STOLBOV STUDY | ФИЗИКА для взрослых и детей
565 subscribers
90 photos
11 videos
2 files
51 links
Сергей Столбов

🔬🎓Учёный, кандидат наук.
📚Преподаватель с 2013 года.

Помогаю познавать мир с помощью науки.

ЕГЭ/ОГЭ по физике и математике на 90+.

Связь: @stolbser
Download Telegram
Я тут вчера с удивлением обнаружил, что у меня статья вышла, и я ничего для этого не делал).

Более того, я уже более 3-х лет как ушел из своего университета после защиты диссертации, и после ухода у меня продолжают выходить статьи по моей работе там. Этакий "пассивный доход".😁

На самом деле 5 лет назад мы написали огромную статью, которую из-за большого количества материала пришлось разделить на две. Когда отправили в российский переводной журнал, редакторы перевели только одну из них, а вторую не стали.

И вот недавно мне звонит моя бывшая руководительница и говорит, что они вспомнили про нашу давнюю статью и решили сейчас ее перевести. То что сейчас вышло - это переводная версия старой статьи и, по факту, не считается за новую, но в иностранных индексах цитирования количество прибавилось.

Вот так плодотворно я поработал над диссертацией, до сих пор отголоски доходят.
Please open Telegram to view this post
VIEW IN TELEGRAM
🍾156🆒5👍1
Видишь озеро? И я вижу! А его нет!
Почему возникает мираж?

В далеком 2019 году я выкладывал коротенький пост на эту тему в тогда еще не запрещенной сети. Сегодня я его переработал и выкладываю улучшенную версию.

В основе этого явления лежит принцип Ферма, согласно которому свет распространяется по такой траектории, на которую он затратит
наименьшее время.

Допустим, вам нужно проехать в соседнюю деревню, и у вас есть два варианта: сделать это напрямую через поле, по которому вы будете ехать очень медленно, или в объезд по дороге, где ваша скорость будет в 10 раз быстрее, но путь на несколько километров длиннее. Что вы выберете?

Свет на вашем месте выбрал бы второй вариант. Ему легче распространяться в среде с меньшей плотностью.

В пустыне или на дороге в жаркий день земля сильно разогревает воздух и возникает большая разница температур между воздухом вблизи ее поверхности и на некоторой высоте. А мы знаем, что горячий воздух имеет меньшую плотность, чем холодный (он же расширяется при нагревании). Поэтому свету в таких условиях проще всего двигаться вдоль поверхности земли.

Почему же многие видят то, чего нет, и, в основном, водоем?

1️⃣ Мы можем видеть кусочек неба. Лучу света, чтобы показать нам небо, невыгодно двигаться напрямую, проходя длинный путь по высоким слоям атмосферы с большой плотностью. Он там распространяется медленно и тратит много времени на это. Ему проще быстрее миновать эти слои по кратчайшему пути (вертикально вниз), а, дойдя до приповерхностных горячих и менее плотных слоев, он с большой скоростью параллельно земле достигнет своей цели. Поэтому кусочек неба мы видим, вдалеке на земле, и думаем, что это вода.

2️⃣ Мы можем видеть водоем, который находится намного дальше, чем кажется, за линией горизонта. В этом случае свет, согласно принципу Ферма, уже где-то вдалеке достиг земли с менее плотным и горячим воздухом за минимальное время, отразился от водоема и распространяется на большие расстояния с его изображением вдоль поверхности земли, пока не достигнет своей цели.

На картинке попытался схематично изобразить принцип Ферма и как получается изображение миража.

Мне чаще всего видятся миражи, когда я летом еду на машине по дороге. Кажется, как будто вдалеке огромная лужа, которая, сколько бы ты не проехал, находится все также далеко.

А вы видели?
Please open Telegram to view this post
VIEW IN TELEGRAM
👍148🔥3🆒2
Друзья, я тут интересный и оригинальный научный канал нашел, с нестандартными и занимательными темами ⬇️

Человек наук – это канал о красоте окружающего мира глазами учёного. Ведёт его учёный - биоинформатик.  Здесь вы узнаете:

🗺 Почему последней мечтой знаменитого физика Ричарда Фейнмана было отправиться в Туву любой ценой

🍣 Математика программ лояльности: как надолго привязать голодных студентов к доставке роллов, чтобы они ещё и остались довольны

👾 Смешные и страшные истории из мира науки, а также шокирующая обыденность жизни учёных

📊 Как стоит и не стоит визуализировать данные и как манипулируют статистикой СМИ.

✉️ А также авторское исследование о том, как лучше писать письма для стажировок или PhD

Подписывайтесь!
6😁2👍1
Самая лучшая модель атома начала 20-го века.

Продолжаем изучать квантовую механику, и сегодня я расскажу, какие события предшествовали открытию Луи де Бройлем корпускулярно-волнового дуализма, о котором я рассказывал здесь.

В начале 20-го века велось много споров об устройстве атома. Сначала Томсон предложил свою «кексовую» модель атома. Согласно ней, атом похож на положительно заряженный кекс, в котором, как изюм, равномерно распределены отрицательные электроны.

Но потом Резерфорд, бомбардируя альфа-частицами золотую фольгу, понял, что рассеяние на атомах происходит не в случайном порядке, а так, как будто в центре атома есть что-то сильно положительно заряженное и маленькое. Так родилась его планетарная модель атома: в центре находится положительное ядро, вокруг которого по орбитам двигаются электроны.

Однако, всем тогдашним теоретикам, знавшим электродинамику было очевидно, что движущийся по окружности электрон (а он движется с центростремительным ускорением), должен излучать электромагнитные волны, а, значит, терять свою кинетическую энергию и скорость, и, в конце концов, по спирали приближаясь к ядру, упасть на него.

Здесь, кстати, стоит пояснить, что в электродинамике есть 4 уравнения, на которых она построена – уравнения Максвелла. Согласно им, движущаяся с ускорением заряженная частица порождает переменное электрическое поле, которое, в свою очередь, порождает переменное магнитное поле, которое снова порождает переменное электрическое, и т.д. Таким образом, рождается электромагнитная волна, которую испускает частица.

Так, модель атома Резерфорда несла в себе противоречие, ведь коллапс атома, очевидно, не случается.

И тогда Нильс Бор предположил, что электрон, скорее всего не испускает во время движения по орбите фотоны и его энергия на ней не меняется. Причем таких стационарных орбит у атома может быть несколько, и каждая со своей энергией. А излучает атом тогда, когда электрон по каким-то причинам перескакивает с орбиты с более высокой энергией на орбиту с более низкой. Излишек выходит в виде фотона. А когда атом поглощает фотон, происходит перескок в обратную сторону. Таким образом, энергия атома дискретна, а не непрерывна, т.е. квантуется.

Бор предложил такую модель на самом простом атоме – атоме водорода. Его теория была не последней, но легла в основу более сложных современных теорий. Она объяснила экспериментальные наблюдения отдельных спектральных линий водорода, а не непрерывного спектра, и позволила рассчитать их.

Конечно, сейчас не идет речь ни о каких орбитах, по которым летают электроны. Более того, невозможно сказать, где конкретно находится электрон, а можно говорить только о некоторой области, в которой с определенной долей вероятности он может находится. Но дискретность энергий атома, предложенная Бором, до сих пор используется в современной физике. Люминесценция, рентгеновское излучение, фотоэффект ­– все эти явления возникают из-за набора стационарных энергий электрона в атоме. Изучение химического состава веществ в разных приборах также работает на основе этой теории.

Квантовая механика от того и называется квантовой, что в ней
есть дискретные (квантующиеся) величины, а не непрерывные. Одной из таких величин является энергия. И основателем квантующейся энергии в атоме был Нильс Бор со своей моделью атома водорода.

Квантование энергии, импульса и некоторых других величин микроскопических объектов – это второе основное отличие квантовой механики от классической после их корпускулярно-волнового дуализма.

О третьем завершающем отличии мы поговорим в следующий раз.

Но только если наберем достаточное количество реакций)
22👍17🔥14🆒2
Но потом Резерфорд, бомбардируя альфа-частицами золотую фольгу, понял, что рассеяние на атомах происходит не в случайном порядке, а так, как будто в центре атома есть что-то сильно положительно заряженное и маленькое. Так родилась его планетарная модель атома



Когда я хочу на работе провести какой-то нестандартный эксперимент, не зная, какой результат получу в итоге, меня спрашивают, зачем мне это надо. Я всегда отвечаю «вон Резерфорд по приколу решил стрельнуть альфа-частицами в золотую фольгу и чем все закончилось?».
🔥127😁7💯5👍4
Как появляется электричество?

Небольшой пост-ликбез.

Все мы знаем, что электричество добывается на электростанциях, где различные виды энергии (тепловая, потенциальная, ядерная, солнечная и т.д.) преобразуются в электрическую. Но, кажется, нужно напомнить вам немного подробностей из школы, т.к. в дальнейшем я буду периодически давать информацию, основанную на них. Тема, на самом деле, простая.

Весь электрический мир, альтернативу которому представить сложно, обязан не Тесле и Эдисону, а, изначально, Максвеллу. Именно он своими одноимёнными уравнениями, о которых я упоминал выше, описал весь современный электрический мир, в том числе и тот факт, что переменное магнитное поле порождает переменное (а точнее, вихревое) электрическое поле.

В дальнейшем экспериментатор Фарадей обнаружил, что если магнит вносить в проводящее кольцо, то в нем возникнет электрический ток (конечно, там установка была посложнее, но суть такая). Так появилось понятие электромагнитной индукции - возникновения в замкнутом контуре электрического тока при изменении магнитного потока, - линий магнитного поля, пронизывающих контур. Без всяких батареек.

Кстати, когда подносишь магнит к кольцу, оно отталкивается от него, а когда отдаляешь – притягивается. Это связано с тем, что возникающий индукционный ток в кольце создает свое магнитное поле, которое препятствует той причине, которая его породила (правило Ленца).

Как устроить себе такую электростанцию?

Магнитный поток зависит от величины самого магнитного поля, площади контура и его расположения в магнитном поле. Значит, для генерации индукционного тока (изменения магнитного потока) нужно изменять одну из этих величин:

1️⃣ Изменять само магнитное поле возле кольца или катушки. Т.е. просто приближать или отдалять кусок магнита. Поступательные движения вверх-вниз, желательно с частотой 50 раз в секунду, чтобы можно было какой-то прибор подключить.

2️⃣ Изменять площадь контура. Тут нам помогает прямоугольная рамка, у которой одна сторона может двигаться по рельсам, сжимая или раздвигая прямоугольник. Ее рельсы можно подключить к сети. Вопрос только, чем двигать.

3️⃣ Изменять положение контура в магнитном поле. Самый удобный способ, который и взяли на вооружение энергетики, создав электрический генератор. Рамка включена в сеть и просто вращается вокруг оси, проходящей через ее плоскость. Причем пол оборота – ток идет в одну сторону, другие пол оборота – в другую. Вращательные движения совершать всегда проще, чем поступательные, подключил турбину, которая вращается от чего угодно, и генерируешь электричество.

В целом с подробностями, задачами и формулами я трачу примерно один урок на эту тему. Сегодня грубо и на пальцах уложился в одну страничку. Если все понятно, можно отправить другу, чтобы он тоже знал.
Please open Telegram to view this post
VIEW IN TELEGRAM
🔥24👍85🆒1
Отработал крайний день перед отпуском. Получил красивые карты фазового состава в стали.

Немного боялся, что не успею, т.к. задачка прилетела позавчера вечером, а данный метод дифракции электронов, как и многие в материаловедении, очень капризный и требовательный к качеству образца и состоянию материала. Можно неделю пытаться и ничего не получить. В этот раз повезло, получилось с первого раза. Фазы на фото я замазал - коммерческая тайна, так сказать😁.

Суть метода в том, что электроны отражаются от атомов образца в определенном порядке, который зависит от расположения этих атомов. Получается дифракционная картина (ведь, как мы знаем отсюда, электрон - это тоже волна), которая сравнивается с базой данных картин дифракции разных материалов, и прибор говорит, какое вещество находится в каждой точке.

Теперь можно отдыхать!
12👍7🔥4😁1🍾1
Друзья, помимо познавательных постов про физику, я периодически показываю вам кадры из моей работы в области металловедения, например, предыдущий пост или этот.

А у знакомых химиков есть канал «Лаба дорогого брата» — настоящая жизнь органической и аналитической химии!

🔬 Там они подробно показывают и объясняют, как проводят синтезы, выделяют и анализируют вещества — с фото, видео и всеми нюансами. Ремонтируют приборы, восстанавливают оборудование и делятся лайфхаками.

😂 Рассказывают забавные и курьёзные случаи из лаборатории, а иногда с сатирой критикуют научную реальность вокруг.

⚗️ «Лаба дорогого брата» — сатира, химия и выживание в лаборатории! Советы аспирантам и инструкции, как не взорвать реактор.

Интересующиеся химией и наукой - подписывайтесь!
🔥7
Опасен ли уран?💥

Какие у вас возникают ассоциации, когда вы слышите это слово? Наверняка, у многих возникает цепочка: уран = радиация = опасность.


Уран, действительно, опасный элемент, но опасен он, в первую очередь, своей химической токсичностью. Наиболее правильная ассоциация, которая должна возникать: уран = тяжелый металл. Про накапливание тяжелых металлов типа ртути, свинца и пр. в организме слышал, наверное, каждый. Как потом это отражается на нашем здоровье вы сможете почитать в медицинских каналах. Уран пополняет цепочку тяжелых металлов. Причем он будет потяжелее популярных ртути и свинца. Плотность у него около 19 г/см3, в то время как у ртути – 13,6 г/см3, а у свинца – 11,34 г/см3. Действует он на организм очень активно и, по сути является ядом.

А как же радиация?

Да, она, действительно, есть. Уран – радиоактивный элемент, и все три изотопа, содержащиеся в природе (234, 235 и 238), альфа- активны, т.е. самопроизвольно испускают альфа-частицы (ядра гелия). А из школы мы знаем, что защититься от альфа-частиц можно, всего лишь, листом бумаги. Наша кожа не хуже листа бумаги, особенно ее внешний роговой слой, поэтому альфа-частицы не проникают ни в организм, ни во внутренние слои кожи. Есть, конечно, и слабые места – рот, нос и глаза. Таким образом, радиационная опасность урана во много раз (по некоторым оценкам, в миллион) меньше его химической опасности.

Как не отравиться ураном?

Если вы не работаете с ним – то никак. В повседневной жизни вы с ураном не столкнетесь, т.к. его применения весьма специфичны. Когда-то он использовался в живописи, как пигмент в красках, а еще можно купить посуду из уранового стекла и наслаждаться зеленым свечением – флюоресценцией, в ультрафиолетовом свете. Все остальные точки соприкосновения с ураном так или иначе связаны с производством ядерного топлива, геологией, химией и боеприпасами.

Предположим, что вы, все-таки, работаете на урановом производстве. Вот самые простые пути его попадания в организм.

🟠Если вы голыми руками возьмете кусок металлического урана, а потом понесете руки в рот. Уран быстро покрывается оксидной пленкой, которая может оставаться на руках. Ну можно еще пооблизывать его, чтоб уж наверняка.

🟠На производстве работают с разными соединениями урана, в том числе, газообразными. Здесь проще простого урану попасть в организм через дыхательные пути.

🟠При производстве ядерного топлива используют мелкодисперсный порошок диоксида урана, который также легко вдохнуть. Да и вообще работа с порошками очень грязное дело.

Есть еще много нюансов этого вредного производства, и вредного, в первую очередь, с химической точки зрения, а не с радиоактивной. Для защиты от альфа-распада урана достаточно надеть маску и очки. А возникающие болезни, скорее всего, будут связаны с химическим отравлением.

А опасным с радиоактивной точки зрения уран становится, когда попадает в ядерный реактор и запускается процесс деления, о котором я рассказывал здесь. Но это уже другая история.

Пишите, если знаете факты о том, чем еще опасен уран.
Please open Telegram to view this post
VIEW IN TELEGRAM
11👍9🔥5🆒1
Кстати, раз уж заговорили про радиоактивные распады, вопрос на засыпку, о котором мало кто задумывается. Аудитория у меня здесь собралась разная, поэтому ответы приветствуются в комментариях.

Наиболее известны (еще со школы) три типа радиоактивного распада - альфа-, бета- и гамма-. Если альфа-частицы, как мы поняли, - это ядра гелия, то бета-частицы - это электроны. Ну а гамма - это сильно коротковолновое электромагнитное излучение.

А мы знаем, что радиоактивный распад - это самопроизвольное испускание ядром вещества какого-либо излучения и превращение его в другое ядро. Ещё Нильс Бор с Резерфордом сказали, что ядро находится в центре атома и оно положительно заряжено.

Так вот внимание: как так получается, что из ядра могут вылетать бета-частицы, т.е. отрицательно заряженные электроны? Ваши варианты⤵️
Please open Telegram to view this post
VIEW IN TELEGRAM
7🤯5👍2🔥1
Ну что ж, в комментариях уже кое-кто ответил на вопрос выше.

Вообще любой радиоактивный распад происходит, когда ядро слишком тяжёлое, имеет много лишних нейтронов (или протонов) и избыточную энергию (взаимодействия между частицами). Т.е. когда ядерным силам уже становится тяжело удерживать частицы внутри ядра, происходит сбрасывание лишней энергии в виде испускания частиц, и энергия ядерных взаимодействий переходит в кинетическую энергию испущенных частиц. Обычно распадаются тяжёлые элементы, у которых ядро слишком большое, и ядерные силы, которые действуют на коротких расстояниях, уже не могут удерживать частицы на месте. Ещё радиоактивны тяжёлые изотопы лёгких элементов, у которых неестественно много нейтронов в ядре.

А при бета-распаде, действительно, никакого электрона в ядре изначально нет. Там, как раз, лишние нейтроны не могут сидеть сложа руки и просто распадаются с образованием протона, электрона и электронного антинейтрино.

На вопрос почему так происходит ответ весьма сложный. Здесь, как и во всех открытиях, сначала обнаружение чего-то необычного, потом попытка это объяснить и построить новую теорию.

И эта теория заслуживает отдельного поста. Если, конечно, наберет достаточное количество реакций (пусть будет 50, т.к. это для меня достаточно трудозатратно😁).
30🔥18👍11😁2💯1🗿1
Не думал, что так быстро наберём реакций)
Ок, скоро сделаю!
🔥9👍82🆒2
Делюсь хорошими новостями от учеников, которые получили свои места в хороших вузах!

Кстати, я вот не знал, что в Плехановке есть специальности, на которые берут по физике и математике. Для меня это открытие, и те, кто любит математику, как мой ученик, может попробовать свои шансы туда. Вуз хороший, но в мою подборку не попал, т.к. не технический

Конкурсы, конечно, уже который год в такие вузы дичайшие. Поэтому ребята молодцы и принимают ваши поздравления!
🔥95👍3🍾1🆒1