Czarna dziura to niewidzialny byt w kosmosie, którego przyciąganie grawitacyjne jest tak silne, że światło nie może uciec. Czarne dziury to dawniej „zwykłe” gwiazdy, które zostały wypalone lub skompresowane. Przyciąganie jest silne ze względu na niewielką przestrzeń, którą zajmuje cała masa gwiazdy. mogą różnić się wielkością od jednego atomu do wielkości ponad 4 milionów słońc Ziemi.
Projekt naukowy dotyczący czarnej dziury to świetny sposób, aby uczniowie mogli zapoznać się z hipnotyzującym i często celebrowanym (jeśli słabo zrozumianym) zjawiskiem fizycznym. W związku z tym jest to również świetny sposób, aby dzieci nauczyły się wyjaśniać rzeczy swoim rówieśnikom; w końcu nauczanie działa.
Przyciąganie grawitacyjne: przygotowanie
Grawitacja czarnej dziury zależy od masy i odległości od obiektu. Czarne dziury mają silne pola grawitacyjne; jednak obiekty muszą znajdować się w promieniu setek mil, aby miały one wpływ. Kulka magnetyczna reprezentuje kawałek materii kosmicznej, który będzie okrążał czarną dziurę, jeśli zbliży się zbyt blisko.
- Kup dwa arkusze płyt piankowych lub czarne tablice z napisami (11 cali na 17 cali to dobry rozmiar), jeden silny magnes cylindryczny, magnetyczny marmur i tacę lub ręcznik.
- Wytnij w desce od czterech do sześciu otworów o takim samym rozmiarze jak magnes cylindryczny.
- Umieść magnes w jednym z otworów i umieść kawałek taśmy na otworze, aby go zabezpieczyć.
- Przykryj płytę piankową drugim kawałkiem płyty, aby powierzchnia wyglądała na jednolitą.
- Umieść tacę lub ręcznik pod deską, aby pomieścić marmur.
Przyciąganie grawitacyjne: eksperyment
Przetocz marmur po płycie piankowej. Kiedy zbliży się do ukrytego magnesu lub czarnej dziury, jego ścieżka się zmieni. Magnes reprezentuje przyciąganie grawitacyjne, ale zauważ, że grawitacja jest znacznie słabszą siłą niż przyciąganie magnetyczne i staje się dostrzegalna tylko w przypadku obiektów o rozmiarach planety lub większych. W zależności od tego, jak blisko kulka zbliża się do ukrytego magnesu, zauważysz różne wyniki.
Eksperyment z czarną dziurą: przygotowanie
Gwiazdy nieustannie walczą ze skutkami syntezy, ciśnienia i grawitacji. Duża masa umożliwia gwieździe zwinięcie ciała w punkt. Grawitacja ostatecznie przytłoczy gwiazdę, a końcowy stan zapadania się gwiazdy jest określony przez pierwotną masę gwiazdy.
Ten projekt fizyczny dotyczący czarnych dziur bada stan końcowy gwiazdy. Zbierz kilka balonów, trzy od 12 do 14 cali arkuszy folii aluminiowej na balon, ostry przedmiot i zatyczki do uszu lub nauszniki.
Eksperyment z czarną dziurą: zasady
- Wysadź balony i zwiąż ich końce. Przykryj balony co najmniej dwiema warstwami folii aluminiowej. Te balony reprezentują gwiazdy.
- Pchnij rękoma powierzchnię zakrytych balonów. Gwiazdy nie zapadną się, ponieważ siła zewnętrzna generowana przez fuzję w gwieździe równoważy grawitację do wewnątrz.
- Kiedy prawdziwej gwieździe zabraknie paliwa, może się zapaść. Załóż ochraniacze na uszy i wystrzel balony, aby usunąć ciśnienie powietrza w środku. Upewnij się, że folia zachowuje swój kształt. Gwieździe zabrakło paliwa w swoim jądrze, a fuzja nie wytwarza już wystarczającej ilości ciepła i ciśnienia, aby zapobiec kolapsowi.
- Zwiń gwiazdę balonu rękami. „Przyciąganie grawitacyjne” reprezentowane przez twoje ręce zapada gwiazdę i tworzy czarną dziurę.
Wykrywanie czarnych dziur
Skąd naukowcy w ogóle wiedzą, że są tam tylne dziury, skoro są niewidoczne? Jasne, są duże i wykazują silne pola grawitacyjne, ale są daleko.
Naukowcy są w stanie wykryć wpływ silnej grawitacji czarnej dziury na sąsiednie gwiazdy i gazy. Jeśli gwiazda krąży wokół określonego miejsca, naukowcy mogą zbadać właściwości kinetyczne tej gwiazdy, aby dowiedzieć się, czy w centrum orbity może znajdować się czarna dziura.
Kiedy czarna dziura i gwiazda krążą blisko siebie, wytwarzane jest światło o wysokiej energii. Instrumenty naukowe widzą to wysokoenergetyczne światło.