😠 Почему в данном физическом эксперименте не удается выдуть шарик из воронки?

На видео можно увидеть, что как бы сильно не дули студенты, у них не получается выдуть шарик. Если воронка расширяется, то это становится практически невозможно, так как возникает влияния одного из самых базовых принципов гидродинамики. Он принцип относится как к воздушным потокам, так и к потокам жидкости. Как только шарик немного отрывается от воронки, то сразу образуется очень тонкий канал между шариком и стенкой. Внутри этого канала воздух движется с больше скоростью (принцип сохранения объемов протекающей массы воздуха при изменении сечения). Далее, попадая в широкую часть, воздух снова занимает больший объем и скорость его потока резко падает. Согласно закону Бернулли, область с меньшей скоростью обладает большим давлением, и наоборот.

Между шариком и стенками скорость намного больше, чем под шариком и над шариком. Значит между шариком и стенками давление ниже, чем над шариком. Разница давлений втягивает шарик внутрь воронки. Возникает сила, прижимающая шарик к сужающейся части, не давая ему улететь.

❓ Можно ли выдуть шарик, чтобы он вылетел вверх из широкой части, если бы мы могли бесконечно увеличивать скорость потока воздуха во входное (узкое) отверстие воронки ? Ваши мысли напишите в комментариях. #задачи #физика #разбор_задач #physics #механика #гидравлика #гидродинамика #science

🔄 Вращение без касания: как газы «передают» движение?

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

💦 Задача: «Вихревая струя космического садовника»

⚙️ Принцип работы гидравлической машины

🟢 Опыт с шариком и прозрачной трубкой, наполненной водой

💨⚾️ Эффект зависания шарика в потоке воздуха

💧 Гидравлика (12 частей)

❌ Незнание физики не освобождает от выполнения её законов

💨 Шарик в потоке жидкости 🟡

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

🟥 Математическая задача для собеседования в Яндексе: чему равна площадь?

Всё условие задачи на рисунке, господа и дамы. На этом моменте остановитесь, возьмите черновик и попробуйте решить самостоятельно без подсказок...

#физика #математика #геометрия #собеседования #механика #задачи #олимпиады #разбор_задач

«Надо признаться, что попытка трактовать естественные проблемы без геометрии есть попытка сделать невозможное» — Галилео Галилей (итальянский физик, механик, астроном, философ и математик XVII в.).

🔍 Подсказка, разбор и ответ здесь

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

🌈 Наглядно об изменении цвета предметов при погружении на глубину — обратите внимание на красный цвет, который пропадает быстрее всех. Опыт показывает, что глубоководным рыбам выгодно иметь красную окраску, ведь так они будут казаться менее заметными для хищников и добычи. Удивительная адаптация и естественный камуфляж. По той же причине самые глубоководные водоросли выглядят красными: они не приспособлены поглощать красный свет, которого на глубине вовсе нет.
Красный цвет имеет максимальную длину волны из видимого спектра и, следовательно, несёт наименьшее количество энергии. По мере увеличения глубины поглощаются красные, оранжевые, затем жёлтые, а иногда и зелёные волны, поэтому оставшийся видимый свет состоит из синего и фиолетового цветов с более короткой длиной волны. Вот почему океан на подводных съёмках мы видим в оттенках синего. А на глубину порядка двухсот метров (конкретика сильно зависит от условий) уже не проникает никакой видимый свет.

Вода представляет собой синий светофильтр, тем более густой, чем толще слой воды. Все краски с увеличением глубины меняются. Так, например, красный цвет на глубине около 5 м становится бордовым, затем с погружением постепенно превращается в коричневый, а за пределами 12 м красные цвета все более превращаются в темно-зеленые. На глубине 20-30 м все цвета сизо-серые, они однотонны и тусклы.

Чем короче длина волны у света, тем энергичнее фотоны, и наоборот. Отличным примером служит рентгеновское излучение. Оно находится вне видимо спектра, так как длина его волны чрезвычайно мала, что и позволяет фотонами проходить насквозь некоторые предметы. Аналогично, чем больше длина волны, тем меньшей способностью к сквозному прохождению сквозь предметы обладают фотоны. Как уже упоминалось выше, у красного света самая большая длина волны из видимого спектра, поэтому красный свет поглощается лучше остальных. Другими словами, красный свет просто рассеивается в воде.

Если красный предмет постепенно погружать под воду, его цвет будет меняться: на небольшой глубине это незаметно; приблизительно на глубине 5 метров предмет станет бордовым; затем с увеличением глубины он сперва начнет казаться коричневым, потом зелёным, а на глубине около 30 метров станет чёрным. Это связано с тем, что цвет какого-либо тела определяется цветом, отражаемым этим телом. Например, красный предмет поглощает все цвета, кроме красного. Чем глубже погружается предмет, тем меньше света на него падает и тем меньше он отражает; а значит, на большой глубине, любой цвет будет казаться чёрным. #оптика #физика #science #physics #волны #квантовая_физика #опыты #эксперименты #видеоуроки #научные_фильмы

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

✨ Один детектор — три типа излучений: как регистрировать альфа, бета и гамма в одном приборе?

В экспериментальной ядерной физике и дозиметрии часто требуется идентифицировать и измерять разные виды ионизирующих излучений. Современные детекторы (например, сцинтилляционные или полупроводниковые) способны регистрировать альфа-, бета- и гамма-частицы в одном устройстве. Как это возможно? Все три типа частиц вызывают ионизацию или возбуждение атомов рабочего вещества детектора. Разница — в плотности ионизации и взаимодействии с материалом:

▪️Альфа‑частицы (ядра гелия-4) имеют высокий заряд (+2e) и массу. Они создают плотную колонку ион-электронных пар, но теряют энергию на отрезке в десятки микрометров в твёрдом теле.

▪️Бета‑частицы (электроны или позитроны) вызывают более разреженную ионизацию, но проникают глубже — миллиметры–сантиметры.

▪️Гамма‑кванты (электромагнитное излучение) не имеют заряда и взаимодействуют косвенно через комптоновское рассеяние, фотоэффект или образование пар. Их пробег может составлять десятки сантиметров в плотной среде.

Для регистрации всех трёх типов в одном приборе важно выполнить два условия:
1. Рабочее тело должно быть достаточно толстым или плотным, чтобы остановить гамма‑кванты (например, кристалл NaI(Tl) толщиной >1 см или полупроводник CdZnTe).
2. Электроника должна различать форму сигнала: у альфа‑частиц импульс тока короткий и амплитудный (высокая удельная ионизация), у бета — средний, у гамма — более растянутый во времени из-за вторичных электронов.

На практике сцинтилляционный детектор с пластиковым или органическим сцинтиллятором регистрирует бета и гамма, а добавление тонкого слоя ZnS(Ag) на входном окне позволяет детектировать альфа-частицы по характерным вспышкам.

🔹 α Альфа-частицы наиболее опасны при попадании внутрь организма (ингаляционно или с пищей). Внешне — безвредны: их останавливает лист бумаги, слой воздуха ~4 см и даже верхний слой мёртвой кожи. Однако при внутреннем облучении они вызывают тяжелые локальные повреждения ДНК. Защита: Лист бумаги, 4 см воздуха

🔺 β Бета-частицы проникают через кожу на 1–2 см, поражая базальный слой эпидермиса. Останавливаются алюминием толщиной несколько миллиметров, оргстеклом ~1 см. Опасны как внешне (ожоги, катаракта), так и внутренне. Защита: Алюминий 2–5 мм, оргстекло

🔸 γ Гамма-кванты наиболее проникающие. Ослабляются только материалами с высоким Z (свинец, вольфрам, бетон) толщиной сантиметры–десятки сантиметров. Вызывают сильное облучение с отдалёнными стохастическими эффектами (рак, лейкозы). Защита: Свинец 1–10 см, бетон 20–50 см.

Светящаяся тайна: радиоактивное наследие советской эпохи в камере Вильсона

☢️ Атом: энергия мира [2024]

🫧 Конденсационная камера – принцип действия и источник альфа-частиц

📕 Радиоактивность [2013] Алиев Р.А., Калмыков С.Н.

📝 КАК РЕШАТЬ ЗАДАЧИ НА РАДИОАКТИВНОСТЬ

Важный факт: ни один детектор не имеет 100% эффективности для всех трёх типов одновременно. Для гамма-квантов с энергией >1 МэВ нужен толстый детектор, который будет плохо различать альфа-частицы по энергии. Компромисс достигается либо сменой режимов усиления, либо комбинированием детекторов (например, газовый пропорциональный счетчик + сцинтиллятор). #физика #physics #опыты #эксперименты #фотоэффект #радиоактивность #ядерная_физика #атомная_физика

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

✨ Физика карбидных ламп 🔦

Прежде чем фары автомобилей и фары велосипедов питались от электричества, по темным дорогам двигались огни, рожденные химической реакцией. Давайте заглянем в прошлое и разберемся, как работали карбидные лампы и насколько они были опасны. Устройство лампы было гениально простым и основывалось на интенсивной химической реакции.

1. Реакция: В нижний резервуар закладывали карбид кальция (CaC₂) — сероватое твердое вещество. В верхний заливали воду.

2. Химия: При открытии клапана вода по каплям поступала на карбид. Происходила бурная реакция: CaC₂ + 2H₂O → C₂H₂ + Ca(OH)₂ — Проще говоря, карбид кальция + вода = ацетилен (C₂H₂) + гашеная известь.

3. Физика горения: Полученный горючий газ ацетилен по трубке подавался в горелку (сопло). Его поджигали спичкой. Ключевой элемент — форма сопла (жиклера). Она создавала узкую струю газа, которая, вырываясь, смешивалась с кислородом воздуха. Эта смесь горела ровным и ярким белым пламенем.

☀️ Факт из физики: Яркость пламени ацетилена одна из самых высоких среди углеводородных газов. Это связано с большим количеством несгоревших раскаленных частиц углерода в пламени (как и в керосиновой лампе), что делает его свет очень эффективным для освещения.

Однако, при всех плюсах, карбидные лампы были источником сразу нескольких рисков:

1. Взрывоопасность. Ацетилен образует с воздухом взрывоопасную смесь в очень широком диапазоне концентраций (от 2.5% до 81%). Малейшая утечка из резервуара или неправильное гашение лампы могли привести к хлопку или серьезному взрыву.

2. Отравление угарным газом (CO). При недостатке кислорода (например, в закрытом гараже или палатке) ацетилен сгорает не полностью, выделяя смертельно опасный угарный газ. Этот газ не имеет запаха и цвета, что делало его особенно коварным.

3. Химические ожоги. Побочный продукт реакции — гашеная известь (Ca(OH)₂) — является едкой щелочью. При чистке лампы можно было легко получить химический ожог кожи или глаз.

4. Пожароопасность. Опрокидывание лампы могло привести к возгоранию.

Карбидные фары были настолько эффективны, что использовались на первых автомобилях (например, на Ford Model T) и даже на маяках. Их свет был мощным и пробивал туман лучше ранних электрических фар. Карбидная лампа — это великолепный пример простого и эффективного применения химии и физики. Она освещала путь первом автомобилистам, шахтерам и спелеологам. Но за ее ярким светом всегда скрывалась тень реальной опасности, что в конечном итоге и привело к ее замене на более безопасные и удобные электрические источники света.

🔍 Факт из оптики: источник света (пламя горелки) практически всегда располагался в фокусе вогнутого зеркала-рефлектора. Вогнутое зеркало, особенно имеющее параболическую форму, обладает важным свойством: все лучи света, исходящие из его фокуса, после отражения от зеркала идут параллельным пучком. Пламя ацетиленовой горелки светит во все стороны. Если его поместить в фокус такого зеркала, "задняя" и "боковая" часть светового потока не теряется, а собирается зеркалом и превращается в мощный, направленный луч, который может освещать дорогу на десятки метров вперед. Это резко повышало КПД фары. Именно параболическая форма (а не сферическая) идеально справляется с формированием параллельного пучка без искажений. Сферическое зеркало страдает аберрацией, но его было проще изготовить, поэтому в более дешевых моделях использовали его. #физика #химия #техника #термодинамика #оптика #physics #science #наука

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

👨🏻‍💻 Если задача стоит в том, чтобы очистить список от повторяющихся элементов, то начиная с Python 3.7+ появляется интересный лайфхак, когда словари сохраняют порядок вставки.

Рассмотрим на принцип работы такого кода:
1. dict.fromkeys(lst) создаёт словарь, где каждый элемент списка становится ключом.
2. Поскольку в словаре ключи уникальны, повторяющиеся элементы автоматически схлопываются.
3. Порядок ключей соответствует порядку их первого появления в исходном списке.
4. Затем list() извлекает ключи обратно в список.

Но зачем тогда нужно множество set() ? Здесь сразу проще привести пример:

lst = [3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6, 5, 3, 5]
# Через dict.fromkeys
unique_ordered = list(dict.fromkeys(lst))
print(unique_ordered)  # [3, 1, 4, 5, 9, 2, 6]

# Альтернативы:  set() - но не сохраняет порядок
unique_unordered = list(set(lst))
print(unique_unordered)  # [1, 2, 3, 4, 5, 6, 9] (порядок может быть любым)

⚠️ Этот трюк работает только если элементы списка хешируемы (могут быть ключами словаря) — т.е. неизменяемые типы (int, str, tuple) и не работают с изменяемыми типами (list, set, dict).

lst_with_lists = [[1], [2], [1]]  # TypeError: unhashable type: 'list'
# list(dict.fromkeys(lst_with_lists))  # Ошибка!

У кого-то наверняка возникнет вопрос: Мы добавили синтаксический сахар, это же будет работать медленно, верно?

И тут тоже интересный момент. Сравним сложности алгоритмов.

▪️ Классический вариант (O(n²))

unique_items = []
for i in items:
    if i not in unique_items:
        unique_items.append(i)
print(unique_items)

— В худшем случае (все элементы уникальны): O(n²).
— На каждом шаге проверка i not in unique_items сканирует уже созданный список.
— Для 10 000 элементов → до 50 миллионов сравнений.

▪️ Короткий вариант (O(n))

items = [1, 2, 2, 3, 1]
print(list(dict.fromkeys(items)))

— dict.fromkeys(items): O(n) - один проход для создания словаря
— Поиск/вставка в словаре: O(1) в среднем
— list(): O(n) - ещё один проход

⚙️ Тест производительности:

import timeit

# Подготовка тестовых данных
items = list(range(10000)) + [5000] * 1000  # 11000 элементов

# Классический метод
def classic_method():
    unique = []
    for i in items:
        if i not in unique:
            unique.append(i)
    return unique

# Dict.fromkeys метод
def dict_method():
    return list(dict.fromkeys(items))

# Замер времени
time_classic = timeit.timeit(classic_method, number=100)
time_dict = timeit.timeit(dict_method, number=100)

print(f"Классический: {time_classic:.4f} сек")
print(f"Dict.fromkeys: {time_dict:.4f} сек")
print(f"Dict.fromkeys быстрее в {time_classic/time_dict:.1f} раз")

🖥 На моём AMD Ryzen 5 3600X этот код выдает такой результат:

Классический: 39.9998 сек
Dict.fromkeys: 0.0468 сек
Dict.fromkeys быстрее в 853.9 раз

Почему большая разница в производительности?

➖ Проблема классического метода: постоянное сканирование списка при добавлении каждого нового элемента (1-й элемент: 1 проверка, 2-й элемент: 2 проверки, 10000-й элемент: 10000 проверок)

➕ Преимущество словаря: хеш-таблица в памяти, поиск элемента выполняется за постоянное время O(1), а внутренняя структура оптимизирована на уровне C ( не Python циклы). Нет линейного поиска. #программирование #оптимизация #рефакторинг #алгоритмы #computer_science #задачи

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

⚡️ Магия плазмы: почему инертные газы светятся вблизи катушки Тесла? 🟡

На видео стеклянные трубки с неоном, аргоном или криптоном начинают испускать яркое свечение, если их просто поднести к работающей катушке Тесла. Никаких проводов, только электро-магнитные поля.

🔻 Всё начинается с катушки Тесла. Она генерирует высокочастотное переменное электрическое поле огромной напряженности. Когда вы подносите лампу к катушке, ток начинает течь не по проводам, а через воздух (ёмкостная связь). Тело лампы и ваше тело (или земля) образуют конденсатор, через который спокойно проходят токи высокой частоты.

Внутри трубки запаяны инертные газы. В обычном состоянии это отличные диэлектрики — электроны крепко сидят на своих местах. Но мощное поле катушки Тесла ионизирует газ: оно буквально «отрывает» электроны от атомов. Процесс переходит в режим лавинного электрического разряда:
🔸1. Свободные электроны разгоняются переменным электромагнитным полем до больших скоростей.
🔸2. Они сталкиваются с другими нейтральными атомами и выбивают новые электроны.
🔸3. Атом, потерявший электрон, оказывается в возбужденном состоянии.

Это самый красивый момент. Возбужденный атом нестабилен. Электрон стремится вернуться обратно на свою законную орбиталь. При этом переходе он сбрасывает избыток энергии hv в виде фотона — частицы света.

Длина волны (цвет) этого фотона строго индивидуальна и зависит от структуры энергетических уровней конкретного газа:
🔴Неон (Ne): Красно-оранжевое свечение (классика вывесок).
🔵Аргон (Ar): Фиолетово-синий поток.
🟢Криптон (Kr): Беловато-голубой или бледно-лиловый.
🟡Ксенон (Xe): Яркий голубовато-белый, напоминающий дневной свет или вспышку.

Почему газ светится равномерно по всему объёму, а не горит тонким жгутом дуги? Секрет в высокой частоте (сотни килогерц). Ток бежит не по пути наименьшего сопротивления, а распределяется по всему объему стеклянной колбы благодаря скин-эффекту и ёмкостным токам утечки через стекло, создавая эффект «живого» облака плазмы. Если повторите эксперимент дома, помните: катушка Тесла — источник высокого напряжения, способный вывести из строя чувствительную электронику поблизости. #видеоуроки #physics #физика #опыты #электродинамика #электричество #магнетизм #эксперименты #научные_фильмы

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

📝 Задачка для наших подписчиков: Какой способ поднятия тяжелого груза наиболее эффективен?

📝 Обсуждение здесь в комментариях

#задачи #физика #разбор_задач #physics #механика #динамика #наука #science

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

🟢 Парафиновый шар в воде

У изучающих физику, в частности закон Архимеда, может возникнуть диссонанс, если им сказать, что тело, у которого плотность больше, чем у воды, может спокойно плавать в воде и не тонуть. Именно так получается в данном эксперименте. Плотность парафина составляет 0,87 – 0,91 г/см³, поэтому он обязан плавать на поверхности. Однако, с помощью железного сердечника можно его утяжелить таким образом, чтобы средняя плотность парафинового шара (яблока) была выше , чем плотность воды. Т.е. такое тело должно тонуть. И вот тут возникает интересная ситуация: если парафиновый шар аккуратно поместить в воду, то он будет плавать.

Здесь ключевую роль играет гидрофобность. Поверхность парафина не смачивается водой — краевой угол составляет более 90°. Это значит, что вода отталкивается от твердого тела, образуя вогнутый мениск. В первой части опыта эффект поверхностного натяжения воды создает упругую пленку (коэффициент σ ≈ 72 мН/м). Если тело опустить на поверхность, не разрывая эту пленку, возникают силы, векторная сумма которых будет направлена вверх (туда же куда и сила Архимеда). Для гидрофобного тела вода «прогибается» под ним, а сила поверхностного натяжения, действующая по периметру смачивания, компенсирует избыточный вес. Сила поверхностного натяжения действует именно по периметру смачивания (линии трехфазного контакта), а не по всей площади поверхности соприкосновения тела с водой.

📝 Математически это выглядит так: Fпов = 2πr⋅σ⋅sinθ, где r — радиус шара, θ — краевой угол.

При малых размерах шара вклад поверхностных сил становится сравнимым с силой тяжести. Шар висит на водной пленке, как на батуте.

Критическое условие: система находится в метастабильном равновесии. Малейшее касание, толчок или вибрация разрушают мениск. Пленка воды прорывается, жидкость смачивает поверхность (хотя и плохо), и сила плавучести оказывается недостаточной. Шар, средняя плотность которого выше плотности воды, необратимо тонет. Получается, что закон Архимеда не «отменяется», а временно корректируется до первого возмущения. #термодинамика #мкт #science #физика #наука #магнетизм #опыты #physics #эксперименты

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

🔄 Тороидальные вихри: кольца, которые правят миром — от дыма до термояда 🔸

Один из самых элегантных объектов в в гидро- и аэродинамике — ториях, или тороидальных вихрях. Эти структуры являются удивительными, в них математика, физика и инженерная мысль встречаются в идеальной гармонии.

Тороидальный вихрь — это вихревое кольцо, где вихревость сконцентрирована вдоль тороидальной оси. Проще говоря, это «бублик» из вращающейся жидкости или газа, стабилизированный собственным полем скоростей. Рассмотрим основные параметры:
1. Циркуляция (Γ) — мера «силы» вихря, определяющая его скорость и устойчивость.
2. Радиус тора (R) и радиус сечения (a).
3. Связь R/a — определяет, будет ли кольцо тонким (как у дымового) или толстым (близким к сфере).

Но почему такое кольцо стабильно?

▪️Самоиндуцированная скорость: Благодаря теореме Кельвина о циркуляции и био-саваровскому взаимодействию разных участков вихревого шнура, кольцо движется вперёд само по себе. Центр кольца движется быстрее, чем его периферия, что и заставляет его трансляционно перемещаться.
▪️Вихревая устойчивость: При малых возмущениях тонкое вихревое кольцо демонстрирует удивительную устойчивость — это решение уравнений Эйлера/Навье-Стокса в первом приближении.

Строгое описание — сложная задача, но для тонкого кольца работает формула скорости движения кольца Ламба (Лэмба): V = (Γ / (4πR)) * [ ln(8R/a) - 1/4 ]. Эта логарифмическая зависимость — классика вихревой динамики.

На практике вихри пытаются использовать в следующих направлениях:

▫️ Аэрокосмическая инженерия: Срывные вихревые кольца — серьезная проблема для вертолетов в режиме висения (Vortex Ring State), могущая привести к падению. Их же изучают для управления течениями на крыльях.
▫️ Физика плазмы: Токамак — по сути, гигантское тороидальное вихревое кольцо из плазмы, удерживаемое магнитным полем. Устойчивость этого «бублика» — ключ к управляемому термоядерному синтезу.
▫️ Медицина и биология: Вихревые кольца лежат в основе эффективного транспорта веществ в сердечно-сосудистой системе, а также в механизме плавания медуз и кальмаров (гидрореактивный движитель).
▫️ Океанология и вулканология: Подводные газовые кольца, кольца в атмосфере Венеры, выбросы вулканов — всё это природные проявления торов.

Ну и пытались сделать «пушки», способные стрелять вихрем. Принцип работы заключался в том, чтобы совершить резкий выброс газа из отверстия с особым профилем. Процесс должен был быть импульсным, формирующим ударное вихревое кольцо.
— Германия: Проект «Windkanone» — пытались создавать вихревые кольца для сбивания самолетов. Эффективность была близка к нулю из-за быстрого затухания вихря в турбулентной атмосфере.
— Союзники / СССР: Также были эксперименты, но все упирались в ту же проблему — энергия кольца быстро рассеивается с расстоянием. Ударная волна от кольца слабее, чем от обычного взрыва.

Современное применение:
— Для перемешивания газов в больших объемах (например, в цехах).
— Эксперименты по тушению пожаров вихревыми кольцами. Идея в том, что кольцо может доставить огнетушащий состав (порошок, ингибитор) точно в очаг на расстоянии, «прошивая» турбулентные потоки горячего воздуха.
— Вулканология: Моделирование выбросов пепла.

Основная проблема для «пушки» — масштабирование. Энергия кольца растет с объемом (∼R³), но устойчивость и дальность «полета» ограничены вязкостью и турбулентным распадом. Чтобы сбить самолет, нужен был бы вихрь чудовищных размеров и энергии, который все равно распадется на сотнях метров. Тороидальные вихри — это миниатюрная лаборатория по динамике жидкостей и газов, воплощение теорем Кельвина и Гельмгольца. #physics #science #физика #гидродинамика #аэродинамика #вихри #тор #математика #техника #историянауки

Еще посмотреть по теме в нашем канале с Учебными фильмами: 🔥 Иерархическая динамика вихрей пламени

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

🥺 Интересный эксперимент с жидким кислородом. На видео видно, что кислородом застревает в магните. Дело в том, что кислород — это парамагнетик. Это ключевое отличие от подавляющего большинства других газов и жидкостей, которые являются диамагнетиками. Молекула кислорода O₂ уникальна. Согласно теории, на её внешних орбиталях находятся два неспаренных электрона. У этих электронов есть магнитный момент (спин) и эти моменты не скомпенсированы парой, как в большинстве других молекул. В отсутствии внешнего поля эти спиновые магнитные моменты ориентированы хаотично, а суммарная намагниченность равна нулю. Но если включить сильное внешнее магнитное поля, то микроскопические моменты (спины) стремятся выстроиться вдоль поля.

В физике действует важный принцип: система стремится в состояние с минимальной энергией. Допустим, энергия магнитного диполя в магнитном поле описывается формулой W = − (μ⋅B). Когда спины выстраиваются «по полю», их энергия становится минимально возможной (самое отрицательное значение). Возникает сила, которая втягивает парамагнетик в область, где магнитное поле сильнее (градиент поля). Жидкий кислород буквально притягивается к магниту. Получается что жидкий кислород удерживается в области самого сильного поля, преодолевая гравитацию.

Сравним это с водой. Вода — диамагнетик. У всех электронов H₂O cпаренные спины. Внешнее магнитное поле индуцирует в ней слабое магнитное поле, направленное против внешнего. В результате энергия взаимодействия становится положительной W = + (μ⋅B), и возникает слабая сила, выталкивающая вещество из области сильного поля. Этот эффект в тысячи раз слабее, чем притяжение парамагнетика. Чтобы заставить воду «левитировать» даже в очень сильном поле, нужны огромные поля, и то она примет форму шара, но не «прилипнет». Но такой опыт тоже есть [левитация лягушки в магнитном поле соленоида].

На видео также слышен звук шипения. Температура кипения жидкого кислорода  -183 °C. Когда его льют сверху на магнит, то он прилипает в зазор в виде мостика и начинает бурное кипение. Магнитное поле влияет на динамику пузырьков. Жидкий кислород — это одна из немногих легкодоступных жидкостей, которая сильно притягивается к магниту, как железные опилки. Именно это притяжение к области с максимальной напряженностью поля и создает эффект «застревания». #physics #science #физика #гидродинамика #магнетизм #химия #электродинамика #опыты #эксперименты

🐸 Живая лягушка левитирует в магнитном поле ~16 Тесла

🧲 Электромагнит Биттера или соленоид Биттера

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib