Physics.Math.Code

📚 Теоретическая физика (в 10 томах) [2001 - 2005] Ландау, Лифшиц

Включает последние издания на русском, некоторые издания на английском, полное собрание трудов Ландау и учебник общей физики их же и Ахиезера. Курс теоретической физики — цикл учебников по теоретической физике, написанных в соавторстве Ландау, Лифшицем и другими авторами. Основные тома написаны Л. Д. Ландау и Е. М. Лифшицем.

💾 Скачать книги

Наибольшие издаваемость и востребованность в студенческих массах — у томов I—III, V, VIII—X. Том IV в своём первом издании публиковался в двух частях под названием «Релятивистская квантовая теория». Тома VI и VII подолгу не переиздавались, поскольку авторы не являлись главными специалистами в механике сред. #подборка_книг #физика #physics #наука #scoence #книги #механика #оптика #термодинамика #электричество #магнетизм

💡 Прежде чем читать 10 томов Ландау

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

⚡️ Скин-эффект: Почему высокочастотный ток течет по поверхности проводника?

Когда мы рассчитываем сопротивление провода, обычно вспоминаем простую формулу: R = ρl/S. И для постоянного тока она работает идеально. Но стоит перейти к переменному току, как вступают в силу неожиданные эффекты — ток начинает «выталкиваться» к поверхности проводника.

📜 В 1880-х годах Оливер Хевисайд (тот самый, который придал уравнениям Максвелла современный вид) разбирался с задачами телеграфии. Он заметил: переменный ток распределяется по сечению провода неравномерно. Причина — вихревые токи, возникающие из-за переменного магнитного поля самого проводника. В центре провода магнитное поле максимально, оно создает встречную ЭДС, которая вытесняет ток наружу.

📝 Немного математики для понимания. Главная характеристика скин-эффекта — глубина скин-слоя δ. Это расстояние от поверхности, на котором плотность тока падает в e раз (примерно в 2.73). Для меди формула выглядит так: δ ≈ 66 / √f (в миллиметрах). где f — частота в герцах. Посчитаем для наглядности:
• Для сети 50 Гц: δ ≈ 9.5 мм
• Для звуковой частоты 10 кГц: δ ≈ 0.66 мм
• Для радиосигнала 100 МГц: δ ≈ 0.0066 мм (6.6 микрона)
Чем выше частота — тем тоньше «рабочий» слой проводника.

Инженерный смысл? Из-за скин-эффекта внутренность толстого провода на высоких частотах оказывается бесполезной — ток по ней просто не течет. Сопротивление переменному току становится выше, чем постоянному. Для медного провода диаметром больше 2 см на частоте 50 Гц уже заметен рост сопротивления — сердцевина работает вхолостую.

Малоизвестные факты:

▪️ 1. Фазовый сдвиг вглубь. На глубине, равной трем скин-слоям, ток может течь уже в противоположном направлении относительно поверхностного. Это не ошибка, а следствие волновой природы процесса.

▪️ 2. Ошибка с никелированием. В 1930-х инженеры заметили, что никелирование катушек для УКВ-диапазона резко ухудшает их добротность. Никель — ферромагнетик, его сопротивление велико. Ток течет по тонкому слою никеля, и потери растут. Серебрение же (даже микроны) работает отлично — ток течет по серебру, а прочность дает медная основа.

▪️ 3. Стальные тросы ЛЭП. В линиях электропередач внутри стальной сердечник для прочности, снаружи — алюминий. Это не только экономия металла: на 50 Гц ток все равно течет по поверхности, то есть по алюминию.

📝 Как борются и где используют:

▫️ Лицендрат (Litz wire). Для звуковой техники и преобразователей провода скручивают из множества тонких изолированных жил. Это заставляет ток распределяться по всему сечению равномерно.

▫️ Волноводы. На сверхвысоких частотах (СВЧ) глубина скин-слоя — микроны. Волноводы делают полыми: стенки все равно работают как проводник.

▫️ Закалка металлов. Токами высокой частоты греют только поверхность детали, оставляя сердцевину вязкой. Это дает твердую корку и упругую середину.

Скин-эффект — отличный пример того, как электродинамика вмешивается в, казалось бы, простые инженерные расчеты и заставляет пересматривать очевидные решения. #физика #электродинамика #скинэффект #электроника #электричество #магнетизм #physics #science #electronics

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

⚙️ История физики: Как зарождалась механика и кинематика

Когда мы сегодня говорим о физике, мы редко задумываемся, что само это слово («фюзис» — природа) придумал Аристотель в IV веке до н.э. Но тогда это была скорее философия (естествознание). Люди всегда нуждались в практических решениях:
▪️Как построить храм, чтобы он не рухнул? (Статика)
▪️ Как далеко улетит камень из катапульты? (Кинематика)
▪️Как поднять воду или рычагом сдвинуть камень? (Простые механизмы)

⚙️ Древний мир: От рычагов до первых формул. Главный практический запрос древности — строительство и война. Нужно было таскать тяжести и метать снаряды. Архимед (287–212 до н.э.) — гений Сиракуз. Он создал теорию рычага, заложил основы гидростатики и математически вывел условия равновесия тел. Именно он сказал: «Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю». Его работы — начало теоретической механики.

🌌 Средневековье и Возрождение: Прорыв через эксперимент. В Средние века физика была служанкой богословия, но потребности навигации и артиллерии требовали точных расчетов. Галилео Галилей (1564–1642) — настоящий отец экспериментальной физики. Он не просто кидал шары с Пизанской башни (легенда), но скрупулезно изучал движение шаров по наклонной плоскости. Галилей впервые измерил ускорение и показал, что путь при равноускоренном движении пропорционален квадрату времени.
Зачем? Чтобы рассчитывать траектории ядер для артиллеристов герцога Тосканского.

🍎 Классическая механика: Синтез Ньютона. К 17-му веку накопилось много данных. Требовалась Единая теория, чтобы ответить на главные вопросы эпохи Великих географических открытий: «Как плывут корабли?», «Почему планеты движутся именно так?». Исаак Ньютон (1643–1727) совершил революцию, выпустив «Математические начала натуральной философии». Он ввел три знаменитых закона и закон всемирного тяготения.

Самые фундаментальные опыты в истории механики:
1. Опыты Гюйгенса с маятниками (нужны были для создания точных часов — проблема определения долготы на море!).
2. Опыты Ньютона с разложением света (хоть это и оптика, они показали силу экспериментального метода).
3. Опыт Кавендиша по взвешиванию Земли (1797) — спустя сто лет после смерти Ньютона физики экспериментально доказали его правоту, измерив гравитационную постоянную.

Люди нуждались в физике всегда для решения утилитарных проблем:
1. Навигация: Определение координат корабля в море (нужны точные часы и понимание небесной механики).
2. Горное дело: Откачка воды из шахт (толчок к развитию термодинамики и механики жидкостей — Паскаль, Бернулли).
3. Строительство и архитектура: Расчет прочности конструкций — от египетских пирамид до купола собора Святого Петра.
4. Транспорт: Создание паровоза и парохода стало возможным только после того, как физика объяснила законы трения, передачи движения и преобразования энергии.

Механика и кинематика выросли из необходимости считать, предсказывать и строить. Сначала был опыт (бросание камней), потом — математика (Галилей), и наконец — великая теория (Ньютон), которая объединила небо и землю.
Какой физический опыт из школьного курса показался вам самым сложным для понимания, но гениальным по задумке? #задачи #физика #механика #олимпиады #кинематика #physics #наука #СТО #относительность

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

☕️ История одного грязного дела: Кто и зачем изобрел паяльные флюсы?

Без флюса не существовало бы нашей современной электроники. Металлурги и ювелиры бились над этой проблемой тысячелетиями.

Рассмотрим физику процесса. Почему медь не хочет дружить с оловом? Чистая физика поверхности говорит нам: идеального контакта не существует. На воздухе любой металл (особенно медь) мгновенно покрывается оксидной пленкой. С алюминием также.
Температура плавления припоя: ~180–230°C. Температура плавления оксида меди (CuO): выше 1200°C. Представьте: вы льете жидкий припой, а он ложится не на медь, а на тугоплавкую «керамическую» корку. Сцепления (адгезии) нет. Задача флюса — убрать эту пленку физически, не давая ей образоваться снова.

Рассмотрим химию процесса. Первыми паяльщиками были кузнецы и ювелиры. Они заметили закономерность: можно использовать животный жир (воск и сало). При нагреве жир разлагается, выделяя углеводороды, которые частично восстанавливают оксиды (отнимают кислород). Но жир — слабый помощник, для бронзы ещё куда ни шло, для чистого серебра — уже нет. Алхимики открывают хлорид цинка (ZnCl₂). Это «старая добрая» травленая кислота. Химическая реакция: ZnCl₂ + H₂O → кислота, которая растворяет оксиды металлов. Это было гениально, но агрессивно — остатки кислоты съедают пайку спустя месяцы.

Рассмотрим электрические явления. С приходом радио, пайка стала не просто соединением, а путем для сигнала. Остатки кислотного флюса создавали паразитные токи утечки и короткие замыкания из-за гигроскопичности (впитывали влагу из воздуха).
1930–40-е годы: Инженеры вспоминают старый рецепт скрипичных мастеров — канифоль. Канифоль (сосновая смола) — диэлектрик. Она не проводит ток. При нагреве абиетиновая кислота (основа канифоли) вступает в реакцию с оксидами меди, восстанавливая чистый металл. Пайка получалась чистой, а остатки флюса можно было не смывать — они изолировали контакты от коррозии. Стандарт для ламповых радио и первых транзисторов был готов.

Современное время: пришли нанотехнологии. Сегодня мы перешли на бессвинцовые припои (ROHS-стандарты). У них температура плавления выше, а смачиваемость хуже. Старая канифоль не справляется. Новые флюсы содержат активаторы, работающие при температурах под 300°C. В ход идут сложные эфиры и галогены (в малых дозах). Они активно травят оксидную пленку, но испаряются без остатка. В паяльных пастах для SMD-монтажа флюс играет еще и роль клея — удерживает микроскопические компоненты на месте до оплавления.

✔️ Забавный факт: Самый первый флюс — это… грязь. Механики в древности могли намеренно не зачищать металл до блеска, а паять по маслянистому налету. Тонкая пленка масла мешала доступу кислорода к нагретому металлу, и припой ложился лучше, чем на идеально чистую, но мгновенно окисляющуюся поверхность. Без флюса пайка невозможна. Это мост между макро-миром наших рук и нано-миром кристаллических решеток металла. Будь то кусок сосновой смолы или высокотехнологичный гель в шприце — задача одна: подарить припою чистый контакт. #факты #пайка #металлы #железо #химия #научные_фильмы #электроника

🔥 В древние времена среди металлов наибольшим спросом пользовалась....

🔥 Сварка трением (фрикционная сварка)

✨ Как сделать сварочный аппарат из карандаша и лезвия

Какой флюс для пайки самый лучший на сегодняшний день?

🪙 Разбираемся в пайке: Советы по соотношению олова и свинца и их влиянию

🔥 10 флюсов для пайки: сравнение, тесты и какой реально стоит использовать мастеру

🔥 Сварка под слоем флюса

✨ Мартенсит

⚡️ Большие токи в нескольких витках провода вызывают существенное магнитное поле.

💥 Лазерная сварка с разной формой луча

💥 Импульсная аргонодуговая сварка

💥 Электросварка и плавление электрода 💫

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

🖥 Задачка по программированию для разминки наших подписчиков

Каким кодом вы бы реализовали оптимальное решение данной задачи?

📝 Обсуждаем в комментариях здесь

#программирование #информатика #computer_science #задачи #алгоритмы

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

📕 Физика твердого тела [2000] Павлов П. В., Хохлов А. Ф.

В учебнике изложены основные разделы физики твердого тела, изучение которых предусмотрено программой соответствующего курса. Рассмотрены элементы структурной кристаллографии, способы определения кристаллических структур, различные типы связи в твердых телах, дефекты структуры. Описаны механические свойства твердых тел, колебания атомов кристаллической решетки и тепловые свойства кристаллов. Обсуждается зонная теория твердых тел и на ее основе электрические свойства металлов, полупроводников и диэлектриков, а также оптические и магнитные свойства твердых тел. Рассмотрены также вопросы бурно развивающейся в настоящее время физики высокотемпературной сверхпроводимости и физики аморфных твердых тел.

📚 Курс общей физики [3 книги] Бондарев, Калашников, Спирин

📗 Физика в графиках [1964] Цедрик М.С., Бирич У.В., Макеева Г.П.

📚 Физика для всех [4 книги] Китайгородский, Ландау

📚 Курс общей физики [5 томов + 2 тома] [2021] Савельев И.В.

📚 Элементарный учебник физики — Ландсберг [2001]

📚 Физика глазами физика [2 книги] [2014] Каганов М.И.

#физика #учебники #подборка_книг #physics #физика_твердого_тела #science #наука

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

📕 Физика твердого тела [2000] Павлов П. В., Хохлов А. Ф.

💾 Скачать книгу

Легендарный учебник для физиков и инженеров, который уже более 20 лет считается классикой университетского образования. Перед нами третье издание, рекомендованное Минобразованием для студентов физфаков и специальностей по микроэлектронике.
Авторы последовательно проводят читателя от основ кристаллографии и типов химической связи к зонной теории, а затем — к электрическим, магнитным и оптическим свойствам материалов. Особый упор сделан на механические свойства, дефекты структуры и диффузию, что часто оставалось за бортом переводных изданий.

✔️ Энциклопедичность: Включены актуальные на тот момент главы о высокотемпературной сверхпроводимости и физике аморфных тел .
✔️ Доступность: Написан на основе курса лекций, которые авторы читали в Нижегородском университете. Это чувствуется в понятной структуре и объяснениях .
✔️ Статус: Учебник переводился на испанский и французский языки, что говорит о мировом уровне подачи материала.

Книга подходит в первую очередь студентам старших курсов и аспирантам. Для вдумчивого изучения предмета книга подходит идеально, но для быстрого входа в тему новичкам может показаться сложноватой из-за обилия формул и строгости изложения. Если вы хотите действительно понять физику твердого тела, а не просто сдать экзамен — учебник Павлова и Хохлова должен стоять на полке.

🗄 Издательство: Высшая школа

#физика #учебники #подборка_книг #physics #физика_твердого_тела #science #наука

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

💡 Задача по электричеству для наших подписчиков

Можно ли включить в сеть с напряжением 220 В последовательно две лампы, рассчитанные на напряжение 110 В каждая и мощность 60 Вт? Если да, то как они будут гореть?

📝 Подумайте самостоятельно и напишите ваш ответ в комментариях.

📱 Обсуждение в VK-группе

#задачи #физика #электричество #электродинамика #олимпиады #наука #physics #electricity

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

🚀 Как мы складывали скорости: От мух Галилея до «призрака» Физо ✈️

Поговорим о фундаментальном понятии — законе сложения скоростей. Казалось бы, всё просто: если вы бежите по поезду, то ваша скорость складывается со скоростью поезда. Но кто первым это понял? И почему эта простая арифметика сломалась, когда в дело вмешался свет? Давайте разбираться с малоизвестными фактами.

✈️ Галилей и мухи: Рождение относительности

Первым догадался посмотреть на движение не с точки зрения божественного абсолюта, а относительно наблюдателя Галилео Галилей. В 1632 году в книге «Диалоги о двух главнейших системах мира» он приводит гениальный мысленный эксперимент с кораблем . Если запереться в трюме, вы не сможете понять, стоит корабль на месте или плывет идеально ровно. Мухи летают с той же скоростью, капли падают в ту же посуду. Малоизвестный факт: Галилей ввел понятие скорости, наблюдая за... мухами и падающими телами. Он мысленно "складывал" движения, формулируя то, что мы теперь называем законом сложения движений. Его принцип относительности гласил: равномерное движение не влияет на механические процессы

🔻 Гюйгенс, эфир и странный опыт Физо

Далее в игру вступил Христиан Гюйгенс, который развивал волновую теорию света. Свету нужна среда — эфир. Но если свет — это волна в эфире, а Земля движется сквозь эфир, должна возникать "эфирный ветер". В 1851 году Ипполит Физо поставил хитрый опыт с движущейся водой, чтобы проверить, увлекается ли свет этой водой. Ожидалось, что скорость света в воде сложится со скоростью воды по Галилею (просто c/n + v). Физо обнаружил, что скорость равна c/n + v(1 — 1/n²). То есть вода увлекает свет лишь частично. Большинство физиков впало в ступор. Теория Френеля о частичном увлечении эфира выглядела как искусственная заплатка, но она работала.

🟡 Кто же всё-таки открыл «правильное» сложение?

И тут мы подходим к самому интересному. Часто закон сложения скоростей в релятивистском виде (тот самый, не дающий превысить скорость света) приписывают Эйнштейну (1905). Однако историческая справедливость требует имен:
▪️1. Анри Пуанкаре. В 1895 году он первым заявил о невозможности обнаружить абсолютное движение любыми физическими опытами, а не только механическими . К 1905 году он подошел вплотную к созданию теории относительности.
▪️2. Приоритет публикаций: 5 июня 1905 года Пуанкаре сделал сообщение об основных положениях "новой физики", а в июле отправил статью «О динамике электрона», где фактически сформулировал математику теории . Работа Эйнштейна «К электродинамике движущихся тел» была сдана 30 июня 1905 года.

В школьных учебниках пишут, что преобразования Лоренца пришли на смену галилеевским. Но мало кто знает, что сам Хендрик Лоренц до конца жизни сомневался в физической реальности относительности времени. Для него его формулы были математическим трюком, чтобы объяснить нулевой результат опыта Майкельсона-Морли. А вот Пуанкаре впервые ввел термин «принцип относительности» и хотел назвать теорию именем Лоренца. История распорядилась иначе...

▫️ Относительная скорость — это скорость точки относительно подвижной системы (например, вы идете по вагону).
▫️ Переносная скорость — это скорость самой подвижной системы относительно неподвижной (скорость поезда относительно земли).
▫️ Абсолютная скорость — это скорость точки относительно неподвижной системы (ваша скорость относительно земли).

Галилей и Ньютон считали, что абсолютная скорость — это просто сумма. Но опыт Физо и позже Эйнштейн показали: мир устроен сложнее. Однако именно Галилей первым догадался, что если убрать внешние ориентиры, мы никогда не отличим покой от равномерного движения. #задачи #физика #механика #олимпиады #кинематика #physics #наука #СТО #относительность

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

🔥💨 Паровой или реактивный двигатель ?

Паровая машина — тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию водяного пара в механическую работу возвратно-поступательного движения поршня, а затем во вращательное движение вала. В более широком смысле паровая машина — любой двигатель внешнего сгорания, который преобразует энергию пара в механическую работу, таким образом к паровым машинам можно было бы отнести и паровую турбину, имеющую до сих пор широкое применение во многих областях техники.

Первый паровой двигатель был создан и использован Фердинандом Вербистом в 1672 году в его изобретении - игрушкой на паровом двигателе, сделанной для китайского императора. Вторая паровая машина была построена в XVII веке французским физиком Дени Папеном и представляла собой цилиндр с поршнем, который поднимался под действием пара, а опускался давлением атмосферы после сгущения отработавшего пара. На этом же принципе были построены в 1705 году вакуумные паровые машины Севери и Ньюкомена для выкачивания воды из копей.

Значительные усовершенствования в вакуумной паровой машине были сделаны Джеймсом Уаттом в 1769 году. Дальнейшее значительное усовершенствование парового двигателя (применение на рабочем ходу пара высокого давления вместо вакуума) было сделано американцем Оливером Эвансом в 1786 году и англичанином Ричардом Тревитиком в 1800 году.

В России первая действующая паровая машина была построена в 1766 году по проекту Ивана Ползунова, предложенному им в 1763 году. Машина Ползунова имела два цилиндра с поршнями, работала непрерывно, и все действия в ней проходили автоматически. Но увидеть своё изобретение в работе И. И. Ползунову не пришлось: он умер 27 мая 1766 года, а его машина пущена в эксплуатацию на Барнаульском заводе только летом. Через пару месяцев из-за поломки она перестала действовать и впоследствии была демонтирована. #опыты #научные_фильмы #физика #термодинамика #мкт #видеоуроки #gif #physics

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

⚡️ С чего начать моделирование электрических полей?

Задумывались ли вы, как «увидеть» невидимое? Электрическое поле окружает нас повсюду, от розетки до экрана смартфона. Давайте разберемся, как смоделировать его для точечных зарядов и сложных поверхностей и получить эти завораживающие картинки силовых линий и эквипотенциалей.

1. Фундамент: Главные Уравнения
▪️ Закон Кулона для точечного заряда: F = k * (q₁ * q₂) / r² . Но для поля удобнее работать с напряженностью E = F / q.
▪️ Принцип суперпозиции: Поле системы зарядов — это просто векторная сумма полей от каждого заряда в отдельности. Это наше главное оружие в моделировании.

2. Силовые Линии и Эквипотенциали
Поле можно описывать по-разному, и это ключ к красивой визуализации.
▪️Силовые линии (Графическое отображение напряженности E):
— Воображаемые линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с вектором E.
— Свойства: Начинаются на «+» зарядах, заканчиваются на «-» или уходят в бесконечность. Никогда не пересекаются!
— Густота линий пропорциональна величине напряженности.
▪️Эквипотенциальные поверхности (Графическое отображение потенциала φ):
— Что это? Поверхности, где потенциал постоянен (φ = const).
— Свойства: Всегда перпендикулярны силовым линиям. Работа по перемещению заряда вдоль такой поверхности равна нулю.

3. Как Строить Уравнения?
Для точечного заряда q в точке (x₀, y₀):
— Потенциал: φ(x, y) = k * q / sqrt( (x - x₀)² + (y - y₀)² )
— Вектор напряженности E: Eₓ = -∂φ/∂x, Eᵧ = -∂φ/∂y (это просто частные производные, градиент со знаком минус).
А как получить уравнение силовой линии? Это уже сложнее. Силовая линия — это кривая, которая в каждой точке направлена вдоль E. Математически это решается через дифференциальное уравнение: dx / Eₓ(x, y) = dy / Eᵧ(x, y). Решая его (часто численно!), мы получаем траектории для наших визуализаций.

4. Инструменты для Моделирования и Визуализации
▪️Python — король научной визуализации: Библиотеки: matplotlib, numpy, scipy.
▪️Как: Задаете сетку точек (x, y), для каждой считаете Eₓ и Eᵧ (суммируя вклады от всех зарядов). Затем:
— Для силовых линий: используйте matplotlib.streamplot
— Для эквипотенциалей: matplotlib.contour или contourf для потенциала φ.

🖥 Простой пример кода для двух зарядов:

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# Создаем сетку
x = np.linspace(-2, 2, 100)
y = np.linspace(-2, 2, 100)
X, Y = np.meshgrid(x, y)

# Задаем заряды (q, x, y)
charges = [(1, -0.5, 0), (-1, 0.5, 0)]

# Вычисляем полные Eₓ и Eᵧ на сетке
Ex = np.zeros(X.shape)
Ey = np.zeros(Y.shape)
k = 9e9
for q, xq, yq in charges:
    R = np.sqrt((X - xq)**2 + (Y - yq)**2)
    Ex += k * q * (X - xq) / R**3
    Ey += k * q * (Y - yq) / R**3

# Рисуем силовые линии
plt.streamplot(X, Y, Ex, Ey, color='blue', linewidth=1, density=2)
plt.show()

Готовые симуляторы:
— PhET Interactive Simulations (отлично для начального понимания).
— Falstad's E&M Simulator (очень наглядно).
— Comsol Multiphysics, Ansys — для серьезного моделирования сложных поверхностей.

🔴 А что с Крупными Заряженными Поверхностями? Здесь принцип суперпозиции остается, но суммирование становится интегрированием. Каждую поверхность разбиваете на маленькие точечные заряды dq и интегрируете их вклад в поле. На практике для сложных форм это почти всегда делается численными методами (например, методом конечных элементов), которые и используют пакеты вроде Comsol. Начните с Python и пары точечных зарядов. Поймите связь между φ и E, научитесь строить streamplot и contour. #электричество #физика #моделирование #визуализация #python #наука #образование #электрическоеполе #программирование

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

🚀Сборная России представит страну на Международной космической олимпиаде в Пекине

Международная инженерно-космическая олимпиада Global Future Space Scholars Meet (GFSSM) для школьников пройдет в Пекине 13-17 августа в девятый раз. Это одна из крупнейших мировых олимпиад. Наша сборная впервые представит страну и встретится с командами из более чем 15 стран, включая США, Китай и Великобританию.

За отбор и подготовку национальной сборной отвечает Центральный университет, который стал единственной российской аккредитованной площадкой, в партнерстве с Роскосмосом и Т-Технологиями (Т-Банк).

▪️Главной темой девятого сезона GFSSM станет «Demeter 2095: космическая станция по добыче ресурсов в глубоком космосе (Deep Space Resource Hub)».
▪️На финальном этапе школьникам предстоит объединиться в международные команды, чтобы за 24 часа разработать проект крупного промышленного космического города в поясе астероидов.
▪️Жюри олимпиады оценит инженерную и научную логику проекта, реалистичность решений, навыки командной работы, а также защиту проекта и ответы на вопросы.

«В этом году нам предстоит подготовить школьников для выполнения сложнейших заданий от ведущих космических организаций. Национальная сборная должна продемонстрировать не только технические решения, но и бизнес-ориентированность и жизнеспособность своих проектов. Мы уверены, что совместная работа с экспертами Т-Технологий и Роскосмоса позволит команде школьников с достоинством представить Россию в мировом космическом сообществе», — комментирует ректор Центрального университета Евгений Ивашкевич.

Отбор открыт до 26 февраля. Принять участие могут школьники с 14 лет с опытом участия в олимпиадах, соревнованиях и проектных программах в области технологий, инженерии и космической тематики. #physics #физика #задачи #наука #образование #science #космос #олимпиады

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

🦾 Связь сингулярности с самым маленьким промышленным роботом-манипулятором ⚙️

Хотя робот размером примерно с человеческую руку, его эффективное декартово рабочее пространство удивительно велико. В этом видео показано, как специальный алгоритм управления сингулярностями позволяет манипулятору плавно преодолевать кинематические сингулярности, в полной мере используя преимущества своего рабочего пространства, сохраняя при этом точное управление и динамическую стабильность.

Робот создан специально для автоматизации высокого уровня в микроэлектронике, полупроводниках, фотонике, медицинских приборах, передовых лабораторных процессах и аналогичных областях, где решающее значение имеют точность на микронном уровне и чрезвычайно малые габариты.

👨🏻‍💻 Алгоритм обработки сингулярностей (singularity-handling algorithm) в робототехнике — это метод управления манипулятором, который учитывает сингулярные конфигурации, при которых матрица Якоби теряет ранг, что приводит к потере управляемости. Цель — минимизировать влияние сингулярностей, например, избежать непредсказуемых движений, потери контроля или повреждения системы.

Сингулярность возникает, когда две или более оси манипулятора становятся выровненными, что приводит к потере одной или более степеней свободы. Некоторые типы сингулярностей:
1. Сингулярности запястья — когда две оси в запястье робота становятся выровненными, что теряет одну степень свободы.
2. Сингулярности локтя — возникают, когда рука робота полностью вытянута, из-за чего запястье лежит в той же плоскости, что и второй и третий сочленения.
3. Сингулярности плеча — возникают, когда запястье робота выравнивается с основанием, что заставляет первые и четвёртые сочленения пытаться повернуть на 180 градусов на лету.

💠 Алгоритмы обработки сингулярностей могут включать:

▪️ Выявление сингулярных конфигураций. Например, анализ детерминанта матрицы Якоби — если он равен нулю, матрица сингулярна.
▪️ Корректировку конфигурации при обнаружении сингулярности. Например, для граничных сингулярностей алгоритм изменяет вход управления, чтобы вернуть манипулятор из сингулярной прямой позы. Для внутренних сингулярностей алгоритм управляет манипулятором с помощью движения в нулевом пространстве.
▪️ Минимизацию резких движений на границах сингулярных регионов. Например, для некоторых типов сингулярностей в управление в нулевом пространстве интегрируют контроль демпфирования, чтобы минимизировать резкие движения.

Некоторые примеры реализации алгоритма в робототехнике:

▫️ Алгоритм на основе контроля в оперативном пространстве для антропоморфных манипуляторов с шестью степенями свободы. Для граничных сингулярностей алгоритм модифицирует вход управления, для внутренних — управляет манипулятором с помощью движения в нулевом пространстве.

▫️ Метод на основе виртуальных избыточных сочленений для манипулятора PUMA 560. В матрицу Якоби вводят виртуальные избыточные сочленения, чтобы поддерживать ранг матрицы при возникновении сингулярности.

▫️ Метод отслеживания траектории с учётом сингулярных положений на основе генетических алгоритмов. Позволяет минимизировать ошибки и эффективно избегать критических состояний за счёт глобальной оптимизации управляющих параметров.

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

📚 Подборка книг по Астрономии, Астрофизике, Космосу

📔 Черные дыры, белые карлики и нейтронные звезды (в двух частях) [1985] Шапиро С., Тьюколски С
📕 Нейтронные звезды и пульсары [1973] Дайсон Ф., Тер Хаар Д.
📗 Астрофизика нейтронных звезд [1987] Липунов Владимир Михайлович
📘 Небо и телескоп [2019] Сурдин В.Г.
📙 Галактики [2013-2019] Сурдин В.Г.
📓 Релятивистская астрофизика и физическая космология [2011] Бисноватый-Коган Г.С.
📒 Теоретическая астрофизика [1952] Амбарцумян В.А.
📕Нейтринная астрофизика [1993] Бакал Дж.
📗 Книга для чтения по астрономии. Астрофизика [1988] Дагаев М.М., Чаругин В.М.
📘 Солнечная система [2017] Сурдин В.Г.
📙 Звёзды [2009] Сурдин В.Г.

Теоретическая астрофизика есть наука, которая изучает и объясняет физические явления, происходящие в небесных телах, на основе законов физики. При этом теоретическая астрофизика широко пользуется математическим аппаратом, который, однако, играет только вспомогательную роль.
Теоретическая астрофизика является молодой и весьма быстро развивающейся наукой. Но её успехи уже сейчас имеют большое значение для всех отраслей астрономии и для многих отраслей физики.

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

📚 Подборка книг по Астрономии, Астрофизике, Космосу

💾 Скачать книги

Астрофизика — раздел астрономии, использующий принципы физики и химии, который изучает физические процессы в астрономических объектах, таких как звёзды, галактики, экзопланеты и т. д. Физические свойства материи в самых больших масштабах и возникновение Вселенной изучает космология.

Астрофизика — учение о строении небесных тел. Астрофизика занимается изучением физических свойств и (наряду с космохимией) химического состава Солнца, планет, комет или звёзд и туманностей. Главные экспериментальные методы астрофизики: спектральный анализ, фотография и фотометрия вместе с обыкновенными астрономическими наблюдениями. Спектроскопический анализ составляет область, которую принято называть астрохимией или химией небесных тел, так как главные указания, даваемые спектроскопом, касаются химического состава изучаемых астрономических объектов. Фотометрические и фотографические исследования выделяются иногда в особые области астрофотографии и астрофотометрии. Само название астрофизики существует с 1865 года и предложено Цёлльнером. #физика #астрономия #оптика #космос #космология #cosmos #Astronomy #physics #science #подборка_книг

☕️ Для тех, кто захочет задонать на кофе:
ВТБ: +79616572047 (СБП)

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

🔄 Вращение без касания: как газы «передают» движение?
[Гервидс Валериан Иванович — доцент кафедры общей физики МИФИ, кандидат физико-математических наук.]

Вы когда-нибудь замечали, что если быстро покрутить один предмет, рядом стоящий легкий объект может тоже прийти в движение? Это вязкость газов. В видео классический опыт с двумя дисками.

Суть эксперимента: два легких диска (например, бумажных или картонных) подвешены на одной оси на минимальном расстоянии друг от друга. Один диск (нижний) мы раскручиваем, второй (верхний) — просто висит неподвижно.
Проходит время, и верхний диск... начинает вращаться. Медленно, вслед за нижним. Расположение дисков не влияет.

Физика процесса: главный двигатель здесь — вязкость (внутреннее трение) газа.
▪️ 1. Слои газа. Воздух не является абсолютно «жидким». Он состоит из молекул. Когда нижний диск вращается, он увлекает за собой прилегающий к нему слой воздуха (молекулы «прилипают» к поверхности, это условие называется «прилипание»).
▪️ 2. Передача импульса. Вращающийся слой воздуха начинает сталкиваться с вышележащим, неподвижным слоем. Быстрые молекулы передают часть своего импульса медленным соседям.
▪️ 3. Эстафета. Этот процесс повторяется от слоя к слою. Импульс передается вверх, словно по цепочке.
▪️ 4. Верхний диск. Когда возбуждение доходит до верхнего диска, поток воздуха начинает толкать его. Диск раскручивается.

Воздух сопротивляется сдвигу слоев. Именно это сопротивление и называется вязкостью. Если бы воздух был «идеальной» жидкостью (невязкой), верхний диск никогда бы не сдвинулся с места.
▫️ Центробежная сила здесь ни при чем. Работает перенос количества движения от слоя к слою (молекулярная диффузия импульса).
▫️ Закон Бернулли здесь тоже не играет роли. Это чистое внутреннее трение.

Вязкость газов мала (по сравнению с маслом или медом), но она есть. Именно благодаря ей ветер колышет листья, а мы можем размешивать сахар в чае — жидкий слой передает движение дальше. #physics #science #физика #гидродинамика #аэродинамика #вихри #тор #математика #техника #историянауки

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

📱 Гидрогеновая пушка: как сделать импульсный ускоритель из батареек, воды и искры?

Сегодня разберем одну безумную, на первый взгляд, идею, которая на деле — чистый закон сохранения энергии.

Представьте: у вас есть две емкости. В первой — соленая вода и два электрода (те самые угольные стержни от солевых батареек), к которым подключен источник тока. Идет электролиз: на катоде бурно выделяется газообразный водород (H₂), на аноде — кислород (O₂).

Мы аккуратно собираем этот гремучий газ (особенно важен именно водород) и направляем его во вторую емкость — простейшую камеру сгорания. К ней присоединена ствол-трубка, в которую вложен «заряд» — например, легкая ягода или арахис в скорлупе. В камере встроен пьезоэлемент от зажигалки.

Дальше — дело техники: нажимаем на пьезоэлемент → проскакивает искра → происходит моментальное сгорание водорода по реакции: 2H₂ + O₂ → 2H₂O + ОГРОМНАЯ энергия Q.
Подробнее о том что происходит в видео.

📱 Physics.Math.Code на youtube

#физика #эксперимент #наука #химия #водород #электролиз #оружие #безопасность #гидроген #образование

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

📚 Гравитация [3 тома] Мизнер Ч., Торн К., Уилер Дж

«Гравитация» — учебник по общей теории относительности Альберта Эйнштейна, написанный Чарльзом У. Мизнером, Кипом С. Торном и Джоном Арчибальдом Уилером. Первоначально он был опубликован издательством W. H. Freeman and Company в 1973 году и переиздан издательством Princeton University Press в 2017 году. Его часто сокращённо называют MTW (по фамилиям авторов). Несмотря на то, что этот учебник нельзя назвать лучшим вводным пособием, поскольку его объём может ошеломить новичка, и несмотря на то, что некоторые его части уже устарели, по состоянию на 1998 год он оставался ценным источником информации для аспирантов и исследователей.

После краткого обзора специальной теории относительности и плоского пространства-времени мы переходим к физике искривлённого пространства-времени и рассматриваем многие аспекты общей теории относительности, в частности уравнения поля Эйнштейна и их следствия, экспериментальные подтверждения и альтернативы общей теории относительности. В книгу включены исторические фрагменты, в которых кратко изложены идеи, приведшие к созданию теории Эйнштейна. В заключение автор задаётся вопросом о природе пространства-времени и предлагает возможные направления исследований. Несмотря на подробное изложение линеаризованной гравитации, одна тема осталась за рамками — гравитоэлектромагнетизм. Упоминается квантовая механика, но квантовая теория поля в искривлённом пространстве-времени и квантовая гравитация не рассматриваются.

Рассматриваемые темы в целом разделены на два «направления»: первое содержит основные темы, а второе — более сложные. Первое направление можно изучать независимо от второго. Основной текст дополнен блоками с дополнительной информацией, которые можно пропустить без потери целостности восприятия. Для комментирования основного текста также используются примечания на полях.

Математика, в первую очередь тензорное исчисление и дифференциальные формы в искривлённом пространстве-времени, рассматривается по мере необходимости. Ближе к концу книги также приводится вводная глава о спинорах. В книге есть множество иллюстраций сложных математических идей, таких как альтернативные полилинейные формы, параллельный перенос и ориентация гиперкуба в пространстве-времени. Для практики читателю предлагаются математические упражнения и физические задачи. #гравитация #физика #механика #наука #science #physics #космология #астрономия

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

📚 Гравитация [3 тома] Мизнер Ч., Торн К., Уилер Дж

💾 Скачать книги

Монография выдающихся американских физиков посвящена изложению физических основ, современного математического аппарата и важнейших достижений теории тяготения Эйнштейна. Также один из авторов работал над фильмом "Интерстеллар".
Рекомендуем всем! Поделись с другом-инженером хорошими книгами.
Издатель: У. Х. Фримен. Издательство Принстонского университета.

Книга по-прежнему пользуется авторитетом в физическом сообществе и получает в основном положительные отзывы, но некоторые критикуют её за объём и стиль изложения.

«Гравитация» — настолько выдающаяся книга по теории относительности, что инициалы её авторов — М. Т. В. — могут использоваться в других книгах по теории относительности без каких-либо пояснений.

Спустя более тридцати лет после публикации «Гравитация» по-прежнему остаётся наиболее полным трактатом по общей теории относительности. На его 1300 страницах можно найти авторитетное и исчерпывающее обсуждение практически любой темы, связанной с этой областью. В книге также содержится обширная библиография со ссылками на первоисточники. Написанная тремя выдающимися учёными XX века, она задала тон многим последующим текстам по этой теме, в том числе и этому. — Джеймс Хартл

Книга, которая стала источником знаний как минимум для двух поколений исследователей в области гравитационной физики. Эта всеобъемлющая и энциклопедическая книга написана своеобразным языком, который вам либо понравится, либо нет. — Шон М. Кэрролл

#гравитация #физика #механика #наука #science #physics #космология #астрономия

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

📻 «Окопное радио» ⚡️ (также известное как «foxhole radio») — самодельный радиоприёмник, который использовали солдаты во время Второй мировой войны для прослушивания местных радиостанций.

Конструкция: в качестве детектора радиоволн применялось лезвие безопасной бритвы, которое действовало как кристалл, а проволокой, английской булавкой или грифелем графитового карандаша служили «кошачьими усами». Окопные рации состояли из проволочной антенны, катушки из проволоки, служившей индуктором, наушников и некоего подобия самодельного диодного детектора для восстановления выпрямления сигнала. Детекторы состояли из электрического контакта между двумя разными проводниками с полупроводниковой плёнкой коррозии между ними. Их делали из различных подручных материалов. Один из распространённых типов состоял из окисленного лезвия бритвы (ржавого или обгоревшего), к которому булавкой прижимался грифель карандаша. Оксидный слой на лезвии и точечный контакт грифеля карандаша образуют полупроводниковый диод Шоттки и пропускают ток только в одном направлении. Только определённые участки лезвия работали как диоды, поэтому солдат водил грифелем карандаша по поверхности, пока в наушниках не начинала звучать радиостанция. Другой конструкцией детектора был угольный стержень батарейки, лежавший на краях двух вертикальных бритвенных лезвий, по образцу «микрофонного» детектора 1879 года Дэвида Эдварда Хьюза.

Принцип работы: оксидный слой на лезвии и точечный контакт грифеля карандаша образуют полупроводниковый диод Шоттки и пропускают ток только в одном направлении. Только определённые участки лезвия действовали как диоды, поэтому солдат водил карандашным грифелем по поверхности до тех пор, пока в наушниках не зазвучит радиостанция.

Особенности: приёмник не имел источника питания и питался от энергии, получаемой от радиостанции.

История: одна из первых газетных статей об окопном радиоприёмнике была опубликована в «Нью-Йорк Таймс» 29 апреля 1944 года. Этот радиоприёмник был собран рядовым Элдоном Фелпсом из Энида, штат Оклахома, который позже утверждал, что именно он изобрёл эту конструкцию. Он был довольно примитивным: лезвие бритвы, воткнутое в кусок дерева, служило детектором, а конец антенного провода — кошачьим усом. Ему удавалось принимать передачи из Рима и Неаполя. #физика #опыты #эксперименты #наука #science #physics #электродинамика #магнетизм #видеоуроки #схемотехника #радиофизика

⚡️ Физические основы радиопередачи [1989] Киностудия Леннаучфильм

📗 Первая книга радиолюбителя [1961] Костыков Ю. В., Ермолаев Л. Н.

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib