יום שני, 1 במרץ 2010

שוקולד, מיקרוגל ומהירות האור

איך מודדים את מהירות האור בעזרת שוקולד? דרך אחת היא למדוד כמה זמן מאז שפותחים חבילה ועד שהילדים גומרים אותה. המהירות גבוהה מאד אבל עדיין נמוכה ממהירות האור. מהירות האור הינה אחד הקבועים החשובים ביותר במדע בכלל ובאסטרונומיה בפרט ומדידת המהירות המדויקת היתה אתגר לא פשוט שהצריך ניסויים מסובכים.
כיום אפשר לערוך ניסוי פשוט ולהגיע למהירות הכמעט מדויקת תוך שימוש במיקרוגל ביתי ובחפיסת שוקולד. הניסוי מתאים מאד לילדים בכל הגילאים. קודם נתאר את הניסוי ואז נסביר את הפיסיקה מאחוריו.
המרכיבים הדרושים:
תנור מיקרוגל - כמעט כל תנור מיקרוגל יתאים. תנורים בהם אי אפשר להוציא את הצלחת או שיש להם יותר ממקור קרינה אחד, לא יתאימו.  יש לבדוק את תדר התנור. בדרך כלל התדר מופיע על מדבקה מאחורה. רוב התנורים עובדים בתדר 2450MHz אבל כדאי לבדוק בכל זאת. שימו לב גם לצריכת האנרגיה. המכשיר צורך 1200W אבל רק 800W מהם משמשים לחימום המזון.
שימו לב לתדר (2450)

כדי שהניסוי יצליח יש להוציא את הצלחת המסתובבת מהמיקרוגל ולהניח חבילת שוקולד (בלי נייר הכסף כמובן) על צלחת ישרה בצורה ישרה במקביל לדלת
השוקולד צריך להיות מונח בצורה ישרה

יש להפעיל את המיקרוגל בעוצמה המירבית למשך כחצי דקה עד שחלק מהשוקולד נמס, להוציא בזהירות ולהניח על משטח ישר.
מידדו את המרחק מהאמצע של החלקים שלא הומסו כלל

שימו לב שיש מקומות שהשוקולד נמס מאד (שלושה מקומות) וחלק שאינו נמס כלל. יש למצוא את המרחק בין שני מקומות בהם השוקולוד לא נמס כלל. מהתמונה נראה שהמרחק הוא כ-6 סנטימטרים (חישבנו מאמצע לאמצע).
כל מה שנותר לעשות הוא פעולת חשבון פשוטה:
(המרחק * 2 * התדר ) חלקי (100,000)
ובדוגמה שלנו
(6*2*2450,000,000)/100,000 = 294,000 קילומטר לשניה.
מדהים.

למה זה עובד?
הגלים במיקרוגל הם אלקטרומגנטיים ונעים במהירות האור (כמעט, יש אויר במיקרו והמהירות טיפה פחות, אבל זה ממש לא משנה לניסוי). מבנה המיקרוגל גורם לכך שהגל הוא גל עומד

גל עומד - מקור: ויקיפדיה
שימו לב לנקודות בתוך הגל, הן נשארות תמיד באותו הגובה, או במילים אחרות, אין שם תנועה והאיזורים האלו לא יתחממו). לעומת זאת יש בשיאים של הגל, תהיה ההתחממות הרבה ביותר. מסיבה זו יש במיקרו צלחת שמסובבת את המזון כך שכל החלקים יתחממו בצורה שווה. אתם יודעים שזה לא תמיד עובד, וגם כשמחממים כמה סוגי מזון בבת אחת יהיהו הפרשים. יש מיקרוגלים שבהם יוצאות שתי אלומות קרניים שגם מטרתם היא לכסות שטח יותר גדול. במכשירים אלו הניסוי ייכשל.
מהציור רואים שהמרחק בין שתי נקודות אפס בהן אין אנרגיה שווה בדיוק למחצית אורך גל (ובגלל זה המכפלה בשניים). אלו המקומות בהם השוקולד לא נמס כלל. נוסחת הגלים אומרת כי אורך הגל * מספר הגלים (תדר) = למהירות הגל.
את התדר אנחנו יודעים מנתוני היצרן, את אורך הגל אנחנו מודדים  בחפיסת השוקולד, מציבים בנוסחה (החילוק נועד לעבור מסנטימטרים לקילומטרים) ומקבלים בדיקנות מדהימה את מהירות האור.

עכשיו יש רק בעייה אחת - מה לעשות עם השוקולד המומס. עצתי, להכין מוס שוקולד משובח במתכון הבא

אפשר להמשיך את הניסוי ולמדוד את מהירות האור במים.

5 תגובות:

  1. אני פשוט לא יודע איך לאכול את זה,
    בכבוד רב,
    מכור-למשחקי-מילים

    השבמחק
  2. אורך גל זה לא 1 חלקי התדר?
    בניסוי זה 12 ס"מ.
    איך זה מסתדר?

    השבמחק
  3. אורך גל הוא לא 1 חלקי התדר, הוא המהירות חלקי התדר.

    השבמחק
  4. ניסוי מגניב.
    אבל האם בעצם זה לא היה הפוך - היצרן, או איזה מדען בעבר, מדד את אורך הגל ולפיו ידע מהו התדר?

    השבמחק
  5. אכן כך. אנו לא מודדים את מהירות האור כי אנחנו משתמשים בתדר שמכיל בתוכו כבר את מהירות האור.

    השבמחק