AlexAlpha | ФизМат для всех

2/2 Второй экспериментальный факт - в невесомости при вращении чая пузырьки собираются в центре. Это уже в чистом виде объясняется центробежной силой. Поскольку она зависит от массы, то на тяжелую воду действует большая сила, чем на легкие пузырьки. Поэтому вода выходит на внешний радиус, заталкивая пузырьки внутрь. Замечу, что если мы попытаемся применить эту логику в чаинкам, то проиграем, ведь в таком случае тяжелые чаинки вытолкнулись бы наружу. В общем, вроде бы обычный чай - а такой интересный!

1/2 Есть две очень похожие демонстрации, но с принципиально разными физическими причинами. Первый экспериментальный факт - чаинки в чае при размешивании собираются в центре. Объяснение такое. В верхних слоях вода вращается свободно и быстро. У самого дна из-за трения о стекло вращение сильно замедляется. Быстрое вращение сверху создает центробежную силу, которая гонит воду к краям - поэтому у стенок вода поднимается (образуется бортик), в центре опускается. У дна же вращение медленное, сила маленькая. Водяной бортик у края чашки начинает выдавливать воду у дна обратно в центр, что и гонит чаинки в центр.

Простая демонстрашка околонулевого сопротивления, которую самостоятельно может повторить каждый за 5 минут. Итак, понадобятся: воздушный шарик, тонкая трубка, старый компакт-диск и клей/изолента. Крепим шарик к трубке, трубку к компакт диску так, чтобы она стояла вертикально. Полезно к диску предварительно закрепить какое-нибудь горлышко, чтобы трубку удобно было втыкать-вытыкать. Суть: если надуть шарик и воткнуть трубочку в горлышко, то вся конструкция будет самостоятельно перемещаться по гладкому полу! Объяснение очень простое. После надувания и втыкания воздух из шарика устремляется вниз, проходит через отверстие компакт-диска и пытается вырваться наружу. Поскольку воздух заперт между двумя гладкими поверхностями (пол и диск), то он пытается выйти одновременно везде и создает тонкую воздушную подушку. Из-за того, что диск больше не касается пола напрямую, трение перестает на него действовать, из-за чего малейшее дуновение или наклон конструкции приводят к движению. Вязкое трение воздуха не способно его остановить. Пока воздух в трубке не кончится, вся система будет перемещаться. P.S. Аналогичным образом работают ховеркрафты - судна, в дне которых установлены вентиляторы, которые приподнимают конструкцию над любой поверхностью, позволяя перемещаться без трения, игнорируя бездорожье.

В эфире демонстрация широко известной трехцветной модели RGB (Red Green Blue) и смешения цветов заодно. Напомню, что каждый свет от Солнца или лампы накаливания содержат все длины волн видимого диапазона (от 380 до 780 нм). Если мы хотим получить определенный цвет, то с помощью фильтра вырезаем определенный спектр: 1. Красный (620 - 750 нм пропускается, остальное поглощается) 2. Зеленый (500 - 570 нм) 3. Синий (450 - 495 нм) Именно эти цвета выбраны не случайно. Внутри человеческого глаза есть палочки и колбочки. Колбочки, грубо говоря, отвечают за восприятие цвета. И, ожидаемо, есть три колбочки - каждая под свой цвет: L-колбочки для красного, M-колбочки для зеленого и S-колбочки для синего. Так и получается RGB. Закономерно, если мы наложим один цвет на другой, то глаз не сможет воспринять это как два отдельных цвета - он воспримет это как новый цвет, поскольку будут задействованы одновременно разные колбочки. Если мы смешаем все цвета, то все колбочки включатся разом и мозг воспримет это как белый цвет. Точно так же работают пиксели или, например, цветной кинескоп - в одной точке одновременно зажигаются красный, зеленый и синий. Из-за маленьких размеров мозг не может воспринять это как отдельные точки и воспринимает в целом как белую точку. Во всяких LCD или OLED пиксели еще меньше, но принцип такой же.

Изредка на закате можно увидеть крайне удивительное явление - зеленый луч. Напомню, что мы видим Солнце желтым потому, что атмосфера рассеивает излучение, причем фиолетовый, синий и голубой рассеивает сильно (поэтому небо синее), а желтый и красный слабо (поэтому этот цвет и остается). В зените солнечный свет проходит через меньшую толщину, поэтому выглядит желтый, а вот на закате свет проходит через максимальную толщину и даже желтый свет рассеивается - остается только красный. Однако также в игру вступает преломление, т.е. изменение траектории распространения луча в среде (как 'сломанная' ложка в стакане). Красный свет преломляется слабее всего, зеленый и синий - сильнее всего. Получается, что солнце 'распадается' на много дисков, каждый из которых имеет свой свет и чуть смещен относительно соседа. И поскольку синий и голубой рассеиваются, то на закате мы можем увидеть каемочку зеленого 'диска', который не смог полностью рассеяться. Конечно, для такого зеленого луча нужна чистая атмосфера - туманы и пыль могут не позволить его наблюдать. P.S. Долго вспоминал фильмы, где это явление упоминалось - вспомнил только Пиратов Карибского моря. зеленый луч на закате знаменует момент, когда одна из душ возвращается из тайников загробного мира обратно в мир живых

Великолепная демонстрация эндотермической реакции, то есть, реакции с поглощением тепла из окружающей среды. Итак, в опыте смешиваются два кристаллических белых порошка - гидроксид бария и хлорид аммония. Между ними происходит химическое взаимодействие, результатом которого является хлорид бария в твердом виде, воды в жидком и аммиак в газообразном. Поскольку атомы и молекулы в твердых веществах имеют маленькую энергию, а в жидкости и газе большую, то для подобного преобразования требуется огромное количество энергии - оно и поглощается из окружающей среды. Это приводит к тому, что стеклянная колба примораживается к чуть смоченной деревяшке! Чудеса да и только.

В эфире магия и чародейство - левитирующая отвертка! Итак, оказывается, если из шланга дует хорошая струя воздуха, а мы обладаем некоторыми умениями и ловкостями, то вполне можно заставить отвертку парить! Работает это довольно просто. В основе лежит уравнение Бернулли. Напомню, что согласно этому уравнению чем быстрее скорость потока, тем меньше в нем давление, следовательно, прямо перед трубкой создается область пониженного давления. Когда отвертка попадает в струю, воздух огибает ее круглую рукоятку. Внутри струи пониженное давление. Снаружи струи находится обычный неподвижный воздух с высоким атмосферным давлением. Если отвертка пытается вывалиться из потока, внешнее высокое давление мгновенно заталкивает ее обратно в центр струи. Это создает устойчивую аэродинамическую ловушку. Стоит заметить также, что струю направляют под некоторым углом. В этом случае тянущая вниз сила тяжести идеально уравновешивается подъемной силой воздушного потока. В общем, если у вас возникала проблема с подвешиванием отвертки в воздухе, то больше у вас нет проблем. Не благодарите.

Сегодня в демонстрации зажжем! С огоньком демонстрация, так сказать! Суть: милая девушка берет из чаши немножко пены и поджигает руку. Рука горит, девушку все устраивает. Причина проста - мыльная пена наполняется не воздухом, а бутаном из баллончика для зажигалок, например. Руке не больно по двум причинам. Во-первых, вода обладает высокой теплоемкостью - требуется много времени и энергии, чтобы ее нагреть, и еще больше, чтобы испарить. Энергия горящего бутана в первую очередь идет в воду и к тому же выделяется молниеносно - с водой и тем более рукой особо ничего не успевает произойти. Во-вторых, бутан разогревает воздух и горячий воздух с пламенем устремляются вверх. Так что основная доля нагрева вовсе не идет к руке. P.S. У меня в голове возникает много шуток. Выдам одну, а вы меня не осуждайте, пожалуйста. -Мисс, как часто вы показывали этот опыт? -О, раньше я была белой!

2/2 Разгадка на самом деле довольно проста - морда дракончика вогнута. Далее роль играют несколько интересных факторов. 1. Во-первых, не стоит отметать особенности нашего мозга. Наш мозг видел тысячи лиц и морд и запомнил, что любая морда должна быть выпуклой. Поэтому вогнутая морда намертво сбивает мозг с толку. 2. Во-вторых, динамический параллакс. Когда мы проходим мимо крокодила, то кончик носа находится к нам ближе, чем глаз, например, из-за этого мы понимаем, что объект неподвижен и что это мы движемся рядом с ним. В случае дракончика ситуация меняется наоборот - глаза дракончика в глубине и движутся медленнее, а края дракончика находятся ближе к нам и движутся быстрее. Но мозг-то думает, что все наоборот! Поэтому такое аномальное движение мозг интерпретирует как поворот головы дракона нам вслед. P.S. Если бы Леонардо да Винчи хотел бы сделать Мону Лизу следящей за нами, то он сделал бы ее вогнутой...

1/2 Сегодняшняя демонстрация может проникнуть в ваши сны и сделать их кошмаром. Я предупредил. Дракон Гарднера - крайне интересная оптическая иллюзия. Представляет собой обычно бумажного дракончика, который имеет неприятное свойство - как бы мы не пытались повернуться от дракона, то все время остается ощущение, что он смотрит прямо на нас, прямо в душу.

Довольно забавная демонстрация работы спектрального фильтра. Напомню, что белый свет является суммой всех цветов - Красный Оранжевый Желтый Зеленый Голубой Синий Фиолетовый (по порядку). Если тело кажется нам белым, значит, оно отражает все эти цвета. Если же тело кажется нам, например, зеленым, значит, оно отражает зеленый цвет, а все остальные поглощает. В эфире красным лазерным лучом светят в желе двух цветов - красного и синего. В красном желе луч проходит совершенно свободно. В синем же мы видим, что луч практически полностью поглотился - свет не виден внутри желе и очень слабо виден на стене. Так происходит потому, что в красном желе луч попадает в родную красную среду и практически не поглощается. В синем же красителе молекулы радостно поглощают красные фотоны и отражают синие, но поскольку в лазере синего света не было, то света и не видно.

В эфире интересное действо - в горящую стальную вату вливают жидкий кислород! Но давайте по порядку. 1. Стальная вата горит - это ли не чудо? Ведь обычный стальной гвоздь можно нагревать сколько угодно - гореть он от этого не будет. Суть ваты в том, что она состоит из тончайших нитей. Это, во-первых, означает огромную площадь поверхности для взаимодействия с кислородом в воздухе. А, во-вторых, при нагреве от пламени зажигалки стальные нити не могут эффективно отвести тепло, из-за чего они легко нагреваются до температуры воспламенения, что с обычным гвоздем провернуть посложнее. Короче, сталь горит! 2. Когда в пламя заливают кислород (при температуре -183 С), то он мгновенно закипает и испаряется. Вокруг горящих стальных нитей газ практически на 100% состоит из кислорода, в то время как в воздухе его всего 21% - такое увеличение приводит к увеличению скорости реакции горения в разы. Кроме того, при обычном горении забирается кислород из воздуха, а вместо него остаются азот и углекислый газ, которые мешают прохождению нового кислорода. Здесь же металл практически плавает в кислородной луже, из-за чего реакция горения протекает очень бурно, практически как взрыв. Стальная вата превращается в жидкий кипящий металл, который благодаря поверхностному натяжению собирается в аккуратные шарики. P.S. Из протокола осмотра пожара: '...и после крика 'Джон, горим!' лаборант по ошибке решил затушить открытое пламя жидким кислородом...'

Маятник Бартона - отличная демонстрация механического резонанса. Итак, в видео к палочке из оргстекла подвешено несколько одинаковых шариков на нитях разной длины. Одновременно с этим к палочке крепят тяжелый груз, отклоняют его, груз раскачивается, заставляя точно так же раскачиваться и палочку. При этом сильнее всего раскачивается тот шарик, который висит на нити с такой же длиной, что и длина нити груза. Суть проста. Период колебаний (а, значит, и частота) шарика на нити зависит от длины нити и по сути именно ею и определяется. Поэтому частоты колебаний груза и шарика с такой же нитью совпадают. При колебании при совпадении частот мы наблюдаем резонанс - шарик эффективно забирает энергию груза и совершает колебания с заметной амплитудой, в то время как остальные грузы практически не раскачиваются.

Владельцы индукционных плит! Знаете ли вы, что вы имеете дома не просто крутую штуку для нагревания водички для пельменев, но еще и очень интересную демонстрацию? Повторять на свой риск и страх! Суть проста: если накрыть плиту кусочком алюминиевой фольги, то она сильно нагреется и медленно слетит с плиты, как будто бы подул ветер. Почему же так? Плита создает быстро изменяющееся магнитное поле. Это позволяет возбуждать в металлах кастрюль и сковородок индукционные токи Фуко. Проще говоря, прямо по дну вашей любимой сковородки течет ток, и достаточно большой (именно поэтому используются строго определенные металлы с высоким сопротивлением, чтобы этот ток не просто протекал, но и вызывал нагрев). Большой ток вызывает разогрев дна и, соответственно, всей сковородки целиком. Если накрыть плиту алюминиевой фольгой, то ситуация отличается слабо - в тоненькой фольге плита возбуждает токи. Поскольку алюминий хорошо проводит ток, то токи возбуждаются воистину огромные, и алюминий сильно нагревается. Почему же она слетает? Дело в том, что вокруг любого тока образуется магнитное поле. То есть, мы получаем цепочку Магнитное поле плиты создает ток, ток создает магнитное поле в алюминии. Магнитное поле, создаваемое в алюминии, направляется против основного поля плиты, из-за чего алюминий отталкивается от плиты, как отталкиваются два магнита, и слетает. Сковородка бы тоже так взлетела, но уж больно она для этого тяжела...

В видео показано удивительное устройство - шепчущие тарелки. Если смотреть со звуком, то можно услышать. Мы все привыкли, что светом можно очень просто управлять - берем лазерный луч, подставляем зеркало и можно перенаправить луч в любую сторону. Или берем линзу, подставляем под свет и вот его можно собрать в одну точку. Собственно, звук ничем не хуже, даже несмотря на то, что он имеет кардинально отличающуюся от света природу. Итак, основная проблема с звуком в том, что он идет во все стороны, поэтому при удалении от источника звук 'размазывается' на все большую площадь и довольно быстро слабеет. Что нужно сделать? Очевидно, не давать идти ему во все стороны! В видео показаны две тарелки параболической формы (материал произвольный). Если встать в фокус параболы (синий кружочек) и начать говорить, то звуковые волны дойдут до тарелки, отразятся и после отражения все станут параллельными! То есть, звук не будет идти во все стороны, он пойдет строго от одной тарелки к другой. Попав на другую тарелку звук вновь отразится и весь соберется в одной точке. Поэтому если говорить в одном синем кружочке и слушать в другом, то даже тихий шепот будет вполне себе различим, ведь звук идет строго между тарелками и не рассеивается во все стороны. Конечно, на очень большое расстояние тарелки разнести не получится, ведь даже такие параллельные звуковые волны довольно сильно теряют энергию из-за трения воздуха. Однако даже указанное в видео расстояние впечатляет! Ни в коем случае не делайте следующее! Можно сделать такую тарелку максимально незаметной, разместить фокусом в том месте, где ходит много людей, разместить маленький динамик в фокусе другой тарелки, сесть в кусты и начинать нести всякую дребедень в микрофон (который подключен к динамику). Идешь такой, а у тебя в голове шепот - 'Сосиська!' Не делайте так, я предупредил.

Мы тут недавно смотрели на великий китайский волчок... Однако для подобной игрушки нам не нужно ехать в Китай или даже выходить из дома - достаточно простого сваренного яйца из холодильника! Итак, если завращать сваренное вкрутую куриное яйцо, то оно развернется на 90 градусов и займет вертикальное положение! Физика такая же, как и у китайского волчка. Суть в трении и смещении центра масс. Центр масс яйца находится чуть выше его геометрического центра. Если раскрутить яйцо, то область соприкосновения со столом все время смещается из-за мелких колебаний (прям как у машины на идеально гладком льду). Противодействует этому сила трения скольжения. Когда яйцо крутится на боку и начинает колебаться, сила трения скольжения направлена вбок, перпендикулярно оси. Сила трения толкает нижнюю точку яйца назад, а в ответ на это ось яйца начинает не наклоняться вниз, а наоборот выпрямляться вверх. Сила трения буквально заставляет яйцо повернуться вокруг своей поперечной оси так, чтобы оно встало вертикально. Получается интересный процесс - центр тяжести яйца за счет этого поднимается. P.S. Прошу прощения, телеграм глюканул...

Две демонстрации по цене одной - все, как мы любим! В эфире показано взаимодействие трех предметов - 20 долларов, ультрафиолетового фонарика и полицейского темных очков. Во-первых, если посветить УФ-фонариком на банкноту, то некоторые ее части начинают светиться. В частности мы видим защитную нить, которая вживлена внутрь структуры бумаги. Думаю, причины добавления нити очевидны - защита от мошенников. Во-первых, такую банкноту нельзя просто напечатать на принтере - практически в любом свете даже для невооруженного глаза подделка будет выглядеть заметно иначе. Однако главная цель внедрения нити - избежать 'отмывание' номинала. Широкий спектр мошенников химическим образом вытравливает краску с мелкой купюры (1 доллар, например) и рисует на настоящей бумаге фальшивый номинал (100 долларов, например). Чтобы этого избежать, вводится цветная кодировка (5$ - синий, 20$ - зеленый и т.д.). Кроме того, в разных купюрах нити находятся в чуть разных местах, и на самой нити напечатан номинал истинной купюры. Итак, если светить на нить УФ-фонариком, то люминофор, входящий в состав нити, поглощает УФ-фотоны с большой энергией и излучает фотоны в видимом диапазоне. Однако если посветить УФ-фонариком через черные очки, то нить не светится! Так происходит потому, что очки поглощают преобладающую часть излучения вплоть до 400 нм, и свет от УФ-фонарика (365 нм или 395 нм) попадает в этот диапазон. Замечу, что так делают только хорошие очки с фильтром - дешевые очки в виде крашенного пластика так не умеют. Так что если переживаете за ультрафиолет - хорошие черные очки его не пропустят. Для остальных опасностей жизни (цунами, убийца, радиация) используйте другие защитные средства (бежать, бежать, бежать).

В видео показан принцип работы полиспаста (системы подвижных и неподвижных блоков). Два молодых человека удерживают прочные гладкие стержни, на которые натянуты прочная веревка. Парень в черной рубашке слегка тянет свободный конец веревки, два других парня пытаются ему помешать, но у них ничего не получается. Одной рукой черная рубашка уделывает двух напрягающихся силачей. Суть такого поведения проста - система веревки и стержень дает нам умножитель силы. Поскольку веревка огибает стержни 4-6 раз, то на выходе сила черной рубашки увеличивается также в 4-6 раз (если не учитывать силу трения, конечно). Поэтому вместо одного человека все равно что тянет несколько. При этом физику и энергию не обманешь, конечно же - работа остается неизменной. Получив выигрыш в силе, черная рубашка получает такой же проигрыш в расстоянии, из-за чего приходится вытягивать в 4-6 раз больше веревки, чем при прямом взаимодействии. Полиспаст применяется всюду, где требуется плавно поднимать тяжелые грузы - подъемные краны, лебедки, лифты и подобные устройства.

2/2 Далее человек открывает пробку, и в бутылку затекает немного воды - при этом давление воздуха внутри все также остается очень высоким. Если же теперь на поверхности эту бутылку снова открыть, то из-за высокого давления воздух будет резко (адиабатически) расширятся при выходе из бутылки, что ведет к его охлаждению. Из-за того, что в бутылке была вода, то воздух был очень влажный, поэтому при резком охлаждении водяной пар конденсируется, образуя туманную дымку! Аналогичный процесс происходит при открывании бутылки с шампанским, например.

1/2 В видео мы наглядно видим разрушительное влияние давления на пластиковую бутылку. Итак, человек на поверхности закрывает пластиковую бутылку и опускается с ней на глубину 30 метров. По мере опускания давление воды на воду все увеличивается и увеличивается, из-за чего бутылка и воздух в ней все сильнее сжимаются. Напомню, что давление на поверхности равно 1 атмосфере, вода же добавляет еще 1 атмосферу каждые 10 метров. То есть, по итогу давление воздуха внутри бутылки вырастает на 3 атмосферы!