Bạn có quá quen thuộc với vật lý + công nghệ?

…chính xác là khi chế tạo máy tự động thì tất cả các bộ phận cơ khí đều phải được sử dụng cho các bộ phận khác nhau của chúng. Diệc Alexandria

…không tiếc công sức hay chi phí, tôi đã tiến xa đến mức tự chế tạo cho mình một công cụ xuất sắc đến mức với sự trợ giúp của nó, các đồ vật dường như lớn hơn gần một nghìn lần và gần hơn ba mươi lần so với khi quan sát bằng mắt thường. Galileo Galilei

…chuyển động của đồng hồ đã trở nên cực kỳ chính xác và đáng tin cậy, thể hiện qua các thử nghiệm trên đất liền và trên biển. Có thể coi tính hữu ích to lớn của những chiếc đồng hồ này đối với thiên văn học và điều hướng. Christian Huygens

Bất cứ thứ gì tôi có trong tay – máy đánh trứng hay động cơ điện – trước hết tôi đều nghĩ đến cách cải thiện nó. Thomas Edison

…Tôi có thể bày tỏ hy vọng rằng thiết bị của tôi… có thể được sử dụng để truyền tín hiệu đi xa bằng cách sử dụng các dao động điện nhanh… Alexander Popov

…hàng tỷ đô la được chi vào việc xây dựng những cỗ máy thông minh khổng lồ. Chúng gia tốc các hạt lên những năng lượng cao đến mức chúng ta bất lực trong việc dự đoán điều gì có thể xảy ra khi chúng va chạm. Stephen Hawking

Bạn có thực sự quen thuộc với điều này?

?

vật lý+công nghệ

Những loại THIẾT BỊ bao quanh chúng ta! Chúng đo lường, ra tín hiệu, thông báo và quan trọng nhất là chúng kết nối chúng ta với nhau gần như ngay lập tức. Thế giới đã trở nên không thể tưởng tượng nổi nếu không có những người trợ giúp đôi khi không được chú ý này, nhưng ngay khi họ thất bại, chúng ta lập tức cảm thấy khó chịu bất thường. Chúng ta hãy tri ân các thế hệ nhà phát minh và kỹ sư, nhà khoa học và kỹ thuật viên, những người đã làm việc cần mẫn để đưa nền văn minh lên tầm cao mới. Rõ ràng, tốc độ của cuộc đua marathon đổi mới sẽ không hề chậm lại và bạn sẽ trở thành những người tham gia không thể thiếu của nó. Cần làm gì để theo kịp cuộc đua này? Đáp số vừa đơn giản vừa không dễ làm - phải học! Chúng tôi hy vọng rằng loạt bài vật lý và công nghệ của chúng tôi ít nhất đã giúp ích được phần nào cho bạn trong vấn đề khó khăn này. Và hôm nay, cũng như trước đây, khóa học vật lý và những người quen cũ ở phòng thí nghiệm ở nhà và ở trường sẽ đóng vai trò là người dẫn đường cho chúng ta trong “đại dương” dụng cụ.

Câu hỏi và bài toán

1. Làm thế nào để xác định khối lượng của tải trên thang đo không bằng nhau? 2. Trọng lượng cơ thể trên Sao Hỏa nhỏ hơn khoảng 2,6 lần so với trên Trái đất. Với quy mô nào thì một phi hành gia tương lai sẽ có thể phát hiện ra sự giảm trọng lượng này? 3. Bạn có một trục ngang cố định và một thanh đồng nhất có lỗ ở giữa. Cần phải làm gì để tạo ra thang đo đòn bẩy từ điều này? 4. Chu kỳ dao động của một chiếc đồng hồ có quả cầu sắt ở đầu con lắc sẽ thay đổi như thế nào nếu đặt một nam châm điện vào bên dưới nó? 5. Các nguồn cổ xưa mô tả một chiếc đồng hồ quả lắc được chế tạo dưới dạng một ống mỏng kết thúc bằng một bể chứa thủy ngân. Điểm của một thiết bị như vậy là gì? 6. Độ dẫn nhiệt của kim loại lớn hơn nhiều so với độ dẫn nhiệt của thủy tinh. Tại sao nhiệt lượng kế được làm bằng kim loại mà không phải thủy tinh? 7. Tại sao nhiệt kế y tế sử dụng thủy ngân mà không dùng cồn hay ether? 8. Điểm sôi của thủy ngân $357 ^\circ C.$ Làm thế nào chúng ta có thể giải thích việc sử dụng nhiệt kế thủy ngân để đo nhiệt độ lên tới $600 ^\circ C? 9.$ Ống của phong vũ biểu thủy ngân được treo vào một lực kế. Mức thủy ngân trong ống và số chỉ của lực kế sẽ thay đổi như thế nào khi áp suất khí quyển thay đổi?

10. Tại sao cầu chì lại hỏng trước bất kỳ bộ phận nào khác của mạch điện? 11. Nên lấy số lượng điện trở tối thiểu có điện trở 20 ohm mỗi điện trở là bao nhiêu và cách kết nối chúng như thế nào để có được điện trở mạch 12 ohm? 12. Làm thế nào để lập sơ đồ ba đèn và hai công tắc giống nhau sao cho một (khi đóng một công tắc), hai (khi đóng công tắc thứ hai) hoặc cả ba đèn (khi đóng cả hai công tắc) đều bật và cháy hết công suất? 13. Làm thế nào để chế tạo một nam châm điện mạnh nếu người thiết kế được đặt ra điều kiện là dòng điện trong nó tương đối nhỏ? 14. Có thể dùng kính hiển vi thay kính thiên văn được không? 15. Tại sao họ cố gắng sử dụng các bề mặt phản xạ thay vì các bề mặt khúc xạ trong các thiết bị quang học được thiết kế để hoạt động ở nhiều bước sóng?

Kinh nghiệm vi mô

Bạn có thể đo thể tích của bồn tắm bằng đồng hồ không? Bạn có cần bất kỳ thiết bị nào khác không?

Thật thú vị rằng…

…lịch sử ứng dụng tính chất định hướng kim từ tính đã có từ nhiều thế kỷ trước, được tìm thấy bằng chứng trong các nguồn tiếng Trung Quốc và tiếng Ả Rập. Lần đầu tiên đề cập đến việc sử dụng nó như một la bàn hàng hải có từ năm 1180. … một kính lục phân - một thiết bị đo vĩ độ của một điểm quan sát trên biển, ngay cả khi có sóng mạnh - dựa trên định luật phản xạ trong hai gương. Ý tưởng về thiết bị của nó được Newton thể hiện và những thiết bị đầu tiên được thiết kế vào những năm 30 của thế kỷ 18. …sự phát triển của ngành hàng hải đòi hỏi phải xác định thời gian chính xác để tìm kinh độ. Vào ngày 16 tháng 6 năm 1657, Estates General của Hà Lan (cơ quan lập pháp cao nhất của Hà Lan) đã giao cho Christian Huygens ưu tiên phát minh ra một chiếc đồng hồ trong đó nhà khoa học sử dụng một con lắc để đảm bảo chuyển động đều. …vào nửa sau của thế kỷ 19, kiến ​​trúc đòi hỏi rất nhiều công trình lớn

và kính cửa sổ giá rẻ. Các công ty sản xuất nó đã tài trợ cho việc tạo ra các dụng cụ đo nhiệt độ cao cần thiết hoạt động từ xa. Với sự giúp đỡ của họ, các định luật vật lý mới đã được phát hiện, sau này dẫn đến sự phát triển của các khái niệm lượng tử. …nhiều cải tiến, ban đầu nhằm mục đích phục vụ nhu cầu quân sự, đã “chuyển” sang các ngành công nghiệp dân sự - chẳng hạn như công nghệ điện toán điện tử, ngày nay được gọi là máy tính hoặc hệ thống định vị toàn cầu. Nhưng những đổi mới gia dụng như Teflon chống dính đã bắt đầu “hoạt động” trong Dự án Nguyên tử Manhattan. …Định vị GPS, truyền hình vệ tinh và thông tin liên lạc đã kết hợp những ý tưởng và công nghệ vật lý mới nhất. Do đó, họ sử dụng đồng hồ nguyên tử và bình chứa helium lỏng, và việc hiệu chỉnh độ giãn nở thời gian được thực hiện phù hợp với dự đoán của thuyết tương đối. …gương của Kính thiên văn Magellan khổng lồ đang được chế tạo, bộ phận quay nặng hơn 1500 tấn, tạo thành một bề mặt phản chiếu có diện tích $368 м^{2}$, cho phép nó quan sát bầu trời với độ nhạy lớn hơn độ nhạy của Kính viễn vọng Không gian Hubble. …phạm vi của robot từ lâu đã vượt ra ngoài sản xuất và dịch vụ - giờ đây chúng còn giúp chúng ta giải trí và tham gia các cuộc thi thể thao. Ví dụ, chiếc Scorpio nặng 340 kg, được trang bị những lưỡi dao sắc bén và được bảo vệ bởi áo giáp bằng sợi carbon nhẹ, bước vào võ đài của “Liên minh Robot chiến đấu”.

Những gì cần đọc trong «Kvant» về thiết bị

(xuất bản những năm gần đây)

1. “Robot mini đơn giản” – 2013, số 1, tr. 37; 2. “Mạch điện có dụng cụ đo” – 2014, số 4, tr. 39; 3. “Về đỉnh và con quay hồi chuyển” – 2015, số 1, tr. 28; 4. “Điều kỳ diệu của thấu kính thủy tinh” – 2017, số 6, tr. 25; 5. “Thiên văn học đã trở lại trường học” – 2017, số 12, tr.2; 6. “ITER” – ngôi sao trái đất” – 2018, số 8, trang 2, số 10, trang 2. 7. “Vị trí laser” – 2018, số 9, trang 34.

Tài liệu do A. Leonovich chuẩn bị

34

KVAN T 2019/№11

(Bắt đầu từ trang 29)

Đồng thời, tốc độ của nó giảm dần, có xu hướng bằng không. Lấy quyền tự do ngôn luận, họ nói rằng cơ thể sẽ dừng lại ở vô cực. Thứ hai

Hình 4

Vận tốc thoát là tốc độ tối thiểu cho phép một vật vượt qua được ảnh hưởng của trường hấp dẫn của Trái đất. Rõ ràng là tốc độ này ở mỗi hành tinh là khác nhau, vì nó phụ thuộc vào khối lượng và bán kính của nó. Giả sử c > 0, tức là tốc độ ban đầu lớn hơn vận tốc thoát thứ hai. Khi đó với bất kỳ giá trị dương nào của R đều có hai giá trị của tốc độ R¢. Các điểm tương ứng (R; R¢) nằm trên hai nhánh của quỹ đạo pha, được thể hiện bằng màu xanh lam trong Hình 4 - màu của bầu trời không đáy. Nhánh dưới mô tả sự rơi của một vật từ vô cực. Mỗi nhánh có một tiệm cận ngang riêng. Một lần nữa nói theo nghĩa bóng, giả sử rằng bất kỳ vật nào bắt đầu với tốc độ $v_{0} > v_{2}$ sẽ tiến đến vô cực và sẽ chuyển động đến đó với một tốc độ nào đó. Nếu c < 0 (và $v_{0} < v_{2} ),$ thì các giá trị của R nằm trong một khoảng hữu hạn nhất định. Điều này có nghĩa là một vật được phóng ra khỏi Trái đất chỉ có thể di chuyển ra xa nó một khoảng hữu hạn, dừng lại trong giây lát rồi quay trở lại Trái đất. Không thể thoát khỏi trường hấp dẫn của Trái đất với tốc độ thấp như vậy. Các quỹ đạo pha tương ứng được thể hiện trên Hình 4 bằng màu xanh lá cây - màu của cỏ xanh. Các quỹ đạo nên được xét trong một nửa mặt phẳng $R \ge R_{З}$. Tất cả các quỹ đạo có ba màu tạo nên một chân dung pha. Tên của quỹ đạo màu đỏ là dấu phân cách. Nó phân tách quỹ đạo của một loại khỏi quỹ đạo của loại khác.

Lấy bất kỳ điểm nào (R; R¢) trong nửa mặt phẳng bên phải và xem xét quỹ đạo đi qua nó, bạn có thể dễ dàng thấy sự phát triển của hệ động lực của chúng ta. Lưu ý rằng mỗi quỹ đạo có thể được xây dựng dễ dàng bằng các phương pháp cơ bản, giả sử rằng phương trình chuyển động xác định, đối với mỗi giá trị của tham số c, một hàm R phụ thuộc vào đối số R¢. Nó liên quan đến việc “chia sự thống nhất cho một hàm bậc hai”. Bạn có thể đọc về vận tốc pha và chân dung pha trong «Kvant» trong các bài viết của V. Arnold “Các quá trình tiến hóa và phương trình vi phân thông thường” («Kvant», 1986, Số 2) và A. Veselov “Về toán học của dao động điều hòa” («Kvant», 1986, Số 5).

Tóm lại - một bức chân dung pha của một con lắc toán học

Chúng ta hãy xét một thanh cứng không trọng lượng, ở đầu thanh có gắn một điểm có khối lượng m. Cho một con lắc như vậy dao động trong mặt phẳng thẳng đứng, x(t) là góc lệch của thanh so với phương thẳng đứng, x ¢(t) là vận tốc của điểm. Chân dung pha của con lắc như vậy được thể hiện trên Hình 5.

Hình 5

mặt phẳng pha (x; x¢), điểm (0;0) được bao quanh bởi các quỹ đạo khép kín; chúng tương ứng với những dao động nhỏ của con lắc. Qua các điểm $( 0;x¢_{0} )$ đối với các giá trị lớn của vận tốc ban đầu sẽ truyền các quỹ đạo tương ứng với chuyển động quay của con lắc, trong khi con lắc thực hiện dao động tròn ngược chiều kim đồng hồ hoặc cùng chiều kim đồng hồ. Mỗi điểm (S k ;0) cũng là một quỹ đạo pha tương ứng với vị trí cân bằng của con lắc. Vị trí dưới ổn định, vị trí trên không ổn định. Các quỹ đạo màu đỏ là các đường phân cách; chúng tách các quỹ đạo quay khỏi quỹ đạo dao động. Lưu ý rằng chuyển động dọc theo đường phân cách (có độ dài hữu hạn!) kéo dài vô tận…

(Còn tiếp)