BLOGas.lt
Sukurk savo BLOGą Kitas atsitiktinis BLOGas

Fizikai - išpindėję! (požiūris į elektrą)

Žinojot, kad elektronai teka iš - į +, tačiau elektra iš + į - ?

Žodžiu, yra atomas. Jame skraido daug elektronų - neigiamą krūvį turinčių dalelių.
Kai kurie (turbūt tie, su neigiama karma), kartais pabėga nuo atomo. Va jie pulku kur nors lėkdami ir sudaro elektros srovę. Atrodytų paprasta: ten, kur lekia elektronai, ten ir srovė teka.

Štai, kaip viskas atrodo:

Deja, čia viskas per paprasta. Turbūt tais laikais, kai buvo išradinėjama elektra, fizikai buvo gerokai išpindėję ir nusprendė ties tokiais elementariais dalykais neapsistoti. Jie sugalvojo dar vieną dalelę! Tarkime, kad priešinga elektronams kryptimi taip pat teka ir teigiamos dalelės (nemaišykit su protonais!). Žinoma, kad jų nėra. Na, bet įdomumo dėlei galime jas įsivaizduoti. Nesivargino sugalvoti joms pavadinimo ir tiesiog pakrikštijo “skylėmis”. Suprask, priešinga kryptimi teka kažkas, kur galėtų būti elektronai, bet jų nėra - reiškia skylės. Dabar viskas atrodo taip:

Na, o visi labiau mėgstame teigiamus personažus, nei neigiamus. Fizikai, šiuo atveju, irgi ne išimtis ir srovės kryptį nusprendė parinkti tokią, kaip skylių (klausimas, ar jų karma teigiama vien dėl to, kad teka priešais elektronus, ar ne…).
Tai va taip ir gimė elektros srovė. Vis iš to išpindėjimo. O dabar vargšams mokiniams ir studentams reikia kankintis bandant atsiminti, kas gi kuria kryptimi teka…

O jei rimtai, tai viskas gerai čia :)
Sunku būtų gyventi, jei imtume kokį nors neigiamą dydį (elektroną) už teigiamą (srovės kryptis). Visiškai tarp minusų formulėse pasimestumėm. O dabar paprasta - susikuri skyles (beje, kai kuriose situacijose jos baisiai praktiškos) ir paleidi jų judėjimo kryptimi srovę!

Rodyk draugams

DJ Fizikas

Šiandien smagų laborą dariau. Gėris tame, kad pasistatai kelias dėžutes ir sukioji tas rankenėles, kol matavimo prietaiso rodyklė atsistoja ten, kur reikia. Ale įdomiai pasijutau: ausyse Westbam - United States of Love, rankos sukioja galybes rankenėlių, rodyklė šokinėja į ritmą. Nugi visai kaip DJ pasijutau :D

Rodyk draugams

Levitacija

Kolega įmetė filmuką su vaizdu, kaip gan buitinėmis sąlygomis veikia levitacija (apie ją jau šiek tiek rašiau)

Visai nenustebčiau, jei su tuo pačiu magnetu abu video daryti :)

Rodyk draugams

Penktas matavimas - linksmumas

Prieš porą metų išvedinėjau penktąjį matavimą

Dabar gal ir nepritars niekas, bet pamatysit, po 100m tai bus dėstoma Harvarde! 

Rodyk draugams

Repas!

Tiesiog enjoy :D

Jei kas norit prisijungt per priedainius ar pan, štai žodžiai:

Your attention please! Now, I’m afraid,

we’ll be departing from our standard procedure today.

I’m a straight-up geek; science is my trade

(perhaps that’s why I’ve never been ___)…

But I’ve got wit like a razor blade,

and I’m down to plug a hole in my daily grade,

so be sure that close attention is paid,

’cause this ___ ain’t gonna be replayed.

Lemme tell y’all bout a field that gets me going.

It’s hip like a thong, and it’s fly like a Boeing!

It’s super-scientific and it’s semi-pseudo-mystical,

so now it’s time… to get physical!

So, here’s the story from alpha to zeta,

eta, theta, iota to omega.

If you got a quantity to quantify,

it sounds cooler in Greek… don’t ask me why!

More important, though, the concepts that underly

the situation or the problem to which they apply;

the fundamentals fascinate me, I can’t deny,

and that’s exactly why… I’m a physics guy.

Nuclear, atomic and molecular physics

tell us what we’re made of, and more than just the basics.

Astronomy looks into the universe,

and whether the Big Bang could kick into reverse.

Acoustics: it’s the science of sound.

Geophysics makes the world go round.

Statistical mechanics, now there’s something profound!

Kinematics tells you when you’re gonna hit the ground.

Electromagnetism makes for damn cool trains.

Fluid dynamics powers our airplanes.

Element’ry particle physics says neutrinos exist.

Mathematical physics keeps Wolfram in business.

Solid state physics brought us transistors.

Electrodynamics is more than playing with resistors.

Thermodynamics tells us all about heat.

Plasma physics is also pretty neat!

Optics looks into the behavior of light.

Damn, this field is broad, all right!

As studies go, physics is hella tight!

Better get used to staying up all night…

but you don’t gotta be cool, or exceptionally brainy,

’cause it’s all universally awesome, like Amy.

Drop the straight jacket – ain’t gonna restrain me,

’cause physics gets me positively crazy!

So, here’s the story from alpha to zeta,

eta, theta, iota to omega.

If you got a quantity to quantify,

it sounds cooler in Greek… don’t ask me why!

More important, though, the concepts that underly

the situation or the problem to which they apply;

the fundamentals fascinate me, I can’t deny,

and that’s exactly why… I’m a physics guy.

Now get ready to yell ’til your voice gets hoarse!

Neglect the effect of gravitational force,

and get your hands in the air – now you got the notion,

so come on, let me see some oscillatory motion!

One more time, from alpha to zeta,

eta, theta, iota to omega.

If you got a quantity to quantify,

it sounds cooler in Greek… don’t ask me why!

More important, though, the concepts that underly

the situation or the problem to which they apply;

the fundamentals fascinate me, I can’t deny,

and that’s exactly why I’m a physics guy.

Yes, that was the story from alpha to zeta,

eta, theta, iota to omega.

If you got a quantity to quantify,

it sounds cooler in Greek… don’t ask me why!

More important, though, the concepts that underly

the situation or the problem to which they apply;

the fundamentals fascinate me, I can’t deny,

and that’s exactly why… I’m a physics guy!

Pajamta iš Gregslab.com

Rodyk draugams

Kodėl dviratis negriūna, o lakūnas džiaugiasi? Kalta precesija!



Pratęsiant temą apie lėktuvus, norėčiau paklausti: kas bendro tarp lėktuvo, dviračio, žaislinio vilkelio (to, kur įsuki ir ilgai sukasi nenuvirsdamas) bei tokio šaunaus įrenginio, kaip SegWay?

Ogi giroskopas! Šaunus žodis, ane? Dar šūstresnį galiu pateikti: precesija.

Arba precesuoja :) Kad dar labiau apžavėti liktumėt, pažėkit filmuką:



Na, kai jau baigsis nuostabos šūksniai, skaitykit toliau.

Pradėkime nuo terminų: giroskopas yra toks diskas, kuris gali laisvai suktis, o ašis įtaisyta per centrą. O štai tas procesas, kai įsuktas ratas ne nusileidžia į horizontalią padėtį, o sukasi aplink šniūrą ir yra vadinamas precesija.

Na, pagal visus logikos dėsnius, mum jokio skirtumo, ratas sukasi, ar ne -jei jis, pakabintas ant šniūro per savo centrą, turi nusileisti į horizontalią padėtį, kai jo niekas nelaiko. Tačiau pasiaiškinkime, kodėl fizikos dėsniai šiuo atveju sako ką kitką.

Kadangi šįkart internete neradau manęs tenkinančių animacijų, teko papaišyti pačiam. Tikiuos pavyko padaryt pakankamai aiškiai.




Įsivaizduokime, kad turime ratą. Jis tiesiog kaba erdvėje, neveikiamas jokių jėgų. Jei pabandysime paveikti jo ašį mėlynai pažymėtų rodyklių kryptimi, jis pradės virsti žalių rodyklių kryptimi, nes bus veikiamas tos krypties jėgos (paspauskit trikampuką pažiūrėti, kaip atrodo judesy).



   

Daba žėkit žemiau esantį paveiksluką. Paleiskime tą ratą suktis. Ir taip pat mėlynų rodyklių kryptimi veikime ašį. Ratas vėl bus veikiamas jėga, nukreipta žalios ir raudonos rodyklių kryptimi ir norės virsti. Bet kas vyks toliau? Viršutinė rato dalis, paveikta raudonosios jėgos, iškart pajudės žemyn ir kartu nusineš jos sukeltą impulsą.  Kai ta jėga nukeliaus pusę rato iki apačios, atsitiks toks dalykas: apatinį tašką veiks iš viršaus atkeliavusi raudona jėga, bet tuo pačiu ir žalia jėga (ji niekur nedingo!). Jų dydžiai yra vienodi, tačiau kryptys - priešingos. Manau, iš mokyklos žinote, kad tokiu atveju galime sakyti, kad kūno neveikia JOKIA jėga. Pažiūrėti viskam, ką surašiau, paspaudžiam trikampuką:



     





Žinoma, tas pats vyks ir su jėga, kylančia iš apačios į viršų ir ten sunaikinančią esančią rodyklikę :) 

Kodėl mums tai įdomu? Ogi todėl, kad šitaip panaikiname priežastį rato virtimui ant šono - viršuje ir apačioje esančias jėgas. Tačiau kiekvienu laiko momentu iš viršaus žemyn ir iš apačios viršun keliauja krūvos tų rodyklių - gi ratas nuolat sukasi ir perneša impulsą iš apačioje ir viršuje gautų taškų. Bendrai paėmę gauname, kad kūnas veikiamas tik vientisomis rodyklėmis pažymėtomis krpyptimis (žr. paveikslą žemiau). O punktyru nupieštos viena kitą panaikina, tad jos neegzistuoja:


 

Viso šito reikalo galutinis rezultatas: jėgos verčiančios ratą virsti ant šono panaikintos, o verčiančios jį suktis juodos rodyklės kryptimi veikia. Tai ir yra vadinama precesija, mano brangieji!

 

Uh, net padusau aiškindamas :)

 

Atsipalaidavimui pažėkit, kokį gražų šposą galima su ta precesija iškrėsti, jei giroskopo masė ir stovo ilgis yra gerai parinkti:

 

 
   

Šitą dalyką tyriau per laboratorinius darbus. Labai šaunus aparatas pas mus labėj stovi precesijai tirti. Šiandien specialiai ten įsiveržiau ir pafilmavau :)

   


     

Kairėje pusėje įtaisytas pats giroskopas, o dešinėje - svertas. Kol diskas nesisuka, svertas nulenkia kairę pusę. Kai įjungiame sukimą, giroskopas stipriu judesiu ištiesina visą sistemą - atsistoja į jam malonia padėtį :) Žinoma, svertas vistiek nori atlikti savo darbą, tačiau giroskopas priešinasi ir vykstant precesijai visa sistema pradeda suktis aplink vertikalią ašį. Beje, būtent šio sukimosi (precesavimo) greitį man ir teko tirti. Tiksliau, to greičio priklausomybę nuo disko sukimosi greičio. Labai fainas darbas ;)

     

Ok, o daba grįžkime prie to, nuo ko pradėjome, t.y. klausimo: kaip giroskopas sieja lėktuvą, vilkelį, dviratį ir segvėjų? Na, apie vilkelį pasakot, turbūt, nereikia. Patys puikiai suprantat, kad tai pats paprasčiausias giroskopas, kuris įsuktas, nebenori virsti dėl precesijos. Dviračio giroskopiškumą jau irgi matėt pirmame video. Kai sukasi, pats ratas nebenori griūti. Ir kuo greičiau sukasi, tuo labiau stengiasi stovėti statmenai žemės. Todėl vaikai, besimokydami važiuoti ir bijodami nugriūti, vos bejudėdami patys sau daro meškos paslaugą: važiuojant greitai, dviratis pats laikytų lygsvarą! Kai mokysit savo vaikus važiuoti dviračiu, pirma paaiškinkit apie precesiją :D Štai lėktuvuose toks įtaisėlis labai pasitarnauja nustatyti, kiek jis yra pakrypęs. Jei giroskopą įtaisysime laisvai judančioje laikiklių sistemoje, jis vistiek suksis statmenai žemei, nepriklausomai, kaip vartysis lėktuvas. Tie laikikliai matuoja ir disko pakrypimą lėktuvo atžvilgiu (o tuo pačiu ir lėktuvo pakrypimą žemės atžvilgiu). Tad pilotas visada žino, kokioje padėtyje yra jo valdomas paukštukas. O štai segvėjuje giroskopas reikalingas tam pačiam, kaip ir lėktuvui: nustayti padėtį žemės atžvilgiu ir taip padidinti/pamažinti greitį, kad visas prietaisas sėkmingai važiuotų nenuvirsdamas!

     



Rodyk draugams

Kaip pamatyti garsą

Vo pirmiausiai pasigrožėkit paveiksluku:

Tas baltas gražus daiktas apie lėktuvo uodegą - Macho kūgis. Jis atsiranda tuo momentu, kai lėktuvas viršija garso greitį.

Truputuką apie tai, kaip sklinda garsas:

kai kas nors ore (arba bet kokiose dujose) sujuda, aplink esančios dalelės irgi pajuda (sutankėdamos ir praretėdamos), energiją perduodamos viena kitai. Tai vadinama banga. Štai, kaip viskas atrodytų:

Jei tas raudonas pagaliukas pajudės ne kartą per porą sekundžių, o nuo 16 iki 20 000 kartų per sekundę (t.y. virpės nuo 16Hz iki 20kHz dažniu), tie dalelių sutankėjimai pasiekę mūsų ausytes, atrodys kaip garas. Kuo tas raudonas daiktas per pajudėjimą labiau pasislinks, tuo garsesnis garsas girdėsis.

Na va, žinom, kas yra garsas. Daba įsivaizduokim, kad lėktuvas, kuris labai garsiai riaumoja, stovi vis dar ant pakilimo tako. Nuo kriokiančių variklių sklinda garso bangos. Jų greitis ore yra apie 330 m/s. Jei dalelių sutankėjimą vaizduosime tiesiog tolstančia linija, o garso šaltinį (lėktuvą) - tašku, štai ką turėsime:



Viskas paprasta, ane? Ok, daba paleiskime tą lėktuvą skristi. Negreit, lėčiau už garsą. Kiekvienu laiko momentu lėktuvo sukeltas garsas sklis savo apskritimu. Po sekundės lėktuvas bus toliau ir garsą sukels irgi toliau. Tad apskritimas skleisis irgi ne toj pačioj vietoj. Va, kaip viskas atrodo:



Ok, o daba padarykim šposą ir paprašykim lakūno skristi tiksliai garso greičiu. Atsitiks toks dalykas, kad prieš lėktuvą garso bangos nebesklis. Pamenat, garso banga į visas puses sklinda vienodai, tuo pačiu 330m/s greičiu. Taip pat ir lėktuvo skridimo kryptimi. Reiškia, lėktuvas savo paskleistą garsą visąlaik vysis!



Beje, atkreipkit dėmesį, kaip sutankėja linijos ties taškeliu. Nieko nieko neprimena iš pirmos fotkės?

O jei lakūnas šūstras ir dar spustels pedalą, tai viršys garso greitį. Rezultate, jis tiesiog aplenks savo prieš tai paskleistą garsą! T.y. net ir jo skridimo kryptimi lekiantis dalelių sutankėjimas greit atsidurs už lėktuvo.

Kaip matot, iš apskritimų susideda kūgis, dar vadinamas Macho kūgiu. Beje, jis formuojasi ne vien nuo variklių gaudesio. Visas lėktuvas beskrisdamas tiesiog taško šalin ore esančias molekules.

O tai kodėl tas keistas daiktas susidaro aplink lėktuvą? Todėl, kad skrendant tiksliai garso greičiu (jis dar vadinamas machu t.y., jei lėktuvas skrenda 330m/s greičiu, tai sakoma, jad jo greitis yra 1 machas), aplink kūną susidaro nerealiai aukštas slėgis - ypač tose vietose, kuriose, kaip animacijoje matėt, garso slėgio bangos ypač susispaudžia. Jei yra tam tinkamos oro sąlygos (pakankama drėgmė, temperatūra ir t.t.),  tai ties garso banga susikondensuoja vandens lašeliai ir juos galime pamatyti šiuo gražiu pavidalu :)

Ok, prisižiūrėjot lėvų animacijų, dabar leisiu ir gražų filmuką pažėt :)

Enjoy!

Beje, tas driogstelėjimas  atsiranda dėl tos pačios priežasties. Stiprus oro molekulių sutankėjimas mūsų ausytėms vožia kai reikalas!

Ir dar: ar matėt lėktuvus, kurie moka savo sparnus suglausti? Jie taip daro ne iš mandrumo. Kuo platesni sparnai, tuo didesnė lėktuvo keliamoji galia. Bet tik ikigarsiniais greičiais. Po to ne tik kad sparnų plotis nebepadeda, bet ir maišo. Kadangi Macho kūgis formuojasi jau ties lėktuvo nosimi, o ties kūgio “siena” slėgis yra afigienai didelis, atsiranda tokios žirklės, kurios šmaukšt ir nukerpa viską, kas išlenda lauk. Todėl, prieš pasiekiant macho greitį, lėktuvas privalo apsikarpyti sparnelius, kad jie būtų siauresni už sudaromą kūgį. Ir dar: kuo greičiau lėktuvas skris, tuo smailesnis kūgis gausis. Išvada: kuo greitesnis lėktuvas, tuo jis privalo turėti siauresnius sparnus. Pasiskaičiuoti, kokiu maksimaliu greičiu gali skirtsiti lėktuvas ne taip jau sudėtinga, jei iš akies nustatai, į kokį siauriausią kūgį jį galėtum sugrūsti:

sin a = v/V

a - kūgio kampo pusė

v - garso greitis

V - lėktuvo greitis

Tai va, vaikai, visai įdomiai tie lėktuvai skraido, ane? ;)

Rodyk draugams

Superlaidumas

Kai magnetas ir stumia, ir traukia, tuo pačiu metu:

Prikyn, kas bus, kai pagaliau pavyks superlaidumą nesudėtingai pasiekti normaliomis sąlygomis? Kiek žinau, dabar šitas reikalas jau pasiekiamas prie gerokai aukštesnių, nei -200oC, tačiau dėl kitų reikalingų sąlygų ir brangumo, skraidančių automobilių teks palaukti.

Bet gal visgi sulauksime filmuke The Jetsons (1962m) išpranašautos ateities? Gi fantastų idėjos dažnai pasitvirtina!

Gražus modelio demonstravimas (eh, kaip nuostagiai jis plaukia pakilęs virš bėgių…tikras grožis!)


Už linką į filmuką ačiū mishkui :)

Rodyk draugams

Stebuklingas lamūnsparnis

Žė, šitam malūnsparniui net nereikia sukti savo propelerio, kad skristų!

O šiaip, tai viskas paprasta: propeleris sukasi kaip reikiant, tiesiog filmavimo greitis (tai yra ne kas kita, kaip labai dažnas fotografavimas) sutampa su sukimosi greičiu. O tai reiškia, kad tarp kadrų nufotografavimo, propeleris spėja apsisukti tiksliai ratą ir jis pratraukiamas tiksliai tokioje pačioje padėtyje. Bet atrodo tai fainai, ane? ;)

Rodyk draugams

Ir pasakykit, kad fizika - ne kietas mokslas!

Kartą fizikos
egzamine, Kopenhagos universitete buvo pateiktas klausimas: “Kaip nustatyti
dangoraižio aukštį su barometru?”

Vienas studentų
į jį atsakė: “Reikia prie barometro pririšti ilgą virvę, tada
nuleisti barometrą nuo dangoraižio stogo ant žemės. Virvės ilgis pridėtas
prie barometro ilgio ir bus lygus pastato aukščiui”.

Šis originalus
atsakymas taip įsiutino egzaminuojantį dėstytoją, kad studentas
tuoj pat buvo išvytas iš egzamino.

Studentas pateikė
apeliaciją ir parašė, kad jo atsakymas neginčijamai teisingas. Universitetas
paskyrė nepriklausomų arbitrų komisiją šiam atvejui ištirti, kuri
pasakė, kad atsakymas išties yra tiesingas, bet jame nematyti net
elementariausių fizikos žinių. Todėl buvo nuspręsta išsikviesti
studentą ir duoti jam šešias minutes, per kurias jis žodžiu pateiktų
kitą atsakymą į šį klausimą. 

Penkias minutes
studentas sėdėjo tylėdamas, giliai susimąstęs. Kai jam buvo priminta,
kad laikas bėga, studentas atsakė, kad turi keletą atsakymo variantų,
bet neapsisprendžia, kurį pasirinkti. Komisijos nariams pasiūlius 
paskubėti studentas tarė: “Galima pasiimti barometrą ant dangoraižio
stogo, paleisti jį žemyn ir matuoti laiką, per kurį barometras pasieks
žemę. Tada pastato aukštis gali būti išskaičiuotas pagal formulę: H
lygu 0,5g padauginta iš t kvadratu.

Jei diena graži
ir šviečia saulė, galima išmatuoti barometro aukštį, jo šešėlio
ilgį, o po to ir dangoraižio šešėlio ilgį. Po to pastato aukštį
apskaičiuoti galima pagal elementarią proporciją.

Jei norite šį uždavinį
išspręsti labai moksliškai, galite pririšti prie barometro trumpą
virvutę ir įsiūbuoti jį kaip švytuoklę - pirma ant dangoraižio
stogo, po to - pirmame jo aukšte. Aukštis išskaičiuojamas pagal
gravitacijos jėgų skirtumą: T lygu 2pi kvadratinė šaknis 1/g. 

Jei dangoraižis
turi išorines gaisrininkų kopėčias, būtų paprasta lipti jomis ir išmatuoti
pastato aukštį barometro ilgiais.

Jei norite būti nuobodus ir daryti tai
įprastais būdais, žinoma, galite išmatuoti barometru slėgį pirmame
aukšte ir ant stogo, o tada konvertuoti skirtumą milibarais i pėdas ir
gauti dangoraižio ankstį.

Bet kadangi mūsų
reikalauja, jog tobulintumėm proto nepriklausomumą, be abejo geriausias
būdas būtų pabelsti į dangoraižio šveicoriaus duris ir pasakyti:
“Aš jums padovanosiu gražų naują barometrą, jei pasakysit man,
koks šio pastato aukštis”.

Beje, šis
studentas buvo Nilsas Boras, vienintelis danas, gavęs Nobelio premiją
fizikos srityje.

Rodyk draugams