько высоки, Фермилаб также предпринял шаги по устранению предвзятости.Ключевые измерения эксперимента основаны на точном времени, в которое его детекторы улавливают сигналы, поэтому, чтобы ученые были честны, Фермилаб сдвинул часы эксперимента на случайное число. Это изменение изменило данные на неизвестную величину, которая будет исправлена ​​только после завершения анализа.

Единственные записи этого случайного числа, сдвигающего часы, были на двух написанных от руки листах бумаги, которые хранились в запираемых шкафах в Фермилабе и Вашингтонском университете в Сиэтле.В конце февраля эти конверты были открыты и показаны команде, что позволило им выяснить истинные результаты эксперимента во время прямой трансляции Zoom.

«Мы все были в восторге, взволнованы, но также шокированы — потому что в глубине души, я думаю, все мы немного пессимистичны», — говорит член команды Muon g-2 Джессика Эскивел, научный сотрудник Fermilab.

Новые результаты Fermilab дают важный ключ к разгадке того, что может лежать за пределами Стандартной модели, но теоретики, пытающиеся найти новую физику, не имеют бесконечного пространства для исследования.Любая теория, которая пытается объяснить результаты Muon g-2, должна также учитывать отсутствие новых частиц, обнаруженных LHC.

Согласно некоторым из предложенных теорий, которые продвигают эту иглу, Вселенная содержит несколько типов бозонов Хиггса, а не только тот, который включен в Стандартную модель. В других теориях упоминаются экзотические «лептокварки», которые могут вызвать новые виды взаимодействий между мюонами и другими частицами. Но поскольку многие из простейших версий этих теорий уже исключены, физики «должны мыслить нестандартно», — говорит Штёкингер.

По совпадению, новости о результатах Fermilab появились через две недели после того, как другая лаборатория — эксперимент LHCb в ЦЕРНе — нашла независимые доказательства неправильного поведения мюонов. Эксперимент отслеживает короткоживущие частицы, называемые B-мезонами, и отслеживает их распад. Стандартная модель предсказывает, что некоторые из этих распадающихся частиц выплевывают пары мюонов. Но LHCb обнаружил доказательства того, что эти порождающие мюоны распады происходят реже, чем предполагалось, с вероятностью случайности в эксперименте примерно один из тысячи.

Как и Fermilab, LHCb требуется больше данных, прежде чем заявлять о новом открытии. Но даже сейчас комбинация этих двух результатов заставляет физиков «прыгать вверх и вниз», — говорит Эль-Хадра.

Следующим шагом является воспроизведение результатов. Выводы Fermilab основаны на первом запуске эксперимента, который закончился в середине 2018 года. В настоящее время команда анализирует данные двух дополнительных прогонов. Если эти данные будут напоминать результаты первого прогона, их может быть достаточно, чтобы сделать аномалию полноценным открытием к концу 2023 года.

Теоретики также начинают выколачивать и подталкивать предсказания Стандартной модели, особенно те части, которые, как известно, сложно вычислить. Новые суперкомпьютерные методы, называемые моделированием решетки, должны помочь, но первые результаты — в том числе опубликованный в Nature вместе с результатами Fermilab — немного расходятся с некоторыми значениями, которые команда Эль-Хадры включила в свои теоретические расчеты. Потребуются годы, чтобы отсеять эти тонкие различия и увидеть, как они влияют на поиски новой физики.

Для Ланкастера и его коллег предстоящие годы работы того стоят, особенно с учетом того, как далеко они продвинулись.

«Когда вы пойдете и скажете людям, что я попытаюсь измерить что-то лучше, чем одна часть на миллион, они иногда смотрят на вас немного странно… а затем, когда вы говорите, что это займет 10 лет, они иди, ты, должно быть, злишься, — говорит он. «Я думаю, это послание: настойчиво».

Невозможный парикмахер и другие причудливые мысленные эксперименты

Стивен Баттерсби

Dmytro Zinkevych / Alamy Стоковое Фото

Если вы представляли, что мысленные эксперименты были простой умственной гимнастикой, предназначенной для того, чтобы сбить с толку непосвященных, подумайте еще раз.Возьмем, пожалуй, самый известный пример кошки Шредингера, где кошка одновременно жива и мертва. Это кажется странным — и в том-то и дело. Он был разработан как пощечина для квантовых теоретиков, чтобы показать, что теория, предсказывающая такую ​​чепуху, должна чего-то упускать. Сегодняшнее мнение таково, что, возможно, ничего не упущено, а квантовая теория действительно настолько странна, насколько кажется.

Но другие мысленные эксперименты заставили нас переформулировать законы, описывающие природу.Возьмите демона Максвелла, который, похоже, нарушает законы термодинамики. Он показал нам, что термодинамике действительно чего-то не хватает (см. «Материя, энергия… знания: как использовать демоническую силу физики»).

Вот семь классических мысленных экспериментов, которые могут заставить вас задуматься…

Невозможный парикмахер

Один цирюльник очень разборчив в своей работе. Он бреет каждого, кто не бреется, и никого, кто не бреется. Итак: парикмахер бреется? Это не займет много времени, чтобы увидеть противоречие: если он это делает, он не может; если нет, он должен.Такого цирюльника не может быть.

Этого цирюльника часто используют для иллюстрации более абстрактной головоломки, известной как парадокс Рассела. В 1901 году математик и философ Бертран Рассел исследовал теорию множеств, формальный способ определения и работы с коллекциями чего угодно. В то время одной из его центральных идей было то, что для каждого свойства, которое вы можете определить, должен быть набор. Есть набор всех зеленых элементов и набор всех целых чисел, кроме 4. Вы также можете определить наборы наборов: скажем, набор всех наборов, содержащих ровно два элемента.Проблема возникает при размышлении о возможности набора всех наборов, которые не содержат самих себя — как и в случае с парикмахером, это кажется невозможным.

Парадокс выявил противоречия в большей части математики того времени, вынудив Рассела и других попытаться разработать более сложные логические основы для математики. Подход Рассела состоял в том, чтобы сказать, что математические объекты попадают в иерархию различных «типов», каждый из которых построен только из объектов более низкого типа. Теория типов использовалась для разработки языков программирования, которые снижают вероятность создания ошибок.Но это не окончательное решение — более века спустя математики все еще спорят над ответом на парадокс Рассела.

Шары Галилея

Галилей, возможно, никогда не падал мячом с вершины Пизанской башни, как гласит легенда. Но он разработал простой мысленный эксперимент, который рассказал нам кое-что важное о гравитации. Возьмите два груза, один легкий, один тяжелый. Если более тяжелые предметы падают быстрее легких, как сказал Аристотель, то более легкий будет отставать.Это означает, что, когда они связаны вместе, они будут падать медленнее, чем один тяжелый груз. Но вместе они весят больше, чем один тяжелый, поэтому должны падать быстрее. Подождите, так оно быстрее или медленнее?

Как понял Галилей, ускорение свободного падения не зависит от массы объекта. Это был решающий результат для зарождающейся науки физики и идей Исаака Ньютона о движении и всемирной гравитации. В нем даже содержится зачаток тонкой теории гравитации Эйнштейна.Его общая теория относительности основана на принципе эквивалентности, идее о том, что гравитация и ускорение — это, по сути, одно и то же, как это заметил Галилей еще в 17 веке.

Пушка Ньютона

Возьмите одну гигантскую пушку, поместите ее на вершину горы, настолько высокой, что она простирается над атмосферой, и стреляйте по горизонтали. Возможно, безответственно, но поучительно. Если пушечное ядро ​​выстреливается на малой скорости, сила тяжести вскоре утащит его на землю по сильно изогнутой дуге.Если вы добавите больше пороха, шар будет лететь быстрее, а его дуга будет более плавной, продвигаясь дальше по кривой Земли. Выстрелите из него достаточно быстро, и ядро ​​не будет касаться земли вообще — оно пролетит вокруг и попадет вам в затылок. Давай, попробуй.

Этот мысленный эксперимент помог Ньютону показать, что гравитация — это универсальная сила: сила, которую мы видим, притягивая пушечные ядра и яблоки к Земле, также может объяснить орбиту Луны вокруг Земли и Земли вокруг Солнца.

Мы уже привыкли к идее универсальных сил. Мы знаем, что ядерные реакции подпитывают далекие звезды и что экзопланеты могут быть магнитными. Но до Ньютона не ожидалось, что в небесном царстве будут действовать те же правила, что и на Земле. Его пушечное ядро ​​проделало большую дыру в таких небесных притязаниях.

Ахиллес и черепаха

Два с половиной тысячелетия назад греческий философ Зенон Элейский явно доказал, что движение — это иллюзия. Один из его парадоксов заставляет быстроногого Ахилла преследовать черепаху, у которой есть небольшая фору.- Ахиллес никогда не сможет поймать черепаху, — утверждал Зенон, — потому что сначала он должен достичь точки, с которой черепаха стартовала, но к тому времени черепаха перешла на новое место. Значит, Ахиллес должен бежать туда — к этому времени черепаха снова двинулась дальше. «Парадокс дихотомии» носит более общий характер: чтобы преодолеть любое расстояние, вы должны сначала преодолеть половину этого расстояния, затем половину того, что осталось, затем половину того, что осталось, и так далее навсегда. Кажется, что вы никогда не сможете туда добраться, независимо от того, на каком исходном расстоянии или с какой скоростью вы двигаетесь.

С тех пор математики указали, что, хотя эти аргументы требуют бесконечного количества времени, чтобы оправдаться, реальное движение не обязательно. Мы знаем, например, что бесконечный ряд терминов может составлять что-то конечное. Если вы сложите бесконечный ряд дробей, начинающихся с ½ и уменьшающих вдвое значение с каждым новым членом (½ + ¼ + 1/8…), бесконечная сумма будет равна 1. Вы можете использовать подобные математические выражения для представления пройденного расстояния или время, затраченное на парадокс Зенона, так что — уф — движение все-таки возможно.При этом парадокс Зенона может реально проявиться в квантовом мире.

Китайская комната

Может ли компьютер быть сознательным? Пытаясь опровергнуть идею «сильного искусственного интеллекта», Джон Сирл, философ из Калифорнийского университета в Беркли, представил себя в комнате словарей и сборников правил, содержащих инструкции по переводу с китайского на английский и наоборот. Кто-то через дверь задает вопрос, написанный по-китайски, и, используя свои своды правил, Сирл находит соответствующий ответ.Спрашивающему может показаться, что в комнате есть разум, который понимает китайский, хотя его нет. Сирл утверждает, что гипотетический компьютер с ограниченными правилами, предназначенный для говорения по-китайски, будет таким же — простой машиной без понимания.

Есть много возражений против этого мысленного эксперимента. Некоторые утверждают, что, хотя Сирл не понимает китайского, он является частью более крупной системы, в том числе свода правил, которая понимает. Вы можете отказаться от мысли, что разум может быть составлен из человека и нескольких книг, но это всего лишь очень смутный ум, на ответ на один вопрос, возможно, уйдут годы или тысячелетия.

Другая интерпретация состоит в том, что идея Сирла просто высвечивает тайну «других умов»: вы не можете знать, находится ли в сознании компьютер, пингвин или человек по соседству так же, как и вы. Если китайская комната не опровергает сильного ИИ, размышления об этом могут помочь нам выяснить, чего не хватает в нашем понимании сознания.

Ездить световым лучом

В своих автобиографических заметках «» Альберт Эйнштейн рассказывает нам, как в 16-летнем возрасте он представлял себя едущим вместе со световым лучом.Он подумал, что если вы можете успевать за ним, свет должен казаться неподвижным. Его колеблющиеся электрическое и магнитное поля были бы заморожены. Но это кажется невозможным. Уравнения, разработанные Джеймсом Клерком Максвеллом, которые описывают колебания электромагнитных полей, запрещают это, и мы определенно никогда не видели такой вещи, как замороженный свет.

«В этом парадоксе уже содержится зародыш специальной теории относительности», — писал он в 1947 году. Эйнштейн понял, что движение света одинаково, независимо от того, насколько быстро вы двигаетесь.Даже если бы вы двигались почти со скоростью света, луч все равно удалялся бы от вас с той же постоянной скоростью. Эта идея в конечном итоге привела Эйнштейна к совершенно новому взгляду на Вселенную через уравнения специальной теории относительности, с их экстраординарными предсказаниями, что время упруго и что инертная материя содержит огромное количество энергии.

Демон Лапласа

Представьте себе существо, которое знает место и движение каждой частицы во Вселенной. Он также знает физику, и его разум работает так быстро, что может вычислить, как эти частицы будут воздействовать друг на друга, изменяя свое движение.Может ли этот интеллект, описанный Пьером Лапласом в 1814 году, видеть будущее всего?

«Демон Лапласа», как стало известно, исследует идею детерминизма. В чисто классическом мире демон, кажется, работает. Теория хаоса означает, что будущее сверхчувствительно к прошлому, но если знания демона бесконечно точны, он все равно может знать судьбу всех.

Квантовая механика может убить демона. В господствующей квантовой теории у событий не всегда есть причины: радиоактивный распад и другие вещи могут происходить спонтанно.