Показ дописів із міткою Фізика. Показати всі дописи
Показ дописів із міткою Фізика. Показати всі дописи

Математика і фізика мильної бульбашки

ЧУДОВИЙ СВІТ мильних бульбашок (математика, фізика і архітектура)




Як приєднуються мильні бульбашки?

Ми запитали, як бульбашки з’єднуються між собою, чи є певні закономірності?

Відповідь, звісно, є, візерунки є скрізь, але чи очікували ви такі візерунки від сферичних чи напівсферичних бульбашок?

Дві бульбашки з’єднуються по площині, якщо бульбашки рівні. Якщо одна бульбашка менша за іншу, більший тиск маленької бульбашки зробить з’єднання опуклим у сторону більшої бульбашки.



Якщо кількість бульбашок більша за дві?


 

Наприклад, три бульбашки створюють з’єднання під 120 градусів, а шість бульбашок, розташованих навколо однієї бульбашки, створюють форму шестикутника.

Фото: джерело.

Це геометрія світу природи? Де ви бачили ці шестикутні конструкції в інших місцях?


Мильні бульбашки є фізичною ілюстрацією проблеми мінімальної поверхні, складного математичного завдання. Незважаючи на те, що з 1884 відомо, що мильна бульбашка має мінімальну площу поверхні при заданому об'ємі, тільки в 2000 році було доведено, що дві об'єднані бульбашки також мають мінімальну площу поверхні при заданому об'єднаному об'ємі. Це завдання було названо теоремою подвійної бульбашки.  Вдалося довести, що оптимальна поверхня буде шматково-гладкою, а не нескінченно зламаною. Коли дві бульбашки з'єднуються, вони набувають форми з найменшою можливою площею поверхні. Їхня загальна стінка вигинатиметься всередину більшої бульбашки, так як менша бульбашка має більшу середню кривину і більший внутрішній тиск. Якщо бульбашки однакового розміру, їхня загальна стінка буде плоскою. 
Правила, яким підпорядковуються бульбашки при поєднанні, були експериментально встановлені в XIX столітті бельгійським фізиком Жозефом Плато і доведені математично в 1976 Жаном Тейлором. Якщо бульбашок більше ніж три, вони будуть розташовуватися таким чином, що біля одного краю можуть з'єднуватися тільки три стінки, при цьому кути між ними дорівнюватимуть 120°, в силу рівності поверхневого натягу для кожної поверхні, що стикається.



Поведінка мильних плівок, що перетинаються, можна досліджувати, змінюючи положення в просторі двох простих плоских рамок. При зануренні об'ємних рамок в мильний розчин, виходять дивовижні за красою та формою плівки. Здавалося б, повинні виходити плівки, що обтягують каркас. Але немає! У разі куба, тетраедра, чотирикутної піраміди та багатьох інших фігур, плівки прикріплюються до ребер і сходяться всередині. Площа плівок, натягнутих на каркас, завжди мінімальна.




Фото: джерело





Фото: джерело




За допомогою рамок можна наочно вирішувати деякі геометричні та архітектурні завдання. 

Під час проектування будівель даху макетів виконуються у вигляді каркасів. Розрахунок перевіряється за допомогою мильних плівок, що формуються на цих рамках. 


"Water Cube", Китай

Якщо стоїть задача, як з'єднати чотири міста, що розташовані у кутах прямокутника, то теж можна скористатися мильними плівками.



Розв'язання задачі "Чотири міста".


The fascinating science of bubbles, from soap to champagne | Li Wei Tan


Детальніше:
Architecture and Mathematics: Soap Bubbles and Soap Films

Determination of surface tension from the measurement of internal pressure of mini soap bubbles

Нових ідей!

Приєднуйтесь, де зручніше:

Telegram: https://t.me/pakhomovaeducation

Viber: Education

Discord: ХНУ Фізичний

FB: https://www.facebook.com/educationXXII/

Кіт теж любить фізику


"Колиска Ньютона" - механічна модель, створена Ісааком Ньютоном для демонстрації перетворення енергії різних видів один в одне: кінетичної в потенціальну і навпаки.


Цікаві факти про кристали



У перекладі з грецької, слово «кристал» означав «лід».

Кристали – це тверде тіло, де молекули (атоми, іони) з’єднуються разом у повторюваному малюнку.


Саме наявність кристалічної гратки забезпечує упорядкованість внутрішньої будови кристала, надаючи йому вигляд багатогранника з плоскими гранями, лінії перетину яких є ребрами, а точки перетину ребер - вершинами.


Правильну геометричну форму і єдину кристалічну структуру мають лише монокристали (одиночні кристали речовини). Іноді декілька монокристалів зростаються разом, утворюючи полікристал. Полікристали складаються з монокристалів різного розміру, не мають правильної геометричної форми.

Процес утворення кристалів називається кристалізацією. На появу зародків впливає переохолодження, підвищення концентрації розчину, присутність сторонніх уламків кристалів. Це спрощує початок кристалізації.


Сніжинки. Це крижані кристали, які утворюються високо в хмарах, коли вода замерзає. Урешті-решт, усі сніжинки мають спільну рису: шість кутів, а якщо висловитися точніше, симетрію 6-го порядку. Чому? Молекули води завжди розташовуються під кутом 60 або 120 градусів.

Є й штучний спосіб утворення кристалів. Їх виробляють з розплавів розчинів або газу. Для кожного мінералу існує особливий технологічний спосіб.

Найкрупніші природні кристали існують в Мексиці, у двох печерах. На глибині більше 300 метрів знаходяться кристали довжиною в 10-15 м. А самі такі складаються з селеніту – прозорий гіпс.
Природні кристали вириваються з землі, де температура і тиск Землі викликають їх формування. Багато кристалів також створюються в лабораторіях у контрольованих умовах для конкретних цілей.


Наука про вивчення кристалів та способів їх формування називається кристалографія. 
У реальних кристалах завжди є дефекти.
Дефекти кристалів впливають на властивості кристалів.
Кристали із якими ми зустрічаємося майже кожного дня: сіль, рідкокристалічний екран для створення зображення на телефоні, шоколад і багато інших.
Світ кристалів безмежний!



SpillNot фізика у побуті

Фізика навколо нас: SpillNot


SpillNot – це чудове рішення проблеми перенесення рідин. Фундаментальні закони фізики легко демонструють дію доцентрової сили. 


Хоча проблема того, чому розливається рідина, може здатися тривіальною, насправді вона об’єднує ряд фундаментальних наукових проблем. Сюди входять механіка рідини, стабільність рідинних поверхонь (наразі ми відкинемо біологію ходьби).
SpillNot — це чудовий інструмент для того, щоб зацікавити ваших учнів повсякденною фізикою, яка лежить в основі того, чому напої проливаються, коли ми їх носимо, і що має статися, щоб запобігти розливу.


Чому відбувається розливання: коли жорстка чашка прискорюється горизонтально, рідина з низькою в’язкістю залишається в спокої і залишається позаду, і піднімається на стінку чашки, може відбутися розливання рідини за межі чашки, якщо висота підйому більша, ніж стінки чашки. Пізніше, коли людина перестає рухатися вперед, чашка сповільнюється, але рідина (зараз у русі) залишається в русі до іншої стінки чашки.


 
У деяких випадках виникає посилюючий резонанс, коли прискорення руху системи збігаються з власною частотою хлюпання рідини вперед і назад.

Чому SpillNot запобігає проливанню рідини: Замість того, щоб прискорювати чашку вбік, зручний важіль нахиляє основу приладу, щоб стінки чашки завжди були перпендикулярні до поверхні рідини. Пристрій нахиляється, коли ви прискорюєте його, щоб найбільша сила на чашку діяла перпендикулярно від основи. Тепер, навіть якщо рідина була нахилена порівняно з горизонталлю, чашка теж була! Простіше кажучи, SpillNot запобігає розливання, повертаючи дно чашки, щоб рідина ніколи не потрапляли через край.





Lesson

Ідеально підходить для катання на човні, літаку, подачі в ресторані або просто під час подачі кави під час землетрусу. Ви можете бути впевнені, що ваш напій добереться до місця призначення, не проливши ні краплі!

Відкриття радіоактивності . Анрі Беккерель. Фізика 9 клас

 


Беккерель встановив, що ізольовані від дії світла фотопластинки, які знаходяться у контакті із солями урану, засвічуються. Це відбулось 1 березня 1896 року. Констатація цього факту традиційно вважається відкриттям радіоактивності.

18 травня 1896 року, використовуючи металевий уран, одержаний французьким хіміком Анрі Пуассоном, Беккерель експериментально довів, що носієм «уранових променів» є сам елемент уран.

Вчені зіткнулись з невідомою раніше властивістю атомів даного елемента постійно і незмінно виділяти енергію. На горизонті науки несподівано яскраво заблищало слово «уран».


Тест "Будова атома. Радіоактивність. 9 клас"


Марія Склодовська-Кюрі. Радіоактивність

 


Марія Склодовська народилася 7 листопада 1867 року у Варшаві. Вона була молодшою з п'яти дітей у сім'ї Владислава і Броніслави Склодовських.

Марія Кюрі зробила набагато важливіше відкриття: уранова руда, відома під назвою уранової смоляної обманки, випускає сильніше випромінювання Беккереля, ніж сполуки урану і торію, і, принаймні, в чотири рази сильніше, ніж чистий уран. Кюрі висловила припущення, що в урановій смоляній обманці міститься ще не відкритий і сильно радіоактивний елемент. Навесні 1898 року вона повідомила про свою гіпотезу і про результати експериментів Французькій академії наук.

Чорнобиль. Як сталася аварія на ЧАЕС

 Чорнобиль


У цьому відео на простому рівні розбираються і аналізуються причини аварії на 4 енергоблоці Чорнобильської АЕС 26 квітня 1986 року. Матеріали: INSAG-7


Потенціальна та кінетична енергія STEM-активності

 Створіть власні американські гірки (STEM - активності)



Американські гірки – це все про фізику! На відміну від більшості рухомих транспортних засобів, автомобілів, потягів і автобусів, які покладаються на двигуни, американські гірки покладаються на потенціальну енергію тяжіння. Те, що піднімається вгору, має спускатися.

Потенціальна енергія зберігається або утримується об’єктом, яка може бути викликана положенням або висотою об’єкта, висотою над землею. 

Коли тіло рухається вниз, потенціальна енергія перетворюється в кінетичну енергію або енергію руху. Коли тіло рухається вгору, воно втрачає кінетичну енергію, сповільнюючи рух, і отримує потенціальну енергію. Оскільки процес продовжується через петлі, пагорби та повороти, американські горки в кінцевому підсумку повертаються на початок.

Щоб побудувати успішну модель американських гірок, нам потрібно врахувати ці фактори і надати необхідну висоти початковому положенню тіла. Ви повинні переконатися, що ваше тіло має достатньо потенціальної енергії, щоб пройти через всю вашу доріжку.


Прибори та матеріали:

Папір
Стрічка скотч
Ножиці
Лінійка
Олівець
Картон
М'яч (скляний)

Спроектуйте та випробуйте власні американські гірки, доповнені несподіваними поворотами. 

  • Спроектуйте та побудуйте американські гірки, які будуть зібрані, а потім протестовані під час презентації.
  • Спроектуйте та створіть механізм запуску, який починає рухати м’яч вздовж доріжки американських гірок.
  • Перевірте, як далеко і як швидко м’яч може пройти через американські гірки..
  • Створіть і презентуйте два елементи командного вибору, які демонструють інтереси, навички, сили та таланти команди.

Також цікава активність побудувати американські горки у ресурсі 
Algodoo — комп'ютерна програма для демонстрації законів фізики


Також можна відвідати американські гірки у режимі віртуальної реальності:






Резерфордівське розсіювання. Віртуальні фізичні симуляції

Резерфордівське розсіювання. Симуляція "Фізика в школі"



Резерфордівське розсіювання мало велике значення для встановлення будови атома. 




 Симуляція: 

В 1911 році Ернест Резерфорд провів знаменитий експеримент із розсіювання альфа-частинок і експериментально перевірив справедливість своєї формули. Це дозволило йому побудувати планетарну модель атома й встановити розміри ядра.

Від радіоактивної речовини, поміщеної у свинцевий контейнер, -частинки спрямували на тоненьку золоту фольгу (практично кілька шарів атомів Ауруму). Розсіяні частинки потрапляли на екран, покритий шаром сірчистого цинку, який світиться під ударами швидких заряджених частинок. Спалахи на екрані можна було спостерігати за допомогою мікроскопа. Спостереження розсіяних -частинок у дослідах Резерфорда можна було проводити під різними кутами до початкового напрямку поширення пучка -частинок.

Під час дослідів було виявлено:

- більшість -частинок проходили через тонкий шар металевої фольги, практично не відхиляючись;

- невелика кількість -частинок відхилялась на значні кути, що перевищували 30°;

- дуже невелика кількість -частинок (приблизно одна на десять тисяч) відхилялась на кути, близькі до 180°.

На особливу увагу заслуговує останнє спостереження. Фактично а-частинки відлітали назад! Цей факт став неочікуваним, і Е. Резерфорд відчув, що за цим криється щось важливе.

Фізичні експерименти (8 клас)

Дії електричного струму



Демонстрація теплової та світлової дії електричного струму

Магнітна дія струму


Як зробити електромагніт за 1 хвилину


Хімічна дія струму






Механічні властивості твердих тіл (Фізика 10 клас)

Механічні властивості твердих тіл 

(Фізика 10 клас)


Монокристали, полікристали

Ізотропія, анізотропія

Тест: 

Розподіл матеріалів на пружні, пластичні і крихкі значною мірою є умовним, адже властивості матеріалів суттєво залежать від вологості, температури, швидкості збільшення навантаження тощо.

Троянда та рідкий азот


Гума у рідкому азоті



Гумові рукавички у рідкому азоті


Задачі

https://studfile.net/preview/4512484/page:23/


https://drive.google.com/file/d/0By6zHVeZx5cZU3FJQlFoVm1HVFU/edit?resourcekey=0-mTWJm4v5fUJs8iwu4AHcAg


https://drive.google.com/file/d/0By6zHVeZx5cZYlhTRDI0NU52OGc/edit?resourcekey=0-emd--YLTQ99riSp7gz3ZKQ

Telegram: https://t.me/pakhomovaeducation FB: https://www.facebook.com/educationXXII/ Donate Pay Pal:

Ефект Ляйденфроста

Фізика на кухні: чому  вода збереться в краплі, які будуть «ковзати» по поверхні нагрітого металу?



Ефект Ляйденфроста (або Ефект Лейденфроста) — явище, при якому рідина в контакті з тілом, що має температуру значно вищу за точку кипіння цієї рідини, створює ізолюючий шар пари, який запобігає швидкому викіпанню рідини.

У повсякденному житті явище найкраще спостерігати при приготуванні їжі: для оцінки температури сковороди на неї бризкають водою — якщо температура досягла або вже є вищою за точку Ляйденфроста, вода збереться в краплі, які будуть «ковзати» по поверхні металу і випаровуватися довше, ніж якби це відбувалося на сковороді, що нагріта вище точки кипіння води, але нижче точки Ляйденфроста.


Основна причина — при температурах, що вищі точки Лейденфроста, нижня частина краплі миттєво випаровується при контакті з гарячою поверхнею. Отриманий в результаті газ підтримує частину краплі над нею, запобігаючи подальшому прямому контакту між рідкою водою і гарячим тілом. Так як теплопровідність пари значно нижча, теплообмін між краплею і пательнею сповільнюється, це дозволяє краплі «їздити» по пательні на шарові з газу під нею.

Резерфордівське розсіювання. Віртуальні фізичні симуляції (PHET)

Шкільна програма з фізики 9 клас. 
Резерфордівське розсіювання


Резерфордівське розсіювання мало велике значення для встановлення будови атома. 





В 1911 році Ернест Резерфорд провів знаменитий експеримент із розсіювання альфа-частинок і експериментально перевірив справедливість своєї формули. Це дозволило йому побудувати планетарну модель атома й встановити розміри ядра.









Радіоактивність. Віртуальні фізичні симуляції

Шкільна програма з фізики 9 клас. Радіоактивність



Явище радіоактивності було відкрито в 1896 р А. Беккерелем, який виявив проникаюче випромінювання сполук урану, що діє на емульсію фотопластинки.
Радіоактивність полягає в тому, що ядра радіоактивних елементів самовільно розпадаються з випусканням α-,β-частинок і γ-квантів чи шляхом ділення; при цьому вихідне ядро перетворюється в ядро іншого елемента.






Радіація заповнює весь Всесвіт. Радіоактивні речовини увійшли до складу Землі із самого її зародження. Вони знаходяться в гірських породах, воді, рослинах та тваринах. Навіть в органах людини завжди присутня певна незначна кількість радіоактивних елементів.

Що робити у випадку раптового виникнення радіаційної небезпеки?

  • негайно укрийтеся в будинку. Стіни дерев'яного будинку послаблюють іонізуюче випромінювання в 2 рази, цегляного – у 10 разів; заглиблені укриття (підвали): з покриттям із дерева у 7 разів, з покриттям із цегли або бетону – у 40-100 разів;
  • не панікуйте, слухайте повідомлення органів влади з питань надзвичайних ситуацій;
  • зменшить можливість проникнення радіації в приміщення – закрийте всі вікна та двері;
  • з прибуттям на нове місця перебування, проведіть дезактивацію засобів захисту, одягу, взуття та санітарну обробку шкіри на спеціально обладнаному пункті або ж самостійно – зніміть верхній одяг, ставши спиною проти вітру, витрясіть його і повісьте на перекладину, віником або щіткою змесіть з нього радіоактивний пил та вимийте водою; обробіть відкриті ділянки шкіри водою або розчином типу ІПП-8, який буде виданий кожному. Для обробки шкіри можна використовувати марлю чи просто рушники.