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LABORATORIO CIENTÍFICO INFANTIL
Cómo escuchar el sol. laboratorio de ciencias para niños
Directorio / Laboratorio de ciencias para niños Voz soleada... Una combinación inusual de palabras, ¿no? Todos estamos acostumbrados a los conceptos de “luz solar”, “rayos de sol”, en una palabra, al hecho de que nuestra estrella se puede ver. Pero también puedes escucharlo... La hipótesis sobre la existencia de la voz solar fue propuesta por el astrónomo Gorki, cuyos trabajos son muy conocidos en nuestro país y en el extranjero, el profesor Vladimir Vyacheslavovich Radzievsky. Además, incluso predice cómo sonará la voz del sol: en él se puede escuchar el rugido de los huracanes, el aullido de las tormentas, el rugido mesurado de las olas del mar y una extraña combinación de otros sonidos hasta ahora desconocidos para nosotros. Y una vez descifrada, esta voz puede revelar muchos secretos de nuestra estrella. ¿Cómo surgió la insólita idea de escuchar al Sol? Vladimir Vyacheslavovich, respondiendo a esta pregunta, dice que ocurre un fenómeno no tan raro en la ciencia, cuando buscan una cosa y encuentran algo completamente diferente. Pero la historia de su idea no es sólo un ejemplo de giros extraordinarios e inesperados en una búsqueda científica fascinante, sino también un ejemplo de adherencia persistente a la lógica de la búsqueda, la capacidad de llevar lo iniciado a su final lógico. Radzievsky estudió cómo la presión de la luz afecta el movimiento de los cuerpos celestes. Para ello, necesitaba encontrar la forma más precisa de medir la presión de la luz. La precisión lograda en el experimento clásico de P. N. Lebedev no fue suficiente. Sin embargo, lo mejor es comenzar la historia recordando qué es la presión ligera y cómo se llevó a cabo el experimento de Lebedev, durante el cual se demostró por primera vez la existencia de esta presión y se midió su valor. En un recipiente de vidrio, al vacío, sobre un hilo fino, el famoso físico suspendió un cardán con dos ligeras “alas de mosca” (ver figura). Así llamó el científico a las hojas de metal más delgadas, con un diámetro de unos 5 mm. Una de estas alas era plateada y la otra ennegrecida. A través de un sistema de lentes, se dirigía hacia ellos la luz de un potente arco eléctrico. Y luego sucedió lo siguiente: la superficie ennegrecida absorbió la luz, mientras que los fotones se reflejaron y rebotaron en la superficie plateada, dando así a esta ala un impulso adicional. Como resultado, la suspensión con alas se torció. El experimento de P. N. Lebedev, como se sabe, demostró que existe una ligera presión. Y basándose en el ángulo de giro de la suspensión, fue posible determinar aproximadamente su valor. La medición y el cálculo precisos de la presión de la luz son muy importantes para los astrónomos que necesitan calcular el curso de las estrellas. Esta presión, por ejemplo, determina en gran medida la apariencia y la forma de las colas de los cometas. Sin embargo, la experiencia de P. N. Lebedev, acumulada en el último año del siglo pasado, sobre los problemas actuales, como ya hemos dicho, no proporciona la precisión requerida. Radzievsky buscaba un método de medición más claro. De alguna manera le llamó la atención un libro llamado “Oída y habla”. El autor del libro argumentó que el oído humano es mucho más sensible que el ojo. Parecería que comparar estos dos sentidos entre sí es tan inútil como, por ejemplo, comparar la calidad de las obras musicales y los productos de confitería. Después de todo, el ojo reacciona al campo electromagnético y el oído al campo acústico. Sin embargo, hay algo de racionalidad en tal comparación. La relativa superioridad del oído sobre el ojo resulta obvia en este ejemplo. El ojo no puede percibir la secuencia de fotogramas en una pantalla de cine, que se produce a una frecuencia de sólo 24 fotogramas por segundo. Y el tímpano del oído está sujeto a una presión con una frecuencia de hasta 20 mil hercios. El científico también recordó que desde hace mucho tiempo existe un dispositivo muy simple y conveniente para probar la audición: un termófono. Con su ayuda, hicieron pruebas, por ejemplo, a reclutas del ejército. El termófono es una caja sellada con un cable ennegrecido, desde el cual hay una salida: hacia el oído. Se suministra al cable una corriente de 1 amperio, que se modula mediante una corriente alterna de audiofrecuencia: 600 hercios. Las cantidades variables aquí son extremadamente pequeñas: la amplitud de la corriente alterna, por ejemplo, es una diezmillonésima de voltio. En 1/600 de segundo, el cable logra expandirse un poco, y en el siguiente microintervalo, encogerse un poco... Pero incluso estas vibraciones insignificantes son escuchadas por el oído, sin embargo, de manera diferente para cada persona que está acostumbrada. para probar la audición. Estos hechos llevaron a Radzievsky a pensar: si el oído es tan sensible, ¿tal vez con su ayuda será posible medir la presión de la luz con mayor precisión? Para comprobarlo, realizó un experimento sencillo (ver figura): el científico hizo un disco en el que se cortaron cinco agujeros redondos del mismo diámetro a la misma distancia entre sí. El disco comienza a girar a una velocidad de 100 rpm y se dirige hacia él un potente haz de luz. Detrás del disco, frente a uno de los agujeros, hay una caja sellada con una membrana plateada. Un tubo delgado sale de la caja y se inserta en el oído. En un minuto, la luz se bloquea y se abre de nuevo 500 veces, la membrana a veces está bajo la influencia de la luz, a veces no. En consecuencia, debe sonar mientras se somete periódicamente a una ligera presión. La experiencia fue un gran éxito. El sonido fue bastante fuerte. Todo lo que quedaba era calibrar su fuerza, y era posible calcular la cantidad de presión ligera... ¿Eureka? El éxito, en cierto modo demasiado fácil, no pudo sino alertar al verdadero investigador. Para comprobarlo, el científico (como él mismo admite, de forma puramente intuitiva) ennegreció la membrana con hollín. El sonido debería haber desaparecido o al menos haberse vuelto mucho más débil. Después de todo, la presión de la luz es proporcional al coeficiente de reflexión de la luz y, para una superficie ennegrecida, es insignificante. Sin embargo, sucedió algo completamente diferente. ¡La membrana literalmente rugió!
Quedó claro que no fue una ligera presión lo que se manifestó principalmente en el experimento. ¿Cuál es entonces la razón del fenómeno observado? Obviamente, el investigador sugirió que el hollín simplemente se calienta bajo la influencia del flujo luminoso y se enfría cuando se bloquea la luz (recuerde el cable del termófono). En consecuencia, la capa de aire adyacente a la membrana se expande y contrae periódicamente. Las vibraciones elásticas del aire se transmiten al tímpano. Una vez más, esta solución fue confirmada por un nuevo experimento, donde en lugar de un potente arco eléctrico la fuente de luz era una bombilla normal. El efecto fue visible, pero el sonido naturalmente se volvió más silencioso. De hecho, el experimento de prueba no es difícil de reproducir. Para hacer esto, necesitará un dispositivo simple: un fonendoscopio médico común, que el médico utiliza para escuchar al paciente. Al tomarlo en sus manos, verá que una tuerca está atornillada a la cámara colectora de sonido, presionando firmemente una membrana rígida contra la cámara (ver figura). Desenrosque, cubra el interior de la cámara con una gruesa capa de hollín y luego coloque la tuerca y la membrana, comprobando cuidadosamente su ajuste. También se deben sellar los tubos de goma y las puntas de los oídos. Después de todo, la energía sonora generada en la cámara es insignificante y la más mínima fuga provocará una avería. Si ahora acerca el fonendoscopio a la bombilla (la distancia entre ellos dependerá de su agudeza auditiva y puede variar de 10 cm a 1 m), escuchará un zumbido suave y bajo, correspondiente al sonido de un diapasón. con una frecuencia de 50 hercios. Alguien puede tener dudas: ¿el sonido es causado por un campo electromagnético alterno? Intente bloquear la luz con cualquier pantalla opaca. El sonido desaparecerá inmediatamente y aparecerá en el mismo momento en que se retire la pantalla. Por el contrario, una pantalla transparente, por ejemplo de plexiglás, no elimina el sonido de la bombilla.
El origen del sonido aquí es exactamente el mismo que en el experimento descrito anteriormente. Radzievsky llamó a este fenómeno efecto fotófono, y al dispositivo para detectarlo (un fonendoscopio "modernizado" con ayuda de hollín) fotófono. Una persona con una mente técnica pensará inmediatamente en cómo utilizar prácticamente un fotófono. Bueno, al menos para comprobar la calidad de las bombillas. La naturaleza sana de la bombilla aparentemente debería estar relacionada con el estado técnico del filamento.
Pero, por supuesto, lo principal no son las bombillas. Al final, podrán determinar su calidad sin necesidad de una fotografía de fondo. Al reflexionar sobre el efecto descubierto, Radzievsky de repente se dio cuenta de un pensamiento simple y al mismo tiempo inusualmente atrevido. Si un fotófono escucha una bombilla ordinaria de cien vatios, significa que puede responder a un emisor inmensamente más potente: el Sol... Así que hemos trazado en términos generales el camino hacia el nacimiento de la idea de escuchar al Sol. Un lector atento, incluso a partir de estos pocos acontecimientos y hechos, probablemente podrá adivinar que Vladimir Vyacheslavovich pertenece a ese tipo de investigador poco frecuente que en el mundo científico se llama "generadores de ideas". De hecho, es difícil incluso contar, y mucho menos enumerar, todas las hipótesis planteadas por él a lo largo de muchos años de actividad científica. Al mismo tiempo, el científico comparte voluntariamente sus ideas con sus colegas, principalmente con sus estudiantes que trabajan en muchas ciudades del país. Incluso si algunas de sus hipótesis no fueron confirmadas, esto es inevitable en la ciencia, pero otras ideas se están desarrollando fructíferamente. Y también es fácil ver que Radzievsky puede prescindir de equipos costosos o dispositivos especiales. El pensamiento innovador, la invención y la imaginación creativa siempre le ayudan. Tendremos nuevas oportunidades para comprobarlo. Volvamos a la hipótesis. La luz del sol, al igual que la luz de una bombilla, en realidad no es tan suave como parece a simple vista. Observada a través de un telescopio, la superficie de nuestra estrella se asemeja a una papilla de arroz hirviendo. Cada grano de "papilla", un gránulo, es el resultado de un avance convectivo a través de la fotosfera del Sol de una masa de gas más caliente desde su interior. El tamaño de cada gránulo varía de 150 a 1000 km, su vida útil promedio es de 3 a 5 minutos y la temperatura es de 300 a 500 grados más alta que el fondo circundante. Cada centésima de segundo nacen y mueren unos 50 gránulos, y alrededor de un millón de ellos se observan en el Sol al mismo tiempo. De aquí surge la impresión de papilla hirviendo. Todos estos procesos de constante nacimiento y muerte de los gránulos dan inevitablemente a la luz solar un "temblor", cuya frecuencia fluctúa en un amplio espectro de sonido, incluido, naturalmente, el audible. Y luego la fantasía sugirió al científico que en una imagen sonora tan colorida los huracanes deberían tronar, las tormentas aullar... Y detrás de ellos hay procesos físicos reales que, tal vez, puedan decir mucho sobre sí mismos. Es cierto que todavía tenemos que aprender a descifrar el lenguaje de las tormentas y los susurros solares. Entonces, la oportunidad de escuchar el Sol parece muy tentadora. Pero el Sol, aunque tiene un poder de radiación colosal, se encuentra, como recordamos, a una distancia de 150 millones de kilómetros. No puedes acercarlo a un fotófono como si fuera una bombilla. ¿Los rayos provenientes de tal distancia harán que el dispositivo suene? Radzievsky hizo los cálculos necesarios. Resultó que para probar la hipótesis se necesita un telescopio potente con un diámetro de espejo de al menos 6-7 m.¿Qué tiene que ver el telescopio con eso? Su objetivo no es sólo (y no tanto) acercar los cuerpos celestes en estudio al observador, sino también potenciar las señales procedentes de ellos. La ganancia aumenta proporcionalmente al cuadrado del diámetro del espejo. Sólo con un potente amplificador, un telescopio, se hizo real la oportunidad de escuchar la voz del sol (ver figura).
Hace apenas unos años, tales telescopios no existían. Y para Radzievsky todo se limitaba a un artículo en una revista científica especial. Las opiniones de los colegas sobre la idea de Radzievsky estaban divididas. Uno de los argumentos más serios de los escépticos es el siguiente: el ruido en la atmósfera es tan fuerte que la voz solar no llegará a la Tierra a través de ella. En respuesta a estas dudas, Vladimir Vyacheslavovich da un ejemplo muy conocido con... los murciélagos. Todo el mundo sabe que los murciélagos son nocturnos. Ven mal, pero se mueven con la ayuda de señales ultrasónicas, emitiendo una onda que se refleja en los objetos circundantes y, al regresar a ellos, les permite navegar correctamente. En un momento, los científicos decidieron comprobar: ¿su estilo de vida está simplemente relacionado con el hábito de dormir a determinadas horas o tiene otras razones más profundas? Para ello, los murciélagos fueron subidos a un avión y transportados a través de varias zonas horarias, desplazando su día en 8 horas. Y qué: los ratones se sentaron tranquilamente en los postes hasta el atardecer y, con el inicio de la oscuridad, comenzaron sus vuelos habituales. Radzievsky explica este hecho de la siguiente manera. La Tierra reacciona a la radiación solar como una membrana absorbente gigante. Esta reacción se expresa en un ruido que no es audible para los humanos, pero que los murciélagos más sensibles detectan bien. Para ellos, el ruido es un poderoso fondo en el que se pierden sus propias señales débiles. Por tanto, durante el día se les priva de la capacidad de navegar. Después del atardecer, el ruido desaparece y los ratones pueden moverse. Los ruidos atmosféricos que existen durante la noche no molestan a los murciélagos. Esto significa que no son tan fuertes como para interferir con la escucha del Sol. En una palabra, depende del futuro experimento con uno de los potentes telescopios construidos en los últimos años. Sólo la experiencia puede confirmar o refutar una idea. Y hoy en día es incluso difícil predecir cuál será el resultado de un experimento de verificación si tiene éxito. Quizás la voz solar nos permita obtener nueva información sobre los procesos que ocurren en nuestra estrella, que aún están lejos de comprenderse completamente. Quizás un simple fotófono se convierta en la base de dispositivos ultrasensibles capaces de captar el ruido de la Tierra generado por la luz solar. Y este ruido podría decir mucho sobre la Tierra y el Sol... Autor: V. Meyerov
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