⚛️ 6 красивых физических опытов и их объяснение от Physics.Math.Code💤

▪️ Сложение колебаний динамика и прямолинейного потока вода, в результате которого получается бегущая волна около синусоидальной формы. Однако волна в некоторые моменты времени как будто замирает в воздухе. Связано это со стробоскопическим эффектом: частота камеры иногда точно совпадает с частотой колебаний динамика, в результате подвижная струя кажется неподвижной. Стробоскопический эффект при съёмке заключается в иллюзии неподвижности быстро движущихся тел.

▪️Неодимовый магнит может использоваться для сбора железной стружки благодаря высокой силе притяжения, которая характерна для этого типа магнитов. Стружка, особенно железосодержащая, притягивается к магниту, что позволяет улавливать её в разных областях. Магнит притягивает ферромагнитные частицы (железо, сталь). Цветные металлы и неметаллические загрязнения остаются незамеченными. Для очистки моторного масла от мелкой металлической стружки, которая образуется из-за трения деталей двигателя. Магнит размещают снаружи корпуса масляного фильтра, в области прохождения масла. Стружка притягивается и удерживается, предотвращая её дальнейшее циркулирование по системе.

▪️Уменьшение объема тела тесно связано с уменьшением его момента инерции J = (2/5) × m × r² (для сферы). Закон сохранения момента импульса гласит, что если момент внешних сил, действующих на механическую систему относительно центра оси, равен нулю, то момент импульса системы относительно этого центра с течением времени не изменяется. Если момент импульса L = J ×ω сохраняется, то при уменьшении момента инерции J (сжатие проволочного каркаса), частота вращения будет увеличиваться.

▪️ Рёбра жёсткости (складки) способны сделать бумагу твёрдой — они придают листу прочность, который не выдерживает в форме ровного прямого листа. Это происходит, если лист сложить так, чтобы получились рёбра жёсткости. Например: Сложить лист «гармошкой» — создаёт большое количество рёбер жёсткости. Рёбра жёсткости направляют деформацию «по сложному» пути. Например, если лист согнули под углом 90 градусов, напряжения, которые возникают в материале, распространяются не в продольной плоскости, а в поперечной. В этой плоскости согнуть лист сложнее, так как нужно разорвать межмолекулярные связи.

▪️Гироскопический эффект и прецессия — понятия, связанные с поведением вращающихся объектов, в частности гироскопов. Эти термины объясняют, как ось вращения гироскопа сохраняет направление в пространстве, а при внешнем воздействии ось не меняет направление сразу, а начинает плавно описывать движение. Гироскопический эффект — это способность быстро вращающегося тела удерживать своё положение в пространстве в плоскости своего вращения. Прецессия — это движение оси вращения гироскопа вокруг другой оси. Сила тяжести действует на гироскоп, создавая момент силы, который пытается заставить его опрокинуться. Однако гироскоп прецессирует, и ось его вращения остаётся направленной вверх. Если ось быстро вращающегося гироскопа слегка отклонить от вертикали, то она начнёт прецессировать вокруг вертикального положения, то есть совершать вращательное движение по поверхности конуса.

▪️Когда один шар сталкивается с цепочкой из нескольких одинаковых шаров, налетающий шар обменивается скоростью со вторым шаром, второй — с третьим и так далее. В результате все шары, кроме последнего, будут находиться в покое, а последний шар отскочит ровно с той же самой скоростью, с которой двигался налетающий шар. Это происходит благодаря закону сохранения импульса, согласно которому суммарный импульс системы тел до взаимодействия равен суммарному импульсу этой системы тел после взаимодействия.
#физика #physics #science #видеоуроки #наука #опыты #эксперименты #механика

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

⭕️ Самодельный лазерный уровень 🔴

В последнее время все чаще стала появляться техника, работающая с применением лазерной технологии, например, принтеры, медицинское оборудование, лабораторные приборы и т.д. А знаете ли Вы, что физическая основа лазерного излучения была предсказана еще Альбертом Эйнштейном в 1916 году? Но до изобретения первого лазера было еще далеко. После многочисленных исследований ученых-физиков только в 1960 году Теодор Мейман представил миру первый лазер, излучающий волну за счет искусственного рубина. Изначально луч проецировался в инфракрасном диапазоне, а чуть позже была применена технология окрашивания, и излучение приобрело красный цвет. Это открытие считается одним из самых значимых, совершенных в XX веке. Лазерные технологии стали применяться в космической, военной, промышленной сфере, а в повседневную жизнь человека они вошли только в XXI веке, но сразу охватили практически все сферы деятельности, в том числе, строительство и ремонт.

Около 20 лет назад лазерное излучение стало применяться в измерительных приборах – нивелирах. Это в значительной степени облегчило проведение строительных, отделочных и монтажных работ. Ведь для нанесения разметки не нужно делать сложные замеры, достаточно спроецировать на объект лазерный луч и получить идеально ровную линию. #лазер #техника #science #физика #physics #производство

🔥 Наплавка гребного винта лазерной сваркой

💥 Первый лазер

💥 Лазерная очистка поверхности старой монеты

💥 Лазерная резка

🔦 Лазерная сварка с разной формой луча

💥 Лазерное скальпирование микросхемы

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

💧 Идеальный рез стекла с помощью физических свойств — Эффект Ребиндера

Самой яркой и наглядной демонстрацией эффекта является резка (фактически — откалывание) стекла обыкновенными ножницами в воде. Таким образом получится вырезать из стекла практически любую фигуру. В физикеэффект Ребиндера — это снижение твёрдости и пластичности материала, в частности металлов, под воздействием поверхностно-активной плёнки. Эффект назван в честь советского учёного Петра Александровича Ребиндера, который впервые описал этот эффект в 1928 году. Предлагаемое объяснение этого эффекта заключается в разрушении поверхностных оксидных плёнок и снижении поверхностной энергии с помощью поверхностно-активных веществ. Этот эффект особенно важен при механической обработке, поскольку смазочные материалы снижают силу резания.

Эффект Ребиндера

#физика #адсорбция #physics #science #химия #видеоуроки #наука #опыты #эксперименты

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

🧲 Магнитная аномалия — разные направления вращения ⏳

Металлические шарики вращаются против часовой стрелки, потому что они пытаются "догнать" смещающееся магнитное поле, но из-за инерции (в данном случае магнитной инерции, вызванной вихревыми токами) они всегда отстают. Чтобы уменьшить это отставание, они начинают вращаться в противоположную сторону, что с точки зрения неподвижного наблюдателя выглядит как вращение против часовой стрелки. Это явление абсолютно аналогично работе беличьей клетки в асинхронном электродвигателе.

1. Вращающееся магнитное поле: Ваши 8 магнитов с чередующимися полюсами, вращаясь по часовой стрелке, создают мощное вращающееся магнитное поле. Представьте, что это поле — это невидимый "буравчик", который ввинчивается в пространство над диском.

2. Вихревые токи (токи Фуко): Когда это вращающееся магнитное поле проходит под металлическим шариком, оно наводит в нем электрические токи. Эти токи циркулируют внутри объема шарика, поэтому их называют вихревыми.

3. Взаимодействие токов и поля (Закон Ленца): Согласно закону электромагнитной индукции и правилу Ленца, вихревые токи всегда имеют такое направление, чтобы противодействовать причине, их вызвавшей. Причина — это изменение магнитного поля, а именно его смещение относительно шарика.

4. "Погоня" с отставанием (Принцип асинхронности):
▪️ Шарик — это не магнит, у него нет собственных полюсов, которые могли бы сразу зафиксироваться напротив полюсов вращающегося диска. Ему нужно время, чтобы в нем навелись токи, которые, в свою очередь, создадут собственное магнитное поле.
▪️ Из-за этого запаздывания (магнитной инерции) поле, созданное вихревыми токами в шарике, всегда отстает от внешнего поля диска.
▪️ Вращающееся поле диска как бы "убегает" от шарика по часовой стрелке.
▪️ Чтобы уменьшить это отставание (т.е. уменьшить скорость изменения поля относительно себя), шарик стремится двигаться в том же направлении, что и поле. Он пытается "догнать" убегающий магнитный поток.

5. Почему направление обратное? Представьте, что вы стоите на эскалаторе, который едет вниз. Чтобы остаться на одном уровне относительно неподвижного пола, вам нужно идти вверх по эскалатору. Эскалатор — это магнитное поле, движущееся по часовой стрелке. Шарик — это вы. Чтобы "остаться на месте" относительно убегающего поля (то есть не отставать), шарик должен бежать по "эскалатору" против его хода. Для внешнего наблюдателя, смотрящего на неподвижный пластиковый лист, это выглядит как движение шарика против часовой стрелки.

Выводы: Частота вращения двигателя определяет скорость "убегания" поля и, следовательно, скорость вращения шарика. Дело в запаздывании намагниченности металла. "Запаздывание намагниченности" — это и есть физическая суть явления, обусловленная возникновением вихревых токов и индуктивностью материала. #физика #электродинамика #наука #опыты #physics #science #магнетизм

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

💦 Задача: «Вихревая струя космического садовника» 💦

Космический садовник для полива своей оранжереи использует цилиндрический бак высотой H = 20 м, заполненный водой. Чтобы создать искусственную гравитацию, бак вращается вокруг своей вертикальной оси с постоянной угловой скоростью ω = 2 рад/с.

В боковой стенке бака у его дна, на расстоянии R₀ = 1 м от оси вращения, проделано малое цилиндрическое отверстие, ось которого горизонтальна. Считайте, что уровень воды в баке поддерживается постоянным, и глубина воды над отверстием равна H (т.е. свободная поверхность находится на высоте H над отверстием). Течение — стационарное, жидкость — идеальная и несжимаемая. Давление на свободной поверхности атмосферное.

Вопрос: Найдите уравнение траектории (форму) струи, вытекающей из отверстия, в системе отсчета, связанной с вращающимся баком. Проигнорируйте сопротивление воздуха и считайте, что струя находится в вакууме.
#задачи #физика #разбор_задач #physics #механика #гидравлика #гидродинамика #science

⚠️ Указание: Вращающаяся система отсчета является неинерциальной. Для решения используйте интеграл Бернулли, записанный для неинерциальной системы отсчета, где к массовым силам добавляется центробежная сила. Учтите, что в системе бака течение стационарно, и частицы жидкости начинают движение из отверстия с начальной скоростью, направленной радиально.

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

⚡️ Магия без огня: как индукционный нагрев меняет наши кухни и заводы

Сегодня поговорим о явлении, которое выглядит как чистая магия: положили холодную сковородку на холодную же плиту, включили — и она мгновенно раскаляется. А под ней... ничего нет! Ни огня, ни тлеющих углей. Это индукционный нагрев.

Как это работает? Если коротко: Под стеклянной поверхностью плиты спрятана катушка из меди. Когда через нее пропускают электрический ток, она создает мощное, высокочастотное, переменное магнитное поле.

Когда вы ставите на плиту посуду из ферромагнитного материала (чугун, нержавейка), это магнитное поле пронизывает ее. Но оно не просто проходит насквозь — оно заставляет электроны в металле метаться, создавая внутри сковороды или кастрюли вихревые токи (токи Фуко). Эти токи испытывают сопротивление материала, и именно эта энергия сопротивления превращается в тепло. Металл нагревает сам себя изнутри!

Кстати, попробуйте положить на работающую индукционку лист бумаги — он не загорится. А вот если поднести монетку — она станет горячей. Плита «чувствует» только определенные материалы.

Магия магией, но у всего есть первооткрыватели. История индукционного нагрева начинается не в XXI веке, и даже не в XX, а в далеком 1824 году!

▪️ 1. Первооткрыватель: Франсуа Араго 🧭
Французский физик и астроном обнаружил удивительный эффект: если вращать медный диск под намагниченной стрелкой, стрелка тоже начинает вращаться вслед за диском. Это явление назвали «вращение Араго». Суть была в том, что движущееся магнитное поле наводило в диске вихревые токи, которые, в свою очередь, создавали свое поле. Но до нагрева тогда не додумались.

▪️ 2. Теоретик: Майкл Фарадей 🧲
В 1831 году великий Фарадей открыл закон электромагнитной индукции, дав теоретическое объяснение явлениям, подобным опыту Араго. Он доказал, что изменяющееся магнитное поле порождает в проводнике электрический ток.

▪️ 3. Тот, кто дал имя: Леон Фуко ⚡️
А вот имя «вихревые токи» (или «токи Фуко») дал им в 1855 году другой француз — Леон Фуко (да-да, тот самый, что измерил скорость света и придумал маятник). Фуко как раз и обнаружил, что эти токи разогревают металл. Он проводил опыты, раскачивая металлический маятник в мощном магнитном поле, и заметил, что маятник быстро останавливается и нагревается — его энергия движения превращалась в тепло благодаря тем самым вихревым токам.

Поначалу эти токи были головной болью для инженеров — в электромоторах и трансформаторах они вызывали бесполезный и вредный нагрев. С ними боролись, собирая сердечники из изолированных пластин. Но потом человек подумал: «А если эту проблему превратить в решение?»

Что в итоге? Сначала индукционный нагрев нашел применение в металлургии (плавка металлов без примесей от топлива), закалке стали, а потом добрался и до наших кухонь. Получается, что ваша суперсовременная индукционная плита — это прямое воплощение открытий, сделанных почти 200 лет назад гениями, которые просто смотрели на мир с любопытством. Вот так фундаментальная наука спустя века меняет нашу повседневную жизнью. #электродинамика #магнетизм #физика #physics #science #опыты

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

🛩 Аэродинамика крыла: почему самолёт падает, когда «задирает нос»?

Сегодня разберём одно из ключевых понятий в авиации — сваливание самолёта (или «штопор» в народе). Звучит пугающе, но на самом деле это чистая физика, которую пилоты хорошо знают и умеют предотвращать.

✈️ Сначала — магия подъёмной силы

Чтобы понять сваливание, нужно знать, как крыло создаёт подъёмную силу. Всё дело в форме крыла и угле атаки.

▪️ Форма крыла: Профиль крыла сделан так, что воздух сверху обтекает его быстрее, чем снизу. Согласно закону Бернулли, быстро движущийся воздух создаёт более низкое давление. Разница в давлении снизу и сверху и создаёт подъёмную силу.
▪️ Угол атаки: Это угол между хордой крыла (условной прямой от носка к задней кромке) и набегающим потоком воздуха. Чем больше угол атаки — тем больше подъёмная сила (но только до определённого предела!).

Представьте, что вы высовываете руку из окна движущейся машины: если вы слегка наклоните ладонь носом вверх, её будет поднимать. Чем сильнее наклоните — тем сильнее подъём. Это и есть увеличение угла атаки.

А что же такое сваливание? Вот мы и подошли к главному. Сваливание — это не отказ двигателей! Это аэродинамическая потеря подъёмной силы.

Что происходит при слишком большом угле атаки?

1. «Срыв потока»: Воздушный поток перестаёт плавно обтекать верхнюю поверхность крыла. Он становится турбулентным и отрывается от крыла.
2. Резкая потеря подъёмной силы: Начинается с задней кромки крыла и быстро движется вперёд. Крыло вместо того, чтобы «держать» в воздухе, превращается в кусок металла, создающий огромное сопротивление.
3. Падение: Самолёт перестаёт лететь и начинает «падать камнем», заваливаясь на нос или на крыло.

Ключевой момент: Сваливание может произойти на любой скорости и в любой конфигурации (с убранными или выпущенными шасси/закрылками). Главное — достигнуть критического угла атаки.

Как пилоты выводят самолёт из сваливания? Алгоритм прост и отработан до автоматизма:

1. «Нос — вниз!»: Первое и самое важное действие — уменьшить угол атаки. Пилот плавно отдаёт штурвал от себя, чтобы набегающий поток воздуха снова «прилип» к крылу.
2. Добавить тяги: Увеличить мощность двигателей для набора скорости.
Ни в коем случае нельзя тянуть штурвал на себя — это только усугубит сваливание!

Сваливание — это не мистика, а фундаментальный аэродинамический процесс. Современные самолёты оснащены системами предупреждения (трясётся штурвал, срабатывает сирена), которые предупреждают пилота задолго до критического момента. Именно поэтому полёты являются самым безопасным видом транспорта.

P.S. Интересный факт: птицы инстинктивно управляют углом атаки своих крыльев при посадке, чтобы не допустить сваливания! #авиация #аэродинамика #механика #физика #physics #science #наука

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

❄️ Холоднее некуда? Термодинамика, шкалы и парадокс отрицательной температуры 🔥

Знакомые нам Цельсий и Фаренгейт — продукты своей эпохи.

▪️ Фаренгейт (1724): Даниил Фаренгейт был практиком. За ноль он взял температуру самой холодной зимы в Данциге (смесь льда, воды и нашатыря). Второй точкой стала температура человеческого тела (96°F — да, он немного ошибся). А 32°F для льда и 212°F для кипения воды получились уже потом. Шкала была очень точной для своего времени, но ее точки отсчета кажутся нам сегодня случайными.

▪️ Цельсий (1742): Андерс Цельсий был ученым. Его шкала была гениальной в своей простоте: 0° — таяние льда, 100° — кипение воды (при нормальном давлении, конечно). Все логично и повторяемо. Но это все еще эмпирическая шкала.

🌡 Абсолютная Идея: Лорд Кельвин и ноль

В 19 веке физики поняли: температура — это мера движения молекул. Чем быстрее они двигаются, тем выше температура. Логичный вопрос: а что будет, если движение полностью остановить? Уильям Томсон (Лорд Кельвин) предложил абсолютную термодинамическую шкалу (1848). Ее ноль — это температура, при которой тепловое движение прекращается. Это -273.15°C. Теперь мы знаем, что достичь этого нуля невозможно (согласно третьему началу термодинамики), но можно сколь угодно близко подойти.
Интересный факт: Шкала Кельвина не привязана к воде! Она основана на фундаментальных принципах работы идеальных тепловых машин (цикл Карно). Вода с ее точками кипения и замерзания — просто удобный практический эталон.

🥶 Физика на грани фантастики: Отрицательные температуры 🌡

А теперь — самое неинтуитивное. В термодинамике существует понятие отрицательной абсолютной температуры. Нет, это не холоднее абсолютного нуля. Это — горячее любой положительной температуры.

Как это возможно? Забудем на секунду о кинетической энергии. Вспомним про энтропию — меру беспорядка. Обычно, когда вы добавляете энергии системе, молекулы раскачиваются, и энтропия (беспорядок) растет. Но представьте систему с ограниченным количеством энергетических уровней, например, набор атомных спинов в магнитном поле. Есть состояние с низкой энергией (спины в одну сторону) и высокой энергией (спины в другую).

1. При абсолютном нуле все спины в основном состоянии — максимальный порядок.
2. При добавлении энергии спины начинают хаотично переворачиваться — энтропия растет (положительная температура).
3. А что, если мы принудительно перевернем большинство спинов в состояние с высокой энергией? Мы получим снова почти полный порядок (только теперь на "верхнем" уровне), но система будет обладать огромной энергией! Энтропия при этом уменьшается с ростом энергии.

💥 Именно такое состояние, где рост энергии приводит к уменьшению энтропии, и описывается отрицательной абсолютной температурой. Такие системы нестабильны и мгновенно отдают энергию любой системе с положительной температурой. Они — самые горячие объекты во Вселенной в момент своего создания. Вывод: Температура — это не просто цифра на градуснике. Это глубокое понятие, связывающее энергию, порядок и стрелу времени. От причудливых шкал XVIII века до квантовых систем с отрицательной температурой — эта история продолжает удивлять. #термодинамика #физика #наука #температура #physics #science #МКТ #энтропия #факты

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

🔥 Сварка трением, иначе фрикционная сварка. Несколько патентов на эту тему было ещё в 20е годы в Великобритании, СССР и Веймарской республике. Первое детальное описание и эксперименты по промышленному применению: СССР 1956 год. С начала 60х метод широко внедряется в Европе СССР и США. В дальнейшем были разработано несколько методов фрикционной сварки. Применяется в автомобилестроении и авиации, что свидетельствует о более высокой надёжности, в сравнении с другими методами, в том числе это связано с перемешиванием материалов и отсутствием перегрева, то есть отсутствием шва, а следовательно и его дефектов.

И вот мы, люди 21 века, смотрим на эту семидесятилетнюю технологию, как на чудо ✨

✨ Как сделать сварочный аппарат из карандаша и лезвия

Какой флюс для пайки самый лучший на сегодняшний день?

🪙 Разбираемся в пайке: Советы по соотношению олова и свинца и их влиянию

🔥 10 флюсов для пайки: сравнение, тесты и какой реально стоит использовать мастеру

🔥 Сварка под слоем флюса

✨ Мартенсит

⛓️‍💥 Какие только технологии не применяли в СССР

⚡️ Большие токи в нескольких витках провода вызывают существенное магнитное поле.

💥 Лазерная сварка с разной формой луча

🔥 Spot-сварка

💥 Импульсная аргонодуговая сварка

💥 Электросварка и плавление электрода 💫

#физика #опыты #сопромат #сварка #пайка #видеоуроки #physics #science #эксперименты #наука

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

💪 Не мускулами, а умом: как гидравлика умножает наши силы

Когда нужно поднять многоэтажный автобус для замены колеса или плавно опустить шасси огромного самолета, на помощь приходит она — гидравлика.
Принцип прост до гениальности: сила, приложенная к одному участку жидкости, передается без изменения в любую другую точку. Вся хитрость — в разной площади поршней.

Представьте:
▪️ У вас есть два соединенных шприца — маленький (1 см²) и большой (100 см²).
▪️ Если надавить на малый поршень с силой всего в 1 кг, то согласно закону Паскаля, давление в жидкости распространится повсюду.
▪️ На большой поршень это же давление будет давить с гораздо большей силой: Сила = Давление × Площадь. В нашем примере — уже 100 кг!

Именно так работают домкраты, прессы и тормозные системы. Мы вкладываем маленькое усилие, а на выходе получаем огромное. Мы не создаем энергию из ниоткуда, мы просто меняем соотношение сил, жертвуя расстоянием (малый поршень надо прожать много раз, чтобы большой поднялся немного).

🔍 Исторический факт: А знаете ли вы, что фундамент этой технологии заложил выдающийся французский ученый Блез Паскаль? В 1648 году он провел эффектный эксперимент, впоследствии названный «Паскалевой бочкой».

Он вставил в закрытую бочку, наполненную водой, очень длинную и тонкую вертикальную трубку. Поднявшись на балкон, он влил в эту трубку всего несколько кружек воды. Давление, созданное маленьким столбом жидкости в узкой трубке, передалось по всем направлениям и преумножилось так, что мощные дубовые доски бочки не выдержали и она треснула. Этот наглядный опыт блестяще подтвердил его теорию, а сегодня его именем названа единица измерения давления.
Так что, в следующий раз, видя работу подъемного крана, вспомните о силе воды и гениальном французе XVII века! 🚀 #гидравлика #физика #историянауки #технологии #physics #инженерия #science

💦Гидротаранный насос (или просто гидротаран)

💧 Гидростатический парадокс или парадокс Паскаля

😠 Принцип работы гидравлического пресса

⚙️ Принцип работы гидравлической машины

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib