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LABORATÓRIO CIENTÍFICO INFANTIL
Como ouvir o sol. Laboratório de Ciências para Crianças
Diretório / Laboratório de Ciências para Crianças Voz ensolarada... Uma combinação incomum de palavras, não é? Estamos todos habituados aos conceitos de "luz solar", "raios solares", enfim, ao facto de a nossa estrela poder ser vista. Mas o que mais você pode ouvir... A hipótese da existência da voz solar foi apresentada pelo astrônomo Gorky, cujas obras são bem conhecidas em nosso país e no exterior, o professor Vladimir Vyacheslavovich Radzievsky. Além disso, ele até prevê como soará a voz ensolarada: nela você pode ouvir o rugido dos furacões, o uivo das tempestades, o rugido medido das ondas do mar e uma combinação bizarra de outros sons até então desconhecidos para nós. E sendo decifrada, esta voz, talvez, revele muitos segredos da nossa estrela. Como nasceu a ideia inusitada de ouvir o Sol? Vladimir Vyacheslavovich, respondendo a esta pergunta, diz que um fenômeno que não é tão raro na ciência aconteceu quando eles estão procurando por uma coisa, mas encontram algo completamente diferente. Mas a história de sua ideia não é apenas um exemplo de reviravoltas incomuns e inesperadas em uma busca científica emocionante, é também um exemplo de seguir obstinadamente a lógica da busca, a capacidade de levar o que foi iniciado ao seu fim lógico. Radzievsky estudou como a pressão da luz afeta o movimento dos corpos celestes. Para fazer isso, ele precisava encontrar a maneira mais precisa de medir a pressão da luz. A precisão alcançada no experimento clássico de P. N. Lebedev não foi suficiente. No entanto, é melhor começar a história lembrando o que é a pressão da luz e como foi realizado o experimento de Lebedev, durante o qual a existência dessa pressão foi provada pela primeira vez e sua magnitude foi medida. Em um recipiente de vidro no vácuo em um fio fino, o famoso físico suspendeu um gimbal com duas "asas de mosca" leves (veja a Fig.). Assim, o cientista chamou as folhas de metal mais finas com um diâmetro de cerca de 5 mm. Uma dessas asas era prateada, a outra era enegrecida. Através de um sistema de lentes, a luz de um poderoso arco elétrico era direcionada a eles. E então aconteceu o seguinte: a superfície enegrecida absorveu a luz, enquanto os fótons foram refletidos da superfície prateada, ricocheteando, dando assim a este winglet um impulso adicional. Como resultado, a suspensão com asas torcidas. A experiência de P. N. Lebedev, como é conhecido, provou que existe uma leve pressão. E de acordo com o ângulo de torção da suspensão, foi possível estabelecer aproximadamente seu valor. A medição e o cálculo precisos da pressão da luz são muito importantes para os astrônomos que precisam calcular o curso das estrelas. Essa pressão, por exemplo, determina em grande parte a aparência e a forma das caudas dos cometas. Porém, a experiência de P. N. Lebedev, dada no último ano do século passado, para os problemas de hoje, como já dissemos, não fornece a precisão necessária. Radzievsky estava procurando uma maneira mais clara de medir. De alguma forma, ele encontrou um livro chamado "Audição e fala". O autor do livro argumentou que o ouvido humano é muito mais sensível que o olho. Parece que comparar esses dois sentidos é tão inútil quanto, digamos, comparar a qualidade de obras musicais e confeitaria. Afinal, o olho reage a um campo eletromagnético e o ouvido a um acústico. No entanto, há um grão racional em tal comparação. A superioridade relativa da orelha sobre o olho é óbvia a partir deste exemplo. O olho não consegue captar a sequência de quadros na tela do cinema, que ocorre com uma frequência de apenas 24 quadros por segundo. E a membrana timpânica da orelha é um método de pressão com frequência de até 20 mil hertz. O cientista também lembrou que há muito tempo existe um aparelho muito simples e conveniente para testar a audição - um termofone. Com sua ajuda, testados, por exemplo, recrutas do exército. O termofone é uma caixa lacrada com um fio enegrecido, do qual há uma saída - para o ouvido. Uma corrente de 1 ampere é aplicada ao fio, que é modulada por uma corrente alternada de frequência sonora - 600 hertz. As variáveis aqui são infinitamente pequenas: a amplitude da corrente alternada, por exemplo, é um décimo de milionésimo de volt. Por 1/600 de segundo, o fio tem tempo de expandir um pouco, no próximo microintervalo ele encolhe um pouco ... Mas mesmo essas vibrações insignificantes o ouvido ouve, porém, cada pessoa tem maneiras diferentes, que é usado para testar audição. Esses fatos levaram Radzievsky à ideia: se a audição é tão sensível, talvez com sua ajuda seja possível medir a pressão da luz com mais precisão? Para verificar, ele conduziu um experimento simples (ver Fig.) O cientista fez um disco no qual cinco orifícios redondos de diâmetro igual foram cortados na mesma distância um do outro. O disco começa a girar a uma velocidade de 100 rpm e um poderoso feixe de luz é direcionado a ele. Atrás do disco, em frente a um dos orifícios, há uma caixa lacrada com uma membrana prateada. Um tubo fino sai da caixa e é inserido no ouvido. Em um minuto, a luz é bloqueada 500 vezes e reaberta, a membrana está sob a ação da luz ou não. Portanto, deve soar, experimentando exposição periódica à pressão leve. A experiência foi um sucesso. O som era forte o suficiente. Faltava apenas calibrar sua força, e foi possível calcular o valor da pressão leve ... Eureka? O sucesso, alguns fáceis demais, não poderia deixar de alertar o verdadeiro pesquisador. Para verificação, o cientista (como ele mesmo admite - puramente intuitivamente) escureceu a membrana com fuligem. O som deveria ter desaparecido ou pelo menos ter ficado significativamente mais fraco. Afinal, a pressão da luz é proporcional ao coeficiente de reflexão da luz e, para uma superfície enegrecida, é insignificante. No entanto, algo bem diferente aconteceu. A membrana literalmente rugiu!
Ficou claro que não era uma pressão leve que se manifestava principalmente no experimento. Qual é então a razão para o fenômeno observado? Obviamente, o pesquisador sugeriu que a fuligem simplesmente esquenta sob a influência do fluxo de luz e esfria quando a luz é bloqueada (lembre-se do fio do termofone). Consequentemente, a camada de ar adjacente à membrana se expande e se contrai periodicamente. As vibrações elásticas do ar são transmitidas ao tímpano. Mais uma vez, essa pista foi confirmada por um novo experimento, onde ao invés de um poderoso arco elétrico, uma lâmpada comum serviu como fonte de luz. O efeito se manifestou, mas o som, claro, ficou mais silencioso. Estritamente falando, o experimento de teste não é difícil de reproduzir. Para fazer isso, você precisa de um dispositivo simples - um estetoscópio médico comum, com o qual o médico ouve o paciente. Pegando-o, você verá que uma porca é aparafusada na câmara de coleta de som, pressionando firmemente uma membrana rígida na câmara (ver Fig.). Desparafuse-o, cubra o interior da câmara com uma espessa camada de fuligem e, em seguida, coloque a porca e a membrana de volta no lugar, verificando cuidadosamente o aperto. Tubos de borracha e pontas auriculares também devem ser herméticos. Afinal, a energia sonora que surge na câmara é insignificante e o menor vazamento dela levará à falha. Se você aproximar agora o estetoscópio da lâmpada (a distância entre eles dependerá da sua acuidade auditiva e pode variar de 10 cm a 1 m), você ouvirá um zumbido suave e grave correspondente ao som de um diapasão com uma frequência de 50 hertz. Alguém pode ter dúvidas - o som é causado por um campo eletromagnético alternado? Tente bloquear a luz com qualquer tela opaca. O som desaparecerá imediatamente e aparecerá no mesmo momento em que a tela for removida. Ao contrário, uma tela transparente, por exemplo, feita de plexiglass, não tira o som de uma lâmpada.
A origem do som aqui é exatamente a mesma do experimento descrito acima. Radzievsky chamou esse fenômeno de efeito fotofone, e o dispositivo para sua detecção (o "estetoscópio modernizado" com a ajuda de fuligem) - o fotofone. Uma pessoa com mentalidade técnica descobrirá imediatamente como usar um fotofone de forma prática. Bem, pelo menos para verificar a qualidade das lâmpadas. A natureza do som da lâmpada, aparentemente, deveria estar associada ao estado técnico do filamento.
Mas, claro, as lâmpadas não são o principal. No final, eles sabem determinar sua qualidade mesmo sem fotofone. Refletindo sobre o efeito descoberto, Radzievsky de repente se pegou em um pensamento simples e ao mesmo tempo extraordinariamente ousado. Se o fotofone ouve uma lâmpada comum de XNUMX watts, isso significa que também pode responder a um emissor imensuravelmente mais poderoso - o Sol ... Aqui traçamos em termos gerais o caminho da origem da ideia de ouvir o Sol. Um leitor atento, mesmo a partir desses poucos eventos e fatos, provavelmente será capaz de adivinhar que Vladimir Vyacheslavovich pertence àquele tipo raro de pesquisadores chamados de "geradores de ideias" no mundo científico. De fato, é difícil até mesmo contar, quanto mais listar, todas as hipóteses por ele apresentadas ao longo de muitos anos de atividade científica. Ao mesmo tempo, o cientista compartilha de bom grado suas ideias com os colegas, principalmente com seus alunos que trabalham em diversas cidades do país. Embora algumas de suas hipóteses não tenham sido confirmadas - isso é inevitável na ciência, mas outras ideias são desenvolvidas com sucesso. E também é fácil ver que Radzievsky pode prescindir de equipamentos caros ou alguns dispositivos especiais. Ele é sempre resgatado por pensamentos não padronizados, ficção e imaginação criativa. Para garantir isso, ainda teremos novas oportunidades. Voltemos à hipótese. A luz solar, como a luz de uma lâmpada, na verdade não é tão suave quanto parece a olho nu. Quando vista através de um telescópio, a superfície de nossa luminária se assemelha a um mingau de arroz fervendo. Cada grão de "mingau" - um grânulo - é o resultado de um avanço convectivo através da fotosfera do Sol de uma massa mais incandescente de gás de suas profundezas. O tamanho de cada grânulo é de 150 a 1000 km, sua vida útil média é de 3 a 5 minutos e a temperatura é de 300 a 500 graus mais alta que o fundo circundante. A cada centésimo de segundo, cerca de 50 grânulos nascem e morrem e, ao mesmo tempo, cerca de um milhão deles são observados no Sol. Daí a impressão de mingau fervendo. Todos esses processos de constante nascimento e morte de grânulos inevitavelmente dão à luz do sol um "tremor", cuja frequência flutua em um amplo espectro sonoro, incluindo, é claro, o audível. E então a fantasia sugeriu ao cientista que em uma imagem sonora tão colorida os furacões deveriam trovejar, as tempestades uivar ... E por trás deles estão processos físicos reais, que, talvez, possam dizer muito sobre si mesmos. É verdade que também é preciso aprender a decifrar a linguagem das tempestades solares e dos sussurros. Então, a oportunidade de ouvir o Sol, você vê, parece muito tentadora. Mas o Sol, embora tenha um poder colossal de radiação, está, como lembramos, a uma distância de 150 milhões de quilômetros. Você não pode trazê-lo para um fotofone como uma lâmpada. O som do aparelho será causado por raios vindos de tal distância? Radzievsky fez os cálculos necessários. Descobriu-se que, para testar a hipótese, é necessário um telescópio poderoso com um diâmetro de espelho de pelo menos 6-7 M. O que o telescópio tem a ver com isso? Sua finalidade não é apenas (e nem tanto) aproximar os corpos celestes estudados do observador, mas amplificar os sinais vindos deles. O ganho aumenta com o quadrado do diâmetro do espelho. Somente com um poderoso amplificador - um telescópio, a possibilidade de ouvir a voz do sol tornou-se real (ver Fig.).
Alguns anos atrás, tais telescópios não existiam. E com Radzievsky tudo se limitava a um artigo em uma revista científica especial. As opiniões dos colegas sobre a ideia de Radzievsky foram divididas. Um dos argumentos mais sérios dos céticos soa assim: os ruídos na atmosfera são tão fortes que através deles a voz do sol não chegará à Terra. Em resposta a tais dúvidas, Vladimir Vyacheslavovich dá um exemplo bem conhecido com ... morcegos. Todo mundo sabe que os morcegos são noturnos. Eles enxergam mal, mas se movem com a ajuda de sinais ultrassônicos, emitindo uma onda que se reflete nos objetos ao redor e, voltando a eles, permite uma orientação correta. Certa vez, os cientistas decidiram verificar: o estilo de vida deles está simplesmente relacionado ao hábito de dormir em determinadas horas ou tem outros motivos mais profundos? Para fazer isso, os morcegos foram colocados em um avião e transportados por vários fusos horários, mudando seu dia em 8 horas. E o que - os ratos sentaram-se calmamente nos postes até o pôr do sol e, com o início da escuridão, começaram seus vôos habituais. Radzievsky explica esse fato da seguinte maneira. A Terra reage à radiação solar como uma gigantesca membrana absorvedora. Essa reação se expressa em ruídos inaudíveis para humanos, mas bem captados por morcegos mais sensíveis. Para eles, o ruído é um fundo poderoso contra o qual seus próprios sinais fracos são perdidos. Portanto, durante o dia, eles são privados da possibilidade de orientação. Após o pôr do sol, o ruído desaparece e os ratos podem se mover. Ruídos atmosféricos, que também existem à noite, não interferem nos morcegos. Isso significa que eles não são tão fortes a ponto de interferir na audição do Sol. Em uma palavra, cabe ao experimento futuro em um dos poderosos telescópios construídos nos últimos anos. Só a experiência pode confirmar ou refutar uma ideia. E hoje é até difícil prever o que se seguirá ao resultado do experimento de teste, se for bem-sucedido. Talvez a voz solar forneça novas informações sobre os processos que ocorrem em nossa estrela, que ainda estão longe de serem totalmente compreendidos. Talvez um simples fotofone se torne a base de instrumentos ultrassensíveis capazes de captar o ruído da Terra, nascido da luz solar. E esse barulho pode dizer muito sobre a Terra e o Sol... Autor: V. Meyerov
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