Опыты по наблюдению дифракции. Отличие эксперимента от наблюдения В опыте по наблюдению

Марина Флягина

Исследовательский краткосрочный проект

Эксперимент – наблюдение за ростом лука

Актуальность темы

Деятельность, связанная с экспериментированием и наблюдением , играет большую роль в развитии психической сферы ребенка – в развитии мышления (операции анализа и синтеза, сравнения, умение обобщать и делать выводы, памяти, воображения, внимания.

Кроме того, ребенок приучается к аккуратности, обращает внимание на детали, не упускает из виду общую картину.

Дети испытывают огромный интерес к подобной деятельности, склоняются к самостоятельному наблюдению за объектами живой природы.

Ценность экспериментирования и наблюдения для развития познавательной сферы ребенка давно доказана!

Наблюдение – это целенаправленное восприятие и сложный познавательный процесс. На основе совместной деятельности детей и воспитателя, формируются конкретные знания, которые развивают мышление и речь детей.

Наше наблюдение совмещается с экспериментом , оно будет длительным. Длительное наблюдение требует обязательной зарисовки (дневник) и фото фиксации каждого этапа наблюдения .

Выбираем четыре одинаковые луковицы и помещаем в разные условия.

Первый день наблюдения

Обратили внимание детей на то, что луковицы гладкие и твердые.

Вопрос : Что нужно растению для роста ?

(Вода, тепло и свет)

Для каждого природного явления выбрали свой символ : вода - синий круг, тепло – красный, свет – желтый

Первую луковицу поставили в банку с синим, красным и желтым кружками. Для нее создали все условия для роста .

Вторую луковицу поставили в банку с красным и синим кругами. Отсутствие света мы обозначили черным кругом. Накрыли ее колпачком из черной бумаги – светонепроницаемой.

Третью луковицу поставили в банку без воды, но в тепле и на свету. На банку наклеили белый круг – отсутствие воды. Красный – наличие тепла и желтый - наличие света.

Четвертую луковицупоставили в холодильник, где отсутствуют все природные условия, кроме холода. У нее нет тепла, света и воды.

В первый день эксперимента , сделали зарисовки лука , и фотографии.

Седьмой день наблюдения

Через семь дней предложить детям рассмотреть луковицы и выяснить,

какие изменения произошли с ними :

1 - я луковица

Воды стало меньше.

Появились маленькие корни.

2 – я луковица

Вода стала грязной.

3 – я луковица

На дне банки появились маленькие капельки воды.

4 – я луковица

Нет изменений.

Семнадцатый день наблюдения

1-я луковица

Листики стали выше

Корни стали больше

Воды – меньше

2 – я луковица

Вода грязная

Появился неприятный запах

Корней нет

Зеленых листьев нет

3 – я луковица

Появились маленькие листья

Выросли корни

Капельки воды на дне банки

4 – я луковица

Нет никаких изменений

Двадцать седьмой день наблюдения

Через двадцать семь дней видим следующие изменения :

1- я луковица

Хорошие зеленые ростки , какие должны быть у лука

Сильные, длинные корни, они пили много воды

Стрелки у лука выросли крепкие , зеленые и сочные

2 – я луковица

Корешки выросли, но они более слабые

Стрелочки есть, но они бледные, маленькие и желтые

3- я луковица

Корни не появились

ростки не выросли

Луковица стала мягкой и вялой

Вода грязная и пахнет плохо

4- я луковица

Никаких изменений не произошло

Выводы :

Для роста растений , для того чтобы они правильно развивались и давали плоды, необходимы : свет, тепло и вода.

А вот чтобы овощи, в частности лук, не портились и хорошо хранились, необходима прохлада. Это показала нам последняя луковица, которая великолепно сохранилась, ничуть не изменилась, в холодильнике.

Полезность зеленого лука

Для нас с вами лук - самый обычный овощ, однако его состав не так прост как кажется с виду .

Зеленый лук защищает от вирусных инфекций. Салат с зеленым луком защитит от простуды и гриппа . Перо лука полезно для кроветворения.

Свежая зелень лука возбуждает аппетит , делает любое блюдо более привлекательным. Свойства зеленого лука способствуют пищеварению и процессу усвоения пищи.

Зелёный лук полезен при авитаминозе, упадке сил, сонливости, головокружении, весеннем утомлении.

Зеленый лук содержит цинк в большем количестве, чем остальная зелень. Недостаток этого элемента может вызвать выпадение волос и ломкость ногтей. К тому же цинк участвует в формировании иммунитета. В зеленом луке содержатся вещества, укрепляющие сердечную мышцу и стенки сосудов, так что сердечникам и просто ослабленным людям необходимо обратить на него внимание.

Богат лук и кальцием и фосфором, что очень благотворно для состояния зубов.

Лук, рекомендуется есть как можно больше в свежем виде - добавлять в салаты, заправлять им супы, щи, борщи, окрошку, приправлять тушеные овощи, посыпать картофельное пюре или отварной молодой картофель. Введение лука в блюда витаминизирует их и улучшает вкус. Кроме того, зеленый лук улучшает внешний вид блюд, особенно в сочетании с такими овощами, как свекла, морковь, помидоры, картофель. Он используется для украшения салатов, различных закусок, первых и вторых мясных, рыбных и овощных блюд.

Зеленый лук необходим человеческому организму круглый год, а особенно зимой и ранней весной.

Публикации по теме:

Презентация «Дневник наблюдения за ростом гороха» Наблюдения проводились с детьми старшей группы. Целью моей работы является наблюдение вместе с детьми старшей группы за прорастанием гороха.

Игра-эксперимент «Почему кровь движется?» Игра – эксперимент «Почему кровь движется?» Цель: активизировать знания о человеческом организме. Задачи: Дать детям представление о работе.

Конспект интегрированной НОД по наблюдению за комнатными растениями «Зелёная служба Айболита» Цель: учить детей внимательно рассматривать растения, находить признаки нездорового их состояния, делать вывод о недостатке каких-либо условий,.

Конспект интегрированной НОД по наблюдению за птицами «Кормушка для зимующих птиц» Конспект интегрированной НОД - наблюдение за птицами «Кормушка для зимующий птиц» Цель: дать детям представления о кормушках для птиц;.

У меня дома живет ёжик по клички Тимоха. И я решила познакомить и дать возможность увидеть живого ежа детям своей группы, но вышло что ёж.

Проколите в фольге маленькое отверстие, отодвинув её на 20 см от глаза, посмотрите через отверстие на светящуюся лампу. Вы увидите расходящиеся от отверстия световые лучи, а вокруг отверстия – окрашенные во все цвета радуги кольца.

Свет – это электромагнитные волны, и подобно волнам на воде, он может огибать препятствия. Вот почему возможно наблюдение позади отверстия расходящихся лучей. Огибание световыми волнами препятствий хорошо наблюдается на маленьком отверстии или на узкой щели.

Проткните карандашом отверстие в газете. Положите газету на светящуюся настольную лампу так, чтобы газета с отверстием оказалась сбоку от лампы. С расстояния в несколько метров посмотрите на пучок света, исходящий из отверстия через капроновую ленту или капроновый чулок. Нити капрона образуют узкие щели. Здесь вы тоже заметите отклонение лучей света, как результат огибания светом препятствий

Поздним темным зимним вечером на замерзшем стекле очистите от намерзшего льда небольшое пятнышко, дыхните на него и сквозь вновь образовавшиеся мелкие кристаллики посмотрите на уличные фонари. Вокруг них вы увидите цветные кольца. Этот опыт можно провести и в теплое время года, достав замороженное стеклышко из морозильной камеры вашего холодильника.

Огибание светом препятствий можно наблюдать и без всяких приспособлений! Посмотрите вечером на светящийся фонарь. Если прищурить глаз, то веки образуют щель.

Тогда свет от фонаря загнется вверх и вниз, и вместо светящейся точки получится два вертикальных столба лучей. Если, продолжая щуриться, повернуть голову чуть-чуть вбок, то щель, образуемая веками, изменится, и лучи от фонаря разойдутся под углом.

Источник: журнал "Квант"

Знаете ли вы?

На Руси еще в X веке проводилась «акустическая обработка» внутренностей церквей и храмов. Для этого в их стены и своды закладывались специальные глиняные сосуды - голосники, служащие резонаторами звуков.

Система звуковых сигналов у некоторых африканских племен была разработана так хорошо, что их можно было считать обладателями телеграфа, причем более совершенного, чем оптический телеграф европейцев, предшествовавший электрическому. Так, сообщение о гибели «Лузитании» - «Большой корабль белых людей потонул, много белых погибло» - прогремело на барабанном языке через все земли от Каира до Ибадана.

В замке Вудсток, в Англии, эхо отчетливо повторяет 17 слогов. А в замке близ Милана - в еще одном «царстве эха» - громко сказанное слово повторяется эхом 30 раз!

Частотный диапазон человеческого голоса намного уже диапазона человеческого слуха (20 - 20 000 герц). Так, самые высокие ноты, до которых «добираются» современные певицы, соответствуют частотам около 2350 герц, а рекорд в области низких частот составляет 44 герца.

Энергия, которую обычно переносят звуковые волны, очень мала. Если бы стакан с водой полностью поглощал всю падающую на него звуковую энергию, соответствующую громкости в 70 децибел (уровень громкой речи), и был бы полностью теплоизолирован от окружающей среды, то для того, чтобы нагреть воду от комнатной температуры до кипения, потребовалось бы примерно тридцать тысяч лет.

Секрет ультразвукового «разглядывания» дельфинами удаленных предметов - в узкой направленности акустических сигналов. Например, черноморские афалины способны безошибочно подплывать к дробинке диаметром 4 миллиметра, брошенной в море на расстоянии 20 - 30 метров от животного.

Одно из многочисленных применений ультразвука в медицине основано на возможности его концентрации на чрезвычайно ограниченных участках ткани без влияния на весь остальной организм.

Эксперимент, в котором эффективно устранялась помеха, ставился по схеме локации на просвет. Эксперимент проводился на одном из живописнейших озер Владимирской области - озере Санхар. Размеры озера и его глубина позволяли иметь акустическую трассу длиной порядка 300 м при глубине водоема около 20 м. Подробнее о том, что представляла собою трасса, каковы ее акустические характеристики и какое применялось оборудование, сказано в работах .

В акустику можно перенести оптический метод темного поля . Для этого нужны акустические антенны большого размера - так называемые фокусируемые

антенны . На низких частотах, на которых возможно исследование океанических неоднородностей, фокусируемая антенна представляет собою гигантское, "циклопическое" сооружение. Несмотря на гарантированный и выверенный в оптике успех такого сооружения, строительство таких антенн, судя по литературе, нигде не планируется.

Выше уже описывался акустический метод фильтрации сильного узкополосного сигнала, названного нами методом темного поля, поскольку он, в принципе, позволяет решить те же задачи. С его помощью можно затемнить поле мощного достаточно узкополосного источника и наблюдать малые возмущения среды на фоне сигнала от этого источника . Для реализации этого метода достаточно малой антенны, фокусируемая антенна больших размеров не требуется. Размер антенны должен обеспечивать требуемое угловое разрешение наблюдаемых неоднородностей. Однако этот метод эффективно работает, когда существуют лишь большие объемные неоднородности, создающие малоугловые пространственные возмущения поля. Большую роль в условиях мелкого моря играет рассеяние волн взволнованной поверхностью и неровностями дна моря. Такие структуры рассеивают падающее излучение в широком секторе углов.

Задача о рассеянии акустических волн в мелком море поверхностью и дном моря имеет наглядную оптическую аналогию. Она заключается в явлении синего цвета неба, не позволяющего нам видеть звезды днем. Флуктуации молекул воздуха рассеивают свет под такими же широкими углами, как и поверхность моря. В космосе, где рассеивателей почти нет, звезды видны и днем, так как наш зрительный аппарат в состоянии хорошо отфильтровать прямой солнечный свет. Днем же у поверхности земли это сделать не удается.

По той же причине в условиях мелкого моря становится почти бесполезным тот метод темного поля, который был изложен выше.

Здесь идет речь о модификации метода фильтрации сильного узкополосного сигнала. Описываемый модифицированный метод темного поля основан на использовании узкого спектра помехи во временной области. Такой фильтр может быть реализован различными методами. Мы остановились на использовании вычитания значений сигналов в точках отсчета его во времени, расположенных через некоторое дискретное расстояние Конкретно использовались два фильтра, в одном из которых составило минимальное значение единицу, а в другом случае был использован фильтр с единиц. Эти фильтры позволили получить разные результаты при практически одинаковой помехозащищенности. Фильтр с малым временем дал возможность рассмотреть рассеивающую поверхность, на которой имеются точечные рассеиватели, а фильтр с большим временем позволил рассмотреть большую неоднородность. В этом разделе ограничимся случаем точечного рассеивателя, а наблюдение протяженного рассеивателя рассмотрим в следующей главе.

Описанный метод в натурных условиях интенсивной реверберации позволил получить затемнение поля флуктуирующего прямого сигнала и сопутствующих ему помех по отношению к прямому полю излучателя, освещающего антенну, на 60 дБ. Заметим, что лучшие из существующих адаптивные методы оказались способными затемнить акустическое поле излучателя в условиях интенсивной реверберации не более чем на 30 дБ .

Суть метода покажем на конкретном примере. В акустический волновод поместим мощный излучатель монохроматического сигнала для освещения неоднородностей. Для наблюдения неоднородностей на некотором расстоянии от излучателя разместим акустическую антенну. Пусть это будет линейная горизонтальная антенна, состоящая из ряда эквидистантно расположенных приемных элементов (антенная

Рис. 2.10. Схема опыта: 1 - излучатель, 2-2 - линия расположения приемных элементов антенной решетки, 3-3 - линия перемещения рассеивателя.

решетка). У монохроматического колебания есть всего два параметра, которые могут изменяться от точки к точке и во времени, - это амплитуда и фаза. Оба параметра можно записать в виде одного комплексного числа, называемого комплексной амплитудой. Его модуль равен амплитуде колебания в акустическом поле, а аргумент - фазе . Эксперимент проводился в два этапа. На первом велась запись значений комплексных амплитуд сигналов во всех 64 элементах акустической антенной решетки в течение некоторого интервала времени. На втором этапе производилась обработка зафиксированных на первом этапе акустических сигналов.

Первый этап включал следующие операции. Во-первых, сигналы, принимаемые каждым гидрофоном, фильтровались в полосе ±3 Гц от каждой дискретной частоты, идущей от излучателя. Во-вторых, профильтрованные сигналы смешивались с сигналом излучаемой частоты, образуя при этом сигналы разностной частоты в двух квадратурных каналах . В одном квадратурном канале сигнал представлял собою а в другом где А - амплитуда принимаемого сигнала, а - его фаза. Сигналы с обоих квадратурных каналов фиксировались в цифровом виде с помощью компьютера. Такая предварительная обработка сигналов позволяла получать запись сигналов с антенны в виде, эквивалентном комплексным амплитудам, рассматриваемым в , - запись полного поля или голограмму принимаемого акустического сигнала, позволяющую при последующей обработке получать те же результаты, что и при соответствующей обработке непосредственно принимаемого акустического поля.

Остановимся на зависимости сигналов от времени, так как именно она используется при фильтрации. Как уже было отмечено выше, излучался чисто монохроматический сигнал. Это не означает, что точно такой же сигнал будет принят приемным элементом антенны. Такой рассеиватель, каким является поверхность моря, не является неподвижным. Движение рассеивателя приводит к смешению частоты принимаемого сигнала в соответствии с эффектом Доплера. Так как сигнал принимается от множества рассеивателей, находящихся под разными углами к трассе распространения сигнала и по-разному двигающихся, то временная частота принимаемого сигнала будет размыта. Мы сохраняли эту информацию путем выбора частоты квантования записываемых сигналов. Чтобы при этом избежать неоднозначности при приеме колебаний, проводилась фильтрация с шириной полосы в 3 Гц (при несущей частоте порядка 3 кГц).

В качестве простейшей модели выберем наблюдение одиночного рассеивателя, освещаемого плоской волной, движущегося по прямолинейной траектории, как это показано на рис. 2.10. Объект, подлежащий наблюдению, являвшийся рассеивателем, двигался в направлении поперек трассы, что приводило к смещению частоты. Найдем это смещение частоты исходя из параметров движения объекта. (Эта модель позволит нам не только показать действие преобразования, но и получить калибровочный сигнал, необходимый для оценки величины наблюдаемых неоднородностей). Пусть между излучателем 1 и приемной антенной 2-2 по трассе 3-3 двигается рассеиватель 4 с постоянной скоростью (см. рис. 2.10). Найдем

комплексную амплитуду рассеянного поля, излученного движущимся рассеивателем на каждом элементе приемной антенны. Введем следующие геометрические параметры:

Расстояние от рассеивателя до точки приема где - координата приемного элемента антенны (см. рис. 2.10);

Длину пути пройденного рассеивателем при его движении вдоль траектории 3-3;

Дистанцию от траектории рассеивателя до антенны (см. рис. 2.10).

В принятых обозначениях и предположениях получим

где - время.

Фаза сигнала, поступающего от рассеивателя в каждую точку приема, в результате изменения расстояния будет зависеть от времени как

где X - длина волны.

Предположим, что излучатель расположен так далеко от антенны, что создаваемое им прямое поле имеет разность фаз между соседними элементами антенной решетки, не зависящую от номера антенного элемента (следствие того, что антенна не фокусируемая). Пусть эта фаза не зависит от времени (излучатель и антенна неподвижны) и для определенности равна нулю. Искомую комплексную амплитуду мы получим (с точностью до постоянной фазы и постоянного амплитудного множителя, не влияющих на алгоритм обработки) с помощью следующей формулы:

где - прямое поле излучателя на антенне.

Выражение (2.3.3) представляет собою математическую модель сигнала, приходящего от точечного объекта рассеяния. Она может быть использована не только для пояснения ситуации, но и для математического моделирования объекта рассеяния. Из полученного выражения следует возможность фильтрации рассеянного сигнала, так как его спектр вследствие эффекта Доплера отличается от спектра прямого сигнала. Есть ли такая возможность в условиях натурного опыта и какова она, может дать ответ только эксперимент, в котором в качестве метода обработки применена фильтрация сигналов во времени.

Перейдем к обработке сигнала. На элементе антенны, имеющем номер к в дискретный момент времени комплексная амплитуда будет Алгоритм фильтрации поля включает выполнение следующих действий с комплексными амплитудами поля, принимаемыми отдельными приемными элементами антенной решетки:

где - целое число, являющееся параметром фильтра.

Действие преобразования (2.3.4) сначала покажем на чистой математической модели (2.3.3), которая позволит нам не только показать действие преобразования (23.4), но и получить калибровочный сигнал, необходимый для оценки величины наблюдаемых движущихся рассеивателей.

На рис. 2.11, а показан результат наблюдения движущегося рассеивателя с помощью антенны без использования временной фильтрации. В данном случае это удалось, так как никаких посторонних рассеивателей или никакой реверберации нет. Обработка сигнала состоит в следующем. Функция определяемая (2.3.3), подвергается спектральному анализу только по координате х (вдоль линии расположения антенны), оставаясь при этом функцией времени На рис. 2.11, а по горизонтали отложен пространственный спектр функции по координате Связь между значениями пространственной частоты являющейся аргументом графика, и углом по которому сканируется зона наблюдения антенной решеткой, следующая :

где - максимальное значение пространственной частоты, равное половине общего числа точек спектрального разложения Фурье; - расстояние между приемными элементами антенной решетки. При моделировании предполагалось, что Интервал пространственных частот, показанный на графиках, простирается в пределах

Рис. 2.11. Движение рассеивателя на плоскости "время и пространственная частота" с применением темного поля

На рис. 2.11, а в виде вертикальной линии в центре (при виден излучатель. Имитируемый рассеиватель отображен наклонной линией, так как согласно (2.3.3) направление на рассеиватель изменяется примерно пропорционально времени.

На рис. показан результат точно такой же обработки сигнала с применением фильтра с параметром но только не для сигнала а для сигнала прошедшего дополнительную обработку по формуле (2.3.4). В результате сигнал излучателя не виден (поле затемнено), сигнал рассеивателя наблюдается под теми же углами, что и на рисунке а с интенсивностью, зависящей от величины его доплеровского смещения частоты в соответствующий момент времени и частотной характеристики фильтра.

Предлагаемый нами алгоритм обработки сигнала содержит нелинейную операцию - логарифмирование. Это дань кепстральному анализу. Логарифмирование

единственное математическое преобразование, позволяющее свести мультипликативную помеху к аддитивной и в таком виде фильтровать ее. Здесь это обстоятельство не имеет особого значения, так как в (2.3.4) логарифм очень хорошо линеаризуется.

На рис. 2.12 показана математическая программа, приводящая к получению рис. 2.11. Верхняя строчка программы представляет массив данных и диапазонные переменные. Переменная к - пространственная. Единица составляет половину длины волны. Переменная - время. Единица равна одной секунде. Далее следует программа, моделирующая движение точечного рассеивателя. Расстояние указано в метрах. Длина волны - тоже в метрах. Для разности хода лучей определена специальная функция, в которой параметру и можно придавать любое значение, зависящее от пространства и времени. По сути дела, выражает теорему Пифагора, в которой один из катетов - это и, а другой катет - это Скорость - это скорость (в метрах в секунду) перемещения рассеивателя вдоль его траектории. На следующей строчке программы определено - изменение в пространстве (вдоль антенны) и во времени разности хода лучей, прямого и рассеянного. Определен временной интервал в точках отсчета по времени.

Следом идет выражение для комплексной амплитуды волнового поля, принимаемого каждым элементом антенной решетки во времени. (Это формула (2.3.3)). Далее программа разветвляется на две части: та, что слева, приводит к рис. 2.11, а, та, что справа, ведет к рис. 2.11, б. Обе ветви программы почти совпадают, кроме небольших, но очень существенных отличий. Общее в этих программах - их финальная часть - это представление результата в виде трехмерной функции в переменных угол - время - амплитуда сигнала. Отличия состоят в алгоритмах фильтрации. Слева фильтрация только пространственная. Такой фильтр позволяет выделить сигнал рассеивателя только при отсутствии флуктуаций прямого сигнала. Слева показан фильтр, построенный по формуле (2.3.4), включающий не только пространственную, но и временную фильтрацию.

Описываемый эксперимент имел целью выяснение возможностей наблюдения природных факторов, под действием которых рассеивается акустическое поле. Сначала опишем ту часть эксперимента, в которой в поле зрения антенны не перемещались никакие предметы, а работали только излучатель и приемная антенна. Поэтому для определения силы цели рассеянных сигналов, к сигналу, считываемому с антенны, при его обработке добавлялся сигнал, имитирующий поле точечного рассеивателя, перемещающегося поперек трассы распространения акустического сигнала. Имитация сигнала движущегося рассеивателя производилась путем добавления к сигналу, принимаемому антенной, его же (при этом пренебрегаем рассеянным полем, так как оно мало по сравнению с прямым полем излучателя, и считаем, что прибавляем только прямое поле) с внесенными в него следующими изменениями. Сигнал был ослаблен на известное число децибел (например, 40 дБ) и умножен на функцию вида (2.3.3) без постоянной составляющей. Тем самым в сигнал, в котором доминирует прямое поле излучателя, вводится доплеровское смещение частоты, пропорциональное пространственной частоте (угловому смещению). Благодаря этой операции прямое поле излучателя в добавленном ослабленном сигнале, получив доплеровское и угловое смещения, играет роль движущегося рассеивателя. Его уровень по отношению к излучателю известен. Использованный нами метод моделирования движущегося рассеивателя позволяет получить его математическую модель, обладающую известными параметрами и таким уровнем флуктуаций уровня и фазы, которым обладает прямое поле излучателя в условиях проводимого эксперимента.

(кликните для просмотра скана)

Конкретизируем задачу эксперимента посредством привлечения рис. 2.13. На нем показан временной спектр акустических сигналов, принятых отдельными гидрофонами антенны. Эти спектры имеют вид, очень похожий на спектры, приведенные в монографии . На спектре виден максимум при нулевой частоте. На эту частоту было смещено поле излучателя. Частоты выше частоты излучателя на графике положительные, а отрицательные частоты - это те, которые лежат ниже частоты излучателя. В спектре видны еще максимумы на частотах около ± 2 Гц. Такие максимумы спектра акустических сигналов, распространяющихся в море, объясняются рассеянием волн при поверхностном волнении, модулирующем сигнал и тем самым смещающем его спектр . В книге рассматривается метод диагностики состояния морской поверхности на основе таких спектров. Конкретная задача настоящего эксперимента состояла в том, чтобы попытаться с помощью антенны увидеть те поверхностные волны, которые модулируют сигнал излучателя.

Рис. 2.13. Временной спектр сигнала в элементах антенной решетки, усредненный по всем элементам.

На рис. 2.14 показаны результаты обработки сигнала, принятого антенной решеткой. Чтобы на рисунках было меньше черного, показаны негативы, в которых черное поле соответствует максимальному сигналу, а белое - минимальному. Обработка заключалась в получении пространственных спектров вдоль линии расположения приемных гидрофонов антенны. Сигналы, показанные на рис. 2.14 (а-г), обрабатывались дополнительно. Осуществлялось затемнение поля антенны по формуле (2 3 4) и дополнительная фильтрация сигналов во времени.

На рис. 2.14, а сигнал, принятый антенной, обрабатывался во всей полосе временных частот, показанной на рис. 2.13. На рис. 2.14, б показан результат обработки профильтрованного сигнала с исключением обеих боковых частот, отстоящих от несущей частоты по абсолютной величине более чем на 1 Гц, тем самым были существенно подавлены сигналы, вызванные рассеянием на ветровом волнении. Таким образом, сравнивая рисунки а и б, можно видеть вклад рассеяния поверхностью водоема в совокупный рассеянный сигнал. Например, на рисунке а излучатель виден в виде интенсивной линии, а на рисунке б он едва заметен, т. е. антенна видит отражение излучателя на поверхности водоема так, как мы привыкли видеть "лунную" или "солнечную" дорожку на взволнованной водной поверхности. На рис. 2.14, а видно угловое распределение уровня сигнала, рассеиваемого поверхностью. Волны, рассеиваемые взволнованной поверхностью водоема, уверенно наблюдаются. Видно, что при наблюдении с затененным полем рассеяние поверхностью составляет заметную долю рассеянного сигнала. Это ясно видно по различию заметности наклонной линии, являющейся результатом добавления сигнала, имитирующего рассеиватель. На

рисунках а и б заметность имитированного сигнала существенно различается, хотя его уровень на этих двух рисунках одинаков.

Рис. 2.14. (см. скан) Сигнал в зависимости от угла сканирования и времени в полосе частот от -3 до +3 Гц (а), в полосе частот от -0,8 до +0,8 Гц (б), от -0,8 до +3 Гц (в), от -3 до +0,8 Гц (г) и без темного поля (д).

На рис. 2.14, в и 2.14, г приведены результаты, полученные при исключении лишь одной из боковых частот - нижней (в) или верхней (г). На этих рисунках видны волны, рассеянные поверхностью либо только с увеличением частоты Доплера, либо только с ее уменьшением. Анализ пространственного распределения рассеяния акустического сигнала на ветровом волнении с учетом знака эффекта Доплера в этом опыте был проведен впервые.

На рис. 2.14, д показан результат обработки того же сигнала, обработанного без использования формулы (2.3.4), создающей темное поле. В сигнале, показанном на рис. 2.14, д, тоже имитировался рассеиватель, имеющий по отношению к излучателю на 10 дБ более высокий уровень. Однако его еще не видно. Чтобы сделать имитируемый сигнал заметным, надо увеличить его уровень еще на 10 дБ. Фильтрация доплеровских составляющих также не оказывает влияния на вид рисунка д, т. е. на фоне реверберации локализовать очаги рассеяния сигнала на ветровом волнении без затемнения поля антенны не удается.

Рисунки 2.14 носят качественный характер, на них отчетливо видны временные изменения сигналов. По таким яркостным картинкам трудно судить о количественной стороне показанных результатов. Количественная сторона явления показана с помощью рис. 2.15, на котором изображены значения модуля отклика антенны, показанные на рис. 2.14, относящиеся к одному моменту времени. Как видно из рис. 2.15, метод темного поля без дополнительной фильтрации позволяет достичь эффективности порядка 60 дБ, а последующая временная фильтрация дает еще около 10 дБ дополнительно. Это весьма существенно!

Рис. 2.15. Акустическое темное поле (натурный эксперимент на озере Санхар).

На рис. 2.15 виден отклик антенны на сигнал, имитирующий рассеиватель, - это максимальный отклик на жирной линии (временной срез рис. 2.14, б) под углом порядка -40 градусов. Его уровень составляет примерно -57 дБ по отношению к сигналу излучателя, в то время как он задавался -40 дБ относительно этого уровня. Разница

объясняется тем, что моделируемый сигнал слишком медленно смещается, вследствие чего его доплеровское смещение даже при максимальном угле существенно ослабляется фильтром, затемняющим поле зрения антенны. По временному сечению рис. 2.14, д, показанному на рис. 2.15, видно, что реверберация в озере оказывает более существенное влияние на форму отклика антенны, чем при аналогичных экспериментах в море . Это объясняется тем, что в море более ровное дно и совсем нет отражений от берегов, которые отчетливо видны на рис. 2.15 под углами, близкими к 90 градусам.

Эффективность фильтрации может быть показана также с помощью временных спектров сигналов с антенны, приведенных на рис. 2.16. На рис. 2.16, а приведен временной спектр сигнала на одной пространственной частоте без фильтрации. Пространственная частота (угол наблюдения) выбрана так, чтобы в нее попал имитируемый сигнал на своей максимальной доплеровской частоте. Его уровень на 20 дБ ниже уровня сигнала излучателя. На рисунке уровень этого сигнала ниже уровня излучателя на 30 дБ, хотя сигнал излучателя на этой пространственной частоте (этом значении угла) далеко не максимален. Это различие уровней связано с тем, что имитируемый сигнал присутствует на этой пространственной частоте лишь в немногих реализациях, а сигнал излучателя накапливается во всех 2048 временных реализациях когерентно, возрастая на 66 дБ.

На рис. 2.16, б показан спектр на той же пространственной частоте, но при использовании фильтрации. Здесь сигнал излучателя затемнен так, что и 66 дБ ему не помогают. Сравнение рисунков а и б позволяет судить об эффективности использования предлагаемого метода фильтрации в натурных условиях.

Рис. 2.16. Временной спектр сигнала в элементах антенной решетки на одной пространственной частоте (а) и в темном поле (б).

Результаты эксперимента показывают, что с помощью предлагаемого метода акустического темного поля возможно наблюдение за структурой водной поверхности и ее изменениями. Можно локализовать области интенсивного поверхностного волнения, узнать скорости волн, направление ветра и другие параметры, а можно, убрав доплеровские частоты, связанные с поверхностным волнением, тем самым отфильтровать его. В этом случае появляется возможность следить за внутренними движущимися неоднородностями, течениями, видеть их так, как это позволяет применяемая антенная система. Появляется возможность поставить опыт в соответствии с расчетами рассеяния от взволнованной поверхности океана, выполненными, например, в работах . В связи с предлагаемой методикой измерения актуальными могут стать расчеты не только обратного рассеяния от объектов, представляющих интерес, но и прямого рассеяния вперед, которое может быть существенно больше.

Внимание! Администрация сайта сайт не несет ответственности за содержание методических разработок, а также за соответствие разработки ФГОС.

• Участник: Ворошнин Данил Александрович
• Руководитель: Базыльникова Марина Александровна

Введение

Мы живем в мире разнообразных световых явлений – радуга, полярные сияния, голубое небо. Тем, кто не знаком с причинами их возникновения, эти световые явления кажутся необыкновенными и загадочными.

В повседневной жизни мы встречаемся со многими световыми явлениями, но обычно не задумываемся над ними – насколько они привычны для нас, а вот объяснить их часто затрудняемся. Например, чайная ложка, опущенная в стакан с водой, кажется нам надломленной или сломанной, в зависимости от того, с какой стороны мы смотрим на ложку. Мы видим окружающие нас предметы многоцветными при освещении Солнцем или яркой лампой, но с наступлением сумерек или при ослаблении света цветность предметов блекнет.

Все эти явления связаны с понятием «свет» . В обыденной речи «свет» мы используем в самых разных значениях: ученье – свет, а неученье – тьма, свет мой, солнышко, скажи … В физике термин «свет» имеет гораздо более определенное значение. Опытным путем было установлено, что свет нагревает тела, на которое падает. Следовательно, он передает этим телам энергию. Мы также знаем, что одним из видов теплопередачи является излучение, следовательно, Свет – это электромагнитное излучение, воспринимаемое человеческим глазом и вызывающее зрительные ощущения. Свет обладает множественными свойствами, одним таким свойством света является – дисперсия . Мы всегда сталкиваемся с этим явлением в жизни, но не всегда замечаем этого. Но если быть внимательным, то явление дисперсии всегда нас окружает. Одно из таких явлений это обычная радуга. На первый взгляд радуга это что-то простое, на самом деле при возникновении радуги происходят сложные физические процессы. Поэтому мы выбрали тему дисперсия света для того, чтобы глубже понять физические процессы и явления, происходящие в природе. Это очень интересная тема и мы постараемся в своем проекте представить все моменты, происходящие в истории развития науки о свете и показать опыты по демонстрации дисперсии света, а так же свою экспериментальную установку, разработанную специально для наблюдения дисперсии света, которая впоследствии может быть использована на уроках физики при изучении данной темы.

Цель проекта – изучение понятия «Дисперсия света» и изготовление экспериментальной установки «Цветовой диск Ньютона».

Задачи:

1. Изучить историю открытия И. Ньютоном явления Дисперсия света.
2. Рассмотреть спектральный состав света.
3. Дать понятие о дисперсии света.
4. Подготовить эксперименты по наблюдению дисперсии света.
5. Рассмотреть природное явление радуга.
6. Изготовить экспериментальную установку «Цветовой диск Ньютона».

I. Теоритическая часть

1.1. Открытие Исаака Ньютона

В 1665–1667 годах Исаак Ньютон – английский физик и математик занимаясь усовершенствованием телескопов, обратил внимание на то, что изображение, даваемое объективом, по краям окрашено, данное наблюдение его очень заинтересовало, и он решил разгадать природу возникновения цветных полос. В это время в Англии свирепствовала эпидемия чумы, и молодой Исаак Ньютон решил укрыться от неё в своём родном Вулсторпе. Перед отъездом в деревню он приобрёл стеклянные призмы, чтобы «произвести опыты со знаменитыми явлениями цветов». Исследуя природу цветов, Ньютон придумал и выполнил целый комплекс различных оптических экспериментов. Некоторые из них без существенных изменений в методике, используются в физических лабораториях до сих пор. Главный опыт был традиционным. Проделав небольшое отверстие в ставне окна затемнённой комнаты, Ньютон поставил на пути пучка лучей, проходивших через это отверстие, стеклянную призму. На противоположной стене он получил изображение в виде полоски чередующихся цветов (рис. 1).

1.2. Спектральный состав света

Полученную таким образом цветную полоску солнечного света Ньютон разделил на семь цветов радуги – красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый (рис. 2).

Спектр – (от латинского «spectrum» – видение) непрерывный ряд цветных полос, получается путем разложения луча белого света на составные части (рис. 3).

Если же рассматривать спектр без подобного предубеждения, то полоса спектра распадается на три главные части – красную, желто-зелёную и сине-фиолетовую. Остальные цвета занимают сравнительно узкие области между этими основными.

Все цвета спектра содержатся в самом солнечном свете, а стеклянная призма лишь разделяет их, так как различные цвета по-разному преломляются стеклом. Наиболее сильно преломляются фиолетовые лучи, слабее всего – красные.

1.3. Дисперсия света

Проходя через призму, луч солнечного света не только преломляется, но и разлагается на различные цвета.

Дисперсией называется явление разложения света на цвета при прохождении света через вещество.

Прежде чем разобраться в сути этого явления, необходимо рассмотреть преломлении световых волн. Изменение направления распространения волны при прохождении из одной среды в другую называется преломлением.

Положим на дно пустого не прозрачного стакана монету или другой небольшой предмет. Подвинем стакан так, чтобы центр монеты, край стакана и глаз находились на одной прямой. Не меняя положения головы, будем наливать в стакан воду. По мере повышения уровня воды дно стакана с монетой как бы приподнимается. Монета, которая ранее была видна лишь частично, теперь будет видна полностью. Эти явления объясняются изменением направления лучей на границе двух сред - преломлением света (рис. 4).

Закон преломления света : падающий луч, луч преломленный и перпендикуляр, восставленный в точке падения, лежат в одной плоскости.

Если луч переходит в какую-либо среду из вакуума, то

sinα	= n ,
sinβ

где n – абсолютный показатель преломления второй среды.

Абсолютный показатель преломления – физическая величина, равная отношению синуса угла падения луча к синусу угла преломления при переходе луча из вакуума в эту среду.

Чем больше у вещества показатель преломления, тем более оптически плотным считается это вещество. Например, рубин – среда оптически более плотная, чем лёд.

Преломление света при переходе из одной среды в другую вызвано различием в скоростях распространения света в той и другой среде. Это было доказано французским математиком Пьером Ферма и голландским физиком Христианом Гюйгенсом. Они доказали, что

Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред, равная отношению скоростей света в этих средах:

sinα	= n 21 =	V 1
sinβ		V 2

Скорость света в любом веществе меньше скорости света в вакууме. Причиной уменьшения скорости света в среде является взаимодействие световой волны с атомами и молекулами вещества. Чем сильнее взаимодействие, тем больше оптическая плотность среды, и тем меньше скорость света. Среду с меньшим абсолютным показателем преломления принято называть оптически менее плотной средой.

Абсолютный показатель преломления определяется скоростью распространения света в данной среде, которая зависит от физического состояния среды, т. е. от температуры вещества его плотности. Показатель преломления зависит также и от характеристик самого света. Для красного света он меньше, чем для зеленого, а для зеленого – меньше, чем для фиолетового.

Таким образом,

Дисперсия света – зависимость показателя преломления и скорости света от частоты световой волны.

Абсолютный показатель преломления стекла n , из которого изготовлена призма, зависит не только от свойств стекла, но и от частоты (от цвета) проходящего через него света. В опыте Ньютона при разложении в спектр пучка белого света, лучи фиолетового цвета, имеющие большую частоту, чем красные, преломились сильнее красных, поэтому на экране можно наблюдать цветную полосу – спектр (рис. 5).

1.4. Радуга

Дисперсией света объясняются многие явления природы, например Радуга. В результате преломления солнечных лучей в каплях воды во время дождя на небе появляется разноцветная дуга – радуга (рис. 6).

Радуга - это оптическое явление, связанное с преломлением световых лучей на многочисленных капельках дождя.

Разноцветная дуга появляется оттого, что луч света преломляется в капельках воды, а затем, возвращаясь к наблюдателю под углом в 42 градуса, расщепляется на составные части от красного до фиолетового цвета (рис. 7).

Прежде всего, заметим, что радуга может наблюдаться только в стороне, противоположной Солнцу. Если встать лицом к радуге, то Солнце окажется сзади. Наблюдаемые в радуге цвета чередуются в такой же последовательности, как и в спектре, получаемом при пропускании пучка солнечных лучей через призму. При этом внутренняя (обращенная к поверхности Земли) крайняя область радуги окрашена в фиолетовый цвет, а внешняя крайняя область - в красный.

Яркость оттенков и ширина радуги зависят от размера капель дождя. Чем крупнее капли, тем уже и ярче радуга, тем в ней больше красного насыщенного цвета. Если идёт мелкий дождик, то радуга получается широкая, но с блёклыми оранжевыми и жёлтыми краями.

Чаще всего видим радугу в форме дуги, но дуга – это лишь часть радуги. Радуга имеет форму окружности, но мы наблюдаем лишь половину дуги, потому что её центр находится на одной прямой с нашими глазами и Солнцем (рис. 8).

Целиком радугу можно увидеть лишь на большой высоте, с борта самолёта или с высокой горы (рис. 9).

II. Практическая часть

2.1. Демонстрация экспериментов по наблюдению дисперсии света

Изучив историю открытия дисперсии света, и процесс образования спектра, мы решили опытным путем пронаблюдать дисперсию света. Для этого подготовили и провели видео эксперименты, которые можно использовать на уроках физики при изучении темы Дисперсия света.

Эксперимент №1. Получение радужного спектра на мыльных пленках

Для проведения эксперимента понадобится: ёмкость с мыльным раствором, проволочная рамка.

Ход эксперимента: наливаем мыльный раствор в ёмкость, опускаем рамку в раствор, образуется мыльная плёнка. На плёнке появляется радужные полосы.

Эксперимент №2. Дисперсия света – разложение в радужный спектр пучка белого света при прохождении сквозь стеклянную призму

Для проведения эксперимента понадобится: призма, источник света (фонарик телефона), экран (лист белой бумаги).

Ход эксперимента: устанавливаем призму на экспериментальном столике. С одной стороны столика устанавливаем экран. Свет направляем на призму и на экране наблюдаем радужные полосы.

Эксперимент № 3. Дисперсия света – разложение в радужный спектр пучка белого света при прохождении через воду

Для проведения эксперимента понадобится: зеркало, источник света (фонарик телефона), экран (лист белой бумаги), ёмкость с водой.

Ход эксперимента: в ёмкость наливаем воду и кладем на дно зеркало. Направляем на зеркало свет, чтобы отраженный свет попадал на экран.

1.2. Цветовой диск Ньютона

Ньютон провел обычный опыт со стеклянной призмой и заметил разложение света на спектр. Направив луч дневного света на призму, он увидел на экране различные цвета радуги. После увиденного он выделил из них семь основных цветов. Это были такие цвета как: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый (каждый охотник желает знать где сидит фазан). Ньютон выбрал лишь семь цветов по той причине, что были наиболее яркие, он также говорил, что в музыке всего семь нот, но сочетание их, различные вариации позволяют получить совершенно различные мелодии. Проведя обратный опыт, т.е. полученный спектр он направил на грань другой призмы и в результате опыта Ньютон снова получил белый свет (рис.10).

На основе этих простых опытов Ньютону пришла в голову мысль о создании круга состоящего из семи секторов и закрашенных определенными цветами в результате вращения, которого произойдет их смешение и мы получим белую раскраску этого круга. В последствии этот круг стали называть Цветной диск Ньютона (рис. 11).

Попробуем повторить опыт Ньютона. Для этого создадим экспериментальную установку, которая состоит из компьютерного кулера и прикрепленного к нему цветового диска, также блока питания (рис. 12).

Кулер создает большой проток воздуха, и служит для того что бы привести во вращение цветной диск. Так как наша установка подключается в сеть с напряжением 220 В, а кулер рассчитан на 12 В, поэтому к кулеру подключили блок питания для понижения напряжения с 220 В на 12 В. Для безопасности установка изолирована в пластмассовом боксе.

В результате при включении установки в розетку сети питания цветной круг, закрепленный на кулере, начнет вращаться, и мы увидим желтовато-белую окраску круга (рис. 13).

Окраска круга при вращении желтовато-белая по двум причинам:

1. Скорость вращения круга очень низкая по сравнению со скоростью света;
2. Круг окрашен с резкими цветовыми переходами, если сравнивать со спектром разложения белого света.

Таким образом, нам удалось повторить эксперименты Ньютона по разделению белого света на спектр и наоборот получение белого света из спектра.

Заключение

Окружающий нас мир играет красками: нас радует и волнует голубизна неба, зелень травы и деревьев, красное зарево заката, семицветная дуга радуги. В своем проекте мы попытались ответить на вопрос - как можно объяснить удивительное многообразие красок в природе. В целом поставленная цель об изучении такого явления как дисперсия света в итоге достигнута. Для того чтобы глубже понять такое свойство света как дисперсия, была изучена дополнительная литература по световым явлениям, были проведены эксперименты по наблюдению явления, была изготовлена установка для вращения цветового круга Ньютона с некоторой скоростью.

В результате проведенных опытов и экспериментов нами были сделаны следующие выводы:

1. Дисперсия – явление разложения белого света в спектр.
2. Белый цвет имеет сложную структуру, состоящий из нескольких цветов.
3. При падении света на границу раздела двух прозрачных сред световые лучи различной цветности преломляются по разному (наиболее сильно-фиолетовые лучи, менее других- красные).
4. Призма не изменяет цвет, а лишь разлагает его на составные части.

Таким образом, посредством теоретического изучения данной темы и ее практического подтверждения и была достигнута основная цель проекта.

ЭКСПЕРИМЕНТ ПО НАБЛЮДЕНИЮ САМОДВИЖЕНИЯ ТЕЛ ИЛИ ДЕМОНСТРАЦИЯ НЕ РЕАКТИВНОЙ ТЯГИ.

Здравствуйте дорогие любимые энтузиасты исследователи, простите пожалуйста меня за дилетантизм и т д, надеюсь мой скромный импульс немного скрасит что то и где то.
Около 2003го года в г. Москва, я с моим помощником провели эксперимент и наблюдали явление заявленное в заголовке.

Оборудование:
1. 2а одинаковых стальных монолитных шара (подшипники). Диаметр шара около 2,5 см. На каждом шаре приварены по одному стальному крючку из проволоки сечением 1,5 мм. Форма крючка в виде знака "?", высота (длина) крючка около 5 мм.

2. 2а отрезка Х/Б нити сечением около 0,3 мм, длиной по 230 см каждый. Обычная нитка на катушке из магазина, которой можно крепко пришить пуговицу к пальто.

3. Двух-сторонний перманентный скотч в рулоне (шириной 1 см) на вспененной основе (подложке), толщина до 1 мм. Основа у скотча очень эластичная, похожа на полиуретан.

4. Крючок-держатель на потолке для подвеса двух шаров (см 1.).

Условия (помещение).
Эксперимент проводили в обычной офисной комнате (на 10м этаже) около 18 м.кв., высота потолка около 3х метров. Сквозняки, работающие электроприборы, магниты отсутствовали.
Присутствовали кроме упомянутого: 2а трезвых бдительных, совсем честных человека.

Подготовка эксперимента.
1.
Шары одинаково и в одном месте-"точке" крепили (привязывали) и подвешивали на нитях (см 2.) к крючку на потолке. Таким образом в исходном положении шары висели на нитях на одинаковой высоте около 1 м над полом, касаясь друг друга.
2.
Каждый шар отдельно (не скрепляя их вместе) я обматывал в один слой скотчем, оставляя свободными от скотча "полюса" шаров, т. е. места крепления крючков и противоположные им на сторонах шаров. Т. о. каждый шар был покрыт очень липким и вязко-цепким диэлектрическим слоем.
3.
Каждый подвешенный шар я отдельно закручивал руками (кручением между ладонями) на его подвесе-нити против часовой стрелки (при взгляде сверху) примерно на 100 полных (360") оборота. Длина каждой нити после скручивания, сокращалась примерно на 15 см.

4. Стартовая позиция.
Закрученный на подвесе Шар 1, Петрович (мой помощник) удерживал в вертикальном положении нити-подвеса, препятствуя его раскручиванию, т.е. Шар 1 находился на вертикальной оси (подвесе) под потолочным крючком, по этой оси Петрович не прилагал сил к шару, кроме противодействия вращению на скрученной нити-подвесе.
Я отводил и аналогично удерживал закрученный Шар 2 на прямой нити-подвесе под углом нити к полу около 40".

Ход эксперимента.
1.
Старт и соударение-склеивание вращающихся шаров-гироскопов.
По моей команде, мы с Петровичем одновременно (разжимая пальцы) выпускали наши шары и они встречались на почти вертикальной оси под потолочным креплением. Т. е. в момент вязкого соударения-склеивания шаров точка соединения шаров отстояла от центра Шара 1 (находящегося на вертикальной оси-подвесе) на расстоянии радиуса шара.

2.
Наблюдаемые варианты соударения шаров.
Всего в течении 3х дней было проведено около 100а циклов - соударений шаров по описанной схеме, за это время по причине изнашиваемости скотча, три раза скотч на обоих шарах менялся на новый и 2а раза заменялись рвущиеся нити.
В следствии грубых ("колено-гаражных") способов обеспечения эксперимента, наблюдали примерно в равных пропорциях 3и варианта взаимодействия шаров - гироскопов:
1.) Лобовое или почти лобовое (прямой удар) соударение, склеивание и общее раскачивание шаров без очевидных сюрпризов.
2.) Слишком косой удар, при котором силы "скотча" не хватило для склеивания шаров и их совместного вращения и раскачивания - шары после удара разлетались. После таких соударений, визуально (без фото-видео) оценить направление суммарного вектора движения не получалось.
3.) "Нормально" косой удар, когда склеившиеся после соударения шары, начинали и продолжали совместное общее вращение и колебание (раскачивание) в вертикальной плоскости очевидно не совпадающей с плоскостью движения Шара-маятника 2 до соударения склеивания. Угловое расхождение этих вертикальных плоскостей колебаний маятников (одиночного Шара 2 до удара и совместного обоих шаров после удара-склеивания) составляло от 5 до 20" градусов. Углы я замерял по маркерам на стене перпендикулярной направлению стартового движения Шара 2, предстоящей по ходу этого движения Шара 2. Отклонение на угол очевидно более 10" градусов я наблюдал в более чем 10и, из менее чем в 40 попытках реализованных по варианту 3.). Результаты с отклонением оси на угол очевидно менее 10 градусов, я не учитываю как стремящиеся к пределу (зоне) допущенных погрешностей.

Предварительные выводы:
1.) Учитывая частоту повторений результатов наблюдений маятникового движения шаров в варианте 3.), величины полученных изменений направлений движений спаренных шаров (массы и скорости которых весьма значительны), явно находятся за пределами допущенных погрешностей.
2.) Полученные результаты говорят о возможном "не сохранении" импульса и не могут корректно объясняться в рамках классической механики.
3.) Предложенная схема эксперимента нуждается в более технологичной и точной реализации, с совершенными методами и средствами измерений.
4.) Исходя из истинности (объективности) полученных в эксперименте результатов, возможно для объяснения этих результатов необходимо привлечение альтернативной физической теории.

Http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/3125.html:
В этой моей ранней статье - ТЕОРИЯ И ФАКТЫ О ВОЗМОЖНОСТИ “БЕЗ ОПОРНОГО” МЕХАНИЧЕСКОГО ДВИЖЕНИЯ:
Здесь видимо магниты (часть) могут быть постоянными. Ну и детских эмоций и эго конечно перебор - простите пожалуйста.
Если эту схему применим в описанном выше эксперименте (с вращением "соединяющихся" тел-масс), то направление суммарного вектора движения должно соответственно меняться и обуславливаться не реактивной тягой. Как знать?

Спасибо за внимание, будьте здоровы и счастливы.