⚛️ 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

💧 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

⚡️ 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

⚡️ Что будет если на электроды, между которыми проскакивает дуга (высокая напряжения) прикрутить мощные неодимовые магниты? Будет ли плазма реагировать? 🧲

Плазма дуги будет очень сильно реагировать на мощные неодимовые магниты. Дуга начнет двигаться, изгибаться и даже вращаться под действием магнитного поля. Плазма электрической дуги — это раскаленный ионизированный газ, состоящий из положительных ионов и отрицательных электронов. Это, по сути, проводник с током.

На любой движущийся заряженный частицы (а электроны в токе как раз движутся) действует сила Лоренца. Ее направление зависит от направления тока и направления магнитного поля (определяется по правилу левой руки).

Что происходит в дуге:

1. Сила, действующая на носители тока: Магнитное поле магнитов действует на движущиеся электроны (основные носители тока в дуге) с определенной силой, перпендикулярной и их движению, и направлению поля.

2. Смещение и растяжение дуги: Поскольку сила Лоренца действует на всю дугу, она начинает "толкать" плазменный шнур. Дуга перестает быть прямой кратчайшей линией между электродами и изгибается, вытягиваясь в сторону, перпендикулярную линиям магнитного поля.

3. Эффект "магнитного дутья": Это классический технический прием для гашения электрической дуги в высоковольтных выключателях. Мощные магниты располагают так, чтобы сила Лоренца растягивала дугу, заставляя ее двигаться вдоль дугогасительной камеры. При движении дуга контактирует с холодными стенками камеры, интенсивно охлаждается, и ее сопротивление растет, пока она не погаснет.

Если прикрепить мощные неодимовые магниты с противоположными полюсами по бокам от дуги, вы увидите следующие эффекты:

▪️ Отклонение дуги: Дуга будет не просто прыгать между электродами, а будет изогнутой, похожей на арку или букву "С".
▪️ Движение дуги: Если расположить магниты особым образом (например, создав поле, перпендикулярное плоскости дуги), можно заставить дугу быстро вращаться вокруг электродов. Это выглядит как яркое, светящееся "огненное колесо".
▪️ Удлинение и охлаждение: Растянутая дуга становится длиннее, что приводит к ее охлаждению. Она может стать более бледной и менее стабильной.
▪️ Ускоренное гашение: Если источник питания не может поддерживать растянутую и охлажденную дугу, она может погаснуть быстрее, чем без магнитов.

⚡️Практическое применение и предостережения:

1. Плазменные резаки и сварочные аппараты: В некоторых современных плазменных резаках используются магнитные системы для стабилизации и вращения плазменной струи. Это повышает качество и равномерность реза.
2. Исследования термоядерного синтеза (Токамак): Это самый масштабный пример. Гигантские сверхпроводящие магниты используются для удержания и стабилизации плазмы, не давая ей коснуться стенок реактора.
3. Высоковольтные выключатели: Как уже упоминалось, для принудительного гашения дуги.

Если вы прикрутите мощные неодимовые магниты к электродам с дугой, вы не просто увидите реакцию плазмы — вы станете свидетелем фундаментального физического явления, которое лежит в основе многих современных технологий. Дуга будет активно изгибаться и двигаться под действием магнитного поля, демонстрируя прямую связь между электричеством и магнетизмом. #электродинамика #магнетизм #физика #опыты #physics #наука #эксперименты

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib