〰️ Воздействие звуковой волны 24 Гц на струю воды 🔉

Эксперимент, демонстрирующий отклонение и «замирание» струи воды под воздействием звука из динамика. «Замирание» струи воды происходит под воздействием звука из динамика, воспроизводящего синусоидальный сигнал с частотой 24 Гц. Поскольку видеокамера осуществляет запись видео точно с такой же частотой - 24 Гц, то струя воды как бы замирает. Вживую это не заметно, это стробоскопический эффект, который виден только на видеозаписи с совпадающей частотой кадров. При уменьшении частоты сигнала до 23 Гц создаётся иллюзия, словно струя воды поднимается вверх, а при 25 герц — медленно спускается вниз. #видеоуроки #механика #акустика #колебания #волны #физика

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

🔊 Ультразвуковая пластина (мембрана, пьезоизлучатель) — ключевой элемент увлажнителя воздуха. Она преобразует обычную воду в мельчайший туман, который увлажняет воздух в помещении.

Принцип действия: на пластину подают высокочастотное напряжение. Под его воздействием мембрана колеблется, в водяном слое появляются волны пониженного и повышенного давления, чередующиеся между собой. В зоне низкого давления жидкость «вскипает» при невысокой температуре, происходит выброс водяного аэрозоля.

▪️Генерация ультразвуковых волн (обратный пьезоэлектрический эффект). На пластину подают электрические колебания от генератора, и под их действием она расширяется и сжимается по толщине. Это вызывает колебания, которые излучают ультразвуковые волны.
▪️Приём ультразвуковых волн (прямой пьезоэлектрический эффект). Под действием ультразвуковой волны пластина испытывает сжатия и растяжения, и в результате прямого пьезоэффекта между обкладками возникает электрическое напряжение, пропорциональное акустическому давлению волны.

Для генерации продольных колебаний используют деформацию растяжения-сжатия, для генерации поперечных — сдвиговую деформацию. Преобразователь с такой пластиной прижимают к поверхности изделия через слой контактной жидкости, в результате в изделии возникают продольные волны, направленные под прямым углом к поверхности.

Пьезоэлектрический эффект — явление, при котором под воздействием механического напряжения или деформации в кристалле возникает электрическая поляризация, величина и знак которой зависят от направления и значения приложенного напряжения. Собственная частота колебаний в пьезопластине пропорциональна скорости звука в материале пластины и её толщине. Чем тоньше пластина, тем выше её собственная частота. На практике под влиянием конструктивных элементов пьезоэлектрического преобразователя, непосредственно контактирующих с пьезопластиной, собственная частота немного изменяется. Частоту, которую возбуждает преобразователь, называют рабочей частотой. #физика #опыты #колебания #волны #пьезодинамика #physics #gif #гидродинамика

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

➰ Гармонограф (Harmonograph) — это механическое устройство, которое использует маятники для создания геометрического изображения. Создаваемые чертежи обычно представляют собой кривые Лиссажу или связанные с ними чертежи большей сложности. Устройства, которые начали появляться в середине 19 века и достигли пика популярности в 1890-х годах, нельзя однозначно отнести к одному человеку, хотя Хью Блэкберн, профессор математики в Университете Глазго, обычно считается официальным изобретателем.

Простой, так называемый "боковой" гармонограф использует два маятника для управления движением пера относительно поверхности для рисования. Один маятник перемещает перо взад и вперед вдоль одной оси, а другой маятник перемещает поверхность для рисования взад и вперед вдоль перпендикулярной оси. Изменяя частоту и фазу маятников относительно друг друга, создаются различные узоры. Даже простой гармонограф, как описано, может создавать эллипсы, спирали, восьмерки и другие фигуры Лиссажу.

Более сложные гармонографы включают в себя три или более маятников или соединенных маятников вместе (например, подвешивание одного маятника к другому), или включают вращательное движение, при котором один или несколько маятников установлены на подвесках для обеспечения движения в любом направлении. #gif #physics #физика #механика #колебания

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

🤔 В чем секрет этого супер-ножа? Физика процесса 🔊

Обычный нож режет за счет давления и острой кромки. Ультразвуковой — добавляет к этому мощнейшую высокочастотную вибрацию.

▪️ 1. Невидимое движение: Лезвие ножа соединяется с специальным устройством — пьезоэлектрическим или магнитострикционным преобразователем. Оно создает механические колебания с ультразвуковой частотой — от 20 000 до 50 000 раз в секунду! Глаз этого движения не видит, амплитуда колебаний лезвия очень мала (буквально микрон).
▪️ 2. Микроудары, а не давление: Именно эти сверхбыстрые колебания — главный секрет. Лезвие не просто давит на материал, а наносит по нему десятки тысяч микроскопических ударов в секунду.

▫️ 1. Режим без абразив — Резка за счет ультразвуковой УСТАЛОСТИ материала.

➖ Физика процесса: Лезвие с огромной частотой (те же 20 000+ Гц) бьет по одной и той же точке на материале. Каждый удар — микроскопический. Но их десятки тысяч в секунду.
➖ Эффект «усталости»: В металле (стали) не успевают распространяться упругие волны. Энергия удара концентрируется в крошечной зоне, вызывая локальный нагрев и, что главное, мгновенное усталостное разрушение кристаллической решетки. Материал в точке контакта просто не выдерживает такого темпа и трескается.
➖ Аналогия: Если вы будете сгибать скрепку туда-сюда в одном месте, она переломится от усталости металла. Ультразвуковой нож делает это с невообразимой скоростью.

▫️ 2. Классический режим (с абразивом) — это резка за счет микроскалывания.

➖ Этот способ более универсален и эффективен для очень твердых и хрупких материалов (стекло, керамика, композиты). Абразивные частицы делают основную работу.

Эффективность: Резка за счет чистой усталости металла часто менее эффективна и медленнее, чем абразивный метод. Она требует больше энергии и может сильнее изнашивать само лезвие ножа.
Материал: Для резки, например, стекла или карбида вольфрама только ультразвуком без абразива потребовались бы титанические усилия. Абразив (как алмазная пыль) кардинально ускоряет процесс.
Качество края: Резка ультразвуковой усталостью может оставлять более заметные следы деформации на краях по сравнению с чистым абразивным скалыванием.

Получается, современный мощный ультразвуковой резак — это инструмент с двумя основными режимами:
1. «Чистая» резка (без абразива): Хороша для металлов, где важно избежать загрязнения абразивом. Основана на усталостном разрушении.
2. Абразивная резка (с суспензией): Идеальна для твердых и хрупких материалов. Быстрее и универсальнее. Основана на микроскалывании.
#колебания #пьезоэффект #физика #опыты #physics #наука #эксперименты

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

🚀 Сравнение скорости движения пули и скорости разрушения стекла

Когда разбивается стекло, трещина распространяется со скоростью 4828 км/ч. Такую скорость невозможно заметить обычным взглядом, только с помощью высокоскоростной съёмки. Стекло разбивается со скоростью несколько тысяч метров в секунду. Пуля, выпущенная из автомата, например, АК-47 или винтовки НАТО G3, имеет меньшую скорость – до тысячи метров в секунду. #видеоуроки #механика #разрушения #колебания #волны #физика #physics

📚 Механика разрушений [12 книг]

⛓️ ⚙️ Механика разрушения материалов (видео)

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib