Потрясающая физическая грушка, показывающая колебание энергии между упругой потенциальной и кинетической энергией вращения
Наверняка все знают разоблачения "халявной энэргии" и "вечных двигателей" от Dr. Dew ('это ипостась блогера Матвеева, страдающего конверсионным растройствойм личности). Насколько я знаю, на данный момент он вылечился (хотя некоторое время, около полугода или год я не видел их обоих - видать сильными препаратами лечили).
Так вот. Чувак, гоняющий вполне себе неплохие ролики по различным ардуинкам, микроконтроллерам и пр цифровой мелочи, решил возместить данный пробел в инфопомойке.
Он загадал задачку:
А теперь, вомбатянам, инженерного склада мысли, задачка - как он нас наколол. У мну есть полтора варианта, один сложнореализуем, а вот второй - в его стиле (намёк выше по тексту) вполне, правда не уверен в деталях.
Кидаем разгадку загадки в комментах, может я чего и не додумал, и вариант обмануть нас оказывается намного проще.
З.Ы. И да, мне кажется, этот чувак в "склейки за кадром" (по-типу внутрях дощечки он уже всё спрятал) играть не будет - ему это неинтересно.
Явление переноса вещества вдоль границы раздела двух сред, которое возникает из-за разного поверхностного натяжения и жидкость устремляется туда, где оно больше.
Было бы очень удобно полагать, что частицы обладают собственным разумом. Это объяснит их своеобразное поведение и позволит комментировать парадоксы, с которыми мы порой сталкиваемся в физике частиц. Идея эта порой проскакивает.
Что же, вопрос скорее философский. Правильный ответ один - а мы не знаем и вряд ли в ближайшее время точно узнаем. Наука не в полном объёме понимает смысл "разумности существа" или не знает, чем отличается живое от неживого. Всё это скорее мировоззрение и мы не можем с большой уверенностью сказать ни что частицы разумные, ни наоборот. Но нам следует оперировать тут физическими понятиями. Мы ведь, вроде как, тут про физику. Поэтому, давайте ковырять вопрос с этой стороны.
Вопрос точно не глупый, как сейчас многие напишут в комментариях. Поэтому, если вы думаете о таком и переживаете, что уходите от науки, то скажу обратное - вы, напротив, приближаетесь к науке. Физика - это постоянное сомнение и поиск ответов. Такие гипотезы тоже уместны и интересны.
Ранние модели атома (включая визуализации атома как миниатюрной солнечной системы) весьма наводящие на размышления, подразумевают, что это логичные мысли.
Но идея разумной жизни, существующей внутри субатомных частиц, таких как протоны, нейтроны и электроны, не поддерживается современным научным пониманием.
Субатомные частицы являются фундаментальными компонентами материи и не обладают характеристиками, обычно связанными с жизнью или интеллектом, такими как сознание, самосознание или способность реагировать на стимулы.
Можно обратиться к квантовой физике с её невероятными эффектами и явлениями. Тогда разумность объекта очень неплохо бы объяснила всякие интересные штуки, типа парадокса наблюдателя. Оно ведь логично... Частица сама смотрит, измеряют ли её, и выбирает подходящую линию поведения. Но увы, квантовая механика отрицает такой подход.
Давайте рассмотрим проблему на примере электрона. Прежде всего, представление о том, что электрон подобен миниатюрной планете, вращающейся вокруг своего атома, как будто это миниатюрное солнце, является целиком и полностью неверным. Мы это много раз уже обсуждали на канале.
На самом деле, за редкими исключениями тех моментов, когда мы взаимодействуем с ним с помощью специально разработанных инструментов, электрон даже не имеет четко определенного положения! И он не вращается вокруг атома в каком-либо классическом смысле, хотя вполне верно, что у него есть кинетическая энергия и импульс.
Но есть и другое, еще более важное обстоятельство, которое можно описать в виде простого вопроса: сколько параметров необходимо для полного описания физического состояния электрона? (Неважно, что эти параметры не являются числовыми и не поддаются классическому измерению.) А сколько параметров необходимо для описания планеты? Другими словами, сколько степеней свободы у электрона и у планеты?
У электрона очень мало степеней свободы. Напротив, у планеты, состоящей из множества мелких частей, их огромное количество.
И откуда мы знаем, что внутри электрона нет дополнительных степеней свободы, которые нам не известны? Мы знаем это из квантового поведения электрона. Единственная причина, по которой электрон может вести себя так, как он себя ведет, заключается в том, что у него очень мало степеней свободы. Ему не из чего выбирать. Если есть два варианта спина (как пример), то выбрать можно только из них. Не слишком ли низкая вариативность?
Теперь вспомните современные нейросети, которые чем-то напоминают сознание и стараются имитировать мыслительный процесс человека. Сколько комбинаций возможно в самом плохеньком компьютере, на котором запускается самая простенькая нейросеть? Наверное счёт идёт на миллионы. То есть для того, чтобы имитировать сознание пчелы, нам нужен компьютер, состоящий из миллиона p-n переходов. Это сотни и тысячи вариантов комбинаций. Эти комбинации мы и называем тут степенями свободы.
У электрона этих нескольких степеней свободы просто недостаточно, чтобы закодировать что-то столь сложное, как жизнь, не говоря уже о разумной жизни.
Если бы я думал об электроне и планете как о двух вычислительных устройствах, у планеты был бы огромный объем памяти и хранилища, а у электрона было бы несколько бит, и это все. Существует очень мало информации, которая могла бы поместиться в эти несколько бит.
Разумная жизнь, как мы ее понимаем, требует сложных биологических систем, как правило, основанных на клеточных структурах, нейронных сетях и способности к обработке информации. Субатомные частицы не проявляют этих свойств. Вместо этого они управляются законами квантовой механики и взаимодействуют посредством фундаментальных сил.
Однако концепция интеллекта или сознания на фундаментальном уровне является темой философских дебатов. Некоторые теории в физике и философии предполагают, что сознание может иметь более глубокие связи с тканью реальности, но эти идеи являются спекулятивными и не подтверждены эмпирически. И это вполне уместно. Ведь мы не можем с большой точностью утверждать, что понимаем что есть сознание. В конечном итоге, нельзя сказать, что камень не живой в общем смысле понимания.
Ну и если посмотрите моё видео по теме, то будет здорово - ролик тут.
Возьмите в руки любой материальный предмет, а точнее - правильнее будет сказать - предмет из вещества. Он состоит из атомов. Атомы объединены в некоторые сложные конструкции, которые могут быть закономерными, а могут и не очень. Но все их объединяет одно. Если это ощущаемое материальное тело, то атомы в его составе объединены друг с другом и удерживаются рядом друг с другом какой-то волшебной силой.
И тут очень важное посмотреть мой ролик по теме, где я доходчиво и интересно всё разъясняю. Ещё и под дождик попал, пока снимал. Раньше выкладывал ролики прямо в текст материала, но сейчас у некоторых проблемы с YouTube - поэтому, добро пожаловать по ссылке!
Конечно же, проще всего тут обозначить, что есть некоторая особая сила, которая удерживает атомы рядом. Ещё есть сила, которая не даёт атомами приблизиться невероятно близко друг к другу, а потому все они находятся в состоянии идеального баланса между притяжением и отталкиванием. Опустим сейчас проблему отталкивания. Что с притяжением?
Если заглядывать чуть глубже, чем это подразумевает описание "особая сила", то у притяжения есть, как минимум, две причины. Это гравитационное взаимодействие, которое есть у любых массивных тел (тел обладающих массой) и электростатическое взаимодействие.
Первое тут можно опустить в виду того, что часть гравитационного взаимодействия в притяжение практически не ощущаема. Прикиньте сами на бумажке, учитывая массу взаимодействующих друг с другом частичек. Это сотые доли и, наверное, тысячные доли от того, что генерирует электростатическое взаимодействие. Да и про гравитацию я уже так много раз рассказывал на канале, что заново описывать механизм не имеет никакого смысла.
Да, между частицами всё работает также. Это материальные тела и у большинства из них есть масса. Они также притягиваются гравитационно. И современная физика описывает такое поведение, как реакция тела на искажение пространства-времени рядом с массивными телами.
Когда массивный объект оказывается рядом с таким искажением в пространстве, то происходит то, что мы воспринимаем, как притяжение между телами. Эта логика очень поверхностная и никаких воронок в пространстве, в общем-то, нет. Но для создания общей картины этой информации вполне достаточно.
Тут же я отмечу, что теорий гравитации существует огромное количество. Их не пересчитать даже по пальцам рук. Не хватит пальцев. Но наиболее актуальной по множеству причин сегодня считается Эйнштейновская гравитация. Ученые регулярно находят подтверждения её актуальности. Например, не так давно обнаружили гравитационные волны. Вот только сама идея всё равно часто оспаривается.
Вторая сила, которая и делает основной вклад в процесс удержания атомов рядом друг с другом - это электростатическая сила. Детально мы её ещё не обсуждали.
Логика простая - положительное ядро атома из протонов и нейтронов перехватывает чужие отрицательные электроны. Образуется взаимодействие и протоны одного атома начинают притягивать электроны другого. Вот и вся песня.
И тут, в общем-то, тоже можно было сказать, что есть такой закон Кулона, который описывает притяжение между частицами и формализует электростатическое взаимодействие. Но согласитесь, этого явно маловато для погружения в самую суть вопроса.
Проблема в том, что электростатическая сила чаще всего приводится просто как факт. Она есть и всё тут. И школьно-институтская (прикладная) физика тоже лезет значительно реже. Но если есть сила, то есть и причина... Ну и... Конечно же это ещё одно "белое пятно" в современной физике. Нет, я не ругаю теорию и не критикую. Просто если вы постараетесь найти ответ на вопрос как работает электростатическое взаимодействие, то увидите, что прямого однозначного ответа нет. История примерно как с гравитацией. Впрочем, есть разные теории, которые мы сейчас и обсудим.
В мире физики одно и то же явление часто можно описать с помощью разных моделей - от простых и интуитивных до невероятно сложных. И каждый уровень точности раскрывает новую глубину понимания. Главное при этом - не путать эти модели между собой, ведь каждая из них работает в своих пределах и по своим правилам.
В нашем случае можно выделить три таких модели. Конечно же, на самом деле их значительно больше, но эти самые "академические".
Эта идея пришла к нам ещё из эпохи Ньютона, который объяснял гравитацию так: одно тело воздействует на другое просто потому, что они существуют и находятся на определённом расстоянии друг от друга. Причём сила сразу же «узнаёт», где находится второе тело - без каких-либо промежуточных механизмов.
Такой подход не требует дополнительных объяснений. Как говорил сам Ньютон - «hypotheses non fingo» (я не измышляю гипотез). В рамках этой модели взаимодействие кажется мгновенным и не нуждается в уточнениях о том, как именно сила передаётся. Перевожу на русский - это примерно как я отметил вначале: она просто почему-то есть. Этакая сугубо инженерная физика.
С развитием науки стало ясно, что простого «действия на расстоянии» не хватает, особенно когда речь идёт о движущихся и ускоряющихся частицах. Тогда появилась идея поля.
Поле - это уже самостоятельная сущность, которая существует в пространстве и подчиняется своим законам. Когда заряды ускоряются, поле начинает «жить своей жизнью» и становится посредником, передающим силы между частицами. Например, в электромагнитном взаимодействии именно электромагнитное поле отвечает за передачу силы от одного заряда к другому. Если заряды покоятся или движутся равномерно, поле просто «маскируется», и картина сводится к привычному действию на расстоянии.
Дальше много вопросов относительно самого взаимодействия. Тут есть разные взгляды на вопрос. Самый простой для понимания - сами заряды и есть проявление поля. Они связаны друг с другом как невидимой тканью и представляют собой колебания в ней. Если эти колебания оказываются на некотором подходящим расстоянии, то они начинают притягиваться или отталкиваться. Поведение поля мы воспринимаем как притяжение.
Современная физика пошла ещё дальше и описывает взаимодействия с помощью квантовых полей. В квантовой электродинамике притяжение между электроном и протоном объясняется обменом квантами электромагнитного поля - фотонами.
Это уже не просто непрерывное классическое поле, а система частиц-переносчиков взаимодействия, которая подчиняется законам квантовой механики. Такая модель позволяет объяснять эффекты, которые классическая теория не могла описать - например, почему атомы излучают свет. Электрон, отдавая фотон протону, при этом образует что-то типа связки. Тут крайне сложно пытаться найти материальные аналогии. Можете представить себе что-то типа водоворота, где потоки воды - это виртуальные обменные фотоны, а какие-то упавшие в воронку объекты - притягивающиеся частицы.
Впрочем, есть ещё один интересный взгляд на проблему - частицы могут притягиваться по одной простой причине. Вероятность их расположения рядом вдруг оказалась максимальной. По логике этого подхода всё работает примерно как прохождение непреодолимого квантового барьера в туннельном эффекте.
Каждая из моделей подходит для своего уровня задач. Для грубых оценок сойдёт действие на расстоянии. Когда нужно учитывать ускорения и излучение - лучше перейти к полям. А если вы хотите понять тонкие эффекты в микромире - без квантовой электродинамики не обойтись.
Какая модель правильная? Прямого ответа нет. Будет ли физика предлагать новые модели? Скорее всего да!
Telegram проекта https://t.me/+T0xL6O4cMU23HPyh
Каждый, кто видел снимки миссий "Аполлон", наверняка обращал внимание на удивительно четкие следы, оставленные астронавтами на лунной поверхности. Но как это возможно, если на земном спутнике нет воды, плотной атмосферы и в целом привычных нам условий?
На Земле самые четкие следы остаются на влажных поверхностях — снегу, грязи или глине. Вода выступает связующим звеном, скрепляя частицы материала и позволяя им сохранять форму. Однако на сухом песке следы быстро исчезают — песчинки слишком крупные, а силы сцепления между ними очень слабые. Земная гравитация заставляет их "перестраиваться", и отпечаток тут же теряет четкость.
Интересно, что добавление воды усиливает сцепление между песчинками благодаря ее полярности. Но другие жидкости, например фреон, наоборот, могут повысить сыпучесть песка.
Лунная поверхность покрыта слоем мелкой пыли, известной как реголит. По консистенции она напоминает сухой тальк или пудру. Частицы лунной пыли в разы мельче земных песчинок, а гравитация на Луне слабее в шесть раз. Но что же удерживает эти частицы вместе, создавая четкие следы?
Ключевую роль здесь играют электростатические силы. На Луне, где нет атмосферы, частицы пыли интенсивно электризуются под воздействием солнечного ветра и ультрафиолетового излучения. Это создает силы сцепления, которые "склеивают" частицы между собой. Таким образом, следы астронавтов — это результат "перетягивания каната" между лунной гравитацией, которая тянет пыль вниз, и электростатическими силами, которые удерживают приданную ей форму.
Благодаря отсутствию ветра и воды лунные следы могут сохраняться невероятно долго — миллионы или даже миллиарды лет. Однако солнечный ветер — поток заряженных частиц от Солнца — постепенно "выветривает" поверхность Луны, разрушая верхний слой реголита. Тем не менее следы астронавтов исчезнут полностью только в случае столкновения с метеоритом или другого масштабного космического катаклизма.
Начальство всё пытается пропихнуть охранку. Сегодня несчастному коллеге помогал накидать смету на охранку периметра - забор более километра. Он выбрал трибоэлектрический кабель(не реклама, а первая ссылка из гугеля) в качестве чувствительного элемента.
Вот я уже дома и озадачился, а шо це за такэ? Оказывается с этим эффектом мы знакомы с самого детства. Кто из нас не натирал воздушным шариком свои волосы и потом лепил этот шарик к потолку?
Так же в школе, на уроках физики, нам всем показывали электрофорную машинку:
Но в моё время нам объясняли просто - трение, электрончики переходят с одного материала на другой и т.п. И вообще - это всё известно ещё с древних кошек и янтарных палочек. К слову, полностью физики этот эффект ещё не описали, вроде и принцип понятен и прост, но физикам нужно полное и исчерпывающее описание, а сейчас только толпа опытных данных и единой, полной теории нет.
Зато есть впечатляющие картинки:
По сути, это самое трибоэлектричество имеет родство с почти любым электростатическим электричеством. Даже молния, и та приводит к тому же принципу - частицы приобретают различный заряд из-за трения. При этом молния хоть и изучается уже не одно столетие, но опять же полностью для физиков непонятна.
Вот теперь Вы изучили новое слово из физики, хотя сам эффект знали с детства
Американский математик XIX века Элиас Лумис заметил, что торнадо способен полностью ощипать курицу и предположил, что в таком случае реально экспериментально выяснить минимально возможную скорость ветра внутри торнадо.
Не долго заморачиваясь в 1842м году решил поставить эксперимент. Лумис зарядил в пушку неощипанную тушку цыплёнка и выстрелил ею вертикально вверх со скоростью 341 мили в час — около 549 км/ч. Так он пытался смоделировать попадание курицы в торнадо. Перья разлетелись на высоте до 20 метров, а тело птицы, пострадавшей за науку, разорвало.
Работу опубликовал, народ учёный поржал и забыл об ентом эксперименте. Но ненадолго, всего на 130 лет...
В 1975 году химик и метеоролог Бернард Воннегут, старший брат писателя Курта Воннегута, описал и критически оценил опыт Лумиса. Статья получила весьма необычное название: «Ощипывание цыплят как мера измерения скорости ветра в торнадо»и предложил модернизировать эксперимент, но уже современным оборудованием - поместить неощипаную тушку в аэродинамическую трубу. Но при этом сам отмечал, что эксперимент остаётся ненадёжным, т.к. перья держаться хуже или лучше в зависимости от состояния здоровья (ну какое здоровье у трупа - сами понимаете), а использовать живую птичку - этика не позволила...
За свою статью он получил Шнобелевку, между прочим.
Биологов из Пенсильванского университета Мартина Шайна и Эдгара Хейла заинтересовало насколько незначительным должен быть стимул что бы у индюка встал. Они взяли живого индюка и заперли в одной клетке с чучелом индюшки.
Постепенно они разбирали «самку» по частям и смотрели на реакцию самца. В итоге учёные сняли с искусственной индейки хвост, ноги и крылья, пока от чучела не осталась только голова на палке. Однако и этот факт не мешал индюку испытывать страстное влечение.
Но этого было мало. Дали индюку сразу две индейки. Одна - бошка на палке, а вторая индейка без башки. Умный индюк решил, что "безбашеная" баба ему ни к чему и возбуждался исключительно на палку с головой...
Австрийский физик Христиан Доплер в 1842 году выдвинул и теоретически обосновал предположение о том, что частота световых и звуковых колебаний должна меняться для наблюдателя в зависимости от того, движется ли источник света либо звука от наблюдателя или к нему.
Все слылаши звук двигателя пролетающего мимо вас авто на трассе - это оно и есть. Только вот в 19м веке небыло таких чудо-скоростей, что бы органолептически или инструментально его наблюдать. Да и сам Доплер вывел его только на бумаге, как это частво в физике бывает.
Через три года метеоролог Христофор Бейс-Баллот решил проверить гипотезу Доплера. Но в то время и подходящих инструментов небыло. Это сейчас можно поставить высокоточный генератор звуковых частот с динамиком и микрофон с частотомером. А тогда пришлось задействовать тех, кто сам использует различные инструменты - музыкантов.
Человек он был не бедный, потому нанял паровоз с платформой и маленький музыкальный оркестр.
Посадил на платформу двух трубачей (двух - для того что бы один дудел, а второй воздух глотал, потом наоборот) и заставил их (не забесплатно естественно) держать ноту "соль" постоянно. Остальной оркестр разоружил и сказал им слушать эту самую "соль". Так он гонял паровоз один день с разными скоростями мимо них и после каждого проезда делал опрос. Как известно музыканты имеют почти абсолютный слух, а их количество позволяло усреднить результат.
На следующий день он поменял их местами и повторил эксперимент.
За два дня этот эксперимент полностью подтвердил гипотезу Доплера, да и повторить его было несложно, а повторяемость эксперимента независимыми (и зачастую оппонентами (ну так в науке врагов называют)) экспериментаторами достаточно легка, разве что спецом музыкантов подговорить, но такой подлог быстро вскроется.
Если хорошо подумать, то замена "микрофонов" и "динамиков" местами ещё и принцип относительности доказывает, но до Эйнштейна было ещё далеко.
Все крупные космические тела во Вселенной, которые мы наблюдаем — от планет до звезд — имеют сферическую форму. И чем массивнее объект, тем более идеальной становится эта сфера. Почему же природа так настойчиво выбирает именно эту форму? Давайте разберемся на примере планеты.
Итак, все дело в гравитации. Когда планета формируется, она начинает притягивать к себе все больше материи — пыль, газ, астероиды. С ростом массы усиливается и гравитационное поле. Сила тяжести всегда направлена к центру тела, стремясь придать ему максимально компактную форму. А самая компактная форма в природе — это сфера.
У куба есть углы, которые находятся дальше от центра массы, чем остальные части. Гравитация не позволит этому существовать — она будет "стягивать" углы к центру, пока планета не примет форму шара — самую устойчивую форму для массивных космических объектов.
Кроме того, кубическая форма создала бы огромные перепады давления и температуры. Углы куба испытывали бы колоссальное напряжение, что привело бы к их разрушению. В итоге планета все равно бы "схлопнулась" в шар.
Малые космические тела, такие как кометы, астероиды и небольшие спутники, часто имеют неправильную форму, потому что их масса слишком мала, чтобы гравитация могла "вылепить" из них сферу. Для сравнения: астероид Психея с диаметром около 226 километров имеет неправильную форму, в то время как Земля с диаметром 12 756 километров стремится к идеальной сфере.
Впрочем, даже планеты не являются безупречными шарами. Из-за вращения вокруг своей оси они слегка сплющиваются на полюсах и расширяются на экваторе (звезды, между прочим, тоже). Это называется экваториальным утолщением. Например, полярный радиус Земли на 21,38 километра короче экваториального.
Интересный факт: Мимас, 396-километровый спутник Сатурна, является самым маленьким известным космическим телом, обладающим сферической формой из-за собственной гравитации.
А еще эта крошечная луна, по всей видимости, наделена очень молодым подповерхностным океаном.
Квантовая биология изучает, как квантовые эффекты проявляются в биологических системах. Одним из наиболее изучаемых примеров является фотосинтез, где квантовая когерентность может играть роль в эффективном переносе энергии от солнечного света к хлорофиллу.
Исследования показывают, что растения могут использовать квантовые эффекты для почти 100%-ной эффективности передачи энергии, что значительно превосходит наши текущие технологии солнечных батарей.
Уникальность квантовой биологии в том, что она предлагает новый взгляд на биологические процессы, показывая, что квантовая механика не ограничивается микромиром, а может объяснять некоторые из самых фундаментальных процессов жизни, открывая путь для создания сверхэффективных технологий, вдохновленных природой.
Феномен "квантового ластика" бросает вызов нашему пониманию времени: частица "решает", быть волной или частицей, в зависимости от измерения, которое еще не произошло.
В эксперименте фотон проходит через двойную щель, создавая интерференционную картину (волновое поведение). Затем его квантово запутывают с другим фотоном. Удивительно, но если второй фотон измеряют определенным образом в будущем, первый фотон ретроактивно "меняет" свое поведение в прошлом.
Это не нарушает причинно-следственную связь, но показывает, что квантовая механика оперирует вне привычных рамок линейного времени. Как заметил физик Джон Уилер: "Никакое элементарное квантовое явление не является реальным, пока оно не наблюдается".
Интересное по теме: Туннельный эффект: квантовая «игра в кости», которая бесила Эйнштейна.
Речь идёт не о социальных свободах, а более формализуемых - механических. Да-да, опять эта физика. Надеюсь хоть в этот раз смогу рассказать как можно попроще.
В теоретической механике есть понятие "число степеней свободы". Грубо говоря - это то число независимых перемещений механической системы. Слово независимый тут является ключевым, но вернёмся обратно. Пример: Столб вкопанный в землю имее степень свободы 0 - он вообще не может двигаться. Поршень в насосе или двигателе - степень свободы 1 - двигается только в одном направлении -вверх-вниз, крутиться поршню не даёт шатун. Ннежелательные перекладывания и люфты не учитываем - мы же играем в теорию, а не практику. 😉
Сейчас, для простоты, будем говорить исключительно о нашем, привычном евклибовом пространстве. Так вот свободная, не связанная с к-либо механической системой, геометрическая точка (ну со школы же должны помнить, что точка не имеет размера) имеет три степени свободы - вверх-вниз, влево-вправо и вперёд-назад. Движение под углом - это просто совокупность этих трёх движений, если мы должным образом повернём систему координат - всё встанет на свои места.
А вот любое, свободное трёхмерное тело, оказывается ещё может дополнительно и вращаться по трём осям:
Для твёрдого тела 6 - это максимальное кол-во степеней свободы.
Тут вроде всё понятно и доступно. Но механика исследует механизмы, зачастую сложные.
Казалось бы должно быть много больше, но мы видим, что все звенья взаимосвязаны, и какую бы точку в каком бы звене мы не выбрали - она будет двигаться только по одному криволинейному пути. Это как поезд на рельсех - вперёд или назад, и пофиг как извивается Ж/Д дорога - путь будет только один.
Расчёт шарнирных систем и кол-во степеней свободы - это уже нехилая такая математика, потому не буду вам и себе пудрить мозг. Скажу только что у человеческой руки (без учёта пальцев кисти) семь степеней свободы, а жётско закреплённую роботизированную руку сделали с восемью степенями свободы (и тут железные ящики переплюнули кожанных мешков).
Вообще кол-во степеней свободы механизмов во многом зависит от количества звеньев - чем больше тем лучше. На практике же роборука должна обладать сервоприводами, поворотными механизмами + учитываются ещё и допустимые нагрузки - это уже достаточно сложная инженерная задача.
В довесок задачач со звёздочкой: какое кол-во степеней свободы у резинового мячика (ответ в спойлере)?
Ответ: бесконечное, потому как надо рассматривать деформацию мяча, т.е. каждая точка, каждая молекула мяча имеет свои степени свободы
Давайте отправимся в путешествие к центру...Нет, ни как у Жюль Верна в великолепном произведении... к центру атома. С собой возьмём фотоаппарат. И ладно уж, что фотографировать субатомные частицы не получится, мы хотя бы сделаем их визуализацию и набросаем схемы. Посмотрим на визуализацию протонов, нейтронов, ядра атома и прочих составляющих частей и субатомные частицы. Уверен, что будет интересно!
Все хим. элементы являются отходами жизнедеятельности звёзд. Но только до железа. А вот более тяжёлые элементы - результат космических катастроф, как-то слияние белых карликов, нейтронных звёзд и пр. о-о-чень ярких событий.
Хим. элементов тяжелее железа очень мало, но они есть и мы добываем их в промышленных масштабах (сотые доли процента от массы нашей планеты, но всё же есть). И, по сравнению с массой нашей планетки теоретически могут накопиться весьма критические массы вибраниума, ураниума.
Уран, точнее Uranium, бывает во многих видах, но самые распространённые это злой и добрый Уран. Добрый уран, как и полагаяется всем добрым скуфам имеет повышенную массу с атомным числом в 238, а вот его злой брательник худой - "весит" всего 235, оттого и злой - "нетрония" не хватает стабилизировать ядро.
Появлялись эти элементы примерно в равных количествах, но "злые", то бишь радиактивные ядра, элементы, изотопы долго не живут. Вот потому и "злых" хим. элементов становится всё меньше и меньше.
Так, кажись меня опять "понесло", Пост о чём? Правильно, о ядрЁных реакциях в природе. При некоторой концентрации урановой руды с большим кол-ом 235го урана теоретически возможен не только ядрёный взрыв (а они вполне могли быть на заре формирования планеты), но и долгоиграющие атомные реакторы.
За счёт цепного деления порода разогревается, потом к-либо методом происходит выброс энергии и порода начинает "тлеть".
Теория это хорошо и увлекательно, только об этом сценарии никто и не думал, пока не открыли месторождение урания в Окло, в Габоне, посреди Африки. (СССР и после РФ являются крупнейшими в мире поставщиками обогащённого урана, но это не означает что у нас его дохрена - просто мы умеем его очень дёшево и много обогащать, потому как "на игле сидим").
Вот схема ентого реактора:
По расчётам реактор пахал около 1.8 миллиардов лет назад.
Реактор возник в результате затопления пористых богатых ураном пород грунтовыми водами, которые выступили в качестве замедлителей нейтронов. Тепло, выделявшееся в результате реакции, вызывало кипение и испарение воды, что замедляло или останавливало цепную реакцию. После того, как порода охлаждалась и распадались короткоживущие продукты распада, поглощающие нейтроны и вызывающие отравление реактора, реактор разотравлялся, вода конденсировалась, и реакция возобновлялась. Этот циклический процесс продолжался несколько сотен тысяч лет.
В прошлом моём посте я понял, что не все вомбатяне имеют высшее техническое образование. Это не укор, просто гениальному хирургу или учителю начальных классов, да даже водителю или сварщику такие знания не нужны. Потому попытаюсь писать посты как можно проще.
И так, возникла проблема в понимании самой сути некоторых физ. понятий. Люди спутали заряд и энергию, хотя при этом получились правильные цифры.
И так. Школьный ликбез говорит, что есть мера измерения электрического заряда. Ещё древние греки заметили, что если ебонитовую палочку потереть об древнеегипетскую кошку, то к палочке начинает прилипать пыль, кусочки бумаги, клопы и пр. мелочь. Озадачились, а что же это за сила, которая ставит волосы дыбом после того как потереть башкой об воздушный шарик? Например Фалес (ну и имя, прости меня господи) Милетский считал что таким образом янтарь, в отличие от магнетита может стать магнитным. Т.е. сила притягивания имела такую же природу как и у магнитов. И это было за шесть веков до нашей эры. Он уже тогда предпологал, а может и знал, но не мог никому объяснить (теория попаданцев) уравнения Максвелла.
После этого ещё итальянец Гальвани (зоошизы на него не хватает) и над лягушками поиздевался, точнее над их частями - лапками. Эх вот не ездил бы Пётр-I в европу, может и в Петербурге расчленёнки небыло...
Так и появилось понятие электромагнетизма. Пора уже и к википедИи обратиться: "Электри́ческий заря́д (коли́чество электри́чества) — физическая скалярная (т.е. не имеет направления, как, к примеру, сила, которая направлена куда-то в пространстве) величина, показывающая способность тел быть источником электромагнитных полей и принимать участие в электромагнитном взаимодействии."
А из чего состоит-то та самая липездрическая сила, которая при контакте с фазным проводом заставляет нас дёргаться как те самые легушачьи конечности (надеюсь тег "Жесть"тут не нужен) у Гальвани?
Было ещё пару чуваков, которые изучали это самое электричество. Это естественно Кулон и его величество Ампер (мне по работе очень часто приходится иметь дело с тысячными долями ентого чувака, в основном от 0 до 20 милиАмперчиков). Что характерно, оба они французы, т.е. "лягушатники" (а мы ещё корейцев за собак ругаем...) Так мало того, что бедные лягушки (во Франции вообще среду стоит объявить выходным днём, по-типу "лягушачья" сиеста ), так Кулон ещё и Ампера протащил по узкому проводнику
А кто такой Ампер?
Ампер — сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 метр один от другого, вызвал бы на каждом участке проводника длиной 1 метр силу взаимодействия, равную 2⋅10−7 ньютона.
Грубо говоря, Ампер вычислил силу эл. тока проходящую по условным рельсам и вырази её в силе. Ну а Кулон пропустил Ампера через "проводник"... Вот такие они франецузы - извращенцы ещё те.
Тут появляется ещё один француз - Шарль Франсуа Дюфе, который заметил, что не все "эбонитовые палочки" и не все "коты" ведут себя одинаково. Некоторые притягиваются, а некоторые отталкиваются...
Ну ладно воду в ступе толочь. Пора уже и в "кванты" опускаться. Немец (ну а кто же ещё) Иоган Вильгельм Гитторф заметил свечение люминофора при приложении напряжения между люминофором и разогретым катодом. Подтянулась целая толпа немцев с англичанами и поняли - что-то летит от катода в сторону мишени.
Затем, всё это экспериментаторство вылилось в модель атома от господина Резерфорда (о - знакомая фамилия). В модели атома Резерворда как раз и появился электрон.
Естественно за енту тему впряглись все, кто мог хоть что-то, в том числе и Эйнштейн.
Он объяснил фотоэффект, это когда светом вышибаются электроны из из атома - на ентом принципе построены как светодиоды, так и фотоприёмники (когда жмакаете пимпачку на ИК-пульте телека - вспоминайте Эйнштена), за что получил нобелевку с присказкой "и другие заслуги", которые подразумевали теорию относительности (ну не мог коммитет признать такую революционную теорию).
Ну что же - электрон открыт, разогнан, потом его и изучат. Причём с офигительной точностью. Именно электрон виноват в "ебонитовой палочке в кошечку". К тому же, на данном этапе развития науки, электрон является реально неделимой частицей, в отличие от протона или нейтрона... Вот таки дела малята.
Неделимый? Да сколько его не долбали в экспериментах - всегда фотон получается, а фотон - ну так себе частица - оно массы не имеет. Вроде как есть(пока движется), а вроде как и нет (замедлить в среде можно, а вот остановить нет).
Вот и получилось, что есть массовая частица с электрозарядом. Меньше этого электрозаряда нет, есть только математические трюки про кварки (по одиночке они не существуют, а в паре, тройке или пентакварке - всегда получается заряд чётный электронному). Т.е. этот заряд является фундоментальным, и пока опровергнуть даже в теориях не получается.
Естественно этот заряд сначала рассчитали, а потом и подтвердили экспериментально.
Ввиду лёгкодоступности "липиздричества" измерить его удалось о-о-очень точно.
Масса: 9,109*10^−31 килограмм
Электрический заряд: −1,602176634*10^−19 Кулон
Спин: 1/2 (нет, это не вращение, это просто очередное квантовое число - означает свойства частицы, но ничего не объясняет, как и вся квантовая физика)
Ну и так как эта хрень, электрон (ну и позитрон конечно) является наименьшей неделимой частицей с зарядом, то по этому используют единицу измерения энергии, которая равна действию для перетаскивания этого электрона в электростатическом поле (конденсатор) с разностью потенциалов в 1 Вольт. И ентот эВ.равен заряду электрона в Кулонах, умноженный на разность потенциалов для переноса. Т.е. eV = qU, где q = 1,602 176 634*10^-19 (элементарный заряд) на U = 1 Вольт. Вот так и получается, что электронвольт кратен кулону
В лабратории секретной
Физик смотрит в синхротрон.
Там на скорости субсветной
Пролетает электрон.
Вот он мчится, мчится, мчится...
Понимает даже ёжик:
Что-то щас должно случиться.
Что? Мы вам сказать не можем.
Это тайна за печатями
И обязаны молчать мы.
Вроде невозможность достижения скорости света в вакууме для объектов, обладающих массой покоя никого уже не удивляет. Я тут решил поинтересоваться, а до каких скоростей человечеству уже удалось достичь? Именно в вакууме т.к. в среде неинтересно - про свечение Вавилова-Черенкова и почему это имеет место быть мне ещё в школе рассказали.
Естественно взор падает на элементарные частицы. В первую очередь начал смотреть на электроны (чем легче частица - тем легче её разогнать) и... обломался. Электрончики в ускорителях разгоняют слабо, всего до 91% от скорости света.
Ладно, глянем на самый-самый БАК:
Фишкой БАКа является то, что он заточен на ускорении протонов. Протоны разгоняются в двух встречных пучках и сталкиваются в области детекторов частиц:
БАК способен разогнать протоны до энергии в 7 ТэВ (при этом масса протона увеличивается почти в 7000 раз) и скорости 299 792 455 м/с, всего 3 м/с не дотягивая до скорости света. А это 99,9999991% от скорости света. Впечатляет. И это у каждого пучка.
Ладно, а на что способна природа? Есть детектор “Fly’s Eye” который смотрит в небо и фиксирует взаимодействие космических частиц с атмосферой Земли. 15 октября 1991 года американские ученые зафиксировали очень быстрые протоны. Даже назвали их OMG-particles ("О Боже Мой" - частицы). Скорость этих частиц 99,99999999999999999999951% от световой с энергией порядка (3.2±0.9)×10^20 Эв (320 ЭэВ (экза-электронвольт)) .
Да... Нам до таких энергий и скоростей ещё расти и расти.
Источник 1 Источник 2 И все ссылки по тексту.
Пространство-время – это математическая модель, которая объединяет три измерения пространства (длина, ширина, высота) с одним измерением времени в единый четырехмерный континуум. Вместо того, чтобы рассматривать пространство и время как отдельные и независимые сущности, мы рассматриваем их как взаимосвязанные и взаимозависимые аспекты единого целого. Это связанное состояние является чем-то типа сцены, на которой творится вся физика и вся наша жизнь. Но откуда оно взялось и как сформировалось?
Ну и да, я буду рад, если вы посмотрите мой ролик на YouTube по этой теме. Там всё разложено по полочкам и много чего интересного. Каждый просмотр важен.
Вопрос о происхождении пространства и времени – один из самых фундаментальных и завораживающих в физике. Это не просто вопрос “когда” и “где”, это вопрос о самой ткани реальности, о тех нитях, из которых сплетен наш мир. Ответить на него полностью мы пока не можем, но существующие теории и модели дают нам некоторое представление о проблеме. И проблема эта точно не самая простая.
Вообще теорий существует просто невероятное количество. Вот только если говорить именно про научные, да ещё и на сугубо физические подходы, то я насчитал их всего три. Давайте их и разберём.
Для начала отмечу, что особняком стоит взаимоотношение пространства и времени с информацией. Будет ли информация являться частью пространства-времени или это разные сущности? Правильного ответа нет, как нет и полного описания понятия "информация". Но в одном случае уместно полагать, что информация описывает ещё и пространство-время и становится его основой, а в другом - что информация появляется внутри пространства-времени. Вдумайтесь в этот момент.
Некоторые физики полагают, что пространство-время формируется в пределах масштабов Планка, то есть на масштабах, близких к одной триллионной доли метра. Другие сводят всё к взаимодействию кварков. Сложность лишь в том, что ни те, не другие не могут точно сказать, что именно происходит.
Одна из самых "хитрых" теорий построена на том, что пространство и время существуют вечно. Сама идея “до” теряет смысл, ведь “до” предполагает наличие времени, а его, как такового, вероятно и нет. Можно представить это как вопрос о том, что находится севернее Северного полюса. Понятие просто не имеет никакого смысла в данной системе координат.
Если сюда добавить разные подходы, связанные с зацикливанием поведения Вселенной и её физического состояния, то сам вопрос о формировании пространства-времени теряет всякий смысл.
Эта теория построена на том, что в физике не может существовать пустоты. До формирования Вселенной (всё равно по какой причине) не было пустоты. Был набор квантовых флуктуаций. Они каким-то образом (опять-таки не важно каким) получили энергию и стали раскручиваться. Этот процесс позволил говорить о формировании не просто материи, а пространства и времени вместе с ней. Очень грубая аналогия - это как театр приехал на гастроли и привёз с собой всё необходимое. Сцену, актёров, декорации.
Но тут сама квантовая теория тонет в изобилии гипотез. Среди них можно выделить самые известные:
В некоторых моделях, пространство и время не являются фундаментальными, а возникают как эмерджентные свойства более фундаментальных объектов или состояний. Это подобно тому, как температура возникает как усредненное значение кинетической энергии молекул, хотя сами отдельные молекулы не имеют “температуры”.
Этот взгляд часто обыгрывал Эйнштейн. Когда он рассуждал на тему искривления пространства-времени для формирования гравитации, часто звучала мысль, что ни в коем случае нельзя рассматривать пространство и время как что-то уже существующее и искажающееся как простынь. Он склонялся к мысли, что массивные тела формируют вокруг себя некоторое окружение пространством, которое на фоне других точек является искаженным.
Одной из интересных идей является то, что пространство-время может быть связано с квантовой запутанностью. Квантовая запутанность – это явление, когда две частицы оказываются неразрывно связаны, независимо от расстояния между ними. Некоторые теории предполагают, что пространство-время “сшивается” благодаря запутанности между фундаментальными элементами реальности.
Есть теория, которая сейчас довольно активно обсуждается в сети. Я бы не стал относить её именно к физической теории. А потому в заголовке упомянуты только три теории, а не четыре. Но просто считаю нужным про неё упомянуть. Это теория космического генома. Она чем-то похожа на теорию симуляции и превалирование космического программного кода.
Представьте себе, что Вселенная – это не хаотичный взрыв, а тщательно запрограммированный организм, управляемый космическим геномом. Это не просто набор чисел, а фундаментальная информационная матрица, существующая вне пространства и времени, содержащая “Кодоны Вселенной” (KVU).
KVU – это квантовые состояния, как инструкции, определяющие свойства и отношения. Пространство рождается как эмерджентное свойство, когда KVU взаимодействуют, сплетаясь в сети. Близость в пространстве – это степень их информационной связанности. Время – это последовательность активации KVU, создающая причинно-следственные связи. Квантовая запутанность - это нелокальная связь KVU, имеющих общего “родителя” - родительский KVU, связь вне пространства и времени.
Эволюция Космического Генома, мутации, ведут к изменению физических законов, создавая разнообразие вселенных в мультивселенной. Теория предлагает рассматривать Вселенную как колоссальный информационный процесс, где информация первична, а пространство и время – лишь её голографические проекции. Проверяемость пока сложна, но идея открывает двери для нового понимания фундаментальной природы реальности.
Происхождение пространства и времени всё равно остается открытым вопросом. Развитие теории квантовой гравитации и дальнейшие исследования в области космологии и теоретической физики, возможно, приблизят нас к пониманию этого фундаментального аспекта нашего существования. Какая ситуация в физике сейчас? Всё просто, никто в полной мере не понимает, откуда взялось пространство-время.
