GetAClass 

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.

Сегодня мы вновь обращаемся к задачам-демонстрациям замечательной олимпиады «Твой путь в настоящую науку», которую проводит физический факультет Новосибирского государственного университета. И вот какую задачу участники олимпиады решали в 2012 году. 

Из трёх одинаковых планок собрана конструкция в виде буквы «П», и к средней планке по центру приклеена зубочистка. Затянем два винта, соединяющие планки, и поставим зубочистку на горизонтальную опору — жёсткая конструкция покачивается, но пребывает в устойчивом равновесии. Ослабим винты, превратив их в шарниры, и теперь поставить конструкцию никак не удаётся — она каждый раз заваливается в сторону.

В задаче надо дать качественное объяснение наблюдаемому явлению,
и вы легко это сделаете в случае жёсткого соединения планок, посмотрев
наш ролик «Центр тяжести». 

Мы начали снимать ролик «Гидравлика берёзового сока» и поняли, что нужно снять фильм о явлении осмоса (следите за анонсами!). А объяснение физики осмоса, в свою очередь, основано на экспериментальных законах, описывающих свойства растворов, которые открыл выдающийся французский физико-химик Франсуа Мари Рауль.

Его первая работа 1878 года была посвящена понижению температуры замерзания растворов с увеличением концентрации растворённого вещества. Мы наблюдаем это явление, когда зимой борются с гололёдом, посыпая тротуары обычной поваренной солью. Её насыщенный раствор замерзает при –21°С и при более высокой температуре заставляет таять лёд. Насыщенный раствор хлористого кальция остаётся жидким даже в морозильной камере холодильника и замерзает только при –55°С. А вот температура кипения растворов, наоборот, повышается с ростом концентрации и у насыщенного раствора хлористого кальция достигает 178°С! В таком растворе хлорида кальция в три раза больше, чем воды!

Интересный факт: Алессандро Вольта был одним из первых биофизиков — знаменитый вольтов столб повторяет в ином материале устройство электрических органов средиземноморского электрического ската. Батарея Вольты собрана из чередующихся медных и цинковых пластинок с прокладками из ткани, пропитанной кислотой, а батарея ската состоит из столбиков специальных клеток-электроцитов. Скат torpedo вырабатывает сравнительно небольшое напряжение порядка 50 вольт. А чтобы увеличить разрядный ток, несколько десятков столбиков-батарей включаются параллельно. В античности таких скатов использовали для лечения подагры и других болезней, а чтобы избавиться от меланхолии, прикладывали их к голове!

Существует множество видов электрических рыб. Большинство из них пользуются электрическими сигналами только для ориентирования в мутной воде, а электрические скаты, сомы и электрический угорь создают мощные электрические разряды для охоты и защиты от нападения. Напряжение разряда угря доходит до 900 вольт при силе тока порядка 1 ампера. Так что мощность разряда достигает 1 киловатта, как у небольшого электрочайника! Импульсы напряжения очень короткие, всего 2 миллисекунды, зато угорь выдаёт сразу целую серию от 10 до 30 таких разрядов.

Если посмотреть через слегка запотевшие очки или морозное стекло автобуса на яркий фонарь, можно увидеть вокруг него радужные кольца. Похожие венцы образуются и вокруг полной луны, когда она светит сквозь тонкую пелену облаков.

Эти кольца получаются в результате дифракции света на маленьких капельках воды, и об этом мы уже рассказывали в ролике «Дифракция: венцы и короны». Круглые капельки рассеивают свет по всем направлениям одинаково и дают такие же круглые кольца. При этом красный свет отклоняется сильнее всего, а синий — меньше всего, кольца разного цвета накладываются друг на друга, и получается радужная картина, которую мы и наблюдаем. А ещё важен размер капелек: чем они меньше, тем сильнее отклоняется свет, и тем шире дифракционные кольца. Когда дифракция происходит на капельках разных размеров, венцы расплываются и становятся менее яркими, и лунные венцы обычно выглядят именно так.

Ещё на уроках математики в начальной школе мы учимся вычислять скорость — надо расстояние поделить на время, за которое это расстояние было пройдено. Затем на уроках физики мы узнаём, что таким образом мы находим среднюю скорость тела, которое при неравномерном движении может двигаться то быстрее, то медленнее, а то и вовсе останавливаться. И возникает вопрос: а как узнать ту самую, настоящую скорость, с которой тело движется сейчас, в данный момент времени?

Чтобы ответить на этот вопрос, Ньютону пришлось построить исчисление флюксий и флюент, а мы сегодня говорим вслед за Лейбницем, что мгновенная скорость — это производная координаты тела по времени. В соответствии с математическим определением нужно вычислять среднюю скорость на всё меньших промежутках времени, и в пределе, при стремлении промежутка времени к нулю, мы и получим мгновенную скорость.

Весной, когда почва уже немного прогрелась, но листья ещё не распустились, можно полакомиться берёзовым соком. И тут возникает вопрос: как сок поднимается на большую высоту, до самой верхушки дерева?

После изучения школьного курса физики кажется, что здесь мы наблюдаем действие капиллярного эффекта. Однако волокна в слое древесины берёзы, по которому поднимается сок, имеют диаметр 30-100 микрон. Расчёт показывает, что сок по таким капиллярам может подняться максимум на 1 метр, а ведь высота взрослых берёз составляет 20-30 метров!

Оказывается, что основным механизмом подъёма сока ранней весной является осмос. За лето берёза накапливает в корнях запасы крахмала, и уже осенью часть этого крахмала распадается на сахара, чтобы защитить клетки от наступающих холодов. Весной с повышением температуры распад ускоряется, и концентрация сахара увеличивается до 2%. Стенки корневых клеток представляют собой полупроницаемые мембраны: они не пропускают большие молекулы сахара наружу, но зато через них из почвы легко проходят маленькие молекулы воды, которые стремятся разбавить сахарный раствор, — это и есть осмос.