Номер 2, страница 210 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

2. От чего зависит выбор метода измерения расстояний?

Решение

Выбор метода измерения расстояний является комплексной задачей и зависит от нескольких фундаментальных факторов. Не существует единого универсального способа, подходящего для всех случаев, поэтому для каждой ситуации подбирается наиболее адекватный метод.

Ключевые факторы, влияющие на выбор метода:

1. Масштаб (величина) измеряемого расстояния

Это самый главный фактор. Методы, эффективные на одних масштабах, совершенно неприменимы на других.

• Малые и микроскопические расстояния (атомы, молекулы): Для таких измерений используются косвенные методы, основанные на физических явлениях. Например, атомная силовая микроскопия, сканирующая туннельная микроскопия, а также дифракция рентгеновских лучей или электронов на кристаллических решетках.

• Небольшие «бытовые» расстояния (от долей миллиметра до десятков метров): Применяются прямые контактные методы с использованием измерительных инструментов: линейки, рулетки, штангенциркуля, микрометра.

• Большие земные расстояния (километры): В геодезии и картографии используются методы триангуляции и трилатерации, которые основаны на измерении углов и сторон в сети треугольников. В настоящее время их в значительной степени вытеснили спутниковые системы навигации (GPS, ГЛОНАСС), обеспечивающие высокую точность.

• Расстояния в пределах Солнечной системы: Основным методом является радиолокация. К объекту (например, к Венере или астероиду) посылается радиосигнал, который, отразившись, возвращается на Землю. Расстояние $\text{L}$ вычисляется по времени задержки сигнала $\text{t}$ по формуле: $L = \frac{c \cdot t}{2}$, где $\text{c}$ – скорость света.

• Расстояния до ближайших звезд (до сотен парсек): Используется метод годичного тригонометрического параллакса. Он заключается в измерении видимого смещения звезды на небесной сфере относительно более далеких звезд при наблюдении из двух диаметрально противоположных точек земной орбиты (с интервалом в полгода). Расстояние до звезды $\text{r}$ в парсеках обратно пропорционально ее параллаксу $\text{p}$ в угловых секундах: $r \text{ [пк]} = \frac{1}{p \text{ ["]}}$.

• Расстояния до галактик и далеких звездных скоплений: Когда метод параллакса перестает работать из-за малости угла смещения, астрономы прибегают к методу «стандартных свеч». Это объекты, абсолютная светимость (мощность излучения) которых известна. Сравнивая ее с видимой яркостью, можно вычислить расстояние. В качестве стандартных свеч используют:

- Цефеиды: Пульсирующие звезды-гиганты, у которых период пульсации строго связан с их светимостью.

- Сверхновые типа Ia: Термоядерные взрывы белых карликов, достигающие в максимуме блеска практически одинаковой светимости.

• Космологические расстояния (до самых далеких объектов во Вселенной): На таких масштабах используется закон Хаббла. Он гласит, что скорость удаления галактики $\text{v}$ пропорциональна расстоянию до нее $\text{D}$: $v = H_0 \cdot D$, где $H_0$ – постоянная Хаббла. Скорость $\text{v}$ определяется по красному смещению линий в спектре галактики.

2. Требуемая точность

Для постройки забора достаточно точности рулетки (±1 см), а при изготовлении деталей для двигателя или микросхем требуется точность до микрометров и нанометров, что достигается с помощью лазерных интерферометров и электронных микроскопов. Точность астрономических измерений также определяет выбор метода: параллакс точнее фотометрических методов, но имеет ограниченную дальность применения.

3. Доступность объекта

Если объект физически доступен, можно использовать прямые контактные методы. Если же он недоступен (небесное тело) или контакт с ним невозможен/нежелателен (горячий объект), применяются только дистанционные (бесконтактные) методы: оптические, радиолокационные и т.д.

4. Наличие ресурсов и условия измерения

Выбор метода также определяется имеющимся оборудованием, бюджетом и временем. Например, точное измерение параллакса требует высокотехнологичных космических телескопов (как Gaia), а радиолокация планет – мощных радиотелескопов и передатчиков.

Ответ: Выбор метода измерения расстояний в первую очередь зависит от масштаба измеряемого расстояния (от микромира до космологических масштабов). Другими важными факторами являются требуемая точность измерения, физическая доступность объекта, а также имеющиеся технологические и финансовые ресурсы.