🕰 Христиан Гюйгенс (Christiaan Huygens), нидерландский математик, физик и астроном — сконструировал первый успешный маятниковый механизм в декабре 1656 года, хотя идея использования маятника для регулировки хода часов ранее высказывалась Галилеем. В 1657 году Гюйгенс передал эксклюзивные права на производство своих часов мастеру Саломону Костеру (Salomon Coster) из Гааги . Именно Костер начал серийный выпуск первых маятниковых часов, известных как «Haagsche Klokje». Интересно, что технология быстро распространилась по Европе. В ноябре 1658 года лондонский часовщик Агасфер Фромантель (Ahasuerus Fromanteel), отправив своего сына в мастерскую Костера, уже рекламировал маятниковые часы в Англии.

⚙️ С инженерной точки зрения, ключевым элементом стала связка «маятник — анкерный спуск».

▪️ 1. Маятник как регулятор: Вместо прежних систем, где скорость хода зависела от неравномерной силы пружины или гири, Гюйгенс применил маятник. Его главное свойство — изохронность: период колебаний (а значит, и интервал между «тиками») практически постоянен для данной длины маятника и не зависит от амплитуды (в малых пределах) . Фактически, маятник стал эталоном времени, который «диктует» механизму, когда переводить стрелку.

▪️2. Анкерный спуск (escapement): Это устройство выполняет две функции :
▫️ Преобразование энергии: Оно преобразует непрерывное вращательное движение колес (от гири или пружины) в колебательное движение маятника.
▫️ Счет импульсов: Каждое качание маятника позволяет зубчатому колесу (спусковому колесу) продвинуться ровно на один зуб. Таким образом, энергия «выпускается» порциями, а не непрерывно.
▫️ Поддержание колебаний: Спуск передает маятнику небольшой импульс энергии от заводного механизма, компенсируя потери на трение и сопротивление воздуха.

В ранних часах Гюйгенса использовался вертикальный (шпиндельный) спуск (verge escapement) . В этой схеме маятник был жестко связан с валом, несущим паллеты (пластины, которые попеременно цепляются за зубья колеса). Это заставляло маятник качаться через слишком широкую дугу, что вносило погрешности. Сам Гюйгенс пытался решить эту проблему, добавив изогнутые щечки (cycloidal cheeks) в точке подвеса маятника. Они заставляли нить маятника наматываться на кривую, искусственно изменяя длину подвеса при больших амплитудах и делая ход более равномерным. Впоследствии именно английские мастера (например, Роберт Гук и Джордж Грэм) усовершенствовали систему, изобретя анкерный спуск (anchor escapement), который позволил маятнику качаться на маленькой дуге (2–3°), что сделало часы еще точнее. #механика #математика #техника #геометрия #физика #опыты

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

✈️ Первый циклотрон, который был разработан американскими физиками Э. Лоуренсом и С. Ливингстоном в далеком 1930 году, обладал относительно небольшим диаметром – около 10 см и мог легко ускорять частицы до энергии, составляющей приблизительно 80 кэВ. Совсем недавняя публикация, подготовленная американскими физиками из Колорадского университета в Болдере, Национального института стандартов и технологий (NIST) и их совместного исследовательского центра JILA, предоставила обновленную оценку максимального значения электрического дипольного момента (ЭДМ) электрона. Благодаря повышению точности на порядок, полученная оценка составила (−1,3 ± 2,0 ± 0,6) × 10⁻³⁰ e·см с учетом всех погрешностей. Данные могут представлять значительный интерес как для области физики элементарных частиц, так и для современной космологической теории происхождения Вселенной.

Физика частиц родилась вместе с фактически случайным наблюдением радиоактивности урана членом Французской академии наук Антуаном Анри Беккерелем в феврале 1896 года. Уже на следующий год Джозеф Джон Томсон после интенсивных поисков открыл первую элементарную частицу, электрон, а потом, как говорится, пошло-поехало. В 1899 году перебравшийся в Монреаль бывший сотрудник Томсона двадцатипятилетний уроженец Новой Зеландии Эрнест Резерфорд обнаружил, что уран испускает два вида частиц (или, как тогда говорили, эманации), которые он назвал альфа- и бета-лучами. Природа бета-лучей выяснилась в том же году, когда Фриц Гейзель, Беккерель и Мария Склодовская-Кюри пришли к заключению, что это просто быстрые электроны. Проблему альфа-частиц в основном разрешил сам Резерфорд в счастливом для себя 1908 году, принесшем ему Нобелевскую премию по химии. Он доказал, что там, где присутствует источник альфа-излучения, появляются атомы гелия (сейчас даже школьник знает, что альфа-частицы — это ядра гелия-4, но тогда понятия атомного ядра просто не существовало). А в интервале между этими событиями, в первый год XX века, француз Поль Виллар открыл у урана еще один вид излучения, которое тот же Резерфорд обозначил третьей буквой греческой алфавита — гаммой. В 1910 году английский физик Уильям Генри Брэгг доказал, что гамма-лучи представляют собой электромагнитные волны очень малой длины.

Об истории физики частиц можно писать до бесконечности, но сейчас я хотел бы выделить в ней очень интересный тренд. Приблизительно до конца 1930-х годов исследования в этой области осуществлялись, как говорится, на лабораторных столах. Такими были, в частности, исторические эксперименты Резерфорда и его ассистентов Эрнеста Марсдена и Иоганнеса Гейгера по бомбардировке альфа-частицами мишеней из золотой фольги, результаты которых в 1911 году привели Резерфорда к планетарной модели атома. Такими были и прочие фундаментальные достижения этой науки — скажем, открытие нейтрона Джеймсом Чедвиком в 1932 году (а также «почти» открытие той же частицы Фредериком и Ирен Жолио-Кюри, которые имели полный набор релевантных экспериментальных данных, но не смогли его правильно осмыслить, равно как и последующее открытие ими же искусственной радиоактивности). Наконец, таким же было и открытие деления ядер урана под действием нейтронного облучения, сделанное в 1938 году в берлинском Институте химии общества кайзера Вильгельма его тогдашним директором профессором Отто Ганом и его ассистентом Фрицем Штрассманом.

Как известно, ядерную физику и физику частиц (в 1930-е годы это была практически одна и та же сфера исследований) революционизировало изобретение циклического резонансного ускорителя протонов, сделанное в 1930 году американскими физиками Эрнестом Орландо Лоуренсом и Милтоном Стэнли Ливингстоном. Однако и эти замечательные машины поначалу опять-таки вполне умещались (или могли умещаться) на лабораторных столах. Первый демонстрационный циклотрон Лоуренса и Ливингстона имел в диаметре около 10 см, второй — 25 см, третий (а это уже была вполне серьезная машина, разгонявшая протоны до энергии 5 МэВ) — 69 см. #физика #ядерная_физика #physics #science

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

🔵 Области 1 и 2 имеют одинаковый цвет: верите в это?

Эффект одновременного светового контраста — представляет собой психофизический феномен, однако его физический и оптический анализ требует строгого разделения причин на две группы: оптические процессы в глазу и нейронная обработка сигнала. Рассмотрение ведётся строго в рамках физической оптики и биофизики сетчатки.

▪️ Формирование ретинального изображения и рассеяние света. Изображение наблюдаемого поля (центральный стимул на ином фоне) строится оптической системой глаза на сетчатке. Идеальной передачи распределения яркости не происходит из-за аберраций, дифракции на краях зрачка и внутриглазного светорассеяния в роговице, хрусталике и стекловидном теле. Свет от яркого фона рассеивается на микронеоднородностях сред и формирует паразитную вуаль, накладывающуюся на ретинальное изображение тёмного поля. Физически это увеличивает освещённость в зоне тёмного тест-объекта по сравнению с идеальным геометрическим предсказанием. Контраст в ретинальном изображении оказывается ниже объективного фотометрического контраста сцены, однако оптическое вуалирование — лишь первое звено, а не полное объяснение эффекта.

▪️ Латеральное торможение как биофизический механизм усиления контраста. На уровне наружного сетчатого слоя (фоторецепторы – горизонтальные клетки – биполяры) реализуется операция, математически описываемая как свёртка распределения освещённости с функцией, имеющей положительный центр и отрицательную периферию (мексиканская шляпа). Горизонтальные клетки интегрируют сигнал с группы колбочек и палочек, формируя тормозной потенциал, вычитаемый из сигнала центрального рецептора. Освещённость сетчатки E(x,y) преобразуется в нейронную активность, приближённо пропорциональную –ΔE (лапласиану распределения освещённости). Граница яркого и тёмного полей создаёт резкий градиент, который латеральное торможение усиливает: с яркой стороны рецептивная периферия нейрона частично попадает на тёмную область, снижая торможение и субъективно увеличивая яркость края; со стороны тёмного поля периферия захватывает яркую зону, увеличивая торможение и делая край темнее. Так возникает полоса Маха вблизи границы.

▪️Пространственная интеграция и адаптация как источник одновременного контраста. Для больших равномерных полей решающую роль играет не градиентная иллюзия, а установившаяся локальная адаптация. Каждый фоторецептор адаптирует свой динамический диапазон (коэффициент усиления) к среднему уровню фоновой засветки. При фиксации взора на границе полей центральная область сетчатки подвергается одному среднему потоку, периферия — другому. Механизм адаптации основан на биохимических процессах фотопигментов и перестройке кальциевого гомеостаза в наружном сегменте. Локальный коэффициент чувствительности пространственно неоднороден и определяется константой электрического сопряжения фоторецепторов и горизонтальных клеток. В результате одинаковое количество квантов, падающих на две локальные зоны сетчатки, вызывает разный нейрональный ответ, если зоны находятся под разным адаптирующим воздействием фона. Субъективно яркость тестового поля смещается в сторону, противоположную яркости фона, — в этом количественная суть эффекта.

▪️Оптическая некорректность изолированного физикалистского объяснения. Световой поток, падающий на фоторецепторы в области тест-объекта, объективно не меняется в зависимости от удалённого фона, если исключить рассеяние, а оно объясняет лишь малую долю эффекта. Основной механизм — пространственно-временная модуляция усиления сигнала нейронной сетью, которая оперирует градиентами освещённости и локальной историей засветки, а не абсолютными значениями светового потока. Следовательно, эффект не является чисто оптическим феноменом: он детерминирован оптическими параметрами ретинального изображения как входными данными, но реализуется через динамическую нелинейную систему преобразования, имеющую биофизическую природу. #физика #оптика #биофизика #наука #science

👁 Одновременный световой контраст [1989]

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib