Настольный адронный коллайдер)

Европейская организация по ядерным исследованиям озвучила планы о строительстве адронного коллайдера нового поколения, который будет в три раза больше нынешнего ускорителя заряженных частиц и в семь раз мощнее. Правда, в научном сообществе этот проект восприняли скептически.

В 2008 году на границе Франции и Швейцарии Европейская организация по ядерным исследованиям (ЦЕРН) запустила самую крупную единую экспериментальную установку в мире — Большой адронный коллайдер (БАК). Это ускоритель заряженных частиц на встречных пучках, предназначенный для разгона протонов и тяжелых ионов, а также изучения продуктов их соударений. Ученые сталкивают протоны и другие субатомные частицы со скоростью, близкой к скорости света, чтобы воссоздать условия, существовавшие спустя доли секунды после Большого взрыва. 

Разгон и столкновение частиц происходят внутри 27-километрового кольцевого туннеля, который расположен под землей, на глубине 100 метров.  

В 2012 году на Большом адронном коллайдере физики сделали значимое открытие — обнаружили бозон Хиггса, неделимую частицу, которая отвечает за механизм появления масс у некоторых других элементарных частиц. Ее существование 60 лет назад предсказал британский физик Питер Хиггс.

Вместе с другими учеными Хиггс предположил, что в природе должно существовать особое поле, при взаимодействии с которым частицы приобретают массу. Позже это поле назвали в честь Хиггса, а процесс обретения массы — хиггсовским механизмом. Узнать, как работает этот процесс, можно, только измерив свойства хиггсовского бозона. Без обнаружения бозона изучить это поле невозможно. Открытие неделимой частицы и понимание ее свойств стало важнейшей задачей для многих исследователей.

Однако с момента обнаружения бозона физики, работающие с Большим адронным коллайдером, зашли в тупик. За 14 лет исследований никаких значимых научных результатов ученые не добились. Тайны Вселенной, для раскрытия которых строилась установка, — природа темной материи и темной энергии, антигравитация, дополнительные измерения — так и остались неразгаданными. 

В 2019 году ЦЕРН задумала строительство нового ускорителя частиц под названием «Будущий кольцевой коллайдер» (Future Circular Collider). 

Установку стоимостью в 20 миллиардов евро собираются построить под землей, на глубине почти 200 метров, между Предальпами и горным массивом Юра на границе северо-запада Швейцарии и востока Франции. Новый коллайдер будет представлять собой 91-километровый кольцевой туннель, внутри которого ученые смогут сталкивать протоны с суммарной энергией 100 тераэлектронвольт. Сегодня на Большом адронном коллайдере сталкивают протоны с максимальной суммарной энергией 14 тераэлектронвольт.

Планируется, что с помощью нового ускорителя физики смогут совершить прорывные открытия в области темной материи и темной энергии, которые описаны теоретиками, но пока не обнаружены экспериментально, а также в области новых энергий физических явлений, находящихся за рамками Стандартной модели. 

Мощностей Будущего кольцевого коллайдера хватит, чтобы детально изучать свойства некоторых фундаментальных частиц — переносчиков слабого взаимодействия (Z-, W-бозонов), Хиггс-бозонов и поля Хиггса, которые невозможно исследовать на Большом адронном коллайдере, и топ-кварков. Измеряя сечение рождения топ-кварка (как парное, так и одиночное) и интенсивность связи топ-кварка с другими частицами, можно проверять предсказания Стандартной модели и искать возможные отклонения от них.

На встрече совета ЦЕРН, которая прошла 2 февраля, на обсуждение вынесли план строительства новой установки и бюджет. Если план утвердят, организация запросит финансирование у стран-участниц в течение следующих пяти лет. В ЦЕРНе надеются, что ускоритель частиц появится в Европе в начале 2040-х годов, по окончании программы Большого адронного коллайдера.

«В случае одобрения плана новый коллайдер станет самым мощным „микроскопом“, когда-либо созданным человеком. С его помощью можно будет изучать законы природы на микроуровне и при самых высоких энергиях. Установка поможет решить целый ряд вопросов в фундаментальной физике и улучшит наше понимание Вселенной», — пояснила Фабиола Джанотти (Fabiola Gianotti), генеральный директор ЦЕРН. 

Но многие ученые скептически настроены к проекту Европейской организации по ядерным исследованиям. Например, немецкий физик-теоретик Сабина Хоссенфельдер (Sabine Hossenfelder) из Франкфуртского института перспективных исследований считает, что разговоры о том, будто новая установка раскроет тайны темной материи и темной энергии, лишь «болтовня». 

«Правда в том, что, скорее всего, такая машина будет просто лучше измерять некоторые константы Стандартной модели — и все. Если финансирование проекта все же одобрят, что ж, множество умных людей потратят свое время впустую — на исследования, которые не приведут к прогрессу. Физике элементарных частиц пора на покой, наступило время признать, что будущее за квантовой физикой», — раскритиковала планы ЦЕРН по строительству коллайдера Хоссенфельдер.

Чтобы понять скептицизм Хоссенфельдер, напомним: ранее в своем научно-популярном блоге физик утверждала, что темная материя не может состоять из частиц (а коллайдер может открыть ее, только если она сложена из частиц). Любые частицы должны испытывать соударения, тормозящие друг друга, а столкновения галактик и их скоплений в нашей Вселенной происходят так, как если бы никакого торможения от соударений частиц темной материи в них не происходило. 

Бывший главный сотрудник правительства Великобритании по вопросам науки сэр Дэвид Кинг (David King) назвал безрассудством вкладывать такие огромные деньги в теоретические исследования, когда мир находится перед лицом климатического кризиса. По мнению Кинга, финансировать нужно прежде всего исследования климата и меры по борьбе с глобальным потеплением. 

Сейчас специалисты ЦЕРНа проводят исследование, чтобы выяснить, осуществимо ли строительства Будущего кольцевого коллайдера с помощью современных технологий. Свои результаты комиссия представит в 2025 году, а в 2028-м совет примет окончательное решение по строительству сменщика БАК.

Потрясающая физическая грушка, показывающая колебание энергии между упругой потенциальной и кинетической энергией вращения

Давайте пронаблюдаем очень интересный эффект. 

Суть эффекта относительно проста. Если разогреть металлическую поверхность и капнуть на нее водой, то произойдет пшик, и капля испарится. Однако если сильно разогреть поверхность, то вместо испарения капля начнет непрерывно бегать по поверхности металла.

Причина такого поведения относительно проста. Если поверхность металла действительно сильно разогрета, то между каплей и металлом мгновенно испаряется небольшой слой воды и создается паровая прослойка. Эта прослойка изолирует каплю от металла, позволяя ей, во-первых, долго не испаряться ввиду отсутствия прямого контакта, а также собираться в почти идеальный шарик, поскольку молекулы воды притягиваются только друг другом, и отсутствуют силы межмолекулярного притяжения со стороны металла. 

Но в целом запомним главное. Некоторые предметы являются настолько горячими, что не могут охладиться, создавая вокруг себя изолирующую паровую прослойку. В этом и заключается суть эффекта. 

Существует еще красивая демонстрация. Если шарик сильно нагреть и опустить в воду, то вокруг шарика образуется и удерживается паровой пузырь.

В определенный момент шар остывает, и паровая прослойка практически 'взрывается' кипением. 

Также данный эффект позволяет совершать физикам буквально безумные опыты! 
Вот на видео молодой человек открытой рукой расплескивает жидкий металл.

Вот на видео молодой человек сует руку в расплавленный свинец.

+ А вот на видео молодой человек сует руку в жидкий азот.

Во всех случаях здоровье этих людей защищает образующаяся вокруг кожи воздушная прослойка, возникающая из-за великого и могучего эффекта Лейденфроста.

Убедительная просьба! Не повторяйте эти опыты без соответствующей подготовки! А если уж решитесь повторять - включите заранее запись видео! :)

В термодинамике существует такой процесс с газами - адиабатический. Это процесс, при котором газ не получает и не отдает энергию, то есть, не обменивается энергией с окружающей средой. Чаще всего по причине того, что процесс протекает слишком быстро, и газ просто не успевает.
Любой, например, сталкивался с адиабатическим процессом, если пытался быстро-быстро накачать шины ручным насосом. И, возможно, даже замечал при этом, что насос почему-то нагревается.

На видео показано адиабатическое сжатие, результатом которого является зажигание шарика ваты. Можно приближенно утверждать, что вся энергия, направленная на сжатие газа, переходит в его внутреннюю энергию, то есть в нагрев. Температура воздуха вокруг ваты подскакивает в несколько раз, что и вызывает зажигание.

Замечу, что если бы мы сжали поршень медленно, то вата бы не вспыхнула.
Адиабатическое сжатие используется, например, в качестве причины начала сгорания топлива в дизельном двигателе (бензиновый двигатель использует искру).

Закономерно, что наряду с адиабатическим нагреванием существует и адиабатическое охлаждение.

Если в случае адиабатического нагревания необходимо резко сжимать газ, то в случае охлаждения необходимо заставлять его резко расширяться. В видео воздух под давлением нагнетается в колбу. При определенном давлении пробку вышибает, и газ резко расширяется.
Как и говорит в видеоматериале Валериан Иванович, отличным примером является процесс открывания бутылки шампанского. Газ в бутылке находится под значительным давлением, из-за чего при открывании пробки молекулы изнутри резко выходят наружу, то есть, газ расширяется рывком, начинает занимать большее пространство. При этом воздух охлаждается, и часть пара в воздухе конденсируется и переходит в состояние 'тумана', который мы воспринимаем как дымку над горлышком бутылки.

Опять же, если выпускать газ постепенно, как мы это делаем с надувшейся бутылкой газировки, то такого эффекта наблюдаться не будет.

Точка росы - температура воздуха, при котором водяной пар начинает конденсироваться в капли.

Адиабатическое охлаждение легко каждый может повторить самостоятельно.

Для опыта потребуется в бутылке с широким горлышком организовать высокую влажность (капнуть воды и подождать), сильно сжать бутылку и резко открыть пробку. При открывании крышки газ резко (адиабатически) расширяется, что приводит к резкому охлаждению. Воздух переходит точку росы, и мы видим сконденсированные пары воды. Эдакий туман.

И в завершение сегодняшней темы разрешите показать два опыта с адиабатическим охлаждением - одно от моего подписчика в телеграме, второе от ученика :) 

Подписчик был прошарен, поэтому взял бутылку с широким горлышком.

Ученик был молод и неопытен, но настойчив. Смотрите над горлышком внимательно. Клянусь Гюгонио, там есть дымок! :) Но все же гораздо нагляднее использовать бутылку с широким горлом. 

P.S. Первый пост зашел хорошо, закидываю второй :)

P.P.S. По всем вопросам - alexjuriev3142@gmail.com

Хочу познакомить вас с моими любимыми ютуб-каналами, связанными с физикой, и с самими физиками, конечно же. Полную подборку вы уже можете найти на моем телеграм-канале с физикой.

И откроет подборку Андрей Иванович Щетников с канала GetAClass. На канале содержится огромная подборка различных экспериментов. Абсолютно все эксперименты поставлены и сняты в очень хорошем качестве. Абсолютно ко всем экспериментам есть отличное объяснение. Большая часть экспериментов уникальна и на ютубе более ни в каком виде не представлена. Канал у авторов просто потрясающий, очень активно его рекомендую. 

В этом видео Андрей Иванович показал, что происходит с пламенем свечи в сильном электрическом поле. Если поместить самую обычную свечку в электрическое поле и постепенно увеличить его напряженность, то мы увидим, что пламя реагирует на воздействие со стороны поля - форма пламени начинает меняться.

Дело в том, что пламя свечи имеет довольно высокую температуру - около 800 градусов по Цельсию. Этой температуры хватает, чтобы часть электронов оторвалась от атомов, то есть, газ частично ионизировался. Так изначально незаряженный набор атомов разваливается на набор положительных и отрицательных зарядов и становится плазмой.
Эти заряды активно взаимодействуют с внешним электрическим полем, что приводит к 'сдуванию' пламени.

P.S. По всем вопросам - Alexjuriev3142@gmail.com

Вся теория прочности материалов строится на поиске какого-то дефекта в его структуре. Если материал, например, начал ломаться под нагрузкой, то это означает, что какое-то несовершенство в его строении оказало фатальное влияние и произошло разрушение.

Процессы тут описываются довольно разнообразно, но я предлагаю акцентировать внимание на металлических кристаллических материалах. Там всё линейно и легче представить, а общая идея будет одинаковой во всех системах и типах конструкций материалов.

Кристаллический - это значит, что атома металла упорядочены некоторым стандартным образом и картинка их пространственного расположения повторяется с некоторым периодом. Тут хорошо вспоминать "кубик" с уроков химии.

Теперь представьте, например, что на раме вашего любимого велосипеда образовалась макротрещина. Макро - потому что мы уже видим её глазами и предполагаем, что дальнейшая эксплуатация рамы может привести к неожиданной поломке в самый неподходящий момент.

Трещина обычно появляется или из-за превышения допустимой нагрузки, или из-за усталостного износа. Причин на самом деле тут может быть больше, но мы опять-таки всё упрощаем. При этом металл, из которого сделана велосипедная рама, имеет кристаллическое строение.

Во всём виноват дефект

Как материаловед опишет вам причину появления трещины и по сути произошедшее разрушение? Ну поскольку мы условились, что это металлический кристаллический материал, то отталкиваемся от дислокаций.

Дислокациями называется линейный дефект, который образуется из-за того, что (теперь внимательно!) в какой-то момент упорядочивание атомов в структуре оказалось дефективным. Скажем, всегда у нас получался стандартный кубик, а тут оказалось, что вместо 4 атомов на ячейку пришлось всего 3. Система при этом всё равно образовалась и металл получился. Но при этом появилась "слабая" плоскость. Если нагрузка придётся на эту точку, то дислокация "поедет" по всей структуре и в итоге образуется сначала микротрещина, а потом и макро.

Тут можно сломать голову над тем, какую ассоциацию должен использовать человек, мало знакомый с азами материаловедения. Но я предлагаю представить вам самодельный мостик через ручеёк.

Пусть он состоит из трёхметровых досок и имеет длину 3 метра. Пускай 7 досок у нас будет нужной длины, а восьмая доска короче на 10 сантиметров. Она вроде как выполняет свою функцию и кое-как лежит на своем месте. Но если наступить именно на эту доску, то она провалится, тогда как остальные доски выдержали бы.

Эта дефектная доска и будет дислокацией в случае кристалла.

Процесс упрочнения металлического изделия обычно строится на попытке играться с такими дефектами. Например, дислокациям создаются разные барьеры из других дефектов и невозможность перемещения приводит к упрочнению системы. Примерно так работает наклёп. Это когда механически воздействуют на образец с целью его упрочнения - можно бить по нему молотком или обрабатывать дробью.

Ну и как промежуточный итог отмечу, что дефектов в строении бывает невероятное множество. Примесные атомы, дислокации, вакансии, атомы замещения и куча других.

Так вот вся эта длинная речь была подводкой к нашему основному вопросу. Однажды меня спросил: Если все проблемы от этих дефектов, то почему нельзя пойти простым путём и сделать материал без таких дефектов? И вот тут начинается самое интересное.

Идеальный материал - это мечта

Сделать бездефектный материал физически невозможно.

Это примерно как попытаться в реальности создать абсолютный вакуум. Сколько не старайся, а всегда там что-то да будет болтаться. Это может быть квантовая пена и результаты квантовых флуктуаций или обрывки обычных частиц. Но пустоты не получится никогда и абсолютный вакуум всегда будет чем-то из серии физической идеализации для упрощения расчёта.

Вот такая дичь творится в якобы пустоте. Частиц рождаются и пропадают, всё время что-то булькает

Точно также и идеальный кристалл для материаловеда будет чем-то типа недостижимого абсолюта.

Само собой, такие работы проводились, но их провал был ожидаемым и объясняется физикой строения материи. Например, очень активно прорабатывалась тема создания монокристаллов. Это кристалл без границ зерен. Но полноценное их использование так и осталось чисто гипотетическим.

Монокристалл удалось получить, но было не ясно, как это использовать. В лабораторных условиях система росла идеальной, да и то до некоторого предела. А дальше у нас получался "кусок материала" из которого нужно было вырезать, например, шестерню. При попытках обработки идеальная структура начинала плыть. В итоге монокристаллы стало возможным использовать только в электронике и прочих аналогичных системах. Да и то удалось лишь избавиться от сугубо "механических" неточностей конструкции.

Почему же всё так печально?

Причин неудачи в поиске идеального материала очень много. Давайте опишем самые очевидные и простые.

Представьте себе процесс формирования металлических кристаллов. Один атом присоединяется к другому и образуется связь. Я тут всегда привожу в пример неокуб. Он очень хорошо позволяет визуализировать такие вещи.

Силы взаимного притяжения заставляют атомы сближаться и они входят в электростатическое взаимодействие. Но этому процессу препятствует взаимное отталкивание электронных оболочек. Получается этакое равновесие - атомы достаточно сблизились и притягивают друг друга с достаточной силой, чтобы не оторваться, но не сталкиваются друг с другом потому что ещё и отталкиваются.

Такая пара частичек болтается в пространстве и встречает ещё один атом металла.

При подходящих условиях этот атом тоже "приклеится" к уже существующей системе. Силы взаимодействия перераспределятся и получится, что у нас есть баланс сил уже между тремя атомами металла, которые не могут оторваться и не могут окончательно сблизиться.

Процесс повторяется множество раз и выстраивается как раз то, что мы называем кристалликом.

И теперь представим, что болталась эта конструкция из группы атомов металла в пространстве, а потом атомы металла вдруг кончились.

Конструкция из группы атомов летает свободно и ничего больше не происходит. Но рано или поздно она встретит такую же другую конструкцию. Они начнут притягиваться друг к другу посредством гравитационного и электростатического взаимодействий и в какой-то момент образуют группу. Получится два кристаллика, что в микроскопе будет выглядеть как два зёрнышка.

В идеальных условиях эти зёрна бы объединились абсолютно идеально. Но мы-то с вами в реальной Вселенной. Там происходит что угодно.

На атомы и системы из атомов влияют самые разные силы: могут подействовать магнитные силы, может повлиять простая механика, может оказать воздействие солнечный ветер. Факторов бесконечно много. Это приводит к тому, что кристаллики срастаются не идеально, а криво-косо.

Это как представить, что на лету встретились два абсолютно идеальных снежка. При том, что форма их правильная, множество воздействий всё равно не позволят слипнуться им абсолютно ровно и идеально.

Примерно также это работает и с формированием самого единичного кристаллика или ячейки, если правильно. Атомы будут выстраиваться идеально ровно до тех пор, пока что-то не произойдёт.

Мимо может пролететь комета или какой-то электрически заряженный объект. Более того, влияет и сама внутренняя энергия атомов. В каких-то случаях у атома она высокая и он находится в активном тепловом движении. Когда-то атомы наоборот практически неподвижны. И когда такие противоположности сталкиваются, то образуется дефект. Не хватит у группы атомов энергии и вместо 4 атомов на ячейку получится три. Просто потому, что мимо пролетающий атом был настолько быстрым, что оторвался от системы, которая его притягивала.

Ну а потом эта этажерка из трёх атомов встретила в пространстве этажерку из пяти атомов и всё это соединилось. Согласитесь, получившаяся система далека от идеала.

Всё есть хаос

Самая важная мысль тут, что не стоит рассматривать взаимодействия атомов и их групп как идеальный процесс, который существует в изолированной системе. На частиц действует невероятное количество факторов. Мы разобрали лишь один и самый простой.

Мир частиц только на бумаге красивый и идеальный. На практике это хаотичный бульон в котором кое-как происходит некоторое упорядочивание. Поэтому удивительно было бы увидеть идеальный кристаллический материал, нежели чёрти-что с кривой структурой и неимоверным количеством дефектов. Все эти красивые ровные линии и упорядоченные картинки - результат очень сильного упрощения и идеализации. В реальности такого нет.

Даже на уровне макромира все машины едут по дороге не идеально, а каждая как может. Вот кто-то стоит на обочине, а вот машина летит быстрее потока. Ну а что, если посмотреть на муравейник? Там всё ещё интереснее. Тьма существ, которые управляются непонятно какой логикой.

Всё это сводится к логике хаоса. В невероятном хаосе из постоянных флуктуаций в какой-то момент формируется упорядоченная система, но влияние хаоса настолько сильное, что не о каких ровных линиях говорить нельзя.

И да, если вам нужны дополнительные занятия по физике материалов, то пишите на почту или в телегу проекта.

Обязательно подпишитесь на Telegram

Большой адронный коллайдер (БАК) прекратит работу в июне этого года на срок около пяти лет. Закрытие связано с модернизацией ускорителя частиц, которая позволит увеличить количество экспериментов в десять раз.

Подземный ускоритель частиц представляет собой кольцевой туннель протяженностью 27 километров на границе Швейцарии и Франции. БАК воспроизводит экстремальные условия космоса, существовавшие сразу после Большого взрыва, разгоняя частицы практически до скорости света. При таких условиях физика начинает проявлять крайне необычные свойства. В 2012 году ученые использовали коллайдер для открытия бозона Хиггса – элементарной частицы, которая через квантовые свойства отвечает за массу всех остальных частиц.

Инженеры начнут модернизацию в июне. Проект получил название high-luminosity LHC и займет примерно пять лет. Обновленная установка сможет проводить в десять раз больше столкновений частиц, что даст ученым значительно больше экспериментальных данных.

Марк Томсон, новый директор CERN – межправительственной организации, управляющей ускорителем частиц, отметил, что простой не означает остановку научной работы. У ученых будет достаточно материала для анализа в течение всего периода апгрейда.

Томсон вступил в должность в Новый год, и БАК будет отключен почти весь срок его руководства. CERN ожидает, что high-luminosity LHC заработает только к середине 2030 года.

CERN также планирует преемника БАК. Главный кандидат – Future Circular Collider (FCC), который с окружностью в 90 километров сделает Большой адронный коллайдер миниатюрным по сравнению с собой. Первая стадия FCC предназначена для столкновений электронов и позитронов – античастиц электронов. Строительство запланировано на конец 2040-х годов, а вторая стадия с протонным ускорением появится в 2070-х.

Судьба FCC остается неопределенной. Расчетная стоимость почти в $19 миллиардов слишком велика для CERN, чтобы оплатить проект самостоятельно. Кроме того, в научном сообществе идут дискуссии о том, насколько огромные ускорители частиц остаются оптимальным способом исследования фундаментальных вопросов науки, таких как природа темной материи и темной энергии.

Иронично, что 19 миллиардов – это капля в море по сравнению с тем, сколько денег улетает на гонку ИИ, при том, что технология пока не приносит прибыли.

отсюда

Там постик про плазму выложили, я решил не отставать. 
Осторожно! Противные звуки в видосеках!
Довольно интересно дуговой разряд выглядит в магнитном поле. Даже очень интересно. Но строго обязательно смотреть в замедленной съемке! 

В видео в качестве одного электрода используется штырь за магнитом, а вторым электродом является сам магнит.
Дело в том, что на движущиеся заряженные частицы в магнитном поле начинает действовать новая сила - сила Лоренца. Эта сила заставляет частицы двигаться по дуге окружности. 
Поскольку дуговой разряд является потоком электронов и ионов, то есть, заряженных частиц, то и они попадают под действие данной силы.

На ютубе есть автор по магнитным полям, у него таких видео навалом. Снимает симпатишно, очень рекомендую.

Вот еще тот же эффект с двумя парами электродов. 

Думаю, многим людям известны два факта: вода кипит при 100 градусах и в горах вода кипит при меньшей температуре. Можно сделать вывод, что состояние вещества зависит от двух параметров - температуры и давления.
Посмотрим на простую фазовую диаграмму. Данное изображение как раз помогает понять, как именно ведет себя вода при разных условиях.

Получается, если мы снизим давление, то и температура кипения снизится (я поставил там фиолетовую стрелочку). И наоборот - при повышении давления окружающего воздуха вода начнет кипеть при большей температуре.

Самое интересное место на этой диаграмме - тройная точка. Она достигается при температуре 0,01 градуса Цельсия и при давлении в 200 раз меньшем атмосферного (дома повторить сложновато). В этих условиях вода может находится сразу в трех состояниях - в жидком, газообразном и твердом. То есть, вода будет одновременно и кипеть, и кристаллизовываться!

На видео этот процесс показан наглядно.

P.S. Буду рад видеть вас на моем телеграм-канале с физикой.
По всем вопросам - Alexjuriev3142@gmail.com

Нонче у нас суббота, а, значит, нужно грамотно организовать досуг (или досуг, кого-то из них). 

Предлагаю вашему вниманию простой опыт, который вы легко сможете повторить самостоятельно. 

Закон Паскаля - давление на жидкость передается в любую точку одинаково во всех направлениях. 

Суть опыта: поместить в воду плавающее тело с воздушной полостью внутри. При сжимании бутылки по закону Паскаля давление воды увеличится, воздушная полость сожмется и уменьшится в размерах, выталкивающая сила уменьшится и поплавок потонет. Если бутылку отпустить, то вновь всплывет. Сжимая-отпуская бутылку, можно весело гонять поплавок вверх-вниз или заставить поплавок зависнуть. 

Можно реализовать при использовании спички и медной проволоки. Наматываем на спичку немножко тонкой проволоки так, чтобы спичка плавала в воде вертикально.
Роль воздушной полости при этом играет воздух между волокнами дерева. Данный способ не очень удобен, поскольку дерево впитывает воду и перестает реагировать на повышение давления внутри бутылки. 

Можно реализовать при использовании колпачка от шариковой ручки и пластилина. На колпачок приклеиваем пластилин и проделываем в нем небольшое отверстие. Главное - аккуратно подобрать размер колпачка и массу пластилина.

Можно реализовать при использовании пипетки и утяжелителя в виде медной проволоки. Наматываем проволоку на пипетку так, чтобы она располагалась в воде вертикально и едва держалась на плаву. 

Все пойдемте мять бутылки!

P.S. По всем вопросам - Alexjuriev3142@gmail.com

Взято из телеги

Как вы наверное помните, основным выводом Гейзенберга было, что нельзя одновременно точно определить положение частицы и её импульс. На этом представлении строится вся современная физика.

Волночастица в работеВпервые введенный в 1927 году немецким физиком Вернером Гейзенбергом принцип гласит, что чем точнее определено положение некоторой частицы, тем менее точно ее импульс может быть предсказан из начальных условий, и наоборот.

Утверждение это довольно сложно проанализировать, если воспринимать частички только лишь как физические тела, похожие на мячики, но мы-то с вами знаем, что в квантовой физике всё кверху ногами и логика упирается в волновую природу. Коротко и понятно - это значит только одно. Вся квантовая физика держится на вероятности и не может быть точной в подразумеваемом нами смысле.

Пару слов про аттосекундную физику

Между тем, недавно нобелевская премия в области физики была вручена за разработку методики, способной работать с минимальными временными интервалами или аттосекундами.

Какой-то дурацкий комикс, но есть величина аттосекунды

Аттосекундная физика интересна тем, что при рассмотрении минимального интервала в поведении частичек (да и при рассмотрении прочих процессов) появляются детерминированные (строго определённые состояния).

В конечном итоге, любую прямую можно описать как набор точек, которые расположены друг за другом вдоль одной линии, а любая волна в море может быть рассмотрена как положение конкретной молекулы в строго обозначенной точке с конкретными характеристиками.

Догадались к чему идёт дело?

Нобелевская премия сломала принцип Гейзенберга?

Если раньше Гейзенберг исходил из того, что волна есть некоторый непрерывный интервал и где-то там проявляются свойства частицы, которые ещё и не возможно точно измерить, то тут картина резко меняется.

Довольно неплохая иллюстрация логики происходящего

Ученые в области сверхбыстрой «фотографии» субатомного мира научились фиксировать мгновенное состояние системы.

Энн Л'Уилье из Франции придумал как создать ультракороткие лазерные вспышки, а Пьер Агостини из Франции и Ференц Крауш из Австрии независимо друг от друга применили эту технологию на практике.

В обычных случаях это означает, что систему можно "заморозить" и получить такие состояния частицы, которые раньше мы не могли себе даже и представить. Варианты можно ожидать тут самые разные и да, это совершенно неизведанная для физиков территория.

Значит ли это, что теперь и принцип Гейзенберга не имеет никакого смысла? Всё относительно.

Логика аттосекунд и Гейзенберг

Да, систему теперь и правда можно зафиксировать. Да, из волны, которая описывает состояние электрона (теоретически) можно теперь выделить конкретное состояние и представить это как точное описание частицы в конкретный момент. Но важно правильно понимать это физически.

Гейзенберг действительно вряд ли ожидал, что аттосекундные периоды для длин волн в нанометрах будут когда-нибудь технологически разрешимы.

Но, вероятнее всего, такие технологии его скорее бы порадовали. Говорить о том, что новая физика опровергает его идеи не совсем правильно.

Даже если Гейзенберг не прав сейчас, то он прав был тогда

Во-первых, интервалы хоть и короткие...Но насколько они короткие? Далеко не факт, что сверхбыстрые фотографии опять-таки фиксируют не интервал времени, а "единичное квантовое состояние". Это утверждение в корне ломает все доводы о неправоте Гейзенберга. Поэтому, если это всё-таки интервал, то говорить о возможности измерить всё сразу опять нельзя.

Во-вторых, смею предположить, что Гейзенберг и не стремился особенно сильно упираться в свой же постулат. Вероятнее всего, главная ценность этой системы - обозначить, что на момент времени (!!!), когда работал Гейзенберг, физика не может точно измерить и координату, и импульс, а вся квантовая логика принципиально отличается от классической физики. Само собой, что если бы Гейзенберг на тот момент знал про аттосекунды, то он, вероятно, строил бы логику совсем иначе.

Собственно, мне не доводилось пока видеть авторитетные научные работы, где логика принципа неопределенности проверялась бы по новым методикам, поэтому если у вас есть ссылки на такие статьи, то оставляйте их в комментариях.

⚡ Обязательно подпишитесь на Telegram проекта и читайте эксклюзивные статьи! Обновления каждый день!

Множество рассуждений на тему физического мироустройства приводят к тому, что всё вокруг, в конечном итоге, состоит из информации и энергии. Тут можно привести невероятное количество примеров и все постоянные читатели канала наверняка помнят, что неоднократно мы приходили именно к такому выводу.

Возьмите, например, материю. Материя часто описывается как энергия, которая приобрела некоторую форму. По одной из концепций квантовое поле постоянно вибрирует, а точки с большой амплитудой и высокой энергией (!) как раз-таки представляют собой частицу.

Энергия описывает возможность волны распространяться в пространстве или существовать то или иное физическое явление. Это базовая сущность.

К сожалению, ситуация такова, что для осмысления проблемы нужно от чего-то отталкиваться. Отталкиваться лучше от понятных и чётко сформулированных физических понятий и терминов. Одним таким кирпичиком в фундаменте физического миропонимания как раз-таки и является энергия.

Представьте себе, что есть пространство-время. По некоторым представлениям это как пустая комната, снабженная различными метриками - шириной, высотой и длиной, а также секундомером.

В этой локации могут происходить или не происходить события. Такая якобы пустая комната является холстом художника, где вырисовывается вся физика.

Очень удобно сравнивать это с компьютерной реальностью. Я всё детство провел за компьютером, сам разрабатывал игры, кодил и отлично ориентируюсь в виртуальной вселенной. Давайте попробуем использовать эту логику. Вероятно, она не самая правильная, но она кажется мне подходящей, да и физике она не противоречит.

Представьте себе редактор для видеоигры.

У вас есть 3+1 - мерное пространства-время - это пустое место, где можно разместить предметы из коллекции объектов. Есть набор скриптов для каждого объекта - это физические законы. Есть прочие свойства.

Материя, которая есть в этом редакторе - это картинка. Любой стол или человек тут есть картинка. Картинка состоит из точек. Точки эти упорядочены согласно коду объекта и выводятся в нужной форме и в нужных позициях. Поведение точки задаётся программной средой и внесенной функцией.

Занятно, что примерно также описывает материю теория поля. Любая частица есть колебание поля. Колебание поля в нужной точке. Само поле существует в пространстве-времени. Ну а частицы описываются функцией вероятности.

При этом есть крайне важная деталь. Если мы возьмем компьютер, то он подключен к сети. Он потребляет электрическую энергию.

Электрическая энергия преобразуется в двоичный код и в результате на экране выводится точка. Ловите связь? Точка в редакторе, выведенная на экране кодом, и есть энергия из розетки.

Электрическая энергия, которая в результате взаимодействия с полупроводниками и, подчиняясь составленному двоичному коду, приобрела такую форму.

Но в основе всего этого лежит только одно - ЭНЕРГИЯ, электрическая энергия в проводе из розетки.

Я предполагаю, что кварк или бозон, выведенный в пространстве времени в нужной точке подобно поведению системы в игре, есть такая же энергия (которая непонятно откуда взялась), прошедшая взаимодействие с некоторой информационной матрицей пространства-времени и ставшая вполне себе физической материей.

У этой материи есть свойства, которые задаются программным движком или, в нашем случае, пространством-временем. Они выражаются, например, в том, что тяжелое падает, когда есть гравитация и так далее.

Так или иначе, энергия не является чем-то, что можно чётко и однозначно описать и остаётся той самой отправной точкой, с которой начинается вся физика.

⚡ Обязательно подпишитесь на Telegram проекта и читайте эксклюзивные статьи! Обновления каждый день!

Сейчас частенько можно услышать, что тот или иной материал с эффектом памяти формы научились использовать очередным перспективным образом. В большинстве случаев, про «память формы» многие вычитывают в описании какого-нибудь умного матраса или подушки для сна. Такой матрас принимает форму тела пользователя и потом тело поддерживается в удобном состоянии.

Но на самом деле эффект памяти куда более интересный, если рассматривать его с позиции материаловеда.

Чаще всего эффект демонстрируют на примере проволоки из сплавов титана с никелем. Это лишь самый простой вариант демонстрации и на практике память формы наблюдается у разных материалов, в том числе и полимерных. Но, традиционно для моих заметок, разбирать подобные эффекты на металлах проще всего.

Опыт простой. Берем проволоку из титана-никеля, которая скручена в пружинку, нагреваем зажигалкой эту пружинку и видим, что спираль начала распрямляться и опять стала ровной проволоченной.

После остывания проволока так и останется прямой. Холодный образец можно вновь скрутить и вновь распрямить зажигалкой. Причём, форму можно придать абсолютно любую. Скажем, можно сделать импровизированную скрепку, которая при нагревании опять станет прямой.

Главный вопрос, который следует из опыта, тут логичен - что такое происходит с этой проволокой и что это за особая уличная магия?

Для объяснения эффекта нужно иметь общее представление о кристаллической структуре металлов и о процессе закалки. Давайте вспомним самые основы. Попрошу тут не придираться к формулировкам, так как хочется адаптировать текст для самых разных читателей с самыми разными уровнями знаний по теме.

Металлы в обычном состоянии имеют кристаллическую структуру и кристаллическую решётку. Кристаллической решеткой называется мнимая конструкция, которую мы можем изобразить, если в пространстве соединим атомы элемента друг с другом линиями.

При этом атомы металла будут расположены в точках пересечения этих мнимых линий или, как это называется более правильно, в узлах решётки. Та часть, которая регулярно повторяется, будет называться элементарной ячейкой решётки. И так всё здорово будет до тех пор, пока речь идёт о чистом компоненте.

Если сплавить два металла вместе, то атомам второго компонента сплава тоже нужно где-то расположиться. У второго компонента, как правило, есть собственная кристаллическая структура, но пока оба компонента системы жидкие, атомы спокойно сосуществуют друг с другом, как хлопья разного типа в молоке.

Когда система начинает затвердевать или кристаллизоваться, то атомам второго компонента нужно найти для себя место. При этом основной компонент старается доминировать и его атомы образуют уверенные каркасы, обладая высокой энергией связи. Примесные атомы стараются занять оставшиеся свободные места.

Система уравновешивается в некоторой конфигурации и атомы второго компонента пытаются позанимать вакантные места в новой кристаллической решетке.

Теперь представим себе, что такой двухкомпонентный сплав мы нагрели и видим, что атомы и первого, и второго компонентов пытаются начать интенсивное тепловое движение. Если остудить это великолепие с нормальной скоростью, то система вернется к равновесному состоянию.

Зато вот если охлаждать сплав резко, то второй компонент не успеет распределиться стандартным образом и будут образовываться новые конструкции. Такая структура может называться, например, мартенсит, а процесс именуется закалкой.

Структура после закалки обычно напряжена и напоминает что-то типа сжатой пружины в ящике. Атомы уже не могут свободно двигаться, а сам ящик становится твёрже. Поэтому, повышаются хрупкость и ломкость.

В некоторых случаях наблюдается интересное явление, которое, как раз-таки и свойственно сплавам титана и никеля.

Структуры, образованные в результате закалки, остаются относительно подвижными. Закаленная проволока из такого сплава хоть и имеет мартенситную структуру, но обладает ещё и памятью формы.

Если мы деформируем такой сплав после закалки (распрямление проволоки из примера), то иглы в структуре закаленного сплава не разрушатся, а просто поменяют конфигурацию. Где-то сместятся, а где-то начнут распрямляться.

Тот стресс, который структура испытала при закалке и та конфигурация, которая получилась при процессе, требовала большой энергии. Эта энергия была отнята у системы с помощью резкой охлаждения. Пока не проведется, например, длительный отжиг для нормализации получившейся структуры, именно конфигурация с иглами станет равновесной. Система будет стремиться к ней.

При простой механической деформации иглы не сломаются и не перестроятся, а пластично деформируются. Этим и отличаются сплавы с памятью формы. В распрямленном образце будет происходить борьба между механическим удержанием каркаса структуры и попыткой системы вернуться к зафиксированному виду после закалки. Когда это только лишь механическая деформация, то напряжений недостаточно и образец остается прямым. Зато если начать его нагревать, то в работу вступают диффузионные процессы.

Эти диффузионные процессы первым делом не заставят структуру вернуться к самой ранней модификации, а потянут её к варианту "после закалки". Иглы мартенсита, деформируемые механическим образом, начнут возвращаться к закаленной конфигурации. Это будет проявляться, как обратное скручивание в форму пружинки. Исходя из схемы чуть выше, стоило бы рассматривать только нижние два состояния.

Подобные сюрпризы, которые появляются при работе внутренних напряжений и температур, могут происходить в самых разных случаях и с разными материалами. Например, на ранних автомобилях сформованная торпеда из полимерного материала выворачивалась обратно при воздействии сильного нагрева из-за стремления вернуться к форме обычного листа. Причем, сворачивалась вместе со всем оборудование. Это было настоящим сюрпризом для разработчиков, которые не учли этот эффект. Ну и для владельцев легковушек.

⚡ Если вам нравятся мои статьи и вы хотели бы поддержать развитие проекта, то прошу подписаться на мой Telegram-канал про изобретения и методики креативного мышления. Нужно набрать 2000 подписчиков и будет здорово!

Ну и на Вомбате подписывайтесь ;)!

Взято из телеги Интересный Алик