🔥💨 Паровой или реактивный двигатель ?

Паровая машина — тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию водяного пара в механическую работу возвратно-поступательного движения поршня, а затем во вращательное движение вала. В более широком смысле паровая машина — любой двигатель внешнего сгорания, который преобразует энергию пара в механическую работу, таким образом к паровым машинам можно было бы отнести и паровую турбину, имеющую до сих пор широкое применение во многих областях техники.

Первый паровой двигатель был создан и использован Фердинандом Вербистом в 1672 году в его изобретении - игрушкой на паровом двигателе, сделанной для китайского императора. Вторая паровая машина была построена в XVII веке французским физиком Дени Папеном и представляла собой цилиндр с поршнем, который поднимался под действием пара, а опускался давлением атмосферы после сгущения отработавшего пара. На этом же принципе были построены в 1705 году вакуумные паровые машины Севери и Ньюкомена для выкачивания воды из копей.

Значительные усовершенствования в вакуумной паровой машине были сделаны Джеймсом Уаттом в 1769 году. Дальнейшее значительное усовершенствование парового двигателя (применение на рабочем ходу пара высокого давления вместо вакуума) было сделано американцем Оливером Эвансом в 1786 году и англичанином Ричардом Тревитиком в 1800 году.

В России первая действующая паровая машина была построена в 1766 году по проекту Ивана Ползунова, предложенному им в 1763 году. Машина Ползунова имела два цилиндра с поршнями, работала непрерывно, и все действия в ней проходили автоматически. Но увидеть своё изобретение в работе И. И. Ползунову не пришлось: он умер 27 мая 1766 года, а его машина пущена в эксплуатацию на Барнаульском заводе только летом. Через пару месяцев из-за поломки она перестала действовать и впоследствии была демонтирована. #опыты #научные_фильмы #физика #термодинамика #мкт #видеоуроки #gif #physics

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

🟢 Когда RTX 5090 «отдыхает»: анатомия процессорного бутылочного горлышка

Видео, где RTX 5090 соседствует с древним Intel Core i3-530 и 2 ГБ ОЗУ. Мир не успевает прогружаться, текстуры «плывут», а FPS болтается в районе 20-30. C точки зрения архитектуры — это идеальная иллюстрация того, как узкое место (bottleneck) превращает флагманскую видеокарту в бесполезный кусок кремния.

В любой игре CPU и GPU работают в тандеме, но с разной скоростью. CPU отвечает за игровую логику: физику, ИИ, обработку ввода, расчёт положения объектов и, что критично, подготовку и отправку команд рендеринга видеокарте. GPU — исполнитель: он получает эти команды и рисует картинку. Проблема в том, что GPU сегодня в разы быстрее CPU. И если процессор не успевает подготовить кадр, видеокарта просто простаивает. В случае с i3-530 разрыв катастрофический: калькуляторы показывают 89–100% процессорного боттлнека для этой связки. То есть GPU загружен хорошо если на 40-50%, пока CPU «задыхается» под 100%.

Игровой движок (в GTA V — RAGE) работает в несколько потоков:
✔️Game Thread — считает логику мира (физика, ИИ, коллизии);
✔️Render Thread — собирает данные для отрисовки;
✔️RHI Thread — отправляет команды в драйвер и GPU.

Каждый draw call — команда «нарисуй этот объект» — имеет свою цену для CPU. Каждое изменение состояния (текстура, шейдер, буфер) — тоже. В открытом мире GTA V на экране одновременно находятся сотни объектов: машины, здания, NPC, трава, тени. Каждый объект — отдельный draw call. Старый i3-530 с двумя ядрами и низкой IPC физически не может обработать этот поток команд достаточно быстро. GTA V — это открытый мир, который потоково загружается (streaming) по мере движения игрока. Движок использует LOD (Level of Detail): вдали объекты упрощены, вблизи — детализированы. CPU постоянно вычисляет, какие LOD-модели нужно загрузить, какие выгрузить, и где они находятся в мире. Слабый процессор не справляется с этой задачей. Отсюда — знаменитые «пустые» улицы и здания-призраки, которые проявляются только через несколько секунд. GPU готов нарисовать всё в мгновение ока, но CPU не успевает даже сообщить ему, что именно нужно нарисовать.

Помимо рендеринга, есть ещё два пожирателя процессорного времени:
✔️Физика и ИИ: поведение NPC, машин, столкновения. GTA V известна как игра, «выедающая» CPU именно из-за сложных систем симуляции.
✔️Оперативная память: 2 ГБ — это в разы меньше минимума (рекомендуется 8+ ГБ). Когда ОЗУ не хватает, система начинает свопить — сбрасывать данные на диск. Это убивает производительность даже без учёта CPU.

Видеокарта готова отрисовать 200+ FPS, но процессор способен «скормить» ей данные только для 25-30. GPU ждёт. Кадры рождаются не тогда, когда их может нарисовать GPU, а тогда, когда CPU закончит подготовку следующего кадра.

А какая у вас сейчас сборка ПК или на каком ноутбуке сидите, ребят? Давайте поделимся по фотографии в комментариях. #математика #физика #наука #gif #образование #разработка_игр #gamedev #math #physics

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

⚙️ Модель устройства главной части вертолёта 🚁

Несущий винт вертолёта состоит из лопастей, втулки и механизма управления. Лопасти крепятся к втулке через шарниры: горизонтальный (маховый — позволяет взмахивать вверх-вниз), вертикальный (для отклонения в плоскости вращения) и осевой (для поворота вокруг продольной оси, т.е. изменения угла установки). Ключевой механизм управления наклоном лопастей — автомат перекоса. Это два кольца: нижнее неподвижное и верхнее вращающееся вместе с винтом. Нижнее связано тягами с рычагами в кабине, верхнее — тягами с осевыми шарнирами каждой лопасти.

▪️ Общий шаг: при вертикальном перемещении колец все лопасти одновременно меняют угол установки — меняется общая подъёмная сила (взлёт/спуск).

▪️ Циклический шаг: при наклоне колец (например, вперёд) тяги при вращении по-разному изменяют угол установки в зависимости от азимута: над хвостом лопасть увеличивает угол, над носом — уменьшает. Возникает асимметрия подъёмной силы, которая наклоняет плоскость вращения винта и вертолёт летит в нужную сторону.

Таким образом, «наклон лопастей» — это периодическое изменение угла атаки (установки) лопастей, создающее управляющий момент. Маховый шарнир при этом компенсирует неравномерность подъёмной силы на разных азимутах. #техника #механика #изобретения #физика #physics #математика #геометрия #science #наука #аэродинамика

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

🎈 Резиновый шарик в тепловизоре 🔥

Ранее на канале был уже такой опыт. Кратко о происходящем: Резиновый шарик растягивают ➜ Он нагревается (это видно в тепловизоре) ➜ Ждут пока температура выровняется ➜ Резко отпускают, шарик принимает обратно свою форму, но в тепловизоре заметно сильно охлаждение. Этот опыт демонстрирует обратный (или аномальный) термоупругий эффект Гоу-Джуля в резине. Это фундаментальное свойство каучуков и эластомеров, и внутренние напряжения здесь играют ключевую роль.

1. Растяжение шарика (Нагревание): Вы прикладываете силу, чтобы растянуть сетку полимерных цепей, из которых состоит резина. В нерастянутом состоянии длинные, хаотично свернутые полимерные молекулы находятся в состоянии с максимальной энтропией (максимальным беспорядком). При растяжении вы вынуждаете эти цепи выпрямляться и ориентироваться вдоль направления растяжения. Система становится более упорядоченной — её энтропия уменьшается. С термодинамической точки зрения, резиновая деформация — это в первую очередь энтропийный процесс. Внутренняя энергия цепи почти не меняется при растяжении. Согласно уравнению состояния идеального эластомера (аналог уравнения Клапейрона-Менделеева для газов): σ ~ T, где σ — напряжение, T — температура. При постоянной длине растяжения увеличение температуры повышает напряжение. Когда вы растягиваете шарик быстро (адиабатически), системе не хватает времени для теплообмена. Уменьшение энтропии (увеличение упорядоченности) при постоянной внутренней энергии должно сопровождаться выделением тепла, чтобы выполнялись законы термодинамики. Работа, совершаемая вами над резиной, переходит не в увеличение потенциальной энергии межмолекулярных связей (как в металле), а в уменьшение энтропии и, как следствие, в повышение температуры. Внутренние напряжения здесь — прямое следствие вынужденного снижения энтропии цепей.

2. Ожидание (Теплообмен): Растянутый шарик остывает до температуры окружающей среды, отдавая избыточное тепло. Теперь он находится в равновесном растянутом состоянии при комнатной температуре, но с высоким уровнем внутренних (энтропийных) напряжений. Цепи остаются в вытянутом, неестественном для них состоянии.

3. Резкое отпускание (Сильное охлаждение): Вы убираете внешнюю силу. Внутренние напряжения, запасенные в выпрямленных полимерных цепях, теперь выполняют работу. Цепи начинают стремительно сворачиваться обратно в хаотичные клубки, чтобы вернуться в состояние с максимальной энтропией (максимальным беспорядком). Этот процесс быстрого сворачивания (сжатия) является энтропийно-двигательной силой. Цепи совершают работу по сворачиванию, преодолевая внутреннее трение (вязкое сопротивление). Для совершения этой работы им нужна энергия. Поскольку процесс быстрый (адиабатический), эта энергия берется из их собственной тепловой (кинетической) энергии. В результате температура полимерной сетки резко падает. Это прямое следствие преобразования внутренней тепловой энергии в механическую работу, совершаемую против вязких сил при сворачивании.

❓ А теперь пара вопросов по опыту:

1. Почему шарик сильнее охлаждается в той части, где есть переход в более широкий участок резины?

2. С железной пружиной будет точно такие же результаты? Если мы растянем пружину, потом подождем и дадим ей вернуться в исходное состояние, то она охладится?

#физика #механика #видеоуроки #science #термодинамика #МКТ #physics #опыты #эксперименты

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

🔴 ЗАДАЧА ДНЯ: Геомеханика и теория упругости

Представьте, что вы проектируете горный тоннель. Перед вами три варианта поперечного сечения (A, B и C).

❓Вопрос: Какая форма тоннеля является наиболее устойчивой к давлению со стороны камней скалы?

Горные породы оказывают на тоннель колоссальное литостатическое давление (сжимающее со всех сторон). Ключевая проблема здесь — как материал (бетон, камень) реагирует на нагрузку. В механике горных пород тоннель обычно рассматривают как отверстие в бесконечной упругой среде (массиве горных пород), находящемся в состоянии гидростатического сжатия.

Хотите интересный факт для размышлений? Напряжения затухают очень быстро. Основная нагрузка ложится на породу в радиусе примерно 3-х радиусов тоннеля. Дальше скала «не знает» о том, что внутри есть пустота. #physics #science #сопротивление_материалов #механика #физика #сопромат

📊 Какой вариант выбрали бы вы?
🔤 Форма A
🔤 Форма B
🔤 Форма C

📙 Почему мы не проваливаемся сквозь пол [1971] Гордон Джеймс Эдвард
📘 Конструкции, или почему не ломаются вещи [1980] Гордон Джеймс Эдвард

📚 Механика разрушений [12 книг]

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

😵‍💫 Плоттер, который рисует картинки и даже портреты в полярной системе координат

У полярного графопостроителя есть две осевые координаты: θ — поворот стола/руки, ρ — выдвижение инструмента от центра. Пишущий инструмент находится в точке (ρ, θ). Стоит вспомнить связь декартовых и полярных координат (кстати, вы в школе такое проходили или только в ВУЗе?):
Прямое преобразование: x = ρ · cos(θ) и y = ρ · sin(θ)
Обратное преобразование: ρ = √(x² + y²) и θ = atan2(y, x)

Центр вращения также может быть смещен от начала координат, но это легко задается сдвиговыми смещениями: x' = x - x0 ; y' = y - y0 ; ρ = √(x'² + y'²) ; θ = atan2(y', x')

Для реального плоттера важно: ρ обычно ограничено: ρ_min ≤ ρ ≤ ρ_max , а вот угол θ может быть любым, если нет гибких проводов, которые начинают заматываться.

Чтобы построить растровые изображения и портреты, нужна векторизация в декартовой плоскости, потом перевод в полярные.

Загрузить изображение → Перевести в grayscale → Выделить края: Canny, Sobel, Laplacian → Пороговая обработка → Скелетизация линий → Трассировка контуров → Упрощение ломаных: алгоритм Дугласа–Пекара → Расчет для каждой точки контура ( x, y): ρ = √((x-x0)² + (y-y0)²) ; θ = atan2(y-y0, x-x0) → Отсортировать контуры, чтобы меньше двигаться без рисования → Сгенерировать G-код: поднять перо, перейти, опустить, вести линию.

Для закрученного вокруг центра портрета:

for i = 0..N_θ:
    θ = 2π · i / N_θ
    for j = 0..N_ρ:
        ρ = ρ_min + (ρ_max - ρ_min) · j / N_ρ
        x = ρ · cos(θ)
        y = ρ · sin(θ)
        polar_image[i, j] = sample_image(x, y)

Получается изображение в координатах (θ, ρ). Его можно векторизовать так же, как обычное, но затем каждая линия уже будет линией в полярных координатах. 

Главная математическая тонкость: прямая в декартовой системе не является прямой в полярных координатах. Поэтому для точных рисунков и портретов траекторию всегда сначала строят в декартовых координатах, разбивают на мелкие отрезки и только затем переводят каждую точку в (ρ, θ). #математика #mathematics #animation #math #геометрия #geometry #gif

График трохоиды

➰ Красота параметрических кривых

⭕️ Точки пересечения кругов на воде движутся по гиперболе

🕑 Экстремальная задача на смекалку

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib