Материал для конференции "Физические парадоксы для старших классов"
материал по физике (9, 10, 11 класс) по теме

Слайд 1

Материал для конференции Физические парадоксы для старших классов. Хайруллина Р.Т. Казань 2018

Слайд 2

Парадокс кинетической энергии Игрушечный. автомобиль с полностью заведенной пружиной может разогнаться до скорости v. Пренебрегая потерями энергии на трение, можно считать, что потенциальная энергия заведенной пружины W целиком превратилась в кинетическую энергию игрушки. Рассмотрим этот же процесс в другой инерциальной системе отсчета, которая движется со скоростью v относительно Земли навстречу игрушечному автомобилю. В этой системе отсчета окончательная скорость игрушки равна 2v, т. е. вдвое больше, а ее кинетическая энергия в четыре раза больше, т. е. равна 4 W. Так как в этой системе отсчета автомобиль с самого начала имел кинетическую энергию W, то в результате раскручивания пружины его кинетическая энергия воз­ росла на 3W, а не на W, как в исходной системе отсчета. Между тем потенциальная энергия заведенной пружины в обоих случаях равна W! Как объяснить этот парадокс? Парадокс возникает потому, что в приведенных рассуждениях не учитывалась кинетическая энергия Земли и ее изменение при взаимодействии колес игрушки с дорогой

Слайд 3

. Рассмотрим заряженный плоский воздушный конденсатор. Разность потенциалов между его обкладками Обратим внимание на то, что  φ. Пропорционально расстоянию d между пластинами конденсатора. Это значит, что, раздвигая пластины заряженного конденсатора, мы можем увеличивать разность потенциалов между ними. Зарядив, например, конденсатор до разности потенциалов 10В и увеличив затем зазор d в 103, 104, ... раз, мы получим  φ равным, соответственно, 10 В, 105 В И т. д. Какой простой и хороший способ создания ускорителя' заряженных частиц! Парадокс плоского конденсатора. Приведенная формула для емкости плоского конденсатора справедлива только при малых значениях. d, то есть когда d существенно меньше линейных размеров пластин. При больших зазорах между обкладками поле перестает быть однородным и разность потенциалов  φ перестает линейно зависеть от d.

Слайд 4

Парадокс плоского конденсатора . . Пусть мы имеем два одинаковых конденсатора (даже не обязательно плоских) емкостью С каждый. Один из них заряжен зарядом qo, а другой не заряжен. Электрическая энергия, запасенная в конденсаторах, равна W 1 Соединим теперь конденсаторы параллельно друг другу. Тогда общий заряд конденсаторов останется прежним и равным qo, а суммарная ем кость будет равна 2С., Теперь электрическая энергия системы равна W 2= Куда же девалась половина прежнего запаса энергии? При быстрых изменениях тока в цепи в окружающем пространстве возникает переменное электромагнитное поле, и половина первоначальной энергии уносится электромагнитной волной.

Слайд 5

Парадокс плоского конденсатора. . Плоский воздушный конденсатор емкостью С заполнили диэлектрической жидкостью с прони­цаемость ε и зарядили до напряжения U . При этом конденсатор приобрел электрическую энергию W1 = εCU2|2. Затем конденсатор отсоеди­нили от источника, жидкость слили и после этого разрядили. Легко сообра­зить, что при разрядке выделится энергия W2=ε2CU |2=εW1 (заряд кон­денсатора q =εCU при сливании жидкости не изменился, а емкость стала равной С). Получается, что при разрядке конденсатора выделится больше энергии, чем он получил при зарядке. Например, при ε=2 W2=2W1 . Возник­ла явно парадоксальная ситуация Жидкий диэлектрик вытекает из конденсатора под действием силы тяжести, поэтому энергия конденсатора возрастет на величину 'работы силы тяжести.

Слайд 6

Парадокс постоянного магнита. 1) Представим себе длинный прямой проводник, по которому течет ток l (рис.1). Пусть этот проводник электростатически нейтрален, и пусть вдоль него движется заряженная частица Если частица двигалась по инерции, то ее траектория, конечно, искривится в сторону проводника или от него, что можно наблюдать в опытах. Как будто бы все просто и понятно. А теперь представим себе, что мы не сидим и смотрим на все это, а движемся в маленьком вагоне вдоль проводника с током, причем со скоростью υ, как у нашей заряженной частицы. Как говорят в таких случаях, перейдем в другую систему координат. Частица теперь для нас неподвижна, она больше не ток. Значит, магнитные силы на нее не действуют? А куда же они делись Электрическое и магнитное поля не существуют отдельно, а для разных наблюдателей одно и то же поле может проявляться как магнитное или как электрическое или как их смесь в самых разных пропорциях.

Слайд 7

Парадокс Вавилова. Пересечение двух световых пучков в некоторых случаях область АС будет светлой, а в некоторых- темной. Разрешается парадокс учитывая то, что при малых углах уже нельзя пользоваться понятием идеального параллельного пучка конечного сечения. В интерференционных опытах данного типа всегда дело будет сводиться к пространственному перераспределению потока энергии.