Излучение Вавилова-Черенкова - эффект сопровождающий работу устройств, порождающих мощное ионизирующее излучение - например, ядерных реакторов. На видео ниже видно, как после включения реактор окутывает голубоватое свечение, которое гаснет после его отключения.
Излучение Вавилова-Черенкова возникает при прохождении через вещество заряженных частиц, скорость движения которых выше, чем скорость света в данной среде. К примеру, в воде скорость света составляет около 75 % от её скорости света в вакууме, так что высокоэнергетические частицы в своём движении вполне могут её превзойти.
В результате возникает ситуация, сходная с сверхзвуковым движением летательных аппаратов, а черенковское свечение является почти точным оптическим аналогом хлопка, который мы слышим вскоре после пролёта над нами самолёта, движущегося со сверхзвуковой скоростью. Только "самолёт" тут не один: работающий реактор излучает множество высокоэнергетических заряженных частиц, и свечение мы наблюдаем постоянно.
Кстати, благодаря черенковскому излучению даже на самых больших океанских глубинах не полностью темно: различные высокоэнергетические частицы, возникающие, к примеру, в результате распада радиоактивного калия-40, видимо, порождают слабое, незаметное для нашего глаза свечение, которое, тем не менее, способны воспринимать чувствительные глаза глубоководных рыб.
Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут.
Излучение Вавилова-Черенкова возникает при прохождении через вещество заряженных частиц, скорость движения которых выше, чем скорость света в данной среде. К примеру, в воде скорость света составляет около 75 % от её скорости света в вакууме, так что высокоэнергетические частицы в своём движении вполне могут её превзойти.
В результате возникает ситуация, сходная с сверхзвуковым движением летательных аппаратов, а черенковское свечение является почти точным оптическим аналогом хлопка, который мы слышим вскоре после пролёта над нами самолёта, движущегося со сверхзвуковой скоростью. Только "самолёт" тут не один: работающий реактор излучает множество высокоэнергетических заряженных частиц, и свечение мы наблюдаем постоянно.
Кстати, благодаря черенковскому излучению даже на самых больших океанских глубинах не полностью темно: различные высокоэнергетические частицы, возникающие, к примеру, в результате распада радиоактивного калия-40, видимо, порождают слабое, незаметное для нашего глаза свечение, которое, тем не менее, способны воспринимать чувствительные глаза глубоководных рыб.
Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут.
👍2
Физика печной трубы
Печная труба нужна не только для того, чтобы удалять из помещения едкий дым: её наличие позволяет сгорать в такой печи даже сырым дровам или углю, которые в обычном костре, к примеру, гореть не будут.
Причина – образование тяги, когда горячие продукты горения, имеющие меньшую плотность, чем окружающий воздух, по закону Архимеда поднимаются по трубе и выбрасываются в атмосферу из её верхнего конца. На их место через поддувало засасывается свежий, богатый кислородом воздух.
В обычном костре этого не происходит, а точнее, процесс происходит менее интенсивно: горячие продукты горения смешиваются с холодным окружающим воздухом и сами охлаждаются, что ухудшает циркуляцию. Кроме того, в результате и сам этот воздух загрязняется углекислым и угарным газами, а также другими веществами, мешающими поддержанию горения – особенно когда оно идёт не очень интенсивно, как это бывает с теми же сырыми дровами. Чтобы они разгорелись, на костёр дуют или обмахивают его, обеспечивая принудительное удаление продуктов горения и приток свежего воздуха, пока огонь не разгорится и не установится более ли менее нормальная конвекция.
Наличие трубы позволяет разделить дым и чистый окружающий воздух, защитив от контакта с продуктами горения и сам огонь (из-за чего он горит лучше), и наши с вами лёгкие. Поэтому дрова в печи разгораются без особых ухищрений, горят интенсивнее и дают больше тепла за меньшее время.
На этот достаточно простой с физической точки зрения процесс влияет множество факторов, которые следует учитывать при проектировании дымоходов и печных труб. Так, труба должна быть достаточно высокой, чтобы обеспечить как можно большую разность температур на входе и выходе (чем больше разница температур – тем эффективнее идёт конвекция). Это особенно важно в относительно тёплую погоду, ведь в сильные морозы разница температур и давлений обеспечивается проще: именно поэтому в морозную погоду дым из труб высоко поднимается вверх, а в относительно тёплую – склонен стелиться, то есть отклоняться от вертикального направления под действием того же ветра.
Печная труба также должна быть достаточно широкой, чтобы снизить влияние гидродинамического сопротивления на воздушный поток. Стенки трубы должны быть достаточно толстыми, чтобы хорошо «держать» тепло: в противном случае они будут быстро остывать при контакте с окружающим воздухом и охлаждать поток горячих газов, что, снова-таки, приведёт к ухудшению конвекции. Кроме того, из воздушного потока в таком случае (особенно в морозную погоду) могут конденсироваться водяные пары, в которых будут растворяться продукты горения. Такой конденсат будет по сути представлять собой смесь разных кислот (растворов оксидов в воде), которые будут разъедать трубу, уменьшая срок её службы. Поэтому тонкие выхлопные трубы, сделанные, скажем, просто из слоя металла, рекомендуется дополнительно утеплять.
А ещё оседающие на стенках трубы продукты неполного сгорания угля или древесины (креозот, смолы, увлечённые воздушным потоком мелкие фрагменты топлива и т.п.) способны загораться сами по себе, что чревато большим пожаром. Но это уже немного другая история.
С другой стороны, слишком большая тяга – тоже нехорошо: ведь обычно печи и камины используют для нагрева помещений, а значит, тепло от горячих продуктов сгорания должно всё же успеть передаться печи, а от неё – воздуху в помещении. Именно поэтому дымоходы печей или каминов снабжаются задвижками (вьюшками, шиберами), позволяющими регулировать тягу. К примеру, после окончания горения топлива задвижку рекомендуется закрыть: конвекция прекратится и печь не будет выстывать, дольше сохраняя тепло.
Главное не сделать это слишком рано, когда горение ещё продолжается: в этом случае дым, содержащий углекислый и, что ещё более неприятно, угарный газ, не имея другого выхода, попадёт в помещение. Ни к чему хорошему это не приведёт.
Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут.
Печная труба нужна не только для того, чтобы удалять из помещения едкий дым: её наличие позволяет сгорать в такой печи даже сырым дровам или углю, которые в обычном костре, к примеру, гореть не будут.
Причина – образование тяги, когда горячие продукты горения, имеющие меньшую плотность, чем окружающий воздух, по закону Архимеда поднимаются по трубе и выбрасываются в атмосферу из её верхнего конца. На их место через поддувало засасывается свежий, богатый кислородом воздух.
В обычном костре этого не происходит, а точнее, процесс происходит менее интенсивно: горячие продукты горения смешиваются с холодным окружающим воздухом и сами охлаждаются, что ухудшает циркуляцию. Кроме того, в результате и сам этот воздух загрязняется углекислым и угарным газами, а также другими веществами, мешающими поддержанию горения – особенно когда оно идёт не очень интенсивно, как это бывает с теми же сырыми дровами. Чтобы они разгорелись, на костёр дуют или обмахивают его, обеспечивая принудительное удаление продуктов горения и приток свежего воздуха, пока огонь не разгорится и не установится более ли менее нормальная конвекция.
Наличие трубы позволяет разделить дым и чистый окружающий воздух, защитив от контакта с продуктами горения и сам огонь (из-за чего он горит лучше), и наши с вами лёгкие. Поэтому дрова в печи разгораются без особых ухищрений, горят интенсивнее и дают больше тепла за меньшее время.
На этот достаточно простой с физической точки зрения процесс влияет множество факторов, которые следует учитывать при проектировании дымоходов и печных труб. Так, труба должна быть достаточно высокой, чтобы обеспечить как можно большую разность температур на входе и выходе (чем больше разница температур – тем эффективнее идёт конвекция). Это особенно важно в относительно тёплую погоду, ведь в сильные морозы разница температур и давлений обеспечивается проще: именно поэтому в морозную погоду дым из труб высоко поднимается вверх, а в относительно тёплую – склонен стелиться, то есть отклоняться от вертикального направления под действием того же ветра.
Печная труба также должна быть достаточно широкой, чтобы снизить влияние гидродинамического сопротивления на воздушный поток. Стенки трубы должны быть достаточно толстыми, чтобы хорошо «держать» тепло: в противном случае они будут быстро остывать при контакте с окружающим воздухом и охлаждать поток горячих газов, что, снова-таки, приведёт к ухудшению конвекции. Кроме того, из воздушного потока в таком случае (особенно в морозную погоду) могут конденсироваться водяные пары, в которых будут растворяться продукты горения. Такой конденсат будет по сути представлять собой смесь разных кислот (растворов оксидов в воде), которые будут разъедать трубу, уменьшая срок её службы. Поэтому тонкие выхлопные трубы, сделанные, скажем, просто из слоя металла, рекомендуется дополнительно утеплять.
А ещё оседающие на стенках трубы продукты неполного сгорания угля или древесины (креозот, смолы, увлечённые воздушным потоком мелкие фрагменты топлива и т.п.) способны загораться сами по себе, что чревато большим пожаром. Но это уже немного другая история.
С другой стороны, слишком большая тяга – тоже нехорошо: ведь обычно печи и камины используют для нагрева помещений, а значит, тепло от горячих продуктов сгорания должно всё же успеть передаться печи, а от неё – воздуху в помещении. Именно поэтому дымоходы печей или каминов снабжаются задвижками (вьюшками, шиберами), позволяющими регулировать тягу. К примеру, после окончания горения топлива задвижку рекомендуется закрыть: конвекция прекратится и печь не будет выстывать, дольше сохраняя тепло.
Главное не сделать это слишком рано, когда горение ещё продолжается: в этом случае дым, содержащий углекислый и, что ещё более неприятно, угарный газ, не имея другого выхода, попадёт в помещение. Ни к чему хорошему это не приведёт.
Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут.
👍6
Пиноклин - зона резкого скачка плотности морской и океанской воды, чаще всего фиксируемая на глубине порядка 100 метров.
Сюда уже практически не проникает солнечный свет, а кроме того, лежащие ниже этой отметки воды почти не перемешиваются с более тёплыми водами приповерхностного слоя.
Из-за этого вода ниже уровня пиноклина ощутимо плотнее той, что находится над ним. Из-за этого возникает т.н. эффект "жидкого грунта": из-за разницы в архимедовой силе на поверхности пиноклина могут без усилий "лежать" не только небольшие микроорганизмы, но и вполне крупные объекты вроде подводных лодок.
Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут.
Сюда уже практически не проникает солнечный свет, а кроме того, лежащие ниже этой отметки воды почти не перемешиваются с более тёплыми водами приповерхностного слоя.
Из-за этого вода ниже уровня пиноклина ощутимо плотнее той, что находится над ним. Из-за этого возникает т.н. эффект "жидкого грунта": из-за разницы в архимедовой силе на поверхности пиноклина могут без усилий "лежать" не только небольшие микроорганизмы, но и вполне крупные объекты вроде подводных лодок.
Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут.
👍5
Из-за того, что плотность и показатель преломления атмосферы неодинаковы на различных высотах, солнечны лучи в ней распространяются не по прямой, а по кривым. С этим связан ряд оптических эффектов: например, на наблюдаем восход Солнца над горизонтом тогда, когда чисто геометрически оно должно быть сокрыто от нас окружностью Земли.
К слову, по той же причине на закате (а равно и на рассвете) солнечный диск кажется сплющенным (по вертикали Солнце выглядит меньшим, чем по горизонтали).
Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут.
К слову, по той же причине на закате (а равно и на рассвете) солнечный диск кажется сплющенным (по вертикали Солнце выглядит меньшим, чем по горизонтали).
Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут.
👍5
This media is not supported in your browser
VIEW IN TELEGRAM
Откуда берёт энергию Солнце?
На этот вопрос учёные не могли найти ответа до первой четверти XX века, когда были открыты взаимные превращения атомных ядер с выделением энергии. Оказалось, что атомы водорода, из которого на 70 % состоит наше Солнце, при определённых условиях способны «склеиваться», превращаясь в атомы гелия, из которого Солнце состоит на 28 %. При таком склеивании выделяется значительная энергия – этот процесс ещё называют термоядерным синтезом. И загадка источников энергии Солнца казалась почти разгаданной, но увы, всё оказалось не так просто, как кажется: оказалось, что превратить водород в гелий крайне сложно по целому ряду причин. Для того, чтобы понять, что на самом деле происходит в ядре Солнца, учёным понадобилось ещё несколько десятилетий.
Подробнее в видео.
Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут.
На этот вопрос учёные не могли найти ответа до первой четверти XX века, когда были открыты взаимные превращения атомных ядер с выделением энергии. Оказалось, что атомы водорода, из которого на 70 % состоит наше Солнце, при определённых условиях способны «склеиваться», превращаясь в атомы гелия, из которого Солнце состоит на 28 %. При таком склеивании выделяется значительная энергия – этот процесс ещё называют термоядерным синтезом. И загадка источников энергии Солнца казалась почти разгаданной, но увы, всё оказалось не так просто, как кажется: оказалось, что превратить водород в гелий крайне сложно по целому ряду причин. Для того, чтобы понять, что на самом деле происходит в ядре Солнца, учёным понадобилось ещё несколько десятилетий.
Подробнее в видео.
Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут.
👍5
Линзовидные облака, которые можно иногда наблюдать над вершинами гор - впечатляющее и выглядящее немного таинственным явление - особенно с учёом того, что такие облака, кажется,совершенно не реагируют на ветер, будучи "привязанными" к горной вершине.
На самом деле по природе линзовидные облака слабо отличаются от обычных: они тоже образуются в результате того, что тёплый влажный воздух поднимается вверх в более холодные слои, где содержащийся в нём водяной пар конденсируется в капельки.
Но только если в случае обычных облаков воздух поднимают вверх конвекционные потоки, то в случае линзовидных облаков это происходит под действием силы горизонтально дующего ветра. Для того, чтобы обогнуть гору, ветровой поток получает вертикальную составляющую, которая забрасывает воздух на высоту, где температуры ниже, и происходит конденсация водяных паров с образованием привязанного к вершине горы облака.
Так как к образованию линзовидных облаков приводит не конвекция, а ветер, они могут образовываться даже в безоблачную погоду, благодаря чему и выглядят особенно эффектно.
На картинке - линзовидное облако над вулканом Ключевская сопка.
Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут.
На самом деле по природе линзовидные облака слабо отличаются от обычных: они тоже образуются в результате того, что тёплый влажный воздух поднимается вверх в более холодные слои, где содержащийся в нём водяной пар конденсируется в капельки.
Но только если в случае обычных облаков воздух поднимают вверх конвекционные потоки, то в случае линзовидных облаков это происходит под действием силы горизонтально дующего ветра. Для того, чтобы обогнуть гору, ветровой поток получает вертикальную составляющую, которая забрасывает воздух на высоту, где температуры ниже, и происходит конденсация водяных паров с образованием привязанного к вершине горы облака.
Так как к образованию линзовидных облаков приводит не конвекция, а ветер, они могут образовываться даже в безоблачную погоду, благодаря чему и выглядят особенно эффектно.
На картинке - линзовидное облако над вулканом Ключевская сопка.
Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут.
👍5
Электрический ток - это направленное движение носителей заряда в проводнике, например, электронов в металлическом проводе.
Причём скорость этого самого этого движения весьма незначительна (доли миллиметра в секунду), тогда как электромагнитное поле распространяется со скоростью света.
Как такое возможно?
Представьте себе проводник в виде трубы, до предела заполненной упругими шариками-электронами. Очевидно, что если мы начнём запихивать новые шарики с одного конца, то уже находящиеся в ней шарики начнут высыпаться с другого конца почти мгновенно, даже если труба очень длинная.
Эта аналогия точнее, чем может показаться на первый взгляд. Действительно, взаимодействие между шариками определяется упругими силами и происходит со скоростью звука в материале шариков. В случае же с проводником и электронами взаимодействие определяется электрическими силами, и осуществляется со скоростью распространения электромагнитных волн, т.е. со скоростью света.
Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут.
Причём скорость этого самого этого движения весьма незначительна (доли миллиметра в секунду), тогда как электромагнитное поле распространяется со скоростью света.
Как такое возможно?
Представьте себе проводник в виде трубы, до предела заполненной упругими шариками-электронами. Очевидно, что если мы начнём запихивать новые шарики с одного конца, то уже находящиеся в ней шарики начнут высыпаться с другого конца почти мгновенно, даже если труба очень длинная.
Эта аналогия точнее, чем может показаться на первый взгляд. Действительно, взаимодействие между шариками определяется упругими силами и происходит со скоростью звука в материале шариков. В случае же с проводником и электронами взаимодействие определяется электрическими силами, и осуществляется со скоростью распространения электромагнитных волн, т.е. со скоростью света.
Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут.
👍5👎1
Это не растения и не животные, и даже не творения рук ювелира, а естественный вид минерала под названием агардит. Точнее, это целая группа минералов, представляющих собой водно-гидратированные арсенаты (соли мышьяковой кислоты H3AsO4) редкоземельных металлов (иттрия, церия, неодима, лантана и других).
Практического использования агардит не имеет, но красиво же!
Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут.
Практического использования агардит не имеет, но красиво же!
Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут.
👍3
👍1
Задумывались ли вы о том, почему сухая тряпка впитывает воду хуже, чем влажная?
Или о том, почему тряпка из шерсти годится для этого хуже, чем тряпка из льна?
Чтобы ответить на эти вопросы, нужно понять, почему вообще тряпка впитывает воду. Причина – т.н. капиллярный эффект – свойство жидкости «всасываться» в сосуды небольшого диаметра, сделанные из смачиваемого этой жидкостью материала.
Если очень коротко, смачивание и капиллярный эффект возникают вследствие взаимодействия (притяжения) молекул жидкости и молекул вещества сосуда: если сила такого взаимодействия между молекулами жидкости и сосуда сильнее, чем между молекулами самой жидкости между собой, то и происходит смачивание: межмолекулярные силы как бы «втягивают» жидкость внутрь тонкого сосуда-капилляра, причём втягивается тем сильнее, чем тоньше сосуд.
Льняная (или, скажем хлопковая или хлопчато-бумажная) ткань состоит как раз из множества таких капилляров: именно их представляют собой волокна растений, из которых сделана эта ткань. В природе эти волокна нужны для доставки воды и минеральных веществ из почвы – как раз-таки благодаря капиллярному эффекту, который растения приспособились использовать в качестве насоса.
Но для того, чтобы капиллярные насосы в тряпке начали «прокачивать» воду, кончик капилляра нужно смочить в воде, чтобы жидкость пришла в соприкосновение со стенками этого капилляра, смочила их. Именно поэтому тряпку рекомендуют смочить, а потом как следует отжать, чтобы в ней оставалось минимальное количество жидкости: тогда капиллярные насосы будут работать в полную силу.
А вот ткани животного происхождения, такие как шерсть или шёлк, состоят из волокон другого рода: они цельные, без пустот, и как капилляры работать уже не могут. Кое-какое впитывание обеспечивается за счёт заполнение водой пустот между волокнами, но это, конечно, уже не то.
На картинке - трубочки волокон льна под микроскопом
Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут.
Или о том, почему тряпка из шерсти годится для этого хуже, чем тряпка из льна?
Чтобы ответить на эти вопросы, нужно понять, почему вообще тряпка впитывает воду. Причина – т.н. капиллярный эффект – свойство жидкости «всасываться» в сосуды небольшого диаметра, сделанные из смачиваемого этой жидкостью материала.
Если очень коротко, смачивание и капиллярный эффект возникают вследствие взаимодействия (притяжения) молекул жидкости и молекул вещества сосуда: если сила такого взаимодействия между молекулами жидкости и сосуда сильнее, чем между молекулами самой жидкости между собой, то и происходит смачивание: межмолекулярные силы как бы «втягивают» жидкость внутрь тонкого сосуда-капилляра, причём втягивается тем сильнее, чем тоньше сосуд.
Льняная (или, скажем хлопковая или хлопчато-бумажная) ткань состоит как раз из множества таких капилляров: именно их представляют собой волокна растений, из которых сделана эта ткань. В природе эти волокна нужны для доставки воды и минеральных веществ из почвы – как раз-таки благодаря капиллярному эффекту, который растения приспособились использовать в качестве насоса.
Но для того, чтобы капиллярные насосы в тряпке начали «прокачивать» воду, кончик капилляра нужно смочить в воде, чтобы жидкость пришла в соприкосновение со стенками этого капилляра, смочила их. Именно поэтому тряпку рекомендуют смочить, а потом как следует отжать, чтобы в ней оставалось минимальное количество жидкости: тогда капиллярные насосы будут работать в полную силу.
А вот ткани животного происхождения, такие как шерсть или шёлк, состоят из волокон другого рода: они цельные, без пустот, и как капилляры работать уже не могут. Кое-какое впитывание обеспечивается за счёт заполнение водой пустот между волокнами, но это, конечно, уже не то.
На картинке - трубочки волокон льна под микроскопом
Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут.
👍3
Из пушки на Луну: возможно ли?
Одним из первых прочитанных мной научно-фантастических произведений было "Из пушки на Луну" Жюля Верна. Конечно, полтора века спустя произведение выглядит достаточно наивным, но ключевая высказанная Жюлем Верном идея будоражит умы инженеров до сих пор: можно ли создать некое стационарное наземное устройство, которое позволит отправить человека если не на Луну, то хотя бы на околоземную орбиту?
Действительно, постройка такого ускорителя позволила бы существенно удешевить самый дорогой и сложный этап космических полётов: преодоление земной гравитации. К сожалению, в чистом виде реализовать этот принцип не получится по законам механики. Точнее, построить космическую пушку, которая будет разгонять летательные аппараты до первой космической скорости (достаточной для выхода на устойчивую орбиту) теоретически можно. Точнее, начальная скорость объекта должна быть существенно выше первой космической, ведь ему ещё предстоит преодолеть сопротивление атмосферы, но проблема не в этом.
Ключевая сложность состоит в том, что в результате разогнанный до такой скорости объект выйдет на эллиптическую орбиту, которая будет пересекаться с Землёй в точке запуска (или в несколько другой точке, с учётом суточного вращения Земли и того же сопротивления воздуха), так что запущенный аппарат упадёт на Землю в конце первого же витка.
Так что для того, чтобы выйти на стационарную орбиту, космическому аппарату всё-таки надо будет иметь двигатели, которые придадут ему некую дополнительную скорость уже после старта, чтобы благодаря такому манёвру аппарат изменил орбиту и всё-таки избежал столкновения с Землёй.
Впрочем, используя наземный ускоритель можно всё-таки существенно уменьшить затраты топлива, а значит, и стоимость запусков: одним из проектов, изучающих эту возможность, является проект гигантской центрифуги SpinLaunch, предназначенной для начального разгона перед выходом на орбиту небольших спутников.
Но самое интересное то, что полёт "из пушки на Луну" (или даже на другую планету Солнечной системы) всё-таки возможен - по крайней мере, теоретически. Правда, для этого "пушка" должна разогнать "снаряд" не до первой, а до второй космической скорости - скорости, которая требуется для его выхода на эллиптическую орбиту вокруг Солнца. Да, такая орбита тоже будет пересекать точку старта, но дело в том, что из-за годового вращения Земли по своей орбите вокруг Солнца, к моменту возвращения аппарата в эту точку Земли там может и не быть. Зато по пути он может встретить другие небесные тела - ту же Луну или, скажем, Марс или Венеру, осуществив таким образом межпланетный перелёт.
Другое дело, что такой перелёт, вероятно, займёт достаточно много времени. Да и затраты энергии для разгона аппарата до второй космической скорости с учётом потерь на преодоление сопротивления земной атмосферы будут поистине чудовищными. Так что логичнее и рациональнее решать задачу всё-таки иначе: сначала тем или иным способом выводить космический аппарат на околоземную орбиту, а уже там набирать разгон и летать куда-то дальше.
Однако чисто теоретически полёт из пушки на Луну возможен, так что тут Жюль Верн в целом нас не обманул.
На картинке - та самая "орбитальная центрифуга" SpinLaunch.
Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут.
Одним из первых прочитанных мной научно-фантастических произведений было "Из пушки на Луну" Жюля Верна. Конечно, полтора века спустя произведение выглядит достаточно наивным, но ключевая высказанная Жюлем Верном идея будоражит умы инженеров до сих пор: можно ли создать некое стационарное наземное устройство, которое позволит отправить человека если не на Луну, то хотя бы на околоземную орбиту?
Действительно, постройка такого ускорителя позволила бы существенно удешевить самый дорогой и сложный этап космических полётов: преодоление земной гравитации. К сожалению, в чистом виде реализовать этот принцип не получится по законам механики. Точнее, построить космическую пушку, которая будет разгонять летательные аппараты до первой космической скорости (достаточной для выхода на устойчивую орбиту) теоретически можно. Точнее, начальная скорость объекта должна быть существенно выше первой космической, ведь ему ещё предстоит преодолеть сопротивление атмосферы, но проблема не в этом.
Ключевая сложность состоит в том, что в результате разогнанный до такой скорости объект выйдет на эллиптическую орбиту, которая будет пересекаться с Землёй в точке запуска (или в несколько другой точке, с учётом суточного вращения Земли и того же сопротивления воздуха), так что запущенный аппарат упадёт на Землю в конце первого же витка.
Так что для того, чтобы выйти на стационарную орбиту, космическому аппарату всё-таки надо будет иметь двигатели, которые придадут ему некую дополнительную скорость уже после старта, чтобы благодаря такому манёвру аппарат изменил орбиту и всё-таки избежал столкновения с Землёй.
Впрочем, используя наземный ускоритель можно всё-таки существенно уменьшить затраты топлива, а значит, и стоимость запусков: одним из проектов, изучающих эту возможность, является проект гигантской центрифуги SpinLaunch, предназначенной для начального разгона перед выходом на орбиту небольших спутников.
Но самое интересное то, что полёт "из пушки на Луну" (или даже на другую планету Солнечной системы) всё-таки возможен - по крайней мере, теоретически. Правда, для этого "пушка" должна разогнать "снаряд" не до первой, а до второй космической скорости - скорости, которая требуется для его выхода на эллиптическую орбиту вокруг Солнца. Да, такая орбита тоже будет пересекать точку старта, но дело в том, что из-за годового вращения Земли по своей орбите вокруг Солнца, к моменту возвращения аппарата в эту точку Земли там может и не быть. Зато по пути он может встретить другие небесные тела - ту же Луну или, скажем, Марс или Венеру, осуществив таким образом межпланетный перелёт.
Другое дело, что такой перелёт, вероятно, займёт достаточно много времени. Да и затраты энергии для разгона аппарата до второй космической скорости с учётом потерь на преодоление сопротивления земной атмосферы будут поистине чудовищными. Так что логичнее и рациональнее решать задачу всё-таки иначе: сначала тем или иным способом выводить космический аппарат на околоземную орбиту, а уже там набирать разгон и летать куда-то дальше.
Однако чисто теоретически полёт из пушки на Луну возможен, так что тут Жюль Верн в целом нас не обманул.
На картинке - та самая "орбитальная центрифуга" SpinLaunch.
Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут.
👍10
Рельсовая пушка, рейлган или рельсотрон - ещё одно оружие, хорошо известное нам по научной фантастике. Но сколько эти фантазии применимы в реальности?
По сути рельсотрон - вполне реальная установка, принцип действия которой основан на реально существующих физических законах. Металлический снаряд помещают между двух "рельс"- проводников, по которым пускают электрический ток. Ток порождает магнитное поле, причём в нашем случае оно таково, что стремится разомкнуть цепь, вытолкнув снаряд из системы. Эта сила начинает толкать снаряд по "рельсам", всё сильнее и сильнее разгоняя его.
В результате скорость, до которой мы можем разогнать снаряд, определяется исключительно силой тока в системе, а также длинной проводников-"рельсов" - то есть, вообще говоря, может быть сколь угодно большой - в отличие от обычного огнестрельного оружия не может превышать 2,5 километра в секунду.
Рельсотрон в теории обладает рядом преимуществ. Стоимость снаряда, который представляет просто кусок металла, существенно ниже, а значит, снижается и стоимость одного выстрела. Кроме того, ниже масса готового выстрела: не нужен пороховой заряд, гильза и тому подобное, а значит, и места для хранения боекомплекта понадобится меньше.
Да и сам снаряд может быть легче: кинетическая энергия пропорциональна массе снаряда в первой степени, а скорость - в квадрате, так что при прочих равных снаряд с меньшей массой, но с большой скоростью будет обладать большей разрушительной силой.
Кроме того, перехватить небольшой снаряд, летящий со значительной (около 2000 метров в секунду) скоростью не сможет ни одна система активной обороны. По той же причине от такого снаряда почти невозможно будет уклониться.
Всё это выглядит очень интересно, но на практике применение рельсотронов военными сталкивается с рядом проблем, решить которые пока не удалось.
Во-первых, рельсотрону потребуется достаточно мощный внешний источник питания, что почти исключает возможность его применения в качестве личного стрелкового оружия.
Во-вторых, хотя стоимость снаряда и невелика, сам рельсотрон будет обходиться достаточно дорого, а также (вместе с источником питания) занимать достаточно много места: на практике обычные пушки или ракеты оказываются практичнее.
В-третьих, огромную роль будет играть сопротивление воздуха, которое особенно велико на больших скоростях. Так что в реальности основное преимущество рельсотрона сводится на нет: "закачанная" в снаряд кинетическая энергия будет быстро рассеиваться в атмосфере.
А при стрельбе на большие расстояния начинают играть роль факторы, которые обычно при расчёте баллистических траекторий не учитываются: неоднородности гравитационного поля Земли, перепад температуры и влажности воздуха и т.п. В результате произвести действительно точный выстрел на существенное расстояние не получится, а скорректировать траекторию в процессе полёта, как это делают ракеты или самонаводящиеся снаряды не выйдет.
Последний известный проект по практическому использованию рельсотронов - американский Velocitas Eradico, в рамках которого такими пушками предлагалось оснастить эсминцы типа Zumwalt. По задумке такие пушки должны были использоваться для борьбы с противокорабельными ракетами. Однако после ряда неудач в 2021 году проект свернули.
После полувека проб и ошибок у нас есть достаточно веские основания сомневаться в том, что рельсотрон найдёт применение на Земле. А вот в космосе, где отсутствует сопротивление атмосферы, а каждый килограмм полезной нагрузки - на вес золота, это может сработать. Причём использование может быть и вполне мирным: например, для уничтожения угрожающего космическим кораблям мусора. Но может быть и по-другому - например, так, как показано в сериале "Экспансия", где именно рельсотроны являются главным оружием космических баталий.
На картинке - принцип действия рельсотрона с физической точки зрения.
Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут.
По сути рельсотрон - вполне реальная установка, принцип действия которой основан на реально существующих физических законах. Металлический снаряд помещают между двух "рельс"- проводников, по которым пускают электрический ток. Ток порождает магнитное поле, причём в нашем случае оно таково, что стремится разомкнуть цепь, вытолкнув снаряд из системы. Эта сила начинает толкать снаряд по "рельсам", всё сильнее и сильнее разгоняя его.
В результате скорость, до которой мы можем разогнать снаряд, определяется исключительно силой тока в системе, а также длинной проводников-"рельсов" - то есть, вообще говоря, может быть сколь угодно большой - в отличие от обычного огнестрельного оружия не может превышать 2,5 километра в секунду.
Рельсотрон в теории обладает рядом преимуществ. Стоимость снаряда, который представляет просто кусок металла, существенно ниже, а значит, снижается и стоимость одного выстрела. Кроме того, ниже масса готового выстрела: не нужен пороховой заряд, гильза и тому подобное, а значит, и места для хранения боекомплекта понадобится меньше.
Да и сам снаряд может быть легче: кинетическая энергия пропорциональна массе снаряда в первой степени, а скорость - в квадрате, так что при прочих равных снаряд с меньшей массой, но с большой скоростью будет обладать большей разрушительной силой.
Кроме того, перехватить небольшой снаряд, летящий со значительной (около 2000 метров в секунду) скоростью не сможет ни одна система активной обороны. По той же причине от такого снаряда почти невозможно будет уклониться.
Всё это выглядит очень интересно, но на практике применение рельсотронов военными сталкивается с рядом проблем, решить которые пока не удалось.
Во-первых, рельсотрону потребуется достаточно мощный внешний источник питания, что почти исключает возможность его применения в качестве личного стрелкового оружия.
Во-вторых, хотя стоимость снаряда и невелика, сам рельсотрон будет обходиться достаточно дорого, а также (вместе с источником питания) занимать достаточно много места: на практике обычные пушки или ракеты оказываются практичнее.
В-третьих, огромную роль будет играть сопротивление воздуха, которое особенно велико на больших скоростях. Так что в реальности основное преимущество рельсотрона сводится на нет: "закачанная" в снаряд кинетическая энергия будет быстро рассеиваться в атмосфере.
А при стрельбе на большие расстояния начинают играть роль факторы, которые обычно при расчёте баллистических траекторий не учитываются: неоднородности гравитационного поля Земли, перепад температуры и влажности воздуха и т.п. В результате произвести действительно точный выстрел на существенное расстояние не получится, а скорректировать траекторию в процессе полёта, как это делают ракеты или самонаводящиеся снаряды не выйдет.
Последний известный проект по практическому использованию рельсотронов - американский Velocitas Eradico, в рамках которого такими пушками предлагалось оснастить эсминцы типа Zumwalt. По задумке такие пушки должны были использоваться для борьбы с противокорабельными ракетами. Однако после ряда неудач в 2021 году проект свернули.
После полувека проб и ошибок у нас есть достаточно веские основания сомневаться в том, что рельсотрон найдёт применение на Земле. А вот в космосе, где отсутствует сопротивление атмосферы, а каждый килограмм полезной нагрузки - на вес золота, это может сработать. Причём использование может быть и вполне мирным: например, для уничтожения угрожающего космическим кораблям мусора. Но может быть и по-другому - например, так, как показано в сериале "Экспансия", где именно рельсотроны являются главным оружием космических баталий.
На картинке - принцип действия рельсотрона с физической точки зрения.
Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут.
👍5
Это осмий - по всей видимости, самый плотный материал на Земле: плотность этого металла составляет 22,59 грамма на кубический сантиметр (плотность воды - 1 грамм на кубический сантиметр).
Правда, можно встретить мнение, что самым плотным материалом является иридий. Это немного устаревшие данные, сейчас плотность иридия считается меньшей (22,56 грамма на кубический сантиметр). Впрочем, разница в плотностях несущественна, а если учесть, что осмий и иридий в природе отдельно друг от друга не встречаются, то надо вообще отдать должное учёным, сумевшим определить, что это два разных металла.
Правда, можно встретить мнение, что самым плотным материалом является иридий. Это немного устаревшие данные, сейчас плотность иридия считается меньшей (22,56 грамма на кубический сантиметр). Впрочем, разница в плотностях несущественна, а если учесть, что осмий и иридий в природе отдельно друг от друга не встречаются, то надо вообще отдать должное учёным, сумевшим определить, что это два разных металла.
👍3
This media is not supported in your browser
VIEW IN TELEGRAM
Довольно известный майндфак - игрушка, бросающая вызов силам гравитации.
На самом деле ничего "майндфачного" в ней нет: короткий тросик не даёт констркции упасть, длинные - удерживают её от опрокидывания. Точный инженерный расчёт и никакой магии!
К слову, подобные принципы используются в реальности для проектирования мостов и других конструкций.
На самом деле ничего "майндфачного" в ней нет: короткий тросик не даёт констркции упасть, длинные - удерживают её от опрокидывания. Точный инженерный расчёт и никакой магии!
К слову, подобные принципы используются в реальности для проектирования мостов и других конструкций.
👍3
Почему Солнце, Земля и все планеты Солнечной системы (кроме Венеры и Урана) вращаются вокруг своей оси в одну сторону – против часовой стрелки, если смотреть на Солнечную систему со стороны Полярной звезды?
И более того, почему вокруг Солнца эти планеты также вращаются в одну сторону, и тоже против часовой стрелки?
Причина – закон сохранения момента импульса (проще говоря, «количества вращения»), который все мы учили в школе.
Солнце, Земля и все планеты Солнечной системы образовались из одного и того же газопылевого облака, которое, в свою очередь, образовалось в результате взрыва сверхновой звезды около 5-6 миллиардов лет тому назад.
Как и все прочие звёзды, та звезда вращалась вокруг своей оси, то есть, имела некий момент импульса. Так вот: после взрыва этой звезды момент импульса, которым обладало вещество звезды, никуда не делся и передался образовавшемуся на её месте облаку (планетарной туманности). А когда из этой туманности образовалось Солнце и планеты, то этот момент импульса погибшей миллиарды лет тому назад звезды унаследовали и они, начав вращаться в одну сторону.
Но почему тогда Венера вращается вокруг своей оси в обратную сторону – по часовой стрелке? Среди астрономов популярная теория о том, что в далёком прошлом Венера пережила столкновение с неким массивным объектом, и из-за этого удара, грубо говоря, опрокинулась вверх тормашками и стала вращаться в другую сторону.
Нечто похожее, видимо, произошло и с Ураном, но только его столкновение не перевернуло, а положило на бок, в результате чего сейчас он как бы «катится» по своей орбите.
Так что закон сохранения момента импульса – штука, способная пережить даже взрыв сверхновой! А всё потому, что этот закон, как и другие законы сохранения, является следствием фундаментального свойства нашей Вселенной – того, что пространство одинаково во всех направлениях, или, как говорят физики, изотропно.
Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут.
И более того, почему вокруг Солнца эти планеты также вращаются в одну сторону, и тоже против часовой стрелки?
Причина – закон сохранения момента импульса (проще говоря, «количества вращения»), который все мы учили в школе.
Солнце, Земля и все планеты Солнечной системы образовались из одного и того же газопылевого облака, которое, в свою очередь, образовалось в результате взрыва сверхновой звезды около 5-6 миллиардов лет тому назад.
Как и все прочие звёзды, та звезда вращалась вокруг своей оси, то есть, имела некий момент импульса. Так вот: после взрыва этой звезды момент импульса, которым обладало вещество звезды, никуда не делся и передался образовавшемуся на её месте облаку (планетарной туманности). А когда из этой туманности образовалось Солнце и планеты, то этот момент импульса погибшей миллиарды лет тому назад звезды унаследовали и они, начав вращаться в одну сторону.
Но почему тогда Венера вращается вокруг своей оси в обратную сторону – по часовой стрелке? Среди астрономов популярная теория о том, что в далёком прошлом Венера пережила столкновение с неким массивным объектом, и из-за этого удара, грубо говоря, опрокинулась вверх тормашками и стала вращаться в другую сторону.
Нечто похожее, видимо, произошло и с Ураном, но только его столкновение не перевернуло, а положило на бок, в результате чего сейчас он как бы «катится» по своей орбите.
Так что закон сохранения момента импульса – штука, способная пережить даже взрыв сверхновой! А всё потому, что этот закон, как и другие законы сохранения, является следствием фундаментального свойства нашей Вселенной – того, что пространство одинаково во всех направлениях, или, как говорят физики, изотропно.
Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут.
👍6