X Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Роберт Вуд – гений эксперимента
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Цель моего исследования - изучить личность Роберта Вуда и удостовериться, что его по праву называют «отцом опытов».
Задачи исследования –
Изучить научную литературу.
Познакомиться поближе с жизнью известного учёного.
Рассмотреть самые полезные и выдающиеся опыты.
Проделать свои опыты.
Гипотеза исследования: общепринятое мнение «Роберт Вуд- отец опытов».
Актуальность исследования: Роберта Вуда как личности в целом всегда будет оставаться на высоком уровне. Этот ученый стал «кумиром», так как он не боялся экспериментировать, и внес большой вклад в физику.
Новизна исследования: заключается в использовании опытов, проделанных Робертом Вудом в современном мире.
Объект исследования: Роберт Вуд, его жизнь и деятельность в целом.
Предмет исследования: опыты Роберта Вуда.
Методы исследования: наблюдение, сравнение, эксперимент, анализ и синтез
Глава 1. Из истории жизни Роберта Вуда
РОБЕРТ ВУД - ГЕНИЙ ЭКСПЕРИМЕНТА Познакомьтесь с великим специалистом по постановке и проведению всевозможных опытов и экспериментов известным американским физиком, занимавшимся физической оптикой, Робертом Вудом (1868 - 1955 г.).
Современники называли его "отцом эксперимента".
Роберт Вуд – физик, который прославился следующими научными открытиями и достижениями:
исследовал оптический резонанс;
сконструировал телескоп, в котором использовал параболические вращающиеся зеркала из ртути, доказал преимущества изобретения;
изготовил непрозрачный светофильтр, который пропускал ультрафиолетовые лучи;
впервые в истории выполнил четкие снимки Луны в ультрафиолетовом спектре;
усовершенствовал дифракционную решетку;
разработал механизмы для выполнения фотосъемки в инфракрасном спектре;
исследовал, как колебания, возникающие при ультразвуке, влияют на твердые тела и жидкие субстанции.
Изобретательскому мышлению Вуда способствовали занятия живописью и чувство юмора, не изменявшее ему никогда. За свою жизнь Вуд опубликовал более 250 экспериментальных работ - как правило, с фактами и методикой, ранее не известными науке. Опыт - яркий и неожиданный, как вспышка из рук фокусника, - был козырем Вуда. А экспериментировать и фокусничать он начал чуть ли не с рождения. В раннем детстве Вуд любил устраивать поджоги и взрывы. К восьми годам за ним закрепилась пугающая репутация Прометея. Из школы Робби исключили за модернизацию езды по перилам винтовой лестницы. Позднее в Гарвардском университете он увлёкся опытами со взрывами и успешно соединил вещества, которые химики считали несовместимыми.
Вуд работал в Висконсинском университете, а затем ещё 37 лет был профессором университета Дж. Гопкинса в Балтиморе. К сожалению, его вклад в науку не всегда легко объяснить непосвященным. А самого Вуда порой раздражало, что широкая публика знает его не по научным работам, а по физическим фокусам да "небольшим изобретеньицам" вроде электропрогрева замёрзших труб водопровода.
В годы первой мировой войны Вуд сконструировал для армии сигнальный телескоп, устройство для быстрой подкачки военных аэростатов горячим воздухом, изобрёл "паутинную гранату" для противовоздушной обороны. Ему даже удалось вовлечь британское командование в дрессировку тюленей, с тем чтобы использовать их для обнаружения подводных лодок. Тюлени гонялись за субмаринами плохо, всё время отвлекаясь на косяки селёдки. Но эксперименты дали неожиданный результат.
Было доказано, что тюлени прекрасно слышат, плавая с полной скоростью под водой. Это помогло усовершенствовать гидрофоны, приборы для подслушки шума винтов подлодок. За свои военные придумки сугубо штатский специалист Вуд получил чин майора. Роберт Вуд был основоположником инфракрасной и ультрафиолетовой фотографии, расширил возможности астрофизики благодаря своим спектрографам, заменил дифракционными решётками стеклянные призмы в телескопе, обнаружил и описал оптический резонанс, поляризацию двухатомных молекул, подтвердил эффект комбинационного рассеяния света...
Экспериментатор Вуд блестяще раскрыл загадку "пурпурного золота" из гробницы Тутанхамона с помощью... лака для ногтей своей супруги. Ультрафиолетовый метод Вуда весь прошлый век помогал контрразведчикам обнаруживать тайнопись на бумаге, одежде и теле. Модная ныне фотосъёмка с обзором в 360 градусов ("рыбий глаз") также берёт начало в практических работах учёного. Он же заложил основы цветной фотографии и создал первый научный "мультик"... Было и такое: Однажды Вуд смастерил из твёрдого картона конический рупор - мегафон длиной чуть меньше трёх метров и диаметром раструба в 60 сантиметров.
Выставив его из окна квартиры приятеля, он насмешливыми репликами приводил в изумление одиночных прохожих и полисменов, находящихся за два квартала от него. Те на пустынных улицах слышали в сумерках как бы голос с неба. Как-то Вуд с семьей отдыхал у залива. Однажды, купаясь, он опрокинул себе на голову деревянную бадью и, держа ее на плечах и толкаясь ногами, долго развлекал детей зрелищем "живой" плавающей бадьи. На следующий день он вырезал в стенке бадьи прямоугольное отверстие и вставил туда стекло, а по краям бадьи прикрепил сорокафунтовый свинцовый балласт с киля яхты, который прижимал бадью к его плечам, если опуститься под воду. Предвосхищая создание батисферы, он соединил это устройство с велосипедным насосом, находившимся в лодке, при помощи двадцатифутового резинового шланга, и мог сидеть под водой сколь угодно долго, наблюдая за рыбами, водорослями и подводными пейзажами.
Первым крупным изобретением Вуда был способ отогревания замерзших водопроводных труб с помощью электрического тока. Вуд решил, что электрический ток, проходя по металлическим трубам, должен нагревать их, а мерзлая земля вокруг труб и лед внутри них электричество не проводят, так что никакой опасности не будет. Эксперимент провели у дома сенатора, где водопроводчики никак не могли найти под землей замерзшую трубу. Привезли трансформатор, к вторичной обмотке присоединили провода от сети, а первичную замкнули на кран в подвале и на водоразборный кран в трехстах футах от дома. Замкнули цепь и стали ждать результатов эксперимента у открытого крана в подвале.
Через десять минут послышалось бульканье, и из крана брызнула струя ржавой воды, смешанной со льдом. Еще через несколько минут появился лакей с шампанским и т.д. На следующий день в местной газете появилась статья. Это сообщение подхватили другие газеты и разнесли его по всей стране. Университет получил премию, а предложенный Вудом метод чуть ли не до сих пор применяется в цивилизованном мире для отогревания замерзших труб. За это изобретение Вуда повысили в должности с преподавателя до помощника профессора. Вуд был пионером фотографии в инфракрасных и ультрафиолетовых лучах. Он мог сооружать сложные физические приборы из подвернувшихся под руку предметов.
Вот как пишет он об одном изобретении: "Предварительные опыты были проделаны мною в летней лаборатории с помощью наскоро импровизированного прибора: фотографический телескоп был сделан из трехдюймовой кварцевой линзы, покрытой серебром, смонтированной в конце печной трубы из оцинкованного железа, с адаптером для пластинок с другого конца. Все это было скреплено с пятифутовым телескопом, служившим для того, чтобы следовать за Луной в течение трехминутной экспозиции. Оба они были укреплены на экваториале из старой велосипедной рамы, поставленной на цементную плиту так, что ось передней вилки была направлена на Полярную Звезду".
Всемирную известность получила и кошка Вуда, благодаря истории, которая давно стала хрестоматийной. Вуд построил спектроскоп, который долгое время оставался самым большим в мире. Он представлял собой деревянную трубу длиной 42 фута и диаметром около шести дюймов. На одном конце трубы помещалась ахроматическая линза с фокусным расстоянием в 42 фута, т.е. во всю длину трубы, и дифракционная решетка, а на другом конце - щель и зеркало.
После первых опытов Вуд на некоторое время куда-то уехал, а когда вернулся в июне, то обнаружил, что пауки сумели пробраться в трубу и сплели там множество своих изделий. Недолго думая, Вуд схватил свою кошку и, не без некоторого сопротивления с ее стороны, сумел запихнуть животное в один из концов трубы, а потом закрыл трубу. Кошке ничего не оставалось делать, как ползти по этому туннелю к свету. Она выскочила из другого конца трубы, волоча за собой целый шлейф из паутины, и в ужасе бросилась через забор. Но труба спектроскопа была очищена от паутины. Об этой истории написали многие газеты и журналы, приукрашивая историю и добавляя новые подробности. Дошло до того, что один журналист сделал кошку чуть ли не ассистентом Вуда, регулярно проделывающей этот номер. Едва возникала потребность в прочистке трубы, как Вуд, якобы, говорил кошке: "Кис, кис! Поди сюда и очисти спектроскоп от паутины!" И кошка послушно лезла в трубу. Вот так работал Роберт Вуд - гений физического эксперимента!
1.1 Опыты Вуда
Волнообразный ход светового пучка
В опытах по распространению света в оптически неоднородной жидкости пучок света изгибается в область с более высоким показателем преломления. Поскольку возможно изогнуть световой пучок и одну сторону, то можно загнуть его и в другую. Очевидно, можно также заставить световой пучок последовательно изгибаться в разные стороны, то есть распространяться волнообразно. Для этого нужно выше и ниже плоского слоя жидкости с определенным показателем преломления расположить жидкости, имеющие меньший показатель преломления и смешивающиеся с первой. Диффузия на двух границах раздела между тремя жидкостями приведет к образованию среды с таким градиентом показателя преломления, который обеспечит волнообразный ход светового пучка в ней.
Этот опыт проделал американский физик Роберт Вуд. Он предлагает это сделать так. Стеклянный сосуд размером 50*10*2 см3 со стенками из зеркального стекла наполняется на 3 см крепким раствором квасцов. Сверху наливается слой воды, содержащей 10 % спирта; хотя эта жидкость много легче раствора квасцов, обе они имеют примерно равные показатели преломления. Смесь глицерина и 85% спирта имеет показатель преломления много выше, а плотность — промежуточную между этими двумя жидкостями. Отсюда появляется возможность, пользуясь стеклянным сифоном с небольшим отверстием и горизонтально отогнутым концом, ввести между слоями первых двух жидкостей третью, промежуточную между ними по плотности жидкость. Все три раствора предварительно подкисляются серной кислотой и делаются флюоресцирующими путем прибавления к ним сернокислого хинина; благодаря этому пути лучей в них хорошо видимы. Осторожным помешиванием можно способствовать взаимной диффузии слоев; в результате мы будем иметь среду, в которой показатель преломления будет возрастать от поверхности до средней плоскости, и затем убывать от средней плоскости до дна; таким образом в ней будут условия, подобные атмосферным условиям, обусловливающим появление «фата-моргана», т. е. кажущегося возвышения предметов, находящихся на горизонте, и образования башенок и горных пиков. Если очень узкий пучок параллельных лучей, взятых от вольтовой дуги и пропущенных через конденсор, направить наклонно на один из концов сосуда, то можно будет видеть его распространение в жидкости в виде очень красивой синей волны, кривизна которой будет изменяться в зависимости от угла падения. Такой луч света, сфотографированный прямо в сосуде, представлен на рис. 1.
Рис 1. Волнообразный ход светового пучка: рисунок сделан по фотографии Р. Вуда.
Распространение света в оптически неоднородной среде
Довольно сложно достать вещества, перечисленные в опыте Вуда. Поэтому я предлагаю такой вариант.
В 0,5 литре воды растворите 250 г поваренной соли; в 0,5 литре воды растворите 350 г сахара; в 0,5 литре воды растворите 250 г натрия теосульфата. В кювету сначала налейте раствор поваренной соли, затем осторожно, по лезвию ножа, залейте раствор натрия теосульфата. Осторожно, с краю кюветы введите стеклянную трубку так, чтобы ее конец располагался на разделе двух сред. Через эту трубку аккуратно влейте насыщенный раствор сахара. Плотность раствора сахара будет больше плотности двух других растворов, в результате мы будем иметь среду, в которой показатель преломления будет возрастать от поверхности до средней плоскости, и затем убывать от средней плоскости до дна.
В затемненной комнате, при направлении луча лазера на боковую сторону кюветы под углом так, чтобы он попадал в слой насыщенного раствора сахара, можно будет видеть распространение в растворе сахара красной волны. Такой луч представлен на рисунке
Опыт посеребренное яйцо
Если блестящую серебряную закоптить над пламенем свечи дочерна, а потом погрузить эту ложку в стакан с водой, ложка вдруг заблестит серебром, отражая пламя свечи, как зеркало. Ты вытаскиваешь ее из воды, думая, что просто с нее осыпалась копоть. Нет, ложка по-прежнему черна! Объясняется это очень просто. Копоть состоит из мельчайших частичек, настолько мелких, что они трудно смачиваются водой; вода не касается ложки, окутывая ее тончайшей пленкой. Эта пленка и блестит, как металл, и отражает пламя, как зеркало. Этот опыт можно проделать иначе. Закопти над свечой или над лампой яйцо и погрузи его в воду. Оно будет казаться серебряным, пока ты не вынешь его из воды.
Глава 2. Подтверждение опытов Роберта Вуда на практике
Цель: Выявить на практике волнообразный световой пучок в неоднородной среде, т.е увидеть границу разделения жидкостей.
В 0,5 литре прокипяченной воды растворил 350 г сахара. В кювету размером 25*100*240 мм3, на дне которой лежит зеркало, сначала заливают раствор поваренной соли. Затем медленно и осторожно, по лезвию ножа тоненькой струйкой наливают поверх солевого раствора воду. Если сделать это осторожно и без спешки, то граница раздела будет четкой, а смешивание жидкостей минимальным.
Дальше установите лазер напротив кюветы и направьте световой пучок на боковую стенку кюветы так, чтобы он падал ниже границы раздела жидкостей. В этом случае в темноте вы увидите красивый красный пучок света, испытывающий полное отражение на границе раздела жидкостей и от зеркала, если падает под углом большим предельного (рис. 3).
Если же растворить в 0,5 литре прокипяченной воды 350 г поваренной соли и залить его в кювету вместо сахара, при этом направить световой пучок на боковую стенку кюветы так, чтобы он падал ниже границы раздела жидкостей, то и в этом случае в темноте вы увидите красивый красный пучок света, испытывающий полное отражение на границе раздела жидкостей и от зеркала, если падает под углом большим предельного (рис. 3).
Если же положить плоский предмет в точке отражения луча от зеркала, как вариант можно использовать монетку, то при хорошем освещении можно наблюдать мираж в виде монетки, стоящей перпендикулярно дну. Этот мираж относится к миражам первого класса, т.е. нижним или «озерным» миражам.
Рис. 3. Распространение света в оптически неоднородной среде: в кювете вверху находится вода, внизу — насыщенный раствор сахара.
Рис. 4 Распространение света в оптически неоднородной среде: в кювете вверху находится вода, внизу — насыщенный раствор поваренной соли.
Вывод: Я проделал свой личный опыт, на базе опыта Роберта Вуда. В результате у меня успешно получился опыт.
Заключение
Роберт Вуд покорил меня своей изобретательностью, его экспериментальные исследования открыли во мне заинтересованность к физике. Его вклад в науку человечество оценило очень высоко. Его часто называют "отцом современной физической оптики". Исследования Вуда легли в основу квантовой теории строения атомов, оставили глубокий след в молекулярной физике, физике ультразвука астрофизике и других разделах науки.
Изучив личность Роберта Вуда, я удостоверился, что его по праву называют «отцом опытов».
Его опыты проделать в домашних условиях возможно и в этом нет ничего сложного.
Как видно, Роберт Вуд являлся довольно неоднозначной фигурой в научной среде. За свою жизнь он не защитил ни единой диссертации, ведь это казалось исследователю слишком скучным и бесполезным занятием. Несмотря на это, Вуд имел статус почетного доктора широкого ряда университетов, а также являлся членом авторитетных научных обществ, неоднократно удостаивался престижных наград за вклад в развитие науки.
Список литературы
Сибрук В. 'Роберт Вуд современный чародей физической лаборатории' - Москва: Наука, 1978 - с.320
https://biography.wikireading.ru/154651
http://class-fizika.narod.ru/opit.htm
Приложение 1.
Вуд - разоблачитель ученых дураков и мошенников. Его война с медиумами
У доктора Вуда длинная карьера, начавшаяся еще до "N-лучей" Блондло и визита Евзапии Палладино в Америку, по разоблачению мошенников и добросовестно заблуждающихся ученых, исходят ли их теории из "научных" лабораторий, или из спиритических кабинетов.
При исследовании подозрительных явлений он отнюдь не соблюдает академического спокойствия и приличий. В случае со знаменитыми "N-лучами" он совершил поездку в университет в Нанси и привел к драматической развязке самое необычайное научное самозаблуждение нашего времени. Когда Гринделл Мэтьюз приехал из Англии со своими "лучами смерти" и пытался убедить правительство США купить их для флота, Ассошиэйтед Пресс просило Вуда "посмотреть их". Вуд "посмотрел" и написал громовую статью, в которой сравнивал Мэтьюза ("заблуждается ли он добросовестно или нет") с "жуликами, которые стараются продать Бруклинский мост невинным прохожим".
В исследовании спиритических сеансов Палладино он, являясь членом комиссии, созданной журналом Scientific American, применил рентгеновские лучи, а также хитроумную "венецианскую ставню", чтобы осветить пол кабинета медиума без ее ведома. В последнем случае, с Марджери, медиумом, исследованным в Гарварде, он схватил "эктоплазму" и завладел ею.
По мнению Вуда, эти люди, ведущие науку по ложным путям, резко разделяются на две категории: честных заблуждающихся и обыкновенных мошенников. Первые совершенно честно воображают, что имеют ценную идею, с которой могут принести другим пользу, а себе - деньги, если им окажут помощь в работе. Мошенники же обычно "изобретают" небольшой, но хитроумный аппарат, который действует с помощью какого-либо трюка, в надежде одурачить капиталиста или государство, которое дает им деньги авансом на "проведение опытов в полном масштабе". Обе категории стары, как мир, и будут существовать вечно. Прошлым летом Вуда просили разобрать следующее "изобретение": человек утверждал, что может управлять трактором и приводить его в движение с помощью "беспроволочной передачи энергии". У него же, конечно, были и "лучи смерти". Они всегда изобретают "лучи смерти". Он имел покровителя, надоедавшего Вуду, который уверял, что видел, как лучами была убита утка на высоте восьмисот футов.
16