Сучасні освітні технології (штучний інтелект, імерсивні технології, STEM-освіта, змішане навчання), корисні матеріали, практичні онлайн-інструменти, фізика. Дізнались про щось нове? Одразу реалізуймо в роботі!
Повне внутрішнє відбиття (П. в. в.)- окремий випадок відбиття світла або електромагнітних хвиль іншого діапазону на межі розділу двох середовищ. Відбувається, коли хвиля падає на поверхню розділу з боку оптично густішого середовища (з більшим заломлення показником n1), n2 — показник заломлення другого середовища. При П. в. в. електромагнітна хвиля повністю повертається в оптично густіше середовище. Енергія хвилі при П. в. в. частково проникає в менш густе середовище на глибину порядку довжини хвилі світла, але потім повертається назад.
Явище повного внутрішнього відбиття
Розглянемо падіння світлового променя з більш оптично густого середовища 1 (наприклад, води) в менш оптично густе середовище 2 (наприклад, повітря). З формули видно, що при збільшенні кута α синус α збільшується, тому синус γ, а відповідно й кут γ, повинні також збільшуватися. Тому знайдеться деякий кут α0, коли γ стане рівним 90°, і заломлений промінь почне ковзати по межі розділу двох середовищ (жовтий промінь). Цей кут можна визначити із закону заломлення:
Отже, , де α0 - граничний кут повного відбивання.
При подальшому збільшенні α промінь вже не вийде в середовище 2, а повністю відіб'ється у середовище 1 (червоний промінь).
Повне внутрішнє відбиття світла використовується в світловоді, в якості якого може виступати тонке скловолокно. Чим тонше скляний стрижень, тим більше число відбивань світла виникає в ньому. Товщина скловолокна 10 мкм, зверху його вкривають тонким шаром скла з меншим показником заломлення. Набираючи декілька тисяч таких волокон, отримують пучок. Потім шліфують і полірують торці. Отриманий тонкий і гнучкий світловод застосовують для передачі чіткого зображення предмета безпосередньо в око спостерігача або на екран. Застосовуються для побудови оптоволоконних ліній зв'язку, а також в медицині (ендоскопія, діагностика захворювань внутрішніх органів, опромінювання онкопухлин), в дефектоскопії (визначення дефектів порожнин деталей).
Практичне застосування явища повного внутрішнього відбивання:
Обидва аквалангіста намагаються подати світловий сигнал товаришу на містку над озером. Одному це вдалося, а другому - ні. Як ти думаєш, чому?
Обережно, пірнальники! Камінь на дні водоймища людина бачить вище, ніж насправді. Тому глибина завжди нам здається меншою, ніж насправді.
Досліджуємо явище повного внутрішнього відбивання "Наука навколо нас":
Також для пояснення заломлення світла буде корисною флеш-анімація
"Заломлення та повне внутрішнє відбивання світла". Флеш-анімація моделює явище повного
внутрішнього відбивання. Анімація є інтерактивною і дозволяє
змінювати умови проведення досліду. Мова анімації: російська,
джерело: http://skillopedia.ru
Іван Пулюй Рентген Українець Іван Пулюй за 14 років до німця Вільгельма Рентгена сконструював трубку, яка згодом стала прообразом сучасних рентгенівських апаратів.
Він набагато глибше, ніж Рентген проаналізував природу і механізми виникнення променів, а також на прикладах продемонстрував їх суть. Саме Іван Пулюй першим у світі зробив рентгенівський знімок людського скелета.
Федір Піроцький Електричний трамвай На початку 1870-х полтавчанин Федір Піроцький розробив технологію передачі електроенергії через залізний дріт.
У 1880 році Піроцький представив проект застосування електрики “для руху залізничних потягів з подачею струму”. Через рік в Берліні поїхав перший трамвай, вироблений компанією Siemens за схемою українця.
Трамваї фірми Simens
Сергій Корольов Ракетний двигун Уродженець Житомира Сергій Корольов є конструктором радянської ракетно-космічної техніки і засновником космонавтики.
У 1931 році він разом з колегою Фрідріхом Цандером домоглися створення громадської організації з вивчення реактивного руху, яка згодом стала державною науково-конструкторської лабораторією з розробки ракетних літальних апаратів. У 1957 році Корольов запустив на навколоземну орбіту перший в історії штучний супутник Землі.
Ігор Сікорський Вертоліт Винахідником вертольоту є київський авіаконструктор, який емігрував до США, Ігор Сікорський.
У 1931 році він запатентував проект машини з двома пропелерами – горизонтальним на даху і вертикальним на хвості. Перший вертоліт VS-300 піднявся в небо в 1939 році. Пізніше на його основі VS-300 був створений перший у світі вертоліт-амфібія на поплавковому шасі, який міг злітати з води і сідати на суші.
Володимир Нікітін Найшвидший в світі автомобіль У найшвидшому радянському автомобілі, проект якого в 1966 році розробив харків’янин Володимир Нікітін, був встановлений вертолітний газотурбінний двигун ГТД-350 потужністю 400 кінських сил. Розрахункова швидкість машини становила 400 км/год, але вона не була досягнута через відсутність відповідної траси. Однак під час заїзду на Чугуївської трасі ХАДІ-7, стартувавши з місця, зміг розвинути швидкість 320 км/год на дистанції 1 км.
В’ячеслав Петров Компакт-диск Мало хто знає, що прообраз компакт-диска в кінці 1960-х винайшов аспірант Київського інституту кібернетики В’ячеслав Петров. Тоді розробка носила науковий характер і не мала нічого спільного з музикою. Оптичний диск був створений для супер ЕОМ.
Гнучкий суперконденсатор Фахівці з Львівської політехніки придумали гнучкий тканинний суперконденсатор, який працює на сонячній батареї і може зарядити навіть мобільний телефон. Пристрій являє собою компактну систему енергозбереження, котра гнеться і кріпиться до будь-якої поверхні. Це український винахід увійшло в топ-100 кращих досліджень і розробок світу 2011 року за версією впливового американського журналу R&D Magazine.
Антон Пастерниковий, Максим Осика, Антон Степанов та Валерій Ясаков
Рукавичка EnableTalk для людей з обмеженими можливостями Рукавичка призначена для перекладу мови жестів в слова. Пристрій для людей з обмеженими можливостями слуху та мовлення розробили українські студенти. Він виглядає, як дві рукавички, оснащені датчиками, які відстежують положення рук і передають дані на мобільний пристрій. На конкурсі Microsoft Imagine Cup 2012 цей проект посів перше місце. Кожна рукавичка має 15 сенсорних датчиків, які розпізнають мову жестів і трансформують її в текст на мобільному пристрої. З’єднання відбувається через Bluetooth, а працюють рукавички на сонячних батареях. Ціна такого винаходу складає 75 доларів США. Для порівняння: ціни аналогічних приладів часто сягають 1000 доларів США і, крім того, вони оснащені меншою кількістю сенсорів.
Леонард Смирнов Опріснення морської води Технологію опріснення морської води для пиття розробив професор Одеської державної академії холоду Леонард Смирнов. Заморожена особливим чином морська вода перетворюється в кристали, з поверхні яких можна видалити солі, шкідливі речовини, а також важкі ізотопи водню, які негативно впливають на гени і нервову систему людини.
Олег Збарський Екоавтомобіль, що працює на повітрі Житель Харкова, 48-річний Олег Збарський, створив автомобіль, що працює на стисненому повітрі. Така пневмомашин, хоч і їздить зі швидкістю 40 км / год, не виробляє шкідливих викидів. І хоча екоавтомобіль дуже громіздкий, при відповідному доопрацюванні технологія може отримати широке застосування.
Найекономніший в Україні автомобіль. Студенти Харківського національного автомобільно-дорожнього університету розробили і створили найекономніший в Україні автомобіль. LSA KHADI 34 може проїхати майже 600 км всього на одному літрі бензину. Об'єм двигуна машини — 35 кубічних сантиметри, а важить вона всього 43 кілограми.У той же час практичним даний автомобіль назвати все ж складно, так як він розрахований в першу чергу на спеціально обкатані траси, та їзду по українських дорогах навряд чи витримає.
Віталій Огородніков Вимірювач швидкості Оригінальний пристрій для визначення швидкості автомобіля в момент аварії розробив вінницький вчений Віталій Огородніков. За словами професора, пристрій обчислює швидкість по залишковій деформації автомобіля. Це набагато точніше, ніж визначати його з гальмівного шляху. Винахід Огороднікова зацікавив китайських підприємців, і вони підписали угоду про співпрацю з Вінницьким національним технічним університетом на 100 тисяч доларів.
Віктор Бернацький Пристрій, що може приборкувати урагани Кандидат фізико-математичних наук, професор кафедри методики викладання фізики та хімії Рівненського державного гуманітарного університету Віктор Бернацький створив пристрій, який може приборкати ураган. Зовні він нагадує циліндр, усередині якого розташована система вентиляторів. У дію пристрій приводить сама стихія, яку він і гасить. Чим більшим буде порив вітру, тим ефективніше працюватимуть вентилятори, зменшуючи силу вітру до безпечного рівня. Винахід українського вченого може бути корисним також і в народному господарстві: використання енергії звичайного вітру для забезпечення будинків електроенергією. Цікаво, що особливих матеріалів пристрій теж не потребує: його можна зробити з металу чи пластмаси. Автор розробив і стаціонарні, і пересувні «приборкувачі ураганів». Український геній отримав 15 патентів на свій винахід, щоразу вдосконалений, і здобув нагороду Європейської науково-промислової палати.
Олексій Оніпко Вітрогенератор Український вчений-фізик, доктор технічних наук, заслужений винахідник України, Лауреат державної премії України в галузі науки і техніки, Олексій Оніпко має на своєму рахунку більш як 150 наукових праць і винаходів. Але найвідоміший для українців - вітрогенератор «Ротор Оніпка». Унікальність його в тому, що вітроколесо має об’ємну аеродинамічну форму, яка забезпечує максимальний відбір вітрової енергії і, обертаючись, створює мінімальний опір вітру. Завдяки такій конструкції турбіна може обертатися від незначного вітру (мінімальна достатня швидкість якого – 0,5 м/с) і при цьому виробляти електрику, запасаючи її в акумуляторах. За свій винахід український учений отримав багато нагород і призів, з-поміж яких медаль Леонарда да Вінчі, вручена Асоціацією Європейських винахідників «AEI», Премія «Зелений Оскар», присуджена Міжнародною федерацією асоціації винахідників (IFIA), Диплом учасника виставки «GREENEXPO/Альтернативна енергетика» і безліч інших. Антон Головаченко Костюм супермена
Український студент Антон Головаченко у 2013 році виграв золото на міжнародних змаганнях молодих науковців. Він здобув перемогу завдяки своєму роботизованому “костюму супермена”.
Такий екзоскелет збільшує фізичну силу людини за допомогою керованої
механіки. Пристрій може допомогти насамперед людям з обмеженими
можливостями.
Іван Селезньов
Нове чуття: ультразвукова рукавичка для просторової орієнтації людей з вадами зору
Це дві рукавички, які оснащені датчиками, які відстежують положення рук і
передають дані на мобільний пристрій. Пристрій українця потрапив до
трійки кращих винаходів світу, ним зацікавились американські інвестори
та пропонували співпрацю. Але Іван відмовився, адже все ще чекає, коли
буде можливість розвинути цей проект в Україні.
Магнітне поле – це особливий вид матерії за допомогою
якого здійснюється взаємодія між провідниками струму і постійними
магнітами. Було встановлено, що між магнітним полем і електричним
струмом існує зв’язок, який вперше дослідив Ерстед. При пропусканні
електричного струму магнітна стрілка стає перпендикулярно до провідника.
При зміні напрямку електричного струму магнітна стрілка поверталась на
1800. із цього досліду витікає:
1) причиною виникнення магнітного поля є електричний струм;
2) магнітне поле має напрямлений характер. Цю
величину прийнято називати В – магнітна індукція – це векторна величина,
яка характеризує величину поля в даній точці.
Правило правого гвинта. Силові лінії магнітного поля
Електричне поле плоского конденсатора в основному локалізовано між пластинами, а проте, поблизу країв пластин і в навколишньому просторі також виникає порівняно слабке електричне поле, яке називають полем розсіювання. У цілому ряді завдань наближено можна нехтувати полем розсіювання і вважати, що електричне поле плоского конденсатора цілком зосереджено між його обкладками.
Електроємність конденсатора – скалярна фізична величина, яка характеризує здатність конденсатора накопичувати заряд і дорівнює відношенню значення заряду однієї з обкладок конденсатора до різниці потенціалів між цією обкладкою і сусідньою.
Електроємність залежить від геометричних розмірів провідника, його форми, від розташування навколо нього інших провідників та діелектричних властивостей середовища. Електроємність не залежить від матеріалу провідника, його агрегатного стану, величини заряду.
За одиницю електроємності в системі СІ прийнято 1 Фараду − [1Ф]=[1 Кл/1 В]. 1 Ф досить велика ємність.
Так, електроємність Землі (як кулі) складає всього 7,11х10-8 Ф. Тому на практиці зручно користуватись частками ємності: 1 мкФ = 10-6 Ф, 1 нФ = 10-9 Ф, 1 пФ = 10-12 Ф.
Паралельне та послідовне з'єднання конденсаторів.
3D візуалізація принципу дії конденсатора.
Анімовано залежність ємності плоского конденсатору від площини пластин, діелектричної проникності речовини між пластинами конденсатору та відстані між пластинами. Відео англійською мовою.
Аналогія потенціальної механічної енергії і потенціальної енергії електричного поля.
Різниця потенціалів.
Точка нульового потенціалу.
Заземлення.
Відео: Напруга. Різниця потенціалів.
Робота з переміщення заряду в електричному полі. Потенціал. Розв'язування задач.
Завдання 15, ЗНО 2019, фізика, очна сесія, зошит №1
На рисунку схематично зображено однорідне електростатичне поле напруженістю Е, створене нескінченно великими зарядженими пластинами. Позитивний точковий заряд перебуває в точці 1. Електростатичне поле не виконуватиме роботу під час переміщення цього заряду в точку.
Відео демонструє, як напругу можна візуалізувати і провести аналогію між електричною і механічною потенціальними енергіями (англійською мовою).
•Штучні алмази успішно вирощували із графіту за методикою, запропонованою радянським ученим І.Лейпунським у 1953 році. Графіт легко розчинявся в залізо-нікелевому розплаві й насичував його вуглецем. Нерозчинний у розплаві алмаз за тиску 10000 барів і температури 1400°С випадав в осад у вигляді кристалів. Потім графітметалеві таблетки в камерах високого тиску за півхвилини проростали десятками кристаликів алмазу. Але це були технічні алмази, сировина для абразивної промисловості. У такий спосіб їх давно виготовляють у Києві, в інституті надтвердих матеріалів.
Генрі Моїссан (1852 - 1907), французький хімік, отримав в 1906 році Нобелівську премію з хімії за відкриття синтетичного алмазу, застосовуючи спеціальні процеси обробки аморфного вуглецю при високих температурах і тиску, створюючи таким чином ті ж самі умови, які необхідні для формування натурального алмазу.
Такий спосіб виробництва в даний час покриває близько 80% світового попиту на промислові алмази.
Близько 97 % алмазів (за вагою), що використовуються в промисловості — синтетичні.
3D візуалізація енергії, напруги, електричного струму
Електричне коло — сукупність сполучених між собою провідниками електронних компонентів, джерел струму й напруги, перемикачів тощо, через яку може проходити електричний струм.
Кількісною мірою електричного струму служить сила струму I – скалярна фізична величина, рівна відношенню заряду Δq ,що пройшов через поперечний переріз провідника за проміжок часу Δt до цього проміжку часу:
Для протікання електричним колом струму необхідно, щоб у колі були елементи, які переміщують електричні заряди, збільшуючи їхню енергію. Сили, які виконують цю функцію називаються сторонніми силами. За своєю природою сторонні сили можуть бути різноманітні: хімічні, як у електричних батареях і акумуляторах, термоелектричні, як у термопарах, чи зумовлені явищем електромагнітної індукції, як у генераторах електричного струму.
У результаті розділення всередині джерела позитивних і негативних зарядів джерело набуває запасу потенціальної енергії, яка витрачається на виконання роботи з переміщення зарядів по всьому колу.
Похила площина вважається одним із елементарних (простих) механізмів в механіці.
Правила додавання векторів.
«Правило трикутника»: потрібно зробити паралельне перенесення одного з векторів так, щоб його початок співпадав з кінцем іншого. Вектор суми утворюватиме трикутник з двома векторами, він буде починатись у точці початку першого вектора і закінчуватись у точці кінця другого:
За цим правилом можна додавати багато векторів, для цього їх всі потрібно послідовно з’єднати. Результатом буде вектор, що починається у точці початку першого вектора, та закінчується у точці кінця останнього вектора.
«Правило паралелограма»: потрібно зробити паралельне перенесення одного з векторів так, щоб початки векторів співпали. На основі цих векторів будується паралелограм, а сумарний вектор буде співпадати з діагоналлю побудованого паралелограма і матиме початок в точці суміщення векторів.
, де α0 - граничний кут повного відбивання.
