Отдых на природе
3 поста
Котопёс
Не мог не поделиться, наша собака (белорусская овчарка, ушастая, кто не знает) очень мирно относится к Голубчику (так зовут попугая).
AlexanderMasht
3008 рейтинг
0 подписчиков
0 подписок
50 постов
10 в горячем
Серии постов
Водяной мостик Ab initio
На Новый Год Дед Мороз подарил младшей дочке электрофорную машину (электростатический генератор Уимсхёрста). Они в 7 классе как раз закончили проходить электростатические явления. Мы тут же воспользовались подарком и провели с дочкой ряд интересных опытов, начиная от электростатического взаимодействия заряженных султанчиков, изготовленных из ёлочной мишуры, задувании пламени свечи «ветром» коронного разряда с кончика иглы, до исследования электропроводности пламени миниатюрной газовой горелки («турбо-зажигалки»).
Наиболее сложный для проведения в домашних условиях и красивый опыт мы с дочкой засняли на видео.
Речь идет о т.н. водяном мостике. Я, честно, не ожидал, что мощности электрофорной машины хватит, чтобы бороться с паразитной утечкой заряда за счет ненулевой электропроводности воды (даже дистиллированной), но я не хотел использовать опасные для жизни другие, более мощные источники высокого напряжения. Вы можете найти большое количество более красивых и профессиональных видео длинного (до 25 мм) водяного мостика на YouTube с использованием более мощных высоковольтных источников.
Например:
а также:
Оказалось, мощности электрофорной машины (максимальный ток: I ≈10 мкА, максимальное напряжение при нулевом токе U ≈ 40 кВ) вполне хватает. Мы, конечно не растянули водяной мостик до 25 мм, но четко наблюдали это интересное явление. Да, и дистиллированную воду я взял посовестившись с Дедом Морозом одной известной торговой марки, про которую пишут, что электропроводность этой воды примерно в пять раз меньше верхней границы, требуемой по ГОСТ.
Водяной мостик образуется между двумя стаканами с дистиллированной водой, если к стаканам приложено высокое напряжение. Это – электростатическое явление, ток в принципе через мостик не должен протекать, т.к. дистиллированная вода является диэлектриком. На практике, небольшой ток, конечно протекает, ведь даже в дистиллированной воде присутствуют заряженные ионы H₃O⁺ и HCO₃⁻, которые образуются благодаря растворению в воде атмосферного углекислого газа. Но этот ток скорее мешает явлению: ток разогревает водяной мостик, а также просаживает источник высокого напряжения (особенно если последний имеет ограничение тока). В идеале, если бы вода совсем не проводила ток, то можно было бы просто зарядить стаканы статическим электричеством и наблюдать висячий водяной мостик неограниченно долго.
Удивительно много было предложено самых смелых идей о природе этого явления, самый подробный обзор был опубликован в журнале Water 2010, 2, 381-410; doi:10.3390/w2030381, автор обзора Эльмар Фукс, название: «Can a Century Old Experiment Reveal Hidden Properties of Water?». Я выложил оригинал обзора здесь:
Я также поправил весьма отвратительный автоматический, выложенный на одном из каких-то левых сайтов, перевод, и выложил исправленную версию перевода здесь:
Этот обзор хорош тем, что в конце приводится исчерпывающий перечень ссылок на исследования по этой теме. Меня, честно говоря, ужаснул объем этого перечня, но академик Арцимович как-то сказал: «Наука — лучший способ удовлетворения личного любопытства за государственный счёт».
Некоторые авторы кинулись искать «тонкую структуру» воды, якобы молекулы воды плавают не по одиночке, а в воде образуются некоторые сгустки молекул, или какие-то микрольдинки, состоящие из порядка десятка (или десятков) молекул H₂O, выстроенных в определенном порядке. В доказательства авторы приводят отличия некоторых химических и физических свойств талой воды от воды обыкновенной (последняя постояла несколько часов при комнатной температуре). Я не берусь оспаривать, может в талой воде какие-то еще не до конца распавшиеся на отдельные молекулы микрольдинки и плавают, но только, какое отношение это имеет к обсуждаемому явлению?
Или, как вам это нравится? В воде спонтанно образуются какие-то когерентные домены из ориентированных определённым образом молекул воды, и эти домены могут объединяться и вытягиваться вдоль поля, благодаря чему вода ведёт себя в электрическом поле подобно ферромагнитной жидкости, помещенной в магнитное поле.
Работая над исправлением перевода встретил интересный англоязычный термин: Ab initio (с лат. — «от начала») — обоснование какого-либо явления из естественных законов природы без привлечения дополнительных эмпирических предположений или специальных моделей.
Если пользоваться методами «ab initio», то нет необходимости делать какие-либо предположения о сложной структуре такого вещества как вода на микроскопическом уровне.
Известно, что у воды, как у любого вещества есть такие макроскопические и хорошо изученные свойства, такие, как, плотность, вязкость, а также коэффициент поверхностного натяжения и относительная диэлектрическая проницаемость. На воду действуют внешняя сила тяжести, а также силы со стороны электрического поля. Оказывается, этих простых свойств вполне достаточно, чтобы качественно и количественно описать этот школьный эксперимент.
Я нашел интересный проект студентов МФТИ, где они, используя подход «ab initio» хорошо описали явление, показали, что сил поверхностного натяжения воды достаточно, чтобы удержать мостик навесу, а также показали, что водяной цилиндр не рассыпается на отдельные капли шарообразной формы (за счет тех же сил поверхностного натяжения) из-за того, что изнутри мостик распирается силой давления электрического поля.
Вот эта работа:
Для наглядности я привожу здесь иллюстрации из работы этих студентов.
Ребята, конечно, запутались в формулах, меня сразу смутил тот факт, что они ни разу не использовали величину относительной диэлектрической проницаемости воды, а ведь именно от нее зависит давление электрического поля на стенки водяного цилиндра. Но это, вероятно, были теоретики, чего только стоить одна их формула:
P = E²/(8∙π) - формула, в принципе - правильная, но записана в безразмерной системе единиц, в которой скорость света с=1, и не учитывает относительную диэлектрическую проницаемость воды. Поэтому я взял на себя труд перевести все формулы на нормальный технический язык:
У меня в СИ, у меня получилось следующее выражение для давления поля на стенки цилиндра:
P = (ε-1)∙ε₀∙E²/2, [Па]
Где:
ε ≈ 80 – относительная диэлектрическая проницаемость воды
ε₀ = 10⁷/(4∙π∙с²) ≈ 8.854∙10⁻¹², [Ф/м] – электрическая постоянная, скорость света: с = 299792458 м/с, (у студентов, очевидно ε₀ = 1/(4∙π) – безразмерная величина).
E = ΔΦ/L, [В/м] – напряженность электрического поля, ΔΦ, [В] – разность потенциалов на концах водяного цилиндра, L, [м] – длина водяного мостика.
Я не буду утомлять читателя выводом этой формулы для давления на стенки цилиндра, но тем, кому интересно, могу порекомендовать, например, посмотреть решение задачи №5, опубликованной в журнале Квант 2002, 5, 40-43 "Электростатическое поле в веществе":
Студенты совершенно справедливо приравняли работу сил давления при увеличении объема мостика (при увеличении его диаметра) к работе силы поверхностного натяжения, и таким образом из общих физических принципов связали радиус (или диаметр) мостика с величиной E – напряженностью электрического поля, и сравнили полученный результат с экспериментом. Мне особенно понравилось, что они, пожалуй, первыми учитывали только ΔΦ на концах мостка (они вычитали падение напряжения в самих стаканах).
Я не буду воспроизводить их выкладки в безразмерной системе единиц, приведу, лишь аналогичный результат, полученный в СИ:
E = √(2∙σ/(r∙(ε-1)∙ε₀)), [В/м],
Где:
√ - знак квадратного корня
σ = 7.86∙10⁻³, [Н/м] – коэффициент поверхностного натяжения воды
r [м] – радиус водяного цилиндра в метрах
Если подставить значение r = 0.25∙10⁻³ (для диаметра мостика 0.5 мм), то получится обратная величина
1/E = 3.33 мм/кВ (длина мостика в миллиметрах на киловольт), при этом учитывается падение напряжения только на концах самого мостика. Эта величина очень близка к полученной студентами в экспериментальной части работы.
В заключение, хочу отметить, что подход «ab initio» часто дает более простое и наглядное объяснение явления, и не требует привлечения дополнительных эмпирических предположений или специальных моделей, например, каких-то структурных особенностей такого простого вещества, ка вода.
Показать полностью
1
Сага о бешеной мыши
Я не знаю точного значения слова «сага», но интуитивно понятно, что это – короткий рассказ с мифическим уклоном. Возможно, это – самое подходящее название для данного поста.
Основной текст поста будет чуть ниже, для затравки – небольшой старый анекдот (но в тему).
Юзер: - Поставь-ка новые драйверы видеокарты.
Windows: - А диск есть?
Юзер: - Есть.
Windows: - А что сказать надо?
Юзер: - Ok'.
Windows: - Фиг тебе, а не Ok'. Не могу найти необходимые файлы!
Юзер: - Так вот же они!
Windows: - Где?!
Юзер: - Да на диске!
Windows: - На каком?
Юзер: - На B:.
Windows: - Нет такого диска.
Юзер: - А почему под DOS'ом есть?!
Windows: - Не мои проблемы.
Юзер: - А как же мне драйверы поставить?
Windows: - А зачем тебе драйверы? У тебя видеокарты-то нет.
Юзер: - Не может быть!
Windows: - Точно тебе говорю.
Юзер: - А аудио есть?
Windows: - И аудио нет.
Юзер: - А что есть?
Windows: - Джойстик есть.
Юзер: - Отродясь не было...
Windows: - Мне виднее.
Представьте себе, у Вас есть небольшой промышленный панельный компьютер с сенсорным экраном, для монтажа, в шкаф управления. На этом компьютере установлен какой-никакой интерфейс оператора для отображения ряда сигналов и сообщений для оператора.
Основную роль в управлении оборудованием играет, конечно же, программируемый логический контроллер (ПЛК), который – тупой, как железяка, и не требует «штатного» завершения работы при отключении питания.
Специально для этого панельного компьютера предусмотрен источник бесперебойного питания (ИБП), который пару минут будет держать питание 24 В, чтобы Windows корректно завершила работу.
С этим ИБП предусмотрена связь по интерфейсу RS485 (это последовательный, или COM порт на компьютере, протокол Modbus RTU). Фактически стояла задача корректно свернуть работу Windows при пропадании внешнего питания.
Так, вот, тестируем эту систему у себя на столе, кабель для COM-порта, соответственно – времянка, сделан на соплях. В какой-то момент (интерфейс оператора еще не запущен) отвалилась одна жила в разъеме. И тут началось…
Висящая в воздухе жила поймала какую-то наводку, может радио, может 50 Гц промышленной частоты. Windows тут же сообразила, что кто-то стучится ей в COM порт и, соответственно, тут же установила себе мышку (которой отродясь не было). Так вот, эта «бешеная мышь», что только не вытворяла. Носилась с большой скоростью по всему экрану, открывала какие-то бесчисленные окна, закрывала, что-то сохраняла, что-то удаляла, меняла настройки Windows.
Пока разобрались и выдернули этот чертов кабель, прошло не больше минуты.
Эта «бешеная мышь» умудрилась за одну минуту сделать удивительные вещи: удалила все иконки с рабочего стола, да так искусно это сделала, что на «стерильный» рабочий стол больше не было никакой возможности ни перетащить, не создать новую иконку. Я даже пробовал просто новый текстовый документ создать на рабочем столе – не создавался.
Интерфейс оператора, как и любой другой exe-файл просто не запускались. Перезагрузка компьютера не помогала.
Пришел сисадмин…
Пощелкал во всякие настройки (минут 20), после чего изумленно поворачивается к нам:
- Как вы это сделали?
- Да, никак. Это все «мышь бешенная»!
Пришлось полностью переустанавливать систему.
Я, честно говоря, до этого инцидента не верил, что без клавиатуры можно что-то существенно изменить в Windows. Пока мы ошарашенно смотрели на монитор: «Что, собственно говоря, происходит?», я не застукал эту мышь за занятием, чтобы она открывала бы экранную клавиатуру и что-то осмысленное набирала. Но ведь, смогла же! Ни один хакер бы за такое короткое время не справился, чтобы так порушить систему.
Мы после этого отключили всякое автоматическое добавление устройств.
Показать полностью
Метеоритное озеро Янисярви. Отдых с палатками
Озеро Янисярви интересно тем, что образовалось в древнем ударном кратере от большого метеорита, упавшего на Землю около 700 миллионов лет назад. По сравнению с другими озерами Карелии ледникового происхождения озеро Янисярви имеет большую глубину (до 57 метров), рельеф ударного кратера, конечно, сильно изменен ледниками, но озеро сохранило свою круглую форму, диаметром более 10 км. Посередине озера возвышаются два острова, которые, возможно, представляют собой остатки центрального поднятия, характерного для ударных кратеров http://www.meteorites.ru/menu/encyclopaedia/ruscraters_full.html
Согласно геологической карте на этих островах должны встречаются импакты (минералы, образовавшиеся в результате столкновения крупных метеоритов с поверхностью Земли) http://labmpg.sscc.ru/a222.html
(Под цифрой 8 светло-зелёным цветом - здесь обозначены импакты)
Я не нашел среди отчетов о байдарочных походах каких-либо описаний удобных палаточных стоянок на самом озере и на центральных островах. Большинство байдарочных групп стартуют от станции Янисярви и сразу сплавляются по реке Янисйоки, которая впадает в шхеры Ладожского озера через примерно 30 км пути. Чтобы восполнить этот пробел я, собственно говоря и пишу этот пост.
Наша группа состояла из шести человек и собаки. Дорога от Москвы до Сортавалы заняла 11 часов на двух машинах. Заночевали в Сортавале в гостевом доме с тремя спальнями, который забронировали через Интернет за 10 т.р. Утром добрались до турбазы «Черные камни» на берегу озера (1 час от Сортавалы), собрали катамаран, оставили машины на охраняемой стоянке турбазы. Эта турбаза какая-то очень разпальцованная, больше похожа на санаторий, стоянка одного автомобиля обходится 1 т.р. в сутки. Гости турбазы с интересом смотрели на «диких» туристов, разложивших на берегу свои гермомешки.
Идти предстояло точно на восток. Вид на острова открылся сразу при выходе из залива, как только мы обогнули ближайший мыс. На небольшом островке в 2.5 км от конца мыса стоит рыбацкий домик. Первый большой остров обогнули с севера. С воды мы не заметили признаков удобных стоянок, прошли между центральными островами. На втором острове сразу заметили на юго-западном берегу острова признаки нескольких стоянок.
В южной бухте острова также стоит рыбацкий домик и на берегу просто огромная походная баня человек на 12 сразу с двумя печками.
Прошли в сумме чуть больше 8 км, потратили полтора часа. С погодой повезло. Дождевые тучи как будто упирались невидимую стену на границе озера и неохотно огибали озеро по периметру, задевая озеро лишь по краям. Точно в середине озера почти постоянно был просвет с голубым небом. У меня сложилось впечатление, что это глубокое озеро является резервуаром тепла, и над озером, предположительно, постоянно присутствует восходящий поток воздуха, который и разгоняет облака.
(Вид на соседний остров)
Встали на юго-западном берегу на кромке леса. Остров окружен галечным пляжем шириной до 20 метров, причем сразу бросается в глаза отличие береговой линии от типичного берега озера ледникового происхождения, каких я немало повидал в Карелии. Вместо серых прилизанных, уходящих круто в воду скал и бухточек с илистым дном, заросших камышом берег состоял местами из растрескавшихся скал черного цвета, изобилующих свежими сколами породы, причем эти сколы демонстрировали явную анизотропию (выделенное направление), местами берег представлял каменную насыпь из гальки и обкатанных водой камней различного размера.
Причем большинство камней имели неоднородный состав и твердые включения, которые проявлялись в виде пупырчатой поверхности, т.к. вода с разной скоростью обтачивает твердые и мягкие минералы. Я полагаю, что все это было в однажды расплавлено за очень короткое время, а потом расплав остыл и кристаллизовался тоже довольно быстро, так и не успев перемешаться до однородной массы. Пример такого камня сейчас лежит у меня на столе. Это не кусок бетона. Камень очень твердый и хрупкий.
Места для палаток представляли собой разровненные предыдущими туристами (или рыбаками) площадки среди мелкой гальки на кромке леса. Место для костра оборудовали также на камнях ближе к воде. Дров на острове предостаточно. На острове возвышается гора, 15 метров над уровнем воды, поросшая смешанным лесом с преобладанием сосны. Под ногами – мягкий мох и сплошной черничник. Гора имеет пологий склон с южной стороны и неожиданно крутой склон, спускающийся к северному берегу. Почти в самой верхней точке горы есть заболоченная ложбинка.
Вода в озере очень чистая и на удивление теплая, эхолот с датчиком температуры показывал +21 градус. Мы купались, дети тоже купались. Зато собака, искупавшись в первый же день не горела желанием плавать в озере еще раз. Иногда мелководное пространство между островами троллили рыбаки. Глубина в середине между островами 6 метров, дно около островов – каменистое, джиг застрянет между камнями сразу же, а вот метров 200 от берега чувствуется илистое дно, или песок. Мы тоже троллингом прошлись от острова к острову и обратно, поймали небольшого судака, которого запекли в фольге. У противоположного острова две узких полоски камышей не принесли удачи. Но нужно отметить, что в нашей команде не было ни одного опытного рыбака, или хотя бы увлеченного любителя. Черника в это время только начинала поспевать, брусника была вся зеленая. Комаров было почему-то очень мало, я набрал баллончиков со спеем от комаров, но мы ими так и не воспользовались.
(Это - утренний туман, почти скрыл остров напротив)
Резюме: отличное озеро для семейного отдыха с палатками.
Показать полностью
15
Креативный продавец мороженого
А также очень плоский пляж...
Показать полностью
1
Наблюдение в поезде метро, или "халявная" энергия силы инерции
Человек едва успел зайти в последнюю дверь хвостового вагона поезда метро. Ему нужно проехать несколько остановок. Но человеку ближе было бы выходить из первой двери головного вагона поезда на своей станции, он это знает и хочет сэкономить немного времени. Поэтому человек действует следующим образом: как только поезд трогается, он идет вперед по ходу поезда до конца вагона, а когда наступает очередная остановка, он выходит из первой двери вагона и пересаживается в последнюю дверь следующего вагона, который уже оказывается немного ближе к голове поезда. Так он действует на каждой станции, и в конце концов оказывается в головном вагоне поезда. Но человек замечает, что всякий раз, когда он проходит вдоль вагона, поезд ускоряется и человек с помощью своей мускульной силы преодолевает силу инерции (ему тяжело идти, он идёт как будто в горку). Т.е. человек совершает работу против силы инерции. Потом человек стоит неподвижно около первой двери вагона, держась за поручень, пока поезд движется равномерно между станциями и продолжает стоять, держась за поручень, пока поезд тормозит, приближаясь к очередной станции. Пока человек стоит, он работы не совершает. В следующем вагоне все повторяется, и человек снова совершает работу против силы инерции на разгонном участке поезда. Вопрос – куда пропадает работа, совершенная человеком? Вы скажете, работа переходит в тепло? Я с Вами не буду спорить. Всякая работа в конечном итоге превращается в тепло, но вот какой механизм такого превращения.
Рассмотри другой пример, второй человек, перемещающийся на гироскутере действует почти так же, но с той лишь разницей, что он стоит неподвижно, держась за поручень пока поезд разгоняется, а начинает движение вдоль вагона лишь на участке торможения поезда. При этом сила инерции помогает ему катится вперед (как бы подталкивает в спину). И второй человек пользуясь случаем за счет рекуперации подзаряжает аккумуляторы своего гироскутера. Откуда взялась дополнительная энергия, для зарядки аккумулятора? Ответ очевиден: первый человек своими мускулами помог немного подзарядить аккумулятор гироскутера второго человека.
Показать полностью
Все треугольники равнобедренные
Докажем, например, что в произвольном треугольнике любые две стороны равны.
1) Для этого в произвольном треугольнике ABC проведем биссектрису угла ABC и серединный перпендикуляр к стороне AC, пусть они пересекаются в точке P, точка M - середина стороны AC.
2) Опустим из точки P перпендикуляры PK и PL к сторонам треугольника AB и BC, соответственно. Соединим также точку P отрезками с вершинами A и B треугольника.
3) Прямоугольные треугольники AMP и CMP равны по двум катетам, следовательно AP = CP
4) Отрезки KP = LP, так как точка P лежит на биссектрисе угла ABC, а любая точка биссектрисы лежит на равном удалении от сторон угла.
5) Прямоугольные треугольники AKP и CLP равны по катету и гипотенузе, следовательно AK = CL.
6) Прямоугольные треугольники KPB и LPB также равны по катету и гипотенузе, следовательно отрезки KB = LB.
7) Для длин сторон треугольника получаем равенство: AB = KB+AK = LB +CL = BC
Очевидно, мы неправильно предположили, что точка P лежит внутри треугольника. Попробуем размышлять по-другому. Пусть точка P лежит вне треугольника, как-то так:
Дальше повторяем наши рассуждения с первого по шестой пункт:
1) Проведем биссектрису угла ABC и серединный перпендикуляр к стороне AC, пусть они пересекаются в точке P (которая теперь лежит вне треугольника), точка M - середина стороны AC.
2) Опустим из точки P перпендикуляры PK и PL к продолжению сторон треугольника AB и BC, соответственно. Соединим также точку P отрезками с вершинами A и B треугольника.
3) Прямоугольные треугольники AMP и CMP равны по двум катетам, следовательно AP = CP
4) Отрезки KP = LP, так как точка P лежит на биссектрисе угла ABC, а любая точка биссектрисы лежит на равном удалении от сторон угла.
5) Прямоугольные треугольники AKP и CLP равны по катету и гипотенузе, следовательно AK = CL.
6) Прямоугольные треугольники KPB и LPB также равны по катету и гипотенузе, следовательно отрезки KB = LB.
7) Осталось сравнить длины сторон: AB = KB-AK = LB - CL = BC, опять получается треугольник - равнобедренный.
P. S.
Это старая шутливая задача, прошу прощения, если где-то повторяюсь.
Источник: https://geometry.ru/smile.php
Показать полностью
2
Парадокс стола на четырех ножках
В книге «Физики продолжают шутить»: МИР; Москва; 1968
есть известная шутка (на странице 139):
«Когда физика-теоретика просят рассчитать, скажем, устойчивость обычного
стола с 4-мя ножками, он довольно быстро приносит первые результаты,
относящиеся к столу с одной ножкой и к столу с бесконечным числом ножек.
Остальную часть своей жизни он безуспешно решает общую задачу о столе
с произвольным числом ножек.»
Однако, задача не такая простая, см. статью в журнале Квант:
Г. Любарский, Парадокс стола на четырех ножках, Квант, 2007, номер 5, 14–17