GetAClass 

Знаете, как опресняют воду? Или почему клетки растений не лопаются от избытка влаги? Всё дело в осмосе — удивительном процессе, где растворитель проходит через полупроницаемую мембрану, а растворённое вещество остаётся снаружи.

Этот процесс создаёт осмотическое давление, которое рассчитал Хенрик Вант-Гофф — и получил за это Нобелевскую премию. В новом выпуске разбираем, как работает осмос, что такое обратный осмос и почему закон Рауля всё ещё актуален.

Смотрите новый выпуск «Как работает осмос?», чтобы понять, почему ваш организм — это огромный осмотический насос.

Танец пластины: хаос или
закономерность?

Представьте: плоская пластина движется между двух роликов —
поднимается, переворачивается, качается и снова взлетает. Но присмотритесь — и
вы увидите классический хаос: регулярные движения переплетаются со стохастическими, рождая странный аттрактор. Это
похоже на танец, но физика говорит, что это — классический хаос.

Это устройство — не просто
игрушка. Оно попало в поле зрения участников Турнира юных физиков 2027, и мы решили
изучить его секреты.

Смотрите на нашей платформе Boosty
новый выпуск «Дисковый маятник», чтобы понять, почему хаос — это не беспорядок,
а красивая закономерность.

Вы когда-нибудь дули в пустую бутылку и слышали этот загадочный гул? А теперь представьте, что бутылка — это труба, воздух в ней разгоняется до приличной скорости, и начинается самое интересное!

В этом ролике мы хотим познакомить вас с удивительным физическим явлением — акустическими автоколебаниями. Если коротко: в трубе, через которую продувается воздух, вдруг возникают звуковые колебания. Чем быстрее дует ветер (или поток), тем громче становится звук. Но это не всё: к основному тону присоединяются высокие гармоники — они такие непослушные, что не хотят играть в унисон ни друг с другом, ни с главной нотой. Получается этакий «джаз» в мире физики.

Мы рассмотрим эту систему, разберёмся, почему она называется автоколебательной (спойлер: она сама себя раскачивает, без внешнего «диджея») и постараемся качественно, без страшных формул, объяснить принцип её действия.

В школьном курсе физики все направленные величины называются одинаково — векторы. Однако есть между ними скрытое различие, которое вы можете обнаружить с помощью обычного зеркала.

Возьмите какой-нибудь предмет и приближайте его к зеркалу перпендикулярно поверхности зеркала — отражение предмета движется в противоположную сторону. Так ведёт себя отражение истинного вектора перемещения или скорости. Теперь возьмите кольцо, представьте, что по нему течёт ток, и следите за вектором магнитного поля на оси кольца. Когда плоскость кольца параллельна зеркалу, вектор магнитного поля ему перпендикулярен. И магнитное поле отражения направлено в ту же сторону! Магнитное поле — это псевдовектор, и большинство подобных величин связано с вращательным движением — угловая скорость, угловое ускорение, момент силы и момент импульса.

О других интересных вопросах, связанных с зеркальным отражением, мы уже рассказывали в ролике

Мы покупаем в строительном магазине двухметровые деревянные бруски и распиливаем их на части — характерные размеры наших экспериментальных установок редко превышают полметра. Затем установки разбираются, и бруски используются повторно. Они снова и снова распиливаются на части, и наконец самые мелкие, ни на что уже не пригодные кусочки отправляются в мусорную корзину. И в этот момент мы часто вспоминаем о колмогоровском спектре.

Чтобы понять, что это такое, сделаем простой опыт: капнем каплю чернил в отстоявшуюся воду, в которой нет никаких потоков. Опускаясь вниз, капля порождает несколько вихревых колец, эти кольца распадаются на сеть более мелких колец, и этот процесс повторяется снова и снова. Это пример вихревого каскада — крупные кольца теряют устойчивость и распадаются на более мелкие, и это дробление продолжается до тех пор, пока энергия совсем маленьких вихрей не перейдёт в тепло за счёт вязкого трения.

Чистая вода замерзает при 0°C, а чистый этиленгликоль — при -13°C. Кажется правдоподобным, что их смесь замёрзнет при некоторой промежуточной температуре. Однако в соответствии с законами Рауля температура замерзания раствора должна быть меньше, чем у чистого растворителя. Добавим в этиленгликоль немного воды, и температура замерзания упадёт несколько ниже -13 градусов. Но если взять воду и этиленгликоль в отношении 1 к 2, эффект будет ошеломляющим — такая смесь способна оставаться жидкой до -67 градусов!

Дело в том, что молекулы этиленгликоля внедряются между молекулами воды и мешают им строить правильную кристаллическую решетку. Точно так же молекулы воды мешают выстроиться молекулам этиленгликоля. В результате температура замерзания смеси оказывается ниже, чем для каждого компонента в отдельности. А при соотношении воды и этиленгликоля 1:2 получается наибольший молекулярный беспорядок и достигается минимальная температура замерзания раствора.

Сегодня мы разберём ещё одну задачу-демонстрацию замечательной олимпиады «Твой путь в настоящую науку», которую проводит физический факультет Новосибирского государственного университета. Эту задачу участники олимпиады решали в 2013 году.

Три одинаковых маятника, грузами которых являются стальные шарики, подвешены так, что их нити вертикальны, а шары касаются друг друга. Отведём правый шарик вправо и отпустим, и после удара он останавливается, средний шар остаётся на месте, а левый отклоняется влево. При последующих ударах средний шар всегда остаётся на месте, а крайние поочерёдно отклоняются — это типичное поведение колыбели Ньютона. Изменим конструкцию и установим лёгкую пружину между левым и средним шарами, прикрепив её к среднему шарику. Отведём в сторону правый шар, и после удара система ведёт себя так же, как и без пружины — правый шарик останавливается, средний шар остаётся на месте, а левый шарик отклоняется влево. А теперь отведём в сторону левый шар, и поведение системы резко меняется: после удара левый шар отклоняется влево, а средний и правый шарики вместе уходят вправо.

Возьмите длинную прозрачную трубу, опустите её нижний конец в сосуд с водой, верхний конец прикройте ладонью и делайте резкие движения вверх-вниз. Ничего интересного не происходит? А вот в руках Игоря Белецкого труба превращается в насос, и вода поднимается по ней до самого верха.

Мы тоже научились проделывать этот фокус, а затем, как говорят юные физики, «избавились от человеческого фактора» — заменили руку клапаном, сделанным из резинового шарика. И вроде бы всё стало понятно, но вот вопрос: почему вода сначала поднимается по трубке с трудом, затем идёт вверх всё легче и легче, а под конец бьёт через клапан струёй?

Смотрите наш новый ролик «Насос из трубы», размышляйте и экспериментируйте вместе с нами и не забывайте ставить лайки!

Простая и прекрасная детская игрушка волчок быстро вращается, стоя на тонкой оси, и не падает! Все части волчка по инерции двигались бы прямолинейно и равномерно, но они связаны друг с другом и за счёт центростремительных сил участвуют в общем вращательном движении, которое тоже можно считать обладающим инерцией. Поэтому волчок и стремится сохранить направление своей оси. Если установить маховик в трёхосевой карданов подвес — три рамки, которые могут вращаться вокруг трёх взаимно перпендикулярных осей, — и раскрутить его до больших оборотов, маховик будет сохранять направление своей оси в пространстве. Такой свободный гироскоп является сердцем авиационного или корабельного гирокомпаса.

Установим ось волчка под углом к вертикали, и она медленно вращается, описывая конус. Такое движение называется прецессией. Волчок постепенно замедляется, его ось наклоняется всё больше и больше, и прецессия происходит всё быстрее и быстрее. Раскрутим гироскоп в двухосевом подвесе вокруг горизонтальной оси и повесим на её конец небольшой грузик, и гироскоп поворачивается, но не вокруг горизонтальной, а вокруг вертикальной оси. Повесим грузик на другой конец оси, и теперь гироскоп прецессирует в противоположном направлении. Почему же под действием опрокидывающего момента силы тяжести гироскоп поворачивается совсем не так, как в отсутствие вращения?

Недавно Игорь Белецкий показал на своём канале компактную воздуходувку, из которой быстро вылетают вложенные листочки бумаги, но шарик для пинг-понга захватывается и крутится с большой скоростью, даже если воздуходувку перевернуть. Мы пошли ещё дальше: взяли метровую прозрачную трубу и ввели в неё шланг пылесоса под углом к оси трубы, чтобы получить вихревое движение воздуха.

Положим трубу горизонтально, включим пылесос на выдув и забросим внутрь трубы шарик для пинг-понга. При малой скорости воздушного потока шарик просто выкатывается из трубы. Увеличим скорость, и кажется, что шарик должен вылететь ещё быстрее, но вместо этого он лежит на стенке и совершает медленные колебания! А когда пылесос включен на полную мощность, шарик снова изменяет своё движение — теперь он вращается по окружности, перпендикулярной оси трубы, делая 20 оборотов в секунду! Перевернём трубу, но шарик не выпадает из неё, продолжая вращаться с бешеной скоростью.