Почему важны длительные полевые опыты? Самый долгий эксперимент Длительные полевые опыты

Эксперимент был организован в 1927 году в Квинслендском университете, находящемся в австралийском городе Брисбен, профессором физики Томасом Парнеллом, с целью продемонстрировать студентам, что некоторые тела, которые представляются нам твердыми, в действительности являются жидкостями, но только очень вязкими.

Для опыта выбрали искусственный битум (пек) – остаток от перегонки дегтя или нефтяной смолы. Этот материал настолько тверд, что его можно разбивать на куски молотком. Однако, если его образец поместить в воронку, то он будет вытекать через нее, хотя и очень медленно.

Чтобы представить себе скорость этого процесса, можно сравнить его с дрейфом континентов. Так, Австралия смещается в северном направлении на 6 см ежегодно. Но битум в брисбенском эксперименте вытекает из воронки в 10 раз медленнее!

За 83 года (заглушка с воронки была снята в 1930 году) на дно установленного под воронкой сосуда упало всего 9 капель. Причем до настоящего момента никому не удавалось увидеть сам момент падения. Физик Джон Мэйнстон прозевал все три падения капель смолы, которые случились за полвека, когда он был куратором эксперимента. Однажды ученый провел все выходные, непрерывно наблюдая за уже полностью сформированной каплей, но она упала как раз тогда, когда он, совершенно измученный, ушел домой отдохнуть.

В следующий раз, через 9 лет, долгожданное событие пришлось на тот момент, когда Мэйнстон отлучился из комнаты на пять минут, чтобы выпить чашку чая.

В 2000 году перед экспериментальной установкой была установлена вебкамера, так что Мэйнстон мог надеяться, наконец, увидеть падающую каплю своими глазами, хотя он тогда был далеко от Брисбена, в Англии. Однако внезапно разразившийся тропический шторм вызвал отключение электричества на 20 минут, в течение которых и произошел никем не видимый отрыв очередной, восьмой по счету капли.

Падения девятой капли австралийский физик не дождался: он умер в августе 2013 года, после перенесенного инсульта, в возрасте 78 лет.

По словам нового куратора, Эндрю Уайта, количество остающегося в воронке материала таково, что опыт может продолжаться еще как минимум 80 лет. Если вытекание будет происходить с той же скоростью, десятая капля достигнет дна сосуда к столетнему юбилею эксперимента, в 2027 году.

Опыт с капающим битумом отмечен в качестве самого продолжительного в истории лабораторного эксперимента в Книге Рекордов Гиннесса.

Профессор Уайт – квантовый физик, возрастом, как он говорит, всего "четыре капли битума", считает, что главное значение эксперимента состоит в ощущении связи с историей, которое он дает: "Вот эта капля упала на дно сосуда, когда вас еще не было, когда не родились даже ваши родители, а быть может и дедушка с бабушкой".

С 1930 по 1988 годы битум капал с периодичностью раз в 8 лет. Однако в 80-е годы в университете установили кондиционеры, что привело к замедлению процесса: теперь промежуток между падением капель составляет около 13 лет.

Около века наз
ад пек был обычен в домашнем хозяйстве: он использовался, например, для смоления лодок. Это аморфное вещество, которое, в зависимости от условий, может вести себя как твердое тело или как жидкость. Примером веществ такого типа является обычная зубная паста: находясь под давлением, она вытекает из тюбика, но на зубной щетке сохраняет принятую форму и никуда не течет, даже если щетку поставить вертикально.

Результаты Брисбенского эксперимента уже публиковались: после падения шестой капли ученые подсчитали вязкость пека и в 1984 году обнародовали эти данные в European Journal of Physics. Как оказалось, его вязкость выше, чем у воды, в 230 миллиардов раз.

Подобные эксперименты проводились и в других местах. Так, в Дублинском Тринити-колледже такая же воронка с битумом была установлена в 1944 году, а в 2013 году падение капли этого вещества впервые удалось снять с помощью вебкамеры.

Все разнообразие полевых опытов делится на две группы :

1) опыты агротехнические;

2) опыты по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур.

Основная задача агротехнических опытов - сравнительная объективная оценка действия различных факторов жизни, условий, приемов возделывания или их сочетаний на урожай с/х культур и его качество. К этой группе относятся, например, полевые опыты по изучению обработки почвы, предшественников, удобрений, способов борьбы с сорняками, болезнями и вредителями, норм и сроков посева.

Опыты по сортоиспытанию , где сравниваются при одинаковых условиях генетически различные растения, служат для объективной оценки сортов и гибридов с/х культур. На основании этих опытов наиболее урожайные, ценные по качеству и устойчивые сорта и гибриды районируют и внедряют в с/х производство.

Между указанными группами полевых опытов нет резкой границы. Для разработки сортовой агротехники опыты по сортоиспытанию нередко проводят на разных агротехнических фонах, а в схемы агротехнических опытов с удобрениями, обработкой почвы и севооборотами часто включают несколько перспективных сортов.

В зависимости от количества изучаемых факторов, охвата почвенно-климатических условий, длительности и места проведения полевых опытов подразделяют на несколько видов: однофакторные и многофакторные, единичные и массовые, краткосрочные, многолетние и длительные, эксперименты, заложенные на специальных опытных полях и в производственной обстановке.

Если в опыте изучается один простой или сложный количественный фактор в нескольких градациях (дозы удобрения, пестициды, нормы посева, полива) или сравнивается действие ряда качественных факторов (разные культуры, сорта, способы обработки, предшественники), то такой эксперимент называют простым или однофакторным .

Опыты, в которых одновременно изучают действие и устанавливают характер и величину взаимодействия нескольких: двух и более факторов называют многофакторными . Взаимодействие факторов - это дополнительная прибавка (или) снижение урожая, которая получается при совместном применении двух и более факторов.

По характеру различают положительное взаимодействие, когда прибавка от совместного применения факторов больше, и отрицательное, когда она меньше арифметической суммы прибавок от их раздельного применения. Факторы действуют независимо, то есть не взаимодействуют, когда прибавка от совместного их применения равна примерно арифметической сумме прибавок от их раздельного применения.

Установить величину и характер взаимодействия позволяют те многофакторные опыты, которые спланированы по схеме полного факториального эксперимента (ПФЭ), и которая предусматривает наличие всех возможных сочетаний изучаемых факторов и их градаций (доз). Поэтому не всякий опыт, включающий несколько факторов, можно назвать многофакторным. Многофакторный эксперимент по полной факториальной схеме, в котором изучаются два фактора в двух градациях (2x2=4),например, глубокая обработка почвы и удобрение, должен иметь четыре варианта:

1) Обычная обработка без удобрений (контроль)

2) Глубокая обработка без удобрений.

3) Обычная обработка+удобрение.

4) Глубокая обработка+удобрение.

При исключении из этого опыта любого второстепенного варианта схема становится неполной, нефакториальной. Такой эксперимент будет равноценен простому однофакторному опыту, он не может выявить величину и характер взаимодействия изучаемых факторов. Таким образом, принципиальной особенностью многофакторных экспериментов является постановка их по полным факториальным схемам.

Опыт называют единичным , если их закладывают в отдельных пунктах, независимых друг от друга, по различным схемам.

Если полевые опыты одинакового содержания проводят одновременно по согласованным схемам и методикам в различных почвенно-климатических и хозяйственных условиях, в масштабе страны, области или района, то их называют массовыми или географическими , например географическая сеть опытов с удобрениями или опыты по оценке эффективности способов обработки почвы.

Основная их задача -- проследить за действием изучаемого приема в различных почвенно-климатических условиях. Сюда же относят опыты Госкомиссии по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур, а также опыты Всесоюзного института растениеводства (ВИР), позволяющие установить закономерности в изменении химизма растений в зависимости от условий среды

По длительности проведения полевые опыты разделяют на краткосрочные, многолетние и длительные.

К краткосрочным относят опыты продолжительностью от 3 до 10 лет. Они могут быть нестационарными и стационарными. Первые закладывают ежегодно по неизменной схеме с одной и той же культурой на новых участках и повторяют во времени обычно 3-4 года. Этого периода считается достаточно для учета влияния условий погоды на эффективность какого-либо приема. Вторые закладывают на стационарных участках и проводят в течение 4-10 лет.

Многолетние проводятся на протяжении ротации севооборота и более продолжительное время. Они составляют особо важную группу методов агрономического исследования и направлены на оказание серьезной помощи сельскохозяйственному производству. Многолетние опыты могут быть стационарными и нестационарными. В стационарных опытах изучаются действие, последействие и взаимодействие изучаемых факторов, а в нестационарных -- только прямое действие изучаемого фактора, приема.

К многолетним относят однофакторные и многофакторные стационарные полевые опыты продолжительностью 10-50, к длительным - более 50 лет. Основная задача многолетних и длительных стационарных экспериментов-изучение действия, взаимодействия и последействия систематически осуществляемых агротехнических приемов или их комплексов на плодородие почвы и качество продукции.

Многолетние и длительные опыты незаменимы при изучении физико-химических и биохимических процессов, медленно протекающих в почве и агрофитоценозах, расчетах баланса питательных веществ, учете потерь элементов питания и возможных масштабов загрязнения окружающей среды. Многолетняя повторность как бы «спрессовывает время», ведет к выявлению качественно новых закономерностей, которые невозможно установить в краткосрочных опытах. Результаты этих опытов нередко противоречат общепринятым представлениям, но именно эти необычные на первый взгляд данные, указывают новые направления для научных поисков и разработок.

По месту проведения подразделяют полевые опыты, заложенные, на специально организованных и приспособленных для этих целей участках или опытных полях, и полевые опыты, проведенные в производственной обстановке - в колхозах и совхозах на полях хозяйственных севооборотов.

Часто полевой опыт в производственной обстановке называют производственным опытом , т.е. комплексное, научно поставленное исследование, которое проводится непосредственно в производственных условиях и отвечает конкретным задачам самого материального производства, его постоянного развития и совершенства.

Из этого определения следует, что цели производственного эксперимента значительно шире, чем любого вида полевого опыта. В его задачу входит изучение агротехнической и экономической системы; агрономических и организационно-хозяйственных мероприятий, а не отдельных приемов или элементов этой системы. Поэтому экспериментирование проводится большими производственными единицами - бригадами, хозяйствами или группой хозяйств.

Производственные полевые опыты подразделяются на:

1) опыты-пробы;

2) точные сравнительные полевые опыты;

3) опыты по учету (оценке) хозяйственной (экономической) эффективности агротехнических мероприятий;

4) показательные, демонстрационные опыты.

Ребята, мы вкладываем душу в сайт. Cпасибо за то,
что открываете эту красоту. Спасибо за вдохновение и мурашки.
Присоединяйтесь к нам в Facebook и ВКонтакте

Есть очень простые опыты, которые дети запоминают на всю жизнь. Ребята могут не понять до конца, почему это все происходит, но, когда пройдет время и они окажутся на уроке по физике или химии, в памяти обязательно всплывет вполне наглядный пример.

сайт собрал 7 интересных экспериментов, которые запомнятся детям. Все, что нужно для этих опытов, - у вас под рукой.

Огнеупорный шарик

Понадобится : 2 шарика, свечка, спички, вода.

Опыт : Надуйте шарик и подержите его над зажженной свечкой, чтобы продемонстрировать детям, что от огня шарик лопнет. Затем во второй шарик налейте простой воды из-под крана, завяжите и снова поднесите к свечке. Окажется, что с водой шарик спокойно выдерживает пламя свечи.

Объяснение : Вода, находящаяся в шарике, поглощает тепло, выделяемое свечой. Поэтому сам шарик гореть не будет и, следовательно, не лопнет.

Карандаши

Понадобится: полиэтиленовый пакет, простые карандаши, вода.

Опыт: Наливаем воду в полиэтиленовый пакет наполовину. Карандашом протыкаем пакет насквозь в том месте, где он заполнен водой.

Объяснение: Если полиэтиленовый пакет проткнуть и потом залить в него воду, она будет выливаться через отверстия. Но если пакет сначала наполнить водой наполовину и затем проткнуть его острым предметом так, что бы предмет остался воткнутым в пакет, то вода вытекать через эти отверстия почти не будет. Это связано с тем, что при разрыве полиэтилена его молекулы притягиваются ближе друг к другу. В нашем случае, полиэтилен затягивается вокруг карандашей.

Нелопающийся шарик

Понадобится: воздушный шар, деревянная шпажка и немного жидкости для мытья посуды.

Опыт: Смажьте верхушку и нижнюю часть средством и проткните шар, начиная снизу.

Объяснение: Секрет этого трюка прост. Для того, чтобы сохранить шарик, нужно проткнуть его в точках наименьшего натяжения, а они расположены в нижней и в верхней части шарика.

Цветная капуста

Понадобится : 4 стакана с водой, пищевые красители, листья капусты или белые цветы.

Опыт : Добавьте в каждый стакан пищевой краситель любого цвета и поставьте в воду по одному листу или цветку. Оставьте их на ночь. Утром вы увидите, что они окрасились в разные цвета.

Объяснение : Растения всасывают воду и за счет этого питают свои цветы и листья. Получается это благодаря капиллярному эффекту, при котором вода сама стремится заполнить тоненькие трубочки внутри растений. Так питаются и цветы, и трава, и большие деревья. Всасывая подкрашенную воду, они меняют свой цвет.

Плавающее яйцо

Понадобится : 2 яйца, 2 стакана с водой, соль.

Опыт : Аккуратно поместите яйцо в стакан с простой чистой водой. Как и ожидалось, оно опустится на дно (если нет, возможно, яйцо протухло и не стоит возвращать его в холодильник). Во второй стакан налейте теплой воды и размешайте в ней 4-5 столовых ложек соли. Для чистоты эксперимента можно подождать, пока вода остынет. Потом опустите в воду второе яйцо. Оно будет плавать у поверхности.

Объяснение : Тут все дело в плотности. Средняя плотность яйца гораздо больше, чем у простой воды, поэтому яйцо опускается вниз. А плотность соляного раствора выше, и поэтому яйцо поднимается вверх.

Кристаллические леденцы

Как вы думаете, смола это жидкая или твердая субстанция? Ученые выяснили, что смола при комнатной температуре представляет собой твердую субстанцию, которая в то же время обладает текучими свойствами очень и очень вязкой жидкости. Что в этом интересного? Да дело в том, что в научной сфере завершился самый долгий эксперимент в истории, начатый еще 70 (!) лет назад учеными из Дублинского Тринити-колледжа. И впервые человеку удалось зафиксировать на видео падающую каплю смолы.

В первой половине прошлого века две группы ученых, одна из Дублинского Тринити-колледжа, а другая из Квинслендского университета, независимо друг от друга решили провести эксперимент, который развеял бы сомнения и ответил на вопрос о том, является ли смола жидкой или твердой субстанцией. В 2005 году ученые из Квинслендского университета выиграли Шнобелевскую премию (пародия на престижную Нобелевскую премию) по и записали себя в историю Книги рекордов Гиннеса как авторы самого длинного научного лабораторного эксперимента, который начался аж в 1927 году. В свою очередь Дублинский Тринити-колледж начал проводить похожий эксперимент в 1944 году и даже превзошел время теста, проводимого в дублинском колледже.

Обычная чашка Форда

Тест со смолой является простой формой эксперимента, призванного выяснить вязкость различных жидкостей. Основой всего теста является чашка Форда — простой инструмент для определения вязкости субстанций, которые помещаются внутрь воронкообразной чаши с зауженным основанием на конце. Обычно такую чашку используют для определения вязкости краски.

Но как вы понимаете, смола это далеко не краска. Производимая обычно из угля, сухой перегонки сосны и другой смолянистой древесины, смола является полимером, чья вязкость настолько высока, что многие считают эту субстанцию твердой, а не жидкой. При продолжительном внешнем стрессовом воздействии смола обретает более прочную форму. Благодаря этому она является отличным и до сих пор применяется во многих сферах.

Так насколько же велика вязкость смолы? Дублинский Тринити-колледж и Квинслендский университет в рамках эксперимента использовали по три чаши Форда. При этом на падение каждой капли смолы из этих чашек уходили целые десятилетия. Ученые выяснили, что вязкость смолы может быть от 20 до 100 миллиардов раз выше, чем вязкость обычной воды.

Падение капли смолы, зафиксированное на видео учеными из Дублинского Тринити-колледжа

Профессор Джон Мейнсфилд из Квинслендского университета наблюдает за ходом эксперимента

Зафиксировать на видео результат эксперимента удалось только ученым из Дублинского Тринити-колледжа. Несмотря на многие попытки Квинслендского университета, записать ни одну из восьми упавших капель смолы ученым не удалось. Девятая капля должна упасть где-то в этом году. И на сей раз ученые все-таки собираются стать свидетелями этого события. Возле чашки установили веб-камеры, которые постоянно без перерыва снимают обстановку. Осталось только обеспечить бесперебойную поставку попкорна и наслаждаться зрелищем.

Когда в 1944 году физики дублинского Тринити Колледжа начали свой эксперимент по изучению вязкости, Франклин Рузвельт все еще был президентом США, Вторая Мировая война находилась в разгаре, а фильм «Встреть меня в Сент-Луисе» собирал невиданную кассу.

Семьдесят лет спустя, один из самых длительных лабораторных экспериментов все-таки принес свои плоды: камера зафиксировала как одна капля каменноугольной смолы упала из воронки в банку - впервые в истории человечества.

Каменноугольную смолу поместили в воронку физики в 1944 году, чтобы продемонстрировать, что деготь - черный, углеродосодержащий материал, который нам известен как асфальт или битум - при комнатной температуре был не твердым телом, а очень, очень медленно двигающейся жидкостью.
И хотя несколько раз капли появлялись, запечатлеть их не удавалось, а ведь только так можно подтвердить то, что деготь является очень вязкой жидкостью. Похожий эксперимент поставили физики из австралийского города Квинсленд, при этом через 86 лет капли все-таки появились, однако никто не снял их на видео.

Хотите верьте, хотите нет, но столь длительные исследования были своего рода «молодняком» среди подобных экспериментов. Ниже мы приводим список еще нескольких таких проектов, идущих до сих пор.

Звонящий колокольчик

С 1840 года экспериментальный электрический колокольчик почти постоянно звонит в Лаборатории Кларендона Оксфордского университета. Устройство, названное Кларендонская Сухая Батарея, состоит из двух гальванических «сухих батарей», соединенных при помощи слоя серы. Книга рекордов Гиннеса называет колокольчик «самой долговременной батарейкой в мире», хотя когда-нибудь он, конечно, перестанет звонить: либо износится язык колокольчика, либо иссякнет электрохимическая энергия.

Часы Беверли

Физики, судя по всему, любят длительные эксперименты, и Часы Беверли не исключение. Это атмосферные часы, стоящие в фойе Университета Отаго в новозеландском городе Дунедине с 1864 года, которые до сих пор идут. (Хотя, случайно их останавливали, например, когда кафедра физики переезжала).

Наблюдение за Везувием

Как бы вы наблюдали за спящим гигантом? Осторожно - и при этом, получая кучу данных о сейсмической активности. Именно этим с 1841 года занимаются сотрудники Обсерватории Везувия для того, чтобы предсказать возможные извержения. Раньше станция наблюдения находилась на одном из склонов вулкана, но затем в 1970 году переехала в Неаполь. Там ученые наблюдают сразу за несколькими вулканами, пытаясь понять когда они начнут извергаться вновь.

Эксперимент по проращению Уильяма Джеймса Била

В 1879 году, американский ботаник Уильям Джеймс Бил заполнил 20 бутылок смесью из песка и семян различных растений. Затем он закопал бутылки горлышком вниз, чтобы предотвратить попадание воды вовнутрь.

В чем смысл эксперимента? Автор хотел определить, прорастут ли семена после того, как очень длительное время пробудут в сухой среде. Поначалу, каждые пять лет (теперь уже каждые двадцать) исследователи откапывали одну из бутылок после чего сажали семена и смотрели, вырастет ли из них что-нибудь. В 2000 году, два из 21 семени проросли.

Следующую бутылку откопают в 2020, а завершится эксперимент в 2100 году.

Старая ротация хлопка

С 1896 года, ученые Университета Оуберна в Алабаме проводят на одном акре земли эксперимент, связанный с плодородностью почвы. Он входит в Национальный реестр исторических мест под названием «Старая ротация». В ходе него впервые выяснилось, что, если чередовать посевы хлопка и бобовых, это приводит к значительному увеличению плодородности первого.

Фрэмингемское исследование сердца

За 65 лет тысячи мужчин и женщин в возрасте от 30 до 32 лет прошли через руки исследователей из Национального института сердца, легких и крови, а также из Университета Бостона. Цель исследования - проверка маркеров и факторов риска сердечных заболеваний. Оно продолжается уже три поколения и в ходе него были выявлены главные факторы риска для сердечно-сосудистых заболеваний.

Оригинал: National Geographic
Перевел.