📝 Квадратура круга [1972] Центрнаучфильм

Детская научно – познавательная картина о древней математической загадке, названной «квадратура круга», о дальнейшей истории этой математической задачи. Квадратура круга — задача, заключающаяся в нахождении способа построения с помощью циркуля и линейки (без шкалы с делениями) квадрата, равновеликого по площади данному кругу. Наряду с трисекцией угла и удвоением куба, является одной из самых известных неразрешимых задач на построение с помощью циркуля и линейки.

Квадратура круга — задача, заключающаяся в нахождении способа построения с помощью циркуля и линейки квадрата, равновеликого по площади данному кругу.

➰ О свойствах параболы ➿

Наш канал с научно-техническими фильмами: 🎥 Учебные фильмы 🎞 @maths_lib

#физика #математика #моделирование #опыты #эксперименты #physics #видеоуроки #научные_фильмы #math #geometry

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

🤪 Сверхсильные магнитные поля: от лаборатории до реальной жизни

Магнитные поля, превышающие земное (≈ 0.5 Гаусса) или поле простого ферритового магнита, давно перестали быть лабораторным феноменом. Речь о полях от 1 Тесла (10 000 Гаусс) и выше, вплоть до рекордных импульсных значений в тысячи Тесла. Рассмотрим малоизвестный применения сверхсильных полей в реальности, которая нас окружает.

▫️ 1. Чистота кремния для микроэлектроники. При выращивании монокристаллов кремния методом Чохральского сверхпроводящие магниты (порядка 0.5 Тл) подавляют конвекционные потоки в расплаве. Это позволяет получать сверхчистые и однородные кристаллы, что критически важно для производства современных процессоров и силовой электроники.
▫️ 2. Борьба с опухолями. Технология «Магнитная гипертермия». В опухоль вводятся наночастицы оксида железа. Пациента помещают в переменное поле высокой частоты (при индукции ~0.01-0.1 Тл). Частицы разогреваются, выборочно уничтожая раковые клетки, минимально затрагивая здоровые ткани.
▫️ 3. Обработка воды. Мощные неодимовые магниты (поле ~0.1-0.2 Тл на поверхности) устанавливаются на трубопроводы с жесткой водой. Хотя физический механизм до конца не ясен (споры идут о влиянии на образование кристаллов карбоната кальция), на практике это снижает образование накипи в промышленных котлах и теплообменниках без химических реагентов.
▫️ 4. Аэродинамические трубы с магнитной левитацией. Для моделирования гиперзвуковых полетов (числа Маха > 5) используют ударные трубы, где диамагнитные модели (например, с графитовым покрытием) левитируют в поле ~15-20 Тл. Это позволяет изучать обтекание без механических креплений, искажающих поток.

⚛️ Фронт науки: последние достижения

▪️Рекордные статические поля: В Национальной лаборатории сильных магнитных полей (США) в 2023 году достигнуто поле 45.5 Тл в гибридном магните (сверхпроводящая катушка + резистивная), что является абсолютным рекордом для непрерывного поля, доступного для пользователей.

▪️Импульсные поля и новая материя: В лабораториях (Россия, Германия, Япония) с помощью импульсных полей (сотни Тл, длительность микросекунды) открывают новые квантовые фазы вещества — экситонные изоляторы, новые типы спинового упорядочения. В 2022 году в поле ~90 Тл в селениде урана URu₂Si₂ была обнаружена необычная фаза «скрытого спинового порядка».

▪️Магниты для термояда: Успехи проекта ITER — создание и испытание D-образных сверхпроводящих катушек тороидального поля (до 11.8 Тл, энергия хранения 41 ГДж). Это инженерный триумф, открывающий путь к управляемому синтезу.

📝 Опыты для дома:

1. Диамагнитная левитация (опыт с графитом). Возьмите небольшой пиро- или кусочек высокоориентированного пиролитического графита (продается как «левитирующий графит») и несколько мощных неодимовых магнитов (например, N52) в виде дисков или плиток. Расположите магниты одноименными полюсами вверх, создав область с сильным градиентом поля. Аккуратно поместите графит над магнитами — он будет левитировать. Это доказательство диамагнетизма, что лежит в основе левитации лягушки в поле 16 Тл.

2. Разрушение магнитного поля (эффект Фарадея). Возьмите толстостенную медную или алюминиенюю трубку и мощный неодимовый магнит (в форме цилиндра или шара). Опустите магнит внутрь трубки — он будет падать замедленно, как в густой жидкости. Причина: изменяющийся магнитный поток наводит в стенках вихревые токи, поле которых по правилу Ленца противодействует падению магнита. Наглядная демонстрация электромагнитного торможения и связи поля с движением.

3. Наблюдение гистерезиса (качественно). Понадобится два мощных магнита и стальной гвоздь или пластина (мягкая сталь). Намагнитите гвоздь с помощью магнита. Проверьте, притягивает ли он скрепки. Затем сильно ударьте гвоздь молотком или нагрейте его на газовой горелке докрасна и дайте остыть. Намагниченность резко уменьшится или исчезнет. Это демонстрация потери магнитного упорядочения при нагреве выше точки Кюри и влияния механических воздействий на доменную структуру. #физика #магнетизм #наука #эксперименты #физика #physics

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

🌈 Физика цвета

🎨 1. Цвета, которого нет
В спектре радуги нет розового (мадженты). Он возникает только в нашем мозге, когда одновременно стимулируются красные и синие колбочки, без промежуточной зеленой составляющей. Это «неспектральный» цвет.

👁 2. Жёлтый — самый фальшивый
Жёлтый свет с длиной волны ~580 нм мы почти не различаем от смеси красного и зелёного. Поэтому в RGB-мониторах нет жёлтых субпикселей — его имитируют соседние красный и зелёный. Наш глаз обманывается легко.

🔴3. sRGB — компромисс 90-х
Стандарт sRGB, на котором работает почти весь интернет, был создан в 1996 году для CRT-мониторов и принтеров. Его цветовой охват сознательно ограничили, чтобы дешёвые устройства могли его воспроизвести. Поэтому экраны современных дисплеев показывают цвета «бледнее», чем могут в теории.

⚡️ 4. Цвет — это электродинамика
Цвет предмета — это не его свойство, а история о том, какие электромагнитные волны он не поглотил. Красная ягода отражает преимущественно красный, поглощая синий и зелёный. А если осветить её синим светом, она станет почти чёрной. Кстати, в ОГЭ по физике есть задания на эту тему

🧠 5. Нейроны опережают фотоны
Сигнал от колбочек сетчатки обрабатывается ещё в глазу — горизонтальные и амакриновые клетки сразу вычисляют контраст и цветовые оппонентные каналы (красный-зелёный, синий-жёлтый). Мозг получает уже «скомпрессированные» данные.

🟡 6. Наночастицы золота — красные
Золото в макромире жёлтое, но наночастицы диаметром ~50 нм — ярко-красные (рубиновое стекло). Это из-за поверхностного плазмонного резонанса — коллективных колебаний электронов, которые сильно поглощают сине-зелёную часть спектра.

💻 7. 8-битный цвет — не всегда 256 оттенков
В старых системах (например, EGA) 4-битная палитра (16 цветов) жёстко задавалась на уровне железа. А в формате GIF используется LZW-сжатие и палитра до 256 цветов, которые выбираются из 16-миллионных — поэтому так сложно передавать плавные градиенты.

🌀 8. Фиолетовый — самый короткий и длинный одновременно
Спектральный фиолетовый (~400 нм) — самый коротковолновой видимый свет. Но пурпурный и сиреневый — результат смешения синего и красного (длинные + короткие волны), их нет в радуге. Это «цвета вне спектра».

Интересно, что половина этих фактов стала критичной для разработки дисплеев, фотоаппаратов и даже алгоритмов сжатия изображений. Цвет всегда связан с физикой света и с биологией восприятия. #физика #волны #цвет #наука #электродинамика #оптика #физика #physics

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

🖥 How Scientists Discovered Atoms? // Как ученые открыли атомы?

1885 И. Бальмер открыл спектральную серию атома водорода, открывают их почти 70 лет.
1897 Дж Томсон открыл электрон.
1899 Э. Резерфорд показал наличие излучения ураном альфа- и бета-лучей.
1900 М. Планк ввел постоянную, имеющую размерность действия.
1900 П. Виллар открыл гамма лучи.
1905 А. Эйнштейн открыл закон взаимосвязи массы и энергии, квантовый характер света.
1906 Т. Лайман открыл спектральную серию атома водорода.
1908 Ф. Пашен открыл спектральную серию атома водорода.
1910 А. Гааз модель атома, связывающая квантовый характер излучения со структурой.
1910 Э. Резерфорд открыл атомное ядро и создал планетарную модель атома.
1913 Н. Бор разработал квантовую теорию атома водорода, ввел главное n квановое число.
1913 И. Штарк открыл явление расщепления спектральных линий в электрическом поле.
1913 английский физик Г. Мозли установил, что заряд ядра атома всегда численно равен порядковому (атомному) номеру элемента в Периодической системе.
1915 А. Зоммерфельд ввел радиальное и азимутальное квантовые числа.
1919 Э. Резерфорд открыл протон, первая ядерная реакция превращения азота в кислород.
1922 Ф. Брэккет открыл спектральную серию атома водорода.
1923 Л.де Бройльразвил идею о волновых свойствах материи (основа теории Шрёдингера).
1924 А. Пфунд открыл спектральную серию атома водорода.
1924 В. Паули сформулировал (принцип Паули) современной теоретической физики.
1926 Э. Щрёдингер построил волновую механику, дал основное её уравнение.
1927 В. Гейзенберг сформулировал принцип неопределенности в квантовой механике.
1927 Ф. Хунд установил два эмпирических правила расположения энерг-х уровней атома.
1928 П.Дирак квантовомеханическое уравнение движения релятивистского электрона е– .
1931 В. Паули гипотеза нейтрино.
1932 Дж. Чедвик открыл нейтрон, К. Андерсон открыл позитрон е+.
1938 О.Ган, Ф. Штрассман открыли деление ядра урана.
1944 М. Ивинг, Дж. Ворцель открыто сверхдальнее распространение звука в океане.
1948 Дж. Бардин, У Браттейн изобретен полупроводниковый транзистор.
1948 Д. Габор создание голографии.
1949 У. Шокли предложил р-n-транзистор.
1950 И.Тамм, Л. Спитцер и др. изоляция высокотемпературной плазмы магнитным полем.
1952 Д. Глезер изобрел пузырьковую камеру.
1953 К.Дж. Хамфрис открыл спектральную серию атома водорода.
1959 Э. Сегре открытие антипротона.
1963 М. Гепперт-Майер и Г. Иенсен теория оболочечного строения ядра. Нобел. премии.
1963 М. Гелл-Манном и Д. Цвейгом введено в науку понятие о кварках.

Атом – мельчайшая частица химического вещества, неделимая химическим путем, но физики научились расщеплять атом на части. Одни вещества превращать в другие, изменяя состав атомного ядра. Открытия частиц электрона, фотона, протона, электрического заряда, разложение белого света в цветной спектр и другие явления послужили стимулом развития интереса к строению вещества. Но только в ХХ веке наука вплотную подошла к разработке и созданию модели атома. В 1920 г. Э. Резерфорд предложил орбитальную модель атома. Существенный недостаток модели состоял в том, что при движении частицы ею излучается (теряется) энергия и электрон со временем должен упасть на ядро атома. Этот недостаток устраняла модель атома, предложенная Н. Бором, который введением двух постулатов, носящие теперь его имя, скорректировал орбитальную модель атома Резерфорда. #атом #физика #атомная_физика #видеоуроки #ядерная_физика #science #МКТ #physics

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

👨🏻‍💻 Присоединяйтесь к нашей беседе в VK группе Physics.Math.Code

🗣 Беседа в VK (пригласительная ссылка)

🖥 Обсуждаем там физику, математику, программирование и железо.

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

🔥 Труба Рубенса — физический эксперимент по демонстрации стоячей волны, основанный на связи между звуковыми волнами и давлением газа.

Для эксперимента берут отрезок трубы, перфорированный по всей длине. Один конец подключается к маленькому динамику, а второй — к источнику горючего газа. Труба заполнена горючим газом, так что просачивающийся через отверстия газ горит. Если используется постоянная частота, то в пределах трубы может сформироваться стоячая волна. Когда динамик включен, в трубе формируются области повышенного и пониженного давления. Там, где благодаря звуковым волнам находится область повышенного давления, через отверстия просачивается больше газа и высота пламени больше. Благодаря этому можно измерить длину волны просто измеряя рулеткой расстояние между пиками.

В перфорированной трубе горит газ (пропан). Когда мы подаём на неё звук определённой частоты, в трубе образуется стоячая звуковая волна с чётко выраженными пучностями (максимумы давления) и узлами (минимумы). Пламя реагирует на перепады давления: в пучностях оно ниже (газ выходит хуже), в узлах — выше. Мы видим «замороженную» картинку звука. [ На видео картинка меняется потому что музыкант меняет частоту ]

Немного продвинутых фактов:

▪️ 1. Это не просто «огненный график». Труба Рубенса — это термоакустическая система. Звуковая волна совершает работу над газовым пламенем, модулируя его, а реакция пламени (изменение температуры и плотности) в свою очередь влияет на акустические свойства среды. Это простейшая модель для изучения термоакустической неустойчивости — явления, которое может приводить к разрушительным колебаниям в реактивных двигателях или, наоборот, использоваться в экологичных термоакустических холодильниках, где вместо фреона — инертный газ, а источником энергии является звук.

▪️ 2. Гидродинамика пламени. Присмотритесь: в узлах, где пламя самое высокое, скорость истечения газа максимальна. Но это также область, где число Рейнольдса для струйки газа выше. При определённых частотах и расходах можно наблюдать переход от ламинарного пламени к турбулентному прямо внутри одного «столбика» — его основание будет колыхаться.

▪️3. Почему именно стоячая волна? Ключ — в граничных условиях. Труба открыта с обоих концов. Это означает, что на концах должны быть пучности акустического давления (пламя низкое). Значит, в трубе укладывается целое число полуволн. Частота, на которую она «откликается» — это её акустическая мода. Изменяя частоту, мы переключаемся между модами, увеличивая количество «горбов» пламени.

▪️4. Малоизвестный сложный факт: нелинейные эффекты. При больших амплитудах звука (громко крикнуть в динамик недостаточно!) система становится нелинейной. Могут рождаться субгармоники (колебания с частотой в 1/2, 1/3 от основной) и наблюдаться гистерезис — переход между модами происходит при разных частотах в зависимости от того, повышаем мы частоту или понижаем. Это уже область нелинейной акустики и хаоса.

▪️5. Связь с космосом. Явление, родственное тому, что происходит в трубе, изучается в гелиосейсмологии и астросейсмологии. Солнце и звёзды — это гигантские газовые шары, в которых тоже «ходят» акустические (и не только) волны, возбуждаемые конвекцией. Анализируя их моды (частоты), астрофизики определяют внутреннюю структуру светил, как мы определяем свойства трубы по картинке пламени.

Данный опыт демонстрирует наглядную модель процессов, работающих в высокотехнологичных двигателях, холодильниках будущего и в недрах далёких звёзд. #физика #волны #горение #термодинамика #колебания #physics #опыты #science #наука

💦 Вода VS Пламя🔥

🕯Синхронизация и интересный опыт со свечками

🔥 Огонь и горение в космосе 💫

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

📝 В истории математики немало ярких примеров гениальной интуиции, проявленной в юном возрасте. Одним из канонических является эпизод, относящийся к Карлу Фридриху Гауссу (1777–1855). Согласно известному преданию, школьный учитель, желая занять класс на продолжительное время, предложил ученикам найти сумму всех натуральных чисел от 1 до 100:
S = 1 + 2 + 3 + ... + 100.

Гаусс, тогда ребёнок примерно 10 лет, практически мгновенно предоставил верный ответ — 5050. Его метод не требовал трудоёмкого последовательного сложения.

Суть открытия. Юный Гаусс осознал, что члены данной арифметической прогрессии можно попарно сгруппировать симметрично относительно центра (или сложить одну сумму с такой же зеркально-симметричной):

1 + 100 = 101
2 + 99 = 101
3 + 98 = 101
...
50 + 51 = 101

Таким образом, исходная сумма есть произведение числа пар (50) на сумму первого и последнего членов (101): S = 50 ⋅ 101 = 5050. Формальное обобщение. Этот частный случай иллюстрирует общую формулу для суммы первых n членов арифметической прогрессии aₖ : Sₙ= (a₁ + aₙ) ⋅ n / 2. В применении к натуральному ряду Sₙ= (n + 1) ⋅ n / 2

Данный эпизод демонстрирует фундаментальный математический принцип: переход от последовательного перебора к симметричному представлению задачи, кардинально снижающему вычислительную сложность. Глубина заключалась не в вычислении конкретного числа, а в мгновенном усмотрении общей структуры, скрытой за частной проблемой. Гауссовский подход является источником методов комбинаторики и теории чисел, а сама формула стала одним из краеугольных камней элементарной математики. Это достижение, пусть и элементарное с современной точки зрения, символизирует рождение мышления, ориентированного на изящность и общность решения, — мышления, которое в полной мере проявится в последующих фундаментальных работах Гаусса по теории чисел, алгебре и дифференциальной геометрии.

📜 Список основных достижений математика:

1. «Арифметические исследования» (Disquisitiones Arithmeticae, 1801). Фундаментальный труд, систематизировавший теорию чисел и поднявший её на уровень строгой науки.
— Теория квадратичных вычетов. Ввёл понятие и фундаментальные свойства сравнений по модулю, доказал квадратичный закон взаимности (названный им «золотой теоремой»), к доказательству которого он дал шесть различных методов.
— Построение правильного 17-угольника. Решил задачу, остававшуюся неразрешённой со времён античности, доказав возможность построения циркулем и линейкой правильного многоугольника с числом сторон, равным простому числу Ферма F_n = 2^(2^n)+1 (для n=2 это 17). Это прямое следствие его открытий в теории уравнений.

2. Анализ и математическая физика:
— Метод наименьших квадратов (1809). Разработан независимо от Лежандра и применён Гауссом для расчёта орбиты астероида Церера, блестяще продемонстрировав свою эффективность. Лёг в основу современной регрессионной обработки данных и теории ошибок.
— Фундаментальная теорема алгебры (доказательство, 1799). Представил строгое доказательство (один из нескольких своих вариантов) теоремы о том, что всякий непостоянный многочлен с комплексными коэффициентами имеет хотя бы один комплексный корень.

3. Дифференциальная геометрия поверхностей (Theorema Egregium, 1828). В работе «Общие исследования о кривых поверхностях» совершил переворот:
— Ввёл параметрическое задание поверхности и первую квадратичную форму (определяющую внутреннюю метрику).
— Доказал Theorema Egregium («Замечательная теорема»): гауссова кривизна поверхности является инвариантом изгибания, то есть зависит только от внутренней геометрии, а не от её погружения в пространство. Это заложило основы современной дифференциальной геометрии и подготовило почву для общей теории относительности.

4. Комплексный анализ:
— Геометрическая интерпретация комплексных чисел. Хотя не был первым, активно и эффективно использовал представление комплексных чисел точками на плоскости, что способствовало их широкому признанию. #математика #теория_чисел #math #алгебра #комбинаторика #опыты #science #наука

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

🎄Дорогие друзья, пусть новый год даст вам силы на преодоление всех трудностей, проблем, неприятностей. Physics.Math.Code желает вам успеха, решительности, ясности ума и мотивации. Но мотивация ничто без жесткой дисциплины. Поэтому будьте сильными, будьте дисциплинированными и решительными, никогда не сдавайтесь. Продвигайте науку, изучайте физику, математику и программирование. Стремитесь созидать, а не разрушать. Будьте честными, добрыми скромными. Всем здоровья, любви и мирного неба!

План по созданию светодиодной настольной ёлочки:
▫️ 1. Адресные светодиоды: WS2812B (или NeoPixel) в виде ленты или кольца. Ленту можно нарезать, кольцо — уже готовый «ярус». Хватит 30-60 светодиодов.
▫️ 2. Контроллер: Здесь варианты:
— Arduino Nano/Uno — классика для начала. Дёшево, много готовых скетчей.
— ESP8266 (NodeMCU) / ESP32 — топ-выбор! Позволяет управлять ёлкой по Wi-Fi через веб-интерфейс или даже Telegram-бота. Можно заливать эффекты без проводов.
— Raspberry Pi Pico — мощно и современно, если хочется покодить на MicroPython/C++.
▫️ 3. Питание: Источник 5V. Для 30 светодиодов хватит блока на 2А, для 60+ — на 3-5А. Важно: подключайте питание к ленте напрямую от блока, а не только от контроллера.
▫️ 4. Паяльник, провода, резистор (~220-470 Ом) на линию данных, конденсатор (100-1000 мкФ) на питание ленты для сглаживания скачков.
▫️ 5. Каркас: Медная проволока, плотная фольга, 3D-печатная конструкция или даже картонная конусообразная основа, на которую будет наматываться лента.
▫️ 6. База подключения: 5V с блока питания → на VCC ленты. GND с блока питания → на GND ленты и GND контроллера (общая земля). Пин данных контроллера (например, D4 на ESP8266 или D6 на Arduino) → через резистор ~220 Ом → на DIN первой светодиодной секции. Конденсатор на 100-1000 мкФ параллельно к питанию ленты (плюс к +5V, минус к GND). Если лента длинная (>50 диодов), подключайте питание с двух сторон.

Почему ESP8266/ESP32 — лучший выбор?
▪️ Беспроводное управление: Загружаешь прошивку один раз, а потом меняешь режимы (теплая белая гирлянда, бегущие огоньки, радуга) через браузер.
▪️ Интеграция: Можно привязать к домашней автоматике (Home Assistant), запускать эффекты по таймеру или голосом.
▪️ Огромные библиотеки: FastLED или NeoPixelBus + Web-интерфейс на WLED.
▪️ Используй прошивку WLED — это готовое решение с кучей эффектов и настройкой через Wi-Fi. Прошил — и ёлка готова.

🖥 Код для затравки (Arduino + FastLED):

#include <FastLED.h>
#define NUM_LEDS 48
#define DATA_PIN 6
CRGB leds[NUM_LEDS];

void setup() { FastLED.addLeds<WS2812B, DATA_PIN, GRB>(leds, NUM_LEDS); }

void loop() {
  // Простой бегущий огонёк
  for(int i = 0; i < NUM_LEDS; i++) {
    leds[i] = CRGB::Green;
    FastLED.show();
    delay(50);
    leds[i] = CRGB::Black;
  }
}

#электроника #DIY #physics #физика #опыты #схемотехника #science #наука #ардуино #esp8266 #светодиоды

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

📝 Бесконечно повторяющиеся радикалы Рамануджана

Рассмотренная выше формула с бесконечно повторяющимися радикалами являются частным случаем более общей формулы:

📝 Подробнее

Источник, где эта формула выводится более строго: A. Herschfeld, On Infinite Radicals, American Mathematical Monthly 42 (1935), no. 7, 420–421.
#math #математика #наука #алгебра #science

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib