🔄 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

🔻 Солнечная система: механика и танцы планет

Многие думают, что планеты просто летают по кругу вокруг Солнца. На самом деле наша система — это сложнейший гравитационный балет, где каждый шаг подчиняется эфемерным колебаниям. Вот несколько фактов, которые взорвут вашу картину мира.

🔭 1. Орбиты — это не эллипсы, а «цветочки»
Если смотреть из центра масс (барицентра) Солнечной системы, который не совпадает с центром Солнца, траектории планет похожи на спирали или эпициклоиды.
Из-за гравитации Юпитера (2.5 массы всех остальных планет вместе взятых) Солнце само вращается вокруг барицентра со скоростью ~12 м/с. Земля при этом движется не по замкнутому эллипсу, а по кривой, которая каждый год чуть-чуть смещается. За 100 лет орбита Земли сдвигается на 1.5 градуса из-за вековых возмущений.

📐 Факт: Перигелий не стоит на месте
Орбита Меркурия прецессирует (поворачивается) быстрее, чем предсказывал Ньютон. За 100 лет ось его орбиты проворачивается на 574 угловых секунды. Из них 532" — это влияние других планет (по Ньютону), а 43" — это чистое ОТО Эйнштейна.
Формула для смещения на один оборот (в радианах): delta = 6 * pi * G * M / (c² * a * (1 - e²)) Где a — большая полуось, e — эксцентриситет. Для Меркурия это дает те самые 43".

🌊 2. Эффект «Прыгающей Луны» и приливный трение
Луна удаляется от Земли на 3.8 см в год. Но это не линейный процесс! Из-за эксцентриситета лунной орбиты (e = 0.0549) происходит оптическая либрация — мы видим не 50%, а 59% поверхности Луны, потому что она «кивает» туда-сюда.
Главный нюанс: Приливы на Земле тормозят наше вращение. Длина земных суток увеличивается на 1.8 мс за столетие. Казалось бы, мелочь, но за 4 млрд лет это замедлило сутки с 6 часов до 24!

🌀 3. Парадокс вертикальных колебаний
Солнечная система движется вокруг центра Галактики. При этом плоскости орбит планет колеблются относительно галактической плоскости с периодом около 60 млн лет (галактический год). Во время этих «нырков» мы проходим через зоны высокой плотности газа и звездообразования. Это влияет на гелиосферу — она сжимается до орбиты Сатурна, и уровень космических лучей на Земле флуктуирует на 30-40%.

⚡️ 4. Флуктуации vs Резонансы
Самый жесткий фокус — резонанс 3:2 у Нептуна и Плутона. Пока Нептун делает 3 оборота, Плутон делает ровно 2. Это не случайность — это защита от столкновения. Но есть и хаос! Орбита Земли имеет эксцентриситет, который пульсирует с периодом 413 000 лет (от 0.003 до 0.058). Вплоть до того, что эти колебания меняют наклон земной оси на 1.3 градуса за 40 000 лет (это и есть циклы Миланковича, запускающие ледниковые периоды).

💥 5. Эффект Ярковского для астероидов
Это не планета, но факт из физики твёрдого тела: астероиды «самоускоряются» за счет теплового излучения. Дневная сторона нагревается, но пик тепла излучается не в зените, а с запаздыванием (из-за тепловой инерции). Возникает реактивная сила, которая меняет орбиту астероида. За 10 млн лет этот микро-импульс может сместить астероид на сотни тысяч километров.

📝 Скорость планеты в перигелии (Vp) и афелии (Va) связаны не просто так, а через постоянную момента импульса:
Vp * (1 - e) = Va * (1 + e) = const — То есть в перигелии Меркурий летит на 22 км/с быстрее, чем в афелии. Настолько быстро, что релятивистское замедление времени для его ядра составляет ~50 микросекунд в год по сравнению с Землей

Мы живем не на жесткой механической шестеренке, а на пульсирующем, дышащем и флуктуирующем «газовом шаре» в гравитационном болоте. Любое возмущение от Юпитера миллиметровым изменением орбиты запускает цепочку событий, которая через 100 млн лет может изменить форму оси Земли. Физика — это наука о том, как система держится на грани хаоса.

🔄 Генри Кавендиш: человек, который взвесил Землю 🌏

📚 Гравитация [3 тома] Мизнер Ч., Торн К., Уилер Дж

А вы знали, что центр масс Земли отклоняется от геометрического центра из-за движения тектонических плит на целые 5 метров? Это мы обсудим в следующем посте. #гравитация #физика #механика #наука #science #physics #космология #астрономия

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

📝 Быстрее, чем g: знаменитая школьная физическая головоломка

Доска на шарнире и шарик одновременно отпускаются. Шарик ускоряется в свободном падении, но край доски достигает нижней точки намного раньше, так что прикреплённый к нему стакан успевает поймать шарик.
Как же край доски может иметь ускорение, превышающее ускорение свободного падения g?

Эта классическая демонстрация помогает развить интуитивное понимание сложностей вращательного движения. #задачи #физика #разбор_задач #physics #механика #динамика #кинематика #science

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

⚙️ Помните этот пост на канале? Наверняка, у многих возникли вопросы, которые они постеснялись задать в комментариях. Поэтому сегодня мы поговорим о том, почему такие конструкции НЕ работают в реальной жизни. Разумеется, база рассуждений будет физика. Причем нам нам поможет элементарная физика. В последнее время в сети снова всплыли видео с «революционными» вечными двигателями. Устройство обычно такое: тяжелый маховик, а к его валу подключены несколько пружин, которые, якобы, своим распрямлением постоянно раскручивают систему. Выглядит захватывающе, но это обман. Давайте разберемся, почему это не работает. А пока задам вам вопрос: с чего мы взяли, что энергия, запасенная в сжатой пружине, бесконечна?

Вся магия вечных двигателей рушится на фундаментальном уравнении вращательного движения: J · ε = M , где
J — момент инерции маховика (его «нежелание» раскручиваться или инертность. Это аналог массы во втором законе Ньютона, из которого и выводится закон выше).
ε (эпсилон) — угловое ускорение (оно должно быть отлично от нуля, если двигатель раскручивается или оно может быть равным 0, если система вышла на постоянную скорость вращения).
M — суммарный момент сил, приложенных к системе.

Вот в чём подвох: в такой системе пружины создают силы, направленные в разные стороны. Когда одна пружина пытается раскрутить маховик по часовой стрелке, другая в этот же момент пытается крутить его против. Просто сделайте рисунок с торца такого двигателя. Получится, что алгебраическая сумма моментов всех сил (n сил для n пружин) равна нулю. Подставляем это в наше уравнение: J · ε = 0. Момент инерции J — величина не нулевая (маховик-то есть). Единственный способ выполнить это равенство — сделать угловое ускорение ε равным нулю. Вывод: система не может раскрутиться сама по себе.

Но в чем же подвох на видео? Всё довольно банально:
1. Скрытый источник энергии. Часто в кадр не попадает электромоторчик, спрятанный внутри вала или основания, который и раскручивает маховик.
2. Однократный запуск. Устройство раскручивают вручную, снимают фазу «последнего затухающего колебания», а потом видео зацикливают, создавая иллюзию непрерывного движения.
3. Хитрые ракурсы. Камера не показывает полный цикл работы всех пружин, чтобы зритель не увидел момент, когда они мешают, а не помогают движению.

Как бы вы не хотели изобрести вечный двигатель, вам стоит помнить, что закон сохранения (изменения) энергии работает всегда. Если есть диссипативные силы, то полная энергия системы убывает. И вы не сможете сделать вечный двигатель без пополнения энергией извне (но тогда это уже не вечный двигатель). #задачи #опыты #электродинамика #физика #видеоуроки #fun #physics #science #наука #двигатели #вечныйдвигатель

🔔 Оксфордский электрический звонок: самый долгий научный эксперимент в мире, длящийся с 1840 года

⚡️ Вечный электромагнитный двигатель

😨 Запрещенный генератор свободной энергии с использованием метода якоря

⚡️ Генератор Постоянного Движения

🔧 Картонный вентилятор

🧲 Магнитный двигатель

💦 Фонтан Герона

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

💡Как починить светодиодную лампочку грифелем: физика углерода

На видео светодиод заменяют перемычкой из карандашного грифеля и клея. Грифель карандаша состоит из графита (аллотропная модификация углерода) и глины. Графит — неплохой проводник электричества, хотя и значительно уступает металлам. Его электропроводность сравнима с проводимостью полуметаллов и обусловлена особой структурой. Атомы углерода в графите образуют слои, где каждый атом соединен с тремя другими, а четвертый валентный электрон становится «свободным» и общим для всего слоя. Именно эти делокализованные электроны (π-электроны) обеспечивают проводимость вдоль плоскости слоя. Когда вы выводите из строя светодиод и замыкаете контакты углеродной перемычкой, вы даете току путь в обход кристалла. Вся схема продолжает работать, так как ток течет через графитовую дорожку.

🔬 Кто первый обнаружил, что уголь проводит ток?  Хотя графит как минерал был известен давно, его электропроводность была установлена в ходе фундаментальных экспериментов. В 1729 году английский физик Стефан Грей (Stephen Gray) впервые экспериментально разделил все вещества на проводники и непроводники электричества. В его опытах электричество передавалось на расстояние по влажной бечевке, но не передавалось по шелковой нити. В своих работах он указал, что к проводникам относятся не только все металлы, но и уголь, и графит. Позже, в XVIII веке, шведский химик Карл Вильгельм Шееле (Carl Wilhelm Scheele) доказал, что графит — это особая форма углерода , что окончательно закрепило его место в таблице проводников.

Электропроводность графита — основа множества технологий:
✔️ 1. Электротехника: Щетки электродвигателей, контакты, скользящие контакты в троллейбусах и поездах.
✔️ 2. Химическая промышленность: Графитовые электроды для электролиза (например, производство хлора и алюминия).
✔️ 3. Атомная энергетика: Графитовые блоки — замедлители нейтронов в ядерных реакторах.
✔️ 4. Наноэлектроника: Графен (однослойный графит) — будущее микроэлектроники, за открытие которого дали Нобелевскую премию.

▪️Графит vs Алмаз: Оба — углерод, но алмаз — диэлектрик. Почему? Из-за разной кристаллической решетки. В алмазе каждый атом углерода образует четыре прочные ковалентные связи, и свободных электронов нет. В графите — только три связи, а четвертый электрон «гуляет»

▪️Сверхпроводимость в карандаше: В 2025 году физики из MIT обнаружили, что в определенной (ромбоэдрической) структуре графита могут существовать целых четыре сверхпроводящих состояния! Более того, эти состояния не разрушаются в сильном магнитном поле (9 Тесла), а наоборот — усиливаются . Обычно магнетизм убивает сверхпроводимость, но здесь физика совершенно иная.

▪️«2,5-мерный» графит: Гейм и Новоселов (нобелевские лауреаты за графен) показали, что толстый кусок сверхчистого графита в сильном магнитном поле ведет себя как графен — в нем возникает квантовый эффект Холла, характерный для двумерных материалов.

▪️Зависимость от марки: Электропроводность карандаша сильно зависит от твердости грифеля. Чем больше буква B (soft — мягкий) и меньше H (hard — твердый), тем выше содержание графита и тем лучше проводимость. Мягкий карандаш проведет ток лучше, чем твердый.

На видео мы получаем опыт, который показывает наглядную демонстрацию полуметаллической природы графита. Но за этим простым действием стоит сложная физика, которая уже привела к Нобелевской премии и, возможно, приведет к квантовым компьютерам будущего. #физика #опыты #эксперименты #наука #science #physics #электродинамика #магнетизм #видеоуроки #схемотехника #радиофизика

🟡 Угольная дуговая лампа 1889 года в работе

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

✨ Физика карбидных ламп 🔦

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

⚙️ Очень интересная ручная дрель для выпиливания прямоугольных отверстий в дереве. Точнее даже фрезер. И отверстия, тоже если быть точным, то получается вырез в форме объемного сегмента, у которого есть параметры h — глубина погружения сверла , R — радиус качания сверла, и d — толщина сверла. Конкретно эта штука на видео называется Champion Mortiser — ручной долбежный станок для замковых гнезд, производившийся в городе Колумбус, штат Огайо, изобретателем Джейкобом Льюкартом. Патент был получен в 1912 году, а сам станок изобретался с 1912 до 1920 года. Для XX века это было достижение инженерной мысли. Но если честно, то мне кажется, что сейчас далеко не каждый инженер повторит такой же станок без интернетов.

У станка были удобные крепления, которые позволяли работать с дверью на месте. С помощью силы рук в движения приводилась система шестерен, которые давали 3 степени свободы:
1. Вращение сверла.
2. Качание сверла.
3. Опускание механизма для углубления реза.

Представьте себе, как реализовать функцию одного вращательного движения → в 3 движение (вращательное, колебательное и поступательное). Кстати, глубина проникновения сверла регулируется от 0 до 15 см. Корпус станка был сделан из чугуна, а оригинальное покрытие, как выяснилось при реставрации, было не традиционным японским лаком, а ранней формой эмалевой краски. #техника #механика #изобретения #физика #physics #математика #геометрия #science #наука

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

👩‍💻 Ричард Фейнман: Fun to Imagine. Полная версия [FHD качество]

Это интервью было снято у Ричарда Фейнмана дома и показано на канале BBC2, в виде нескольких коротких серий, в период с 8 июля по 12 августа 1983.
0:00:50 Колеблющиеся атомы
0:07:18 Огонь
0:12:08 Резиновые жгуты
0:14:54 Магниты
0:22:29 Электричество
0:32:06 Загадки о зеркале и поезде
0:37:46 Чудо зрения
0:43:40 Большие числа
0:55:01 Способы думать

#physics #math #математика #научные_фильмы #видеоуроки #физика #science #наука

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

🔵 Вот почему нельзя сильно сжимать воду ☢️

То, что мы видим ²H + ³H → ⁴He + n + 17.6 МэВ — есть реакция термоядерного синтеза. Это про слияние лёгких ядер. Именно такая реакция происходит в водородной бомбе и является перспективной для управляемого термоядерного синтеза. ( ²H — дейтерий, ³H — тритий, ⁴He — альфа-частица, n — нейтрон. )

Конечно, в обычной воде почти нет трития (³H). Водород в воде — это в основном протий (¹H). Чтобы запустить эту конкретную реакцию, вам нужна тяжёлая вода (D₂O) с примесью трития. Сжимая обычную воду, вы получите экзотические фазы льда, но не термояд.

Ещё стоит сказать, что дело не только в сжатии, но и в температуре. Чтобы ядра преодолели кулоновский барьер и слились, их нужно разогнать до миллионов градусов (кинетинческая энергия). Одного давления (даже запредельного) без нагрева недостаточно — квантовое туннелирование слишком маловероятно. ( речь про квантово-механическое явление, при котором микрочастица, например, электрон преодолевает потенциальный барьер, хотя её полная энергия меньше высоты этого барьера. )

Ну базовая школьная база: вода практически несжимаема. Поэтому пост-ирония в том, что сильно нельзя сжать. А то... смотрим картинку. 💨

😰 А что такое в целом эта тяжелая вода?

1. Она буквально везде, но достать почти невозможно. В каждом литре воды из-под крана есть молекулы D₂O, но их ничтожно мало — всего около 150 граммов на тонну воды.

2.  В 1933 году, чтобы получить первые 83 миллилитра чистой тяжёлой воды, учёным пришлось переработать 2,3 тонны обычной воды с помощью долгого электролиза в 7 стадий.

3.  Чтобы получить всего 1 тонну тяжёлой воды, нужно переработать около 40 тысяч тонн природной воды и потратить 60 миллионов кВт·ч электроэнергии — столько же, сколько уходит на выплавку 3 тысяч тонн алюминия. Поэтому цена такой воды колеблется от 600 до 1000 $ за литр.

4. Сегодня бóльшую часть тяжёлой воды в мире получают не электролизом, а с помощью химического изотопного обмена в системе «вода — сероводород». Это сложный, но более экономичный процесс.

🧬 О свойствах и применении:

▪️ У чистой тяжёлой воды есть сладкий вкус. Этот эффект был замечен ещё при её открытии в 1930-х, а недавно его подтвердили биохимики, определив даже рецептор, отвечающий за это ощущение

▪️ В высокой концентрации тяжёлая вода смертельна. Рыбы, микробы и черви не могут в ней существовать, а животные погибают от жажды, если пить только её. Семена растений в ней не прорастают. Всё дело в том, что она нарушает тонкие биохимические процессы, хотя в малых дозах (атомы дейтерия есть в каждом из нас) она безвредна.

▪️ Главное применение тяжёлой воды — в ядерных реакторах как замедлитель нейтронов. Она почти не поглощает нейтроны (в отличие от обычной воды), что позволяет использовать в реакторах природный, а не обогащённый уран. Для одного крупного реактора нужно 100–200 тонн D₂O чистотой не менее 99,8%. В ядерном реакторе нейтроны, рождающиеся при делении U-235, летят слишком быстро. Чтобы они могли эффективно делить другие ядра U-235, их нужно замедлить (снизить их энергию).

▪️Тяжёлую воду и изотопы на её основе применяют как изотопные индикаторы для мониторинга метаболизма в медицине. Кроме того, активно исследуется её использование в бор-нейтронозахватной терапии (БНЗТ) для лечения глубоко расположенных опухолей.

▪️D₂O — незаменимый растворитель в ЯМР-спектроскопии, где она позволяет получать чёткие сигналы от исследуемых молекул.

▪️Есть предположение, что тяжёлая вода имеет сугубо земное происхождение и образуется в Мировом океане, ледниках и в атмосфере при захвате водородом нейтронов космического излучения. В космосе её следов пока не обнаружено.

▪️Если обычная вода замерзает при 0°C, то тяжёлая — при +3,81°C, а кипит при 101,4°C. Кроме того, её плотность примерно на 10% больше, а вязкость — на 25% выше, чем у обычной воды. #квантовая_физика #квантовая_механика #физика #эксперименты #science #наука

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

📗 General Relativity for the Gifted Amateur [2025] Tom Lancaster, Stephen J. Blundell

💾 Скачать книгу

«General Relativity for the Gifted Amateur» — это удачный пример того, как педагогическая честность и уважение к читателю позволяют сделать сложнейшую физическую теорию если не лёгкой, то по крайней мере постижимой. Ланкастер и Бланделл не пытаются поразить эрудицией и не прячутся за формализмом. Они рассказывают историю — от специальной относительности до горизонта событий и квантовой гравитации — и делают это с ясностью, которая достигается не упрощением, а продуманной последовательностью. Для одарённого любителя, готового вложить время и интеллектуальные усилия, эта книга станет одним из лучших проводников в мир искривлённого пространства-времени.

I Geometry and mechanics in at spacetime
II Curvature and general relativity
III Cosmology
IV Orbits, stars, and black holes
V Geometry
VI Classical and quantum fields

🍩 Для донатов на кофе ☕️: +79616572047 (СБП / ВТБ / OZON)

#физика #теория_относительности #оптика #опыты #эксперименты #physics #видеоуроки #научные_фильмы #свет #волны #СТО #ОТО #science

🖥 Против теории относительности и Эйнштейна // Алексей Семихатов, Владимир Сурдин / Вселенная Плюс

👨🏻‍💻 Видеолекции по теории поля и СТО [Часть 1]

👨🏻‍💻 Видеолекции по теории поля и СТО [Часть 2]

📚 3 книги по теории относительности

☀️ Физика света / The Physics of Light [2014]

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

🌪 Теория относительности — это комплекс из двух теорий, которые описывают свойства пространства, времени и гравитации. Они были предложены Альбертом Эйнштейном в начале XX века. Смотреть полный фильм: 🕰 Что такое теория относительности [20 мин фильм]

▪️ Специальная теория относительности. Описывает поведение объектов, которые движутся с постоянной скоростью. Теория утверждает, что время и пространство не являются абсолютно фиксированными для всех наблюдателей — они могут изменяться в зависимости от скорости объекта. Некоторые принципы специальной теории относительности:
— Принцип относительности — законы физики одинаковы для всех наблюдателей, независимо от того, находятся ли они в покое или движутся с постоянной скоростью относительно других объектов.
— Постоянство скорости света — скорость света всегда одинаковая (примерно 300 000 км/с) и не зависит от того, как быстро движется источник света или наблюдатель.

▫️ Общая теория относительности. Расширяет идеи специальной теории относительности и объясняет гравитацию. Теория утверждает, что гравитация — это не сила, а искривление пространства-времени, вызванное массой и энергией объектов. Некоторые принципы общей теории относительности:
— Эквивалентность гравитации и ускорения — невозможно отличить действие гравитации от ускоренного движения.
— Гравитационное замедление времени — часы идут медленнее вблизи массивных объектов, например, рядом с чёрной дырой время почти останавливается. #физика #теория_относительности #оптика #опыты #эксперименты #physics #видеоуроки #научные_фильмы #свет #волны #СТО #ОТО #science

🖥 Против теории относительности и Эйнштейна // Алексей Семихатов, Владимир Сурдин / Вселенная Плюс

👨🏻‍💻 Видеолекции по теории поля и СТО [Часть 1]

👨🏻‍💻 Видеолекции по теории поля и СТО [Часть 2]

📚 3 книги по теории относительности

☀️ Физика света / The Physics of Light [2014]

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

⚡️ Задача по электродинамике для наших подписчиков 🧲 

🔸 Почему лист фольги начинает вращаться?

#physics #science #физика #наука #магнетизм #электричество #электродинамика #опыты #эксперименты

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

☕️ Поведение воды в вакуумной камере — это классическая демонстрация того, как внешнее давление определяет температуру кипения, а испарение, в свою очередь, управляет температурой самой жидкости. В видео с тремя стаканами (15 °C, 20 °C, 25 °C) этот эффект проявляется особенно наглядно. В обычных условиях вода закипает при 100 °C, потому что при этой температуре давление её насыщенного пара становится равным атмосферному (≈101,3 кПа). Кипение — это не только нагревание, а процесс, при котором пузырьки пара внутри жидкости способны преодолеть внешнее давление и выйти наружу.

Давление насыщенного пара — это ключевая характеристика, которая зависит от температуры. Для трёх наших стаканов оно составляет:
▪️ 15 °C — 1,71 кПа (≈12,8 мм рт. ст.)
▪️ 20 °C — 2,34 кПа (≈17,5 мм рт. ст.)
▪️ 25 °C — 3,17 кПа (≈23,8 мм рт. ст.)

1. Насос начинает удалять воздух, общее давление в камере падает. Пока оно остаётся выше 3,17 кПа, все три стакана ведут себя спокойно — вода просто испаряется с поверхности, как при обычной сушке.

2. Порог для самого тёплого стакана (25 °C). Как только давление в камере опускается ниже 3,17 кПа, для воды при 25 °C создаются условия кипения. В ней начинают образовываться пузырьки пара. Стакан с водой при 25 °C закипает первым.

3. Порог для среднего стакана (20 °C). Давление продолжает падать. Когда оно достигает 2,34 кПа, закипает вода при 20 °C. Стакан с водой при 20 °C закипает вторым.

4. Порог для самого холодного стакана (15 °C). При дальнейшем снижении давления до 1,71 кПа закипает и самая холодная вода. Стакан с водой при 15 °C закипает последним.

С этого момента начинается самое интересное. Кипение — это интенсивное испарение, а испарение требует огромного количества энергии (теплоты парообразования). В обычных условиях эту энергию вода берёт из внешнего источника (например, от плиты). В вакуумной камере внешнего притока тепла почти нет. В результате вода начинает отбирать тепло саму у себя. Этот процесс называется испарительным охлаждением. Температура кипящей воды быстро падает. Это может привести к двум последствиям:

▫️Прекращение кипения. Когда температура воды понизится настолько, что её давление насыщенного пара снова станет ниже давления в камере, кипение прекратится. Но насос продолжает откачивать пар, поэтому давление падает дальше, и кипение может возобновиться при более низкой температуре.

▫️Замерзание. Если откачка продолжается, испарительное охлаждение может охладить воду до 0 °C и ниже. В вакууме вода может закипеть, а затем замёрзнуть, превратившись в лёд, несмотря на то, что изначально была тёплой. Это явление часто называют «кипящим льдом». #physics #science #физика #наука #термодинамика #мкт #кипение #опыты #эксперименты

💡 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

🔥 Сварка трением, иначе фрикционная сварка. Несколько патентов на эту тему было ещё в 20е годы в Великобритании, СССР и Веймарской республике. Первое детальное описание и эксперименты по промышленному применению: СССР 1956 год. С начала 60х метод широко внедряется в Европе СССР и США. В дальнейшем были разработано несколько методов фрикционной сварки. Применяется в автомобилестроении и авиации, что свидетельствует о более высокой надёжности, в сравнении с другими методами, в том числе это связано с перемешиванием материалов и отсутствием перегрева, то есть отсутствием шва, а следовательно и его дефектов.

И вот мы, люди 21 века, смотрим на эту семидесятилетнюю технологию, как на чудо ✨

✨ Как сделать сварочный аппарат из карандаша и лезвия

Какой флюс для пайки самый лучший на сегодняшний день?

🪙 Разбираемся в пайке: Советы по соотношению олова и свинца и их влиянию

🔥 10 флюсов для пайки: сравнение, тесты и какой реально стоит использовать мастеру

🔥 Сварка под слоем флюса

✨ Мартенсит

⛓️‍💥 Какие только технологии не применяли в СССР

⚡️ Большие токи в нескольких витках провода вызывают существенное магнитное поле.

💥 Лазерная сварка с разной формой луча

🔥 Spot-сварка

💥 Импульсная аргонодуговая сварка

💥 Электросварка и плавление электрода 💫

#физика #опыты #сопромат #сварка #пайка #видеоуроки #physics #science #эксперименты #наука

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

🌪 Однополостный гиперболоид — кривая поверхность держит небоскрёбы

Представьте поверхность, которая одновременно и кривая, и состоит из прямых. Звучит как парадокс, но именно так устроен однополостный гиперболоид — фигура, которая незаслуженно остаётся в тени своих более «раскрученных» родственников вроде сферы или параболоида. Математически всё просто. В декартовых координатах однополостный гиперболоид задаётся уравнением: x²/a² + y²/b² − z²/c² = 1

Выглядит как бесконечная труба, сужающаяся к «талии» и снова расширяющаяся. Если a = b, получается гиперболоид вращения — его можно получить, вращая гиперболу вокруг мнимой оси. Но самое интересное начинается дальше. Через каждую точку однополостного гиперболоида проходят две прямые, целиком лежащие на поверхности. Не одна, а две — и они принадлежат двум разным семействам. Прямые внутри одного семейства между собой не пересекаются, а вот прямые из разных семейств пересекаются всегда. Именно это свойство делает гиперболоид жёсткой конструкцией: если соединить балки шарнирно по образующим, каркас не сложится. Обычная сетка из прямых палочек, а держит форму не хуже сварной рамы.

Гауссова кривизна однополостного гиперболоида всюду отрицательна: K = −1/a². Это значит, что треугольники на его поверхности имеют сумму углов меньше 180° — геометрия Лобачевского в чистом виде. В физике такие поверхности всплывают в теории относительности: однополостный гиперболоид описывает структуру пространства-времени в модели анти-де-Ситтера. А ещё он служит моделью поверхностей Ферми в физике твёрдого тела.

Владимир Шухов первым догадался использовать гиперболоид в строительстве. Его Шаболовская башня в Москве — это 80 прямых стальных профилей, пересекающихся по образующим. Всего Шухов построил более 200 таких башен. А ещё он проектировал гиперболоидные маяки, водонапорные башни и даже опоры ЛЭП.

Форма гиперболоида — у градирен атомных станций (лучший естественный обдув), у аэраторов для воды (струя разбивается о гиперболоидную насадку и насыщается воздухом), у башни «Хан-Шатыр» в Астане и диспетчерской башни аэропорта Барселоны. А ещё существует «кособокий» однополостный гиперболоид — поверхность, у которой каждая образующая пересекает не три, а четыре прямые, и есть линия разрыва, нарушающая непрерывность. Такой вариант в классических учебниках не описан — его открыли только в 2019 году. #математика #опыты #сопромат #физика #геометрия #видеоуроки #physics #science #эксперименты #наука

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

🥺 Plasma Vortex in a Magnetic Field ⚡️

Видео демонстрирует классический и очень наглядный физический эксперимент: взаимодействие плазмы (ионизированного газа) с магнитным полем. Используется высоковольтный генератор на основе flyback-трансформатора с ZVS-драйвером (Zero Voltage Switching), который создает плазменный разряд напряжением около 20 000 вольт. Этот разряд сам по себе является электрической дугой, но при приближении к нему мощного кольцевого неодимового магнита форма дуги кардинально меняется, закручиваясь в эффектный «двойной вихрь»

Ключевое физическое явление, объясняющее этот эффект, — сила Лоренца. Плазма состоит из заряженных частиц (ионов и электронов), которые движутся в электрическом поле разряда. Когда на движущийся заряд действует магнитное поле, возникает сила, направленная перпендикулярно как к направлению движения заряда, так и к направлению магнитного поля. Эта сила заставляет частицы отклоняться, что и приводит к закручиванию плазменного шнура в спираль или вихрь. Вместо того чтобы лететь по прямой, частицы начинают отклоняться в сторону, закручиваясь вокруг силовых линий поля. Это коллективное движение и создает видимую структуру вихря.

Плазма — четвертое состояние вещества, ионизированная субстанция, которая составляет более 99% видимой материи во Вселенной. Именно в состоянии плазмы находятся звезды, молнии и полярные сияния. В отличие от нейтрального газа, плазма прекрасно проводит электричество и чутко реагирует на магнитные поля. Образование именно двух закрученных структур — это не просто визуальный эффект. В физике плазмы хорошо известны так называемые «двойные вихри» (double vortex solitons). Теоретическое моделирование показывает, что при определенных условиях взаимодействие плазмы с магнитным полем и собственными волнами приводит к формированию именно таких устойчивых структур. То, что мы видим на видео, — это наглядная иллюстрация сложных нелинейных процессов, изучаемых в современной физике плазмы.

💡  Для получения столь мощного и стабильного разряда используется драйвер на основе ZVS (Zero Voltage Switching). Этот метод позволяет транзисторам переключаться в тот момент, когда напряжение на них падает до нуля. Это резко снижает потери энергии в виде тепла и повышает КПД устройства, позволяя получать высокие напряжения (в данном случае до 20 кВ) из относительно низковольтного источника питания.

🟡 Плазма в магнитном поле ведет себя как диамагнетик — она выталкивает из себя магнитное поле. Если давление плазмы достаточно велико, она может «сжать» поле, создавая область, свободную от него. На границе этого «диамагнитного пузыря» и образуется переходной слой, где магнитное поле резко возрастает, а давление плазмы падает. Эта физика лежит в основе попыток удержания термоядерной плазмы в ловушках, подобных токамакам.

🔻 В плазме, помещенной в магнитное поле, ярко проявляется эффект Холла. Он заключается в том, что при протекании тока в проводнике в присутствии магнитного поля возникает дополнительное электрическое поле, направленное перпендикулярно току и магнитному полю. В плазме этот эффект может быть очень сильным и приводит к асимметрии распределения зарядов, что также влияет на динамику разряда и образование вихревых структур. #physics #science #физика #гидродинамика #магнетизм #химия #электродинамика #опыты #эксперименты

⚡️ Магнитные электроды

💨 Интересный эксперимент с жидким кислородом

🐸 Живая лягушка левитирует в магнитном поле ~16 Тесла

🧲 Электромагнит Биттера или соленоид Биттера

💡 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