- Содержимое по тегу: Ньютон

kalser.ru Физика Солнца Содержимое по тегу: Ньютон

Каталог событий на Солнце

Фото и видео Солнца

Солнечные вспышки

Космическая погода

Лучшее за неделю от:

Наблюдение планет

Околосолнечные кометы

Образование

Ключевые слова (тэги)
AO 1618 CGRO Culgoora goes HIC hinode Hinotori ISON Nancay Nobeyama OVRO PROBA RATAN600 rhessi sdo SMM soho stereo TRACE VLA Yohkoh АО 1598 АО 1748 АО 1817 АО 1818 АО 1836 АО 1875 АО 1882 АО 1890 АО 1897 АО 1944 Альвен Аристарх Самосский Аристотель Бете Бирман и Шварцшильд Бэбкок Вассениус Галилей Гартман Гиппарх ДжСвифт Каулинг Коперник Кэррингтон Лейтон Необычное на Солнце Ньютон Паркер Птолемей Россия в космосе ССРТ Секки Теофраст Афинский Тихо Браге Фраунгофер Ханнес Альфвен Хейл Швабе Шперер Эвершед Эйлер венера видео солнца вспышка на Солнце гелий затмение интергелиозонд исследование кеплер комета корональный выброс CME коронас фотон коронограф космические миссии магнетограф магнитная буря марс построить график протуберанец размышления редкость сильная вспышка солнечные пятна солнечный ветер спектрогелиограф спикуллы стример факты фиан фобос грунт фото солнца хромосферная сетка юпитер

frontpage_imageДемонстрация принципа действия паровой турбины. Этот опыт по физике может быть полезен школьникам по темам "Тепловое расширение тел", "Реактивное движение" и прочих. Идея опыта позаимствована из замечательной книги Якова Исидоровича Перельмана "Занимательная физика".

Согласно легенде, создание первой паровой турбины приписывается Герону Александрийскому. Конструкция Герона представляла собой резервуар с водой и рабочее тело - полый шар на подвесе с отведенными в сторону трубами. При закипании воды в резервуаре, потоки пара устремлялись сначала в шар, а затем по отведениям, тем самым придавая вращение рабочему телу.

g5

Идея реактивного движения за счет пара была настолько привлекательна, что даже великому Исааку Ньютону приписывали создание автомобиля на паровом двигателе:

g6

Наш опыт, как и у Герона, также будет основан на движении рабочего тела турбины за счет направленных в разные стороны быстрых потоков водяного пара. Однако резервуар и рабочее тело мы, для простоты, совместим воедино. Для воплощения идеи нам понадобится пустая яичная скорлупа, нить и источник тепла (мы используем парафиновую свечу).

g1

Несмотря на доступность компонентов, опыт довольно тудоемкий - получить пустую скорлупу с нужными отверстиями довольно сложно. Для начала хорошенько встряхнем полное яйцо, чтобы сделать его внутренности максимально однородными. Отмечаем будущие отверстия на скорлупе маркером. При помощи острого конца самореза аккуратно, скребущими движениями, без нажима, производим углубление в скорлупе. Расширяем получившееся отверстие. Вытерев насухо временно заклеиваем его лейкопластырем. Аналогично поступаем для получения второго отверстия, снимаем пластырь с первого. Создавая разность давлений в одном из отверстий, освобождаем яичную скорлупу. Прокаливая пустую скорлупу над свечой, избавляемся от пленки. Будьте внимательны - при нагреве скорлупы очень легко получить ожоги!

g2

g8Рабочее тело турбины (скорлупа) готово и теперь мы приступаем к сборке установки. Продеваем нить сквозь отверстия, например, при помощи иглы подходящей длины. Заполняем рабочее тело водой. Для этого можно использовать корпус шариковой ручки, как у нас. Закрепляем конец нити на подвес. Расстояние от пола до турбины подбираем таким образом, чтобы пламя горелки не оставляло копоти на скорлупе.

Источником тепла в нашей демонстрации служит парафиновая свеча. Надо сказать, что в "Занимательной физике" авторы опыта кораблика на паровой тяге советуют использовать в качестве топлива одеколон. Несмотря на необычность, этот ход оправдан тем, что удельная теплота сгорания спирта почти в 3 раза выше, чем у парафина! Другими словами, ждать закипания воды в случае парафиновой свечи придется намного дольше.

g3

В нашем опыте на закипание воды уходило 3-5 минут:

g7

Если отверстия в скорлупе получились слишком большими, можно лишнюю площадь залепить лейкопластырем. Итак, минуты ожидания позади, наша турбина начинает приходить в движение:

Напоследок отметим, что если читатель захочет поставить опыт по физике с моделью парохода, то парафиновую свечу лучше заменить либо спиртовой горелкой, либо веществом, с большей, нежели у парафина, теплотой внутреннего сгорания. Во-первых, значительно сократится время до закипания, а во-вторых, мощность парового двигателя также возрастет.

По материалам: Я. И. Перельман "Занимательная физика", "Наука", изд. 21-е испр. и дополненное, под ред. А. В. Митрофанова, 1982 г. том 2., стр. 23.

Задачи на нахождение явного вида формулы натяжения нити требуют внимательной расстановки всех сил на рисунке и внимательной записи второго закона Ньютона для выбранных тел. Рассмотрим пример решения задачи на форуме:

Через укрепленный блок перекинута нить. К одному концу её подвешен первый груз, а к другому концу – второй и третий грузы последовательно. Массы грузов одинаковы и равны 4кг.

Найти силу натяжения нити, связывающей второй и третий грузы.

Блок считать невесомым. Трением в блоке пренебречь.

Мысленно представляем физическую ситуацию из условия:

Загрузить эту анимацию по физике на свой компьютер >>

Отображаем ситуацию задачи на рисунке:


Формула натяжения нити


Из условия отсутствия силы трения в блоке следует равенство сил натяжения нити по обе стороны блока.

Масса правой части явно больше левой, поэтому будет наблюдаться движение с ускорением.

Всего сил натяжения будет два вида. Исходя из третьего закона Ньютона, еще одной силой натяжения нити будет искомая сила между третьим и вторым грузами.

Условие невесомости блока позволяет пренебречь его вкладом в движение груза. В старших классах школы и профильных ВУЗах вводится понятие момента инерции тела. В нашем случае ничего подобного нет, и блок никак не препятствует движению грузов. Реальный тяжелый блок вынудил бы нас искать еще одно уравнение.

Итак, в движении участвуют три тела, но сил натяжения будет две. После расстановки сил мы вправе рассмотреть любые варианты движения тел по второму закону Ньютона.

Например, общее уравнение для второго и третьего тел (будьте внимательны, справа масса 2 блоков):

forces_nit

или, для каждого тела в отдельности

forces_nit2

forces_nit1

Наша задача - получить ровно столько уравнений, сколько неизвестных в задаче. В нашем случае нужны 3 уравнения (сила натяжения нити между блоком, искомое натяжение между грузами и ускорение), поэтому логичнее всего рассмотреть каждое из тел в отдельности.

В ходе решения задачи и последовательных выкладок, рабочая формула натяжения нити есть:

forces_nit3

Опубликовано в Советы по решению задач

sun_story

1666 год.

Исаак Ньютон формулирует закон всемирного тяготения

и с его помощью объясняет движение планет вокруг Солнца.

1770 год.

Эйлер верно определяет расстояние от Земли до Солнца: 93 млн. миль (˜149 млн. км)

 

Эта история  исследования Солнца цитируется согласно изданиям:

Э. Р. Прист "Солнечная магнитогидродинамика", 1984

Markus J. Aschwanden "Physiсs of the Solar Corona", 2004

Публикация нового выпуска в Физическом блоге каждое воскресенье

Как вы считаете, почему разбивается кружка? Ну падает себе на бетонный пол, и разбивается. Ничего особенного, кружка-то фарфоровая, хрупкая. Так вот и вопрос - почему? Отчего?

От силы тяжести. После раздумий ответит юный физик. Ну да, вероятно от нее. А как конкретно это происходит? Что-то об кого-то ударяется, потом разбивается, ну падает в общем - начнут объяснять вам при ответе на такой вопрос люди, далекие от физики. Но ведь мы же посетители Физического сайта, применим законы физики здесь. Действительно, давайте представим все в рамках физического опыта.

Представим себе: кружку из фарфора, пусть будет веселая красная, с белыми пятнами. Стол (можно кухонный, неважно), два вида пола: бетон (твердый) и, пускай будет, пенопласт (мягкий).

Эксперимент: Пусть юный физик кидает сначала фарфор на пенопласт - кружка уцелела. Сбрасываем испытуемую кружку на бетонный пол. Разбилась? Само собой.

Загрузить эту анимацию по физике на свой компьютер >>

 

В чем здесь дело? Рассмотрим второй закон Ньютона. Только не в знакомой нам всем форме:

 

kruzhka1

а в том виде, в котором записал его когда-то сам Исаак Ньютон:

 

kruzhka2

 

то есть "скорость изменения импульса материальной точки равна действующей на неё силе".

Распишем подробнее:

kruzhka3

Здесь время t - в нашем случае время взаимодействия кружки и пола после падения. Импульс равен mV и не изменяется при подлете кружки к полу.

Время. Время меняется. Вот в чём разгадка! Время взаимодействия пенопласта и кружки оказалось больше, поэтому сила кружке досталась меньше. При падении на бетон время взаимодействия ничтожное, сила большая и потому разбивает нашу испытуемую  кружку на мелкие кусочки.

Где еще можно заметить такое интересное свойство? Не только же кружке так повезло с временем взаимодействия. Действительно, повезло всем. Боксеры надевают перчатки, например. Острые углы оббивают мягким материалом именно для увеличения времени взаимодействия. Понаблюдайте за окружающим миром, быть может еще где-нибудь ярко выражен второй закон Ньютона в импульсной форме.

физический блог, спектр, калсер

Мы будем наблюдать явление дисперсии видимой части электромагниного излучения (солнечного света), которое на практике обычно демонстрируют при помощи стеклянной призмы (Опыт Ньютона). Именно таким способом, в 1672 году, Исаак Ньютон осуществил опыт по разложению солнечного света в спектр, который описал в своем научном труде "Оптика".

Это опыт очень прост в исполнении, можно даже сказать - элементарен. Однако мы сделаем все немного иначе, чем у Ньютона. Наш способ будет походить на эксперимент Роджера Бэкона. Этот средневековый ученый наблюдал солнечный спектр в стакане с водой. Как же это можно осуществить в домашних условиях? Ответ представляется весьма интересным, однако для начала кратко ознакомимся с теорией явления. Послушаем перед тем, как сделать наш опыт учителя физики.

 

Часть первая: теоретическая


Prism_rainbow_schema Появление спектра после прохождения белого света через призму является самой простой демонстрацией явления дисперсии.

Дисперсия света возникает: из-за различной скорости распространения компонент солнечного спектра c разными длинами волн в оптически прозрачной среде.

Красный цвет: наибольшая скорость в среде и наименьшая степень преломления.

Фиолетовый цвет: наименьшая скорость в среде и наибольшая степень преломления.

Исаак Ньютон ввел в обиход само понятие спектр ( от латинского spectrum —  появление).

Он же условно разделил видимый свет на семь составляющих (цвета):

красный

оранжевый

жёлтый

зеленый

голубой

индиго (синий)

фиолетовый

 

 

Часть вторая: практическая

Можно сказать, что это будет опыт с водой. Для этой демонстрации нам понадобится всего несколько предметов.

Зеркало произвольной формы:

опыт ньютона, дисперсия, свет, оптика, самостоятельно, с водой опыт, домашний опыт по физике

 

Емкость с водой. Опять же, произвольной формы и необязательно прозрачная как у нас:

опыт ньютона, дисперсия, свет, оптика, самостоятельно, с водой опыт, домашний опыт по физике

 

Экран для спектра (здесь использован лист бумаги формата А4), ровная горизонтальная поверхность для емкости с водой, ну и конечно же, нам понадобится  прекрасный летний солнечный день:)

Устанавливаем наше зеркало в емкость с водой под углом, навстречу падающим солнечным лучам:

опыт ньютона, дисперсия, свет, оптика, самостоятельно, с водой опыт, домашний опыт по физике


Таким образом мы получаем подобие стеклянной призмы. Лучи солнца дважды проходят  через оптически прозрачную среду, преломляясь в воде и отражаясь от поверхности зеркала:

опыт ньютона, дисперсия, свет, оптика, самостоятельно, с водой опыт, домашний опыт по физике

Подбирая вручную угол наклона зеркала, на экране мы получаем изображение солнечного спектра:

опыт ньютона, дисперсия, свет, оптика, самостоятельно, с водой опыт, домашний опыт по физике

Правда вода все время колеблется и полоска спектра крайне неустойчива.

опыт ньютона, дисперсия, свет, оптика, самостоятельно, с водой опыт, домашний опыт по физике

Впрочем, красоты своей спектр от этого нисколько не теряет:

опыт ньютона, дисперсия, свет, оптика, самостоятельно, с водой опыт, домашний опыт по физике, спектр, картина, экран

Картины спектра причудливы и красочны...

опыт ньютона, дисперсия, свет, оптика, самостоятельно, с водой опыт, домашний опыт по физике, спектр, картина, экран

... похожи на пламя огня...

spectr9

или на северное сияние:

опыт ньютона, дисперсия, свет, оптика, самостоятельно, с водой опыт, домашний опыт по физике, спектр, картина, экран

опыт ньютона, дисперсия, свет, оптика, самостоятельно, с водой опыт, домашний опыт по физике, спектр, картина, экран

spectr12

А на что похоже это, по вашему?:)

опыт ньютона, дисперсия, свет, оптика, самостоятельно, с водой опыт, домашний опыт по физике, спектр, картина, экран

(новое окно)

Как ввести формулу
Работает только для формы "Добавить комментарий" к материалу:
будет [img]http://latex.codecogs.com/gif.latex?t^2[/img]