публичный образовательный интернет-портал

Выталкивающая или гидростатическая подъёмная сила, действующая на тело, погруженное в жидкость

Категории: Физика

Термин квантовой физики, описывающий элементарные частицы, которые подчиняются статистике БозеЭйнштейна. Эти частицы названы в честь индийского физика Шатьендры Ната Бозе. Элементарные частицы иного вида, которые подчиняются статике Ферми – Дирака, называются фермионами. Фермионами являются электроны, бозонами – протоны и нейтроны. Самый знаменитый в настоящее время бозон – бозон Хиггса.

Квантовая механика оперирует понятиями, которые трудно представить, хотя они существуют. Одним из таких понятий является спин. 

 В 1927 году физик Поль Дирак, чтобы создать полностью релятивистскую квантовую теорию, объединил одним математическим описанием квантовую механику и эйнштейновскую специальную теорию относительности. При этом проявилось такое свойство, как спин электрона. Это свойство очень условно можно было представить в виде вращения отрицательно заряженного электрона вокруг своей оси, который тем самым генерирует небольшое локальное магнитное поле. Сегодня мы представляем спин электрона с точки зрения его возможной ориентации – условно говоря, вверх или вниз

Бозоны и фермионы

Категории: Физика

Элементарная частица, объясняющая происхождение массы других элементарных частиц. Её существование было предсказано в 1960-х годах Питером Хиггсом.

Наш кинозал

Бозон Хиггса. Пятое фундаментальное взаимодействие


Кирпичики Вселенной: что такое Бозон Хиггса

Категории: Физика

Беспорядочное движение микроскопических видимых взвешенных в жидкости или газе частиц твёрдого вещества, вызываемое тепловым движением частиц жидкости или газа. Было открыто в 1827 году Робертом Броуном (Брауном) и названо в его честь. 

Всем известно, что все вещества состоят из молекул и атомов. Они находятся в непрерывном движении, но прямым наблюдением это движение обнаружить невозможно, потому что ни молекулы, ни атомы нельзя увидеть с помощью оптического микроскопа. Однако косвенным образом результат движения молекул себя обнаруживает как раз в броуновском движении. Впервые это явление  наблюдал английский ботаник Роберт Броун (Браун).

В 1827 году Броун изучал под микроскопом поведение цветочной пыльцы в жидкости, Неожиданно он обнаружил, что споры в воде хаотично движутся без каких-либо видимых на то причин. Заинтересовавшись странным явлением, Броун провёл эксперименты с пылью множества других веществ и установил, что явление имеет место для любых мелких частиц. Но объяснить это явление не смог ни он и ни один другой физик в течение последующих 85 лет. Объяснение броуновского движения предложил в в 1905 году Альберт Эйнштейн. Согласно этому объяснению, пылинка, находящаяся во взвешенном состоянии в воде постоянно «бомбардируется» хаотично движущимися молекулами воды. Небольшой размер частицы приводит к тому, что количество ударов молекул с разных сторон не совпадает и частица движется в сторону, куда было направлено наибольшее число ударов.

При Сталине в броуновском движении порядок был

 

 

Категории: Физика

Высокочувствительный прибор для измерения силы малых постоянных электрических токов.

В отличие от обычных микроамперметров шкала гальванометра может быть проградуирована не только в единицах силы тока, но и в единицах напряжения, единицах других физических величин.

Категории: Физика

Генератор высокого напряжения, принцип действия которого основан на электризации движущейся диэлектрической ленты. Первый генератор был разработан американским физиком Робертом Ван де Граафом в 1929 году и позволял получать разность потенциалов до 80 киловольт. В 1931 и 1933 им же были построены более мощные генераторы, позволившие достичь напряжения в 1 миллион и 7 миллионов вольт соответственно

Наш кинозал

Генератор Ван де Граафа в институте ядерной физики МГУ

Как получить высокое напряжение? Генератор Ван де Граафа своими руками

Категории: Физика

Один из законов статики жидкостей (гидростатики) и газов (аэростатики): на тело, погружённое в жидкость или газ, действует выталкивающая или подъёмная сила, равная весу объёма жидкости или газа, вытесненного частью тела, погружённой в жидкость или газ. Закон открыт Архимедом в III веке до н. э. Выталкивающая сила также называется архимедовой или гидростатической подъёмной силой

Категории: Физика

Объяснение закона БетцаЭтот закон определяет максимальную энергию, которую можно получить от «гидравлического ветрового двигателя», или ветрогенератора. Закон Беца был открыт 1919 немецким физиком Альбертом Бетцем. По этому закону, механизм ветрогенератора может приобрести не более 59,3 процента от кинетической энергии ветра. Краткое объяснение этого закона следующее. 

Чем сильнее турбина ветрогенератора тормозит воздух, тем больше забирает от него энергии. Но поток воздуха, проходящий через ветрогенератор, не может отдавать свою энергию на 100%, иначе его движение после прохождения турбины прекратится, что показано на рисунке. Чем медленнее будет двигаться отработанный воздух, тем сильнее он будет мешать работе ветрогенератора. Как всегда в случае наличия двух противоположных тенденций, их взаимодействие при некотором значении даёт максимум. Альберт Бетц составил дифференциальное уравнение, учитывающее совместное действие двух перечисленных причин и получил значение максимума кинетической энергии ветра, которую можно утилизировать в ветрогенераторе. Это значение оказалось равным 59.3%

 

Наш кинозал

Принцип работы ветряных турбин

Категории: Физика

Физический закон, дающий количественную оценку теплового действия электрического тока. Установлен в 1841 году Джеймсом Джоулем и независимо от него в 1842 году Эмилием Ленцем. Одна из формулировок этого закона такая: «Количество теплоты, выделяемое в единицу времени в рассматриваемом участке цепи, пропорционально произведению квадрата силы тока на этом участке и сопротивления участка»

Категории: Физика

Эмпирический физический закон, определяющий связь электродвижущей силы источника (или электрического напряжения) с силой тока, протекающего в проводнике, и сопротивлением проводника. Установлен Георгом Омом в 1826 году и назван в его честь.

Как не забыть закон Ома?

Как запомнить закон Ома

Категории: Физика

Мысленный эксперимент, предложенный австрийским физиком-теоретиком, одним из создателей квантовой механики, Эрвином Шрёдингером, которым он хотел показать неполноту квантовой механики при переходе от субатомных систем к макроскопическим.

Два ученика спорили о том, насколько мудрым является их учитель. Один из них утверждал, что поставит учителя в тупик своим вопросом.

С утра юноша поймал бабочку и взял её плотно в свои ладони. Он решил, подойдя к учителю спросить, жива бабочка или мертва.

Если учитель скажет, что жива, – размышлял ученик, я слегка сожму ладони и покажу всем мертвую бабочку.
Если скажет, что мертва, то я разожму ладони, и бабочка взлетит. Так  я обману учителя и выиграю спор.

Подойдя к учителю в присутствии других людей, юноша спросил:

– Учитель, жива или мертва бабочка у меня в ладонях?

Пристально глядя в глаза, учитель сказал:

– Всё в твоих руках…

Категории: Физика

Поле электромагнитного, акустического или даже гравитационного излучения, амплитуда которого описывается функцией Бесселя первого рода. Настоящий луч Бесселя не дифрагирует. Это означает, что он распространяется не преломляясь и не рассеиваясь в отличие от, скажем, волны обычного света (или звука), которые рассеиваются после той точки, на которую были сфокусированы.

Категории: Физика

Маятник, используемый для экспериментальной демонстрации суточного вращения Земли.

Свой первый маятник длиной два метра Жан Фуко  испытал ночью 8 января 1851 года в погребе своего дома в Париже. В феврале того же года, увеличив длину маятника до 11 метров, Фуко провёл ещё один эксперимент в Парижской обсерватории.

Самая эффектная демонстрация маятника состоялась в марте 1851 года в парижском Пантеоне, бывшей церкви святой Женевьевы, превращённой затем в Пантеон, усыпальницу выдающихся людей Франции. Фуко подвесил под куполом Пантеона металлический шар массой 28 кг на проволоке длиной 67 м. Конструкция подвеса позволяла маятнику свободно колебаться в любом направлении. Демонстрация была устроена по инициативе президента республики. За её удачное проведение Жан Фуко был удостоен высшей награды Франции, Ордена Почетного легиона. Сейчас в Париже имеются два маятника Фуко: один – в Пантеоне, а второй, меньшего размера – в Музее искусств и ремёсел.

Еще бóльший маятник, длиной в 98 метров был подвешен под куполом Исаакиевского собора. Но сейчас этот маятник снят и хранится в подвале собора.

Категории: Физика
Мост Уитстона (измери́тельный мост, англ. Wheatstone bridge) — электрическая схема или устройство для измерения электрического сопротивления. Предложен в 1833 году Самуэлем Хантером Кристи (англ. Samuel Hunter Christie) и в 1843 году усовершенствован Чарльзом Уитстоном (англ. Charles Wheatstone). Мост Уитстона относится к одинарным ...
Мост Уитстона (измери́тельный мост, англ. Wheatstone bridge) — электрическая схема или устройство для измерения электрического сопротивления. Предложен в 1833 году Самуэлем Хантером Кристи (англ. Samuel Hunter Christie) и в 1843 году усовершенствован Чарльзом Уитстоном (англ. Charles Wheatstone). Мост Уитстона относится к одинарным мостам в отличие от двойных мостов Томсона. Мост Уитстона — электрическое устройство, механическим аналогом которого являются аптекарские рычажные весы.
Категории: Физика

Физическая постоянная, определяющая связь между температурой и энергией. Названа в честь австрийского физика Людвига Больцмана, сделавшего большой вклад в статистическую физику, в которой эта постоянная играет ключевую роль.

Постоянная Больцмана является числом, описывающим важную связь между механической и тепловой энергией, открытую австрийским физиком Людвигом Больцманом в рамках разработанной им статистической механики. Эта постоянная определяет связь энергии молекулы газа с температурой всего объёма газа. Постоянная Больцмана оказалась связанной с двумя другими постоянными, газовой постоянной, R, которая определяет общую энергию объёма газа и числом Авогадро, NA, определяющим число молекул, которое содержится в этом объёме:

KB = R / NA

Постоянная Больцмана стала ключом к пониманию того, как микросостояния системы (энергия каждой молекулы) связаны с ее макросостояниями (давлением, объёмом, температурой). С её помощью статистическая механика была связана с термодинамикой. Все тепловые явления в газе стало возможным объяснять движением мельчайших частиц, молекул, ещё до того, как эти частицы были открыты. 


Наш кинозал

Владимир Аристов - Кинетическая теория Больцмана (Январь 2020)

Категории: Физика

Основная константа квантовой теории, коэффициент, связывающий величину энергии кванта электромагнитного излучения с его частотой. Впервые эта постоянная упомянута Максом Планком в работе, посвящённой тепловому излучению, и потому названа в его честь.

Категории: Физика

Распределение Максвелла описывает распределение молекул газа по координатам и скоростям при системном воздействии внешнего потенциального поля.

Категории: Физика

Серия международных конференций по обсуждению фундаментальных проблем физики и химии, проводимая в Брюсселе международными Сольвеевскими институтами физики и химии с 1911 года.

Категории: Физика
Сплав, состоящий из следующих элементов: Sn (12,5 %); Pb (25 %); Bi (50 %); Cd (12,5 %). Температура плавления 65,5 °C. Применяется в прецезионном литье, в операциях изгиба тонкостенных труб, в качестве выплавляемых стержней при изготовлении полых тел способом гальванопластики, для заливки металлографических шлифов, в датчиках систем ...
Сплав, состоящий из следующих элементов: Sn (12,5 %); Pb (25 %); Bi (50 %); Cd (12,5 %). Температура плавления 65,5 °C. Применяется в прецезионном литье, в операциях изгиба тонкостенных труб, в качестве выплавляемых стержней при изготовлении полых тел способом гальванопластики, для заливки металлографических шлифов, в датчиках систем пожарной сигнализации, в качестве низкотемпературной нагревательной бани в химических лабораториях и др..
Категории: Физика

Газоразрядный прибор для автоматического подсчёта числа попавших в него ионизирующих частиц.

Наш кинозал

Счётчик Гейгера – Мюллера

Категории: Физика

Замкнутый индукционный объёмный электрический ток, который возникает в электрических проводниках под действием изменяющегося со временем магнитного поля, пересекающего этот проводник. Другое название: вихревые токи.


Впервые вихревые токи были обнаружены французским учёным Д. Ф. Араго (1786—1853) в 1824 г. в медном диске, расположенном на оси под вращающейся магнитной стрелкой. За счёт вихревых токов диск приходил во вращение. Это явление, названное явлением Араго, было объяснено несколько лет спустя M. Фарадеем с позиций открытого им закона электромагнитной индукции: вращаемое магнитное поле наводит в медном диске вихревые токи, которые взаимодействуют с магнитной стрелкой. Вихревые токи были подробно исследованы французским физиком Фуко (1819—1868) и названы его именем. Фуко также открыл явление нагревания металлических тел, вращаемых в магнитном поле, вихревыми токами.

Токи Фуко возникают под действием изменяющегося во времени (переменного) магнитного поля и по физической природе ничем не отличаются от индукционных токов, возникающих в проводах и вторичных обмотках электрических трансформаторов.

Поскольку электрическое сопротивление массивного проводника может быть мало, то сила индукционного электрического тока, обусловленного токами Фуко, может достигать чрезвычайно больших значений. В соответствии с правилом Ленца токи Фуко в объеме проводника выбирают такой путь, чтобы в наибольшей мере противодействовать причине, вызывающей их протекание. Поэтому, в частности, движущиеся в сильном магнитном поле хорошие проводники испытывают сильное торможение, обусловленное взаимодействием токов Фуко с внешним магнитным полем. Этот эффект используется для  демпфирования подвижных частей гальванометров, сейсмографов и других приборов без использования силы трения, а также в некоторых конструкциях тормозных систем железнодорожных поездов.

Категории: Физика

Линейное дифференциальное уравнение в частных производных, описывающее изменение в пространстве (в общем случае, в конфигурационном пространстве) и во времени чистого состояния, задаваемого волновой функцией, в гамильтоновых квантовых системах. Играет в квантовой механике такую же важную роль, как уравнения Гамильтона или уравнение второго закона Ньютона в классической механике или уравнения Максвелла для электромагнитных волн. Сформулировано Эрвином Шрёдингером в 1925 году, опубликовано в 1926 году. Уравнение Шрёдингера не выводится, а постулируется методом аналогии с классической оптикой, на основе обобщения экспериментальных данных

Категории: Физика

Система уравнений, описывающих электромагнитное поле и его связь с электрическими зарядами и токами в вакууме и сплошных средах. 

Уравнения, сформулированные Джеймсом Клерком Максвеллом на основе накопленных к середине 19-го века экспериментальных результатов, сыграли ключевую роль в развитии представлений теоретической физики и оказали сильное, зачастую решающее влияние не только на все области физики, непосредственно связанные с электромагнетизмом, но и на многие возникшие впоследствии фундаментальные теории, предмет которых не сводился к электромагнетизму (одним из ярчайших примеров здесь может служить специальная теория относительности).

Категории: Физика

Фундаментальная физическая постоянная, определяющая соотношение между электрохимическими и физическими свойствами вещества

Для постоянной Фарадея F справедливо соотношение: F=e*N, где e - заряд электрона, а N — число Авогадро. В единицах Международной системы единиц (СИ) постоянная Фарадея равна F=96485,33289 Кл/моль. Постоянная Фарадея входит в качестве константы во второй закон Фарадея (закон электролиза). Численно постоянная Фарадея равна электрическому заряду 1 моля электронов. Названа в честь английского физика Майкла Фарадея (1791—1867), внёсшего большой вклад в исследование электричества.

Категории: Физика

Элементарным частицам присуща характеристика, соответствующая в макромире вращению. Эту характеристику называют «спин», что в переводе с английского означает «веретено». Спин выражается в единицах, равных постоянной Планка. В этих единицах спин может быть целым. Такие частицы называют бозонами в честь Ш. Бозе, вместе с А. Эйнштейном разработавшего статистику их поведения. Существуют также частицы, у которых спин  полуцелый, то есть равный n + 1⁄2, где n — целое число. Статистику поведения этих частиц разработали Э. Ферми и П. Дирак. 

Фермионами являются электроны, бозонами – протоны и нейтроны. Самый знаменитый в настоящее время бозон – бозон Хиггса.

Квантовая механика оперирует понятиями, которые трудно представить, хотя они существуют. Одним из таких понятий является спин. 

 В 1927 году физик Поль Дирак, чтобы создать полностью релятивистскую квантовую теорию, объединил одним математическим описанием квантовую механику и эйнштейновскую специальную теорию относительности. При этом проявилось такое свойство, как спин электрона. Это свойство очень условно можно было представить в виде вращения отрицательно заряженного электрона вокруг своей оси, который тем самым генерирует небольшое локальное магнитное поле. Сегодня мы представляем спин электрона с точки зрения его возможной ориентации – условно говоря, вверх или вниз.

Бозоны и фермионы

Категории: Физика

Физическая постоянная, численно равная количеству специфицированных структурных единиц (атомов, молекул, ионов, электронов или любых других частиц) в 1 моле вещества, то есть в количестве вещества, масса которого, выраженная в граммах, численно равна атомному весу этого вещества. Названо по имени Амедео Авогадро

Категории: Физика

Один из критериев подобия в механике жидкости и газа. Представляет собой отношение скорости течения в данной точке газового потока к местной скорости распространения звука в движущейся среде. Число названо в 1929 году по имени немецкого учёного Эрнста Маха

Категории: Физика

Изменение температуры газа или жидкости при медленном протекании газа под действием постоянного перепада давлений сквозь дроссель (пористую перегородку). 

Эффект назван в честь открывших его Джеймса Джоуля и Уильяма Томсона. Данный эффект является одним из методов получения низких температур в специальных машинах, называемых детандерами.

Категории: Физика

Изменение частоты и, соответственно, длины волны излучения, воспринимаемое наблюдателем (приёмником), вследствие движения источника излучения и/или движения наблюдателя (приёмника). Эффект назван в честь австрийского физика Кристиана Доплера.


Наш кинозал

Эффект Доплера

Эффект Доплера, красное свечение и Большой взрыв

Категории: Физика
Некогерентное рассеяние фотонов на свободных электронах, некогерентность означает, что фотоны до и после рассеяния не интерферируют. Эффект сопровождается изменением частоты фотонов, часть энергии которых после рассеяния передается электронам. Эффект Комптона является одним из доказательств справедливости корпускулярно-волнового ...
Некогерентное рассеяние фотонов на свободных электронах, некогерентность означает, что фотоны до и после рассеяния не интерферируют. Эффект сопровождается изменением частоты фотонов, часть энергии которых после рассеяния передается электронам. Эффект Комптона является одним из доказательств справедливости корпускулярно-волнового дуализма микрочастиц и подтверждает существование фотонов.
Категории: Физика

Явление резонансного поглощения гамма-квантов атомными ядрами без потери энергии на отдачу импульса. Открыт в конце 1950-х годов немецким физиком Рудольфом Мёссбауэром.

Эффект Мёссбауэра

Ядра атомов могут находиться в основном и возбужденном состояниях. Переход ядра из одного состояния в другое сопровождается либо поглощением, либо испусканием гамма-кванта коротковолнового рентгеновского излучения (рис. а). Энергия гамма-кванта определяется разностью энергий между основным и возбужденным состояниями ядра атома (ET ), энергией отдачи ядра (R ~ 10–1 эВ для свободных атомов) и допплеровским сдвигом (D), вызванным поступательным движением ядра:

Таким образом, энергия гамма-квантов, испускаемых источником, определяется по формуле

Eиспускания = EТ – R± D

а энергия гамма-квантов, поглощаемых образцом, по формуле

Eпоглощения = EТ + R ± D.

Условием резонанса является равенство:

Eиспускания ≈ Eпоглощения.

когда испускаемый возбужденным ядром гамма-квант будет поглощен ядром, находящимся в основном состоянии. Чем меньше энергия отдачи ядра R, тем лучше выполняется условие резонанса. Графически это может быть изображено степенью перекрытия кривых распределения по энергиям испускаемых и поглощаемых квантов (рис. б). Для свободных атомов (например, находящихся в газообразном состоянии), энергия отдачи ядра после поглощения гамма-кванта велика, вследствие чего перекрытие кривых энергетического распределения будет невелико. Но если оба ядра, излучатель и поглотитель, находятся в кристаллической решётке, энергия отдачи превращается в энергию колебаний кристаллической решетки. Отдачу испытывает всё твёрдое тело, масса которого бесконечно велика по сравнению с массой отдельного атома. В результате энергия отдачи становится пренебрежимо малой, а вероятность резонансного процесса возрастает.

Сам Рудольф Мёссбауэр привёл такую аналогию, объясняющую его открытие:

Ситуация … напоминает человека, прицельно бросающего камень из лодки. Бо́льшую часть энергии согласно закону сохранения импульса получает лёгкий камень, но небольшая часть энергии броска переходит в кинетическую энергию получающей отдачу лодки. Летом лодка просто приобретёт некоторое количество движения, соответствующее отдаче, и отплывёт в направлении, противоположном направлению броска. Однако зимой, когда озеро замерзнет, лодку будет удерживать лёд, и практически вся энергия броска будет передана камню, лодке (вместе с замерзшим озером и его берегами) достанется ничтожная доля энергии броска. Таким образом, отдача будет передаваться не одной только лодке, а целому озеру, и бросок будет производиться «без отдачи».

Эффект Мёссбауэра, как правило, наблюдается только в твердом теле при низких температурах для ядер стабильных изотопов, которых насчитывается около 80. Наиболее широкое применение среди таких нашли Fe57 и Sn119.

Измерение вероятности резонансного поглощения гамма-квантов и ее зависимости от температуры (мёссбауэровская спектроскопия) является важным методом изучения особенностей взаимодействия атомов в твердых телах.

Категории: Физика
Парадоксальный физический эксперимент, устанавливающий факт, что горячая вода кристаллизуется в лед быстрее холодной.
Парадоксальный физический эксперимент, устанавливающий факт, что горячая вода кристаллизуется в лед быстрее холодной.
Категории: Физика