Рубрика «физика»

Кольцо плазмы удалось создать на открытом воздухе - 1Плазму часто называют четвертым агрегатным состоянием материи. Ее изучают десятки лет, но до сих пор у ученых остается множество вопросов относительно свойств плазмы, которые предстоит разрешить. Она используется в некоторых отраслях промышленности, и одно из важнейших способов применения плазмы — энергетика, то есть термоядерный реактор. Ученые стремятся зажечь искусственную звезду прямо в недрах установки, чтобы сделать возможным термоядерный синтез с получением огромного количества энергии.

Если бы удалось добиться создания реактора, то проблема нехватки электроэнергии была бы практически решена. Сейчас ученые всего мира занимаются вопросами формирования стабильного плазменного «очага» термоядерного синтеза. Ранее сообщалось, что у специалистов из Китая получилось зажечь искусственную звезду в термоядерном реакторе и поддерживать ее существование в течение целых 100 секунд. Сейчас ученые из Калифорнийского технологического института смогли создать стабильное кольцо плазмы на открытом воздухе при помощи струи воды и кристаллической пластины.
Читать полностью »

image
Это — hohlraum.

Уникальный комплекс National Ignition Facility — «Национальное Зажигательное Оборудование» в Ливерморской лаборатории имени Лоуренса (США) обеспечивает проведение экспериментов с инерционным термоядерным синтезом. Это — самая мощная лазерная система в мире и уникальный лабораторный комплекс. Все, что касается оборудования и технических решений, заслуживает высших оценок и стоит очень дорого. Читать полностью »

Эйнштейн. От нуля до неизвестности - 1

Мало кто старше 16 лет не знает его имени. Можно плохо учиться в школе и не любить физику, но самый выдающийся ум предыдущего столетия все равно будет тебе известен.

Эйнштейн. От нуля до неизвестности - 2
Его имя стало синонимом гениальности, но с жизнью и становлением гения знакомы не все.
Многие знакомы с его теориями относительности — полная и специальная, но что мы знаем о биографии Эйнштейна? Родился 14 марта 1879 года в Германии, потом уехал в Швейцарию и переехал с США. Обычно на это общественно известная биография Альберта Эйнштейна заканчивается.

Сегодня я попробую рассказать о его детстве и становлении и буду сопровождать тематическими изображениями из биографического комикса.
И начну я, пожалуй, с нуля, а точнее с самого рождения.
Приступим!Читать полностью »

image

После публикации моей статьи о том, какой была бы Земля, будь она в два раза больше, у читателей появился вопрос: «А что насчёт тороидальной Земли»? Вопрос не самый оригинальный, эту тему уже обсуждали в онлайне и проводили её моделирование. Но я люблю всё делать сам, так что я попытался провести свой собственный анализ.

Может ли существовать тороидальная планета?

Стабильность тороидальной планеты неочевидна. С практической точки зрения планеты можно рассматривать как жидкие шарики без поверхностного натяжения – прочность камня не сравнить с весом планеты. Они обладают эквипотенциальными гравитационными поверхностями с учётом центробежного потенциала. Если бы это было не так, то на них встречались бы места, которые могли бы уменьшить свою энергию перетеканием в сторону понижения потенциала. Ещё один очевидный факт – существование верхней границы скорости вращения, после которой планета развалится: центробежная сила на экваторе превышает гравитацию и материал улетает в космос.
Читать полностью »

Что такое протон, и что у него внутри? - 1

Рис. 1: атом водорода. Не в масштабе.

Вы знаете, что Большой адронный коллайдер в основном занимается тем, что сталкивает друг с другом протоны. Но что такое протон?

В первую очередь – ужасная и полная неразбериха. Настолько же уродливая и хаотичная, насколько прост и элегантен атом водорода.

Но что тогда такое атом водорода?

Это простейший пример того, что физики называют «связанным состоянием». «Состояние», по сути, означает некую штуку, существующую довольно долгое время, а «связанное» означает, что её компоненты связаны друг с другом, будто супруги в браке. На самом деле, пример супружеской пары, в которой один супруг гораздо тяжелее другого, сюда очень хорошо подходит. Протон сидит в центре, едва двигаясь, а по краям объекта движется электрон, движется быстрее, чем вы и я, но гораздо медленнее скорости света, всеобщего скоростного ограничения. Мирный образ брачной идиллии.

Или он кажется таким, пока мы не заглянем в сам протон. Внутренности самого протона больше напоминают коммуну, где плотно расположено множество холостых взрослых и детей: чистый хаос. Это тоже связанное состояние, но связывает оно не нечто простое, вроде протона с электроном, как в водороде, или хотя бы несколько десятков электронов с атомным ядром, как в более сложных атомах типа золота – но несметное количество (то есть, их слишком много и они слишком быстро меняются, чтобы их можно было подсчитать практически) легковесных частиц под названием кварки, антикварки и глюоны. Невозможно просто описать структуру протона, нарисовать простые картинки – он чрезвычайно дезорганизован. Все кварки, глюоны, антикварки, мечутся внутри с максимально возможной скоростью, почти со скоростью света.
Читать полностью »

«Кальмар с морской капустой» — это оказывается не салатик, это задание с юбилейного (20-го) международного соревнования по подводным беспилотникам (АНПА, Автономные необитаемые подводные аппараты). Организаторы креативно обыграли 20-летие и выбрали сеттинг «20 000 лье под водой», так что автономным подводным роботам пришлось и в кальмара торпедами пулять, и жемчуг культивировать, и матросов из водоворота спасать.

RoboSub проводятся с 1998 года (на базе Центра космических и военно-морских систем США), а Singapore AUV challenge — с 2013 года.

Российские команды из Владивостока (ДВФУ и МГУ им. Невельского) много раз занимали призовые места.

Победы

RoboSub
2012 — 5 место (ДВФУ, Владивосток)
2013 — 3 место (ДВФУ, Владивосток)
2014 — 4 место (ДВФУ, Владивосток)
2015 — 3 и 6 место (Морской университет им. Невельского и ДВФУ, Владивосток)
2016 — 4 место (Морской университет им. Невельского, Владивосток)
2017 — 2 место (ДВФУ, Владивосток)
Singapore AUV challenge
2013 — 1 место (ДВФУ, Владивосток)
2015 — 2 место (ДВФУ, Владивосток)
2016 — 2 место (ДВФУ, Владивосток)
2017 — 1 место (ДВФУ, Владивосток)

Подводные беспилотники: Правила студенческих соревнований Robosub 2017 - 1

Предлагаю вашему вниманию вольный перевод правил соревнований RoboSub 2017, чтобы дать представление о требованиях и уровне сложности, немного дополненные картинками с места событий и комментами участников.
Читать полностью »

Современные автомобили оснащаются информационно-развлекательными мультимедийными системами со множеством функций: от подключения смартфонов до интерактивных сенсорных дисплеев и выдвижных экранов. Неизменным же и наиболее используемым компонентом подобного оборудования остается акустическая подсистема, и качество её звучания — одна из основополагающих и капризных характеристик. Акустическая картина в салоне зависит от целого спектра различных деталей и нюансов: расположения и направления динамиков, их монтажа, геометрических особенностей внутренней отделки и свойств материалов, выбранных при изготовлении автомобиля в целом.

Для каждой модели автомобиля требуется своя уникальная конфигурация, и специалисты по акустике и моделированию компании HARMAN — одного из лидеров данного рынка в премиальном сегменте — учитывают это в процессе разработки и тонкой настройки различных компонентов автомобильной акустики. Использование сочетания натурных физических экспериментов с численным моделированием на базе комбинации программных пакетов COMSOL® и MATLAB® позволяет инженерам компании ускорить разработку конечного решения, а также дает возможность испытывать прототипы аудиосистемы виртуально, до создания дорогостоящих физических образцов. Такой подход позволяет воплощать в жизнь все разумные требования заказчика и производить высококачественное кастомизированное акустическое оборудование в максимально сжатые сроки.

Инженеры отдела виртуальной разработки HARMAN поделились с нами некоторыми деталями своего рабочего процесса и рядом примеров разработок с экспериментальной валидацией результатов акустического моделирования.

image

Читать полностью »

image

Симуляция физики делает небольшие предсказания на основании законов физики. Эти предсказания на самом деле достаточно просты, что-то вроде «если объект вот здесь и он движется с такой скоростью в этом направлении, то за краткий промежуток времени он окажется вот тут». Мы создаём такие предсказания с помощью математической техники под названием интегрирование.

Темой этой статьи как раз и будет реализация такого интегрирования.

Интегрирование уравнений движения

Вы можете помнить из курса старшей школы или вуза, что сила равна произведению массы на ускорение.

$F=ma$

Преобразуем это уравнение и увидим, что ускорение равно силе, делённой на массу. Это соответствует нашим интуитивным ожиданиям, потому что тяжёлые объекты труднее бросать.

$a=F/ma=F/m$

Ускорение — это темп изменения скорости от времени:

$dv/dt=a=F/m$

Аналогично, скорость — это темп изменения позиции от времени:

$dx/dt=v$

Это значит, что если мы знаем текущие позицию и скорость объекта, а также приложенные к нему силы, то сможем проинтегрировать, чтобы найти его позицию и скорость в определённый момент времени.
Читать полностью »

Теперь, когда нам известно, что ядро атома крохотное, у нас появляется очевидный вопрос: а почему оно такое маленькое? Атомы состоят из крохотных частиц, но по размеру они гораздо больше этих частиц. Мы уже разбирались, почему так происходит. Но при этом ядра не сильно отличаются по размеру от протонов и нейтронов, из которых они состоят. Есть ли тому причина, или это совпадение?

Мы уже знаем, что атомы удерживают электрические силы. Какие же силы удерживают ядро атома?

И тут мы вступаем на новую территорию, сильно отличающуюся от того, что мы изучали ранее – поскольку становится очевидным, что здесь работает сила, которую мы ещё не обсуждали.

Что удерживает ядра атомов? - 1
Рис. 1: противодействующие силы в ядре атома – электрическое отталкивание протонов и остаточное сильное ядерное взаимодействие протонов и нейтронов
Читать полностью »

image

Часть 2: ядро движка.

В этой части статьи мы добавим к разрешению импульсов силы другие функции. В частности, мы рассмотрим интегрирование, метки времени, использование в коде модульной архитектуры и распознавание коллизий в широкой фазе.


Введение

В предыдущем посте я рассмотрел тему разрешения импульсов силы. Прочитайте сначала его, если вы ещё это не сделали!

Давайте углубимся в темы, рассмотренные в этой статье. Все эти темы необходимы для любого более-менее достойного физического движка, поэтому настало время для создания новых функций поверх основы, заложенной в предыдущем посте.
Читать полностью »