Акустическая левитация – явление «парящего» равновесия объектов, помещаемых между источником звука и отражателем (например, стенкой) или (чаще) двумя направленными друг на друга источниками звука равной частоты. Выглядит круто и загадочно, хотя физика явления довольно проста.
Как известно, звук – это колебания частиц воздуха, а звуковая волна – это распространение в пространстве таких колебаний. Чем громче звук – тем сильнее колеблются молекулы воздуха и тем сильнее изменяется давление в точке, через которую сейчас проходит звуковая волна.
Если же пустить навстречу друг другу две звуковые волны равной частоты (высоты звука) и амплитуды (громкости), то они провзаимодействуют (интерферируют) с образованием так называемой стоячей волны. Она называется стоячей потому, что в ней возникает определённая конфигурация колебаний молекул воздуха: в одних точках, именуемых узлами, колебания почти отсутствуют (и звук там практически не слышен), в других же, называемых пучностями, они, напротив, усиливаются по сравнению с «оригинальной» волной.
При этом узлы и пучности стоячей волны никуда не смещаются в пространстве, оставаясь в одном и том же месте – в нашем случае, на одном и том же расстоянии от динамиков. Происходит, во-первых, перераспределение энергии звуковой волны в пространстве, а, во-вторых, её «вмораживание» в это самое пространство.
Но теперь вспомним школьную физику: чем быстрее движется некая жидкость или газ, тем меньше его давление (закон Бернулли). Применяя закон Бернулли к нашей ситуации, мы можем прийти к выводу, что в узлах стоячей звуковой волны, где частицы почти неподвижны (не учитывая, конечно, естественного теплового движения, но его, таки да, можно не учитывать) давление должно быть больше, чем в пучностях, где частицы быстро колеблются туда-сюда.
Именно это избыточное давление воздуха в узлах создаёт своеобразную подушку, на которой могут лежать лёгкие тела. Правда, размеры этих тел должны быть к тому же меньше длины звуковой волны (иначе эти объекты помешают формированию стоячей волны и "подушек давления").
Последнее ограничение вроде бы научились обходить, используя вместо пары звуковых излучателей (динамиков) более сложные системы. Благодаря этому аккустическая левитация, возможно, найдёт практическое применение. Например, «аккустические подвесы» могут использоваться в электронике, медицине (например, безконтактные хирургические аккустические пинцеты), инженерии (т.н. капельная 3d-печать) и других областях.
Видеоиллюстрация взята с отличного канала с физическими опытами GetAClass
Как известно, звук – это колебания частиц воздуха, а звуковая волна – это распространение в пространстве таких колебаний. Чем громче звук – тем сильнее колеблются молекулы воздуха и тем сильнее изменяется давление в точке, через которую сейчас проходит звуковая волна.
Если же пустить навстречу друг другу две звуковые волны равной частоты (высоты звука) и амплитуды (громкости), то они провзаимодействуют (интерферируют) с образованием так называемой стоячей волны. Она называется стоячей потому, что в ней возникает определённая конфигурация колебаний молекул воздуха: в одних точках, именуемых узлами, колебания почти отсутствуют (и звук там практически не слышен), в других же, называемых пучностями, они, напротив, усиливаются по сравнению с «оригинальной» волной.
При этом узлы и пучности стоячей волны никуда не смещаются в пространстве, оставаясь в одном и том же месте – в нашем случае, на одном и том же расстоянии от динамиков. Происходит, во-первых, перераспределение энергии звуковой волны в пространстве, а, во-вторых, её «вмораживание» в это самое пространство.
Но теперь вспомним школьную физику: чем быстрее движется некая жидкость или газ, тем меньше его давление (закон Бернулли). Применяя закон Бернулли к нашей ситуации, мы можем прийти к выводу, что в узлах стоячей звуковой волны, где частицы почти неподвижны (не учитывая, конечно, естественного теплового движения, но его, таки да, можно не учитывать) давление должно быть больше, чем в пучностях, где частицы быстро колеблются туда-сюда.
Именно это избыточное давление воздуха в узлах создаёт своеобразную подушку, на которой могут лежать лёгкие тела. Правда, размеры этих тел должны быть к тому же меньше длины звуковой волны (иначе эти объекты помешают формированию стоячей волны и "подушек давления").
Последнее ограничение вроде бы научились обходить, используя вместо пары звуковых излучателей (динамиков) более сложные системы. Благодаря этому аккустическая левитация, возможно, найдёт практическое применение. Например, «аккустические подвесы» могут использоваться в электронике, медицине (например, безконтактные хирургические аккустические пинцеты), инженерии (т.н. капельная 3d-печать) и других областях.
Видеоиллюстрация взята с отличного канала с физическими опытами GetAClass
Довольно пожилая уже задача "Вправо или влево" о двух шариках в двух стаканах на чашках весов продолжает занимать умы и сердца пользователей социальных сетей: совсем недавно автор этих строк наткнулся на неё в одном из пабликов и с удивлением обнаружил, что число правильных и неправильных ответов на вопрос о том, в какую сторону отклонятся весы, оказалось почти строго равным.
Проще говоря, половина пользователей дали неправильный ответ – примерно такая же ситуация наблюдалась бы, если бы люди просто тыкали в один из вариантов ответа наугад.
И это, безусловно, печально, потому что задачка элементарная и даже не дотягивает до уровня школьной олимпиады по физике. Достаточно сесть и аккуратно подсчитать все действующие силы – и правильный ответ получится сам собой. Увы, многие предпочитают искать ответ «из общих соображений», «на пальцах», пользуясь некоей физической эрудицией – и ошибаются.
Итак, для начала важно понять, что сила, действующая на левую чашку весов (ту, в которой шарик для пинг-понга) строго равна сумме собственных весов стакана, воды в стакане и весу шарика, массой которого можно пренебречь по сравнению с массой воды и стакана. Нитки и всё остальное в задаче нужны лишь для отвлечения внимания: все они находятся внутри системы (стакана) и не могут повлиять на процесс взвешивания, который является внешним для этой системы. Позже мы покажем это более строго, а пока перейдём к стакану с тяжёлым шариком.
Здесь тоже нужно действовать формально, например, подсчитать силы, действующие на шарик. Очевидно, что это сила тяжести (действует вниз), сила натяжения нити (действует вверх) и архимедова сила со стороны воды, в которую погружён шарик (действует вверх). При этом очевидно, что сумма силы натяжения нити и силы Архмеда равна силе тяжести.
И здесь мы вспоминаем третий закон Ньютона, который гласит, что если на тело действует некая сила, то оно само тоже воздействует на источник с той же силой, но направленной в обратном направлении. В нашем случае, если вода выталкивает шарик вверх (хотя и не может его вытолкнуть, потому что он слишком тяжёлый: "недостачу" силы компенсирует нить подвеса), то и шарик давит на воду, причём с той же силой и в обратном направлении, то есть вниз.
Иными словами, за счёт этой «обращённой силы Архимеда» вода в стакане получит дополнительный вес, который и сместит весы вправо, в сторону чашки с тяжёлым шариком. И произошло это потому, что система перестала быть замкнутой: наличие штатива, к которому прикреплена нить, «размыкает» её и делает процессы внутри стакана способными влиять на внешние процессы.
При этом понятно, что «обращённая сила Архимеда» равна самой силе Архимеда, то есть весу воды в объёме шарика.
Но ведь, скажет внимательный читатель, точно такая же сила присутствует и в правом стакане с шариком для пинг-понга. Да, присутствует. Но там на дно стакана, помимо «честного» веса воды и «анти-архимедовой» прибавки, также действует сила натяжения нити, которая, снова-таки, равна действующей на шарик архимедовой силе. Две последние компоненты уравнивают друг друга, остаётся только чистый вес воды и стакана (ну и плюс чистый вес шарика, хотя им и можно пренебречь).
Ну и на закуску – видео эксперимента, который доказывает, что на самом деле всё действительно происходит именно так.👇
Проще говоря, половина пользователей дали неправильный ответ – примерно такая же ситуация наблюдалась бы, если бы люди просто тыкали в один из вариантов ответа наугад.
И это, безусловно, печально, потому что задачка элементарная и даже не дотягивает до уровня школьной олимпиады по физике. Достаточно сесть и аккуратно подсчитать все действующие силы – и правильный ответ получится сам собой. Увы, многие предпочитают искать ответ «из общих соображений», «на пальцах», пользуясь некоей физической эрудицией – и ошибаются.
Итак, для начала важно понять, что сила, действующая на левую чашку весов (ту, в которой шарик для пинг-понга) строго равна сумме собственных весов стакана, воды в стакане и весу шарика, массой которого можно пренебречь по сравнению с массой воды и стакана. Нитки и всё остальное в задаче нужны лишь для отвлечения внимания: все они находятся внутри системы (стакана) и не могут повлиять на процесс взвешивания, который является внешним для этой системы. Позже мы покажем это более строго, а пока перейдём к стакану с тяжёлым шариком.
Здесь тоже нужно действовать формально, например, подсчитать силы, действующие на шарик. Очевидно, что это сила тяжести (действует вниз), сила натяжения нити (действует вверх) и архимедова сила со стороны воды, в которую погружён шарик (действует вверх). При этом очевидно, что сумма силы натяжения нити и силы Архмеда равна силе тяжести.
И здесь мы вспоминаем третий закон Ньютона, который гласит, что если на тело действует некая сила, то оно само тоже воздействует на источник с той же силой, но направленной в обратном направлении. В нашем случае, если вода выталкивает шарик вверх (хотя и не может его вытолкнуть, потому что он слишком тяжёлый: "недостачу" силы компенсирует нить подвеса), то и шарик давит на воду, причём с той же силой и в обратном направлении, то есть вниз.
Иными словами, за счёт этой «обращённой силы Архимеда» вода в стакане получит дополнительный вес, который и сместит весы вправо, в сторону чашки с тяжёлым шариком. И произошло это потому, что система перестала быть замкнутой: наличие штатива, к которому прикреплена нить, «размыкает» её и делает процессы внутри стакана способными влиять на внешние процессы.
При этом понятно, что «обращённая сила Архимеда» равна самой силе Архимеда, то есть весу воды в объёме шарика.
Но ведь, скажет внимательный читатель, точно такая же сила присутствует и в правом стакане с шариком для пинг-понга. Да, присутствует. Но там на дно стакана, помимо «честного» веса воды и «анти-архимедовой» прибавки, также действует сила натяжения нити, которая, снова-таки, равна действующей на шарик архимедовой силе. Две последние компоненты уравнивают друг друга, остаётся только чистый вес воды и стакана (ну и плюс чистый вес шарика, хотя им и можно пренебречь).
Ну и на закуску – видео эксперимента, который доказывает, что на самом деле всё действительно происходит именно так.👇
❤1
Media is too big
VIEW IN TELEGRAM
Второй (с 2014 года) испытательный запуск тяжёлой российской ракеты "Ангара-А5", которая должна заменить "Протон-М". Основным преимуществом "Ангары" является использование более дешёвого и экологически чистого топлива (керосин+кислород), хотя и ценой некоторого уменьшения соотношения полезная нагрузка/стартовая масса ракеты (24,5/773 у "Ангары" против 23,7/705 у "Протона-М").
Но интереснее всего вопрос, когда состоится запуск сверхтяжёлого варианта "Ангара-5В" - именно его планируют использовать, в частности, в лунной программе РФ.
Но интереснее всего вопрос, когда состоится запуск сверхтяжёлого варианта "Ангара-5В" - именно его планируют использовать, в частности, в лунной программе РФ.
Галактики Большое и Малое Магелланово Облака, заснятые на плато Паранал, Чили.
В нашем полушарии они не наблюдаются, а жаль.
Магеллановы облака являются карликовыми галактиками и гравитационно связаны с нашей собственной галактикой Млечный путь. Они удалены от нас на 163 и 206 тысяч световых лет - крошечное по межгалактическим меркам расстояние.
Считается, что через примерно 4 миллиарда лет они будут поглощены нашей галактикой. А прямо сейчас Магеллановы облака сливаются друг с другом: уже сейчас эти галактики соединены узкой газовой (водородной) перемычкой, именуемой Магеллановым мостом. В нём даже есть несколько звёзд, которые могут считаться принадлежащими сразу к обеим галактикам!
В нашем полушарии они не наблюдаются, а жаль.
Магеллановы облака являются карликовыми галактиками и гравитационно связаны с нашей собственной галактикой Млечный путь. Они удалены от нас на 163 и 206 тысяч световых лет - крошечное по межгалактическим меркам расстояние.
Считается, что через примерно 4 миллиарда лет они будут поглощены нашей галактикой. А прямо сейчас Магеллановы облака сливаются друг с другом: уже сейчас эти галактики соединены узкой газовой (водородной) перемычкой, именуемой Магеллановым мостом. В нём даже есть несколько звёзд, которые могут считаться принадлежащими сразу к обеим галактикам!
«Роскосмос» подписал контракт на разработку технического проекта ракеты-носителя сверхтяжёлого класса «Енисей».
Предполагается, что эта ракета станет крупнейшей ракетой в мире: со стартовой массой в 2800 тонн, она будет почти вдвое превосходить Falcon Heavy и будет уступать лишь ракете "Сатурн-V", использовавшейся в американской лунной программе "Аполлон" (2965 тонн), но сегодня не эксплуатируемой.
Предполагается, что основные двигатели будут работать на современной топливной схеме "метан-кислород", правда, ракета будет использовать также и керосин-кислородные боковые ускорители. Кроме того, первую ступень ракеты предполагается сделать возвращаемой.
Наряду с другим перспективным проектом, сверхтяжёлой ракетой Ангара-А5В, "Енисей" является одним из перспективных носителей для российской лунной и марсианской программ.
Завершить разработку проекта предполагается до конца 2021 года. Первый запуск ожидается в 2028 году.
Предполагается, что эта ракета станет крупнейшей ракетой в мире: со стартовой массой в 2800 тонн, она будет почти вдвое превосходить Falcon Heavy и будет уступать лишь ракете "Сатурн-V", использовавшейся в американской лунной программе "Аполлон" (2965 тонн), но сегодня не эксплуатируемой.
Предполагается, что основные двигатели будут работать на современной топливной схеме "метан-кислород", правда, ракета будет использовать также и керосин-кислородные боковые ускорители. Кроме того, первую ступень ракеты предполагается сделать возвращаемой.
Наряду с другим перспективным проектом, сверхтяжёлой ракетой Ангара-А5В, "Енисей" является одним из перспективных носителей для российской лунной и марсианской программ.
Завершить разработку проекта предполагается до конца 2021 года. Первый запуск ожидается в 2028 году.
Реальное фото молекулы, сделанное атомно-силовым микроскопом IBM в Цюрихе.
На фото - молекула вещества пентацен (C22H14), состоящая из пяты выстроенных в линию бензольных колец.
Для того, чтобы получить изображение молекулы, учёным пришлось охладить вещество до 5 градусов Кельвина (всего на 5 градусов выше абсолютного нуля) и обеспечить сверхвысокий вакуум.
На фото - молекула вещества пентацен (C22H14), состоящая из пяты выстроенных в линию бензольных колец.
Для того, чтобы получить изображение молекулы, учёным пришлось охладить вещество до 5 градусов Кельвина (всего на 5 градусов выше абсолютного нуля) и обеспечить сверхвысокий вакуум.
Задумывались ли вы о физике формирования морозных узоров на окнах?
В первом приближении всё понятно: снаружи холодно, внутри тепло; стекло, охлаждаемое снаружи и нагреваемое изнутри, имеет промежуточную температуру. Если она ниже нуля, то водяной пар из комнатного воздуха конденсируется и замерзает.
Но почему стекло покрывается именно узорами, а не просто равномерной коркой льда?
Дело в том, что кристаллизация происходит не абы как. Начинается она на различных дефектах на поверхности: сколах, трещинках, пылинках и так далее. Именно здесь начинают расти отдельные ледяные кристаллики, которые, в свою очередь, также становятся центрами кристаллизации. Это похоже на то, как формируется ветвь растения: почка, побег, веточка, следующая почка и так далее. Так и образуется древообразный узор.
Выделяют два основных вида узоров на стекле: это дендриты, более походящие на лиственные растения, и трихиты - узоры из палочек, более напоминающе еловые ветки.
Дендриты (как на картинке) образуются при температурах внутренней поверхности стекла от 0 до -6 градусов Цельсия. При таких температурах водяной пар сначала конденсируется в жидкое состояние, и уже потом замерзает. Из-за этого узоры более "мягкие", волнистые. По той же причине сильнее всего покрыта узорами нижняя часть окна: туда стягивает воду сила гравитации.
Если же температуры ниже, то вода кристаллизуется непосредственно из пара (этот процесс называется десублимация). В результате образуются более резкие линии: "ветка" обычно соответствует трещинам и другим дефектам стекла, по бокам от неё отходят "иголки" в местах, где остаются свободные связи у базовых шестигранных кристаллов.
И да. Ледяные узоры проще всего образуются на не очень чистых и не очень новых окнах. С другой стороны, при слишком большой влажности в помещении они не образуются вообще: льда будет слишком много для того, чтобы выделился какой-то чёткий рисунок.
Кстати, существуют методики обработки стекла, использующие тот же принцип. На стекло в виде капелек напыляют специальный состав, который затем смерзается в виде узора. Потом состав удаляют, удаляя вместе с ним и часть верхнего слоя стекла. Получается тот же узор, но видимый уже и без мороза.
Больше узоров на стекле - ниже.
В первом приближении всё понятно: снаружи холодно, внутри тепло; стекло, охлаждаемое снаружи и нагреваемое изнутри, имеет промежуточную температуру. Если она ниже нуля, то водяной пар из комнатного воздуха конденсируется и замерзает.
Но почему стекло покрывается именно узорами, а не просто равномерной коркой льда?
Дело в том, что кристаллизация происходит не абы как. Начинается она на различных дефектах на поверхности: сколах, трещинках, пылинках и так далее. Именно здесь начинают расти отдельные ледяные кристаллики, которые, в свою очередь, также становятся центрами кристаллизации. Это похоже на то, как формируется ветвь растения: почка, побег, веточка, следующая почка и так далее. Так и образуется древообразный узор.
Выделяют два основных вида узоров на стекле: это дендриты, более походящие на лиственные растения, и трихиты - узоры из палочек, более напоминающе еловые ветки.
Дендриты (как на картинке) образуются при температурах внутренней поверхности стекла от 0 до -6 градусов Цельсия. При таких температурах водяной пар сначала конденсируется в жидкое состояние, и уже потом замерзает. Из-за этого узоры более "мягкие", волнистые. По той же причине сильнее всего покрыта узорами нижняя часть окна: туда стягивает воду сила гравитации.
Если же температуры ниже, то вода кристаллизуется непосредственно из пара (этот процесс называется десублимация). В результате образуются более резкие линии: "ветка" обычно соответствует трещинам и другим дефектам стекла, по бокам от неё отходят "иголки" в местах, где остаются свободные связи у базовых шестигранных кристаллов.
И да. Ледяные узоры проще всего образуются на не очень чистых и не очень новых окнах. С другой стороны, при слишком большой влажности в помещении они не образуются вообще: льда будет слишком много для того, чтобы выделился какой-то чёткий рисунок.
Кстати, существуют методики обработки стекла, использующие тот же принцип. На стекло в виде капелек напыляют специальный состав, который затем смерзается в виде узора. Потом состав удаляют, удаляя вместе с ним и часть верхнего слоя стекла. Получается тот же узор, но видимый уже и без мороза.
Больше узоров на стекле - ниже.
👍1
На фото - изображение звезды класса HL Тельца. Точнее, того, что очень скоро станет звездой HL Тельца, а пока является зародышем звезды: тем, что астрономы называют (так уж совпало) объектами типа T Тельца.
Эти объекты являют собой финальную стадию "эмбрионального развития" звезды: гравитационное сжатие уже превратило газовое облако в плотный шар раскалённой плазмы, однако в результате сжатия его недра пока ещё не нагрелись до того состояния, чтобы в них могли начаться термоядерные реакции.
Объекты типа Т Тельца (иногда для простоты их всё-таки называют звёздами типа Т Тельца) называются так в честь первой звезды этого типа, открытой ещё в 1854 году.
Звёзды типа Т Тельца отличаются сравнительно большой яркостью (относительно других звёзд той же массы), и меньшей цветовой температурой (они более красные), что вызвано тем, что их сжатие ещё не завершилось.
Кроме того, они почти всегда окружены так называемым протопланетным диском, напоминающим кольца Сатурна: в будущем часть вещества этого диска поглотится звездой, часть - развеется в окружающем пространстве под действием излучения звезды, а часть сформирует планеты, астероиды и прочее "население" звёздной системы.
Щели в протопланетном диске, вероятно, указывают на то, что вокруг звезды HL Тельца уже формируются массивные планеты, "выметающие" вещество вдоль орбит своего вращения.
Иллюстрация - адаптированное изображение массива радиотелескопов ALMA.
Эти объекты являют собой финальную стадию "эмбрионального развития" звезды: гравитационное сжатие уже превратило газовое облако в плотный шар раскалённой плазмы, однако в результате сжатия его недра пока ещё не нагрелись до того состояния, чтобы в них могли начаться термоядерные реакции.
Объекты типа Т Тельца (иногда для простоты их всё-таки называют звёздами типа Т Тельца) называются так в честь первой звезды этого типа, открытой ещё в 1854 году.
Звёзды типа Т Тельца отличаются сравнительно большой яркостью (относительно других звёзд той же массы), и меньшей цветовой температурой (они более красные), что вызвано тем, что их сжатие ещё не завершилось.
Кроме того, они почти всегда окружены так называемым протопланетным диском, напоминающим кольца Сатурна: в будущем часть вещества этого диска поглотится звездой, часть - развеется в окружающем пространстве под действием излучения звезды, а часть сформирует планеты, астероиды и прочее "население" звёздной системы.
Щели в протопланетном диске, вероятно, указывают на то, что вокруг звезды HL Тельца уже формируются массивные планеты, "выметающие" вещество вдоль орбит своего вращения.
Иллюстрация - адаптированное изображение массива радиотелескопов ALMA.
Берегите себя и свои нервы, дорогие читатели!
Статья об исследованиях электромагнитного излучения экзопланет, в частности, в системах Тау Волопаса каким-то образом навела журналистов на мысль о том, что на этих планетах может существовать жизнь.
Ну, логика журналистов понятна: раз мы поймали радиосигнал, то там есть и кто-то с радиопередатчиком, да?
На самом деле нет. Любой, кто не поленится открыть статью, прочтёт, что полученные "радиосигналы" являются т.н. аврориальным излучением - естественным излучением всех планет с собственным магнитным полем. В Солнечной системе оно наблюдается, например, Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Никаких выводов о наличии или отсутствии жизни вообще, и тем более разумной жизни, на этом основании делать нельзя, и авторы статьи его делать и не пытаются: несложно убедиться, что слово "жизнь" в статье не фигурирует вообще.
Стоит добавить, что речь идёт о массивном (втрое больше Юпитера) горячем газовом гиганте. Большинство учёных склоняется к мысли о том, что существование жизни на таких планетах невозможно (хотя есть и иные мнения).
Заголовки типа "астрономы поймали радиосигнал с далёкой планеты" оставляем на совести журналистов. Разница между "сигналом", т.е. некоей закодированной информацией, и просто излучением вследствие естественных процессов, по идее должна быть очевидной даже не слишком подкованным в физике представителям журналистского цеха.
Статья об исследованиях электромагнитного излучения экзопланет, в частности, в системах Тау Волопаса каким-то образом навела журналистов на мысль о том, что на этих планетах может существовать жизнь.
Ну, логика журналистов понятна: раз мы поймали радиосигнал, то там есть и кто-то с радиопередатчиком, да?
На самом деле нет. Любой, кто не поленится открыть статью, прочтёт, что полученные "радиосигналы" являются т.н. аврориальным излучением - естественным излучением всех планет с собственным магнитным полем. В Солнечной системе оно наблюдается, например, Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Никаких выводов о наличии или отсутствии жизни вообще, и тем более разумной жизни, на этом основании делать нельзя, и авторы статьи его делать и не пытаются: несложно убедиться, что слово "жизнь" в статье не фигурирует вообще.
Стоит добавить, что речь идёт о массивном (втрое больше Юпитера) горячем газовом гиганте. Большинство учёных склоняется к мысли о том, что существование жизни на таких планетах невозможно (хотя есть и иные мнения).
Заголовки типа "астрономы поймали радиосигнал с далёкой планеты" оставляем на совести журналистов. Разница между "сигналом", т.е. некоей закодированной информацией, и просто излучением вследствие естественных процессов, по идее должна быть очевидной даже не слишком подкованным в физике представителям журналистского цеха.
👍1
В дополнение к предыдущему материалу - полярное (аврориальное) свечение Юпитера.