Номер 1, страница 57, часть 2 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

1. Соберите материал, используя интернет-ресурсы, и подготовьте сообщение о жизни и деятельности П.Н. Лебедева. Выясните, какие трудности возникали в проведении опыта и какими способами они были преодолены.

Сообщение о жизни и деятельности П.Н. Лебедева

Петр Николаевич Лебедев (1866–1912) — выдающийся русский физик-экспериментатор, создатель первой в России научной физической школы. Его работы заложили основу для многих разделов современной физики, а его главный научный подвиг — экспериментальное обнаружение и измерение давления света.

Основной целью Лебедева было подтверждение электромагнитной теории света Джеймса Максвелла, которая теоретически предсказывала, что свет, будучи электромагнитной волной, должен оказывать давление на препятствия. Эта задача была чрезвычайно сложной, поскольку величина светового давления ничтожно мала. Многие ученые до Лебеде-ва пытались, но не смогли измерить этот эффект.

Трудности в проведении опыта

Главные трудности, с которыми столкнулся П.Н. Лебедев, были связаны не столько с основной измеряемой величиной (давлением света), сколько с побочными эффектами, которые были в тысячи раз сильнее и маскировали искомый результат:

1. Радиометрический эффект: При освещении поверхности в разреженном газе молекулы газа, отскакивающие от более нагретой (освещенной) стороны, передают ей больший импульс, чем молекулы с холодной стороны. Это создает так называемую радиометрическую силу, которая может многократно превышать силу светового давления.

2. Конвекционные потоки: Нагрев источником света частей прибора и остаточного газа внутри колбы приводил к возникновению конвекционных потоков. Эти потоки воздуха создавали хаотические силы, действующие на чувствительные элементы установки и делающие измерения невозможными.

3. Высочайшая чувствительность: Для измерения крошечной силы светового давления требовался прибор невиданной на тот момент чувствительности. Любые внешние вибрации, изменения температуры или магнитного поля могли сорвать эксперимент.

Способы преодоления трудностей

Лебедев проявил себя как гениальный экспериментатор, придумав и реализовав элегантные решения для каждой из этих проблем:

1. Создание чувствительных крутильных весов: Он сконструировал прибор, представлявший собой легчайшее коромысло с тонкими дисками (крылышками) на концах, подвешенное на тончайшей (несколько микрон в диаметре) кварцевой нити в вакуумированном сосуде. Давление света, падающего на один из дисков, закручивало нить. По углу закручивания, который измерялся с помощью зеркальца и светового зайчика, Лебедев с высокой точностью определял действующую силу.

2. Борьба с радиометрическим эффектом и конвекцией: Это была самая сложная часть.

• Во-первых, Лебедев добивался максимально возможного для того времени вакуума в колбе с помощью ртутных насосов, чтобы уменьшить количество молекул остаточного газа.

• Во-вторых, он использовал крылышки разного типа: одни были зачернены сажей (поглощали свет), другие — блестящие (отражали). Теория предсказывала, что давление на отражающую поверхность должно быть вдвое больше, чем на поглощающую. Радиометрические же силы от типа поверхности зависели иначе. Проводя измерения с разными крылышками и при разной степени разрежения газа, он сумел выделить и учесть побочные эффекты, отделив их от чистого светового давления.

• В-третьих, он менял толщину крылышек. На очень тонких крылышках разница температур между освещенной и теневой сторонами была минимальна, что также ослабляло радиометрический эффект.

3. Изоляция установки: Чтобы исключить внешние помехи, вся установка была помещена в несколько вложенных друг в друга кожухов для термостабилизации, а измерения проводились ночью, когда городские вибрации (от конного транспорта, например) были минимальны.

В 1899 году Лебедев успешно измерил давление света на твердые тела, а к 1907 году — на газы, что стало триумфальным подтверждением теории Максвелла и принесло ему мировую славу.

Помимо научной деятельности, Лебедев был активным организатором науки. Однако в 1911 году в знак протеста против политики министра просвещения Л. А. Кассо он вместе с группой ведущих профессоров покинул Московский университет. Напряженная работа по созданию новой лаборатории на частные средства подорвала его здоровье, и в 1912 году он скончался.

Ответ: Петр Николаевич Лебедев — русский физик-экспериментатор, впервые измеривший давление света на твердые тела и газы. Основными трудностями в его опытах были побочные эффекты (радиометрический и конвекционный), которые многократно превышали искомый эффект светового давления. Лебедев преодолел их, создав сверхчувствительные крутильные весы, добившись высокого вакуума, используя крылышки с разной отражающей и поглощающей способностью для разделения эффектов, а также тщательно изолировав установку от внешних воздействий.