Часто задают вопрос: на каком расстоянии от нас должна взорваться сверхновая, чтобы представлять опасность для жизни на Земле?
Считается, что обычная (типа II с образованием нейтронной звезды) сверхновая может представлять опасность для Земли, если взорвётся на расстоянии порядка 25-30 световых лет. По нашей информации, на таком расстоянии от нас кандидатов в сверхновые нет.
Гиперновая (коллапсар) с образованием чёрной дыры может быть опасен на большем расстоянии, особенно в случае, если Земля окажется на пути его джета - узкого потока вещества, вырывающегося из коллапсирующей звезды, как это показано на картинке.
Беспокойство учёных в этом смысле вызывала расположенная в 640 световых лет от нас звезда Бетельгейзе, которая в ближайшее (по астрономическим меркам) время может стать источником такой вспышки. К счастью, астрономы установили, что попасть под джет умирающей Бетельгейзе нам не грозит.
Ещё более опасны процессы слияния двух нейтронных звёзд, порождающие наравленный мощный выброс гамма-излучения, подобный джету - т.н. быстрый гамма-всплеск. Такой всплеск может быть смертельно опасен для жизни на Земле даже на расстоянии в тысячи и десятки тысяч световых лет - правда, для этого нам, снова-таки, должно не повести оказаться на пути у луча.
Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут.
Считается, что обычная (типа II с образованием нейтронной звезды) сверхновая может представлять опасность для Земли, если взорвётся на расстоянии порядка 25-30 световых лет. По нашей информации, на таком расстоянии от нас кандидатов в сверхновые нет.
Гиперновая (коллапсар) с образованием чёрной дыры может быть опасен на большем расстоянии, особенно в случае, если Земля окажется на пути его джета - узкого потока вещества, вырывающегося из коллапсирующей звезды, как это показано на картинке.
Беспокойство учёных в этом смысле вызывала расположенная в 640 световых лет от нас звезда Бетельгейзе, которая в ближайшее (по астрономическим меркам) время может стать источником такой вспышки. К счастью, астрономы установили, что попасть под джет умирающей Бетельгейзе нам не грозит.
Ещё более опасны процессы слияния двух нейтронных звёзд, порождающие наравленный мощный выброс гамма-излучения, подобный джету - т.н. быстрый гамма-всплеск. Такой всплеск может быть смертельно опасен для жизни на Земле даже на расстоянии в тысячи и десятки тысяч световых лет - правда, для этого нам, снова-таки, должно не повести оказаться на пути у луча.
Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут.
👍2
Задумывались ли вы о том, почему на высоковольтных линиях электропередач применяют так называемое расщепление проводов, когда электроэнергию пускают не по одному толстому проводу, а по нескольким тонким, как на картинке?
Это кажется нелогичным, ведь, как известно, сопротивление электрического провода падает с ростом его диаметра. То есть, чем толще провод, тем меньше его электрическое сопротивление, а значит, тем меньше потери!
Причина в так называемом скин-эффекте, который состоит в том, что переменный электрический ток в проводнике распределяется по его сечению не равномерно, а сосредотачивается в сравнительно тонком приповерхностном слое.
Происходит это из-за этого, что переменный электрический ток создаёт вокруг проводника переменное же магнитное поле. А переменное магнитное поле по закону Фарадея создаёт внутри проводника так называемое индукционное электрическое поле. Так вот оказывается, что во внешних слоях проводника это поле направлено в ту же сторону, что электрический ток, а во внутренних - в противоположную. В результате ток как бы перераспределяется по сечению проводника, возрастая у его поверхности и постепенно затухая до нуля при приближении к центральной оси провода.
Образуется т.н. скин-слой: что-то вроде "проводящей кожицы" на поверхности проводника. Толщина этого слова тем меньше, чем больше частота текущего по проводнику тока. Например, для тока в 50 герц в стальном проводе толщина скин-слоя составляет всего 0,74 миллиметра. То есть, как бы мы ни увеличивали толщину провода свыше определённого значения, на его проводящие свойства это влиять не будет: ток всё равно будет сосредоточен в узкой приповерхностной области.
Именно поэтому вместо одного толстого провода целесообразнее использовать несколько тонких, соединённых между собой параллельно - именно так, как это и делают в высоковольтных ЛЭП.
В целом в электротехнике скин-эффект считается явлением вредным, но есть у него и полезные свойства. Например, в тех же ЛЭП внешний слой провода сделан из алюминия с более низким удельным сопротивлением, который проводит ток с более низкими потерями. А вот сердцевина такого провода сделана из стали, которая, с одной стороны, дешевле, а с другой - обладает существенно большей прочностью, что позволяет делать воздушные участки ЛЭП длиннее и экономить на строительстве опор. Относительно высокое сопротивление стали благодаря скин-эффекту не играет роли и не ведёт к увеличению потерь.
По той же причине медные провода, используемые, например, в акустических системах, покрывают тонким слоем серебра, обладающего самым низким удельным сопротивлением среди всех металлов: благодаря скин-эффекту можно добиться нужного результата, существенно снизив затраты драгоценного материала.
Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут.
Это кажется нелогичным, ведь, как известно, сопротивление электрического провода падает с ростом его диаметра. То есть, чем толще провод, тем меньше его электрическое сопротивление, а значит, тем меньше потери!
Причина в так называемом скин-эффекте, который состоит в том, что переменный электрический ток в проводнике распределяется по его сечению не равномерно, а сосредотачивается в сравнительно тонком приповерхностном слое.
Происходит это из-за этого, что переменный электрический ток создаёт вокруг проводника переменное же магнитное поле. А переменное магнитное поле по закону Фарадея создаёт внутри проводника так называемое индукционное электрическое поле. Так вот оказывается, что во внешних слоях проводника это поле направлено в ту же сторону, что электрический ток, а во внутренних - в противоположную. В результате ток как бы перераспределяется по сечению проводника, возрастая у его поверхности и постепенно затухая до нуля при приближении к центральной оси провода.
Образуется т.н. скин-слой: что-то вроде "проводящей кожицы" на поверхности проводника. Толщина этого слова тем меньше, чем больше частота текущего по проводнику тока. Например, для тока в 50 герц в стальном проводе толщина скин-слоя составляет всего 0,74 миллиметра. То есть, как бы мы ни увеличивали толщину провода свыше определённого значения, на его проводящие свойства это влиять не будет: ток всё равно будет сосредоточен в узкой приповерхностной области.
Именно поэтому вместо одного толстого провода целесообразнее использовать несколько тонких, соединённых между собой параллельно - именно так, как это и делают в высоковольтных ЛЭП.
В целом в электротехнике скин-эффект считается явлением вредным, но есть у него и полезные свойства. Например, в тех же ЛЭП внешний слой провода сделан из алюминия с более низким удельным сопротивлением, который проводит ток с более низкими потерями. А вот сердцевина такого провода сделана из стали, которая, с одной стороны, дешевле, а с другой - обладает существенно большей прочностью, что позволяет делать воздушные участки ЛЭП длиннее и экономить на строительстве опор. Относительно высокое сопротивление стали благодаря скин-эффекту не играет роли и не ведёт к увеличению потерь.
По той же причине медные провода, используемые, например, в акустических системах, покрывают тонким слоем серебра, обладающего самым низким удельным сопротивлением среди всех металлов: благодаря скин-эффекту можно добиться нужного результата, существенно снизив затраты драгоценного материала.
Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут.
👍20
Что происходит при закалке стали?
Закалка стали - процесс, позволяющий существенно увеличить твёрдость данного материала. Он известен с древности: во многих фильмах про более или менее далёкое прошлое присутствует сцена, в которой кузнец опускает раскалённую заготовку меча или другого оружия в воду. И делается это не просто для того, чтобы охладить её: в результате резкой смены температур металл закаляется, становясь более твёрдым.
Но что реально происходит внутри стали при закалке?
Сталь представляет собой смесь железа с углеродом и другими веществами. Причём углерода в зависимости от марки может быть от 0,02 до 2,14%. Чем больше углерода – тем твёрже, но и тем хрупче сталь; низкоуглеродистая сталь мягче, но зато пластичнее.
На микроскопическом уровне сталь представляет собой смесь двух веществ, различающихся по способу связывания железа и углерода. Во-первых, это феррит – собственно, сплав, а точнее, твёрдый раствор углерода в железе. В феррите может содержаться до 0,03 % углерода по массе: это мягкий, чрезвычайно ковкий и пластичный металл. Его удобно обрабатывать, но для практического применения он почти не пригоден: нож, сделанный из чистого феррита, скорее погнётся сам, чем что-либо разрежет.
Кроме феррита в составе стали присутствует и т.н. цементит, где углерод и железо соединены химическим способом. Цементит - это карбид железа Fe3C, массовая доля углерода в котором составляет 6,67 %. Цементит – противоположность феррита: он очень твёрдый, но хрупкий и практически непластичный. Нож из чистого цементита тоже не сделаешь: резать он будет отлично, но при этом режущая кромка будет легко крошиться и щербиться. Да и процесс изготовления такого ножа будет сопряжён со сложностями.
В стали присутствуют оба эти вещества, причём как правило в виде механической смеси одного с другим – т.н. перлита. Доля углерода в перлите – от 0,006 до 0,025 %, т.е. больше чем в феррите, но меньше, чем в цементите. Поэтому перлит твёрже феррита, но более пластичен и менее хрупок, чем цементит. То есть, это материал представляет собой в некоем роде разумный компромисс между твёрдостью и пластичностью.
Однако для того же ножа перлит всё-таки мягковат: заточку, к примеру, будет держать плохо, к тому же может достаточно легко гнуться. Зато его удобно обрабатывать, придавая стальной заготовке нужную форму.
Теперь посмотрим, что происходит со сталью при нагревании. При температуре свыше 727 градусов Цельсия происходит трансформация феррита, а точнее, альфа-феррита, в гамма-ферит – разновидность железа с другим типом кристаллической решётки, которую ещё называют аустенит. И если феррит, а точнее, альфа-феррит, может растворять до 0,03 % углерода, то гамма-феррит, или аустенит – уже до 2,14 %.
Проще говоря, при нагревании стали перлит, содержащий альфа-феррит и высокоуглеродистый цементит, превращается в аустенит, который растворяет весь имеющийся в материале углерод.
Если затем образец начать охлаждать, то произойдёт обратный процесс: аустенит снова разделится на феррит и цементит.
Но если охлаждение произвести резко, то атомы углерода не успеют мигрировать, и окажутся пойманными в ловушку ферритовой кристаллической решётки. Так появляется вещество под названием мартенсит – перенасыщенный раствор углерода в железе. Это вещество существенно более твёрдое и хрупкое, чем перлит, но в то же время, конечно, более мягкое, ковкое, и устойчивое, чем чистый цементит.
Мартенсит – структура неустойчивая, и, если закалённую сталь снова нагреть, он перейдёт в аустентит, который затем снова распадётся на феррит и цементит с образованием перлита. Этот процесс, обратный закалке, называют отпуском.
Таким образом, закалка стали по сути представляет собой процесс, в рамках которого перлит «заставляют» превратиться в более твёрдый мартенсит. Это свойство стали очень удобно в практическом смысле, ведь мы можем сначала работать с относительно мягким и ковким перлитом, придав изделию итоговую форму, а затем закалить его, превратив в мартенсит и увеличив таким образом твёрдость изделия.
Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут.
Закалка стали - процесс, позволяющий существенно увеличить твёрдость данного материала. Он известен с древности: во многих фильмах про более или менее далёкое прошлое присутствует сцена, в которой кузнец опускает раскалённую заготовку меча или другого оружия в воду. И делается это не просто для того, чтобы охладить её: в результате резкой смены температур металл закаляется, становясь более твёрдым.
Но что реально происходит внутри стали при закалке?
Сталь представляет собой смесь железа с углеродом и другими веществами. Причём углерода в зависимости от марки может быть от 0,02 до 2,14%. Чем больше углерода – тем твёрже, но и тем хрупче сталь; низкоуглеродистая сталь мягче, но зато пластичнее.
На микроскопическом уровне сталь представляет собой смесь двух веществ, различающихся по способу связывания железа и углерода. Во-первых, это феррит – собственно, сплав, а точнее, твёрдый раствор углерода в железе. В феррите может содержаться до 0,03 % углерода по массе: это мягкий, чрезвычайно ковкий и пластичный металл. Его удобно обрабатывать, но для практического применения он почти не пригоден: нож, сделанный из чистого феррита, скорее погнётся сам, чем что-либо разрежет.
Кроме феррита в составе стали присутствует и т.н. цементит, где углерод и железо соединены химическим способом. Цементит - это карбид железа Fe3C, массовая доля углерода в котором составляет 6,67 %. Цементит – противоположность феррита: он очень твёрдый, но хрупкий и практически непластичный. Нож из чистого цементита тоже не сделаешь: резать он будет отлично, но при этом режущая кромка будет легко крошиться и щербиться. Да и процесс изготовления такого ножа будет сопряжён со сложностями.
В стали присутствуют оба эти вещества, причём как правило в виде механической смеси одного с другим – т.н. перлита. Доля углерода в перлите – от 0,006 до 0,025 %, т.е. больше чем в феррите, но меньше, чем в цементите. Поэтому перлит твёрже феррита, но более пластичен и менее хрупок, чем цементит. То есть, это материал представляет собой в некоем роде разумный компромисс между твёрдостью и пластичностью.
Однако для того же ножа перлит всё-таки мягковат: заточку, к примеру, будет держать плохо, к тому же может достаточно легко гнуться. Зато его удобно обрабатывать, придавая стальной заготовке нужную форму.
Теперь посмотрим, что происходит со сталью при нагревании. При температуре свыше 727 градусов Цельсия происходит трансформация феррита, а точнее, альфа-феррита, в гамма-ферит – разновидность железа с другим типом кристаллической решётки, которую ещё называют аустенит. И если феррит, а точнее, альфа-феррит, может растворять до 0,03 % углерода, то гамма-феррит, или аустенит – уже до 2,14 %.
Проще говоря, при нагревании стали перлит, содержащий альфа-феррит и высокоуглеродистый цементит, превращается в аустенит, который растворяет весь имеющийся в материале углерод.
Если затем образец начать охлаждать, то произойдёт обратный процесс: аустенит снова разделится на феррит и цементит.
Но если охлаждение произвести резко, то атомы углерода не успеют мигрировать, и окажутся пойманными в ловушку ферритовой кристаллической решётки. Так появляется вещество под названием мартенсит – перенасыщенный раствор углерода в железе. Это вещество существенно более твёрдое и хрупкое, чем перлит, но в то же время, конечно, более мягкое, ковкое, и устойчивое, чем чистый цементит.
Мартенсит – структура неустойчивая, и, если закалённую сталь снова нагреть, он перейдёт в аустентит, который затем снова распадётся на феррит и цементит с образованием перлита. Этот процесс, обратный закалке, называют отпуском.
Таким образом, закалка стали по сути представляет собой процесс, в рамках которого перлит «заставляют» превратиться в более твёрдый мартенсит. Это свойство стали очень удобно в практическом смысле, ведь мы можем сначала работать с относительно мягким и ковким перлитом, придав изделию итоговую форму, а затем закалить его, превратив в мартенсит и увеличив таким образом твёрдость изделия.
Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут.
👍8❤1
В прошлый раз мы с вами говорили о закалке стали - процессе, который позволяет существенно повысить твёрдость металла, сделав его, правда, более хрупким. Осуществляют это путём нагрева, а затем резкого охлаждения закаливаемого изделия.
Но как быть, если твёрдость внешней части изделия надо повысить, а внутренняя часть должна остаться относительно мягкой, т.е. способной выдерживать значительные механические напряжения? Классическим примером являются шестерни, зубцам которых надо быть твёрдыми, но внутренняя часть должна оставаться пластичной.
Для этого используют метод поверхностной закалки, когда внешнюю часть изделия нагревают, а внутреннюю оставляют холодной.
Но как этого добиться, ведь металлы известны высокой теплопроводностью. На помощь приходит скин-эффект, о котором мы с вами говорили в прошлом материале. Действительно, если поместить закаливаемое изделие в переменное магнитное поле высокой частоты, то в нём возникнет электрический ток, и более того: этот ток сосредоточится в относительно тонком приповерхностном слое металла, толщина которого непосредственно зависит от частоты поля, в которое мы её поместили.
Соответственно, нагреваться будет только та часть заготовки, по которой течёт ток - то, что нам и нужно.
При этом делая внешнее поле достаточно мощным, мы можем обеспечить очень быстрый прогрев детали - настолько быстрый, что тепло не успеет распространиться в её внутренние слои.
Так скин-эффект, вообще-то считающийся вредным явлением, может приносить пользу людям.
Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут.
Но как быть, если твёрдость внешней части изделия надо повысить, а внутренняя часть должна остаться относительно мягкой, т.е. способной выдерживать значительные механические напряжения? Классическим примером являются шестерни, зубцам которых надо быть твёрдыми, но внутренняя часть должна оставаться пластичной.
Для этого используют метод поверхностной закалки, когда внешнюю часть изделия нагревают, а внутреннюю оставляют холодной.
Но как этого добиться, ведь металлы известны высокой теплопроводностью. На помощь приходит скин-эффект, о котором мы с вами говорили в прошлом материале. Действительно, если поместить закаливаемое изделие в переменное магнитное поле высокой частоты, то в нём возникнет электрический ток, и более того: этот ток сосредоточится в относительно тонком приповерхностном слое металла, толщина которого непосредственно зависит от частоты поля, в которое мы её поместили.
Соответственно, нагреваться будет только та часть заготовки, по которой течёт ток - то, что нам и нужно.
При этом делая внешнее поле достаточно мощным, мы можем обеспечить очень быстрый прогрев детали - настолько быстрый, что тепло не успеет распространиться в её внутренние слои.
Так скин-эффект, вообще-то считающийся вредным явлением, может приносить пользу людям.
Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут.
👍4❤1
В прошлый раз мы с вами говорили о закалке стали, но сталь – не единственный материал, способный существенно менять свои свойства под влиянием высоких температур. Другие металлы, и даже неметаллические материалы, такие как стекло, тоже могут подвергаться таким процессам. Но там всё происходит немного иначе – в чём-то проще, а в чём-то сложнее.
При нагревании вещества расширяются, а при охлаждении – сжимаются. И если мы нагреем некое вещество, а затем начнём охлаждать его поверхность, то вещество на этой самой поверхности будет стремиться сжаться. Но при этом оно встретит сопротивление внутренних, ещё горячих слоёв вещества, которые всё ещё находятся в расширенном состоянии. В результате материалу внешних, охлаждаемых слоёв, попросту не останется ничего иного, как спрессоваться в более плотную форму, в которой молекулы вещества расположены друг к другу ближе, чем им положено. В результате в материале возникают механические напряжения сжатия, и подобная структура оказывается способной сильнее сопротивляться внешним воздействиям.
С другой стороны, когда охлаждение дойдёт до внутренних слоёв, те будут со всех сторон окружены уже застывшими слоями перенапряжённого материала. В результате они тоже перейдут в необычное состояние – только деформация будет не деформацией сжатия, а деформацией растяжения.
Прочность калёного стекла объясняется тем, что стекло как материал обладает большой прочностью на сжатие, но малой прочностью на растяжение. Если мы начнём давить на стеклянный лист, то он начнёт выгибаться, сжимаясь с той стороны, с которой мы на него давим, и растягиваясь с противоположной. В случае калёного стекла на эти внешние напряжения будут накладываться внутренние: сжимаемая часть будет испытывать более ещё сильное сжатие, а вот в растягиваемой части внешнее растяжение и внутреннее сжатие будут частично компенсировать друг друга, что позволит стеклу выдержать большие нагрузки.
Классическим примером того, что получается в результате, являются т.н. батавские слёзки, или капли принца Руперта (именно одна из них – на видео). По сути это просто капли расплавленного стекла, очень быстро охлаждённые путём помещения в воду. Такие капли очень прочные: по ним можно бить молотком, и они не разрушатся. Но если отломать тоненький хвостик, то капля взорвётся.
Механизм, благодаря которому стекло батавских слёзок обретает дополнительную прочность, схож с тем, который придаёт упругость воздушному шарику, только наоборот: у шарика снаружи растянутая резиновая плёнка, а внутри сжатый воздух, а у батавских слёзок сжатый материал находится снаружи, а растянутый – внутри.
Подобная напряжённая структура прочна, но если разрушить внешний тонкий слой (как и если проткнуть оболочку воздушного шарика), то запечатанные напряжения высвободятся, разрушив стекло.
Калёное стекло применяется на практике: при изготовлении посуды или обычных (а точнее, сверхпрочных) стёкол, которые способны выдерживать значительные нагрузки. Но если каким-то образом нарушить целостность такого стекла, то оно тоже сразу разрушится: поэтому калёное стекло нельзя, к примеру, резать или сверлить.
Кстати, помимо сжатия и нагрева применяют и другой способ каления стекла – т.н. химическое каление. В ходе него стекло обрабатывают солями калия. Ионы калия в таком процессе вытесняют и замещают содержащиеся в стекле ионы натрия. Но при этом ионам калия нужно больше места, и, чтобы предоставить его им, другим частицам приходится «подвинуться», что также формирует в приповерхностном слое стеклянного листа напряжения сжатия, повышая его прочность аналогично термической закалке.
Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут.
При нагревании вещества расширяются, а при охлаждении – сжимаются. И если мы нагреем некое вещество, а затем начнём охлаждать его поверхность, то вещество на этой самой поверхности будет стремиться сжаться. Но при этом оно встретит сопротивление внутренних, ещё горячих слоёв вещества, которые всё ещё находятся в расширенном состоянии. В результате материалу внешних, охлаждаемых слоёв, попросту не останется ничего иного, как спрессоваться в более плотную форму, в которой молекулы вещества расположены друг к другу ближе, чем им положено. В результате в материале возникают механические напряжения сжатия, и подобная структура оказывается способной сильнее сопротивляться внешним воздействиям.
С другой стороны, когда охлаждение дойдёт до внутренних слоёв, те будут со всех сторон окружены уже застывшими слоями перенапряжённого материала. В результате они тоже перейдут в необычное состояние – только деформация будет не деформацией сжатия, а деформацией растяжения.
Прочность калёного стекла объясняется тем, что стекло как материал обладает большой прочностью на сжатие, но малой прочностью на растяжение. Если мы начнём давить на стеклянный лист, то он начнёт выгибаться, сжимаясь с той стороны, с которой мы на него давим, и растягиваясь с противоположной. В случае калёного стекла на эти внешние напряжения будут накладываться внутренние: сжимаемая часть будет испытывать более ещё сильное сжатие, а вот в растягиваемой части внешнее растяжение и внутреннее сжатие будут частично компенсировать друг друга, что позволит стеклу выдержать большие нагрузки.
Классическим примером того, что получается в результате, являются т.н. батавские слёзки, или капли принца Руперта (именно одна из них – на видео). По сути это просто капли расплавленного стекла, очень быстро охлаждённые путём помещения в воду. Такие капли очень прочные: по ним можно бить молотком, и они не разрушатся. Но если отломать тоненький хвостик, то капля взорвётся.
Механизм, благодаря которому стекло батавских слёзок обретает дополнительную прочность, схож с тем, который придаёт упругость воздушному шарику, только наоборот: у шарика снаружи растянутая резиновая плёнка, а внутри сжатый воздух, а у батавских слёзок сжатый материал находится снаружи, а растянутый – внутри.
Подобная напряжённая структура прочна, но если разрушить внешний тонкий слой (как и если проткнуть оболочку воздушного шарика), то запечатанные напряжения высвободятся, разрушив стекло.
Калёное стекло применяется на практике: при изготовлении посуды или обычных (а точнее, сверхпрочных) стёкол, которые способны выдерживать значительные нагрузки. Но если каким-то образом нарушить целостность такого стекла, то оно тоже сразу разрушится: поэтому калёное стекло нельзя, к примеру, резать или сверлить.
Кстати, помимо сжатия и нагрева применяют и другой способ каления стекла – т.н. химическое каление. В ходе него стекло обрабатывают солями калия. Ионы калия в таком процессе вытесняют и замещают содержащиеся в стекле ионы натрия. Но при этом ионам калия нужно больше места, и, чтобы предоставить его им, другим частицам приходится «подвинуться», что также формирует в приповерхностном слое стеклянного листа напряжения сжатия, повышая его прочность аналогично термической закалке.
Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут.
👍4
Почему возвращается бумеранг?
Эта загадка сильно интересовала меня в детстве, но ответ на этот вопрос я смог получить, лишь когда начал учить физику. Посмотрите на форму бумеранга: он выпуклый с одной стороны и плоский - с другой, то есть, похож по форме на крыло самолёта. И, как и в случае с крылом самолёта, при движении на бумеранг действует подъёмная сила, направленная от плоской стороны к выпуклой. И эта сила тем больше, чем выше скорость движения бумеранга.
Но ведь бумеранг летит не просто по прямой - он вращается. И в каждый момент времени линейная скорость вращательного движения одного из его концов совпадает с направлением его движения в целом, а линейная скорость движения другого его конца направлена с ней в противоположные стороны (скорости на рисунке показаны синими стрелками).
И получается, что относительно неподвижного воздуха одна лопасть бумеранга всегда движется быстрее, чем другая. А значит, и создаваемая ей подъёмная сила будет больше (силы на рисунке показаны зелёными стрелкамии направлены в плоскости, перпендикулярной плоскости рисунка).
Из-за того, что подъёмные силы, действующие на разны лопасти бумеранга, различаются по величине, возникает вращательный момент, стремящийся развернуть плоскость вращения бумеранга: когда лопасти бумеранга располагаются перпендикулярно направлению полёта, он стремится положить бумеранг на бок; когда же они расположены параллельно направлению движения, тот же вращательный момент стремится развернуть саму плоскость движения.
В итоге запущенный вертикально бумеранг в ходе полёта ложится на бок, а во-вторых, летит не по прямой, а по кругу, в итоге возвращаясь к бросившему его.
Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут.
Эта загадка сильно интересовала меня в детстве, но ответ на этот вопрос я смог получить, лишь когда начал учить физику. Посмотрите на форму бумеранга: он выпуклый с одной стороны и плоский - с другой, то есть, похож по форме на крыло самолёта. И, как и в случае с крылом самолёта, при движении на бумеранг действует подъёмная сила, направленная от плоской стороны к выпуклой. И эта сила тем больше, чем выше скорость движения бумеранга.
Но ведь бумеранг летит не просто по прямой - он вращается. И в каждый момент времени линейная скорость вращательного движения одного из его концов совпадает с направлением его движения в целом, а линейная скорость движения другого его конца направлена с ней в противоположные стороны (скорости на рисунке показаны синими стрелками).
И получается, что относительно неподвижного воздуха одна лопасть бумеранга всегда движется быстрее, чем другая. А значит, и создаваемая ей подъёмная сила будет больше (силы на рисунке показаны зелёными стрелкамии направлены в плоскости, перпендикулярной плоскости рисунка).
Из-за того, что подъёмные силы, действующие на разны лопасти бумеранга, различаются по величине, возникает вращательный момент, стремящийся развернуть плоскость вращения бумеранга: когда лопасти бумеранга располагаются перпендикулярно направлению полёта, он стремится положить бумеранг на бок; когда же они расположены параллельно направлению движения, тот же вращательный момент стремится развернуть саму плоскость движения.
В итоге запущенный вертикально бумеранг в ходе полёта ложится на бок, а во-вторых, летит не по прямой, а по кругу, в итоге возвращаясь к бросившему его.
Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут.
👍4
Возможно ли терраформирование Марса?
В теории - вполне.
Расчёты показывают, что достаточно было бы повысить температуру планеты всего на пару градусов, чтобы начал испаряться углекислый газ, сейчас содержащийся на Марсе в виде сухого льда. Расчёты показывают, что в результате этого атмосферное давление на поверхности Марса достигло бы величин, которые сегодня наблюдаются на вершинах высочайших земных гор. Дышать таким воздухом мы бы не могли, но это избавило бы нас от необходимости носить на Марсе тяжёлые скафандры, обходясь кислородными масками - как на том же Эвересте.
Кроме того, выброс углекислого газа в атмосферу привёл бы к парниковому эффекту, т.е. дальнейшему росту температуры.
Само по себе это, пожалуй, не сделало бы Марс обитаемым (хотя в экваториальных районах, возможно, уже стало бы возможным обитание простейших организмов, включая фитобактерии, способные превращать углекислый газ в необходимый для людей кислород). Однако могло бы стать отличным началом!
Вопрос в том, как же осуществить это самое повышение температуры хотя бы на пару градусов? На эту тему тоже имеются кое-какие идеи. Например, можно посыпать поверхность Марса некоей тёмной пылью - например, добытой с поверхности спутников Красной планеты, Фобоса и Деймоса. Это уменьшит альбедо (отражательную способность) поверхности Марса и заставит её сильнее прогреваться в солнечных лучах.
Другой способ - гигантские зеркала, расположенные на орбите Марса, которые должны перехватывать и направлять на поверхность планеты солнечные лучи, которые в противном случае прошли бы мимо неё, увеличив количество получаемой Марсом солнечной энергии.
Третий способ - массированная бомбардировка поверхности Марса метеоритами и кометами (правда, сначала предстоит придумать эффективный способ изменять их траекторию). Кинетическая энергия таких объектов при падении на Марс будет эффективно превращаться в тепловую, а тучи пыли, поднятой с поверхности планеты при падении таких тел, усилят парниковый эффект. Кроме того, если выбирать астероиды с высоким содержанием аммиака, то этот эффективный парниковый газ, выделившийся после падения, также поможет разогреву планеты, а в будущем обеспечить её пополнение азотом - ключевым компонентом земной атмосферы.
Даже после самого глубокого терраформирования Марс, вероятно, останется не слишком уютным миром: будучи удалён от Солнца, он в любом случае будет существенно холоднее Земли, а низкая сила тяжести окажет необратимое отрицательное воздействие на его обитателей. Кроме того, терраформирование Марса потребует огромных затрат, и пока не вполне понятно, зачем идти на такие жертвы в условиях, когда необитаемой остаётся значительная часть поверхности нашей родной Земли.
В теории - вполне.
Расчёты показывают, что достаточно было бы повысить температуру планеты всего на пару градусов, чтобы начал испаряться углекислый газ, сейчас содержащийся на Марсе в виде сухого льда. Расчёты показывают, что в результате этого атмосферное давление на поверхности Марса достигло бы величин, которые сегодня наблюдаются на вершинах высочайших земных гор. Дышать таким воздухом мы бы не могли, но это избавило бы нас от необходимости носить на Марсе тяжёлые скафандры, обходясь кислородными масками - как на том же Эвересте.
Кроме того, выброс углекислого газа в атмосферу привёл бы к парниковому эффекту, т.е. дальнейшему росту температуры.
Само по себе это, пожалуй, не сделало бы Марс обитаемым (хотя в экваториальных районах, возможно, уже стало бы возможным обитание простейших организмов, включая фитобактерии, способные превращать углекислый газ в необходимый для людей кислород). Однако могло бы стать отличным началом!
Вопрос в том, как же осуществить это самое повышение температуры хотя бы на пару градусов? На эту тему тоже имеются кое-какие идеи. Например, можно посыпать поверхность Марса некоей тёмной пылью - например, добытой с поверхности спутников Красной планеты, Фобоса и Деймоса. Это уменьшит альбедо (отражательную способность) поверхности Марса и заставит её сильнее прогреваться в солнечных лучах.
Другой способ - гигантские зеркала, расположенные на орбите Марса, которые должны перехватывать и направлять на поверхность планеты солнечные лучи, которые в противном случае прошли бы мимо неё, увеличив количество получаемой Марсом солнечной энергии.
Третий способ - массированная бомбардировка поверхности Марса метеоритами и кометами (правда, сначала предстоит придумать эффективный способ изменять их траекторию). Кинетическая энергия таких объектов при падении на Марс будет эффективно превращаться в тепловую, а тучи пыли, поднятой с поверхности планеты при падении таких тел, усилят парниковый эффект. Кроме того, если выбирать астероиды с высоким содержанием аммиака, то этот эффективный парниковый газ, выделившийся после падения, также поможет разогреву планеты, а в будущем обеспечить её пополнение азотом - ключевым компонентом земной атмосферы.
Даже после самого глубокого терраформирования Марс, вероятно, останется не слишком уютным миром: будучи удалён от Солнца, он в любом случае будет существенно холоднее Земли, а низкая сила тяжести окажет необратимое отрицательное воздействие на его обитателей. Кроме того, терраформирование Марса потребует огромных затрат, и пока не вполне понятно, зачем идти на такие жертвы в условиях, когда необитаемой остаётся значительная часть поверхности нашей родной Земли.
👍3
Кстати, для поддержки нашего канала кроме собственного донат-сервиса Telegram можно использовать и Patreon автора канала: это удобнее тем, что можно оформить подписку и автоматически поддерживать проект некоей суммой ежемесячно!
На фото - диффузная (т.е. светящаяся рассеянным и отражённым светом ближайших звёзд) туманность (облако Ориона (М42) - гигантское облако межзвёздного газа, находящееся от нас примерно в 1500 световых лет.
На фото - диффузная (т.е. светящаяся рассеянным и отражённым светом ближайших звёзд) туманность (облако Ориона (М42) - гигантское облако межзвёздного газа, находящееся от нас примерно в 1500 световых лет.
👍2
Уточнил условия вопроса:
На весах уравновешена закрытая банка, в которой летает муха. Как изменится вес банки, если муха сядет на дно
На весах уравновешена закрытая банка, в которой летает муха. Как изменится вес банки, если муха сядет на дно
Anonymous Quiz
23%
Вес банки увеличится
1%
Вес банки уменьшится
75%
Вес банки не изменится
👍5
Итак, подведём итоги нашей небольшой викторины: 76 % ответили правильно: вес банки не изменится.
И это радует.
Действительно, банка, муха и воздух представляют собой замкнутую систему. И взаимодействия частей этой системы ни коим образом не влияют на то, как эта система воспринимается извне.
Это - короткий ответ. Более длинный ответ звучит так.
На летающую муху действует совокупность неких сил (Архимеда, аэродинамических) со стороны воздуха в банке. Сумма этих сил (коль скоро муха летает) в точности равна весу мухи.
Но по третьему закону Ньютона ровно такая же, но направленная в обратном направлении сила действует и на сам воздух банки. А воздух банки, по закону Паскаля, передаёт это действие самой банке. То есть, летает муха или сидит, вес системы на весах всегда строго равен весу банки + вес воздуха + вес мухи.
Задачка, кстати, классическая, рекомендуется для школьных уроков физики.
Как и её усложнённый вариант, о котором мы ранее здесь с вами уже говорили.
И это радует.
Действительно, банка, муха и воздух представляют собой замкнутую систему. И взаимодействия частей этой системы ни коим образом не влияют на то, как эта система воспринимается извне.
Это - короткий ответ. Более длинный ответ звучит так.
На летающую муху действует совокупность неких сил (Архимеда, аэродинамических) со стороны воздуха в банке. Сумма этих сил (коль скоро муха летает) в точности равна весу мухи.
Но по третьему закону Ньютона ровно такая же, но направленная в обратном направлении сила действует и на сам воздух банки. А воздух банки, по закону Паскаля, передаёт это действие самой банке. То есть, летает муха или сидит, вес системы на весах всегда строго равен весу банки + вес воздуха + вес мухи.
Задачка, кстати, классическая, рекомендуется для школьных уроков физики.
Как и её усложнённый вариант, о котором мы ранее здесь с вами уже говорили.
👍2
Радуга бывает не только от Солнца, но и от Луны! Причём по сути она ничем не отличается от солнечной: как и в случае Солнца, нужно всего лишь, чтобы Луна, находящаяся за спиной наблюдателя, освещала дождь, идущий спереди от него!
Правда, свет Луны должен быть достаточно ярким (желательно чтобы она была полной). Но даже и в этом случае классическую радугу невооружённым глазом увидеть не удастся из-за низкой цветочувствительности ночного зрения. Так что классическую радужную дугу можно получить только на фото.
Кстати, пользуясь случаем хотим напомнить, что радуга всегда возникает, когда источник света находится за спиной у наблюдателя. Радужные кольца вокруг светила, вроде Солнца или Луны называются гало, и это сходное, но всё-таки другое физическое явление: оно вызвано не отражением света в капельках воды, а его преломлением в кристалликах льда.
Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут.
Правда, свет Луны должен быть достаточно ярким (желательно чтобы она была полной). Но даже и в этом случае классическую радугу невооружённым глазом увидеть не удастся из-за низкой цветочувствительности ночного зрения. Так что классическую радужную дугу можно получить только на фото.
Кстати, пользуясь случаем хотим напомнить, что радуга всегда возникает, когда источник света находится за спиной у наблюдателя. Радужные кольца вокруг светила, вроде Солнца или Луны называются гало, и это сходное, но всё-таки другое физическое явление: оно вызвано не отражением света в капельках воды, а его преломлением в кристалликах льда.
Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут.
👍3
Кстати, я, кажется, вообще не писал о том, как получается радуга? Это непростительно, исправляюсь.
Радуга формируется из-за отражения и преломления света, идущего из-за спины наблюдателя в каплях воды дождевого фронта перед ним. Возвращённый свет идёт под углом в 42 градуса по отношению к падающему, из-за чего радуга имеет именно такой угловой размер. А "радужность" радуги объясняется дисперсией света, т.е. зависимостью показателя его преломления от длины волны: красный свет отклоняется от изначального направления слабее, чем фиолетовый.
Кстати, на самом деле радуга имеет форму не дуги, а кольца. Но обычно большую часть этого кольца от нас заслоняет "тело" Земли. А вот глядя на дождевую пелену сверху (с горы или самолёта) и имея источник света над собой и слегка позади, можно наблюдать и полную кольцевую радугу.
Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут, а также подписавшись на Patreon автора.
Радуга формируется из-за отражения и преломления света, идущего из-за спины наблюдателя в каплях воды дождевого фронта перед ним. Возвращённый свет идёт под углом в 42 градуса по отношению к падающему, из-за чего радуга имеет именно такой угловой размер. А "радужность" радуги объясняется дисперсией света, т.е. зависимостью показателя его преломления от длины волны: красный свет отклоняется от изначального направления слабее, чем фиолетовый.
Кстати, на самом деле радуга имеет форму не дуги, а кольца. Но обычно большую часть этого кольца от нас заслоняет "тело" Земли. А вот глядя на дождевую пелену сверху (с горы или самолёта) и имея источник света над собой и слегка позади, можно наблюдать и полную кольцевую радугу.
Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут, а также подписавшись на Patreon автора.
👍5
This media is not supported in your browser
VIEW IN TELEGRAM
Этот пост написан любителем стартапов и технологий будущего
Not Boring Tech — уникальный канал про технологии, AR/VR, искусственный интеллект, бизнес и продуктивность. Все свежие новости собраны в одном удобном месте.
• Стартап из Тель-Авива превращает петухов в куриц, чтобы они откладывали яйца;
• Японские учёные стёрли воспоминания из мозга мыши;
• Оживление вымерших 4 тысячи лет назад мамонтов с помощью технологий.
Главное, что нужно сделать это 1000011111110000111110100001101001000011111110000111000100010000011000011000010001000010100010011001000100000110001001111 на Not Boring Tech.
Not Boring Tech — уникальный канал про технологии, AR/VR, искусственный интеллект, бизнес и продуктивность. Все свежие новости собраны в одном удобном месте.
• Стартап из Тель-Авива превращает петухов в куриц, чтобы они откладывали яйца;
• Японские учёные стёрли воспоминания из мозга мыши;
• Оживление вымерших 4 тысячи лет назад мамонтов с помощью технологий.
Главное, что нужно сделать это 1000011111110000111110100001101001000011111110000111000100010000011000011000010001000010100010011001000100000110001001111 на Not Boring Tech.
👍3
О том, что такое тёмная материя, мы с вами уже неоднократно говорили (начало тут, продолжение тут, окончание тут. Но есть не менее загадочная штука - т.н. тёмная энергия.
Появилось понятие тёмной энергии в 90-е годы XX века, когда астрономы внезапно обнаружили, что расстояние до удалённых галактик больше, чем считалось ранее.
Обычно астрономы вычисляют расстояние до таких галактик используя т.н. закон Хаббла, который связывает скорость удаления от нас той или иной галактики и расстояние до неё. Скорость удаления галактики можно измерить, используя эффект красного смещения, когда свет от удаляющегося от нас объекта доходит до нас несколько смещённым в красную (длинноволновую) часть спектра. Определив, насколько дошедший до нас свет "покраснел", мы можем оценить скорость удаления от нас излучившего свет объекта. И дальше по закону Хаббла можно подсчитать и расстояние, просто поделив эту скорость на коэффициент пропорциональности, известный как постоянная Хаббла.
На протяжении почти полувека закон Хаббла являлся главным методом определения расстояний до удалённых галактик. Но в 90-е годы XX века у астрономов появились достаточно зоркие телескопы, позволяющие различать в далёких галактиках отдельные объекты – конечно, лишь самые яркие, вроде сверхновых (точнее, сверхновых типа Ia). И оказалось, что эти объекты тусклее, т.е. дальше, чем им полагалось быть, если бы расстояние до них соответствовало закону Хаббла.
Так значит, закон Хаббла неверен? Да вроде бы верен: расстояния до более близких галактик он предсказывает точно. Может быть, он действует лишь в ближайших окрестностях нашей галактики? Такого быть не должно: физические законы должны действовать во всей Вселенной одинаково.
Остаётся лишь одно объяснение: постоянная Хаббла, будучи одинаковой для всей Вселенной, не является постоянной в прямом смысле этого слова, т.е. меняется со временем. И более того, это, похоже, и вправду так: мы почти уверены в том, что в первые мгновения Большого Взрыва Вселенная расширялась сильно быстрее, чем сейчас.
Ну и вот был сделан вывод о том, что сегодня скорость расширения Вселенной тоже растёт, т.е. постоянная Хаббла медленно меняется, что и объясняет расхождения между различными методиками подсчёта расстояний до удалённых галактик, ведь их свет мы видим таким, каким он был испущен миллиарды лет тому назад. И так как тогда Вселенная расширялась медленнее, этот свет был «менее красным», и нам кажется, что эти галактики ближе.
Но что заставляет Вселенную расширяться с ускорением? Ответа на этот вопрос у физиков не было.
По идее должно быть наоборот: между всеми, даже самыми удалёнными объектами Вселенной должны действовать силы гравитационного притяжения, которые должны замедлять расширение Вселенной. И для того, чтобы оно ускорялось, нужна некая противодействующая этому процессу энергия. Но ни один известный нам вид энергии на таких расстояниях в таком виде себя не проявляет.
Вот учёные и решили назвать этот новый неизвестный вид энергии тёмной энергией. Но что она такое – мы до сих пор не имеем ни малейшего понятия. Известно, что она крайне равномерно распределена во Вселенной и не связана, похоже, ни с какими материальными объектами. Возможным объяснением может быть то, что это некая «нулевая энергия вакуума» - проще говоря, энергия, которой обладает само пространство просто ввиду своего существования. Соответственно, по мере расширения Вселенной количество такой энергии растёт, что и приводит к ускорению расширения Вселенной.
Это всё, конечно, здорово. Но для того, чтобы говорить о том, что тёмная энергия и вправду существует, нам надо бы каким-то образом подтвердить её существование экспериментально. А вот этого мы пока сделать не можем, и, исходя из наших представлений о том, что она есть, сможем ещё нескоро.
И до тех пор тёмная энергия, на которую, между прочим, по оценкам приходится до 70 % всей энергии Вселенной, останется сущностью гипотетической. Что весьма печалит мировое физическое сообщество.
Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут, а также подписавшись на Patreon автора.
Появилось понятие тёмной энергии в 90-е годы XX века, когда астрономы внезапно обнаружили, что расстояние до удалённых галактик больше, чем считалось ранее.
Обычно астрономы вычисляют расстояние до таких галактик используя т.н. закон Хаббла, который связывает скорость удаления от нас той или иной галактики и расстояние до неё. Скорость удаления галактики можно измерить, используя эффект красного смещения, когда свет от удаляющегося от нас объекта доходит до нас несколько смещённым в красную (длинноволновую) часть спектра. Определив, насколько дошедший до нас свет "покраснел", мы можем оценить скорость удаления от нас излучившего свет объекта. И дальше по закону Хаббла можно подсчитать и расстояние, просто поделив эту скорость на коэффициент пропорциональности, известный как постоянная Хаббла.
На протяжении почти полувека закон Хаббла являлся главным методом определения расстояний до удалённых галактик. Но в 90-е годы XX века у астрономов появились достаточно зоркие телескопы, позволяющие различать в далёких галактиках отдельные объекты – конечно, лишь самые яркие, вроде сверхновых (точнее, сверхновых типа Ia). И оказалось, что эти объекты тусклее, т.е. дальше, чем им полагалось быть, если бы расстояние до них соответствовало закону Хаббла.
Так значит, закон Хаббла неверен? Да вроде бы верен: расстояния до более близких галактик он предсказывает точно. Может быть, он действует лишь в ближайших окрестностях нашей галактики? Такого быть не должно: физические законы должны действовать во всей Вселенной одинаково.
Остаётся лишь одно объяснение: постоянная Хаббла, будучи одинаковой для всей Вселенной, не является постоянной в прямом смысле этого слова, т.е. меняется со временем. И более того, это, похоже, и вправду так: мы почти уверены в том, что в первые мгновения Большого Взрыва Вселенная расширялась сильно быстрее, чем сейчас.
Ну и вот был сделан вывод о том, что сегодня скорость расширения Вселенной тоже растёт, т.е. постоянная Хаббла медленно меняется, что и объясняет расхождения между различными методиками подсчёта расстояний до удалённых галактик, ведь их свет мы видим таким, каким он был испущен миллиарды лет тому назад. И так как тогда Вселенная расширялась медленнее, этот свет был «менее красным», и нам кажется, что эти галактики ближе.
Но что заставляет Вселенную расширяться с ускорением? Ответа на этот вопрос у физиков не было.
По идее должно быть наоборот: между всеми, даже самыми удалёнными объектами Вселенной должны действовать силы гравитационного притяжения, которые должны замедлять расширение Вселенной. И для того, чтобы оно ускорялось, нужна некая противодействующая этому процессу энергия. Но ни один известный нам вид энергии на таких расстояниях в таком виде себя не проявляет.
Вот учёные и решили назвать этот новый неизвестный вид энергии тёмной энергией. Но что она такое – мы до сих пор не имеем ни малейшего понятия. Известно, что она крайне равномерно распределена во Вселенной и не связана, похоже, ни с какими материальными объектами. Возможным объяснением может быть то, что это некая «нулевая энергия вакуума» - проще говоря, энергия, которой обладает само пространство просто ввиду своего существования. Соответственно, по мере расширения Вселенной количество такой энергии растёт, что и приводит к ускорению расширения Вселенной.
Это всё, конечно, здорово. Но для того, чтобы говорить о том, что тёмная энергия и вправду существует, нам надо бы каким-то образом подтвердить её существование экспериментально. А вот этого мы пока сделать не можем, и, исходя из наших представлений о том, что она есть, сможем ещё нескоро.
И до тех пор тёмная энергия, на которую, между прочим, по оценкам приходится до 70 % всей энергии Вселенной, останется сущностью гипотетической. Что весьма печалит мировое физическое сообщество.
Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут, а также подписавшись на Patreon автора.
👍3
Может ли вакуум иметь давление?
Может, и доказательством этого является эффект Казимира
Выражение «природа не терпит пустоты» приписывают ещё Аристотелю, и поразительно, что мысли античного философа полностью подтверждаются современной квантовой физикой!
Действительно, если мы попытаемся самым тщательным образом «пропылесосить» некий объём пространства от любых частиц и даже каким-то образом (что будет невероятно сложно!) удалим их все, то окажется, что сделать пространство полностью пустым у нас не получилось: в полной пустоте из ниоткуда спонтанно материализуются и тут же исчезают самые разные частицы – например, фотоны.
Откуда они берутся и куда деваются? А из ниоткуда и вникуда. Звучит достаточно дико: как нечто может возникать из ниотуда и потом без следа исчезать? Тем не менее, именно так это и происходит, и физики сумели это доказать.
Для этого в вакуум помещают две проводящие незаряженные пластины, помещая их на небольшом расстоянии друг от друга. Так как фотоны являются частичками электромагнитного поля, то каждому из них соответствует некая электромагнитная волна. А в пространстве между двумя проводящими пластинами могут (по законам электродинамики) существовать лишь электромагнитные волны определённых длин – а точнее, длин, которые могут «умещаться» в пространстве между пластинами целое или полуцелое число раз.
Соответственно, если во внешнем пространстве могут рождаться какие угодно фотоны, то между пластинами – лишь определённые. Т.е. рождение фотонов некоторых энергий оказывается запрещено. Иными словами, между пластинами фотоны рождаются реже, чем снаружи, и их, соответственно, меньше. То есть, вакуум между пластинами оказывается «ещё более пустым», чем вакуум снаружи.
Соответственно, давление электромагнитного излучения, связанного с этими фотонами, снаружи пластин должно быть больше, чем между ними. Разница давлений должна стремиться прижать пластины друг к другу. Именно такое необъяснимое притяжение между помещёнными в вакуум пластинами называют эффектом Казимира.
Впрочем, эта сила, безусловно, должна быть весьма незначительной, зафиксировать её непросто. Тем не менее, в 1957 году наличие такой силы впервые доказали экспериментально, позже его существование было подтверждено в боле точных экспериментах в 1972, 1978, 1997, 2001 и 2011 годах
Здесь стоит упомянуть, что с физической точки зрения давление является плотностью энергии. И уменьшение давления в вакууме (!) между пластинами в эффекте Казимира означает уменьшение значения энергии плотности энергии вакуума (!) которая считается нулевой. Так вот, получается, что плотность энергии в пространстве между пластинами оказывается меньше нулевой, то есть отрицательной? Ну да, получается так!
В настоящее время эксперименты с эффектом Казимира продолжаются: в частности, доказано, что в системах более сложной формы он может вызывать не только притяжение между частицами, но и вращающий момент.
В интернете мне даже встречались статьи о том, что в теории эффект Казимира может позволить построить вечный двигатель, использующий энергию вакуума. Это, конечно, глупости. Все установки, в которых наблюдают эффект Казимира, крайне сложны и требуют для своего функционирования значительной энергии, затраты которой существенно превосходят энергию вакуума, которая такая установка в теории может «утилизировать». Природу не обманешь.
Тем не менее, практическое использование эффекта Казимира возможно. Пока речь идёт о приборах для точного измерения сверхмалых расстояний, но в будущем мы, возможно, сможем с его помощью добиться чего-то более впечатляющего. Как насчёт, скажем, межзвёздных или даже межгалактических путешествий? Об этом мы поговорим в следующих материалах.
Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут, а также подписавшись на Patreon автора.
Может, и доказательством этого является эффект Казимира
Выражение «природа не терпит пустоты» приписывают ещё Аристотелю, и поразительно, что мысли античного философа полностью подтверждаются современной квантовой физикой!
Действительно, если мы попытаемся самым тщательным образом «пропылесосить» некий объём пространства от любых частиц и даже каким-то образом (что будет невероятно сложно!) удалим их все, то окажется, что сделать пространство полностью пустым у нас не получилось: в полной пустоте из ниоткуда спонтанно материализуются и тут же исчезают самые разные частицы – например, фотоны.
Откуда они берутся и куда деваются? А из ниоткуда и вникуда. Звучит достаточно дико: как нечто может возникать из ниотуда и потом без следа исчезать? Тем не менее, именно так это и происходит, и физики сумели это доказать.
Для этого в вакуум помещают две проводящие незаряженные пластины, помещая их на небольшом расстоянии друг от друга. Так как фотоны являются частичками электромагнитного поля, то каждому из них соответствует некая электромагнитная волна. А в пространстве между двумя проводящими пластинами могут (по законам электродинамики) существовать лишь электромагнитные волны определённых длин – а точнее, длин, которые могут «умещаться» в пространстве между пластинами целое или полуцелое число раз.
Соответственно, если во внешнем пространстве могут рождаться какие угодно фотоны, то между пластинами – лишь определённые. Т.е. рождение фотонов некоторых энергий оказывается запрещено. Иными словами, между пластинами фотоны рождаются реже, чем снаружи, и их, соответственно, меньше. То есть, вакуум между пластинами оказывается «ещё более пустым», чем вакуум снаружи.
Соответственно, давление электромагнитного излучения, связанного с этими фотонами, снаружи пластин должно быть больше, чем между ними. Разница давлений должна стремиться прижать пластины друг к другу. Именно такое необъяснимое притяжение между помещёнными в вакуум пластинами называют эффектом Казимира.
Впрочем, эта сила, безусловно, должна быть весьма незначительной, зафиксировать её непросто. Тем не менее, в 1957 году наличие такой силы впервые доказали экспериментально, позже его существование было подтверждено в боле точных экспериментах в 1972, 1978, 1997, 2001 и 2011 годах
Здесь стоит упомянуть, что с физической точки зрения давление является плотностью энергии. И уменьшение давления в вакууме (!) между пластинами в эффекте Казимира означает уменьшение значения энергии плотности энергии вакуума (!) которая считается нулевой. Так вот, получается, что плотность энергии в пространстве между пластинами оказывается меньше нулевой, то есть отрицательной? Ну да, получается так!
В настоящее время эксперименты с эффектом Казимира продолжаются: в частности, доказано, что в системах более сложной формы он может вызывать не только притяжение между частицами, но и вращающий момент.
В интернете мне даже встречались статьи о том, что в теории эффект Казимира может позволить построить вечный двигатель, использующий энергию вакуума. Это, конечно, глупости. Все установки, в которых наблюдают эффект Казимира, крайне сложны и требуют для своего функционирования значительной энергии, затраты которой существенно превосходят энергию вакуума, которая такая установка в теории может «утилизировать». Природу не обманешь.
Тем не менее, практическое использование эффекта Казимира возможно. Пока речь идёт о приборах для точного измерения сверхмалых расстояний, но в будущем мы, возможно, сможем с его помощью добиться чего-то более впечатляющего. Как насчёт, скажем, межзвёздных или даже межгалактических путешествий? Об этом мы поговорим в следующих материалах.
Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут, а также подписавшись на Patreon автора.
👍3🔥1