#физика

Смешаем мелкие проводящие и непроводящие шарики и загрузим их в контейнер между двумя контактными пластинами.

Спрашивается, при какой концентрации проводящих шариков эта смесь будет проводить электрический ток?

На следующей неделе мы опубликуем ролик «Что такое перколяция?», а нашим подписчикам в Boosty предлагаем посмотреть этот выпуск прямо сейчас.

[Поддержите нас]

#physics
#физика

Это замечательный опыт легко сделать в домашних условиях. Возьмём зеркало и легонько подуем на муку, чтобы её частицы равномерно покрыли поверхность зеркала. Теперь посветим на него фонариком с расстояния двух метров, и в зеркале кроме отражения фонарика видны параллельные радужные полосы. Сфотографируем со вспышкой чистое зеркало— никаких полос нет, а в запылённом зеркале полосы отчётливо видны. Как же хаотически расположенные на поверхности зеркала пылинки могут давать такую упорядоченную картину?

Исаак Ньютон первым описал это явление и понял, что оно связано с рассеянием света на пылинках, но объяснить его не смог. Это удалось сделать только сто лет спустя Томасу Юнгу на основе развитой им волновой теории света. Однако своё название это явление получило по имени бельгийского учёного Адольфа Кетле — прекрасная иллюстрация «принципа Арнольда», согласно которому ни одно явление не называется по имени его первооткрывателя. «Принцип Арнольда» применим и к самому себе — его сформулировал английский физик Майкл Берри.

Чтобы объяснить, как на экране получаются чередующиеся яркие полосы, рассмотрим два луча света. Один луч падает прямо на пылинку, диффузно рассеивается, и какой-то из рассеянных лучей входит в стекло, отражается от зеркальной подложки, преломляется на поверхности стекла и попадает на экран. Второй луч сначала преломляется на поверхности стекла, отражается от подложки, ещё раз преломившись выходит из стекла и только после этого рассеивается на той же самой пылинке, причём какой-то из рассеянных лучей попадает в ту же точку экрана. Распространяющиеся вдоль этих двух лучей световые волны являются когерентными, потому что они созданы одним и тем же источником. Эти волны интерферируют, и в зависимости от разности хода усиливают или ослабляют друг друга. Усиление даёт яркие полосы, ослабление — тёмные. Фонарик излучает в широком спектре, интерференционные полосы разных цветов имеют разную ширину, накладываются друг на друга и дают радужную картину.

Заменим фонарик лазером и направим его перпендикулярно зеркалу, теперь интерференционная картина на экране приобрела вид монохроматических концентрических колец — это и есть кольца Кетле или диффузионные кольца Ньютона. Измерив радиусы колец и расстояние от зеркала до экрана, можно с высокой точностью рассчитать толщину зеркала.

Смотрите наш новый англоязычный ролик «Quetelet rings» и не забывайте ставить лайки!

P.S. По данной ссылке можно посмотреть русскоязычный выпуск «Интерференция в кольцах Кетле» на удобной платформе.

[Поддержите нас]

#физика

Мы применяем для питания разнообразных устройств гальванические элементы, привычно называя их батарейками, и не задумываемся, как они вырабатывают электричество. Чтобы объяснить принципы их работы, обратимся к электрохимии.

Самые простые реакции происходят в элементе Даниэля, который состоит из кюветы, разделённой пористой перегородкой. В одну половину кюветы залит раствор медного купороса CuSO4 и опущен медный электрод, а в другую — раствор цинкового купороса ZnSO4 с цинковым электродом.

С поверхности цинкового электрода в раствор уходят положительно заряженные ионы цинка Zn(2+), электрод заряжается отрицательно, притягивает ионы цинка, и на его поверхности формируется двойной электрический слой. При этом потенциал электрода становится меньше потенциала раствора. А на поверхности медного электрода идёт обратный процесс — там оседают положительно заряженные ионы меди Cu(2+), они притягивают отрицательно заряженные ионы SO4(2-), и также формируется двойной электрический слой. Электрод заряжается положительно, и его потенциал превышает потенциала раствора.

Вольтметр показывает, что потенциал медного катода выше потенциала цинкового анода на 1,03 В. Сравнивая пары металлов, химики выстроили их в электрохимический ряд напряжений, который помогает определить направление протекания окислительно-восстановительных реакций. Опустим в раствор медного купороса цинковую полоску. Сначала она покрывается восстановленной медью, а через некоторое время цинк полностью растворяется, и на дно стакана выпадают медные «лохмотья». С точки зрения электрохимии в этой реакции атом цинка отдаёт два электрона и превращается в ион цинка Zn(2+), а ион меди Cu(2+) принимает эти два электрона и превращается в нейтральный атом меди. Зная тепловой выход реакции, мы рассчитали энергию, полученную каждым электроном, и соответствующая разность потенциалов оказалась равной 1,1 В — очень близко к измеренным 1,03 В. В ячейке Даниэля эти реакции идут в каждой половине отдельно, а электроны переносятся от анода к катоду по замыкающему их проводнику.

Мы соединили последовательно четыре цинково-медных элемента с раствором обычной поваренной соли и с помощью такой батареи едва смогли зажечь крошечный красный светодиод. Батарея выдаёт около 3 В, но на светодиоде падает всего 1,7 В, и по цепи течёт ток меньше 1 миллиампера. Электротехник скажет, что внутреннее сопротивление батареи слишком велико, а физика здесь интересует, что происходит с носителями заряда в растворе.

Проще всего разобраться с работой элемента Даниэля: когда по цепи течёт ток, окрестность цинкового анода заряжается положительно за счёт избытка ионов цинка Zn(2+), а окрестность медного катода — отрицательно за счёт избытка ионов SO4(2-), так что внутри ячейки электрическое поле направлено от анода к катоду. В результате ионы SO4(2-) движутся от катода к аноду, а ионы цинка и меди — от анода к катоду. Скорости движения ионов малы, расстояние между электродами велико, поэтому перенос заряда происходит медленно, и именно этим ограничивается сила тока в цепи.

Чтобы увеличить ток, надо уменьшить расстояние между электродами, и мы вслед за Алессандро Вольта собрали «вольтов столб» из цинково-медных элементов с тонкими картонными прокладками и с его помощью смогли зажечь мощный синий светодиод!

Смотрите наш ролик «Электрохимия гальванических элементов» и не забывайте ставить лайки!

P.S. По данной ссылке можно посмотреть выпуск «Электрохимия гальванических элементов» на удобной платформе.

[Поддержите нас]

#закадром

У нас появилась идея новой рубрики. Что думаете, если мы будем размещать в телеграм-канале фотографии наших текущих установок с вопросом, для чего такая конструкция предназначена?

Пожалуйста, пишите в комментариях свои ответы на вопрос об установке на фото, а также делитесь мыслями об идее этой рубрики. Нам очень важно знать ваше мнение.

#физика

Гальванический элемент состоит из двух пластин из различных металлов, погружённых в электролит. Между пластинами возникает разность потенциалов, и при замыкании цепи по ней течёт электрический ток. Источником энергии в гальваническом элементе служат химические реакции, протекающие на электродах.

На следующей неделе мы опубликуем ролик «Электрохимия гальванических элементов», а нашим подписчикам в Boosty предлагаем посмотреть этот выпуск прямо сейчас.

[Поддержите нас]

#physics
#физика

Сегодня мы разберём интересный и весьма непростой парадокс. В колебательном контуре ток и напряжение сдвинуты по фазе на 90°, при этом магнитное поле пропорционально току, а электрическое поле — напряжению, так что вблизи контура магнитное и электрическое поля тоже сдвинуты на 90°.

Антенна также является колебательным контуром, но почему тогда в электромагнитной волне, которую она создаёт, этот сдвиг исчезает, и колебания магнитного и электрического полей происходят синфазно?

Чтобы ответить на этот вопрос, мы рассмотрели колебания вибратора Герца — антенны, состоящей из двух шаров и соединяющего их проводника. В ближней зоне на расстоянии много меньше длины волны, но при этом гораздо больше размеров вибратора, его можно рассматривать как диполь. Здесь магнитное поле оказывается много меньше электрического, и поэтому почти вся энергия антенны то закачивается в электрическое поле, то наоборот, электрическое поле отдаёт энергию в антенну. При этом в электромагнитную волну уходит лишь малая доля этой энергии.

Однако дипольное приближение не даёт точного решения уравнений Максвелла, и теперь надо учесть, что переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое поле. Это поле мало в ближней зоне, но зато оно падает с расстоянием гораздо медленнее электрического поля диполя, и в дальней зоне на расстоянии много больше длины волны становится преобладающим. Осталось учесть запаздывание электрического поля по сравнению с колебаниями вибратора, связанное с конечностью скорости света, и снова вернуться к уравнениям Максвелла. Из них следует, что порождаемое электрическим полем вихревое магнитное поле колеблется в той же самой фазе!

В итоге мы получаем, что вблизи антенны электрическое и магнитное поля сдвинуты по фазе почти на 90°. Почти, потому что если бы сдвиг фазы был в точности равен 90°, то энергия антенны вообще не уходила бы в волну. А вдали от антенны электрическое и магнитное поля осциллируют практически в одной фазе.

Смотрите наш ролик новый англоязычный ролик «Electromagnetic wave paradox» и не забывайте ставить лайки!

P.S. По данной ссылке можно посмотреть русскоязычный выпуск «Парадокс электромагнитной волны» на удобной платформе.

[Поддержите нас]

#закадром

Сегодня мы внесли аванс за лабораторный комплект PASCO. Делимся фото чека (он в сербских динарах) и фотофактом, который нам показался символичным: по соседству с офисом компании MICOM, у которой мы заказали PASCO, установлена вот такая вывеска про новости кино.

Еще раз спасибо огромное всем, кто принял участие в сборе на покупку станции.

PASCO будет изготовлена через месяц. Будем держать вас в курсе.

Это все filmske novosti на сегодня. Но будут еще. Не переключайтесь.

#physics
#физика

Чтобы показать этот фокус, вам понадобится короткая пластиковая трубка и немного бумаги или изоленты. Наклейте на концы трубки буквы Т и Z — реквизит готов!

Запустим трубку пальцем со стороны буквы Z так, чтобы трубка пришла в быстрое вращение, — и видна только буква Z, а буква Т исчезла! Запустим трубку со стороны буквы Т — теперь исчезла буква Z, и видна только буква Т.

Мы сняли вращение трубки на скоростную камеру, и на этот раз прекрасно видны обе буквы! Чтобы разобраться, в чём же тут дело, мы сделали трассировку видео, и она показывает, что буквы движутся всё-таки по-разному.

Смотрите разгадку в нашем новом англоязычном ролике «A disappearing letter», показывайте фокус друзьям и близким и не забывайте ставить лайки!

P.S. По данной ссылке можно посмотреть русскоязычный выпуск «Сложение движений и исчезновение буквы» на удобной платформе.

[Поддержите нас]

#физика

Наш новый ролик посвящён тому, как были открыты законы упругого удара тел. Первым построить теорию удара попытался Галилео Галилей, он высказал много интересных соображений, но собрать их в единую простую модель, подобную модели равноускоренного движения, ему не удалось.

Затем к проблеме удара приступил Рене Декарт и также столкнулся с трудностями при объяснении многообразных опытных данных. Тем не менее, в 1644 году в своих «Началах философии» он изложил общие правила упругого удара. Согласно первому правилу два равновеликих тела, движущиеся навстречу друг другу с равными скоростями, после удара оттолкнутся друг от друга и разлетятся с теми же самыми скоростями. И это очевидно в силу симметрии ситуации. А вот остальные шесть правил удара оказались неверны: хотя в их основе и лежал принцип сохранения количества движения, но Декарт учитывал только величины импульсов сталкивающихся тел, но не их направления.

И только Христиану Гюйгенсу удалось последовательно применить научный метод Декарта, требующий строить рассуждение, исходя только из очевидных утверждений. В качестве первого такого утверждения Гюйгенс принял знакомый нам принцип инерции: если ничто не препятствует движению тела, оно сохраняет свою скорость неизменной. Второе утверждение — это первое правило удара Декарта, принцип симметрии.

А третий постулат Гюйгенса — это принцип относительности Галилея, в соответствии с которым столкновение тел происходит одинаково в любой инерциальной системе отсчёта. И выдающееся достижение Гюйгенса состоит в том, что он превратил объяснительный принцип относительности Галилея в мощное средство получения новых результатов, описывая столкновение тел в различных системах отсчёта.

Пусть одинаковые шары движутся относительно лодки с равными по величине скоростями v навстречу друг другу, а сама лодка плывёт с такой же скоростью v относительно берега вправо. Тогда с точки зрения наблюдателя, стоящего на берегу, правый шар неподвижен, а левый налетает на него со скоростью 2v. В системе отсчёта лодки после удара шары разлетаются в противоположные стороны со скоростями, равными v, а наблюдатель на берегу видит, что теперь левый шар неподвижен, а правый движется со скоростью 2v.

Так Гюйгенс доказал, что при соударении одинаковых шаров движущийся шар передаёт всю свою скорость неподвижному. Если же одинаковые шары сталкиваются с различными скоростями, надо перейти в такую систему отсчёта, где их скорости равны и противоположны. В этой системе шары после удара как бы проходят сквозь друг друга и обмениваются скоростями, значит, они обменяются скоростями и в исходной системе отсчёта.

Чтобы разобраться, как сталкиваются шары разной массы, Гюйгенс использовал горки Галилея и принцип неизменности высоты общего центра масс шаров, что равносильно сохранению их потенциальной энергии. Отсюда он вывел закон сохранения кинетической энергии при упругом ударе, а затем перешёл в другую систему отсчёта и получил закон сохранения импульса. И все эти замечательные открытия Гюйгенс совершил ещё в 1654 году!

Смотрите наш ролик «Христиан Гюйгенс и теория удара», удивляйтесь силе мысли основоположников физики Нового времени и не забывайте ставить лайки!

P.S. По данной ссылке можно посмотреть выпуск «Христиан Гюйгенс и теория удара» на удобной платформе.

[Поддержите нас]

#закадром

Приятно удивились, узнав, что в теоретической части обучения пилотов сверхмалых воздушных судов в АУЦ «Воскресенск», используется и наш ролик «Как летает автожир?».

Роликов про то, как летают автожиры, в интернете тьма, поэтому считаем выбор действующих инструкторов в нашу пользу ответственным признанием качества )).

Преподаватель центра — действующий пилот автожира Зуев Олег Михайлович (3000 часов налета). Его ученик, обративший внимание на GetAClass, — Гребенюк Евгений (он же — руководитель направления промышленной очистки воздуха в компании Тион, с которой переплетены наши исторические корни).

P.S. Фотографии сделаны и любезно предоставлены Женей.

P.P.S. Если вдруг и вы наткнетесь на наши ролики в необычных местах — говорите нам, пожалуйста, это интересно и мы будем про это писать! Например, мы знаем, что как минимум одна офтальмологическая клиника использует наши ролики про физические принципы работы сетчатки, вот сейчас пытаемся вспомнить и найти эту клинику )).

P.P.P.S. По данной ссылке можно посмотреть выпуск «Как летает автожир?» на удобной платформе.

#physics
#физика

Как известно, горные хребты и целые горные системы образуются в результате столкновения тектонических плит. Но чем ограничена высота гор? Почему на нашей планете горы не поднимаются на 20 или даже на 50 километров?

Чем выше гора, тем больше давление ρgh на её основание, и когда это давление превышает предельное для данной горной породы, она разрушается или начинает пластически деформироваться. Для гранита предельное давление P(пр) составляет около 300 мегапаскалей, что даёт высоту h ≈ P(пр)/ρg ≈ 10 км — как раз порядка высоты Эвереста!

Правда, высота гор отсчитывается от уровня моря, а Эверест отнюдь не стоит на берегу океана. И тем не менее мы получили правдоподобную, хотя и довольно грубую оценку.

Теперь посмотрим с энергетической точки зрения: пусть гора достигла предельной высоты, и порода в её основании испытывает пластическую деформацию. Тогда гора несколько осядет, что эквивалентно перемещению слоя с вершины горы к её основанию. При этом потенциальная энергия mgh тратится на пластическую деформацию и сопоставима с энергией плавления вещества λm, значит h ≈ λ/g. Удельная теплота плавления гранита λ = 140 кДж/кг, отсюда получаем предельную высоту 14 км. Эта оценка несколько завышена, потому что на пластическую деформацию вещества тратится всё же меньше энергии, чем на его плавление.

И вот обе оценки приводят нас к выводу, что предельная высота гор обратно пропорциональна ускорению свободного падения. И действительно, на Венере ускорение свободного падения составляет 0,9 g, и самая высокая гора поднимается на высоту 11 км. А на Марсе ускорение свободного падения в 2,5 раза меньше земного, и высота вулкана Олимп составляет 25 км, как раз примерно в 2,5 раза выше Эвереста! Вроде бы, всё сходится... Но по этой логике на Луне, где сила тяжести в 6 раз меньше земной, должны быть горы высотой 60 км, но этого нет и близко! В чём же тут дело?

Смотрите наш новый англоязычный ролик «Mountain height limit», погружайтесь в проблемы сравнительной планетологии и не забывайте ставить лайки!

P.S. По этой ссылке можно посмотреть русскоязычный выпуск «Чем ограничена высота гор?» на различных платформах.

[Поддержите нас]

#физика

Теорию центрального удара упругих тел первым построил Христиан Гюйгенс. При этом он использовал принцип симметрии, принцип относительности Галилея и постулат о невозможности вечного двигателя — он же закон сохранения энергии при упругом ударе.

Христиан Гюйгенс «Три мемуара по механике».

На следующей неделе мы опубликуем ролик «Христиан Гюйгенс и теория удара», а нашим подписчикам в Boosty предлагаем посмотреть этот выпуск прямо сейчас.

[Поддержите нас]

#physics
#физика

В 1836 году Майкл Фарадей обнаружил, что избыточный электрический заряд находится только на внешней поверхности проводника, а в полостях внутри него электрическое поле отсутствует.

В нашем ролике мы воспроизводим опыты Фарадея, которые он провёл в 1843 году и в которых использовал для экранирования внешних электрических полей металлическое ведёрко с крышкой. Позже выяснилось, что ведёрко можно заменить открытой корзиной из металлической сетки — клеткой Фарадея.

Наша клетка состоит из двух сеток, электрически изолированных друг от друга. Наружная сетка заземлена, чтобы экранировать внутреннюю от влияния посторонних электрических полей. А внутренняя используется для измерения электрического заряда с помощью электростатического вольтметра, который в этом опыте работает как электрометр. Один вывод вольтметра подключён к внутренней сетке, второй — к заземлённой наружной.

Внесём внутрь клетки, не касаясь её стенок, наэлектризованную деревянную линейку, и вольтметр показывает присутствие положительного заряда. Вынем линейку — показания вольтметра возвращаются к нулю. Если внести линейку из оргстекла, вольтметр показывает, что она заряжена отрицательно. Поместим в клетку обе линейки одновременно, и теперь показания вольтметра близки к нулю — заряды почти компенсируют друг друга.

Здесь мы имеем дело с электростатической индукцией: положительный заряд, помещённый внутрь клетки, притягивает к себе отрицательно заряженные электроны, они перемещаются на внутреннюю поверхность клетки, и теперь на ней наведён такой же по величине отрицательный заряд. В целом клетка остаётся электрически нейтральной, так что на её наружной поверхности распределён положительный заряд, равный заряду, внесённому внутрь. Поэтому наружная поверхность клетки имеет положительный потенциал относительно земли, что и показывает вольтметр. У нас получился бесконтактный измеритель заряда!

В следующем опыте мы подключили металлический шар к положительному выводу электростатического источника напряжения. Перенесём небольшой заряд с шара на металлическую пластинку, внесём её внутрь клетки, и вольтметр показывает наличие положительного заряда. Прикоснёмся пластинкой к сетке и вынем её из клетки — показания вольтметра не изменились. И понятно, почему: положительный заряд пластинки полностью нейтрализовал отрицательный заряд, наведённый на внутренней поверхности клетки, а положительный заряд на наружной стороне остался неизменным, как и её потенциал относительно земли. Раз за разом перенося заряд с шара с помощью пластинки, будем увеличивать заряд сетки равными порциями, при этом показаниями вольтметра также растут равными шагами. Таким способом мы можем отмерять заряды любой заданной величины!

Смотрите наш новый англоязычный ролик «Faraday cage», и не забывайте ставить лайки!

P.S. По этой ссылке можно посмотреть русскоязычный выпуск «Клетка Фарадея и измерение заряда» на различных платформах.

[Поддержите нас]

#отчет

Сбор на покупку лабораторного комплекта PASCO закрыт!

У нас отличная новость. На данный момент мы собрали 202 568 рублей на станцию PASCO. Это оборудование стоит 2 000 евро. Оставшиеся после конвертации деньги (вроде, курс нам благоволит) мы потратим на обеспечение текущей деятельности.

Мы благодарны каждому, кто внес свой вклад. Каждая сумма важна и приблизила нас к заветной покупке.

Отдельно хотим поблагодарить выпускника НГУ и учредителя ООО «КБ Борей» Ратмира Трошина за то, что внес недостающие 50 000 рублей.

Был еще один крупный донор, но он предпочел остаться анонимным, но мы-то знаем и благодарим!

Когда станция приедет к нам в студию, мы снимем для вас ролик с распаковкой и покажем каждую деталь.

Спасибо.

#физика

Этот опыт вы можете проделать у себя дома: возьмите тонкую трубочку, поставьте её под углом на гладкий стол и проталкивайте через трубочку макаронину — небольшие кусочки будут отлетать от неё с неожиданно большой скоростью! Можно даже научиться стрелять очередями!

Исследовать, от чего зависит скорость вылета обломков, предлагалось в задаче «Ускоритель спагетти» Международного турнира юных физиков 2025 года, и мы тоже взялись за это под впечатлением красивого доклада команды СУНЦ НГУ.

Мы сняли полёт нескольких кусочков макаронины на скоростную камеру и по трассировке видео выяснили, что их скорость близка к 5 м/с. Понятно, что обломки приобретают эту скорость за счёт энергии упругой деформации: когда макаронина опирается на стол и изгибается, её нижние слои оказываются растянутыми, а верхние — сжатыми. При достижении предела прочности на растяжение нижние слои рвутся, по макаронине быстро пробегает трещина, сжатые верхние слои распрямляются, и возникшая при этом сила реакции толкает обломок вперёд.

Чтобы обломок пришёл в движение, по нему от места разрыва до свободного конца должна пробежать волна разрежения, а затем вернуться обратно волна сжатия, поэтому время действия силы ∆t равно удвоенной длине обломка, делённой на скорость звука в спагетти с. Теперь можно оценить скорость обломка v с помощью второго закона Ньютона в импульсной форме mv = F∆t. Оказывается, она никак не зависит от размеров обломка и определяется только напряжением разрыва σ₀, модулем Юнга Е и скоростью звука: v = c∙σ₀/E.

Вообще-то эту формулу можно было написать сразу из соображений размерности: в задаче единственная величина имеет размерность скорости — это скорость звука. С другой стороны, скорость v должна быть пропорциональна напряжению разрыва σ₀, которое разгоняет обломок. Чтобы восстановить размерность скорости, надо поделить на величину с размерностью σ₀, и единственный кандидат здесь — это модуль Юнга Е.

В эксперименте мы вставляли спагетти горизонтально в тонкое отверстие в опоре и нагружали на свободном конце. Измерив прогиб, длину и диаметр макаронины и рассматривая её как заделанную на конце балку, можно рассчитать модуль Юнга по формулам сопромата. Измерив плотность спагетти и зная модуль Юнга, получаем скорость звука. Будем теперь постепенно увеличивать длину нагруженной части спагетти до тех пор, пока она не сломается. Зная эту длину, можно вычислить напряжение разрыва σ₀.

Подставив все величины в формулу для скорости обломка, получаем 15 м/с — в 3 раза больше, чем в эксперименте. Но для оценки это отличный результат! Уточним нашу грубую модель и учтём, что напряжение равно σ₀ только на крайних волокнах, а при приближении к нейтральной плоскости оно уменьшается до нуля. Поэтому полная сила оказывается в 2,5 раза меньше, и теоретическая скорость обломка получается равной 6 м/с — совсем близко к экспериментальным 5 м/с! Расхождение может быть связано и с неточностью измерений, и с тем, что энергия упругой деформации могла переходить не только в энергию поступательного движения обломка, но и в энергию вращения и колебаний.

Вот так, решая задачи Турнира, можно понять, в чём суть физики — это умение строить модели, соотносить их с экспериментом, уточнять и тем самым получать новое знание! Смотрите наш новый ролик «Ускоритель спагетти» и не забывайте ставить лайки!

P.S. По этой ссылке можно посмотреть данный выпуск на альтернативных платформах.

[Поддержите нас]

Может просто сделать картинку с гармоничным шрифтом:

Большое СП👍СИБО!

#отчет
#закадром

За неделю мы собрали 25% стоимости лабораторного комплекта PASCO.

Почти каждый раз, когда в наших фильмах появляются результаты измерений зависимостей каких-нибудь величин — за этим стоит именно эта «железка» с комплектом всевозможных датчиков.

Нашей станции PASCO уже 12 лет и вот-вот она отживет свое. Поэтому чтобы съемочный процесс не встал — ее пора обновить.

Мы объявили сбор чуть меньше недели назад и уже собрали суммарно 47 100 рублей. Спасибо вам! Однако нужно еще около 150 000 рублей.

Если сможете поддержать донатом — будем очень благодарны. Если сможете поделиться этим постом, то это тоже будет полезно!

Спасибо!

[Помочь купить станцию PASCO]

#physics
#физика

Сыпучие материалы обладают особыми механическими свойствами, которые делают их интересным объектом изучения. Песок может течь, как жидкость, но при этом горку из воды насыпать нельзя, а из песка это получается легко. Мы сделали такой опыт: закрепили вертикально длинную трубу, поставили под ней весы и засыпали в трубу четыре килограмма песка. Песок давит на платформу весов, но они показывают не четыре, а всего полтора килограмма! Куда же делся остальной вес песка, целых два с половиной килограмма?

Посмотрим на верхние песчинки, когда труба заполнена достаточно высоко: вес каждой песчинки распределяется на несколько соседей снизу, при этом силы давления действуют на нижние песчинки не вертикально, а наклонно. На следующем шаге эти силы могут наклониться ещё сильнее, и в результате песчинки вблизи стенок трубы не только проталкиваются вниз, но и прижимаются к стенкам. Это приводит к появлению силы трения, направленной вверх, которая поддерживает верхние слои песка, так что они почти не создают давления на дно сосуда. И это легко проверить на опыте: мы поставили сверху на песок свинцовый груз весом 2 кг, а показания весов увеличились всего на 100 грамм!

Подобные цепочки сил давления, передающиеся на стенки сосуда, учёные смогли увидеть в двумерных опытах с пластмассовыми кружками, используя эффект фотоупругости. Но отдельные песчинки очень малы, и для расчётов удобнее перейти к модели, в которой песок рассматривается как сплошная среда. Каждый тонкий цилиндрический слой песка сжат в вертикальном направлении и за счёт этого распирается и прижимается к стенкам трубы. Чем сильнее сжат слой, тем больше поддерживающая его сила трения и тем меньшая доля его веса передаётся нижележащим слоям. Считая, что давление на стенки, создающее силу трения, пропорционально вертикальному давлению в данном слое, легко записать условие равновесия сил и решить получившееся дифференциальное уравнение. В такой модели получается, что давление на дно трубы сначала растёт пропорционально высоте слоя песка, как в гидростатике, затем скорость роста давления экспоненциально уменьшается, и оно выходит на предельное значение — вес новых порций песка почти полностью удерживается силой трения на стенках трубы.

Мы провели эксперимент с трубой поменьше, засыпая песок маленькими порциями, и получившийся график силы давления на дно действительно оказался очень похож на перевёрнутую экспоненту — простая модель прекрасно работает! Предельное значение давления на дно соответствовало «гидростатическому» давлению слоя песка толщиной всего 23 мм — радиусу трубы в нашем опыте. Зная это и измерив коэффициент трения песка о стенки трубы, мы рассчитали коэффициент передачи вертикального давления на стенки трубы, который оказался равным 0,55, что хорошо согласуется с результатами численного моделирования, проводившегося специалистами в области сыпучих материалов.

И вот получается, что в силосных башнях для хранения сыпучих материалов на дно давит лишь небольшая доля их веса, а основная нагрузка приходится на боковые стенки, и это обязательно надо учитывать при расчёте прочности таких конструкций.

А ещё в нашем новом англоязычном ролике «Where did the weight of sand go?» мы показываем удивительный опыт, результаты которого, может быть, именно вам удастся объяснить! Смотрите и не забывайте ставить лайки!

P.S. По этой ссылке можно посмотреть русскоязычный выпуск «Куда исчез вес песка?» на различных платформах.

[Поддержите нас]

#математика
#орнамент

Мы продолжаем серию роликов об исламских архитектурных орнаментах и сегодня расскажем об одном интереснейшем современном орнаменте, который придумал художник и музыкант Раджен Асто.

Он взял за основу более простой и симметричный орнамент с правильными шестиугольниками, выделил в нём большую шестиугольную ячейку и повернул шестиугольник в сердцевине такой ячейки, оставив шесть обрамляющих шестиугольников в прежнем положении. Конечно, нужно точно так же повернуть сердцевины и в остальных ячейках. Но сделать это не так просто: приходится согласовывать положение повёрнутых фигур с их обрамлением, и в ролике мы рассказываем о необходимых здесь геометрических расчётах и построениях.

Работа шла к концу, осталось сделать обложку для этого ролика, и для этого элементы орнамента были раскрашены. И тут произошло неожиданное — стали явственно видны восемнадцатиконечные звёзды, повёрнутые на 20°, которые составляют настоящую основу орнамента и определяют сопряжения и согласования всех остальных фигур!

Вот так древнее геометрическое искусство продолжает жить и развиваться в творчестве современных мастеров! Смотрите наш новый ролик «И опять о тайнах исламского орнамента» и не забывайте ставить лайки!

P.S. По этой ссылке можно посмотреть ролик на альтернативных платформах.

[Поддержите нас]

#физика

На следующей неделе мы опубликуем ролик «Ускоритель спагетти», в котором разбираем решение задачи Турнира юных физиков 2025, предложенное командой СУНЦ НГУ.

А нашим подписчикам в Boosty предлагаем посмотреть этот выпуск прямо сейчас!

[Поддержите нас]

#физика

На следующей неделе мы опубликуем ролик «Ускоритель спагетти», в котором разбираем решение задачи Турнира юных физиков 2025, предложенное командой СУНЦ НГУ.

А нашим подписчикам в Boosty предлагаем посмотреть этот выпуск прямо сейчас!

#математика
#орнамент

Мы продолжаем серию роликов об исламских архитектурных орнаментах и сегодня расскажем об одном интереснейшем современном орнаменте, который придумал художник и музыкант Раджен Асто.

Он взял за основу более простой и симметричный орнамент с правильными шестиугольниками, выделил в нём большую шестиугольную ячейку и повернул шестиугольник в сердцевине такой ячейки, оставив шесть обрамляющих шестиугольников в прежнем положении. Конечно, нужно точно так же повернуть сердцевины и в остальных ячейках. Но сделать это не так просто: приходится согласовывать положение повёрнутых фигур с их обрамлением, и в ролике мы рассказываем о необходимых здесь геометрических расчётах и построениях.

Работа шла к концу, осталось сделать обложку для этого ролика, и для этого элементы орнамента были раскрашены. И тут произошло неожиданное — стали явственно видны восемнадцатиконечные звёзды, повёрнутые на 20°, которые составляют настоящую основу орнамента и определяют сопряжения и согласования всех остальных фигур!

Вот так древнее геометрическое искусство продолжает жить и развиваться в творчестве современных мастеров! Смотрите наш новый ролик «И опять о тайнах исламского орнамента» и не забывайте ставить лайки!

P.S. По этой ссылке можно посмотреть ролик на альтернативных платформах.

[Поддержите нас]

#закадром

Поздравляем с 60-летним юбилеем Алексея Колчина.

Алексей Александрович, с Днем рождения вас!

Спасибо, что видите красоту в обычных вещах и объясняете, как устроен мир — ваше внутреннее глубокое спокойствие позволяет проникать в самую суть вещей и на первый взгляд сложное делать простым и понятным!

Желаем вам сохранять баланс между созерцательностью и увлеченностью ))

С уважением и любовью,
команда GetAClass

#физика

Возьмём таблицу численности населения стран мира и заменим каждое число его первой цифрой. Естественно предположить, что каждая из девяти цифр в получившемся массиве должна встречаться одинаково часто. Однако это не так!

Единица встречается очень часто, и на её долю приходится примерно 30%, на двойку и тройку вместе — ещё примерно 30%, а на остальные шесть цифр — только 40%. Похожее распределение получается и для площадей стран и ВВП. Если эти три массива совершенно разнородных данных слить в один, статистические разбросы уменьшатся, и видно, что частота появления первых цифр от 1 к 9 монотонно убывает. Эту закономерность для больших массивов самых разнообразных данных обнаружил в 1930-е годы американский инженер Фрэнк Бенфорд.

Рассмотрим теперь чисто математический объект — последовательные степени двойки, и точно так же заменим их первыми цифрами: 1, 2, 4, 8, 1, 3, 6, 1, ... И снова получается примерно такое же распределение, как и для сводного массива географических данных! Но для степеней двойки предельное распределение по первым цифрам можно точно рассчитать. На десятичной логарифмической шкале степени двойки идут с равным иррациональным интервалом lg2 и никогда не совпадают с целыми числами, соответствующими степеням 10.

Первые цифры всегда попадают в интервал от 0 до 1, поэтому можно представить, что мы наматываем числовую прямую на окружность единичной длины. Логарифмы степеней двойки равномерно распределяются по этой окружности, так что вероятность появления определённой цифры пропорциональна длине соответствующего отрезка на логарифмической шкале: для единицы вероятность равна lg2 – lg1 = lg2 ≈ 0,301; для двойки lg3 – lg2 = lg(3/2) ≈ 0,176; для девятки lg10 – lg9 = lg(10/9) ≈ 0,046 — почти в 7 раз меньше, чем для единицы. Заметим, что в этой модели вероятность появления двоек и троек вместе равна lg4 – lg2 = lg2 — в точности такая же, как для единицы! Именно такое логарифмическое распределение вероятности появления первых цифр принято называть законом Бенфорда.

Но при чём же здесь массивы географических и других далёких от чистой математики данных? За счёт чего и для них выполняется распределение Бенфорда? Можно пытаться строить разнообразные частные модели, и мы обсуждаем в ролике соображения, связанные с масштабной инвариантностью для распределения рек по их длине. Однако гораздо интереснее оказывается собственно статистический подход: распределим площади стран в порядке убывания, как в нашем математическом ролике «Распределение Парето», и построим график логарифма площади.

Получается плавная линия, соответствующая семи десятичным разрядам. В каждом разряде кривую можно приближённо заменить отрезком прямой, что соответствует равномерному распределению логарифмов, то есть закону Бенфорда! Значит и в целом распределение будет близко к распределению Бенфорда.

Заметим, что график получился плавным только потому, что в каждый разряд попало много точек, и таких разрядов было много, — именно по этому признаку можно ожидать от конкретного массива данных, что для него будет приближённо выполняться закон Бенфорда.

Остаётся добавить, что распределение Бенфорда по первым двум цифрам получило применение в финансовом аудите для выявления мошенников.

Смотрите наш новый ролик «Парадоксальный закон Бенфорда», и не забывайте ставить лайки!

P.S. По этой ссылке можно посмотреть ролик на альтернативных платформах.

[Поддержите нас]

#закадром
#отчет

Публикуем новый отчёт о полученных донатах и проделанной работе.

Бюджет (март 2025)

В марте регулярными платежами и разовыми донатами мы получили 50 852 рубля. Спасибо вам большое!

100 000 рублей нам предоставил наш замечательный партнёр — Узловский молочный комбинат.

Наши затраты составили 506 678 рублей. Недостающую сумму восполнили основатели проекта и компания CityAir.

Результаты (март 2025)

- Четыре новых ролика по физике:

«Многократное отражение света»
«Адиабатический нагрев и охлаждение»
«Косинус разности и вечный двигатель»
«Атмосферное электричество»

- Восемь роликов на английском языке:

«Stellar magnitude»
«How does thyristor work?»
«Chain fall acceleration»
«Helmholtz resonator»
«Air gun experiments»
«Chain and ring trick»
«Atmospheric electricity»
«Paradox of straightening a curved board»

Еще раз спасибо огромное всем, кто нас поддерживает. Это очень и очень ценно!

P.S. Интересные факты. Постом с анонсом ролика «Косинус разности и вечный двигатель» вы поделились в Telegram 91 раз. А самым «залетевшим» роликом в марте стал «How does thyristor work?» — его за 25 дней с момента публикации посмотрело более 80 000 зрителей на YouTube, в результате чего англоязычный канал получил 765 новых подписчиков, общее число которых пересекло психологическую отметку в 50 000.

[Поддержите нас]

#закадром

Сегодня хотим рассказать о герое большинства наших фильмов по физике. Он такого же уровня как воздух или приятная погода: ты его не замечаешь, когда все хорошо, но как только с ним возникают какие-либо сложности, становится понятно, насколько он важен.

Представляем вашему вниманию станцию PASCO и комплект датчиков для проведения лабораторных экспериментов. Они делают свою работу всякий раз, когда вы видите в наших фильмах результаты измерений или для моделирования эксперимента мы генерируем какие-либо сигналы.

Нашему комплекту PASCO уже 12 лет, за это время станция три раза побывала в ремонте. Ремонтировать дальше уже не получится, у всего есть свои пределы, и станция на эти пределы вышла.

Стоимость такого лабораторного комплекта — 2000 евро.

Мы верим в силу сообщества любителей физики и людей, для которых важно распространение полезных и научно-обоснованных знаний, поэтому решили объявить сбор на покупку нового лабораторного комплекта PASCO.

[Помочь купить станцию PASCO]

#физика

Многие массивы различных числовых данных устроены так, что в них около 30% чисел начинаются на единицу, и только около 5% — на девятку. В ролике «Парадоксальный закон Бенфорда», который будет опубликован на следующей неделе, мы отвечаем на вопрос: Почему и всегда ли так получается?

А нашим подписчикам в Boosty предлагаем посмотреть этот выпуск прямо сейчас!

[Поддержите нас]

#physics
#физика

Сегодня мы обсудим очередной интересный и неожиданный вопрос, связанный со строительной механикой. Представьте, что вы хотите прибить к стене изогнутую доску. Сделать это можно двумя разными способами: расположить доску выпуклостью наружу и распрямить с помощью одного гвоздя, забив его посередине, или выпуклостью внутрь, забив двумя гвоздями по краям доски. И спрашивается: какая сила будет больше, когда доска распрямится — сила, созданная одним гвоздём, забитым в центре, или суммарная сила со стороны двух гвоздей, забитых по краям?

Мы заменили доску изогнутой стальной линейкой, положили выпуклостью вверх, и она распрямилась под действием одного груза посередине массой около 150 граммов. Чтобы измерения были точнее, соприкосновение середины линейки с горизонтальной поверхностью фиксировалось с помощью электрического контакта. Когда линейку перевернули выпуклостью вниз, она распрямилась под действием двух грузов по 125 граммов каждый, поставленных на края линейки, так что суммарная сила оказалась в 1,7 раза больше, чем в первом случае. И вот опыт показывает, что линейку легче распрямить, надавив на неё посередине.

Чтобы объяснить, почему так получается, сделаем мысленный эксперимент. Пусть доска обращена выпуклостью наружу, и под действием приложенной в центре силы F середина доски коснулась стены. Заменим стену концевыми опорами, тогда под действием силы F середина доски окажется на одном уровне с краями, а со стороны каждой из концевых опор на доску будет действовать сила реакции F/2.

Теперь положим доску выпуклостью внутрь тоже не на стену, а на центральную опору. Надавим на концы доски равными силами F/2, тогда сила реакции со стороны центральной опоры будет равна F, и доска изогнётся в точности, как и в первом случае, и её края и середина будут расположены на одном уровне. Но доска всё ещё останется изогнутой, и если мы захотим заменить центральную опору плоской стеной, нам придётся совершить дополнительную работу против сил деформации, а для этого надо увеличить силы, приложенный к концам доски, так что их сумма действительно будет больше F!

Чтобы подкрепить наши выводы численным моделированием, мы заменили доску дискретной моделью из 11 звеньев, скреплённых крутильными пружинами. Оказалось, что распрямляющие силы для двух разных положений различаются больше, чем в 3 раза, что противоречит результату натурного эксперимента. И это не случайно! Когда модель обращена выпуклостью внутрь, плечо силы, а значит и её момент, всё время уменьшается по мере распрямления звеньев, поэтому труднее всего распрямить последнее звено.

Чтобы сделать модель более правдоподобной, казалось бы, надо увеличивать число звеньев и уменьшать их длины, но тогда момент силы для последнего звена стремится к нулю, и разгибающая сила увеличивается до бесконечности! И для непрерывной модели этот парадокс только усугубляется, так что же не учтено в нашей теории?

Смотрите наш новый англоязычный ролик «Paradox of straightening a curved board», размышляйте вместе с нами о загадках теории упругости и не забывайте ставить лайки!

P.S. По этой ссылке можно посмотреть русскоязычную версию выпуска «Парадокс разгибания кривой доски» на альтернативных платформах.

[Поддержите нас]

#щетников

Завершились отборочные бои Всероссийского открытого турнира юных физиков.

В этом году из-за разного рода обстоятельств в турнире играло всего 12 команд, из них 5 представляло Новосибирскую область.

В финале встретятся первые три команды по сумме отборочных боёв: Бобры, Физикон, Хычины.

#физика
#physics

В школе мы узнаём о круговороте воды в природе, а наш новый ролик посвящён «круговороту» атмосферного электричества.

С точки зрения электростатики Земля — это огромный отрицательно заряженный проводник, электрическое поле которого направлено перпендикулярно к поверхности.

В ясную погоду напряжённость этого поля составляет в среднем 130 вольт на метр, так что на высоте, равной росту человека, падает напряжение около 200 вольт. Почему же мы его никак не ощущаем? Дело в том, что тело человека является проводником, поэтому внутри него электрическое поле отсутствует, а внешнее поле компенсируется за счёт перераспределения зарядов по поверхности тела.

Измерить поле Земли не так-то просто. Если разнести две металлические пластины по вертикали и попробовать измерить напряжение между ними с помощью обычного вольтметра, то наведённые на пластинах малые заряды очень быстро перераспределятся, и вольтметр ничего не успеет показать. А вот если замыкать и размыкать пластины с достаточно большой частотой, протекающий при этом переменный ток уже можно зарегистрировать. Существуют разные варианты такого прибора, и мы изготовили демонстрационную модель одного из них. С её помощью удаётся обнаружить сильное поле заряженной пластиковой трубы, а вместо электрического поля Земли мы видим только наводки от сети, от которых в студии не избавиться.

Зная напряжённость электрического поля ясной погоды, можно рассчитать полный заряд на поверхности земного шара, он составляет –500 000 кулон. Электрическое поле Земли быстро убывает с высотой и почти исчезает на высоте 10 км. Это означает, что атмосфера имеет положительный заряд +500 000 кулон и вместе с земной поверхностью образует гигантский конденсатор. Воздух не является идеальным изолятором, и ток утечки этого конденсатора составляет 1800 ампер, так что он разрядился бы всего за 5 минут. Как же он подзаряжается?

Оказывается, это происходит за счёт гроз! В грозовом облаке водяные пары поднимаются вверх, конденсируются и на большой высоте превращаются в мелкие кристаллики льда, которые затем увеличиваются в размерах, слипаются и падают вниз. Частицы льда во встречных потоках воздуха электризуются трением, так что грозовое облако представляет собой своеобразную электростатическую машину. Нижняя часть облака заряжается отрицательно, верхняя — положительно, и в целом оно образует электрический диполь.

Облако наводит на поверхности земли под собой положительный заряд и создаёт электрические поля, гораздо большие, чем поле ясной погоды, при этом характерные напряжения достигают ста миллионов вольт. Происходит пробой, и загорается молния, которая переносит с нижней части облака на землю отрицательный заряд. А положительный заряд с верхней части облака стекает в атмосферу в слой ионизированного воздуха с высокой проводимостью, созданный космическими лучами. На всём земном шаре вспыхивает в среднем 100 молний каждую секунду, и эти локальные токи зарядки как раз компенсируют глобальный ток утечки со всей поверхности Земли.

Смотрите наш ролик «Атмосферное электричество», погружайтесь в тайны метеорологии и электростатики и не забывайте ставить лайки!

P.S. Кстати, параллельно с этим выпуском вышла его англоязычная версия «Atmospheric electricity».

P.P.S. По этой ссылке можно посмотреть ролик на наших альтернативных платформах.

[Поддержите нас]

#щетников

Почему Сибирский турнир юных физиков живёт и здравствует, а про оcтальные региональные турниры это трудно сказать?

Здесь есть несколько причин, и я постараюсь их перечислить. Но если сказать кратко, то ответ бывет простым: потому что нынешний СибТЮФ именно таким был задуман и реализован в 2010–2015 году, и это его устройство действует. А теперь по порядку.

1) Прежде всего, у нашего турнира — разумные цели. Мы проводим его не для того, чтобы «дети поиграли в исследования», но для того, чтобы школьники чему-то полезному научились. СибТЮФ проводится в конце января, а не до Нового года, как некоторые другие региональные турниры. Это значит, что у команд есть пять месяцев на подготовку. Плюс к этому, многие команды участвуют после этого в РосТЮФ. Это позволяет тренерам организовать систематическую работу над задачами, чтобы ТЮФ стал не скоротечным разовым мероприятием, но частью жизни, постоянно действующим школьным или внешкольным кружком.

2) У нашего турнира — осмысленная система управления. Он принадлежит не какому-то «оргкомитету», но Общественному движению СибТЮФ. Участники этого движения (в основном это тренеры команд, но не только) раз в год собираются на общее собрание. Здесь выбирается исполком, управляющий текущими делами турнира, и президент, представляющий турнир во внешнем мире. Любые изменения в правилах и регламенте турнира принимаются Советом тренеров (по одному голосу от каждой команды, участвовавшей в последнем турнире) путём голосования. Общественное движение СибТЮФ взаимодействует с НГУ, с фондом «Образование» и т.д. — но все свои вопросы решает самостоятельно и никому не подчиняется; никто не может навязать ему, каким быть турниру. Мы не просим, но сотрудничаем — и поэтому нас уважают.

3) В турнире с самого начала его существования налажена методическая работа с тренерами. (Надо заметить, что так же обстояли дела и в первой инкарнации турнира при Шелесте.) Многие тренеры прошли через учебные семинары, на которых они сами решали исследовательские задачи, готовили презентации, участвовали в учебных боях, учились ставить оценки. Об этом я ещё напишу отдельно, но уже сейчас скажу, что именно поэтому наши тренеры — самые лучшие и беспристрастные члены жюри, наши команды играют в верхушке РосТЮФ и регулярно выигрывают финалы.

4) В нашем турнире принят открытый, дружелюбный стиль жизни и общения. Наши команды любят играть друг с другом тренировочные бои, они в процессе публикуют на своих страничках в контакте фотографии своих установок и опытов, и понимают, что такая открытость продвигает всех, и турнир от этого становится только интереснее. И конечно, я надеюсь, что этот стиль сохранится и дальше.

#щетников

Почему одни живут так, а другие иначе?

Встал сегодня рано, пока завтракал, слушал Любарского, «Почему одни страны богатые, а другие бедные?». Бог с ними, со странами, меня больше интересует вопрос «почему одни команды турнира юных физиков растут и делают успехи, а другие нет?».

И ответ здесь для меня очевиден: растут команды, тренеры которых задумываются, что надо делать, чтобы команда росла, где для тренера именно этот вопрос является приоритетом, с которым согласуется текущая работа. А где этого нет, там нет и роста. Если тренер ставит такую цель, он идёт вперёд сам, участвует в семинарах тренеров, размышляет о том, что он делает - и ведёт за собой команду.

Это не так сильно зависит от полученного им образования (физфак университета или пединститут, хотя образование в плане физики здесь разнится очень сильно), как от сознательной постановки цели и стремления к движению вперёд. А если этого нет, то и на какие-то успехи рассчитывать не приходится. Всё определяется тем, видят ли люди своё будущее или нет. А остальное приложится.

{Иллюстрация предложена ChatGPT в ответ на текст этого поста в качестве промпта}

#закадром

Сегодня наш англоязычный канал «GetAClass — Physics» пересек психологическую отметку в 50 000 подписчиков.

При этом, самый популярный ролик «Bernoulli’s principle» набрал 2,3 миллиона просмотров, повторив, в некотором смысле, неожиданный успех своего русскоязычного оригинала «Закон Бернулли», набравшего уже 9,3 миллиона просмотров.

В общем, физика, если о ней говорить интересно, вполне может конкурировать с котиками как на русском, так и на английском языках ))

#физика

Молнии, бьющие из грозовых облаков на землю, заряжают «земной конденсатор» и создают электрическое поле земли.

Скоро на наших платформах будет опубликован ролик «Атмосферное электричество».

А нашим подписчикам в Boosty мы предлагаем посмотреть этот выпуск прямо сейчас!

[Поддержите нас]

#щетников

Под каким роликом 95% комментариев — это бессмысленный бред доморощенных скептиков?

Конечно же, под этим!

«Физики до сих пор не знают, что такой электрический ток», и всё такое прочее. А ролик получился хороший, и cнят он не для того, чтобы разговаривать с людьми, ничего не понимающими в физике и считающих себя самыми умными, но как простое школьное введение в этот раздел учения об электричестве.

#закадром

Всем привет!

Представляем вашему вниманию новые рубрики: #щетников и #колчин.

С такими hashtags будем публиковать здесь все посты Андрея и Алексея в сообществах наших YouTube каналов и посты из их соцсетей, имеющие непосредственное отношение к GetAClass.

Читайте, получайте интеллектуальное удовольствие, думайте, спорьте в комментариях и вообще. А Андрей с Алексеем будут ваши комментари читать и отвечать, если будете себя хорошо вести захотят, конечно…

#physics
#физика

Подвесим цепочку за концы к перекладине так, чтобы вниз свисала достаточно длинная петля, при этом ширина петли должна быть немного больше внутреннего диаметра кольца. Держим кольцо двумя пальцами горизонтально, пропускаем сквозь него петлю и поднимаем кольцо наверх. Что произойдёт, если теперь отпустить кольцо?

Кажется, что оно будет скользить вниз по цепочке и упадёт на стол, и обычно так и получается. И вот тут-то и скрыт маленький секрет мастерства — можно отпустить кольцо так, что цепочка завяжется на нём узлом, и кольцо повиснет, не долетев до стола!

А в чём заключается этот секрет, как выглядит движение кольца по цепочке на скоростной съёмке, и при чём здесь теория волн, вы узнаете из нашего нового англоязычного ролика «Chain and ring trick».

P.S. Смотрите также русскоязычную версию «Фокус с цепочкой и кольцом», показывайте его друзьям и близким и не забывайте ставить лайки!

[Поддержите нас]

#закадром

Среди прочих проектов, объединенных словом и смыслом GetAClass, мы время от времени делаем программы с исследователями и инженерами — просто чтобы делиться тем энтузиазмом, что часто заполняет пространство между извилинами головного мозга после хороших (порой случайных) разговоров с большими и умными людьми.

На начало 2025 года у нас снято 16 программ цикла «Дайте подумать!» и еще 10 программ цикла «Просто наука» (тут интервью у ученых берут школьники).

Если руки дойдут, то в этом году еще несколько программ «Дайте подумать!» сделаем — типа вот таких, о которых уже в этом канале говорили:

- Григорий Фалькович. Информация к выживанию
- Григорий Фалькович. Сказка сказывается, как теорема доказывается
- Михаил Цодыкс. Вспомнить все
- Андрей Щетников. Свободный художник
- Шимон Левит. Как учить физика
- Эдуард Коркотян. Эволюция сознания
- Ульяна Шиманович. Амилоиды
- Игорь Колоколов. Профессия физик-теоретик
- Игорь Колоколов. Физика атмосферы
- Илья Бетеров. Квантовый компьютер. Часть 1 - Физические принципы
- Илья Бетеров. Квантовый компьютер. Часть 2 - Приложения
- Карл Сабельфельд. Профессия математик

#physics
#физика

В далёком 2007 году на ХХ Международном турнире юных физиков игралась задача «Духовое ружьё», где надо было исследовать движение снаряда в духовом ружье и определить условия, при которых достигается максимальная скорость, если воздух нагнетается ртом. В общем, почувствовать себя охотниками из тропических стран, стреляющими отравленными колючками.

И мы взяли длинную водопроводную трубу из пластика, зарядили в неё маркер с резиновым наконечником, резкий выдох — и маркер с силой бьёт по мишени! Но мы не просто охотники: во время выстрела мы измерили избыточное давление внутри трубы, создаваемое лёгкими, и в максимуме оно составило 15 килопаскалей или 0,15 атмосферы.

Пусть длина трубы равна L, а её поперечное сечение S. В самой простой модели будем считать, что избыточное давление p остаётся постоянным во время движения снаряда. Тогда сила давления pS совершает на длине трубы работу pSL, которая переходит в кинетическую энергию снаряда mV²/2. Получаем квадрат скорости V² = 2pSL/m. Мы измерили и подставили в эту формулу размеры трубы и массу маркера и расчётная скорость составила 23 м/с. И точно такое же значение скорости было получено в эксперименте!

Как же увеличить скорость вылета? Избыточное давление поднять выше 15 кПа с помощью лёгких не удаётся. Объём трубы SL нельзя сделать больше объёма лёгких, иначе воздуха на выстрел не хватит. На деле это ограничение ещё сильнее, потому что за время выстрела выдуть под постоянным давлением можно только небольшую долю воздуха, запасённого на вдохе. Остаётся уменьшать массу снаряда, и сначала кажется, что за счёт этого можно достичь сколь угодно большой скорости вылета .

Но ведь мы разгоняем не только снаряд, но и воздух в трубке, масса которого равна ρSL. Подставим эту массу в формулу и получаем V² = 2p/ρ. Наша модель даёт предельную скорость вылета 150 м/с — почти половину скорости звука! Трудно поверить, но если дуть изо всей силы через трубочку с тонким соплом, воздух вылетает из неё со скоростью больше 500 км/ч!

Смотрите наш новый англоязычный ролик «Air gun experiments» и не забывайте ставить лайки!

P.S. По этой ссылке можно посмотреть русскоязычный выпуск «Опыты с духовым ружьём» на различных платформах.

[Поддержите нас]

#физика

Недавно благодаря нашему другу и активному участнику обсуждений наших роликов Александру Бердникову мы открыли для себя сайт профессора математики Пенсильванского университета Марка Леви с замечательным разделом «Mathematical Curiosities» — «Математические диковинки». И там есть статья, мимо которой мы пройти не смогли, — доказательство формулы косинуса разности на основе принципа невозможности вечного двигателя.

Идея заключается в следующем: работа, совершаемая силой тяжести, не может зависеть от пути, по которому перемещается тело из начальной точки в конечную. Если бы это было не так, мы прошли бы до конечной точки по пути, на котором работа силы тяжести больше, а затем вернулись в исходную точку по другому пути, при этом работа силы тяжести меняет знак на противоположный, но по величине остаётся меньше, чем на первом пути. Тогда при обходе замкнутого контура работа оказывается положительной, и мы получаем вечный двигатель, что невозможно.

А теперь выберем в поле тяжести два специальных пути: пусть один из них проходит по гипотенузе, а другой — по двум катетам прямоугольного треугольника. Приравнивая работу силы тяжести по этим путям, мы легко получаем формулу косинуса разности двух углов!

И тут возникает вопрос: неужели вся тригонометрия выводится из невозможности вечного двигателя? Мы, конечно, знаем, что физика часто помогает математике, но не настолько же! Все тригонометрические соотношения выводятся чисто геометрически из определений основных тригонометрических функций в прямоугольном треугольнике и теоремы Пифагора. В чём же тут дело?

Смотрите наш новый ролик «Косинус разности и вечный двигатель», размышляйте о взаимосвязи и взаимопроникновении физики и математики и не забывайте ставить лайки!

P.S. По этой ссылке можно найти данный выпуск на различных платформах.

[Поддержите нас]

#physics
#физика

Если у вас есть большая морская раковина, приставьте её к уху, оставив небольшую щель, и вы услышите «шум моря». Ну, а если вам не повезло, и раковины нет, замените её обычной стеклянной банкой — «шум моря» будет ничуть не хуже, поэтому закрадывается подозрение, что море здесь не при чём. Прижмите банку вплотную к голове, и звук пропадёт: банка действует как резонатор, выбирая из внешнего шума какие-то звуки и усиливая их.

Сделаем ещё один простой опыт — возьмём пластиковую бутылку, подуем на край горлышка, и бутылка издаёт низкий однотонный звук. Это явление хорошо описывается моделью, которую предложил в 1863 году в своей книге «Учение о слуховых ощущениях как физиологическая основа для теории музыки» выдающийся немецкий учёный Герман Гельмгольц.

Он рассуждал так: когда бутылка звучит, воздух в горлышке быстро движется, а внутри бутылки он сжимается и расширяется, оставаясь почти неподвижным, и это похоже на колебания груза на пружине. Воздушная «пробка» в горлышке играет роль груза, а воздух внутри сосуда — роль пружины. Когда «пробка» входит внутрь, воздух в сосуде сжимается, давление становится больше атмосферного, и избыточное давление выталкивает «пробку» назад. А когда "пробка" выходит наружу, давление в сосуде понижается, и избыток атмосферного давления заталкивает «пробку» назад. При этом «пробка» каждый раз по инерции проскакивает положение равновесия и совершает периодические колебания.

Из этой модели следует, что квадрат частоты колебаний пропорционален площади поперечного сечения горлышка и обратно пропорционален длине горлышка и объёму сосуда: чем длиннее горлышко, тем больше масса «пробки»; чем больше объём, тем меньше жёсткость воздушной пружины. Мы проверили на опыте зависимость частоты звука от всех трёх параметров — длины горлышка, его сечения и объёма бутылки, и получили хорошее согласие с теорией.

Конечно, воздушная «пробка» существует только в модели, а на деле воздух приходит в движение и рядом с горлышком, и физики в этом случае говорят, что эффективная длина горлышка несколько больше. Ещё в модели предполагается, что давление внутри сосуда всюду одно и то же, и это хорошее приближение: для характерных частот 150 Гц длина звуковой волны составляет 2 метра, что гораздо больше размеров бутылки. Интересно, что в сферических резонаторах, которые сам Гельмгольц использовал в своих исследованиях физиологии слуха, вместо горлышка было сделано обычное отверстие.

Но вернёмся к способности резонатора выделять и усиливать только определённые звуки. Мы включили динамик, опустили внутрь бутылки микрофон и сняли её амплитудно-частотную характеристику. На графике получился достаточно узкий резонансный пик, соответствующий собственной частоте колебаний 210 Гц. Теперь подадим на динамик белый шум с очень широким спектром, и резонатор выделяет звук на частотах, близких к собственной, тот самый «шум моря».

Из резонатора Гельмгольца можно сделать настоящую звуковую ракету. А его главное практическое применение — не усиление, а гашение шума выхлопных систем автомобилей и мотоциклов.

Смотрите наш новый англоязычный ролик «Helmholtz resonator», слушайте шум моря и не забывайте ставить лайки!

P.S. По этой ссылке можно найти русскоязычный выпуск «Резонатор Гельмгольца» на различных платформах.

[Поддержите нас]

#физика

На следующей неделе мы опубликуем ролик «Косинус разности и вечный двигатель», в котором доказываем формулу косинуса разности, исходя из утверждения о невозможности вечного двигателя ))

Предлагаем нашим подписчикам в Boosty посмотреть этот выпуск прямо сейчас!

[Поддержите нас]

#физика

Сделаем опыт с воздушным огнивом, толстостенным прозрачным цилиндром из оргстекла, в который вставлен плотно прилегающий к стенкам поршень. Поместим в цилиндр маленькую прядь расправленной ваты, резко ударим рукой по поршню — и вата на мгновение вспыхивает! Воздух при таком быстром сжатии нагрелся до нескольких сотен градусов и не успел отдать тепло стенкам цилиндра.

Молекулярно-кинетическая теория так объясняет нагрев газа: когда молекула сталкивается с движущимся ей навстречу поршнем, она увеличивает свою скорость, а тем самым и кинетическую энергию. Эта добавочная энергия уже за счёт столкновений между молекулами постепенно перераспределяется между ними, средняя энергия молекул растёт, а значит температура газа повышается.

Кстати, о том, как нагревается при сжатии одномерный одноатомный газ, состоящий всего из одной молекулы, мы подробно рассказали в ролике «Что такое адиабатический инвариант?»

С макроскопической точки зрения работа, затраченная на сжатие газа, полностью идёт на увеличение его внутренней энергии, если можно пренебречь теплообменом газа с окружающей средой. Для этого сжатие должно происходить достаточно быстро, и такой процесс называется адиабатическим.

Главным применением адиабатического сжатия является предварительный нагрев воздуха в различных тепловых двигателях. В дизельном двигателе внутреннего сгорания воздух нагревается до такой температуры, что топливо воспламеняется само, а в бензиновом двигателе степень сжатия меньше, и топливную смесь приходится зажигать с помощью свечи.

Понятно, что в обратном процессе адиабатического расширения газ должен охлаждаться, и мы демонстрируем это, прокалывая шурупом баллончик со сжатым углекислым газом. Термодатчик показывает, что в струе расширяющегося газа температура шурупа понижается до –40°С. Процесс адиабатического расширения хладагента используется для получения низких температур и в обычном холодильнике.

А теперь возьмём воздушный шарик и резко растянем его над бесконтактным термодатчиком — и температура резины неожиданно увеличивается на 12°! Подождём, пока резина охладится до комнатной температуры, и теперь при быстром сокращении её температура падает на те же 12°. Получается, что резина ведёт себя совсем не так, как газ: при растяжении нагревается, а при обратном сжатии охлаждается. Это связано с необычным строением резины, которая состоит из множества переплетённых между собой макромолекул каучука длиной в несколько десятков тысяч звеньев, при этом звенья каждой молекулы находятся в непрерывном тепловом движении. И нам удалось с помощью простой механической модели продемонстрировать, как за счёт работы, совершаемой при растяжении резины, увеличивается кинетическая энергия молекул и тем самым температура резины в целом.

А ещё из нашего нового ролика «Адиабатический нагрев и охлаждение» вы узнаете об уравнении адиабаты и о том, какие опыты по адиабатическому сжатию и расширению воздуха можно сделать с помощью автомобильного насоса и пятилитровой пластиковой бутылки. Смотрите и не забывайте ставить лайки!

P.S. По этой ссылке можно найти выпуск «Адиабатический нагрев и охлаждение» на различных платформах.

[Поддержите нас]

#закадром

Неделю назад Андрей с Алексеем провели трехдневный мартовский методический семинар СибТЮФ.

На семинаре разбирали задачи «Линейка-пушка», «Звук против пламени» и «Ускоритель спагетти» (по мотивам этой задачи мы уже сняли ролик, он будет опубликован восьмого апреля).

Тренировали не просто смотреть на явление, но видеть его и при этом описывать, что там происходит, а также делать блиц-обзоры о самом важном за одну минуту.

А вот отзыв от одного из участников семинара — Вешторт Сергея:

В целом, для меня это был самый продуктивный и интересный семинар, на котором я был, хотя моя задача не обсуждалась.

Такие семинары приносят не только опыт и понимание в решении задач, но также более глубокое понимание всех ролей на турнире. А самое главное — это большой жизненный опыт.

Благодаря представленным докладам и долгим обсуждениям мы смогли очень подробно разобрать, что происходит во время движения шарика, каким образом увеличивается его скорость. А также провели простые моделирования в «живой физике» и сравнили с настоящим движением. При помощи камеры в 1000 кадров провели ряд занимательных экспериментов.

Во второй задаче мы подробно обсудили основные аспекты сути самого явления. Это то, как горит свеча, что такое звук, и что такое звук, создаваемый нашим динамиком. И какая причина настоящего тушения пламени таким образом. Провели забавный эксперимент, где потушили музыкой.

Самое главное для меня, что на семинаре мы сократили время на свой монолог. Таким образом мы можем выделить самое главное и не зацикливаться на мелочах.

Также простые и, казалось бы, лежащие на поверхности советы от Андрея Ивановича и Алексея Александровича могут быть настолько полезными не только при решении задач, но и в жизни. То, что не нужно хвататься за проблему целиком, проще решить простую задачу, отдаленную от реальности, которую можно всё совершенствовать и совершенствовать, дополнять пока она не станет именно тем, что нам казалось невозможным.

Спасибо организаторам семинара, его ведущим и всем, кто принял участие в нем!

#физика

Адиабатическими называются процессы, которые происходят без подвода и отвода тепла, и в которых вся работа внешних сил идёт на изменение внутренней энергии системы.

Газы при адиабатическом сжатии нагреваются, а при адиабатическом расширении охлаждаются, и этот эффект используется в тепловых двигателях и холодильных установках.

Скоро на наших платформах будет опубликован выпуск «Адиабатический нагрев и охлаждение». А нашим подписчикам в Boosty мы предлагаем посмотреть этот выпуск прямо сейчас!

P.S. Backstage этого выпуска можно посмотреть здесь.

[Поддержите нас]

#physics
#физика

Мы уже сняли ролик «Сколько весит падающая цепочка?», но на этот раз вас ждёт нечто ещё более интересное!

Подвесим металлическую цепочку за один конец, а другой конец возьмём в руку вместе со стальным шариком и поднимем так, чтобы получилась длинная петля. Отпустим цепочку и шарик одновременно и снимем их движение на скоростную камеру. Сначала они падают рядом друг с другом, но затем конец цепочки всё быстрее уходит вперёд, и когда цепочка разворачивается на всю свою длину, шарик пролетает только 73% этого расстояния. Моделирование в программе «Algodoo» даёт в точности такой же результат.

Получается, что ускорение конца цепочки больше ускорения свободного падения!
Ясно, что дополнительное ускорение сообщает цепочке не сила тяжести, а какая-то другая сила, и связана она с нижней частью петли, где звенья цепочки останавливаются и дёргают движущийся конец. Эта сила постепенно увеличивается, потому что приходится останавливать звенья, которые разгоняются до всё большей скорости. С другой стороны, падающий конец цепочки становится всё короче, и его масса уменьшается. Получается, что на всё меньшую массу действует всё большая сила, и ускорение конца цепочки непрерывно растёт.

Можно сказать и по-другому: исходная потенциальная энергия половины цепочки переходит в кинетическую энергию всё меньшей массы её конца, так что получается своеобразный кумулятивный эффект. Чтобы продемонстрировать этот эффект, мы подвесили на конце цепочки шайбу массой 2,5 грамма на капроновой нити, которая выдерживает груз массой 2,5 кг— в тысячу раз больше. Отпускаем шайбу, она падает и рвёт нить, а значит в самом низу ускорение шайбы превышало ускорение свободного падения как минимум в тысячу раз!

А ещё мы составили и проинтегрировали уравнения движения конца цепочки и нашли время её полного распрямления, и оказалось, что за это время свободно падающий шарик должен пролететь расстояние, равное 72% длины цепочки — прекрасное согласие теории с экспериментом!

Смотрите наш новый англоязычный ролик «Chain fall acceleration» и не забывайте ставить лайки!

P.S. По этой ссылке можно найти русскоязычный выпуск «Ускорение падающей цепочки» на различных платформах.

[Поддержите нас]

#physics
#физика

Сегодня мы расскажем о таком полупроводниковом устройстве, как тиристор. Так же как у обычного диода, у тиристора есть анод и катод, но со стороны катода имеется ещё один дополнительный управляющий электрод.

Включим тиристор в прямом направлении последовательно с лампочкой и подадим напряжение, однако лампочка не горит — тиристор закрыт. Но подадим на управляющий электрод напряжение с плюса источника, и лампочка загорелась — тиристор открылся. Чтобы снова закрыть его и выключить лампочку, надо подать на управляющий электрод напряжение с минуса источника. Таким образом, тиристор работает как электронный ключ.

Если подать на управляющий электрод то же самое напряжение через резистор с достаточно большим сопротивлением, тиристор перестаёт открываться. Значит, он управляется не напряжением, а током. Будем постепенно увеличивать напряжение источника. Пока тиристор закрыт, ток невелик и определяется сопротивлением управляющей цепи, затем тиристор открывается, ток становится гораздо больше, и теперь он протекает в основном через тиристор и нагрузку. Будем уменьшать напряжение, и тиристор снова закроется, только когда оно станет совсем небольшим.

Основу тиристора составляют 4 слоя чередующихся от анода к катоду полупроводников с дырочной и электронной проводимостью: pnpn. При прямом включении два крайних pn-перехода открыты, а средний np-переход оказывается закрытым, на нём падает почти всё поданное на тиристор напряжение. Управляющий электрод присоединён к p-области, примыкающей к катоду, и когда мы подаём на него положительное напряжение, средний переход тоже открывается. Он остаётся открытым и при снятии напряжения с управляющего электрода до тех пор, пока не будет снято напряжение с катода и анода.

Соберём на основе тиристора простейший диммер, устройство для управления яркостью лампы, для этого достаточно поставить в цепь управления тиристора переменный резистор. Подадим на лампу переменное напряжение, и тиристор работает как обычный диод, срезая отрицательные полуволны напряжения. С увеличением сопротивления резистора тиристор открывается при всё большем напряжении и теперь срезает переднюю часть положительных полуволн. Лампочка горит всё слабее, а когда напряжение отсечки доходит до максимальной амплитуды, тиристор закрывается, и лампочка гаснет.

Смотрите наш новый англоязычный ролик «How does thyristor work?» и не забывайте ставить лайки!

P.S. По этой ссылке можно найти русскоязычный выпуск «Как работает тиристор?» на различных платформах.

[Поддержите нас]

#закадром
#отзывы

Представляем вашему вниманию очередного героя нашей рубрики отзывы:

Константин Наумочкин. Продюсер, сценарист, лауреат премии ТЭФИ, академик РАТ (Российской Академии Телевидения), выпускник ФМШ 1977 года, выпускник НГУ 1982 года.

«Для тех, кого привлекает наука, для тех, кто вообще ценит знания, GetAClass — это лучшее, на мой взгляд, что сейчас есть в Интернете. В детстве я запоем читал книги Я. И. Перельмана, сейчас же (уже с высшим физическим образованием) с не меньшим интересом смотрю талантливые, очень современные ролики, слушаю интервью с учеными. Хотя я вроде и не целевая аудитория )). Ну, а старшеклассникам — GetAClass просто рекомендую. Не оторваться!».

#физика

Что интересного можно увидеть с помощью нескольких зеркал?

Для начала мы взяли два одинаковых квадратных зеркала и установили их параллельно друг другу. Теперь любой предмет в пространстве между зеркалами отражается в одном зеркале, а это зеркало вместе с отражением предмета отражается во втором зеркале, и так эти отражения множатся и множатся... Хочется сказать «до бесконечности», но дорожка из отражений из-за неточности установки зеркал изгибается и теряется в таинственной темноте — ведь при каждом отражении часть света поглощается.

Теперь соединим два зеркала боковыми сторонами, образовав двугранный угол, и снова получаются множественные отражения. Когда угол равен 90°, всё пространство делится на 4 равных сектора, так что виден предмет и три его отражения. Для угла в 60° получается 6 секторов и пять отражений и так далее.

Соберём из трёх зеркал трёхгранную призму, своеобразную зеркальную комнату. Если заглянуть в неё, виден целый мир, разделённый на равносторонние треугольники. Исходный равносторонний треугольник в основании призмы и всё содержимое «комнаты» отражается в зеркальных стенках, а затем эти отражения множатся дальше и дальше... Именно так работает прекрасная детская игрушка — калейдоскоп.

Кстати, если посмотреть через длинную алюминиевую или медную трубу на ярко освещённое окно, будет видна не менее интересная картина, и об этом мы когда-то сняли ролик «Мир через трубу».

А теперь поставим два зеркала под небольшим углом друг к другу и посветим лазерной указкой параллельно одному из зеркал. В результате многократного отражения лучей видно красивое яркое кольцо с тёмной серединой — лучи не могут дойти до ребра двугранного угла. На какое же наименьшее расстояние луч лазера подойдёт к ребру, прежде чем развернётся и пойдёт обратно? Эту задачу мы решаем без всяких вычислений!

Чтобы собрать уголковый отражатель, поставим три зеркала перпендикулярно друг другу. Когда вы смотрите в него, перевёрнутое изображение вашего лица всё время оказывается в углу между зеркалами. Луч света ведёт себя подобно упругому мячику, который отскакивает от каждого зеркала и меняет перпендикулярную зеркалу компоненту скорости на противоположную. После трёх отражений мячик вылетит обратно в том же направлении, откуда прилетел. И точно так же испытавший три отражения выходящий луч всегда остаётся параллельным входящему.

Если собрать множество небольших уголковых отражателей вместе, получится катафот, отражающий назад свет автомобильных фар. Катафот размером побольше доставили на Луну американские астронавты, а затем астрономы светили на него с Земли лазером, ловили отражение и по времени прохождения светового сигнала рассчитывали расстояние до Луны. Сейчас оно измеряется с точностью до нескольких сантиметров.

А вот как удаётся попасть лазерным пучком в небольшой по размерам отражатель, вы узнаете из нашего нового ролика «Многократное отражение света».

Радуйтесь вместе с нами всем этим зеркальным и зазеркальным красотам и не забывайте ставить лайки!

P.S. По этой ссылке можно найти данный выпуск на различных платформах.

[Поддержите нас]

#закадром

Мы готовим наши ролики заранее и ставим их в очередь на публикацию на недели или даже на месяцы вперед, экспериментируя при этом со временем их публикации - от этого, как оказалось, зависят просмотры.

Вот на картинках наш ближайший план по физике на русскоязычном и англоязычном каналах.

Stay tuned, как говорится ))

#физика

В нашем новом ролике мы расскажем о явлениях, наблюдаемых при многократном отражении света от плоских зеркал.

Скоро на наших платформах будет опубликован выпуск «Многократное отражение света».

А нашим подписчикам в Boosty мы предлагаем посмотреть этот выпуск прямо сейчас!

[Поддержите нас]

#physics
#физика

Ясной ночью вдали от города мы видим на небе множество звёзд от самых ярких до едва различимых глазом. Мы любуемся этим прекрасным зрелищем, а вот с точки зрения науки в наблюдениях нужно установить какой-то порядок.

И уже во втором веке до нашей эры знаменитый древнегреческий астроном Гиппарх самые яркие звёзды предложил считать звёздами первой величины, самые слабые, почти неразличимые — звёздами шестой величины, а все остальные на глаз распределил между ними.

Но наука развивалась, и в 1856 году британский астроном Норман Погсон предложил ввести математическое понятие звёздной величины, считая яркость звёзд пятой величины ровно в 100 раз меньше яркости звёзд нулевой величины. При этом отношение яркостей двух соседних величин должно быть одинаково, так что шкала яркости является логарифмической.

От нулевой до пятой звёздной величины мы доходим по этой шкале за пять шагов, и яркость уменьшается в 100 раз, значит, на каждом шаге яркость падает в корень пятой степени из 100 — примерно в 2,51 раза. Осталось выбрать начало отсчёта, и астрономы стали считать Вегу звездой нулевой величины. Тогда звёздная величина Сириуса, самой яркой звезды нашего неба, оказывается равной –1,46, а яркость Солнца составляет –26,7 звёздной величины — примерно в 48 миллиардов раз ярче Веги!

До сих пор речь шла о видимой яркости звёзд, но понятно, что наше Солнце сияет на небосводе ярче всех звёзд просто потому, что по космическим меркам оно находится очень близко к нашей планете. А чтобы сравнить звёзды по их абсолютной яркости, надо представить, что они расположены на одинаковом расстоянии от Земли, и астрономы приняли за такое расстояние 10 парсек или 32,6 световых лет.

С такого расстояния наше Солнце будет выглядеть как очень слабая звёздочка с абсолютной звёздной величиной +4,8. Расстояние до Сириуса в 8,6 световых лет увеличится почти в четыре раза, поэтому его яркость уменьшится в 14 раз, что по логарифмической шкале даёт абсолютную звёздную величину +1,4. А далёкий красный сверхгигант Бетельгейзе с видимой звёздной величиной 0,6, наоборот, приблизится к нам с расстояния 168 парсек и будет иметь абсолютную звёздную величину –5,8 — это наибольшая видимая яркость Венеры. Так что звёзды на самом деле совсем не такие, какими они нам кажутся!

Смотрите наш новый англоязычный ролик «Stellar magnitude» и не забывайте ставить лайки!

P.S. По этой ссылке можно найти русскоязычный выпуск «Звёздная величина» на различных платформах.

[Поддержите нас]

#закадром

В новогодней публикации мы объявили конкурс на самые интересные поздравления друг друга с Новым годом в комментариях. Авторы трех комментариев получили наши новые классные фирменные футболки.

Поздравляем победителей: Илья Коржик, Ася Колсанова и Николай Новаковский.

Если вы тоже хотите получить этот замечательный мерч, мы готовы его отправить каждому, кто подпишется на тариф «Академик» до конца марта на нашей платформе в Boosty!

#закадром
#отчет

Публикуем новый отчёт о полученных донатах и проделанной работе.

Бюджет (февраль 2025)

В феврале регулярными платежами и разовыми донатами мы получили 36 147 рублей. Спасибо вам большое!

100 000 рублей нам предоставил наш замечательный партнёр — Узловский молочный комбинат.

50 000 рублей составил рекламный бюджет февраля, нам помогла «Онлайн Гимназия №1».

Наши затраты составили 525 590 рублей. Недостающую сумму восполнили основатели проекта и компания CityAir.

Результаты (февраль 2025)

- Четыре новых ролика по физике:

«Диэлектрик в электрическом поле»
«Всегда ли звук — это волна?»
«Электростатические двигатели»
«Что такое адиабатический инвариант?»

- Семь роликов на английском языке:

«How to find the distance to the Sun?»
«Fresnel lens»
«Parallax»
«Why can't stars be green?»
«Gas Laws»
«Stellar aberration»
«Work and energy: Galileo's slides»

Еще раз спасибо огромное всем, кто нас поддерживает. Это очень и очень ценно!

[Поддержите нас]

#physics
#физика

Мы начинаем наш ролик с опытов с двумя стоящими друг напротив друга горками одинаковой высоты, но разного профиля — более крутой и более пологой. Дадим шарику скатиться с одной горки, и он поднимается по другой примерно на такую же высоту. Мы измерили скорость, которую шарик набирает, скатившись вниз, и оказалось, что она не зависит от профиля горки.

Галилей доказал это с помощью мысленного эксперимента с идеальными горками без трения. В этом случае движение шарика обратимо: заставим его закатываться вверх с такой же скоростью, какую он набрал при спуске, и шарик поднимется на горку и остановится. Если существуют две горки одинаковой высоты, скатываясь с которых шарик приобретает разную скорость, поставим их друг напротив друга и будем запускать шарик с той горки, на которой он набирает большую скорость.

Поднявшись на вторую горку, шарик не израсходует весь запас скорости и сможет подняться ещё выше на дополнительную горку. Теперь он может скатиться на исходную горку, совершая при этом работу, а затем повторять такой цикл снова и снова. Получился вечный двигатель, производящий работу из ничего, а это невозможно. Значит, при скатывании со всех горок одинаковой высоты шарик должен приобретать одну и ту же скорость.

Пусть теперь одна из горок отвесная, тогда на любой другой горке шарик наберёт скорость, равную скорости тела, падающего с такой же высоты. Правда, здесь нужно сделать важную поправку: шарик должен скользить по горке, а не катиться, иначе часть исходной потенциальной энергии перейдёт в кинетическую энергию вращения, и скорость поступательного движения окажется меньше.

Мы измерили скорости скатившейся с горки тележки на маленьких колёсиках и упавшего с такой же высоты шарика, и оказалось, что эти скорости практически совпадают. Так что теория Галилея, основанная на мысленных экспериментах с идеальными объектами, прекрасно работает!

Остаётся добавить, что Галилео Галилей в своей книге «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых наук», изданной в 1638 году, рассматривал только наклонные плоскости, на которых движение шарика является равноускоренным, а обобщил его доказательство и придал ему окончательную форму Христиан Гюйгенс в своём трактате «Маятниковые часы», вышедшем в 1673 году.

Смотрите наш новый англоязычный ролик «Work and energy: Galileo's slides», возвращающий нас к истокам науки Нового времени, и не забывайте ставить лайки!

P.S. По этой ссылке можно найти русскоязычный выпуск «Горки Галилея» на различных платформах.

[Поддержите нас]

#закадром
#отзывы

Представляем вашему вниманию очередного героя нашей рубрики отзывы:

Дмитрий Ловейко. Продюсер анимационного проекта «Маша и Медведь», выпускник НГУ 1989 года.

«GetAClass — это отличная возможность оценить ваши остаточные знания после вашего высшего образования и пополнить их для того, чтобы не ударить в грязь лицом перед детьми и внуками! )) Рекомендую на досуге всем, кто не утратил интереса ко всему интересному ))»

#физика

Сегодня мы расскажем об адиабатических инвариантах — физических величинах, которые сохраняются с высокой степенью точности при достаточно медленных изменениях параметров системы, которая совершает почти периодические движения.

Запустим груз обычного нитяного маятника так, чтобы он вращался по окружности, и будем медленно уменьшать длину нити получившегося конического маятника с помощью электромотора. При этом увеличивается не только частота вращения, но и угол отклонения нити. При движении конического маятника момент импульса груза сохраняется, и радиус описываемой грузом окружности оказывается пропорционален корню четвёртой степени из его длины. Этот вывод подтверждается экспериментом, пока углы отклонения нити не становятся слишком большими.

Теперь запустим маятник в обычном режиме колебаний в одной плоскости, угловая частота при этом остаётся той же самой. Чтобы избавиться от влияния трения и силы сопротивления воздуха, мы промоделировали колебания маятника в программе «Живая физика», и с уменьшением длины подвеса амплитуда колебаний опять увеличивалась пропорционален корню четвёртой степени из длины.

Моделирование позволяет сделать то, что в натурном эксперименте реализовать весьма затруднительно, и мы посмотрели, как изменяются колебания пружинного маятника, если медленно увеличивать жёсткость пружины. Траектория маятника на фазовой плоскости представляет собой эллипс, и с ростом жёсткости диаметр эллипса по координате медленно уменьшается, а диаметр эллипса по скорости медленно увеличивается, при этом произведение диаметров, а значит и площадь эллипса, практически не меняется.

И вот оказывается, что для всех трёх маятников при медленном по сравнению с периодом колебаний изменении параметров площадь их фазовых портретов приближённо сохраняется — это и есть адиабатические инварианты этих систем.

Чтобы понять, как сюда попал из термодинамики термин «адиабатический», рассмотрим совсем простую систему: одномерный газ, состоящий из одной частицы, которая летает с постоянной по величине скоростью между двумя стенками и упруго отскакивает от них. Фазовым портретом такой частицы является прямоугольник. Если теперь медленно уменьшать расстояние между стенками с постоянной скоростью, форма прямоугольника на фазовой плоскости будет меняться, но его площадь останется прежней. При таком адиабатическом сжатии скорость частицы растёт обратно пропорционально расстоянию между стенками, а создаваемое ею давление — обратно пропорционально кубу этого расстояния.

У заряженной частицы, вращающейся в магнитном поле, тоже есть адиабатический инвариант, и это снова момент импульса. Параметром для ларморовский радиуса вращения частицы является величина магнитного поля, так же как для конического маятника — его длина.

А ещё надо заметить, что адиабатические инварианты вышли на передний план в квазиклассической квантовой теории, которую разрабатывал Нильс Бор. Но нельзя объять необъятного, так что все милые сердцу подробности вы сможете узнать, посмотрев наш новый ролик «Что такое адиабатический инвариант?». И не забывайте ставить лайки!

P.S. По этой ссылке можно найти данный выпуск на различных платформах.

[Поддержите нас]

#физика

Молнии, бьющие из грозовых облаков на землю, заряжают «земной конденсатор» и создают электрическое поле земли.

Скоро на наших платформах будет опубликован ролик «Атмосферное электричество».

А нашим подписчикам в Boosty мы предлагаем посмотреть этот выпуск прямо сейчас!

#физика

Адиабатический инвариант — это такая физическая величина, которая не меняется (а точнее сказать, меняется ничтожно мало) при плавном изменении параметров системы.

Скоро на наших платформах будет опубликован ролик «Что такое адиабатический инвариант?».

А нашим подписчикам в Boosty мы предлагаем посмотреть этот выпуск прямо сейчас!

[Поддержите нас]

#physics
#физика

Наш новый ролик посвящён звёздной аберрации, которую открыли в поисках совсем другого явления — звёздного параллакса. Обнаружение параллакса стало бы непосредственным доказательством вращения Земли вокруг Солнца, поэтому со времени выхода в 1543 году книги Николая Коперника «Об обращении небесных сфер» многие астрономы пытались его наблюдать, но тщетно — параллакс даже ближайших к Земле звёзд составляет меньше одной угловой секунды и недоступен невооружённому глазу.

С изобретением Галилеем телескопа попытки обнаружить параллакс возобновились, и с этой целью в 1728 году Джеймс Бредли наблюдал прохождение через меридиан звезды гамма Дракона с помощью зенитного телескопа, который был направлен вертикально вверх и мог немного отклоняться в направлении меридиана. Это отклонение от вертикали измерялось с помощью микрометрического винта с точностью до половины угловой секунды. Бредли обнаружил, что в течение года гамма Дракона смещается к северу и к югу с размахом в 40 угловых секунд, и понял, что это не параллакс!

Звезда смещалась по направлению движения Земли — противоположно тому, что должно было наблюдаться при параллаксе. Параллакс достигал бы наибольших значений во время солнцестояний в декабре и июне, а наблюдаемая аберрация, что в переводе с латыни означает уклонение, была максимальной в марте и сентябре.

Чтобы объяснить это явление, Бредли предположил, что постоянная скорость света, идущего от звезды, складывается со скоростью орбитального движения Земли, которая в течение года меняет своё направление. Представьте, что вы едете в поезде, а за окном идёт дождь. Хотя капли дождя падают вертикально, вы видите, как они наклонно скользят по стеклу: в системе отсчёта поезда скорость капель складывается из вертикальной скорости падения и горизонтальной скорости движения Земли относительно поезда, и чем больше скорость поезда, тем больше угол отклонения скорости капель от вертикали.

Именно под этим углом нужно наклонить вперёд по направлению движения поезда узкую трубу, чтобы капли дождя пролетали её насквозь. И точно так же приходится наклонять трубу телескопа по направлению движения Земли, чтобы в неё попали ньютоновские световые корпускулы, летящие от звезды. Через полгода Земля меняет направление своего движения, и телескоп нужно наклонять в противоположную сторону.

Это явление в отличие от параллакса не зависит от расстояния до звезды, и по данным Бредли получалось, что истинное направление на звёзды отличается от наблюдаемого на 20 угловых секунд, что в 10 300 раз меньше угла в 1 радиан. Поэтому скорость света во столько же раз больше скорости Земли, точного значения которой Бредли ещё не знал — радиус земной орбиты был измерен позднее. Зато он рассчитал, что это расстояние свет проходит за 8 минут 12 секунд, и ошибся всего на полтора процента.

Остаётся добавить, что параллакс гаммы Дракона составляет всего лишь 0,02 угловой секунды, и Бредли никак не мог его обнаружить, зато он получил другое неожиданное подтверждение вращения Земли вокруг Солнца.

Смотрите наш новый англоязычный ролик «Stellar aberration» и не забывайте ставить лайки!

P.S. По этой ссылке можно найти русскоязычную версию данного выпуска «Звёздная аберрация» на различных платформах.

[Поддержите нас]

#закадром

Собрали в одном месте ссылки на наши основные сайты и платформы, на которых мы публикуем видео:

- Основной сайт: [здесь]
- Дерево знаний / каталог роликов по физике (все еще в разработке): [здесь]
- Страница для частных доноров: [здесь]
- Страница для партнеров: [здесь]

- Канал на YouTube с роликами по физике: [здесь]
- Канал на YouTube с роликами по математике: [здесь]
- Канал на YouTube с интервью с исследователями и инженерами: [здесь]
- Канал на YouTube с роликами по физике и математике на английском языке: [здесь]

- Канал на RuTube с роликами по физике и математике: [здесь]
- Канал в VK Видео с роликами по физике и математике: [здесь]
- Канал на Дзене с роликами по физике и математике и с дополнительными материалами: [здесь]
- Канал в Boosty с роликами по физике и математике: [здесь]

- Вспомогательный Telegram канал с роликами по физике и математике: [здесь]

Пользуйтесь!

#закадром
#отзывы

Представляем вашему вниманию очередного героя нашей рубрики отзывы:

Владимир Евгеньевич Блинов. Доктор физико-математических наук, декан факультета физики НГУ.

«Фильмы GetAClass популяризируют занятие научной деятельностью, что, на мой взгляд, положительно влияет на выбор абитуриентами физических факультетов в вузах. Эксперименты, которые демонстрируются в фильмах, расширяют представление школьников о различных физических явлениях, дополняя знания и представления, которые они получают на уроках».

#physics
#физика

Состояние любого газа описывается тремя параметрами — объёмом, давлением и температурой. Зависимость двух величин при фиксированной третьей даёт три газовых закона, о которых и пойдёт сегодня речь.

Соединим шприц с датчиком давления и будем медленно сжимать воздух поршнем так, чтобы успевал произойти теплообмен с окружающей средой и температура воздуха оставалась постоянной. Давление воздуха при этом увеличивается обратно пропорционально его объёму. Эту зависимость получил ещё в 1662 году Роберт Бойль, а затем в 1676 году независимо переоткрыл Эдм Мариотт, указавший на важность постоянства температуры, поэтому закон носит двойное имя Бойля-Мариотта.

Его молекулярно-кинетическое объяснение впервые предложил Даниил Бернулли в 1738 году в своей книге «Гидродинамика». Говоря современным языком, давление газа пропорционально средней кинетической энергии молекул и их концентрации. При изотермическом сжатии энергия молекул не меняется, а концентрация увеличивается обратно пропорционально объёму, вот мы и получаем закон Бойля-Мариотта.

Чтобы найти зависимость давления воздуха от температуры при постоянном объёме, опустим плотно закрытый сосуд в ледяную воду и будем нагревать её почти до кипения, измеряя давление воздуха внутри сосуда. Экспериментальные точки хорошо ложатся на прямую, продолжение которой в область низких температур показывает, что давление воздуха упало бы до нуля примерно при –270°С.

С точки зрения молекулярно-кинетической теории всякое движение молекул при этой температуре должно прекратиться, и меньшей температуры быть не может. Если воспользоваться шкалой Кельвина и отсчитывать температуру от этого абсолютного нуля, который составляет по современным данным –273,15°С, то при постоянном объёме давление газа оказывается прямо пропорционально его температуре. Оно и понятно: в изохорном процессе концентрация молекул не меняется, а их средняя кинетическая энергия растёт пропорционально абсолютной температуре.

Впервые зависимость давления газа от температуры при постоянном объёме обнаружил Гийом Амонтон в 1702 году при постройке воздушного термометра. Затем в 1787 году её установил в своих экспериментах с несколькими газами Жак Шарль, но свою работу он не опубликовал. А в 1802 году Жозеф Луи Гей-Люссак использовал данные Шарля в своих «Исследованиях по расширению газов и паров» и указал на его приоритет в открытии этого закона.

В той же работе Гей-Люссак установил, что при постоянном давлении объём газа пропорционален его абсолютной температуре. И хотя англичанин Джон Дальтон опередил его на год, этот закон носит имя Гей-Люссака.

А о том, как мы попробовали пройти по следам этих исследователей и с какими трудностями при этом столкнулись, вы узнаете из нашего нового англоязычного ролика «Gas Laws». Смотрите и не забывайте ставить лайки!

P.S. По этой ссылке можно найти русскоязычную версию данного выпуска «Газовые законы» на различных платформах.

[Поддержите нас]

#закадром

Триптих «Андрей, Алексей, бутылка и насос». Не всё же длинные тексты здесь писать! Если хотите — будем чаще зарисовки фрагментов нашего творческого процесса публиковать.

#физика

Подвесим на нити лёгкий шарик из фольги между пластинами конденсатора и подадим на них напряжение в несколько киловольт. Прикоснёмся шариком к одной из пластин, и он начинает прыгать между пластинами — у нас получился простейший электростатический двигатель.

Когда шарик касается отрицательно заряженной пластины, он получает заряд того же знака и отталкивается от неё, притягивается к пластине, заряженной положительно, перезаряжается, и процесс повторяется снова и снова.

В другом электростатическом двигателе минус высоковольтного источника подключен к металлическому шару, а плюс — к игле, острый конец которой смотрит на шар. Коснёмся шара лёгкой гильзой из фольги со стороны, противоположной игле, гильза заряжается отрицательно и отталкивается от шара.

А теперь внесём гильзу в промежуток между шаром и иголкой, и гильза неожиданно притягивается к шару, касается его, затем отталкивается, снова притягивается, и эти колебания происходят раз за разом. Дело в том, что на конце иглы происходит коронный разряд, который создаёт поток положительно заряженных ионов — ионный ветер. Эти ионы сначала нейтрализуют отрицательный заряд гильзы, полученный от шара, а затем заряжают её положительно. Гильза притягивается к шару, перезаряжается, и далее процесс повторяется.

В следующем опыте закрепим на концах проволочной крестовины булавки, направленные по кругу в одну сторону. Чтобы уменьшить трение, установим крестовину на иглу и подадим через неё высокое напряжение с плюса источника. На булавках зажигается коронный разряд, создающий ионный ветер, и крестовина начинает вращаться всё быстрее и быстрее.

Здесь можно сказать, что булавки отталкиваются от созданных ими одноимённо заряженных облаков ионов, или использовать для объяснения закон сохранения импульса: улетающие ионы уносят с собою импульс, а вертушка получает импульс в противоположном направлении.

Такие конструкции были известны уже с середины XVIII века, а если установить вокруг вертушки кольцевой электрод и подать на него напряжение с минуса источника, получится двигатель, называемый колесом Франклина, хотя Бенджамин Франклин и не первый его изобрёл.

При напряжении 5 киловольт зажигается коронный разряд, и крестовина начинает вращаться, а на 20 киловольтах вертушка раскручивается до 7 оборотов в секунду, причём частота вращения растёт пропорционально разности текущего напряжения и напряжения зажигания разряда. А вот сила тока увеличивается пропорционально квадрату этой разности.

О том, почему так происходит, и о том, как работает ещё одна удивительная конструкция, вы узнаете из нашего нового ролика «Электростатические двигатели». И хотя эти своеобразные физические игрушки не имеют практического применения из-за слишком малой мощности, они по-детски радуют нас и заставляют задуматься. Смотрите и не забывайте ставить лайки!

P.S. По этой ссылке можно найти данный выпуск на различных платформах.

[Поддержите нас]

#физика

Электростатические двигатели работают за счёт отталкивания одноимённых и притяжения разноимённых электрических зарядов. Во многих конструкциях таких двигателей используется явление коронного разряда.

Скоро на наших платформах будет опубликован ролик «Электростатические двигатели». А нашим подписчикам в Boosty мы предлагаем посмотреть этот выпуск прямо сейчас.

[Поддержите нас]

#закадром

Всем привет! Решили еще раз выложить здесь некоторые публикации и интервью о нашем проекте, начиная с 2014 года (почти со времени основания) — просто, чтобы была возможность отслеживать эволюцию нашего понимания того, что мы делаем:

- 2014: «Проект GetAClass. Создание учебного видео»
- 2016: «Андрей Щетников. Физика на экране»
- 2019: «Андрей Щетников в программе Антона Веселова»
- 2024: «Физики из Академгородка создали приложение для школьников с обучающими видео»
- 2024: «Андрей Щетников. Свободный художник»

P.S. Если у вас есть какие-то еще ссылки на наши публикации в СМИ, интервью или даже просто фотографии с подобных мероприятий — скидывайте в комментариях! Будем архив делать.

#physics
#физика

Звёзды бывают разного цвета: голубые, белые, жёлтые, как наше родное Солнце, оранжевые, красные и даже коричневые. Цвет звезды зависит от температуры её поверхности, и с понижением температуры цвет меняется от голубого к красному, проходя все промежуточные цвета спектра. Все, кроме зелёного. Но почему же не бывает зелёных звёзд?

И тут надо сказать, что с точки зрения термодинамики излучения в первом приближении звезда — это абсолютно чёрное тело. Это звучит очень странно, но понятно, что любая звезда поглощает всё падающее на неё из космоса излучение и ничего не отражает обратно, а это и есть единственное требование к абсолютно чёрному телу.

При этом само оно может испускать свет, а значит иметь цвет, и вовсе не чёрный. Согласно закона Вина произведение температуры абсолютно чёрного тела на длину волны, соответствующую максимуму в спектре его излучения, есть величина постоянная. Поэтому холодные звезды излучают в основном в длинноволновой части спектра — красной и инфракрасной, а самые горячие звёзды — в синей и голубой.

А что происходит, когда максимум излучения звезды приходится на зелёный цвет? Оказывается, этому соответствует как раз температура поверхности Солнца, но ведь солнечный свет отнюдь не зелёный!

Дело в том, что спектр излучения Солнца достаточно широк и захватывает всю видимую область, включая синюю и красную. Поэтому в нашем глазу, приспособленному в ходе эволюции именно к этому спектру, возбуждаются сразу все колбочки, воспринимающие цвет, — и синий, и зелёный, и красный. В результате смешения всех цветов глаз видит такой свет как белый.

Вот так и получается, что множество абсолютно чёрных зелёных звёзд на небе, включая наше Солнце, мы видим белыми, и с этим ничего не поделаешь!

Смотрите наш новый англоязычный ролик «Why can't stars be green?», наслаждайтесь абсолютно точным языком термодинамики излучения и не забывайте ставить лайки!

P.S. Смотрите также русскоязычную версию данного выпуска «Почему не бывает зелёных звёзд?» на различных платформах.

[Поддержите нас]

#закадром
#отзывы

Представляем вашему вниманию очередного героя нашей рубрики отзывы:

Александр Пушной. Российский музыкант-мультиинструменталист, певец, теле- и радиоведущий, шоумен, видеоблогер, актёр телевидения, озвучивания и дубляжа, выпускник НГУ 1998 года.

«Мир интереснее, чем вам кажется!» говорил я в «Галилео». GetAClass — интереснее, чем многие обучающие проекты. Доступно, научно, интересно!».

#физика

Наш новый ролик посвящён подробному ответу на вопрос, которого мы лишь слегка коснулись ранее в ролике «Диаграмма направленности»: всегда ли звук — это волна? На первый взгляд, этот вопрос звучит странно, ведь все мы после школьного обучения твёрдо знаем, что звук — это именно волна.

Но давайте включим динамик на частоте 50 Гц, при этом длина звуковой волны составит около 7 метров, и в обычную комнату волна целиком не войдёт! А теперь накроем динамик коробкой с размерами 30х20х20 см. Высота звука, который мы слышим, конечно же, не изменилась, но в такую коробку может поместиться только малая часть длины волны. Может быть в этом случае возбуждается не бегущая, а стоячая волна?

Тогда между противоположными стенками коробки должна укладываться половина волны, полная длина волны составит 60 см, а частота — около 560 Гц, и это совсем другой звук!

Поэтому периодические колебания мембраны динамика являются источником звука, который не является волной: мембрана движется то в одну, то в другую сторону и создаёт вихревые потоки воздуха, за счёт которых давление у стенок коробки то повышается, то понижается. Когда мембрана идёт вперёд, давление воздуха перед ней увеличивается, а позади — уменьшается, поэтому колебания с разных сторон динамика происходят в противофазе. И мы убедились в этом на опыте, записав звук у противоположных стенок коробки на два микрофона.

Таким образом, в ближней зоне на расстояниях меньше или порядка длины волны от источника звука более адекватным для описания звуковых колебаний является язык аэродинамики, а о волновом движении можно говорить на больших расстояниях. И мы уже встречались с похожей ситуацией в ролике «Парадокс электромагнитной волны», когда размеры антенны малы по сравнению с длиной волны: в ближней зоне электрическое и магнитное поля сдвинуты по фазе почти на четверть периода, а в дальней зоне, где сформировалась электромагнитная волна, поля изменяются синфазно.

Смотрите наш новый ролик «Всегда ли звук — это волна?», разбирайтесь вместе с нами с парадоксами теории волн и не забывайте ставить лайки!

P.S. По этой ссылке можно найти данный выпуск на различных платформах.

[Поддержите нас]

#физика

Если размеры источника звука много меньше длины волны, то вблизи от этого источника, на расстояниях заметно меньших этой длины, говорить о том, что звук — это волна будет не совсем корректно.

Скорее, здесь надо будет говорить о воздушных потоках, создаваемых источником, и переменное звуковое давление будет создаваться этими переменными потоками.

Скоро на наших платформах будет опубликован ролик «Всегда ли звук — это волна?».

А нашим подписчикам в Boosty мы предлагаем посмотреть этот выпуск прямо сейчас!

[Поддержите нас]

#physics
#физика

Сегодня мы расскажем, как астрономам удалось измерить расстояние до ближайших звёзд, используя параллакс.

Вы наверняка встречались с этим явлением в повседневной жизни, и проще всего наблюдать его так: возьмите карандаш и держите его в руке перед глазами на фоне достаточно удалённых предметов. Когда вы смотрите поочерёдно только одним, а затем только другим глазом, положение карандаша относительно фона меняется — это и есть параллакс, что в переводе с греческого и означает «перемена». Происходит это потому, что лучи зрения от глаз, направленные на карандаш, идут под некоторым углом друг к другу и попадают на разные предметы удалённого фона.

С помощью параллакса астрономы в XVIII веке смогли достаточно точно измерить расстояние от Земли до Солнца, которое принято называть астрономической единицей. Вместо карандаша они смотрели на Венеру, которая проходила на фоне солнечного диска, а «глазами» служили наблюдательные пункты, разнесенные на тысячи километров по широте.

Зная расстояние до Солнца, можно было попробовать измерить и расстояние до ближайших звёзд. Когда Земля движется вокруг Солнца, за счёт параллакса такие звезды описывают эллипсы на фоне очень удалённых звёзд. Полное угловое смещение наблюдается с противоположных концов диаметра земной орбиты, а параллаксом звезды астрономы называют половину этого угла. Звезда является вершиной чрезвычайно вытянутого прямоугольного треугольника, а радиус земной орбиты — его противолежащим катетом, и для таких малых углов можно считать, что расстояние до звезды в астрономических единицах равно её обратному параллаксу, выраженному в радианах.

И вот в 1838 году три астронома независимо друг от друга смогли измерить параллаксы трёх разных звёзд: Василий Яковлевич Струве получил значение около 1/8 угловой секунды для Веги, Фридрих Бессель — около 1/3 угловой секунды для 61-й созвездия Лебедя, и Томас Хендерсен — чуть больше 1 угловой секунды для альфы Центавра. Чтобы представить, насколько это малые углы, достаточно сказать, что монетка радиусом 1 см видна под углом, равным 1 угловой секунде, с расстояния примерно в 206 000 её радиусов, то есть с 2 километров!

Расстояние, с которого радиус земной орбиты виден под углом в 1 угловую секунду, астрономы используют в качестве удобной единицы измерения огромных межзвёздных расстояний и называют параллакс-секундой, сокращённо парсек. Парсек в 206 000 раз больше астрономической единицы и составляет около 31 квадриллиона километров или 3,26 светового года. Примерно столько придётся пролететь путешественникам до ближайшей к Солнцу звезды — альфы Центавра!

А подробнее о параллаксе и удивительных астрономических исследованиях вы узнаете из нашего нового англоязычного ролика «Parallax». Смотрите и не забывайте ставить лайки!

P.S. А вот по этой ссылке можно найти русскоязычную версию выпуска «Как измерили расстояние до ближайших звёзд?» на различных платформах.

[Поддержите нас]

#рекомендуем

На днях мы встречались с Сергеем Бражником.

Сергей был первым директором проекта GetAClass и руководил разработкой платформы, обеспечивающей удобное взаимодействие «учитель - ученик». А еще он придумал название GetAClass.

Позже Сергей продолжительное время работал в Яндексе. Руководил новосибирским офисом разработки и создавал инструменты машинного обучения, продолжая заниматься образованием.

Сейчас Сергей занимается развитием проекта Зерокодер, в котором обучают зерокодингу, работе с нейросетями и программированию. И, если вы хотите во всем этом прокачаться, то рекомендуем изучить сайт zercoder.ru и вступить в сообщество зерокодеров — @zerocoders.

#реклама

Школьное онлайн-образование с 5-11 класс

Онлайн гимназия №1 приглашает новых учеников.

Ребенок устал от перегрузок в школе? Беспокоят стрессы, отсутствие свободного времени и долгая дорога до школы? Онлайн гимназия №1 — это полноценная замена офлайн-школы.

У Гимназии есть лицензия, аккредитация, обучение проходит по ФГОС, ученикам выдают аттестаты гособразца. Уроки проходят по расписанию в живом формате с учителем. У каждого класса есть куратор. Учителя имеют педагогическое образование и работают из офиса. ИЗО, музыка, технология, физ-ра — изучаются заочно, это экономит время.

Попробуйте удобный и современный формат обучения. Получите скидку 10% на три месяца обучения, оставьте заявку для консультации.

Telegram-канал Онлайн гимназии №1.

Рекламодатель: ЧОУ «ОНЛАЙН ГИМНАЗИЯ № 1» ИНН: 7726440276 ERID: 2VtzqwntP64

#physics
#физика

Когда в обычной плоско-выпуклой линзе пучок параллельных световых лучей преломляется на плоской поверхности, все лучи отклоняются одинаково и снова образуют параллельный пучок. Лучи собираются в фокусе только за счёт преломления на искривлённой поверхности, поэтому большая часть стекла, из которого изготовлена линза, попросту не нужна.

Тогда можно разрезать линзу на концентрические кольца и удалить лишнее стекло, оставив в итоге только кольцевые призмы подходящего профиля. Такая оптическая система не только во много раз легче обычной линзы большого диаметра, но и гораздо меньше поглощает свет.

Впервые эта мысль была высказана ещё в 1748 году знаменитым французским натуралистом Бюффоном, но он предлагал цельную двояковыпуклую конструкцию, слишком сложную в изготовлении.

И вот в 1819 году другой французский учёный и инженер Огюстен Френель, позднее прославившийся своими работами по обоснованию волновой оптики, независимо пришёл к той же идее. Как член «Комиссии по маякам» он рассматривал возможности улучшения освещения маяков и предложил заменить отражатели прожекторов, поглощавшие почти половину света, на сборную конструкцию из нескольких многоугольных плоско-выпуклых призм. Позднее вместо многоугольных призм научились изготавливать кольцевые, и такую оптическую систему назвали в честь её изобретателя линзой Френеля.

А в наши дни можно сделать оттиск линзы Френеля с очень тонкими кольцами на листе прозрачного пластика, и в результате получается плоская компактная лупа. В нашем новом ролике мы разбираемся с оптическими свойствами именно такой лупы и испытываем её в качестве объектива телескопа.

Смотрите наш новый англоязычный ролик «Fresnel lens» и не забывайте ставить лайки!

P.S. По этой ссылке можно найти русскоязычный выпуск «Линза Френеля» на различных платформах.

[Поддержите нас]

#закадром
#отзывы

Продолжаем рубрику отзывов о GetAClass.

Александр Бондарь, академик РАН, физик-экспериментатор, выпускник НГУ 1977 года.

«Хочу высказать свое мнение о серии короткометражных фильмов проекта GetAClass, посвященных опытам по физике. Самое важное, что занимательный рассказ о физических явлениях, окружающих каждого из нас, способен проявить глубокий интерес к физике и к науке в целом у молодого поколения исследователей, продемонстрировать глубокое научное содержание в обыденных вещах. Как я понимаю, авторы используют опыт Турниров юных физиков в своей работе. Ведущие проекта входят в жюри турниров и снимают фильмы с решением задач, которые игрались в разные годы. Эта работа способствует популяризации Турниров юных физиков, привлечению новых участников, как детей, так и учителей.

На мой взгляд, особенно ценно, что фильмы GetAClass не рассчитывают удивить зрителя визуальными эффектами, а нацелены на глубокое научное осмысление физики явлений и математического их описания, что и привлекает зрителей, которым нравится творческий подход к решению задач самого разного уровня. Серьезный, глубокий и очень полезный проект».

#закадром

В Новосибирске завершился Сибирский Турнир Юных Физиков (ТЮФ). Поздравляем победителей и участников!

GetAClass в некотором смысле возник благодаря этому турниру — вернее, благодаря работе по возрождению движения ТЮФ в новосибирском Академгородке, в которую оказались вовлечены и Андрей с Алексеем и еще несколько человек из нашей команды.

Много кто чего хорошего написал по следам только что завершившегося турнира, вот, например, Андрей такую мысль сформулировал:

«Когда судишь физические бои, оцениваешь доклады и дискуссии, чётко видишь — среди участников турнира есть те, кто обладает «исследовательским инстинктом», кому по-настоящему интересно искать и самостоятельно узнавать что-то новое, кто получает от этого настоящий кайф. Это качество есть далеко не у всех, это особый человеческий тип, все такими и не должны быть, это будет вредно для популяции, как говорят этологи. Но наличие таких «особей» популяцию и продвигает вперёд, и очень украшает. И с ними надо специально работать, ориентировать их на те особые подходы и способы работы, которые для всех остальных может быть и недостижимы. В этом, среди прочего, и состоит особый смысл турнира».

#физика

Наш новый ролик посвящён поведению диэлектриков во внешнем электрическом поле.

Молекулы диэлектрика представляют собой полярные молекулы — крошечные диполи, которые под действием поля разворачиваются вдоль его силовых линий. Это приводит к тому, что диэлектрик поляризуется в целом и тоже стремится ориентироваться по полю. Подвесим на нити пластмассовую пуговицу между обкладками заряженного конденсатора, включим напряжение в несколько киловольт, и пуговица разворачивается своей плоскостью вдоль силовых линий однородного поля.

Проведём ещё один опыт: погрузим пластины конденсатора в масло, подадим на них высокое напряжение, и масло поднимается в зазоре между пластинами, так что его уровень оказывается выше, чем снаружи. Этот эффект создаётся из-за неоднородности электрического поля на краю конденсатора. А ещё в этом опыте происходит нечто похожее на удивительное явление, о котором мы сняли ролик «Электрический водяной мостик».

Если между обкладками заряженного конденсатора поместить диэлектрическую пластину, диэлектрик поляризуется, и за счёт этого поле внутри него уменьшается. Коэффициент ослабления напряжённости электрического поля называется диэлектрической проницаемостью вещества. Если поле между обкладками уменьшилось, то во столько же раз уменьшилась и разность потенциалов между ними, при этом заряд остался прежним. Это означает, что внесение диэлектрика увеличивает ёмкость конденсатора.

И здесь снова возникают интересные вопросы, которые мы начали обсуждать в ролике «Энергия конденсатора». Подадим на конденсатор постоянное напряжение U и вставим между его обкладками диэлектрическую пластину. Ёмкость конденсатора С увеличится, значит, увеличится и его энергия W = CU²/2, и это происходит за счёт работы источника питания. А теперь отключим конденсатор от источника и вынем диэлектрическую пластину. Что же произошло с энергией?

Заряд пластин q в этом случае сохраняется, и энергию надо рассчитывать по формуле W = q²/2C. Ёмкость конденсатора уменьшилась, значит, энергия увеличилась. Но за счёт чего?

Смотрите наш ролик «Диэлектрик в электрическом поле», радуйтесь новым физическим вопросам и не забывайте ставить лайки!

P.S. По этой ссылке можно найти данный выпуск на различных платформах.

[Поддержите нас]

#закадром
#перекличка

Дорогие наши подписчики!

Мы уже несколько раз проводили «перекличку» для того, чтобы познакомиться и понять, как эволюционирует наш состав: апрель 2023 / декабрь 2023 / август 2024.

Пришла пора еще раз это сделать!

В соответствии с вашими комментариями / замечаниями мы немного поменяли форму основного опроса и добавили вспомогательный опрос про возраст )).

Выберете, пожалуйста, все подходящие ответы в анонимном опросе из следующего поста. И один ответ в анонимном опросе в посте после следующего.

Спасибо! Нам это поможет лучше сориентироваться и делать здесь больше полезного для вас!

#физика

Поляризация диэлектрика во внешнем электрическом поле приводит к появлению действующих на этот диэлектрик сил и к ослаблению поля внутри диэлектрика.

Скоро на наших платформах будет опубликован ролик «Диэлектрик в электрическом поле». А нашим подписчикам в Boosty мы предлагаем посмотреть этот выпуск прямо сейчас!

[Поддержите нас]

#physics
#физика

Наш новый ролик посвящён тому, как люди узнали, насколько далеко от нашей планеты находится Солнце. Первым такую попытку предпринял Аристарх Самосский, который ещё в III веке до нашей эры смог измерить расстояние от Земли до Луны.

Он рассуждал так: когда Луна находится в первой четверти, и мы видим ровно половину её диска, Земля, Луна и Солнце образуют вытянутый прямоугольный треугольник, так что угол между направлениями на Луну и на Солнце близок к прямому. Измерив, насколько этот угол меньше 90°, и тем самым найдя малый угол, под которым виден с Солнца радиус орбиты Луны, можно рассчитать расстояние до Солнца. Но вот беда — сегодня мы знаем, что этот угол составляет всего 1/6 градуса, и Аристарх своими методами не мог его измерить с такой точностью, так что в итоге он получил расстояние в 20 раз меньше истинного.

С другой стороны, астрономам был известен угловой размер Солнца — примерно половина градуса, и отсюда следует, что расстояние до него больше солнечного диаметра примерно в 114 раз. Но как же измерить диаметр Солнца? Астрономы использовали для этого прохождение Венеры по диску Солнца, своеобразное "затмение", когда Венера оказывается точно между Землёй и Солнцем. Венера в 4 раза больше Луны, но находится гораздо дальше от Земли, чем Луна, поэтому тёмный диск Венеры выглядит примерно в 30 раз меньше солнечного и движется на его фоне.

Первым это весьма редкое астрономическое явление предсказал на основе своих расчётов Иоганн Кеплер в 1631 году, но пропустил прохождение 1639 года. Зато следующее предсказанное им прохождение в 1761 году, спустя больше ста лет, наблюдали из 40 пунктов в разных местах земного шара, а в 1769 году было организовано уже больше 100 экспедиций учёных из разных стран.

Для измерения диаметра Солнца астрономы использовали явление параллакса, благодаря которому прохождение Венеры для разнесённых по широте пунктов наблюдения выглядит по-разному.

А подробнее о плане измерений и о роли в нём параллакса вы узнаете из нашего нового англоязычного ролика «How to find the distance to the Sun?». Удивляйтесь вместе с нами изобретательности человеческого разума, измерившего огромные космические расстояния, не покидая Землю, и не забывайте ставить лайки!

P.S. По этой ссылке можно найти русскоязычный выпуск «Как измерили расстояние до Солнца?» на различных платформах.

[Поддержите нас]

#закадром
#отчет

Публикуем новый отчёт о полученных донатах и проделанной работе.

Бюджет (январь 2025)

В январе регулярными платежами и разовыми донатами мы получили 87 500 рублей. Спасибо вам большое!

Ещё 100 000 рублей мы получили от нашего партнёра — «Онлайн Гимназия №1».

Наши затраты в январе составили 522 000 рублей. Недостающую сумму восполнили основатели проекта и компания CityAir.

Результаты (январь 2025)

- Два новых ролика по математике:

«Ожерелье из пятиугольников»
«Орнамент из пятиугольников и его тайны»

- Шесть новых роликов по физике:

«Загадки правого и левого»
«Возможно ли равновесие в электростатических полях?»
«Разоблачение безопорного движения»
«Звук против пламени»
«Энергия конденсатора»
«Тенсёгрити»

- Пять роликов на английском языке:

«Tapering pipe paradox»
«Power transformer paradox»
«How did Eratosthenes measure the diameter of the Earth?»
«How was the distance to the Moon measured»
«Tensegrity»

Еще раз спасибо огромное всем, кто нас поддерживает. Это очень и очень ценно!

[Поддержите нас]

#закадром
#отзывы

Нашу новую рубрику сегодня открывает Михаил Петрович Федорук. Ректор НГУ, д.ф.-м.н., профессор, академик РАН, выпускник НГУ 1982 года.

«Знание физики и умение размышлять закладывают основу критического и системного мышления, поэтому все популяризаторские проекты в этой области очень важны. GetAClass вносит большой вклад, разбирая в своих фильмах разные задачи из области физики и инженерии. Полезный и интересный проект. Особенно приятно, что создают его выпускники нашего университета».

#физика
#physics

Представьте себе какой-нибудь жёсткий каркас, например, модель многогранника, собранную из стержней. Некоторые из этих стержней сжаты, а другие растянуты. Если стержень работает только на растяжение, его безо всякого ущерба для устойчивости можно заменить на верёвку или резинку.

И вот оказывается, что удалось создать такие конструкции, в которых большинство стержней заменены на верёвки, а оставшиеся стержни не касаются друг друга и как бы висят в пространстве. Это — идеал искусства tension integrity, сокращённо tensegrity.

Один из простых примеров тенсёгрити получается, если в треугольной призме с тремя внутренними скрещивающимися диагоналями заменить все рёбра верёвками, а по диагоналям оставить жёсткие стержни. Правильный икосаэдр тоже может держаться только на сжатых внутренних стержнях-диагоналях, и собрать его уже весьма непросто. Удивительно, но икосаэдр становится даже более устойчивым, если убрать теперь часть его рёбер.

Среди тех, кто продвигал идею использования тенсёгрити, наиболее известен американский архитектор и инженер Ричард Бакминстер Фуллер (1895–1983), в честь которого были названы молекулы семейства фуллеренов, напоминающие любимые конструкции Фуллера — геодезические купола.

Самый распространённый бакминстерфуллерен С₆₀ напоминает футбольный мяч и состоит из 60 атомов углерода, которые находятся в вершинах полуправильного многогранника, грани которого представляют собой правильные пятиугольники и шестиугольники.

Смотрите наш новый ролик «Тенсёгрити», радуйтесь неожиданным инженерным воплощениям чистой геометрии и не забывайте ставить лайки!

P.S. Кстати, одновременно с этим выпуском у нас вышла его англоязычная версия «Tensegrity».

P.P.S. По этой ссылке можно найти ролик на других платформах.

[Поддержите нас]

#физика

Tensegrity — это сокращение от tensional intergity. Так называются конструкции, в которых все стержни работают на сжатие, а вся работа на растяжение приходится на тросы. В результате все стержни висят на тросах, однако конструкция остаётся жёсткой.

Скоро на наших платформах будет опубликован ролик «Тенсегрити». А нашим подписчикам в Boosty мы предлагаем посмотреть этот выпуск прямо сейчас!

[Поддержите нас]

#закадром

Приятная новость! Статья Андрея Щетникова «Geometric patterns of the Konya Sultanate» опубликована в журнале ΣΧΟΛΗ 19.1 (2025) 551-595.

Андрей готовил её больше года, посетил за две поездки в Турцию шесть городов с памятниками архитектуры 13 века, нарисовал почти три сотни орнаментов, классифицировал их по группам симметрии и гомологическим рядам.

Надеемся, что статья будет интересна как специалистам в области исламских геометрических орнаментов, так и любителям геометрии и декоративного искусства.

Прочитать статью и посмотреть рисунки можно здесь.

P.S. Отражения всей этой работы можно увидеть и на нашем канале по математике вот в этом листе.

#physics
#физика

Мы продолжаем серию роликов по астрономии и расскажем сегодня, как древние греки смогли измерить расстояние до Луны. Это кажется совершенно невероятным, и тем не менее Аристарх Самосский сделал это ещё в III веке до нашей эры, используя результаты астрономических наблюдений. А ещё дошедшие до нас письменные свидетельства сообщают, что он первым предложил гелиоцентрическую систему мира — за 1700 лет до Николая Коперника.

Аристарх измерил угловой размер Луны и выяснил, что он составляет около половины градуса и практически совпадает с угловым размером Солнца. И здесь возникает главная трудность: держа маленькую монетку на вытянутой руке, можно закрыть ею высокое дерево, расположенное далеко от нас, — мы видим их под равными углами.

Так что, зная угловой размер Луны, мы можем сказать только то, что расстояние до Луны больше её диаметра примерно в 114 раз, и теперь нужно каким-то образом измерить диаметр Луны, сравнив его с известным земным расстоянием. Это становится возможным во время лунных затмений, когда мы видим, как край круглой тени Земли движется по поверхности Луны. Если суметь дорисовать полную земную тень, то окажется, что её диаметр примерно в 2,5 раза больше диаметра Луны. Тот же результат можно получить и другим способом, сравнивая времена фаз частичного и полного затмения.

Здесь возникает новая трудность: тень, отбрасываемая Землёй в потоке солнечных лучей, представляет собой вытянутый конус с углом при вершине в те самые полградуса — угловой размер Солнца, так что на орбите Луны размер тени становится меньше диаметра Земли. Но на сколько именно?

И тут астрономам удивительно повезло: при солнечных затмениях тень от Луны сходится на поверхности Земли практически в точку, то есть уменьшается на диаметр Луны. Значит, и тень Земли на орбите Луны уменьшается ровно на столько же, поэтому Луна в 3,5 раза меньше Земли. Умножаем на 114 и получаем, что расстояние до Луны составляет около 30 земных диаметров. А диаметр Земли был к тому времени известен из измерений Эратосфена Киренского.

Вот так Аристарх Самосский совершил настоящий научный подвиг, а мы воспроизвели ход его рассуждений и измерили угловой размер Луны. Здесь тоже есть свои тонкости, о которых вы узнаете из нашего нового англоязычного ролика «How was the distance to the Moon measured».

Приятного вам просмотра и не забывайте ставить лайки!

P.S. По этой ссылке можно найти оригинальный выпуск «Аристарх Самосский и расстояние до Луны» на различных платформах.

P.P.S. А ещё для тех, кто читает наши длинные тексты до конца, по секрету сообщим, что сегодня день рождения отмечает Андрей Щетников. Пишите ваши поздравления в комментариях!

[Поддержите нас]