Результаты поиска потегунаука
Дополнительные фильтры
Теги:
наукановый тег
Автор поста
Рейтинг поста:
-∞050100150200300400+
Найдено: 1000+
Сортировка:
Физики решили «проблему Фейнмана» об инвертированном разбрызгивателе. Ответ очевидный, а вот объяснение — нет
В какую сторону будет вращаться обычный садовый опрыскиватель, если поток жидкости в нем обернуть вспять? Ответ на этот вопрос выглядит абсолютно очевидным. И он всегда разный в зависимости от степени понимания отвечающим физики протекающих процессов. Поэтому неудивительно, что загадка об инвертированном разбрызгивателе занимала лучшие умы человечества многие десятилетия. К счастью, американские ученые наконец-то теоретически и экспериментально обосновали по-настоящему правильное ее решение.
Разбрызгиватель, работающий в инвертированном режиме (вода движется к центру устройства через трубки-сопла внутрь). Хорошо видны формирующиеся внутри него вихри разного размера и направления
Для начала стоит упомянуть, что проблема инвертированного разбрызгивателя — наглядная иллюстрация закона Стиглера: Ричард Фейнман лишь популяризовал загадку, но сформулировал ее далеко не первым. Наиболее раннее упоминание этого теоретического вопроса встречается в труде The Science of Mechanics (1883 год) небезызвестного Эрнста Маха, именем которого названо число Маха. Экспериментальные попытки определить, в какую сторону будет вращаться инвертированный разбрызгиватель, стали предпринимать примерно с 1940-х годов.
Имя Фейнмана с этой задачей связано следующим образом. Во-первых, когда он услышал обсуждение проблемы инвертированного разбрызгивателя (как раз в 1940-е) коллегами-аспирантами, предложил провести эксперимент. И не где-нибудь, а в помещении циклотрона Принстонского университета. Опыт закончился феерично: задействованный в процессе стеклянный бак разорвало от избыточного давления. Результат оказался спорным, разбрызгиватель сначала немного дернулся вокруг своей оси, а затем замер и больше не двигался. Хотя вода через него продолжила проходить.
Во-вторых, именно Фейнман познакомил широкую публику с проблемой инвертированного разбрызгивателя. Она упоминается в его автобиографической книге «Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман» (1985 год). Хотя в среде популяризаторов науки и ученых эта задача и ранее ассоциировалась с его фамилией, чем гениальный физик явно не был доволен. Он справедливо указывал, что лавры первооткрывателя принадлежат не ему, а Маху.
60-дюймовый циклотрон в Лаборатории радиации им. Лоуренса Калифорнийского университета в Беркли
Упрощенно суть проблемы заключается в следующем. Полностью погрузим садовый S-образный вращающийся разбрызгиватель в большую емкость и попробуем откачать через него воду. В какую сторону будет вращаться разбрызгиватель и будет ли он это делать вообще? Возможных решений три:
1 - Он будет вращаться в сторону, противоположную «обычному» режиму разбрызгивания: вода же всасывается, следовательно, на срезе сопел возникает разрежение. Это объяснение наименее полное с точки зрения физики, но интуитивно кажется самым логичным.
1 - Он будет вращаться в сторону, противоположную «обычному» режиму разбрызгивания: вода же всасывается, следовательно, на срезе сопел возникает разрежение. Это объяснение наименее полное с точки зрения физики, но интуитивно кажется самым логичным.
2 - Он будет вращаться в ту же сторону, что и «обычный» разбрызгиватель: увлекаемая в него вода передает часть крутящего момента на изгибающееся сопло. Этот вариант требует как можно меньшего трения во всех вращающихся деталях разбрызгивателя.
3 - Он останется на месте: сила реакции сопла, всасывающего воду, уравновешивается моментом, который вода передает изгибу внутри сопла. С точки зрения большинства изучавших проблему ученых, это наиболее правильный вариант.
Разбрызгиватель, работающий в режиме обычного опрыскивателя (вода движется от центра устройства через трубки-сопла наружу)
На протяжении последнего полувека различные исследователи проводили эксперименты, чтобы определить, какой из этих вариантов соответствует действительности. Но результаты были всегда неоднозначные. Даже в тех случаях, когда трение движущихся частей разбрызгивателя удавалось снизить практически полностью, он либо стоял на месте, либо едва заметно вращался в противоположную сторону. Полноценного ответа найти не получалось.
За решение эпохальной задачи взялась лаборатория прикладной математики Курантовского института математических наук (NYU Courant: Institute) — независимого подразделения Нью-Йоркского университета. В ней уже не раз отвечали на животрепещущие вопросы «жизни, Вселенной и вообще»: в 2018 году нашли рецепт идеальных мыльных пузырей, в 2021-м объяснили формирование загадочных каменных лесов, а в 2022-м изучили нюансы аэродинамики планеров с тончайшими крыльями (что позволяет делать самые эффективные бумажные самолетики). Новая научная работа плодотворной исследовательской организации опубликована в рецензируемом журнале Physical Review Letters.
Чтобы во всех деталях изучить происходящее с инвертированным разбрызгивателем, ученым пришлось попотеть. Сначала они создали наиболее полную модель устройства, провели все необходимые вычисления и рассчитали разные варианты развития событий в эксперименте. Для опыта исследователи собрали такую установку, в которой не только минимизировано трение, но и устранены возможные возмущения от потоков жидкости вокруг самого разбрызгивателя.
Во время эксперимента использовали не обычную воду — в нее добавили отражающие микрочастицы, которые ярко светились в лучах подсвечивающего лазера. Так получилось наглядно увидеть поток жидкости и все возникающие в нем турбулентности. Результатом экспериментов и моделирования стала удивительная картина: инвертированный разбрызгиватель действительно будет крутиться в сторону, противоположную «обычному» режиму работы. Только в 50 раз медленнее. Самое удивительное, что обнаружили исследователи: механизм этого вращения полностью идентичен таковому у «правильного», не инвертированного разбрызгивателя. И его секрет кроется в том, что происходит внутри устройства.
Схема эксперимента: (a) — разбрызгиватель в разрезе (он способен работать и в обычном и в инвертированном режиме); (b) — чертеж всей установки; (c) — иллюстрация, показывающая метод визуализации турбулентных потоков (в плоскости трубок-сопел работает «лазерная завеса», которая подсвечивает отражающие микрочастицы, двигающиеся вместе с водой)
Дело в том, что при всасывании воды, трубки-сопла тоже формируют струи, только не снаружи разбрызгивателя, а внутри. Даже если они расположены строго на противоположных сторонах кольца и оси их параллельны, получившиеся струи не обязательно столкнутся в центре. Ведь сопла изгибаются, меняют направление движения воды, а она, в свою очередь, получает от этого дополнительный импульс. И когда покидает трубку, часть этого импульса заставляет поток отклоняться от прямолинейной траектории.
В результате внутри разбрызгивателя возникает несколько вихрей, вращающихся в противоположные стороны. Но их размер, а вместе с тем скорость и объем вовлеченной воды, не одинаковый. Это приводит к неравномерному распределению момента силы в разных направлениях. И устройство вращается.
Вывод исследования можно кратко сформулировать так: будет ли фейнмановский разбрызгиватель вращаться и если да, то в какую сторону, — в первую очередь зависит от внутренней геометрии этого разбрызгивателя. В общем случае он будет едва заметно вращаться в обратную сторону, но если трение в его деталях велико, то это движение зафиксировать трудно.
Статья спизжена отсюда
Вода выливается из трубочек и вращает штуковину.
Вопрос: Что будет, если воду в штуковину вливать?
Самый наивный ответ предполагает, что штуковина будет вращаться в обратную сторону.
На самом деле штуковина действительно вращается в обратную сторону, но не просто так, а из-за сложных физических явлений.
Вопрос: Что будет, если воду в штуковину вливать?
Самый наивный ответ предполагает, что штуковина будет вращаться в обратную сторону.
На самом деле штуковина действительно вращается в обратную сторону, но не просто так, а из-за сложных физических явлений.
Пять странных фактов. Часть XXXIII
Обязательный Disclaimer: Я обычно пишу большие лонгриды на всякую странную тематику, но в процессах поисков натыкаюсь на кучу мелких историй, растянуть которые в полноценную статью не позволяет даже моя графомания. Поэтому — небольшую подборку странных штук из мира вокруг. Они не особо подвергались проверкам с моей стороны — искать доказательства и подтверждения всего этого времени просто не было. Можно возражать, исправлять и гнобить, кто вам запретит, да?
Картинка в заголовке статьи служит для привлечения внимания. Так нейросетка представляет этот выпуск, после скармливания всех ключевых слов из статьи. Ищите пасхалки сами.
--- На словах ты Лев Толстой, на экране... тоже ---
Короче, Лев Николаевич. У меня до сих пор сложно укладывается в голове, что он жил не так и далеко от нас. Почему-то для моего разума, это год примерно 1700-й. Но, в общем, вот вам интересный факт (как обычно, у нас). Лев Толстой активно снимался и «личным клипмейкером» такой знаменитости был Александр Дранков. Тоже человек примечательный — этакая помесь киномагната и папарацци. Он болел за всё новое и популярное в мире фотографии, а когда увидел двигающиеся картинки, то понял — вот его настоящее призвание. Александр стал первым, кто снял чисто российский фильм — «Стенька Разин» и...
Так Толстой. Когда фанат кинематографа решил запечатлеть такую личность на видео, предчувствуя неплохие барыши от проката по Европе документального фильма, Лев Николаевич Дранкову категорически отказал. Ну не верил знаменитый писатель в кинематограф — ересь какая-то. Но на первом видео Льва Толстого, которое снял Дранков (это видео я так и не смог найти, простите, пожалуйста) можно увидеть, как писатель идёт к камере, некоторое время стоит перед ней, а потом разворачивается и уходит обратно. Это как? А всё просто Дранков применил излюбленный метод папарацци. Он залез в туалет, типа сортир, отдельно стоящий недалеко от поместья писателя в Ясной поляне и снимал всё происходящее через дырку в двери. И вот так получилось, что Лев Николаевич во время прогулки захотел зайти в туалет (идёт к камере), а потом осознаёт, что мест нет и уходит.
После этого папарацци показал результаты писателю. Судя по тому, что существует много видео с Толстым, ему понравилась карьера актёра. Да и подозреваю, ему пришло в голову понимание, что для съёмок такому человеку и разрешения не нужно. А так, хотя бы это контролировать результаты можно. Короче, так на Ютубе появились видео со Львом Николаевичем.
--- Чем ещё заняться учёному-микробиологу? ---
Итак, работа в науке.
Фантазии: Ты раскрываешь геномы неизведанных существ, ищешь лекарства от болезней.
Реальность: Пукаешь на чашку Петри.
Где-то в 2000 году на научно-популярное шоу позвонила медсестра и задала ведущему вопрос: «Иногда я ассистировала во время операций в стерильной среде и при этом пукала. Нарушают ли подобные поступки чистоту в зале или нет?» И учёные взялись это выяснять, так как ответа на этот вопрос у них не было. Был проведён эксперимент. С расстояния в 5 сантиметров были произведены несколько залпов в чашки Петри (вот сейчас, визуализировали это, просто ради прикола). Часть была выполнена в одежде, другие эксперименты проводились со спущенными штанами.
Результат: газы прошедшие через ткань никакой реакции не выдали. В чашках Петри, куда попали пуки (где-то начал смеяться мой сын) без одёжного фильтра — образовались колонии бактерий, которые встречаются в кишечнике и на коже (видимо, сорванные с ягодиц потоком газов). Но даже эти бактерии не были вредоносными. Как описали сами микробиологи — это были что-то вроде тех микроорганизмов, что содержаться в йогуртах.
Короче, не пукайте без штанов возле еды. А если это и случится, ничего страшного не произойдёт. При худшем развитии событий у вас будет йогурт.
--- Мудрость и предприимчивость ---
Фантазии: Ты раскрываешь геномы неизведанных существ, ищешь лекарства от болезней.
Реальность: Пукаешь на чашку Петри.
Где-то в 2000 году на научно-популярное шоу позвонила медсестра и задала ведущему вопрос: «Иногда я ассистировала во время операций в стерильной среде и при этом пукала. Нарушают ли подобные поступки чистоту в зале или нет?» И учёные взялись это выяснять, так как ответа на этот вопрос у них не было. Был проведён эксперимент. С расстояния в 5 сантиметров были произведены несколько залпов в чашки Петри (вот сейчас, визуализировали это, просто ради прикола). Часть была выполнена в одежде, другие эксперименты проводились со спущенными штанами.
Результат: газы прошедшие через ткань никакой реакции не выдали. В чашках Петри, куда попали пуки (где-то начал смеяться мой сын) без одёжного фильтра — образовались колонии бактерий, которые встречаются в кишечнике и на коже (видимо, сорванные с ягодиц потоком газов). Но даже эти бактерии не были вредоносными. Как описали сами микробиологи — это были что-то вроде тех микроорганизмов, что содержаться в йогуртах.
Короче, не пукайте без штанов возле еды. А если это и случится, ничего страшного не произойдёт. При худшем развитии событий у вас будет йогурт.
--- Мудрость и предприимчивость ---
Всё же знают, что в США есть такое движение девочек-скаутов. И эти девочки-скауты продают печенье, для покрытия финансовых нужд собственной организации. Ну и они там ещё устраивают соревнования, кто больше продаст. В некоторых комедиях это мероприятие становится таким сетапом к шутке. Так вот, в 2018 году у организации скаутов Сан-Диего возникла проблема. Одна из девочек продала целых 312 коробок этого печения за выходные. И судя по шумихе, которая поднялась, это просто охренительная цифра. Ведь, вообще-то, выбор стратегии продаж лежит исключительно на девочках. Можно ходить по домам и впаривать их как коммивояжёры или делать стойки на улице, если не хотите — можете придумать что-то своё (вести бизнес на работе, где твой папа — начальник и тебе никто не откажет, например). Так вот, девочка, чьего имени мы вроде как не знаем, выбрала второй способ. Но...
Короче, она продавала эти печенюшки возле магазина с марихуаной. Да, трава официально разрешена в штате Калифорния и технически, эта девочка не нарушала регламент — стояла на тротуаре, просто недалеко от магазинчика. Что не помешало одним людям назвать эту стратегию гениальной, а другим — сомнительной с позиции: «а можно ли смешивать организацию девочек-скаутов и не самое приличное вещество, которое ещё не везде законное». Но лично я — оценил этот потрясающий ход, да.
--- Как дикобразы с евреями рамсят ---
Пустыня Негев. Израиль. Несколько лет назад учёные одного из исследовательских объектов, обнаружили, что у них в соседях появилось небольшое семейство дикобразов. Учёные поумилялись и занялись своими научными делами. А когда через годик подняли головы от компьютеров и микроскопов обнаружили, что они уже по уши в колючих и ворчливых хрюкалках. Ну ещё бы. Водичка есть в достатке, что покушать — тоже. Хищников нет. Плодись — не хочу. Ну вот дикобразы и размножились. В процессе они уничтожают газоны и растительность, подрывают корни деревьев, иногда гоняют людей, которым хватает глупости перейти им дорогу. Но главное — они очень активно роют...
Маленькая деталь. Это не просто центр, а целый центр ядерных исследований. И эти звери уже пару раз перегрызли трубы и провода, которые по глупости зарыли недостаточно глубоко. Проблема в том, что поймать и выдворить такого зверя, если он не хочет, довольно сложно. А когда всё-таки зверя депортировать за пределы комплекса, то грызун в скором времени найдёт путь в свой новый дом. Отвозить надо далеко, а это стоит денег. Просто отстреливать... Ну тоже не выход, общественность может возмутиться.
Короче, израильтяне пока разрабатывают план по выдворению захватчиков за пределы комплекса. Учитывая последние известия, проблемы на объекте связанном с ядерными исследованиями — точно никому не нужны.
--- Бристоль не хуже Лондона ---
Ещё одна картинка для «Что? Где? Когда?». На этих часах расположенных на здании биржи в Бристоле две минутные стрелки. Вопрос: зачем столько?
Чтобы понять это, вернёмся в начало XIX века. Каждый город хреначил время, как пожелает левая пятка руководства населённого пункта. В основном делали по солнцу. Полдень-то всегда можно определить. Но потом попёрли часовые пояса (об этом я как-нибудь на канале расскажу) и железные дороги. И тут выяснилось, что мол, если раньше поездка на карете дозволяла ошибку в плюс-минус час, то с поездом такая штука не проходит. Пассажиры почему-то не понимают, что местное время отличается от Гринвича на десять минут и очень огорчаются, когда опаздывают на поезд. И поэтому время в Англии начали ставить по GMT. Ну вот в Бристоле теперь стали жить по лондонскому времени.
А вот эти часы были созданы во период того самого перехода и, чтобы облегчить людям понимание, что вообще и как работает нынче, их сделали с двумя стрелками. Красная — лондонская, чёрная — бристольская. Ну а потом так и оставили. Мол, чем мы хуже лондонцев?
В интернете начали продавать пульты управления тараканами. Набор (https://backyardbrains.com/products/roboroach) крепится к насекомому и начинает воздействовать на его нервы, превращая в его управляемого киборга.
ЭНЕРГИЯ ПРИ СЖАТИИ ВОДЫ
Глубоко уважаемые пидоры, нужна помощь.
Мне стало интересно, возможно ли теоретически сделать эндотермическую бомбу(для тушения пожара, например)
Как идея, использовать сжатую воду.
Подскажите, как расчитать, сколько энергии будет затрачено при сжатии одного литра воды до 0.5 литров?
Пятничная физика элементарных частиц
Материя - это энергия, Е=мс2
На какие мелкие частицы бы ее не расщепляли, именно материю найти не удаётся
Дошли до того, что самые мелкие частицы - энергия. Что такое энергия - волна, колебание чего-либо. Когда ничего нет - колеблется само пространство. Назвали "струны".
Еще такой эффект - масса замедляет время. Так как масса = энергия, то в том месте, где больше энергии, там медленнее течёт время
И свет замедляется в месте скопления энергии, даже меняет направление движения, отклоняется в сторону массы. Это хорошо видно на примере чёрных дыр
Так вот что я подумал:
Это всё объясняется законом сохранения энергии. Масса (локальная энергия) вызывает замедление времени. Это значит, всё процессы протекают медленнее. А там, где медленнее, туда стремятся переместиться окружающие объекты (массы) по закону сохранения энергии. Они как бы скатываются в ямку, стремятся занять более низкое энергетическое положение - это и называется гравитацией
Почему масса вызывает снижение времени, предположение, что энергия требует затрат вычислительных мощностей
Биологи выяснили, как тихоходки выживают в экстремальных условиях
Долгое время для исследователей оставалось загадкой, как именно тихоходки запускают анабиоз, при котором их тело высыхает и выглядит словно безжизненный шар. В таком состоянии эти животные могут переносить холод, голод, засуху на протяжении нескольких лет. К ответу на вопрос приблизились американские биологи.
Тихоходка под микроскопом
Тихоходки (Tardigrada) — восьминогие микроскопические беспозвоночные, которых еще называют «маленькими водяными медведями» из-за их ног, отдаленно напоминающих лапы медведя. Тихоходок по праву можно назвать самыми живучими существами на земле: считается, что они способны пережить любой апокалипсис.
Эти животные десятилетиями могут находиться под водой, выдерживать температуры ниже минус 200 градусов Цельсия и на протяжении нескольких лет жить в жидком кислороде при минус 193 градусах. Также тихоходка годами способна существовать без еды, воды и кислорода, вполне комфортно чувствует себя в открытом космосе и хорошо переносит воздействие радиации.
В экстремальных условиях у тихоходок повышается уровень стресса, и они переходят в состояние анабиоза, при котором втягивают свои конечности, резко сокращают запасы воды. Тело высыхает и выглядит как безжизненный шар (или тун — так называют шарообразную форму тихоходок в анабиозе). Во время глубокой спячки метаболизм тихоходок замедляется до 0,01 процента от его нормальной скорости. Такое состояния значительно повышает шансы на выживание.
Тихоходка в анабиозе
Пока тихоходки находятся в анабиозе, их легко переносят ветер и вода. Когда животные попадают в благоприятные условия, уровень стресса возвращается к норме, и они «оживают». Важно отметить, что эти существа не процветают в экстремальных условиях, а просто их переживают.
Ученые давно пытаются понять, какие именно механизмы отвечают за состояние «туна», то есть за превращение тела тихоходок в «безжизненный шар». К ответу приблизилась группа американских исследователей из Университета Маршалла и Университета Северной Каролины в Чапел-Хилле. Результаты работы опубликованы в журнале PLoS One.
Чтобы вызвать у тихоходок «тун», биологи подвергли животных воздействию высоких концентраций перекиси водорода, сахара и соли при температуре минус 80 градусов. В эксперименте использовали вид тихоходок Hypsibius exemplaris, который выращивали в лаборатории в одно- и двухлитровых колбах на протяжении нескольких недель. Затем их переносили в чашки Петри, где испытывали и изучали с помощью микроскопов и масс-спектрометрии, позволяющей исследовать и анализировать вещества.
Ученые обнаружили, что когда у тихоходок повышался уровень стресса, они вырабатывали высокореактивные молекулы — внутриклеточные активные формы кислорода (свободные радикалы). Затем эти свободные радикалы вступали в реакцию с другими молекулами и окисляли аминокислоту под названием цистеин — важный компонент многих белков и ферментов. Такие реакции заставляли белки менять свою структуру и функции, «оповещая» организм о наступлении анабиоза.
Также тихоходка, снимок сделан с помощью растрового электронного микроскопа
Когда же исследователи подавляли высвобождение высокореактивных молекул с помощью антиоксидантов, то есть не допускали окисления цистеина, тихоходки не могли больше испытывать стресс, а значит, и перейти в состояние «туна».
«У тихоходок цистеин работает как своего рода регулирующий датчик. Он позволяет этим животным чувствовать окружающую среду и реагировать на стресс», — пояснила Лесли Хикс (Leslie Hicks), участвовавшая в исследовании.
Авторы научной работы отметили, что их открытие хотя полностью и не раскрывает всех механизмов, позволяющих тихоходкам превращаться в «безжизненный шар», значительно приближает к ответу на этот вопрос.
В новых исследованиях ученые хотят выяснить, можно ли считать окисление цистеина универсальным механизмом защиты у всех видов тихоходок. Биологи уверены, что их данные помогут коллегам в будущем лучше понять процессы старения и даже то, как сделать долгосрочные космические путешествия безопасными для человека.
Статья спизжена отсюда
Здесь мы собираем самые интересные картинки, арты, комиксы, мемасики по теме (+1000 постов - )
Наши любимые теги
SwainArt
artist
Arcane (LoL)
League of Legends
#S.T.A.L.K.E.R
фэндомы
Hoshimi Miyabi
Zenless Zone Zero
Mouthwashing
Игры
kiwwwwwi
Anime Artist
Топ комментов
А бывает, комменты лучше постов. Смотрим топ тредов и вникаем!
Отличный комментарий!