Номер 4, страница 17, часть 1 - гдз по физике 7 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 1. Глава I. Физика и физические методы изучения природы. Параграф 2. Физика и окружающий мир - номер 4, страница 17.

Условие.

4. Прочитайте следующий текст и выполните задания к нему.

О том, как физические открытия находили практическое применение, расскажем на примере истории часов.

Однажды девятнадцатилетний юноша, которого звали Галилео Галилей, обратил внимание на удивительное свойство колебаний люстр в соборе. Период колебаний (то есть время одного полного колебания) почти не зависел от размаха колебаний! Чем же юный Галилей измерял время в этом опыте? Своим собственным пульсом: уже тогда проявилась его замечательная сообразительность, благодаря которой он сделал впоследствии великие открытия. Мы не раз ещё встретимся с именем Галилея на страницах учебников физики.

На основе открытия Галилея голландский учёный Христиан Гюйгенс построил первые маятниковые часы. Это была настоящая революция в измерении времени: ведь до этого пользовались только водяными и солнечными часами! Даже сегодня

можно встретить маятниковые часы: они мерно тикают днём и ночью, превращая секунды будущего в секунды прошлого.

В XVII веке английский физик Роберт Гук, изучая колебания груза на пружине, делает новое открытие: он замечает, что период этих колебаний тоже не зависит от их размаха! Этому открытию быстро нашли применение: изобрели пружинные часы. В отличие от маятниковых, пружинные часы удалось сделать настолько маленькими, что их можно было даже носить на руке. Согласитесь, что брать с собой в дорогу маятниковые часы было бы не очень удобно.

Благодаря новым открытиям в XX веке появились кварцевые часы — в основе их действия лежат уже не механические, а электрические колебания. Кварцевые часы работают от маленькой батарейки, а точность их хода намного выше, чем точность хода механических часов. Механические часы отстают или спешат примерно на одну минуту в день, а погрешность хода кварцевых часов — всего лишь одна-две минуты в год! Именно кварцевые часы наиболее распространены сегодня.

А открытия продолжаются! Используя их, учёные создали уже атомные часы. Их действие основано на колебаниях атомов, а точность хода этих часов поражает воображение: они уходят вперёд или отстают на одну секунду за несколько миллионов лет! Атомные часы используют, например, для точного расчёта траекторий космических кораблей.

а) Как Галилей установил, что период колебаний люстр в соборе не зависит от размаха колебаний?

б) Почему открытое Галилеем свойство колебаний можно использовать для создания маятниковых часов?

в) В чём состояло открытие Роберта Гука, позволившее создать пружинные часы?

г) Оцените, во сколько раз точность кварцевых часов больше точности механических часов.

Решение.

а) Как Галилей установил, что период колебаний люстр в соборе не зависит от размаха колебаний?

Согласно тексту, Галилео Галилей измерял время колебаний люстры, используя в качестве измерительного прибора свой собственный пульс. Он считал удары пульса и заметил, что на одно полное колебание люстры всегда приходилось одно и то же их количество, независимо от того, сильно или слабо она раскачивалась. Таким образом, он пришел к выводу, что период колебаний не зависит от их размаха (амплитуды).

Ответ: Галилей измерял период колебаний люстры с помощью своего пульса и установил, что он не меняется при изменении размаха колебаний.

б) Почему открытое Галилеем свойство колебаний можно использовать для создания маятниковых часов?

Основная функция часов заключается в отсчете равных промежутков времени. Открытое Галилеем свойство, известное как изохронность колебаний (для малых амплитуд), означает, что маятник совершает колебания с постоянным периодом. Эта стабильность периода позволяет использовать маятник в качестве регулятора, который задает равномерный ход всему часовому механизму, обеспечивая его точность.

Ответ: Открытое Галилеем свойство (постоянство периода колебаний маятника) можно использовать для создания часов, так как маятник позволяет отсчитывать равные промежутки времени, что является основой работы любого часового механизма.

в) В чём состояло открытие Роберта Гука, позволившее создать пружинные часы?

Открытие Роберта Гука, описанное в тексте, состояло в том, что он обнаружил для колебаний груза на пружине такое же свойство, какое Галилей открыл для маятника: период этих колебаний также не зависит от их размаха (амплитуды). Это позволило создать компактный и переносной колебательный механизм, который лег в основу пружинных часов.

Ответ: Роберт Гук открыл, что период колебаний груза на пружине не зависит от размаха (амплитуды) колебаний.

г) Оцените, во сколько раз точность кварцевых часов больше точности механических часов.

Дано:

Погрешность механических часов: $ \Delta t_{мех} = 1 \frac{мин}{день} $

Погрешность кварцевых часов: $ \Delta t_{кварц} = 1-2 \frac{мин}{год} $

Для оценки переведем погрешность механических часов в те же единицы, что и у кварцевых (минуты в год). Примем, что в году 365 дней.

$ \Delta t_{мех} = 1 \frac{мин}{день} \cdot 365 \frac{дней}{год} = 365 \frac{мин}{год} $

Для оценки погрешности кварцевых часов возьмем среднее значение из указанного диапазона: $ \Delta t_{кварц} = \frac{1+2}{2} = 1.5 \frac{мин}{год} $.

Найти:

Во сколько раз точность кварцевых часов больше точности механических. Это отношение можно оценить через обратное отношение их погрешностей: $ \frac{\Delta t_{мех}}{\Delta t_{кварц}} $.

Решение:

Точность обратно пропорциональна погрешности. Чтобы оценить, во сколько раз точность кварцевых часов выше, нужно найти отношение погрешности механических часов к погрешности кварцевых часов за один и тот же период времени (год).

Погрешность механических часов за год: $ \Delta t_{мех} = 365 \frac{мин}{год} $.

Погрешность кварцевых часов за год: $ \Delta t_{кварц} = 1.5 \frac{мин}{год} $.

Найдем отношение погрешностей:

$ N = \frac{\Delta t_{мех}}{\Delta t_{кварц}} = \frac{365}{1.5} \approx 243.3 $

Таким образом, точность кварцевых часов примерно в 243 раза выше, чем у механических.

Ответ: Точность кварцевых часов больше точности механических часов примерно в 240 раз.