Перейдем к менее популярным, но от этого не менее замечательным физикам. Представляю вам превосходного препода из МГУ - Алексей Александрович Якута. Вот целый плейлист с его лекциями.
Мне очень нравится подача материала. Для сложного институтского уровня все интересно и наглядно. Опыты тоже отличные.
На видео Алексей Александрович демонстрирует, как можно заставить цельнометаллический диск плавать в воде. Очень многие помнят, что средняя плотность тела должна быть меньше плотности жидкости - тогда выталкивающая сила сможет заставить тело держаться на плаву. А как же быть, если плотность тела значительно больше?
Алексей Александрович Якута
Диск имеет большую площадь и дополнительно натерт парафином - это приводит к тому, что возникает определенное поверхностное натяжение, которое не дает воде заливаться на диск. Под действием силы тяжести диск 'продавливает' в воде 'ямку', в результате чего вокруг появляются 'бортики' из воды. Они создают гидростатическое давление, которое и удерживает диск.
И, конечно же, без Гервидса Валериана Ивановича, которому отведен целый плейлист на канале МИФИ, наша подборка тоже невозможна. Замечательный преподаватель. Тонко, аккуратно, с юморком.
На видео демонстрируется лестница Иакова, названная так в честь ветхозаветной лестницы между Землей и Небом. Лестница представляет собой две металлические пластины под напряжением, расстояние между которыми увеличивается с высотой.
Гервидс Валериан Иванович демонстрирует Вольтову дугу
Принцип работы прост. Прикладываемого напряжения достаточно только для того, чтобы пробить воздух в самом узком месте, то есть, внизу. Однако затем нагретый разрядом воздух начинает подниматься вверх благодаря силе Архимеда. Поскольку теперь этот воздух имеет много свободных заряженных частиц, то дуга может пройти и в более широких местах лестницы. По сути, мы имеем плавучую перемычку между двумя электродами. Красота, да и только!
Сегодня демонстрирую видео от автора, без которого подборка хороших физиков просто не может существовать - Павел Андреевич Виктор с одноименного канала. Меня в Павле Андреевиче многое что восхищает и удивляет, однако самым интересным с точки зрения физики я считаю его уникальную способность демонстрировать различные физические явления на очень простых, но при этом довольно неординарных опытах.
Если вы заглянете на ютуб, то по тепловому расширению тел есть миллиард видео с одним дубовым экспериментом - шарик и колечко.
Тепловое расширение: эксперимент с шариком и кольцом
В холодном состоянии шарик проходит сквозь колечко, в горячем нет, что и демонстрирует тепловое расширение тел, то есть, увеличение объема тела при нагреве.
Однако Павел Андреевич всегда находит свои способы продемонстрировать различные явления.
Тепловое расширение: эксперимент со стержнем и стрелкой
На видео показан эксперимент с расширяющимся от нагревания стержнем. В качестве индикатора расширения используется игла со стрелкой. При расширении стержень прокатывается, вращая при этом иглу.
Продолжим наше знакомство с физиками. На этот раз в ролике Алексей Александрович Колчин также с канала GetAClass покажет опыт, который я очень рекомендую повторить - он простой и быстрый в исполнении.
Алексей Александрович Колчин
Опыт демонстрирует выполнение закона Паскаля - давление на жидкость передается в любую точку одинаково во всех направлениях. Для демонстрации используется знаменитый картезианский водолаз.
Спичка с помощью утяжелителя в виде накрученной проволочки подвешивается в бутылке с водой. Пробка закрывается. При надавливании на бутылку спичка уйдет на дно. Так происходит потому, что при надавливании давление жидкости во всей бутылке повышается, и вода заполняет различные поры в древесине. Если затем бутылку отпустить, то давление придет в норму, часть воды выйдет из спички, и спичка всплывет.
Аналогичный опыт можно реализовать с пипеткой, и это даже будет лучше и удобнее, ибо древесина спички размокает, а стекло - нет.
Предисловие: после падения сайта я так и не понял, как вернуть аккаунт. Решил для себя, что никак, поэтому начну заново. Всем здравствуйте, я AlexAlpha с Пикабу! Там я писал и пишу репетиторские истории и выкладываю подборки с физикой. Здесь я выкладывал небольшие постики про физические явления.
Чтобы поддержать Вомбат после падения, хочу выложить подборку своих любимых физиков. Надеюсь, она вам понравится. ---
И откроет подборку Андрей Иванович Щетников с канала GetAClass. В этом видео он показал, что происходит с пламенем свечи в сильном электрическом поле.
Андрей Иванович Щетников
Пламя свечи является низкотемпературной плазмой, то есть, атомы в нем быстры настолько, что при столкновениях разбиваются на электроны и ионы, то есть, заряженные частицы. Если поместить пламя свечи в электрическое поле, то ионы и электроны будут двигаться не только под действием естественной конвекции, но и под действием силы Кулона, из-за чего пламя будет 'сдуваться'.
22 января 1908 года в Баку в семье молодых евреев ученых родился будущий нобелевский лауреат, и светило теоретической физики Лев Давидович Ландау.
Мама мальчика Любовь Вениаминовна была медиком, небезуспешно публиковавшим научные статьи по экспериментальной фармакологии. Отец Давид Львович, окончил школу, с золотой медалью работал в азербайджанской нефтяной сфере, и писал статьи для специализированных журналов.
Лев учился в закрытом лицее для еврейских детей. К удивлению родителей, знакомых семьи и учителей в 12 лет он добился серьезных успехов в точных науках, а в 14 поступил сразу на два факультета «Азербайджанского государственного университета». Когда Ландау осознал, что усидеть сразу на двух стульях даже ему будет слишком проблематично, он «променял» химию на физмат и не прогадал.
В 1924 году талантливого студента, для которого бакинское научное сообщество стало слишком тесным, перевели в «Ленинградский университет». В 18 лет он опубликовал первую серьезную теоретическую работу вызвавшую фурор в среде красной профессуры.
В 1927 году Ландау параллельно с Джоном фон Нейманом разработал «матрицу плотности».
С 1929 по 1931 год перспективный молодой ученый стажировался в Германии, Англии и Дании. За два года командировки пролетевшей как один день Льву Давидовичу посчастливилось общаться и работать с Эйнштейном, Капицей, Борном и Гейзенбергом.
Нильс Бор с распростертыми объятьями взял башковитого красного в свою копенгагенскую лабораторию. Когда датчанин узнал, что руководство, отправив Ландау в двухгодичную командировку, дало ему денег, которых едва бы хватило на полгода он через «Рокфеллеровский фонд» пробил для молодого коллеги полуторагодичный грант. До конца своих дней на вопрос о главном человеке в его жизни Лев Давидович называл только одно имя Нильс Бор.
Поездка за границу могла сорваться в связи с арестом в 1929 году отца ученого, обвиненного в хранении и сбыте золотых монет царской чеканки. Давиду Львовичу повезло, что сдав все не найденное при обыске золото, он отделался легким испугом, и не навредил карьере своего мальчика.
В 1932-1937 году Ландау плотно работал в харьковских «Физико-техническом» и «Механико-машиностроительном» институтах.
В 1937 году Лев Давидович перебрался в Москву в только что созданный под Петра Капицу «Институт физических проблем».
В 1938 году Ландау то ли стал жертвой оговора, то ли действительно подписал воззвание против «сталинской диктатуры». Антисоветские листовки планировалось распространить на первомайской демонстрации.
Раскрыв преступные замыслы научной интеллигенции, сотрудники НКВД провели точечные аресты. Физик год просидел в тюрьме и был выпущен на свободу благодаря защите двух своих ангелов хранителей Бора и Капицы.
Петр Леонидович взял оступившегося гения на поруки пообещав чекистам что отныне Ландау забудет о контрреволюционной деятельности и больше никогда не будет злоумышлять против поверившей в его раскаяние советской власти.
Ландау участвовал в «советском атомном проекте», благодаря которому он получил три сталинских премии, орден Ленина и золотую звезду Героя Социалистического Труда.
7 января 1962 году Лев Давидович попал в жуткую автомобильную катастрофу, и провел два месяца в коме. Со всех концов мира маститые ученые присылали в больницу самые дорогие препараты необходимые для спасения физика.
Произошло чудо, гений выкарабкался. Шесть долгих лет ушло на его восстановление, все были уверены еще чуть-чуть и Ландау вернется к научной работе, однако в этот раз чуда не произошло.
10 декабря 1962 года шведский посол в СССР прямо в больничной палате вручил Льву Давидовичу нобелевскую медаль, диплом и чек на денежную премию в размере 250 000 крон. Шестьдесят процентов от баснословной по тем временам суммы супруга ученого передала государству, а оставшуюся часть потратила на реабилитацию горячо любимого мужа.
1 апреля 1968 года после хирургического вмешательства и возникшего вследствие него тромбоза сосудов Ландау скончался.
С 1934 года Лев Давидович проживал в гражданском браке с Конкордией Дробанцевой. Согласно заранее достигнутым договоренностям каждый и супругов «имел право налево».
Пара оформила отношения лишь в 1946 году за несколько дней до рождения их единственного сына Игоря.
Для страстного сердцееда Ландау в мире не было некрасивых девушек, все они подразделялись на три категории:
- у хорошеньких прелестниц носик слегка вздернут;
- красавицы имеют высеченный, словно из мрамора греческий профиль;
- у интересных девиц носик картошкой.
Физик всегда предупреждал жену, когда собирался привести домой очередную пассию. В день свидания Корочка готовила Левушке ужин, стелила чистую кровать и уходила гулять по центру столицы. Домой женщина могла вернуться только после того как их на кухне зажигался свет, сообщавший ей, что Лондау остался дома один.
Все, что было рассказано в предыдущем посте, неосуществимо по энергетическим причинам, по крайней мере в рамках наших современных знаний о природе, а теперь посмотрим по каким причинам.
В графике замедления времени есть очень интересный факт - замедление времени и γ - фактор Лоренца равны, а еще, γ - фактор Лоренца показывает сколько энергии в виде антиматерии+материя со стопроцентным КПД нужно затратить на разгон ракеты.
И отсюда следует, чтобы получить 70 кратное замедление времени нам надо затратить 35кг антиматерии+35 кг материи для разгона 1 кг ракеты до субсветовой скорости. Печаль.
Посмотрим, что можно предпринять на практике если у нас будет антиматерия. Возьмем скорость звездолета в половину скорости света, а именно 150 000 км в сек и посмотрим сколько нам надо энергии для разгона 1кг корабля:
Для вычисления кинетической энергии объекта, движущегося с релятивистской скоростью (близкой к скорости света), мы должны использовать формулу из специальной теории относительности:
E = (γ - 1)mc²
где E - кинетическая энергия, m - масса объекта в покое, c - скорость света, и γ (гамма-фактор) выражается как:
сколько надо антивещества и вещества для аннигиляции, чтобы выделилось 14000 ТДж
Давайте рассчитаем, сколько материи и антиматерии нужно аннигилировать, чтобы получить 14000 ТДж энергии.
По формуле Эйнштейна, энергия, выделяемая при аннигиляции, связана с массой аннигилирующих частиц соотношением:
E = mc²
где E - выделившаяся энергия, m - суммарная масса аннигилировавших частиц, c - скорость света.
При аннигиляции массы m материи и массы m антиматерии суммарная масса аннигилировавших частиц будет 2m. Подставляя это в формулу, получаем:
E = 2mc²
Нам нужно найти m, зная E. Выразим m из этого уравнения:
m = E / (2c²)
Подставим известные значения:
E = 14000 ТДж = 1.4 × 10^16 Дж
c ≈ 3 × 10^8 м/с
m = (1.4 × 10^16) / (2 × (3 × 10^8)²) ≈ 0.0778 кг ≈ 77.8 г
Таким образом, для получения 14000 ТДж энергии путем аннигиляции нужно аннигилировать около 77.8 граммов материи и столько же антиматерии, то есть в сумме около 155.6 граммов.
Вариант путешествия на ракете весом 1000 тонн с 156 тоннами антиматерии выглядит уже интереснее, но вопрос в том - где взять столько антиматерии и как научиться преобразовывать ее в энергию разгона со 100% КПД?
Предположим, что мы отбросили идею с ракетой, и хотим просто отправить 1кг зонд-исследователь в разведку к ближайшим звездам. Допустим, что у нас есть метод подпитки зонда по лазерному лучу с Земли. И посчитаем, сколько надо электроэнергии для подпитки аппарата (14000 ТДж):
Сначала переведем 14000 ТДж в гигаватт-часы (ГВт⋅ч), так как электростанции обычно измеряют свою выработку в этих единицах.
1 ТДж = 10^12 Дж
1 ГВт⋅ч = 3.6 × 10^12 Дж
Таким образом, 14000 ТДж = 14000 × 10^12 Дж = 14000 / 3.6 ГВт⋅ч ≈ 3889 ГВт⋅ч.
Теперь рассмотрим электростанцию с 4 гигаваттными блоками. Если все блоки работают на полную мощность, то общая мощность электростанции составляет:
4 блока × 1 ГВт/блок = 4 ГВт
Теперь мы можем вычислить время, необходимое для выработки 14000 ТДж или 3889 ГВт⋅ч энергии:
Время = Энергия / Мощность
= 3889 ГВт⋅ч / 4 ГВт
≈ 972 часа
≈ 40.5 дней
Итак, электростанции с 4 гигаваттными блоками, работающими на полную мощность, потребуется около 972 часов или 40.5 дней, чтобы выработать 14000 ТДж энергии. Да еще надо затратить столько же энергии на торможение аппарат в точке прибытия аппарата. А это у нас, на секундочку, ЛАЭС в Сосновом Бору. И работать ей на один 1кг зонд 40 дней на разгон и 40 дней на торможение.
И, в заключение, рассмотрим еще один вариант - ядерную или термоядерную ракету. А вот здесь есть такой факт: в расчете на единицу массы аннигиляция материи и антиматерии является самым энергоемким процессом, превосходя деление урана примерно в 2000 раз, а термоядерный синтез - примерно в 500 раз, значит на разгон 1 кг до половины скорости света нам потребуется уже не 155.6 граммов антиматерии, а 77кг термоядерного топлива или 310кг урана. С инженерной точки зрения я не вижу вариантов сделать такую ракету.
Остается ограничиться разгоном до 0.1 скорости света, а вот тогда кинетическая энергия 1 кг ракеты, движущейся со скоростью 30000 км/с (10% скорости света), составляет около 4.5 × 10¹⁴ Дж или 450 ТДж. Соответственно, для получения 450 ТДж энергии путем термоядерного синтеза по реакции D-T потребуется около 0.53 кг дейтерия и 0.80 кг трития, в сумме около 1.33 кг термоядерного топлива. А урана потребуется 5.32 кг на разгон и 5.32 кг на торможение.
Все расчеты проводились при допущении 100% КПД. Вот такая у нас печальная мечта о звездах!
Внутри янтаря возрастом 39 млн лет обнаружен объект, который можно идентифицировать, как неустойчивость Кельвина –Гельмгольца , что позволяет получить новые данные о процессах формирования янтаря.
Про уравнения Максвелла вы, скорее всего, помните только одно — это сложная тема и совершенно неясно для чего всё это вообще нужно. Что же, в сложной математике уравнений затерялось самое важное. Их физическая идея и глубокий смысл.
Максвелл сделал для электродинамики не меньше, чем Ньютон когда–то сделал для механики, но про заслуги второго все знают больше. Мы вместе попробуем осознать глубокий смысл работы Максвелла.
В качестве спойлеров: Именно тут сформировалось окончательное понимание электромагнитного поля, именно здесь само поле было описано как математический объект, а не как этакая мнимая физическая структура или набор шестерёнок. Максвелл предположил, что свет — это энергия и даже подошёл к логике Эйнштейна. На базе работ Максвелла свои идеи построил и Эйнштейн, но об этом, увы, мало кто знает.
В видеоматериале показывают всего лишь плавающие гири. Секрет фокуса прост - гири заставляют плавать в ртути.
Железные гири плавают в ртути
Напомню, что если плотность вещества A больше плотности вещества Б, то вещество Б будет плавать в веществе А. Поскольку плотность железа меньше плотности ртути, то гири в ней замечательно плавают. Отчего бы им не плавать?
А вот плотность урана больше плотности ртути, поэтому урановый лом замечательно тонет в ртути.
Есть такое ушедшее в хронику эпох устройство под названием лампочка накаливания. Принцип работы прост - по тонкой вольфрамовой нити пропускают электрический ток. Нить раскаляется и начинает светить. Вольфрам применяется в качестве тугоплавкого металла.
Нить сгорает в кислороде
Однако, если бы мы зажгли нить без колбы, то нить бы попала под влияние окружающего кислорода, который быстро бы устроил нити реакцию горения. В таких условиях нить не проживет и секунды. Для долговременной работы ее помещают в колбу, из которой откачивают воздух. Однако изолировать нить от кислорода можно и другим способом. Зачем все эти колбы-вакуумы, если можно просто сунуть лампочку в жидкий азот?
Нить не сгорает в азоте
Азот не является окислителем, поэтому вольфрам в нем не сгорает. Плюс низкая температура значительно снижает сопротивление нити, из-за чего металл меньше разрушается под действием проходящего по нему тока.
Светить, конечно, будет хуже, но когда нас это останавливало?..
При добавлении кристалла капли ртути начинают натурально бегать!
Объяснение относительно простое. Из-за протекания химической реакции изменяется поверхностное натяжение жидкости, из-за чего жидкость тянет ртуть в одну сторону сильнее, чем в другую, и заставляет бегать.
Влияние настолько сильное, что капли ртути разрываются на несколько более мелких капель. Напомню, что сделать это довольно сложно, поскольку у коэффициента поверхностного натяжения - второе место (первое у жидкого золота).
Яйцо курицы в покое и яйцо курицы, падающей на черную дыру.
Спагеттификация - процесс, при котором объект вытягивается и удлиняется в длинную, тонкую форму, когда он проходит слишком близко к сверхмассивной черной дыре. Этот феномен происходит из-за экстремальных гравитационных сил, создаваемых черной дырой, что приводит к разрыванию объекта на "спагетти-подобную" форму.
На самом деле гравитационные силы есть у всех объектов, обладающих массой. Даже когда мы стоим на земле, наши ноги "тянутся" к центру планеты сильнее, чем голова. Но эта разница ничтожно мала, поэтому мы остаёмся целы.
Если нагреть металлический шарик и сунуть его в воду, то раздастся пшик и на этом все фокусы кончатся.
Демонстрация эффекта Лейденфроста
Однако если нагреть шарик до достаточно высокой температуры, то он мгновенно создаст вокруг себя паровую шапку, которая будет изолировать шарик от остальной жидкости. При этом и шарик охлаждается медленнее, и вода вокруг нагревается гораздо медленнее. В этом и проявляется в данном опыте эффект Лейденфроста, про который мы говорили ранее.
Я думаю, при наличии газовой горелки (баллон+горелка < 1000 р) такой эксперимент вполне можно повторить в домашних условиях и пронаблюдать паровую шапку воочию. Только осторожно!
Существует несколько металлов, плавление которых происходит при довольно низких температурах. Это, конечно же, олово, которое плавится при температуре 232 градуса, из-за чего его удобно использовать в качестве припоя. Это, конечно же, ртуть (-39 градусов), которую мы видим практически всегда только в жидком виде.
Да он совсем не понимает как заваривать чай!
Но есть еще один интересный металл - галлий. Его температура плавления составляет всего 30 градусов, что позволяет его плавить просто теплом человеческого тела. Или теплом воды в стакане :)
В общем, сахар размешать, конечно, можно... Но действовать нужно решительно и быстро!
Если взять обычный свежий огурец, воткнуть в него два электрода и подать ток, то...
Разряд в сыром огурце
...то практически ничего не произойдет. Напряжения не хватает на то, чтобы пробить воздух снаружи, а внутри ток проходит с огромным сопротивлением, из-за чего огуречный сок нагревается и закипает.
Однако если взять соленый огурец, воткнуть в него два электрода и подать ток, то...
Разряд в соленом огурце
...то огурец прям таки засветится от проходящего внутри него тока!
Причина такой радости проста. Раствор солей содержит значительное количество заряженных частиц (ионов), которых нет в сыром огурце и которые как раз и являются проводниками тока.
В очередной раз соленый огурец - 1, сырой огурец - 0.
Суть эффекта относительно проста. Если разогреть металлическую поверхность и капнуть на нее водой, то произойдет пшик, и капля испарится. Однако если сильно разогреть поверхность, то вместо испарения капля начнет непрерывно бегать по поверхности металла.
Причина такого поведения относительно проста. Если поверхность металла действительно сильно разогрета, то между каплей и металлом мгновенно испаряется небольшой слой воды и создается паровая прослойка. Эта прослойка изолирует каплю от металла, позволяя ей, во-первых, долго не испаряться ввиду отсутствия прямого контакта, а также собираться в почти идеальный шарик, поскольку молекулы воды притягиваются только друг другом, и отсутствуют силы межмолекулярного притяжения со стороны металла.
Но в целом запомним главное. Некоторые предметы являются настолько горячими, что не могут охладиться, создавая вокруг себя изолирующую паровую прослойку. В этом и заключается суть эффекта.
Существует еще красивая демонстрация. Если шарик сильно нагреть и опустить в воду, то вокруг шарика образуется и удерживается паровой пузырь.
Эффект Лейденфроста: разогретый шар в воде
В определенный момент шар остывает, и паровая прослойка практически 'взрывается' кипением.
Также данный эффект позволяет совершать физикам буквально безумные опыты! Вот на видео молодой человек открытой рукой расплескивает жидкий металл.
Эффект Лейденфроста: рука + струя металла
Вот на видео молодой человек сует руку в расплавленный свинец.
Эффект Лейденфроста: рука + жидкий свинец
+ А вот на видео молодой человек сует руку в жидкий азот.
Эффект Лейденфроста: рука + жидкий азот
Во всех случаях здоровье этих людей защищает образующаяся вокруг кожи воздушная прослойка, возникающая из-за великого и могучего эффекта Лейденфроста.
Убедительная просьба! Не повторяйте эти опыты без соответствующей подготовки! А если уж решитесь повторять - включите заранее запись видео! :)
