#физика

Когда линейно поляризованный свет проходит через кювету с сахарным раствором, плоскость его поляризации поворачивается на некоторый угол, величина которого пропорциональна концентрации раствора и длине кюветы.

На следующей неделе будет опубликован ролик «Оптическая активность», если вы хотите посмотреть этот выпуск уже сейчас, приглашаем на нашу платформу в Boosty.

[Поддержите нас]

#физика

Мы продолжаем серию роликов, в которых рассказываем, как физика помогает математике, и сегодня докажем теорему Пифагора с помощью физического мысленного эксперимента! Идею этого доказательства мы почерпнули из замечательной книги Марка Леви «Математическая механика».

Погрузим в воду прямую призму с прямоугольным треугольником в основании так, чтобы это основание было параллельно поверхности воды. Силы давления действуют перпендикулярно боковым граням призмы, приложены в серединах этих граней и пропорциональны их площадям, а тем самым — сторонам треугольника. В равновесии сумма моментов сил давления должна быть равна нулю. Если теперь записать это условие относительно подходящей оси вращения, мы немедленно получим теорему Пифагора!

Но как же так, разве математическая теорема может следовать из механических утверждений? Математика существует независимо от физики и лежит в её основе, и геометры придумали множество разнообразных красивых доказательств теоремы Пифагора задолго до становления науки физики. Значит, эта теорема уже была вложена в правило моментов, с помощью которого велось доказательство. И хорошо было бы понять, где именно?

Смотрите наш новый ролик «Теорема Пифагора и равновесие сил», размышляйте вместе с нами о глубокой взаимосвязи физики и математики и не забывайте ставить лайки!

P.S. По этой ссылке можно посмотреть выпуск «Теорема Пифагора и равновесие сил» на наших альтернативных платформах.

[Поддержите нас]

Дорогие коллеги, уважаемые учителя!

Мы благодарны вам за то, что помогаете каждому ученику открыть мир и выстроить свою систему представлений о нем.

В качестве поздравления делимся стихотворением Андрея Щетникова, которым он подытожил разговор о физиках и лириках в одном из выпусков программы «Дайте подумать».

Мы верим, что именно учителя (и не только, имеющие такую профессию, но и все люди, занимающиеся просвещением) помогают каждому из нас приблизиться к пониманию мира и процессов в нем.

Спасибо за ваш труд и творческую энергию!

С праздником!

С любовью и уважением,
команда GetAClass

#physics
#физика

Наш новый англоязычный ролик посвящён тому, как были открыты законы упругого удара тел. Первым построить теорию удара попытался Галилео Галилей, он высказал много интересных соображений, но собрать их в единую простую модель, подобную модели равноускоренного движения, ему не удалось.

Затем к проблеме удара приступил Рене Декарт и также столкнулся с трудностями при объяснении многообразных опытных данных. Тем не менее, в 1644 году в своих «Началах философии» он изложил общие правила упругого удара. Согласно первому правилу два равновеликих тела, движущиеся навстречу друг другу с равными скоростями, после удара оттолкнутся друг от друга и разлетятся с теми же самыми скоростями. И это очевидно в силу симметрии ситуации. А вот остальные шесть правил удара оказались неверны: хотя в их основе и лежал принцип сохранения количества движения, но Декарт учитывал только величины импульсов сталкивающихся тел, но не их направления.

И только Христиану Гюйгенсу удалось последовательно применить научный метод Декарта, требующий строить рассуждение, исходя только из очевидных утверждений. В качестве первого такого утверждения Гюйгенс принял знакомый нам принцип инерции: если ничто не препятствует движению тела, оно сохраняет свою скорость неизменной. Второе утверждение — это первое правило удара Декарта, принцип симметрии.

А третий постулат Гюйгенса — это принцип относительности Галилея, в соответствии с которым столкновение тел происходит одинаково в любой инерциальной системе отсчёта. И выдающееся достижение Гюйгенса состоит в том, что он превратил объяснительный принцип относительности Галилея в мощное средство получения новых результатов, описывая столкновение тел в различных системах отсчёта.

Пусть одинаковые шары движутся относительно лодки с равными по величине скоростями v навстречу друг другу, а сама лодка плывёт с такой же скоростью v относительно берега вправо. Тогда с точки зрения наблюдателя, стоящего на берегу, правый шар неподвижен, а левый налетает на него со скоростью 2v. В системе отсчёта лодки после удара шары разлетаются в противоположные стороны со скоростями, равными v, а наблюдатель на берегу видит, что теперь левый шар неподвижен, а правый движется со скоростью 2v.

Так Гюйгенс доказал, что при соударении одинаковых шаров движущийся шар передаёт всю свою скорость неподвижному. Если же одинаковые шары сталкиваются с различными скоростями, надо перейти в такую систему отсчёта, где их скорости равны и противоположны. В этой системе шары после удара как бы проходят сквозь друг друга и обмениваются скоростями, значит, они обменяются скоростями и в исходной системе отсчёта.

Чтобы разобраться, как сталкиваются шары разной массы, Гюйгенс использовал горки Галилея и принцип неизменности высоты общего центра масс шаров, что равносильно сохранению их потенциальной энергии. Отсюда он вывел закон сохранения кинетической энергии при упругом ударе, а затем перешёл в другую систему отсчёта и получил закон сохранения импульса. И все эти замечательные открытия Гюйгенс совершил ещё в 1654 году!

Смотрите наш ролик «Christiaan Huygens and the theory of impact» удивляйтесь силе мысли основоположников физики Нового времени и не забывайте ставить лайки!

P.S. По данной ссылке можно посмотреть русскоязычную версию выпуска «Христиан Гюйгенс и теория удара» на удобной платформе.

[Поддержите нас]

#задачиоценки

Расставьте силы, действующие на пустой ящик, находящийся в космосе недалеко от Земли.

Подразумевается, что вы знаете:

- Как направлена сила тяжести.
- От чего зависит сила гравитационного взаимодействия.

Подсказка 1:

К какой точке приложена сила тяжести, действующая на ящик?

Подсказка 2:

Поскольку в центре тяжести ящика вакуум, к каким точкам ящика приложена сила тяжести и как она направлена?

Авторское решение: [здесь]

#физика

Мы продолжаем серию роликов о поляризации света, и сегодня речь пойдёт о вращении плоскости поляризации. Соберём установку, похожую на ту, что использовалась для демонстрации закона Малюса в предыдущем ролике «Поляризация света», только теперь между поляризатором и анализатором поставим пластиковую трубу с прозрачными окошками на торцах. Сначала сделаем опыт с пустой трубой: вращаем анализатор на полный оборот и получаем контрольный график интенсивности прошедшего через систему света в зависимости от угла между осями поляризатора и анализатора. А теперь зальём в трубу сахарный раствор и повторим опыт, и график сдвигается относительно контрольного на 15°. Увеличим концентрацию сахара вдвое — и график сдвигается на 30°. Раствор сахара оптически активен и поворачивает плоскость поляризации света на угол, пропорциональный концентрации раствора и длине его столба.

Молекулы сахарозы не симметричны и имеют два зеркально симметричных изомера. В этом отношении они похожи на правую и левую руку и обладают, как говорят, разной хиральностью. Растения синтезируют только правый изомер сахарозы — декстрозу, и раствор пищевого сахара подкручивает плоскость поляризации в направлении вращения правого буравчика. Левый изомер сахарозы получают искусственно, и его раствор вращает плоскость поляризации в противоположном направлении.

Линейно поляризованную электромагнитную волну можно разложить на две волны, поляризованных по кругу, с одинаковой амплитудой и противоположными направлениями вращения вектора электрического поля. И вот оказывается, что в оптически активной среде такие волны распространяются с разной скоростью и имеют разные коэффициенты преломления. В результате между этими волнами накапливается разность фаз, пропорциональная длине пути и разности коэффициентов преломления, которая сама пропорциональна концентрации раствора. Из-за этого сдвига фазы поляризованные по кругу волны при сложении на выходе из трубы дают линейно поляризованную волну, плоскость поляризации которой повёрнута относительно волны на входе. Этот эффект используется в сахариметрах для измерения концентрации сахара в растворах.

Сделаем ещё один опыт: пропустим белый свет лампы последовательно через поляризатор, стакан с сахарным раствором и анализатор. Когда анализатор повёрнут почти на 90° по отношению к поляризатору, мы видим последовательно голубой, синий, пурпурный, оранжевый и жёлтый цвета. Как же это можно объяснить?

Смотрите наш новый ролик «Оптическая активность», размышляйте вместе с нами и не забывайте ставить лайки!

P.S. По этой ссылке можно посмотреть выпуск «Оптическая активность» на наших альтернативных платформах.

[Поддержите нас]

#физика
#олимпиадаНГУ

Система из цилиндра со смещённым центром тяжести и лежащей на нём планки может быть как устойчивой, так и неустойчивой, в зависимости от её параметров. Исследовать это явление было предложено участникам олимпиады физического факультета НГУ «Твой путь в настоящую науку».

Совсем скоро на наших платформах будет опубликован ролик «Непростое равновесие», если вы хотите посмотреть этот выпуск уже сейчас, приглашаем на нашу платформу в Boosty.

[Поддержите нас]

#физика
#олимпиадаНГУ

Мы продолжаем снимать серию роликов по задачам-демонстрациям олимпиады «Твой путь в настоящую науку», которую проводит физический факультет Новосибирского государственного университета. И сегодня познакомим вас с задачей, предлагавшейся участникам олимпиады совсем недавно, в 2024 году.

На горизонтальном столе лежит пластиковое цилиндрическое кольцо, на внутренней поверхности которого стоят один на другом два одинаковых груза. Положим на кольцо рейку, и она находится в устойчивом равновесии: при небольших отклонениях рейка и кольцо покачиваются, но рейка удерживается на кольце. А теперь уберём один из грузов, и рейка немедленно падает, и её никак не удаётся положить на кольцо, чтобы она оставалась в равновесии. Почему же равновесие рейки зависит от массы груза, лежащего на кольце?

В задаче требуется дать качественное объяснение и устойчивости равновесия рейки с тяжёлым грузом внутри кольца, и нарушению равновесия с грузом меньшей массы. Будет здорово, если вы сделаете подобный опыт, посмотрите на движение кольца и рейки и попробуете дать своё объяснение на основе базовых законов школьной физики. И здесь вам могут пригодиться наши ролики «Центр тяжести» и «Цепная линия и центр тяжести».

А наше объяснение вы увидите в новом ролике «Непростое равновесие». Смотрите, размышляйте вместе с нами и не забывайте ставить лайки!

P.S. По этой ссылке можно посмотреть выпуск «Непростое равновесие» на наших альтернативных платформах.

[Поддержите нас]

#физика

Оптические свойства прозрачного материала меняются при приложении к нему механической нагрузки. Это позволяет наблюдать в поляризованном свете распределение напряжений внутри материала.

На следующей неделе мы опубликуем ролик «Фотоупругость», если вы хотите посмотреть этот выпуск уже сейчас, приглашаем на нашу платформу в Boosty.

[Поддержите нас]

#physics
#физика

Возьмём резиновую ленту и сделаем из неё ременную передачу. Если валики цилиндрические, лента постепенно сползает с них на одну сторону. Попробуем исправить ситуацию и натянуть ленту на вогнутые валики. Очень странно — лента сползает с них набок ещё быстрее. А вот на выпуклых бочкообразных валиках лента держится прекрасно! Более того, спустим ленту на обоих валиках вниз, включим мотор, и лента очень быстро поднимается вверх и выравнивается по центрам валиков! И дело здесь не в их быстром вращении: будем медленно прокручивать валики, и теперь видно, что ремень выравнивается буквально за пару оборотов.

Как же можно объяснить этот удивительный эффект, противоречащий нашим предположениям, основанным на здравом смысле? Оказывается, неоднородное растяжение резины приводит к тому, что под действием силы трения перекошенный ремень ползёт к более толстой части валика. Смотрите наш новый англоязычный ролик «Self-centering belt drive», удивляйтесь вместе с нами и не забывайте ставить лайки!

P.S. По этой ссылке можно посмотреть русскоязычную версию выпуска «Самоцентрирующаяся ременная передача» на различных платформах.

[Поддержите нас]

#физика

Мы уже опубликовали два ролика — «Поляризация света» и «Оптическая активность», и теперь представляем вашему вниманию завершающий ролик этой серии.

Поместим поляризационную плёнку перед экраном компьютерного монитора, и будем её поворачивать. В определённом положении свет через плёнку совсем не проходит: экран тоже покрыт поляризационной плёнкой, и сейчас оси этих двух поляризаторов скрещены. Внесём в пространство между экраном и поляризационной плёнкой пластмассовую коробочку от компакт-диска, и неожиданно появляется прекрасная картина — теперь свет проходит через коробочку, и она переливается всеми цветами радуги на чёрном фоне! Повернём коробочку, и радужная картина изменяется. Развернём оси поляризаторов параллельно друг другу, теперь свет почти полностью проходит через них, но коробочка по-прежнему окрашена в радужные цвета, только уже на белом фоне. Снова скрестим оси поляризаторов и поменяем фон на красный, и теперь картина состоит из красных и чёрных полос. Свет прошёл только через красные полосы, а через чёрные не прошёл. Как же образуются эти полосы?

Отливка из жидкого пластика застывает неравномерно, и в детали возникают неравномерные механические напряжения. Поляризованный свет, проходя через напряжённый участок пластика, раскладывается на компоненты вдоль двух взаимно перпендикулярных направления поляризации, по одному из которых свет распространяется с наибольшей, а по другому — с наименьшей скоростью. В результате на толщине детали между этими двумя волнами набегает разность фаз. Когда эта разность фаз соответствует целому числу волн, на выходе снова получается линейно поляризованная волна, которая не проходит через анализатор, и в этом месте мы видим чёрную полосу. А при другой разности фаз на выходе получается волна с эллиптической поляризацией, у которой всегда есть компонента, проходящая через анализатор, и здесь мы наблюдаем более или менее яркую цветную полосу. Набег фазы сильно зависит от длины волны, так что для разных длин волн картинки будут разными, поэтому при освещении белым светом эти картинки накладываются друг на друга, и получается характерная радужная окраска.

Этот эффект используется в методе фотоупругости, который позволяет моделировать и наглядно представлять неравномерное распределение напряжений в нагруженной конструкции. Поместим между скрещенными поляризатором и анализатором силиконовую полоску с узкой шейкой и начнём её растягивать. От шейки расходятся цветные полосы, а при снятии напряжения полосы исчезают. Сделаем в шейке отверстие, и теперь при растяжении хорошо видно, как вокруг отверстия концентрируются напряжения.

А ещё можно сделать очень интересные опыты с обычной полиэтиленовой плёнкой и наблюдать с её помощью явление двойного лучепреломления. И снова эффект возникает из-за того, что при изготовлении плёнка растягивается в одном направлении, поэтому скорость распространения световых волн, поляризованных вдоль и поперёк этого направления, оказывается различной.

Смотрите наш новый ролик «Фотоупругость», размышляйте вместе с нами и не забывайте ставить лайки!

P.S. По этой ссылке можно посмотреть выпуск «Фотоупругость» на наших альтернативных платформах.

[Поддержите нас]

#физика
#олимпиадаНГУ

Если посыпать гречневой крупой закреплённую на одном конце упругую линейку, при колебаниях линейки возникнет чёткая граница между занятой и свободной областями. Объяснить это явление было предложено участникам олимпиады физического факультета НГУ «Твой путь в настоящую науку».

Совсем скоро будет опубликован ролик «Летающая гречка», если вы хотите посмотреть этот выпуск уже сейчас, приглашаем на нашу платформу в Boosty.

[Поддержите нас]

#задачиоценки

На наклонном столе лежат две доски, одна на другой. В начальный момент доски покоятся. Можно ли подобрать такие значения масс досок и коэффициентов трения досок о плоскость и между собой, чтобы нижняя доска выскользнула вниз из-под верхней?

Подразумевается, что вы знаете:

- Как расставить силы, действующие на доски.
- 2-ой закон Ньютона.

Подсказка 1:

Разберите самый простой случай с одной доской.

Подсказка 2:

Разберите простые варианты с двумя досками.

Авторское решение: [здесь]

#физика
#олимпиадаНГУ

Мы продолжаем снимать ролики по задачам-демонстрациям олимпиады «Твой путь в настоящую науку», которую проводит физический факультет Новосибирского государственного университета, наша alma mater. И сегодня речь пойдёт о задаче, предлагавшейся участникам олимпиады в 2014 году, а чтобы провести показанный в ней опыт, понадобится достаточно длинная и гибкая стальная линейка и немного гречневой крупы.

Один конец линейки зажмём струбциной, а другой оставим свободным. Всю открытую часть линейки покроем тонким слоем гречневой крупы. Оттянем свободный конец вниз и отпустим его — часть крупы слетает, и видна чёткая граница, по одну сторону от которой почти вся крупа слетела, а по другую — осталась на месте. Повторим опыт, но на этот раз отклоним конец линейки сильнее. Слетает ещё немного крупы, но по-прежнему между свободной и покрытой крупой частями линейки остаётся чёткая граница, только теперь она сдвигается ближе к закреплённому концу.

В задаче требуется дать качественное объяснение наблюдаемого явления, и мы это сделали на основе самых первоначальных представлений теории колебаний. А если снять движение крупинок гречки на скоростную камеру, становятся видны весьма любопытные подробности, которые заставляют уточнить первоначальную простую модель. Кстати, в похожих условиях на поверхности вязкой жидкости можно наблюдать ещё более интересные явления!

Смотрите наш новый ролик «Летающая гречка», размышляйте вместе с нами и не забывайте ставить лайки!

P.S. По этой ссылке можно посмотреть выпуск «Летающая гречка» на наших альтернативных платформах.

[Поддержите нас]

#физика
#тюф

На следующей неделе на наших платформах будет опубликован ролик с разбором задачи, которая предлагалась участникам Турнира юных естествоиспытателей 2025. Мы исследуем звук, издаваемый стаканчиком с прикреплённой к его донышку нитью, если по этой нити водить мокрыми пальцами.

Кстати, фрагменты съёмки данного выпуска можно увидеть [здесь].

Если вы хотите посмотреть ролик «Крякающий стаканчик» уже сейчас, приглашаем на нашу платформу в Boosty.

[Поддержите нас]

#physics
#физика

Наш сегодняшний англоязычный ролик посвящён физическим принципам работы сопла Лаваля — устройства, которое изобрёл в 1890 году шведский инженер Густав де Лаваль и которое позволяет разгонять поток газа до сверхзвуковых скоростей.

Рассмотрим стационарный поток газа в сужающейся трубе. В соответствии с принципом непрерывности через любое сечение трубы в единицу времени протекает одна и та же масса газа — расход газа постоянен. Пока скорость потока много меньше скорости звука, газ ведёт себя почти как несжимаемая жидкость, и его скорость возрастает обратно пропорционально площади поперечного сечения трубы. Когда же скорость потока приближается к скорости звука, становится существенным изменение плотности газа. Будем считать процесс адиабатическим и добавим уравнение Бернулли, представляющее собой закон сохранения энергии для элемента газа, движущегося вдоль линии тока. Из этой модели следует, что в сужающейся трубе газовый поток не может превысить скорости звука. А чтобы перейти к сверхзвуковым скоростям, нужно теперь не уменьшать, а увеличивать сечение трубы.

Получается характерный профиль трубы с пережимом, и в её наименьшем сечении газ должен достигнуть скорости звука — это и есть сопло Лаваля! А ещё нужно учесть, что это местная скорость звука, которая уменьшается вместе с падением температуры адиабатически расширяющегося газа, так что здесь всё не так просто.

С энергетической точки зрения в сопле Лаваля кинетическая энергия хаотического движения молекул газа перекачивается в кинетическую энергию поступательного движения газа как целого как в сужающемся конфузоре, так и в расширяющемся диффузоре. Поэтому расширяющаяся часть сопла в реактивном двигателе позволяет заметно увеличить силу тяги.

Смотрите наш ролик «Laval nozzle», размышляйте вместе с нами и не забывайте ставить лайки!

P.S. По этой ссылке можно посмотреть русскоязычный выпуск «Сопло Лаваля» на наших различных платформах.

[Поддержите нас]

#физика
#тюф

Сегодня мы поговорим о ещё одной интересной задаче Международного турнира юных естествоиспытателей 2025 года — «Звучащий стакан». Чтобы воспроизвести её условие, прикрепите к дну пластикового стакана достаточно длинную нить, смочите её водой, плотно оберните вокруг нити кусок влажной бумажной салфетки и потяните салфетку вниз. В задаче нужно объяснить и исследовать громкий резкий звук, который вы при этом слышите. Такой же звук получается и без салфетки, если по нити провести мокрыми пальцами, чем мы и пользовались в наших опытах.

Мы записали звуковой сигнал на микрофон и обнаружили, что он далек от синусоиды, имеет характерную частоту примерно 800 Гц, а форма сигнала воспроизводится с частотой около 100 Гц. Теперь качественное объяснение кажется очевидным: при движении мокрых пальцев по нитке коэффициент трения покоя больше коэффициента трения скольжения, пальцы натягивают нить, срываются с неё и проскальзывают, за это время донышко стакана успевает сделать несколько колебаний на частоте 800 Гц, затем пальцы снова прихватывают и натягивают нитку, снова срываются, и этот процесс происходит раз за разом с частотой 100 Гц.

Чтобы рассмотреть колебания донышка, мы натянули на обрезок пластиковой трубы тонкую резиновую мембрану, при этом характерная частота звукового сигнала упала до 500 Гц. На скоростной съёмке хорошо видно, как мембрана оттягивается и срывается с частотой около 40 Гц, однако быстрых колебаний мембраны, которые создавали бы слышимый звук, совсем не заметно!

Так может быть звук создают не дрожание мембраны, а колебания столба воздуха в трубе? Расчёт показывает, что частота четвертьволновых колебаний в трубе составляет как раз около 500 Гц, а собственные колебания мембраны происходят на частоте 48 Гц, и не могут быть источником того звука, который мы слышим. И теперь-то всё стало понятно!

Но начнём отсекать всё лишнее: возьмём вместо стакана крышку от баночки, прикрепим к ней нить и повторим опыт — получается очень похожий звук, хотя никаких колебаний в трубе тут нет и в помине! А о том, к чему привело в нашем исследовании последовательное применение бритвы Оккама, вы узнаете из нового ролика «Крякающий стаканчик». Смотрите и не забывайте ставить лайки!

P.S. По этой ссылке можно посмотреть выпуск «Крякающий стаканчик» на наших альтернативных платформах.

[Поддержите нас]

#физика
#олимпиадаНГУ

Если посветить на тонкую иголку лазерной указкой, на экране вокруг иголки возникнет яркая окружность. Объяснить это явление было предложено участникам олимпиады физического факультета НГУ «Твой путь в настоящую науку»!

Пройдите регистрацию на портале олимпиады и станьте ближе к миру знаний, новых открытий и перспектив! Онлайн-участие возможно из любой точки страны, для участия необходимо скачать задание в личном кабинете олимпиады.

Совсем скоро на наших платформах будет опубликован ролик «Световая окружность». Если вы хотите посмотреть этот выпуск прямо сейчас, приглашаем на нашу платформу в Boosty.

[Поддержите нас]

#задачиоценки

Не решая задачи, найдите период колебаний груза, подвешенного на нити.

Подразумевается, что вы:

- Обладаете навыками простых измерений.
- Представляете, какие силы действуют на груз, подвешенный на нити.

Подсказка 1:

Подвесьте груз на нити и посмотрите, от чего зависит период его колебаний.

Подсказка 2:

Попытайтесь найти какую-нибудь закономерность.

Авторское решение: [здесь]

#физика
#олимпиадаНГУ

Предлагаем вашему вниманию ещё один ролик по задачам-демонстрациям олимпиады «Твой путь в настоящую науку», которую проводит физический факультет Новосибирского государственного университета. Эту задачу решали участники олимпиады в 2019 году, и в ней показывается опыт с лазерной указкой и спицей.

Посветим лазером под наклоном на горизонтальный экран, и мы видим на нём яркое пятнышко. Поставим на пути лазерного луча вертикальную тонкую спицу, и теперь на экране появилась яркая окружность, проходящая через ту точку, в которую до этого попадал луч указки. Центр этой окружности находится в точке на экране, куда была поставлена спица. Как же образуется эта окружность?

В задаче требуется дать качественное объяснение наблюдаемого явления, и для этого достаточно знания закона отражения света. А вот о ещё более интересном родственном явлении мы сняли ролик «Процарапанная голограмма»!

Смотрите наш новый ролик «Световая окружность», размышляйте вместе с нами и не забывайте ставить лайки!

P.S. По этой ссылке можно посмотреть выпуск «Световая окружность» на наших альтернативных платформах.

[Поддержите нас]