ФизМат для всех

Довольно интересная демонстрация, в которую вплетено сразу несколько физических явлений.

Итак, молодой человек наливает спирт в емкость, после чего закачивает в емкость воздух под давлением, и после резкого открытия весь сосуд заполняется туманом. Это работает так называемое адиабатическое охлаждение.

Поскольку открытие происходит очень быстро, то газ внутри не успевает обменяться теплом с окружающей средой, поэтому энергию для расширения сжатый воздух берет из единственного возможного источника - себя самого. То есть, расширяясь газ охлаждается.

Почему появляется туман? В воздухе всегда содержится какое-то количество водяного пара. Есть один нюанс - теплый воздух способен удержать гораздо больше пара, чем холодный, поэтому при охлаждении воздух отдает воду. Так появляется туман и роса.

Ну, и горение спирта вещь совсем простая - спирт очень летучее вещество и легко испаряется, ввиду чего быстро сжечь его не составляет труда.

P.S. Вы наверняка замечали, что в холодную погоду при дыхании появляется пар - так происходит потому, что теплый воздух дыхания резко охлаждается. А замечали ли вы, что вблизи дороги интенсивность парообразования резко увеличивается? Так происходит потому, что в присутствии паров бензина водяному пару легче сконденсироваться. Предположу, что в спиртовой среде это также оказывает некое воздействие, из-за чего эффект в ролике так заметен.

2/2
А если взять лазерочек побольше, то можно не просто поджигать спички, а плавить и резать металл.

На видео показана резка металлоконструкций выведенных из эксплуатации кранов-перегружателей высотой порядка 40 м на площадке угольного склада ТЭЦ в Кургане.

Это еще не сосули, конечно, но уже неплохо!

1/2
Возьмем некое излучение. Например, солнечный свет. Если подставить ему поверхность некоторого вещества, то поток фотонов будет врезаться в атомы вещества, увеличивая их кинетическую энергию, и, следовательно, температуру. Так и запишем - излучением можно нагревать.

Но Солнце очень сильно большое и мощное, возможен ли другой источник? Конечно, это лазер. Причем лазерное излучение не размазывается в широкое пятно - наоборот, оно фокусируется практически в точку, из-за чего плотность фотонов и величина нагрева в этой области просто зашкаливает.

На видео показано как довольно слабый лазер мощностью 1 Вт зажигает спичку. Для сравнения - такую мощность имеет маленький светодиод. Весь прикол в том, что излучение светодиода направляется во все стороны, поэтому в конкретной точке передаваемая энергия копеечна.

Все знают, что в космосе невесомость. Что это значит? То, что любое тело не действует на какие-либо опоры из-за того, что тело притягивает к себе Земля благодаря силе гравитации.

Однако обязательно ли лететь в космос ради невесомости? Вовсе нет - почувствовать невесомость можно и поближе к земле. Поможет в этом 'парабола Кеплера'.

Когда самолет поворачивается по параболе, он движется при этом по окружности, и центробежная сила выталкивает тела из этой окружности. Подобрав скорость самолета и радиус полета, можно добиться того, что центробежная сила уравновесит силу тяжести, и тело окажется в невесомости.

На видео показаны такие туристы нулевой гравитации. Если кому интересно, то стоит такое удовольствие около полумиллиона.

2/2
Но вот здесь не менее интересно - стекло наливают в стеклянный кубок, и кубок не лопается, а так же расплавляется!

Честно говоря, объяснения не имею. Возможно, в стекло что-то легировано, что увеличивает теплопроводность; возможно, что правильна подобрана температура жидкого стекла, из-за чего механические напряжения успевают сняться раньше, чем бокал лопнет; возможно, что это и не совсем стекло даже. Но факт налицо - там лопалось, тут течет!

1/2
У меня тут две немного противоречивые демонстрации.
В видео показано, как нагретым до большой температуры стеклом ломают всякие стеклянные предметы. Иначе говоря, стекло в стекло (от создателя хита 'Глаза в глаза').

Все стеклянные предметы ломаются, поскольку нагретое стекло вызывает резкое увеличение температуры и объема и, следовательно, появления внутренних механических напряжений, которые и разрушают стекло. Тонкие стенки ломаются практически сразу же, толстые как бы 'накапливают' напряжение и бахают помощнее.

2/2
Этот опыт поинтереснее. Светодиод зажигают при использовании жидкого проводника - подсоленной воды.

Поваренная соль (натрий хлор NaCl) является ионным кристаллом. Это значит, что молекулы соли создаются при притяжении отрицательного иона хлора и положительного иона натрия.

При подаче напряжения соль разрушается на отдельные ионы, то есть, подсоленная вода обогащается заряженными частицами и оказывается способна проводить электрический ток. Именно это мы и лицезреем.

Обратите внимание на активное движение внутри жидкости - ионы довольно массивны, поэтому их движение вполне заметно.

После того, как у воды появился мостик, электрическому току проще пройти по мостику, чем тащиться через сопротивление светодиода, поэтому светодиод больше не светится. Это типичный пример короткого замыкания.

1/2
А сегодня у нас две интересные демонстрации, связанные с электричеством.

В этом видео показано, как нить накаливания при отсутствии защитной колбы разрушается под действием электрического тока.
Что интересно - получается, что важную роль в разрушении нити играет ее собственная сила тяжести. Интересно, что было бы в невесомости?

При наличии защитной колбы воздух вокруг нити откачен, нить при нагревании не взаимодействует с кислородом, не испаряется и в целом держится молодцом.

2/2
А здесь зажигалка с пластиковым корпусом - корпус сгорает, и газ внутри радостно пыхает тоже. Получается неплохой дизайнерский горшок.

1/2
В эфире рубрика 'Ответы на вопросы, которые никому не придет в голову задавать' - что будет, если расплавленное стекло вылить на зажигалку? Казалось бы, интернет уже изобрели, но люди все равно задаются такими вопросами!

Первая зажигалка с металлическим корпусом - на видео вы увидите просто небольшое вздутие в области металла.
Температуру такого стекла довольно сложно указать, она находится где-то в районе 1000 градусов. Температура плавления стали или латуни немного больше, поэтому зажигалке ничего не делается.

Видно как в районе металла происходят какие-то вздутия - предположу, что так испаряется какое-то покрытие зажигалки (или оксиды на металлической поверхности), которые и создают эти пузыри.

Интересный факт - стекло является аморфным телом. Можно сказать, что стекло - очень сильно переохлажденная жидкость.
Представьте, что у вас есть мед. Если его охладить, то он станет вязким и тягучим; если нагреть, то наоборот станет более текучим. Стекло ведет себя также - по мере нагревания у стекла уменьшается вязкость (которую при обычной температуре можно считать бесконечной), и в определенный момент стеклом становится удобным для измерения формы. Однако конкретной температуры плавления стекло не имеет. Просто: чем горячее, тем текучее.

Вдогонку к видосу о цветах - эти же цвета можно получить, помещая определенные вещества в пламя горелки.

В пламени поток очень быстрых атомов возбуждает излучающие атомы, которые начинают излучать в определенном спектре, который зависит от типа вещества. По порядку идут - хлорид натрия (поваренная соль), хлорид лития, хлорид калия, хлорид стронция и медный купорос.

3/3
Однако, жидкий кислород тоже интересен. Если мы зажжем спичку и сунем ее в воду, то услышим короткое 'пш', и спичка погаснет, ибо в воде нет достаточного количества кислорода для поддержания горения, а сама вода не допускает воздух до спички.

Однако если зажечь спичку в жидкий кислород, то как вы понимаете, доступ к кислороду у спички будет вполне свободный, ввиду чего спичка спокойно и даже интенсивно сгорит.

Эти ролики учат нас тому, что у физиков все равно все сгорит. И должно оно на самом деле гореть или нет — дело десятое.

2/3
Раз уж речь зашла - попалось тут видео про 20 кВт лампочку накаливания (это примерно как 250 обычных ламп). Зверюга! Я думаю, можно комнату отапливать таким устройством.

1/3
Две интересные демонстрации про сжиженные газы.

Думаю, все люди преклонного и старческого возраста еще помнят такое устройство - лампа накаливания. Работает она просто - очень тугоплавкий металл (вольфрам) скручен в проволочку, и по нему пускают электрический ток. От этого металл чрезвычайно сильно нагревается и, как любое уважающее себя нагретое тело, начинает светиться. Все просто.

Однако если все это делать в воздухе, то вольфрам в кислородной среде (помним, что в воздухе примерно 1/5 отведена кислороду) просто сгорит (в видео показано). Для этого нить помещают в колбу и выкачивают из нее воздух, оставляя вакуум какой-нибудь степени. Так лампочка способна светить часами, а не минутами.

Дак вот что интересно - азот, который составляет оставшиеся 4/5 воздуха, не взаимодействует с вольфрамом, поэтому лампа накаливания может светить довольно долго в жидком азоте и не перегорать. Потрясающе!

Довольно интересная демонстрация влияния давления окружающего воздуха.

Самолетные самолеты летают на высоте около 10 км. На такой высоте давление падает примерно до 30% от нормального атмосферного, и выжить невозможно. Поэтому в самолетах устраивают наддув кабины - закачивают воздух извне, создавая внутри приемлемую для существования среду.

Однако идеальную среду создать сложновато, ведь чем больше разница давлений, тем больше нагрузка на конструкцию самолета, поэтому давление воздуха в самолете составляет где-то 75-80% от нормального.

В видео показан пакетик чипсов. Пакетик изготовлен и запаян на земле, поэтому давление воздуха внутри приблизительно равно атмосферному. Однако при взлете давление в кабине падает, и воздух внутри пачки чипсов раздувает ее. При посадке давление возрастает, и пачка возвращается в исходное состояние.

Прикольная демонстрация! Недавно летел на самолете - теперь жалею, что не захватил такую пачечку.

Широко известный опыт в красивом и аккуратном исполнении.

Давайте задумаемся над простым вопросом - почему мы видим стекло и воду, если они, вообще говоря, прозрачные? Ответ прост - мы их видим по искривленному изображению.

Представьте, что вы взяли идеально чистый кусок стекла с просветлением (чтоб отражения не было) и воткнули его на каком-нибудь пустыре. Сможете ли вы увидеть место, где стекло стоит, или оно станет для нас невидимым? Конечно, сможете, поскольку походив вокруг стекла вы будете замечать различные искажения, вызванные преломлением, которых не может быть от воздуха.

С преломлением каждый из нас сталкивался - если налить в стакан водичку, сунуть ложку и посмотреть сбоку, то часть ложки в воздухе значительно смещена относительно части в воде. Она как будто сломана. На самом деле сломаны здесь лучи света.
Дело в том, что скорость света максимальна в вакууме. В любой же среде скорость света уменьшается в количество раз, равному коэффициенту преломления - главному оптическому параметру среды. Когда свет попадает из воздуха в стекло или воду, он замедляется и меняет свою траекторию, что мы отлично видим.

Но что если мы возьмем две среды с одинаковыми показателями преломления? Свет будет замедляться в них одинаково и оптически мы не увидим никакой разницы.

Опыт в видео построен именно на этом. Автор использует стекло и глицерин, показатели преломления которых идеально подобраны друг к другу. Поскольку для света нет разницы между стеклом и глицерином, то в обоих средах он движется с одинаковой скоростью, и мы не видим преломления и, следовательно, не видим одного вещества на фоне другого.

2/2
Вот еще симпатичный пример иризации облаков.
Ну, ведь красиво же, когда красиво!

1/2
Давайте смотреть на прекрасное.
Знакомьтесь - иризация облаков. Причиной возникновения такого явления может быть дифракция или интерференция, о которых я уже рассказывал ранее.

Если кратко и просто, то белый солнечный свет (то есть, сумма всех цветов) идет от Солнца и в атмосфере натыкается на какой-то участок, в котором разные цвета распространяются по-разному. Из-за этого участка белый цвет распадается на радужный спектр, и мы видим то, что видим.

Офигенная демонстрация так называемой тяжелой воды. Простая и при этом оригинальная.

Думаю, все знают формулу воды - Аш два О (H2O). Аш два означает, что в составе молекулы воды есть два атома водорода. Но водород имеет три изотопа. Изотопы - это атомы одного и того же вещества, имеющие разное количество нейтронов. Они как братья, короче.
Вот первый изотоп - протий - это тот самый атом, про который мы думаем, когда говорим слово 'водород'. Он имеет в составе только один протон и один электрон и является самым легким атомом.

Однако он имеет двух популярных братьев-изотопов - дейтерий (протон, электрон, нейтрон) и тритий (протон, электрон, два нейтрона). Тритий он ваще не 'наш чувак' - он радиоактивный и весь из себя не такой.

А вот дейтерий как старший брат протия - он имеет во многом аналогичные свойства. И дейтерий в 2 раза тяжелее протия из-за добавки нейтрона.

Дейтерий свободно встречается в небольшом количестве в воде. И он так же может образовывать воду - тяжелую воду с формулой Дэ два О(D2O). Вместо двух атомов протия там два атома дейтерия.

Получается прикольный, но при этом закономерный результат - лед обычной воды (H2O) плавает в обычной воде, а вот лед тяжелой воды (D2O) в обычной воде тонет. Моя ликовать!

Тяжелую воду используют в качестве замедлителя нейтронов в атомных реакторах, а также в качестве носителя тепла - в этом плане она лучше обычной воды.

Интересный факт - чаще в воде встречается полутяжелая вода - DHO (один атом водорода, другой дейтерия). Около 0.03%.

Красивая демонстрация фигур Лихтенберга - линий, которые получаются при прохождении разряда в дереве или стекле.

Физика довольно проста - дерево обильно смачивают раствором соли. Под действием внешнего напряжения кристаллы соли разбиваются на ионы и начинают проводить электрический ток. При этом выделяется большое количество энергии, из-за чего разряд буквально прожигает себе дорожки в дереве. Получаются красивые рисунки.

Если честно, не уверен, что кружка на видео и в конце на картинке - одна и та же. Тем не менее, красивое!