Номер 16, страница 6 - гдз по физике 7 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Физика и её роль в познании окружающего мира. Физические величины. Измерение физических величин. Точность и погрешность измерений - номер 16, страница 6.

Условие.

16. Какому основному требованию должны соответствовать точные часы? Какие часы в большей мере соответствуют этому требованию?

Решение.

Какому основному требованию должны соответствовать точные часы?

Основное требование, которому должны соответствовать точные часы, — это максимальная стабильность и неизменность периода колебаний, которые лежат в основе их механизма. Любые часы функционируют как счетчик одинаковых промежутков времени. Для того чтобы часы были точными, этот промежуток времени (период колебаний) должен быть строго постоянным и не зависеть от внешних факторов, таких как температура, давление, влажность, положение в пространстве, механические воздействия и старение компонентов. Чем стабильнее период колебательного процесса, тем точнее часы.

Ответ: Основное требование к точным часам — это постоянство (стабильность) периода колебаний их осцилляционной системы.

Какие часы в большей мере соответствуют этому требованию?

В разной степени этому требованию соответствуют разные типы часов. Наиболее полно ему отвечают атомные часы.

1. Атомные часы. Это самый точный тип часов. В качестве осциллятора они используют частоту электромагнитного излучения, которое испускается или поглощается атомами при переходе электронов с одного энергетического уровня на другой. Эта частота является фундаментальной физической константой и практически не зависит от внешних условий. Точность современных атомных часов такова, что их погрешность составляет около 1 секунды за сотни миллионов лет.

2. Кварцевые часы. В этих часах используется пьезоэлектрический эффект: кристалл кварца колеблется с очень стабильной и высокой частотой под воздействием электрического тока. Частота колебаний кварцевого резонатора гораздо стабильнее, чем у механических систем, но она все же может незначительно изменяться под влиянием температуры и со временем из-за старения кристалла.

3. Механические часы. В маятниковых или наручных механических часах используются колебания маятника или системы «баланс-спираль». Период этих колебаний зависит от многих факторов: для маятника — от его длины и местного ускорения свободного падения ($T = 2\pi\sqrt{l/g}$), для баланса — от упругости пружины и момента инерции. Эти параметры могут меняться из-за температуры (тепловое расширение), трения в механизме, положения часов и износа деталей. Поэтому механические часы наименее точны по сравнению с кварцевыми и атомными.

Ответ: В наибольшей мере требованию стабильности периода колебаний соответствуют атомные часы, за ними следуют кварцевые, и в меньшей степени — механические часы.