- Содержимое по тегу: размышления

kalser.ru Физика Солнца Содержимое по тегу: размышления

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

Во время проведения Чемпионата мира по легкой атлетике  в Москве (10 - 18 августа) нашему читателю наверняка, хотя бы раз, попадалась на глаза беговая дорожка стадиона. Что же в ней удивительного, спросит читатель. Она имеет овальную форму. В свою очередь, овал есть комбинация двух прямых и полуокружностей. По устоявшейся традиции, беговых дорожек на стадионе 8 штук [1].

Вопрос - как расставить бегунов на вираже так, чтобы всем досталось одинаковое расстояние?

На официальном сайте IAAF можно наблюдать документ с точными математическими расчетами расстановки бегунов на вираже в зависимости от вида соревнований.

track_and_field_0

За официальную форму беговых дорожек принята геометрия овала.

Понять, кто первый, на прямом участке несложно. А вот определить, кто же лидирует на  вираже, на глаз практически невозможно. На кривой части дистанции удобно вычислить лидера либо по первому преодолению им своего барьера (т. к. на 8-ми дорожках они расставлены "справедливо", согласно расчетам), либо же по моменту передачи эстафетной палочки (места передачи также эквидистантны).

track_and_field_01

Официальные размеры беговой дорожки (источник: IAAF 400 METRE STANDARD TRACK, MARKING PLAN).

Очевидно, что из-за овальной формы к каждой последующей дорожке необходимо добавить некое расстояние L.

И хотя, в приведенном выше документе для расчета стадионных дорожек, уже все готово, для примера, вычислим стартовые позиции для 8-ми бегунов на 1 круг по стадиону (400 м). Итак, постановка задачи:

1. Радиус кривизны траектории R = 36.5 м

2. Максимальный угол раствора \alpha = 2 \pi (окружность)

3. Ширина каждой дорожки \Delta r = 1.22 м, количество дорожек n = 8

Найти: справедливое расстояние между бегунами L-?

track_and_field_02

Стартовая расстановка спортсменов на дистанцию 400 м (1 круг, стартовые позиции и искомое расстояние L выделены желтым).

Основная идея для решения подобной задачи - искомое расстояние L есть разница длин виражей (окружностей) соседних дорожек.

То есть: L = 2 \pi R_2 - 2 \pi R_1 = 2 \pi (R_2 - R_1).

С учетом  ширины беговой дорожки r, получаем:

L = 2 \pi(R_1 + r - R_1) = 2 \pi r - рабочая формула задачи.

Ну а теперь самое интересное -  расчеты рабочей формулы:

L = 2 \pi r = 2*3.14*1.22 = 7.66 м

Исходя из рабочей формулы, несложно посчитать и расстояние между 1-й и 8-й стартовыми позициями:

L_8 = 2 \pi n \cdot r = 61 м

Удивительно, но для равных результатов в беге на 1 круг по стадиону на 400 м, крайних бегунов должно разделять расстояние 61 метр!

lopata0Проведем любопытный расчет схемы самодельной лебёдки, предлагаемой авторами книги "1600 полезных советов хозяевам дома", составитель Ф. П. Ефимов, 1990 г.

Авторы предлагают, обеспечив трубой вращение вокруг черенка лопаты, рычагом достать застрявший автомобиль.

Схема опыта поясняется подробной иллюстрацией:

lopata1

Оценим силу, которую можно развить таким способом.

Постановка задачи: Тело массы m, к которому привязан нерастяжимый трос. Длина рычага (плечо силы) h = 0.5 м. Один человек прилагает к рычагу силу, допустим, F = 50 Н. Найдем силу натяжения троса T, которую удается развить в эксперименте.

lopata

Для простоты, решим задачу через закон сохранения энергии. Читателю предоставляем проверить наш расчет другими способами.

Работа по вытаскиванию автомобиля есть A_1 = T \cdot S, где S - перемещение автомобиля. Очевидно, перемещение будет равно длине троса, смотанного на трубу.

Пусть мы сделали 1 виток, радиус трубы примем r = 0.05 м:

S = 2 \pi \cdot r

Работа момента силы по наматыванию одного витка A_2 = M \cdot 2 \pi = F \cdot h \cdot 2 \pi

Приравниваем выражения для работ:

T \cdot 2 \pi \cdot r = F \cdot h \cdot 2 \pi

Откуда сила натяжения:

T = \frac{h}{r} \cdot F

Произведем числовой расчет:

T = 10F = 500 Н

Как видим, полтонны-силы вполне достаточно, чтобы вытащить застрявший автомобиль.

garden_phys_01Повторим любопытный расчет схемы дачного душа, предлагаемый авторами книги "1600 полезных советов хозяевам дома", составитель Ф. П. Ефимов, 1990 г.

Действие душа основано на давлении массы человеческого тела на поршень. Сила давления по закону Паскаля распространяется по столбу жидкости в том числе и вверх. При условии достаточного давления (достаточной массы) из душевой колонки сверху польется вода.

Общий вид схемы эксперимента показан на иллюстрации, расположенной на страницах этой книги:

garden_phys_02

Проверим расчет авторов статьи, касаемо диаметра поршня 21 см и массы человека в 70 кг. Схематично изображаем ситуацию задачи на рисунке:

garden_phys_03

Давление, образуемое телом массы m есть \vec{P} = \frac{\vec{F}}{S}.

Если поршень имеет форму цилиндра с основанием радиуса R, тогда, с учетом площади круга: \vec{P} = \frac{m \vec{g}}{\pi R^2}.

Чтобы вода полилась из душа наверху, давление, оказываемое на поршень, должно быть больше или равно давлению высоты столба жидкости H, то есть:

P_H = \rho g H => P \geq P_H

Или, беря модули векторов:

\frac{m g}{\pi R^2} \geq \rho g H

Получаем рабочее выражение для оценки массы:

 m \geq  \rho H \pi R^2

Числовые данные R = 0.105, за высоту столба жидкости примем рост человека H = 1.8

Числовой расчет:

 m \geq  1000 \cdot 1.8 \cdot 3.14 \cdot 0.105^2 \approx 62.3 кг

Очевидно, что для купания человека массы m_0 = 70 кг нужно ввести поправочный коэффициент k = \frac{m_0}{m} = 1.12 .

Очевидно также, что для расчетов авторы брали высоту, с которой польется вода H_0 = k \cdot H = 2 метра.

Вычислим высоту душа для ребенка массы 30 кг. Поправочный коэффициент в этом случае:


k = \frac{30}{62.3} = 0.48

поэтому детская высота душа:


h = kH = 0.48 \cdot 1.8 = 0.86 или 86 см.

elektrichkaИзвестно, что высокоскоростные составы поездов способны развивать относительно большие для наземного транспорта скорости. К примеру, электропоезд ржд "Сапсан" обладает конструкционной средней скоростью 250 км/ч [1]. Однако, курсирует этот состав лишь на нескольких ветках и немногие наши читатели могли наблюдать на практике такие высокие скорости. И тем не менее, каждый, кто хоть раз ездил в обычном поезде, наблюдал подобную скорость. Подтверждаем этот вывод небольшим рассуждением.

Для начала, найдем мгновенную скорость [2] поезда. Как это сделать, не имея под рукой gps? Очень просто, зная, что километровые столбы (например, такие как на нашем рисунке) вдоль железнодорожного полотна расположены каждые 100 метров, мы просто на секундомере засекаем время прохождения поезда от столба до столба. В нашем случае получилось t_{100} = 4.4 секунды, то есть мгновенная скорость поезда составила:

v_m = \frac{100}{ t_{100}} = 22.2 м/с или почти 82 км/ч

km_stolb, физика, опыты по физике, относительность скоростей, железная дорога, поезд

Зная, что столбы вдоль железнодорожного полотна расположены каждые 100 метров, легко определить мгновенную скорость поезда

Точность подсчета скорости можно увеличить, засекая время прохождения двух и более столбов.

А теперь представим, что нам попался встречный поезд с такой же скоростью. Мы находимся в первом поезде и для нас, как для неподвижного наблюдателя, скорости будут складываться по закону сложения скоростей. То есть, видя в окне встречный поезд, знайте, что его скорость в два раза выше. В нашем примере, встречный состав промчался мимо со скоростью 164 км/ч, что составляет 65% от скорости Сапсана.

К слову, на примере поездов очень ясно виден принцип относительности Галлилея. Вспомните, сколько раз вы ошибались, сидя в поезде, что вы тронулись с места, между тем как начал движение поезд за окном. Понять, что вы все-таки стоите помогают неподвижные столбы, расписание и здравый смысл, в конце концов.

lovejoy_australiaМог ли уникальный вояж в атмосфере Солнца знаменитой ныне кометы Lovedjoy породить всплески рентгеновского излучения, либо так или иначе повлиять на внутреннюю жизнь Солнца? Другими словами, если мы забросим на Солнце кусок вещества, то что в итоге произойдет? Будет вспышка, возрастет активность, или не будет вообще ничего.

Превосходную возможность провести этот смелый физический эксперимент предоставила нам комета Лавджой. При этом, само небесное тело не пострадало, а лишь подтаяло в милионноградусной солнечной короне. После солнечных ванн Лавджой сменила направление и купаясь в лучах славы, движется теперь по новой орбите. Что ж, оставим этот фрагмент межпланетного вещества в покое и проанализируем данные наблюдений.

Итак, по мере приближения к Солнцу, комета приобретает потенциальную энергию, за счет сил гравитации звезды. В перигелии орбиты Лавджой набирает скорость порядка 600 км/с и кинетическую энергию примерно 2 Кэв на протон. Содержание водорода при этом в ядре кометы небольшое, в ее составе куда более распространены тяжелые элементы, например, Fe (железо) или О (кислород). Если перевести имеющиеся 2 Кэв на протон в энергию теплового движения, то мы получим температуру порядка 20 МК, что в 10 раз превышает температуру солнечной короны. Для 20-ти миллионов кельвинов характерно собственное рентгеновское излучение, порождаемое тормозным механизмом, с сильными эмиссионными линиями таких элементов как Fe XXV, например.

comet_lovejoy_sdo_171

16 декабря 2011 года. Прохождение кометы Lovejoy мимо Солнца. Данные обсерватории SDO в канале 171 Å

Подобное явление наблюдается в физике солнца, да и вообще в науке, впервые, поэтому все тайное сразу сделать явным вряд ли получится. На рисунке ниже представлена временная зависимость уровня рентгеновского излучения на момент максимального подлета Лавджой к Солнцу по данным спутников GOES:

goes_lovedjoy_flux

На верхней панели показан уровень жесткого рентгеновского излучения. Вертикальным пунктиром отмечен интервал времени, когда комета находилась позади Солнца для земного наблюдателя. Внизу показано расстояние от Солнца до кометы в солнечных радиусах.

Итак, по данным GOES, никакого рентгеновского излучения от кометы не зафикисировано. Лишь немного вмешалась в общий фон рентгена активная область 1367, располагавшаяся на обратной стороне Солнца. Вероятно, масса ядра кометы все же достаточно мала, поэтому мала и плотность образующегося облака частиц, отсюда и отсутствие эффективного механизма преобразования кинетической энергии в нагрев электронов.

Отсутствие собственного рентгеновоскго излучения - один из первых выводов о физике процессов кометы вблизи Солнца. Имеющаяся база уникальных наблюдений присутствия инородного тела в атмосфере звезды может послужить ключом к решению многих вопросов физики плазмы и механизма нагрева короны. Например, очень занимательным представляется спиральность обычно прямого хвоста у кометы Лавджой, во время вояжа в солнечной короне (см. рис. выше).

Спиральность и колебания хвоста кометы Лавджой во время прохождения через солнечную корону. Данные STEREO-B в крайнем ультрафиолете (источник)

Что стало причиной потери ​​хвоста кометы в атмосфере Солнца, и дальнейшего его восстановления? Или, что еще непонятней, как вообще сумела выжить комета Лавджой? Вопросов еще множество.

По материалам англоязычного источника

Опубликовано в Физика Солнца

То, что наша Земля намного меньше Солнца - факт общеизвестный. Настолько общеизвестный  - в 109 раз, что об этом говорят, не задумываясь. А мы сегодня в нашем блоге по физике задумаемся над этими масштабами. Постараемся наглядно представить себе соотношение масштабов Земли и Солнца.

sun_and_planet_01

Солнце намного больше в диаметре, чем планеты.

Единственное, как вы можете видеть, космические тела уж слишком велики для воображения. Смотрите, насколько Земля меньше Солнца, а ведь на Земле - материки, на них города, в них дома, в которых уже совсем малые величины - люди.  Для наших дальнейших рассуждений мы всё пропорционально уменьшим в размерах, примерно так, как это получалось при помощи разных бутылочек у Алисы Льюиса Кэрола в его книге "Алиса в стране чудес".

Начнем, собственно, с Земли. Примем диаметр нашей планеты за диаметр горошины:

sun_and_planet_02

Земля размером с горох

Тогда, если Земля теперь горошина с диаметром 8 мм, то Солнце это:

Dο = 109 · 8 = 872 мм ≈ 87 см

шар с диаметром Dο = 87 сантиметров. Представьте себе немаленький надувной шар и рядом горошину. Вот это и будет Солнце с Землей. Но мы с вами также знаем ,что Солнце разогрето до гигантских для Земли температур, и при этом светило еще время от времени проявляет активность.

Представляете, что станет с горошиной, если наш надутый шар начнет кипеть и бросаться направо-налево раскаленным веществом. Нам нужно унести нашу горошину на безопасное расстояние. Собственно, Земля достаточно удалена от Солнца. Насколько? Давайте сравним, используя наше "гороховое" приближение.

Одна астрономическая единица (расстояние от Земли до Солнца) есть примерно 150 млн. км. Поэтому нашу горошину нужно отдалить от надувного шара на:

150 ·106 км ------ х мм

12 700  км ------ 8 мм

х = 8 ·10-3 · 150 · 106/12 700 = 944 м

примерно на 1 км! Если учесть, что угловое разрешение человеческого глаза примерно 0.02 градуса, то мы с трудом сможем различить на километровом расстоянии наш шар-солнце, что уж говорить о горошине.

Однако, в реальности, если мы уже говорим о настоящих Солнце и Земле, солнечная активность, даже сквозь такое немалое расстояние, способна ощутимо влиять на земную жизнь, вызывая, время от времени, геомагнитные бури на нашей планете. Но не только лишь геомагнитные бури достаются Земле от Солнца. Солнечно-земные связи гораздо сложнее, чем рассмотренные нами сегодня "гороховые" приближения.

Опубликовано в Физика Солнца

1971_new_year

Как известно, нашему Деду и его внучке Снегурочке необходимо за одни сутки раздать миллионы подарков ребятишкам по все нашей стране и окрестностям. Как это удаётся сделать, и что помогает нашим новогодним героям наградить всех ребят в столь короткий срок? Давайте рассуждать с физической точки зрения. Итак, у нас есть ровно одни сутки...

Часовые пояса

Time_ZonesВот тут нас ждет первая неожиданность - оказывается времени у Деда Мороза в запасе не сутки, а почти на 12 часов больше из-за смены часовых поясов. Сани Деда Мороза движутся с Востока на Запад, отсюда и экономия времени.

Происходит все абсолютно то же самое, что и у героев замечательного романа Жюля Верна "Вокруг света за 80 дней". Территория России по долготе имеет протяженность порядка 171 градуса, что составляет почти 11.5 часа. Хотя часовых поясов у нас официально всего 9 (источник). Итак, подарки Дедушке нужно раздать за 36 часов.

Но все равно, только представьте, за 36 часов раздать порядка 25 миллионов подарков! Никакая почта не сможет справиться с такой нагрузкой. Что же из физических законов может помочь нашему Деду и его Снегурке?

Относительность времени

Lorentz_transform_exАльберт Эйнштейн в свое время доказал, что для двух наблюдателей время может идти по-разному. Для летящей тройки Деда Мороза время идет медленее, чем для ждущих под елкой подарков детей. Хотя... тройке пришлось бы нестись по снежному полю так быстро, что она бы, наверное, слетела с орбиты Земли, растеряв все подарки. К тому же нам жаль Снегурочку, поэтому такой вариант мы решительно отметаем.

Мы также знаем, что сильные гравитационные поля способны повлиять на ход времени. Поможет ли нашему Дедушке масса Земли? Скорее всего, тоже нет. Ведь всего лишь для удвоения наших 36-ти часов до 72-х Земля должна почти в 1000 раз превышать нынешнюю массу Солнца! Тогда наша планета просто станет черной дырой, а нам бы этого очень не хотелось. Тем более всем уже точно будет тогда не до подарков.

И все-таки, в теории относительности есть одна лазейка для новогодних саней. Почти через 90 лет после открытия Энштейна, современные физики обнаружили частное решение теории относительности, позволяющее саням Деда Мороза совершать путешествие в пространстве сколь угодно долго и на любых скоростях в своеобразном "пронстранственном пузыре". Правда, чтобы надуть подобный "пузырь", необходима очень большая энергия, превышающая в миллирады раз нынешнюю, наблюдаемую человечеством, энергию Вселенной. Если только предположить, что ребятишки локально способны генерировать такую энергию. Впрочем, иногда кажется, что дети способны и на такое.

Элементы квантовой механики

shredinger

Теория квантовой механики тоже дает сценарии мгновенного перемещения в пространстве. Причем, саням Дедушки Мороза вовсе необязательно нестись по заснеженной новогодней степи. Можно просто осуществить "туннельный эффект", на который ставит запрет классическая механика. Тогда мешок с подарками будет перемещаться в пространстве от елки к елке... правда и тут не обойтись без гигантского количества энергии. И, надо сказать, современная физика пока не достигла высот по транспортировке подарков при помощи туннелирования.

Космические корабли Фон Неймана

Возможно, есть смысл объяснить оперативность Дедушки Мороза идеей американско-венгерского физика Джона Фон Неймана, который предложил космическим кораблям самовосстанавлиться по заранее заложенным в них программам из сырья, которое они найдут на далеких планетах.

Тогда наши новогодние сани с мешком подарков будут растиражированы по регионам и даже домам, и Дедушка Мороз сможет всем вручить подарки и успеть поздравить всех ребятишек. Правда, механизмов синтеза вещества нанотехнологии нам пока не предложили. И здесь мы пока в раздумьях... Хотя данный вариант ближе к правде из всех рассмотренных - Дедушек Морозов и вправду подозрительно много в новый год.

Что ж, остается только сделать вывод, что Дедушка Мороз знает физику лучше, чем мы, раз у него получается каждый год поздравить миллионы ребят с наступающим новым годом.


По материалам англоязычного источника The physics of Santa>>

Опубликовано в Новости
usb питание энергия физика столовая опыт
Энергия. Мы получаем ее с пищей несколько раз на дню, дальше съеденное расщепляется где-то внутри нас, потом энергия начинает медленно расходиться по организму... мы не будем заглядывать глубже, кто их, эти механизмы превращения еды в энергию, разберет. Биологам там хорошо, а для физики этот процесс непонятен, и не важен, в конце концов.

Энергетическая ценность продуктов измеряется в [ккал]

Электрическая мощность (энергия) - в [квт · час]

Итак, мы получаем энергию из еды. Мы знаем, что энергия вещь универсальная (мы вас поздравляем, теперь вы тоже это знаете) и способна переходить от одной формы в другую. Правильно, из одной формы - в другую... даже из usb-порта компьютера может переходить. Давайте свяжем энергию жизнеобеспечения человека от пищи с эквивалентом в электричестве.
питаться от usb-порта - всего несколько рублей!

Возьмем пищевую энергетическую норму студента-физика: W1 = 3300 ккал (не в период сессии, конечно). Переводим калории в электрическую мощность:

W1 = 3300 ккал = 3.84 квт·час

Отлично, теперь мы знаем стоимость суточного рациона, если будем питаться от usb-порта - всего несколько рублей. Что сказать, существенный плюс. Но давайте посмотрим дальше.

завтрак + обед + ужин = полчаса

Согласно характеристикам стандарта usb, компьютер может обеспечить подачу питающего напряжения 5 В при токе до 500 мА. Поэтому электрическая мощность:

P = UI = W1/t => время питания t = UI/W1 = 0.65 час

То есть, другими словами, зватрак + обед + ужин + перекусы, да все питание, практически, у вас займет чуть более получаса. Смело заносим в плюсы и этот вывод.

Как видите, питание от usb-порта экономичнее быстрее и..., к сожалению, неосуществимее. Так что - да здравствует очередь в столовую. Зато теперь вы знаете, каким вопросом пугать знакомых биологов.

24 февраля этого года на Солнце произошел последний пока в нынешнем цикле активности выброс корональной массы:

Время выброса составило порядка двадцати минут. Видео представляет собой покадровую обработку рентгеновских данных космического аппарата SDO. Синим кружком обозначены размеры Земли.

Обратите внимание насколько этот выброс больше размеров нашей планеты!

Опубликовано в Физика Солнца

***

Поезд. За окном мелькают деревья, поля, редкие дома. Маленький мальчуган смотрит в окно купе.

- Мама, а почему всё едет, а мы стоим?

- Ты что? Едет поезд, а в нем мы едем, а все стоит. И вообще, хватит баловаться, беги мой руки - сейчас будем кушать!

***

А ведь ребенок абсолютно прав. Мы-то на самом деле, действительно, стоим, а поля и леса проносятся мимо нас. Наша система отчета связана с поездом, а потому мы неподвижны. Сторонний наблюдатель на берегу реки связан с системой отчета земли и для него мы едем. Впрочем, и для нас, когда мы сойдем на станции, поезд тоже будет ехать, до тех пор пока мы не станем его пассажирами. Удивительный факт!

Но почему же мы его не замечаем? Потому что все мы когда-то в детстве ушли мыть руки.

 

Загрузить эту анимацию по физике на свой компьютер >>

 

 

<< Первая < Предыдущая 1 2 Следующая > Последняя >>
Страница 1 из 2

(новое окно)

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