Читать книгу "Физика на пальцах. Для детей и родителей, которые хотят объяснять детям - Александр Никонов"

Пета — квадриллион — 1 000 000 000 000 000. Обозначается значком P.

Экса — квинтиллион — 1 000 000 000 000 000 000. Обозначается значком Е.

Зетта — секстиллион — 1 000 000 000 000 000 000 000. Обозначается значком Z.

Етта — септиллион — 1 000 000 000 000 000 000 000 000. Обозначается значком Y.

И еще одну хитрость вам открою. Вы видите, сколько нулей тут написано? Очень много. Неудобно и долго записывать их, попутно пересчитывая и оставляя пробелы между каждой тысячей, чтобы удобнее было эти нули подсчитывать. Поэтому в науке — там, где встречаются такие длинные числа, — принято запись сокращать. Количество нулей просто обозначают маленькой вспомогательной цифиркой над десяткой. Эта маленькая цифирка называется степенью.

Например, вместо миллиона с его шестью нулями пишут так — 106. Это читается как «десять в шестой степени» или 10, умноженное на 10 шесть раз: 10×10×10×10×10×10 = 1 000 000.

А 109 — это миллиард, то есть единица и 9 нулей: 1 000 000 000.

103 — это единица и три нуля или 10х10х10 = 1000. Тысяча.

102 — это 100.

1012 — триллион, единичка с 12 нулями: 1 000 000 000 000.

Все просто, правда?

Тогда скажите, что такое десять в первой степени — 101? Это единица с одним нулем! То есть просто десять. Маленькая единичка тут ни о чем не говорит, поэтому ее никогда и не пишут, если речь идет просто о десятке.

А что делать, если нам надо указать очень маленькое число? Тогда тоже ставят маленькую циферку степени, но со знаком минус. И она означает количество цифр после запятой.

Например, десять в минус первой степени 10-1 — это одна десятая часть: 1/10 = 0,1.

А сколько будет десять в минус шестой — 10-6? Шесть нулей — это миллион. Значит, речь идет об одной миллионной доле: 0,000 001.

А 10-12 — это одна триллионная часть (в триллионе двенадцать нулей).

Теперь вы владеете «нотной грамотой науки». И сами запросто определите, что такое 2 × 103, например. Правильно, это два, умноженное на десять в третьей степени (то есть на тысячу). То есть просто 2000.

Если у вас есть 5 тысяч рублей, можете в строгом соответствии с научными правилами назвать их пятью килорублями или записать как 5×103 руб. Шикарно!

Посмотрите на картинку ниже. На ней белым фоном выделен тот диапазон частот, который слышит наше ухо — от 20 Гц до 20 тысяч Гц. А также показано, в каком диапазоне издают звуки различные музыкальные инструменты и некоторые животные. Низкие звуки, то есть звуки малой частоты, мы воспринимаем, как протяжный гул, а высокочастотные — как противный тонкий писк. У мамы частота звука гораздо выше, чем у папы, поэтому ее голос тоньше и визгливее. А у папы солидный бас или баритон, потому что мужской голос имеет низкую частоту и, соответственно, выглядит солиднее и убедительнее. И кулаки у папы больше.

Самый богатый инструмент из нарисованных на картинке — арфа. Арфа издает звуки наиболее широкого диапазона — гудит толстыми струнами от 30 герц и звенит самыми тонкими на 3000 герцах.

С другими инструментами, а также собачками и каркающими воронами тоже все ясно. А вот кузнечики, дельфины и летучие мыши умеют, как видите, издавать не только такие звуки, которые мы слышим (в белом поле), но и лежащие за пределами порога нашей слышимости (в сером поле).

Вот дельфин. Он издает звуки примерно от 5 тысяч герц до 180 тысяч! Таких звуков мы слышать не можем.

Издаваемые звуки и слышимый человеком диапазон

Начнем с высоких нот. По мере роста частоты звук постепенно истончается, переходит в противный писк и, наконец, перестает быть слышным, переходя в ультратонкую область.

В одном из восточных храмов прихожан поражал такой фокус — в металлический чан наливают воду, потом проводят по краю чана мокрыми пальцами, и на глазах у изумленной публики вода в чаше вдруг вскипает! Она реально начинает бурлить. И бурлит, пока водишь пальцами по краю сосуда.

Причина явления — ультразвук. Емкость сделана так, что трение по ее краю пальцем производит в металле звуковые волны ультразвуковой частоты. Металл передает свои колебания воде, и она начинает бурлить. Никаких чудес, сплошная физика.

Вообще, ультразвук «любит» твердое. Короткие волны, то есть волны высокой частоты, затухают быстрее, чем волны длинные (низкочастотные). Так, звук с частотой 10 000 герц поглощается в 100 раз сильнее, чем звук с частотой в 1000 герц. Но при этом твердое лучше проводит звук, чем жидкое и газообразное. Поэтому предпочтительная для ультразвука среда — кристаллические структуры, например, металл.

Максимальная частота ультразвука, которую удалось получить ученым — 25 миллиардов герц.

А максимальная теоретически возможная — 100 миллиардов Гц. Волны с большей частотой не смогут распространяться даже в твердой среде, поскольку будут сразу затухать прямо возле источника колебаний. Но даже и ультразвук с частотой в 25 млрд герц, полученный в экспериментах, распространяется на совсем малые расстояния, в твердых кристаллах кварца при очень низких температурах, близких к абсолютному нулю.

Люди вовсю используют ультразвуковые колебания в технике. С помощью ультразвуковых ножей в мастерских режут оргстекло и резину, а на кондитерских предприятиях — торты и пирожные. Казалось бы, зачем резать торты ультразвуковым лезвием, простого ножа что ли мало? А затем, что линия реза при этом получается очень ровная, потому как к лезвию ножа ничего не прилипает, поскольку он вибрирует с высокой частотой.

Как звук сфокусировать в одном направлении? Обычный рупор делает это прекрасно. Звуки отражаются от стенок рупора и не разлетаются в стороны, а направленно летят в сторону «цели».

Короткие волны легче фокусировать, получая направленный звуковой луч. С помощью таких лучей просвечивают металлические детали в поисках внутренних дефектов (трещинок, полостей). Это порой бывает весьма важно — например, на железнодорожном транспорте таким образом ищут дефекты в рельсах, потому что от нагрузок трещинка может увеличиться, рельс лопнет и поезд сойдет с рельсов. Поэтому едет по путям специальный вагон-дефектоскоп, просвечивает ультразвуком рельсы и, при обнаружении дефектного, дает команду на замену. С помощью специального оборудования в металле рельса возбуждают высокочастотные колебания, ловят отраженное эхо и по характеру отраженной волны понимают, есть внутри рельса дефект или нет. Это называется эхолокация.