Что тяжелее камень или железо
Если с высоты бросить вниз перо и камень, то камень быстро полетит, он не сможет тормозить в воздухе как перо, и больно ударится о землю. Перо будет легко и плавно парить, опираясь о воздух, оно окажется в своей стихии, в отличии от камня. Стихия камня это твердая устойчивая поверхность, если он, конечно, не используется в качестве метательного снаряда, где перо будет уже неподходящим. Оказавшись на земле камень, наконец, обретает свое назначение — устойчивость, покой, неподвижность. Такой себе, крепкий фундамент. Перо же на земле оказывается беспомощным и без дела. Хаотично волочится по земле от ветра. Ему нужно летать, а не бездействовать на земле. Его суть в полете, так же как у камня в том, чтобы устойчиво и неподвижно лежать на земле. Что бы добиваться успеха, перу нужно действовать, а камню наоборот, бездействовать. В устойчивости, бездействии, хорошо укоренившись — сила камня. Он может подыматься над землей вместе с горой, на которой он находится. Это своего рода служебный рост, например. Но при этом камень должен еще сильнее держаться за свою землю — за гору. Что бы не сорваться и не упасть. Тем самым и укрепляя саму гору. Но если камень захочет быстрее добраться до вершины горы, чем это происходит в естественных условиях, и начнет передвигаться вверх по горе, то он сорвется, упадет в самый низ, больно ударится и не сможет подняться уже до того уровня, где был.
Загадка. Что тяжелее камень или железо (см. ниже)?
На чашечные весы положили камень весом два килограмма и железную гирю тоже весом два килограмма.
После чего весы опустили под воду.
При погружении в воду работает сила, о которой говорил Архимед. Удельный вес камня меньше удельного веса железа, поэтому при их равном весе объем железа будет меньше. Следует, что на камень будет действовать большая выталкивающая сила, чем действующая на железо.
Вспоминая школьный курс физики (а это было очень давно), могу предположить следующее рассуждение.
Плотность железа должна быть выше плотности камня, а следовательно под водой возможны два варианта, которые следует проверить экспериментально:
ЧТО ТЯЖЕЛЕЕ КАМЕНЬ ИЛИ ЖЕЛЕЗО
Существует легкое заблуждение, что железо всегда тяжелее камня. Однако, это не всегда так.
Масса камня или железа зависит от множества факторов, включая их химический состав и структуру. Например, некоторые камни, такие как гранит или основной шлюзовый камень, могут быть гораздо тяжелее железа, особенно если они имеют высокую плотность.
Однако, в целом, железо является более плотным материалом, поэтому оно часто весит больше, чем большинство обычных камней. Но без уточнения конкретных типов камня и железа невозможно дать однозначный ответ, что именно тяжелее.
Таким образом, ответ на вопрос «что тяжелее — камень или железо» зависит от конкретных материалов, с которыми мы сравниваем их массу.
Что тяжелее?
Сейчас буду разоблачать научный миф, развенчать который, почему-то, никто не удосужился, хотя все лежит на поверхности.
Для того, чтобы понять, насколько хорошо ученик понимает законы физики, ему задают вопрос: что тяжелее — килограмм сена, или килограмм железа? Правильным считается ответ, что килограмм килограмму равен и весят они одинаково. А, между тем, это совершенно неправильно.
Прежде всего определимся с терминами. Килограмм — это мера массы. т.е. количества вещества.
Вес, по определению — это сила с которой предмет давит на опору. И как и всякая другая сила, измеряется в ньютонах. Т.е., когда мы говорим о весе в 1 килограмм, это неправильно, верно — вес в 9,8 ньютона.
Почему мы меряем вес килограммами — это отдельный вопрос, выходящий за рамки этой заметки. Пусть им лингвисты занимаются.
И если масса в обоих случаях одинакова, то с весом не все так просто.
Перехожу непосредственно к доказательству.
С начала рассмотрим две связанные между собой физические величины — плотность и удельный вес. Чем больше плотность, тем меньший объем занимает вещество. У железа плотность намного больше, чем у соломы. Значит, все тот же килограмм будет занимать намного меньший объем.
Теперь возььмем закон Архимеда. «На всякое тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила. и т.д.». Так как килограмм железа занимает меньший объем, чем та же масса соломы, то и выталкивающая сила, действующая на него, будет меньше.
Переходим непосредственно к взвешиванию.
Так как мы все погруженыв газовую среду (надеюсь, никто не потребует создавать для взвешивания абсолютный вакуум), Вес будет скаладываться из суммы двух разнонаправленных сил — силы притяжения Земли и архимедовой силы. И, если сила притяжеения в обоих случаях одинакова, то архимедова сила, действующая на железо, будет меньше. То есть, равнодействующая двух сил в случае железа будет больше.
Иными словами, килограмм железа весит больше, чем килограмм соломы.
Что и требовалось доказать.
1.9K постов 3.3K подписчиков
Правила сообщества
1. Имея вопрос его не задать.
2. Имея ответ его не написать.
3. Нарушать правила Пикабу.
4. Заниматься откровенной рекламой.
Все остальное приветствуется.
Наглядный пример софистики и поверхностных знаний. А почему масса и вес ВНЕЗАПНО как бы синонимичны В ОБИХОДЕ, так это объясняется тем, что g — const и им пренебрегают. Да, это как бы неправильно и уж точно неточно, т.к. даже в отдельных точках Земли g разнится, не говоря уже о всяких других планетах, но, бля, на то это и обиход, а не точные расчёты. Ясно, не? Как бы люди просто сокращают g и, СЛЕДОВАТЕЛЬНО, ВНЕЗАПНО работают тупо с массой объекта в обиходе, исходя из формулы веса для неподвижного объекта: P = mg. Т.е. масса и определяет ВНЕЗАПНО вес, когда мы считаем g константой и не работаем (считаем несущественными) с ускорениями тел, то бишь В ОБИХОДЕ люди в основном работают с телами, ускорениями которых можно также принебречь, и ориентируются эти люди на неподвижные состояния объектов. Ясно, не?
Лингвисты. Сложные вопросы. Лол. Самому подумать и сложить два и два, видимо, непосильно для тебя, но вот портянку накатать, сдобренную софистикой, и путать тёплое с мягким, так тебе это не помешало. Лол.
Вообще-то он прав. Приходя в магазин, грамотный человек должен сказать: «Взмассьте мне килограмм колбасы, пожалуйста.»
Смотрите, тс манипулирует незаданными в задаче условиями. Не указан объём веществ и среда в которой будут проводиться измерения.
Но как правило, если подобные условия не важны — то ими можно пренебречь.
Итого автор развёл демагогию для школьников. Они начнут выёживаться на уроке и получат двойку )
Ну если уж копать, то до конца! Чтобы рассуждения были верны, необходимо несколько иначе формулировать вопрос, а именно: «Что весит больше. » При формулировании через «тяжесть» мы получаем несколько иную форму вопроса, по определению(ссыль на Ожегова http://ozhegov.textologia.ru/definit/tyazhest/?q=742&n=1. ) «. это сила притяжения тела к земле или другому небесному телу», понятно что речь в данном случае идёт о силе тяжести, которая связана с массой через константу(а точнее через три: гравитационная постоянная, масса второго объекта и расстояние между центрами), иными словами в контексте сравнения «тяжести двух предметов», можно говорить о сравнении масс, т.к ни расстояние между центрами, ни масса второго объекта не определяется физическими свойствами объекта, а только расположением в пространстве и выбором этого самого «объекта»
Тэг «Наука» применен неверно.
Тэг «Бла-Бла-Бла» применен верно.
Знаешь ли ты.
Что было на Интерлайте или лакмусовая бумажка отрасли светотехники
Интерлайт (Interlight) — международная выставка освещения, электротехники, автоматизации зданий и систем безопасности. Вот уже много лет я посещаю ее. Не исключением стал и 2023 год. Москва, Экспоцентр. И мои 12 тысяч шагов сквозь потоки света.
Вход на выставку свободный, требует лишь предварительной регистрации. В рамках проекта Доморост, мне, конечно же, были интересны светодиодные лампы представленные в этом году на Интерлайте. Ведь это — лакмусовая бумажка грядущего года. Станут ясными тенденции производителей.
Но до лампочек добраться было не так легко. Прежде всего нужно отметить, что выставка, в основном, про что-то декоративное была. Про люстры, светильники с хитрыми изгибами. Необычные конструкции освещения заставляют вас по-истине ощущать себя будто под бесконечным потоком софитов.
Полет дизайнерской мысли остановить невозможно и вот, в одном павильоне, гостям предлагают отдохнуть сидя на Луне. Да, не очень новая идея, но вполне себе стабильно работающая в куче зон отдыха кафешек.
Дизайн — это хорошо. Но хотелось бы и чтобы качество света было соответствующее на светотехнической выставке. Скажу честно, всегда после Интерлайта у меня болит голова. Причина очевидна — пульсации. Пульсации на выставке светотехники. Как-то даже смешно.
На выставке присутствовало очень много светильников с дистанционным управлением. Это явный и однозначный тренд, который сейчас пытаются обуздать наши производители.
Были и довольно абсурдные вещи. Лично я, когда вижу гордое заявление на буклете — «работают без сети», ожидаю чего-то хитрого, быть может беспроводная зарядка встроена в столик. Но нет, все банально. Внутри тупо аккумулятор. Очень странная инновация.
Еще смешнее, что в комплекте идет кабель type-c, а вот блок питания не положат. Apple так делает, значит и мы будем, чем хуже-то!
Из необычного — трековая система, в которой светильники крепятся к стропе. Выглядит модно, думаю что вскоре нас будут ожидать подобные решения в торговых центрах. Еще раз — крепим светильник в любое место данной стропы. Это позволяет делать любые дизайнерские выкрутасы.
Все просто — ведущие жилы спрятаны внутри.
Надо не забывать — я все же тут хочу увидеть инновации в лампочках. Гигантский стенд одного из производителей ярко обещает перевернуть всю игру и предоставлять своим покупателям честные Ватты.
Иронично, что этот производитель, чьи лампы мы тестировали в рамках нашего проекта, далеко не обладал ранее «честными Ваттами», а его лампы находятся на довольно плачевной позиции рейтинга led ламп с цоколем е27 наших исследователей и посетителей. (Кстати, если вы интересуетесь светотехникой и разбираетесь в ней — присоединяйтесь, вместе будем голосовать за лампочки и составлять непредвзятые мнения о светотехнике) Надо понимать, что эту проблему мы подсвечивали. Я уверен, что производитель мог с этим ознакомиться. Если действительно произошла работа над ошибками и это не только яркая и красивая упаковка — честь и хвала. Но это мы еще протестируем.
За время пандемии мы соскучились по друзьям из Китая. И вот они уже выставляют свой стенд наряду с отечественными производителями. Да, этот стенд пока явно рассчитан на наклеиванье поверх невзрачных лампочек чьего-то кричащего бренда, но может быть когда-то восточные производители и будут готовы сами выйти на наш рынок, ведь лампы они делают — какие угодно.
Было приятно увидеть и представителей IT индустрии, которые продвигают системы умного дома. Хотя я крайне отрицательно пока отношусь к этим самым «умным» лампам, но то что люди не отсиживаются и общаются с индустрией — это правильно, коль решили выходить на этот рынок.
И вы знаете. По лампочкам-то и все. Больше ничего значительного я и не увидел. Все про светильники, все про дизайн. Никто не привез чего-то нового, никаких прорывов не наблюдается.
Давайте сделаем выводы — увы, производители лампочек будут продолжать конкурировать маркетингом. Возможно, конечно, мы пришли к некоторому технологическому потолку, но кажется что это далеко не правдивое утверждение.
Ведь можно делать лампы с прекрасной цветопередачей и это показывать наглядно. Можно хвастаться отличными тепловыми характеристиками своей продукции, обещая долгие годы исправной работы лампы. Можно всех удивить КПД драйвера своей продукции! Но нет, ничего этого на выставку не привезли. Спрос рождает предложение. Ну, а когда спрос не сформировался, и люди не понимают, что они берут и почему, в ход идет лишь красочная упаковка и надуманные ценности управления при помощи смартфона.
На этом все, спасибо что читаете.
Есть и видео формат этого обзора, он может быть несколько более подробным, но самое интересное я постарался отобразить в тексте выше.
Ну а я еще раз расскажу тем, кто первый раз читает меня. Я ищу качественные светодиодные лампы, стараюсь каждую неделю публиковать обзоры их на Пикабу.
Что думали об атоме в разные времена?
Хотел бы я сегодня начать как обычно с «Nanomachines, son!», но в этот раз предлагаю окунуться чуть поглубже. Сегодня уже неоднократно вспоминали старания А. Лавуазье, который все описывал движением мельчайших частиц – атомов. И тут надо отметить, что не он один, корпускулярное описание мирозданья тогда было явно на коне. Вот только что это за атомы такие, и главное, как именно они работают – надо было еще узнать.
Любая историческая справка скажет Вам, что история атомизма начинается с Демокрита, а это почти 2,5 тысячи лет назад. Для него атом являлся неделимой частицей вещества, обладающей истинным бытием, не разрушающейся и не возникающей. И этот подход замечательно работал: цветок источает свои атомы, и мы чувствуем запах; у камня атомы неровные, поэтому держатся друг за друга, а у воды гладкие – поэтому она течет; у огня они острые – поэтому они колют атомы человека и обжигают его. Да, человеческая душа тоже состоит из атомов, поэтому от нее можно отделить кусочек. В общем, очень удобная теория, поэтому и атомы тепла, перетекающие из одного тела в другое, тоже хорошо подходили для описания теплопереноса.
Больше двух тысяч лет этот подход хоть и получал периодические удары, но в целом оставался верен себе. Пока не наступил 1897 год, когда Джозеф Томсон доказал существование электронов, при этом пояснив, что они одинаковые и входят в каждое вещество. А еще предположил, что они меньше атома, т.е. атом можно разделить. И вот тут возникла проблема, поскольку по Демокриту атом – не разрушающаяся частица бытия, а у нас запчасть от него. Значит, все-таки атом разрушается. На этом моменте Демокритовский атом и тот атом, который мы знаем из курса школьной физики или химии окончательно разошлись, при этом сохранив свои одинаковые названия.
Раз атом состоит из частей – нужна новая модель, первый общеизвестный вариант предложил в 1904 г. как раз Дж. Томсон. В литературе за ней закрепилось название «Пудинговая», поскольку она описывала атом как некоторую размазанную по пространству положительно заряженную массу с вкраплениями «изюминок»-электронов.
В том же 1904 году японский физик Хантаро Нагаока предложил свою планетарную модель, по аналогии со строением Сатурна – сверхмассивное ядро и кольца электронов. Однако с размерами ядра и колец были проблемы, поэтому уже в 1908 Нагаока сам отказался от этой теории. Мировое научное сообщество обратило внимание на его работы только после торжества более продвинутой планетарной модели, которую предложил ученик Дж. Томсона – Эрнест Резерфорд.
В 1911 году на основе экспериментальных данных 1909 года других ученых Э. Резерфорд описал атом как крохотное положительно заряженное ядро, вокруг которого вращаются электроны. При этом ядро имеет в сто раз меньший радиус, чем атом, но содержит в себе практически всю массу. Именно эту схему мы знаем как «Планетарную модель атома» или «Модель атома Резерфорда».
У нее был очень важный недостаток – движущиеся электроны создают электромагнитные волны, а значит, теряют энергию. Тогда они должны со временем упасть на ядро. При этом расчетное время всего 0,01 наносекунды. В 1913 году эту проблему попытался решить Нильс Бор, который зафиксировал орбиты движения электронов. Именно эта модель обычно преподается в старшей школе и иногда даже называется моделью атома Резерфорда, хотя ее названия «Боровская модель атома» или «Модель атома Бора-Резерфорда».
Однако она тоже не была лишена недостатков. Во-первых, это достаточно странный симбиоз классической (для движения электрона) и квантовой (для фиксации орбит) теорий, во вторых – если у нас на внешней оболочке больше одного атома, она не работает, что куда критичнее. Это было одним из многих противоречий, с которыми столкнулись ученые того времени, и которое было разрешено только с развитием квантовой механики.
Современная модель атома является квантово-механической, она развивает идеи Бора, но более подробно описывает движение электрона. Хотя на самом деле как раз менее подробно… Есть такая замечательная штука, как Принцип неопределенностей Гейзенберга, который гласит, что невозможно одновременно с точностью определить координаты и скорость квантовой частицы. А электрон в атоме это как раз квантовая частица, причем точность для него – как раз около размера этого самого атома. Поэтому мы не можем описать движения электрона как движение Земли вокруг Солнца или чего-то подобного, мы можем только говорить о том, что есть электронное облако – некоторая зона, в которой точно находится электрон.
Квантово-механическая модель атома тоже не является конечной точкой, но на данный момент – это все, что может наука сказать про строение атома. Остается надеяться, что она не будет такой же долгоиграющей, как Демокритов атом.
Подпишись, чтобы не пропустить новые интересные посты!
Автор статьи — Сергей Васильев
Фантастическое замедленное видео
Что будет, если добавить в воду расплавленную соль (800ºC).
Эту лампу стоит избегать. Обзор и тестирование Рексант на 9.5Вт и цоколем Е14
Сегодня я хочу рассказать вам о лампочке, которая не смогла. Почти все тесты ее оказались провальными. Довольно грустно вышло. А при этом стоит она — довольно таки хорошую цену относительно цены лампочек. В общем, выбираем с умом и стараемся тратить деньги на более качественный товар.
Начнем измерения, 220 Вольт в розетках, включаю лампу и при первом включении 5,6 Ватта. Увы, сразу видим несоответствие заявленного фактического обещали 9,5 Вт, а получили 5,6. Коэффициент мощности 0,6.
Расходы за год – 90 рублей при работе лампы 8 часов в день и при тарифе 5,38 рублей за Киловатт.
Рексант утверждает, что его лампа предназначена для питания от сети 230 Вольт. Проведем тест при 230 вольт на входе – мощность 6,4-6,5 ватта.
После прогрева 15 минут, мощность лампы 6,6 Ватта, то есть приблизительно на 30% меньше, чем объявлено от Rexant. Неудовлетворительный результат.
Перейдем к характеристикам света. Цветовая температура, которую измерил я, 3844 Кельвина, а индекс цветопередачи 79,7.
Исходя из координат на диаграмме цветности получаем отклонение от кривой абсолютно черного тела равное 0,0037, что меньше порога заметности в 0.004. Выходить, что смещение в область желто-зеленого цвета присутствует. Но смещение настолько мало, что обычным глазом такое не заметить.
Измерим пульсациии света для этой лампы. Судя по прибору, присутствует небольшой риск. Пульсации 3,62%, на частоте 100 Гц. Но как вы уже хорошо знаете, мне бы всегда хотелось для светодиодных ламп видеть процент пульсаций менее одного. Тем более, производитель указывает, что процент пульсации менее 0,5.
Что с количеством света для этой лампы и стабильна ли освещенность при изменениях напряжения в домашних розетках. Лампа в метре над столом включена и уже прогрета:
230 Вольт – 128 Люкс,
250 Вольт – 120 Люкс,
170 Вольт – 29 Люкс,
150 Вольт и полная темнота.
Да, драйвер этой лампы не дает возможность комфортно пользоваться светом, если сеть нестабильна.
К сожалению лампа не прошла тест с выключателем с подсветкой. При включенном питании, лампа противно светится, хотя должна была быть выключена.
Производитель Rexant считает не нужным указывать размеры на упаковке. Измерил сам. Первый размер 99 мм, второй размер 35 мм.
По десяти точкам измеренной освещенности посчитал световой поток. Диаграмму освещенности вы видите на своих мониторах. Световой поток, который я посчитал, 589 Люмин, а производитель указывает аж 903 Люмин.
Конечно, не рекомендую покупать.
За эту лампочку уже прошло голосование на Доморосте. Мои коллеги были солидарны с моими выводами и в рейтинге ламп е14 (увы, пока крайне маленьком), светодиодная лампочка заняла свою позицию.
Для ценителей же технических подробностей — видео на ютубе:
Как измерить силу давления света лазерной указки? (Veritasium)
Сотрудник Национального института стандартов и технологий США рассказывает Дереку про деятельность в метрологии: как создаются эталоны массы меньше килограмма? Как новый эталон килограмма, не привязанный к физическому объекту с конца 2018 года, помогает метрологам? Как измеряются крошечные силы порядка пиконьютонов, достаточных для растяжения молекулы ДНК? И как по сути удалось измерить силу давления света от источника лазерного излучения? А в конце ответ, а для чего же нужна подобная деятельность метрологов на столь малых масштабах измерений? А также почему США все-таки де-факто используют метрическую систему, хоть и пытаются зачем-то всех убедить в обратном?
Подробное видео от Веритасиум про переопределение килограмма через постоянную Планка и весы Киббла. (лето 2017г.)
Бозон Хиггса
Вес и масса
Если уж на то пошло:
Вес — векторная величина, сила, с которой тело действует на опору или подвес.
Масса — скалярная величина, мера инертности тела (инертная масса) либо «заряд» гравитационного поля (гравитационная масса).
У этих величин отличаются и единицы измерения (в системе СИ масса измеряется в килограммах, а вес — в ньютонах).
Так что, на вопрос: «сколько весишь?» — правильный ответ (при массе тела 70 кг) 686,7N
Вес человека на разных планетах
Ну что, очередное закрытие ресторанов, театров и границ вступило в силу. Пока все мы сидим дома без возможности путешествовать, давайте хоть по планетам полетам. Кстати, а сколько мы там будем весить?😉
Это глобальное потепление во всем виновато
Бозон Хиггса: одно из самых важных открытий в науке
Почти каждый из нас слышал словосочетание «бозон Хиггса», но в чем настоящая ценность открытия этой частицы, понятно немногим. Попробуем разобраться, почему этот бозон так важен для науки.
В июле 2012 года ученые, работающие на Большом адронном коллайдере, объявили о своем триумфе. Физики, наконец, разрешили проблему, над которой бились более 40 лет. Пока все остальные пожимали друг другу руки, один мужчина почтенного возраста расплакался: им был Питер Хиггс. Его предсказание новой фундаментальной частицы — необходимой части семьи фундаментальных частиц в Стандартной модели физики частиц — подтвердилось.
Открытие бозона Хиггса ждали с особым нетерпением. Его даже прозвали «частицей Бога». Почему же это открытие было таким важным? Попробуем разобраться.
Начнем с «простого»
Благодаря квантовой физике науке известно, что пространство не пустое. Помимо обычных веществ — вроде протонов, электронов и нейтронов, из которых состоят строительные блоки всей материи, — Вселенная наполнена квантовыми полями и кишит появляющимися и исчезающими элементарными частицами. Физика частиц — наука обо всех субатомных частицах и взаимодействующих с ними силах.
Стандартная модель физики элементарных частиц / © Wikipedia
Субатомные частицы крайне сложно наблюдать из-за их размера. Они меньше атома и длины волны видимого света. Единственный доступный нам способ зарегистрировать их и наблюдать их поведение — это столкнуть атомные ядра, состоящие из частиц, друг с другом на невероятных скоростях (близких к скорости света). Это производит большие количества экзотических частиц, которые создаются только на высоких энергиях. Физики считают, что эти столкновения напоминают условия, при которых развивалась Вселенная сразу после Большого взрыва.
Благодаря таким ускорителям частиц, как Большой адронный коллайдер (БАК), Релятивистский коллайдер тяжелых ионов (RHIC) и уже нефункционирующий Тэватрон, физики достигли немалого прогресса в разработке «теории всего». Эта теория постулирует, как работают все субатомные частицы во Вселенной и как именно они взаимодействуют, образуя Вселенную, какой мы ее знаем. Одна из самых полных моделей, максимально приблизившихся к тому, чтобы разработать «теорию всего», — Стандартная модель физики элементарных частиц, описывающая взаимодействие частиц и сил. В стандартную модель также входит три из четырех фундаментальных сил природы на субатомном масштабе.
Фундаментальные силы природы — это:
1. Сильное взаимодействие, отвечающее за связь между кварками в адронах и притяжение между протонами и нейтронами в атомных ядрах;
2. Слабое взаимодействие, отвечающее за радиоактивный распад и взаимодействия нейтрино;
3. Электромагнитное взаимодействие, отвечающее за формирование атомов и их свойства;
4. Гравитационное взаимодействие, отвечающее за взаимное притяжение вещества.
И тут в игру вступает бозон Хиггса. Не известно, почему у определенных частиц есть масса, так как принято считать, что все переносящие взаимодействия частицы массой обладать не должны. Тем не менее, как выяснилось, частицы, переносящие слабое взаимодействие, обладают массой. Но почему у частицы, которая должна быть безмассовой, масса имеется?
Частица, которая объяснит почти все
Бозон Хиггса мог бы помочь объяснить, каким образом эти частицы получают свою массу. В 1960-х Питер Хиггс — тот самый физик, в честь которого назвали неуловимую частицу, и который в 2013 году был удостоен Нобелевской премии по физике — разработал теорию, объясняющую, как частицы, переносящие электромагнитное или слабое взаимодействие, могли получить разные массы в процессе постепенного остывания Вселенной.
Его предположение заключалось в том, что частицы вроде протонов, нейтронов и кварков получают массу через взаимодействие с невидимым электромагнитным полем, известным как поле Хиггса (или хиггсовское поле). Некоторые частицы способны проходить через это поле, не получая массы, в то время как другие «вязнут» в нем и накапливают ее. Если это так, то «невидимое» поле должно иметь связанную с ним частицу — бозон Хиггса, — которая контролирует взаимодействия с другими частицами и хиггсовским полем, изменяя при помощи него виртуальные частицы Хиггса.
Питер Хиггс / © Claudia Marcelloni/CERN
Так как бозон Хиггса быстро распадается на более стабильные частицы, его сложнее наблюдать, чем другие субатомные частицы, производимые в процессе столкновений в ускорителях. Считается, что до распада он существует всего одну септиллионную секунды, что серьезно осложняет работу по его обнаружению среди триллионов столкновений.
Когда в 2012 году ученые объявили об обнаружении бозона Хиггса, они сообщили, что наблюдали новый бозон массой 125,3 ГэВ +/- 0,6 на 4,9 сигмы («золотой стандарт» научных открытий). Это означало, что бозон Хиггса был подтвержден с точностью до 99,99997% в диапазоне масс 125 ГэВ. Однако крайне редко что-либо связанное с физикой бывает настолько ясным и точным.
Божественная заминка
Спустя несколько месяцев после объявления об открытии физики сообщили о неожиданной находке. Бозон, который они наблюдали в ЦЕРН, похоже, распадался двумя разными способами. В одном из сценариев частица массой 126,6 ГэВ распадалась на два фотона. В другом случае частица массой 123,5 ГэВ распадалась на четыре лептона. Некоторые посчитали, что это две разные частицы Хиггса. Другие же решили, что это статистическое совпадение, так как разница между частицами слишком незначительна.
Событие, зарегистрированное в 2012 году Компактным мюонным соленоидом (CMS) на Большом адронном коллайдере в протон-протонных столкновениях на 8 ТэВ энергии центра масс. В этом событии образовалась пара Z-бозонов, один из которых распался на пару электронов (зеленые линии и зеленые башенки), тогда как второй Z-бозон распался на пару мюонов (красные линии). Совместная масса двух электронов и двух мюонов была близка к 126 ГэВ. Это означает, что была получена частица массой 126 ГэВ, распавшаяся на два Z-бозона в точности с ожиданиями в случае, если наблюдаемая частица является бозоном Хиггса / © 2012 CERN
Вакуум нестабилен
Итак, почему масса частицы имеет значение? Оказывается, передача такой большой массы бозоном Хиггса указывает на то, что вакуум Вселенной может быть нестабилен по своей природе, существуя в постоянном «метастабильном» состоянии. Многие физики обсуждали вероятность того, что Вселенная долгое время колеблется на грани стабильности. В частности, физики Фрэнк Вильчек и Майкл Тернер, опубликовавшие в 1982 году статью в журнале Nature, предположили неутешительный сценарий: где-нибудь во Вселенной без какого-либо предупреждения может зародиться пузырь истинного вакуума, который будет передвигаться через пространство на скорости света, но прежде чем мы осознаем, что происходит, наши фотоны распадутся.
Как бы то ни было, открытие бозона Хиггса положило начало новым исследованиям и иному пониманию реальности. Ученые надеются, что это открытие приведет к разработке симметричной или даже суперсимметричной теории, которая расширит Стандартную модель и закроет присутствующие в ней дыры. Это, в свою очередь, поможет выяснить, что же такое темная материя — поле, которое, похоже, более неуловимо, чем поле Хиггса.
Фейнмановская диаграмма, описывающая один из важнейших способов произведения бозона Хиггса и его последующего распада в Большом адронном колайдере. Два сталкивающисхся протона испускают по W-бозону. Затем, W-бозоны сталкиваются и производят бозон Хиггса, который далее распадается на два Z-бозона, которые в свою очередь распадаются на электрон и позитрон либо на мюон и антимюон / © Encyclopædia Britannica, Inc.
Открытие бозона Хиггса можно смело назвать одним из самых важных открытий в нашей недолгой истории. Когда-то давно любознательность наших предков вывела их из Африки и побудила исследовать мир. Сегодня мы знаем о четырех фундаментальных взаимодействиях природы, которые помогают нам понять, как устроен мир в тончайших деталях.
Исследования продолжаются, и ученые, работающие на Большом адронном коллайдере и других ускорителях частиц, достигают все больших энергий — и даже добились создания капель кварк-глюонной плазмы (сегодня она считается первичным веществом, которым было заполнено все пространство сразу после Большого взрыва). К 2030 году в Китае планируют построить самый большой и мощный ускоритель частиц, который поможет проводить новые эксперименты на более высоких энергиях. Будем надеяться, что он поможет заглянуть глубже в саму структуру реальности. А пока нам остается только ждать и следить за результатами экспериментов.
Аниме Закон Архимеда
Про физику предметов которой не учат в школах.
Что весит больше?
Пещера Анахорета тут — https://vk.com/anahoretcomics, если не нравятся комментарии то там есть ссылки и на всякие другие соц.сети.
Ликбез по физике (видео)
Всем привет. Недавно я начал работу над обучающими видео, в которых разбираются задачи по физике и астрономии средне-школьного уровня. В основном, как мне кажется, это пригодится для взрослых людей, которые хотели бы вспомнить курс физики, а может быть даже восполнить некоторые белые пятна. Также этот материал, думаю, может пригодиться и вашим детям-старшеклассникам, если они проходят соответствующие темы.
Я уже лет 10 решаю подобные задачи на интернет-порталах типа otvet mail ru — просто захожу туда периодически расслабиться и пощёлкать задачи в своё удовольствие. И вот возникла идея подсобрать свой опыт в виде видеороликов, в которых последовательно, шаг за шагом, будет изложен базовый уровень физики. То есть разбор каждой новой задачи будет включать всю необходимую теорию, которая не была разобрана до сих пор, и значит последовательный просмотр этих роликов позволит, по задумке, комфортно продвигаться по материалу.
В частности, мне не очень нравится способ подачи материала в обычных учебниках физики, когда вместо того, чтобы сразу обозначить формулу и обсуждать следствия из неё, авторы предварительно целыми абзацами ходят вокруг да около (хотя, быть может, детям так проще усвоить материал, мне сложно судить). В этом смысле выдавать материал для взрослых тем и хорошо, что вы мельком знаете обо всём. Нужно лишь брать любую тему (из 8 класса или 11, неважно) и кирпич к кирпичу собирать её.
Как это у меня выходит, вы можете оценить по трём первым видео, которые готовы на текущий момент.
1) Ускоренное движение:
Основная задача: Поезд, двигаясь от остановки, прошел в течение 50 сек 200 м и достиг скорости 6 м/с. Увеличивалось или уменьшалось ускорение движения с течением времени?
Содержание: равноускоренное движение, график зависимости скорости от времени, ускорение; пройденный путь — площадь под графиком; уравнение пути при равноускоренном движении S = v0*t+a*t^2/2; путь, пройденный за заданную секунду; торможение — отрицательное ускорение; средняя скорость при равноускоренном движении; арифметическая прогрессия пройденного пути за последовательные секунды; наклон графика — производная — ускорение; оценка переменного ускорения по графику.
2) Высота геостационарной орбиты:
Содержание: суть геостационарной орбиты; 0:39 понятия массы, силы, материальной точки; вектор и скаляр; 2:40 1 закон ньютона — определение инерциальной системы отсчёта; 4:20 3 закон ньютона; 5:25 2 закон ньютона — основной закон классической механики; векторное сложение; 8:25 вывод центростремительного ускорения; 11:05 в чём измеряются углы — градусы и радианы, удобство радиан в случае малых углов; 16:30 угловая скорость; 17:00 задача на центростремительное ускорение; 18:00 килограмм-сила; 19:00 закон всемирного тяготения; 19:45 звёздные сутки; 20:55 высота геостационарной орбиты = 35790 км.
3) Закон Архимеда:
Рассказ о законе Архимеда — о сложной теме для первого года обучения физике (непонятно зачем это сделано в школьной программе). Попутно поднимаются смежные вопросы, поэтому длительность видео перевалила за полчаса.
Содержание с таймкодами: 0:30 основная задача (головоломка про погружение шаров в сосуды с водой); 1:20 гравитация, сила тяжести (без учёта центробежного ускорения) mg, ускорение свободного падения = 9.8 м/с2; 3:35 опять про килограмм-силу, про показания весов (кгс отображают в кг); 4:40 сила противодействия опоры N, понятие «вес»; 6:47 понятие «давление», единица давления Паскаль; 7:50 типичные давления окружающих предметов; 8:44 закон Паскаля (передача давления во все точки газа-жидкости); 9:25 гидравлический пресс; 10:00 жидкость в гравитационном поле; 10:28 понятие «плотность», плотность воды и прочих веществ, пересчёт кг/м3 в кг/литр и г/см3; 14:03 вывод гидростатического давления P = ρgh, не путаем давление и силу давления; 15:20 вывод закона Архимеда F = ρgV для прямоугольного параллелепипеда, обоснование для любой формы вытесненной жидкости; 17:49 формулировка закона Архимеда; 18:21 задача про уменьшение «веса» шарика при погружении в воду, понятие средней плотности; 20:59 про «невесомость» в воде и тренировки космонавтов; 21:43 атмосферное давление, столб воздуха, распределение давлений по высоте, плотность воздуха (средняя и локальная), условие использования формулы гидростатического давления для газа, задача про самолёт-опылитель; 24:30 задача по воздухоплаванию (гелиевый шар); 25:54 атмосферное давление и высота соответствующего водяного (10 м) и ртутного (760 мм) столба, проблемы поверхностных насосов с глубокими водяными скважинами; 27:50 задача на гидростатическое давление и сообщающиеся сосуды; 30:55 решение основной задачи (головоломка про сосуды и весы).
Пишите комментарии: достаточно ли понятно изложен материал, насколько актуально это очередное изобретение велосипеда (при обилии других обучающих материалов).
Что значит m в формуле E = mc^2
Атом водорода имеет меньшую массу, чем сумма масс отдельно взятых протона и электрона. Мы знаем это точно, иначе бы в нашей Вселенной не было бы звёзд, потому что именно благодаря этому «дефекту массы» и возможны ядерные и термоядерные реакции, однако, как может что-то иметь массу меньшую, чем сумма масс его составных частей?
Разумеется, из за этого:
Давайте посмотрим, что же на самом деле означает самое знаменитое уравнение в истории физики.
Это уравнение было опубликовано А. Эйнштейном 27 апреля 1905 года в работе под названием «Зависит ли инерция тела от содержащейся в нем энергии?», где заключается: « … если тело отдаёт энергию L в виде излучения, его масса уменьшается на L/c² ». Иными словами, в оригинале, уравнение имело вид:
(в оригинальной работе Эйнштейи использовал для энергии обозначение L)
Русский перевод здесь, всего 3 странички, можно осилить.
Эйнштейн использовал такую запись, потому что краеугольным камнем современной физики является понимание того, что такое масса.
Мы часто слышим утверждения вроде масса – одна из форм энергии, или масса – «замороженная» энергия, или (в наихудшем виде) масса может быть преобразована в энергию. На самом деле ни одно из данных утверждений не верно на 100%.
Чтобы понять, что же именно значит E = mc², давайте рассмотрим явления, которые не укладываются в наше повседневное и обыденное представление о массе.
Вот, к примеру, одно из них: если два объекта состоят из абсолютно идентичных составных частей, данные объекты не обладают идентичной массой.
(a + b + c) ≠ (b + c + a)
Масса чего-либо созданного из более мелких составных частей не является суммой масс этих частей:
m1 ≠ ma + mb + mc
m2 ≠ ma + mb + mc
Общая масса составного объекта зависит во-первых, от того, как составные части расположены по отношению друг к другу, во-вторых – от того, как они двигаются внутри данного объекта.
Вот конкретный пример: представьте себе пару заводных механических часов, чьё строение идентично до атомной структуры. Единственная разница между ними – то, что пружина в одних часах взведена, и часы идут, а пружина вторых часов расслаблена, и часы стоят. Согласно Эйнштейну, масса тикающих часов больше, потому что шестерёнки и стрелки находятся в движении и их кинетическая энергия больше. Кроме того, пружина в этих часах заведена и имеет большую потенциальную энергию. Между движущимися деталями этих часов возникает трение, которое их слегка нагревает, и атомы, из которых состоят эти часы, двигаются более интенсивно. Тепловая энергия – это та же кинетическая энергия атомов, из которых состоят наши часы.
Так что же говорит нам уравнение E = mc²? То, что вся тепловая, кинетическая и потенциальная энергия часов добавляется к их массе. Мы просто складываем всю эту энергию, делим на скорость света в квадрате и получаем ту «лишнюю» массу, которая добавилась к идущим часам.
Так как величина скорости света в квадрате – астрономически огромное число, полученное нами значение даст прибавку порядка атто-грамм или 1×10⁻¹⁸ доли процента (0,000000000000000001%), однако эта разница в массах присутствует и может быть объективно-измерена в лабораториях.
Этот пример показывает нам, что масса – это не характеристика количества материи в объекте. В повседневной жизни мы просто не замечаем разницы.
Для того, чтобы среди физиков не возникало недопониманий, современная наука оперирует понятием «масса покоя» или «инвариантная масса», то есть – масса недвижимого объекта. Само слово «покоя» часто не произносят, но когда говорят о массе, всегда подразумевают «массу покоя», так как только о данной величине все независимые наблюдатели из любой системы отсчёта смогут договориться (по аналогии с тем, как пространственно-временные интервалы между событиями являются единственной объективной характеристикой, о которой могут договориться независимые наблюдатели).
Из классической ньютоновской механики мы знаем, что полная энергия движущегося объекта растёт, что выражается формулой кинетической энергии E = mv²/2, путём нехитрых преобразований мы можем получить понятие релятивистской массы – массы движущегося тела:
Таким образом, релятивистская масса является коэффициентом пропорциональности между импульсом и скоростью тела:
Поскольку импульс тела так же вносит свой вклад в полную энергию (и релятивистскую массу), полная версия уравнения Эйнштейна выглядит следующим образом:
Определённая таким образом масса является релятивистским инвариантом, то есть она одна и та же в любой системе отсчёта. Если мы согласимся считать скорость в единицах скорости света, то данную формулу в специальной теории относительности можно упросить до:
Как видно из приведённых формул, релятивистская масса тела растёт с увеличением скорости. Как следствие — по мере приближения к скорости света потребуется всё большая и большая сила для дальнейшего увеличения скорости. Релятивистская масса стала бы бесконечно большой при достижении этого порога, что так же означает, что до придания телу такой скорости, потребуется бесконечно большое усилие.
В общей теории относительности всё ещё больше усложняется, но для нас сегодня m в формуле E = mc² означает массу покоя. Полную же массу можно считать индикатором того, насколько сложно будет придать объекту ускорение, либо какое гравитационное воздействие будет испытывать данный объект.
Вернёмся к примерам, вот ещё один: как только вы включите фонарь, его масса немедленно начнёт уменьшаться. Свет, который исходит от фонаря, уносит энергию, которая ранее была запасена электрохимическим образом в батарее и добавлялась к полной массе фонаря. Наше солнце – в принципе, тот же фонарь, только огромных размеров. Оно теряет около 4 миллионов тонн массы каждую секунду и только его огромные размеры спасают нас от гибели в холоде и тьме, потому что эта масса – лишь 1×10⁻²¹ доля полной массы Солнца (за почти десять миллиардов лет своего существования, Солнце истратило лишь 0,07% своей массы).
Так что же означают слова, что солнце преобразует массу в энергию? Речь не идёт ни о какой алхимии. Вся энергия солнечного света – результат преобразования иной формы энергии – кинетической и потенциальной энергии частиц, из которых состоит наше Солнце. Те 4 миллиона тонн, которые теряет наше Солнце – лишь результат уменьшения потениальной и кинетической энергии частиц, из которых оно состоит.
Всё, что мы взвешиваем на весах – лишь энергия частиц, мы просто никогда этого не замечали.
Ещё пример: представьте, что вы стоите с фонариком в руке внутри закрытого ящика с зеркальными стенками, который, в свою очередь, стоит на больших весах. Уменьшится ли показание весов, если включить фонарик? Ответ – нет, не уменьшится. Хотя масса фонаря и уменьшится, масса всего ящика останется неизменной, так как энергия фотонов, которые покинули фонарик, не покинет пределы ящика, и хотя у фотонов масса покоя отсутствует, их энергия включается в массу покоя ящика.
В каждом из рассмотренных примеров целый объект имел большую массу, чем масса его составных частей, но в начале этого поста было сказано, что масса атома водорода меньше, чем сумма масс протона и электрона, из которых он состоит. Почему так?
Потому что потенциальная энергия может быть и отрицательной. Давайте обозначим потенциальную энергию протона и электрона, находящихся бесконечно далеко друг от друга за нулевую. В силу того, что они притягиваются друг к другу, чем меньше между ними расстояние, тем меньше будет их потенциальная энергия (точно так же, как потенциальная гравитационная энергия уменьшается по мере приближения к поверхности земли). Если они сблизятся до размеров атома водорода, их потенциальная энергия меньше нуля. Хотя электрон в атоме водорода и обладает ещё кинетической энергией, так как он движется вокруг протона, суммарная энергия системы протон-электрон всё равно будет отрицательной, а следовательно, согласно нашей формуле m = E/c² будет так же меньше нуля.
Именно поэтому масса атома водорода меньше, чем сумма масс его составных частей. На самом деле, масса любого атома в периодической таблице будет меньше, чем сумма масс протонов, нейтронов и электронов, из которых они состоят.
То же самое касается и молекул. Молекула кислорода O₂ весит меньше, чем два отдельных его атома, так как суммарная потенциальная и кинетическая энергия этих атомов становится меньше нуля, когда они образуют химическую связь друг с другом.
А что насчёт самих протонов? Они состоят из частиц, называемых кварки, и их суммарные массы примерно в 100 раз меньше массы протона. Так откуда же у протона масса? Она «добирается» из глюонов (или, если упрощённо – потенциальной энергии кварков).
Откуда же берётся масса элементарных частиц (электронов или кварков)? По крайней мере в стандартной модели физики частиц, у них нет составных частей (поэтому они и называются элементарными). С определёной точки зрения (и точки зрения до-Эйнштейновской физики), их массы элементарны, однако, и об их массе можно судить, как о некоей форме потенциальной энергии. Например, можно рассматривать их массу, как потенциальную энергию взаимодействия электронов и кварков с полем Хиггса, а так же с электрическими полями, которые они сами же и порождают, либо, в случае с кварками – потенциальная энергия взаимодейтсвия с их глюонными полями.
Даже классический пример так называемого «преобразования массы в энергию» – аннигиляцию материи и антиматерии концептуально сводится к тому же преобразованию одного вида энергии к другому, и вам не требуется алхимия по преобразованию массы в энергию для его объяснения.
Основная идея данного поста в том, что масса – понятие виртуальное. Это всего лишь свойство, свойство, которое проявляет энергия, поэтому некорректно думать, что масса может являться мерой количества материала в том или ином объекте, на самом деле, это характеристика количества энергии, которой данный объект обладает. Значение именно этой характеристики мы получаем, когда взвешиваем тот или иной объект.