AlexAlpha

Радиолюминесценция активно используется для создания автономной подсветки. В специальные трубочки, покрытые люминофором, закачивается радиоактивный газ тритий (старший брат протия-водорода), испытывающий бета-распад. При вылете электрона из ядра происходит его удар о стекло с люминофором, что приводит к возникновению вспышки. Наблюдатель при этом видит постоянное слабое свечение.

В видео показано сравнение часов с люминесцентной подсветкой (слева) и тритиевой подсветкой (справа). Люминофор ярче, но для свечения его постоянно нужно 'подзаряжать' светом. Тритиевые трубочки светят тускло, но они способны светить десять лет даже в кромешной темноте.
Больше таких постов вы можете найти в моем telegram-канале с физическими демонстрациями.

Предыдущие посты данного раздела:
1. Флуоресценция (и теория свечения)
2. Фосфоресценция
3. Триболюминесценция
4. Сонолюминесценция
5. Катодолюминесценция
6. Хемилюминесценция и биолюминесценция

Такой вид свечения используют в специальных палочках. Если разломать колбу с перекисью водорода внутри, то палочка начнет светиться.

Биолюминесценция - та же хемилюминесценция, только в живых организмах. Ученые утверждают, что свечение является не побочным механизмом каких-либо химических процессов, а одним из ключевых механизмов выживания. Например, светящиеся грибы привлекают больше животных, способных разнести споры грибов подальше.

Примеров тьма, все интересные.

1. Рыбка плюется светящейся водой. Если я правильно понял, то рыбка из рода брызгунов. Они могут плеваться водой, чтобы охотиться на насекомых. Зачем им при этом светиться - не ведаю. Но красиво!

2. Светящийся гриб растет. Тут все просто и тоже красиво.

Мне понравился гигантский кальмар, живущий на глубине сотен метров под водой, который способен по своей воле благодаря биолюминесценции вызывать вспышку света в 'голове'. Полагают, что это позволяет ослепить жертву (как световыми гранатами) или оценить расстояние до цели (как в лазерных дальномерах). Природа гораздо удивительнее, чем я мог себе представить!

Одна из наиболее красивых демонстраций биолюминесценции - свечение моря. Дело в том, что эти воды населяют живые организмы (планктон, водоросли и проч.), внутри которых происходит процесс определенного сложного окисления, во время которого выделяется энергия, которая переводит атомы в возбужденное состояние и вынуждает испускать фотоны в видимом диапазоне. Примерно такой же механизм работает у светлячков.

А вот следующий видос меня в восторг приводит. Помните, Шелдон в Теории Большого Взрыва делал рыбки-ночники? Оказывается, такие уже есть!

Фонареглазовые (Anomalopidae) имеют в глазах особый мешочек с бактериями. У этих бактерий протекает химическая реакция, которая приводит к возбуждению электрона и постоянному свечению из глаз рыбок.

Глаза эти рыбки умеют закрывать и растворяться в темноте.

Еще из интересного. Ребята из Light Bio решили, что рыбки-светлячки слишком банальны и уже всем надоели. Да и вообще пора бы и всяким растениям заняться чем-то более полезным, кроме как вырабатывать кислород.
Если вы так считаете, тогда посадите петунии Firefly! Днем они самые обычные белые цветочки, а вот ночью...

Как же петунии светятся? В целом все логично и просто - цветочкам внедрили специальный ген, благодаря которому биолюминесценция (то есть, свечение за счет химической реакции, протекающее в живом организме) протекает во всяких известных вам грибах и светлячках. Короче, ребята подсмотрели у природы и сделали так же.

Надеюсь, вам было красиво.
Больше таких постов вы можете найти в моем telegram-канале с физическими демонстрациями.

Предыдущие посты данного раздела:
1. Флуоресценция (и теория свечения)
2. Фосфоресценция
3. Триболюминесценция
4. Сонолюминесценция
5. Катодолюминесценция

P.S. Испытываю чудовищную пустоту в душе из-за отсутствия тега 'хемилюминесценция'.

Принцип очень простой - берется вогнутое зеркало и в его фокус помещается кастрюля. Все, можно варить блины и жарить суп. Нужно, конечно, чтобы солнышко светило, но я слышал, что в ряде стран оно светит так, что лучше б не светило - вот им такую штуку и можно предложить.

Но пытливый ум ученого никогда не останавливается на миниатюрных вещах. Кастрюли-сковородки-чайники, конечно, тоже греть нужно иной раз, но хочется размаха!

Поэтому в Одейо в Пиренеях (Франция) создали Солнечную печь с размером зеркала 54 метра и с заявленной мощностью 1 МВт! Указано, что в фокусе температура может достигать 4000 С! Полезно для плавки всяких вещей и испытания материалов на прочность.

В Узбекистане, к слову, есть похожая, только размером 47 метров.

А что если я вам скажу, что в Индии делают Солнечные крематории?! Но разрешите мне это вам не показывать...
А вот новенькую зеркально-солнечную электростанцию, построенную в Китае, показать очень даже можно.

В провинции Ганьсу 30 тысяч зеркал направляют свет на шпили высотой 200 метров, автоматически поворачиваясь в зависимости от расположения Солнца. Если я правильно понял, то дальше в башне нагревается некий солевой состав, расплавляется при температуре около 500 С и далее превращает воду в пар при касании с ней. Пар, соответственно, вращает турбину.

Годовое производство электроэнергии оценивается в 1,8 млрд кВт·ч, что достаточно для города-миллионника.

Хочу заметить два момента. Во-первых, по всему получается, что нагревание/охлаждение этого солевого состава довольно длительный процесс, поэтому нагретая соль будет давать электроэнергию даже после захода Солнца. Эдакий аккумулятор тепла.

И не знаю, что тут с КПД, но выглядит эта система гораздо интереснее солнечных батарей, которые ощутимо дороже, занимают ровно ту же площадь (если не больше) и страдают от ровно тех же проблем (деградация поверхности и зависимость от погоды). Плюс солнечные батареи пока никоим образом нельзя утилизировать в отличие от самых обычных зеркал.

В общем, такого бы парня да к нам на работу! В смысле, такую станцию да нам бы на юга...

Больше похожих демонстраций вы найдете на моем Telegram-канале!

Летящими электронами очень удобно управлять, если использовать дополнительные электростатические или магнитные поля. В видео показано, как сила Лоренца, вызванная внешним магнитным полем от магнита, собственно, заставляет электроны отклоняться.

На принципе катодолюминесценции построено одно крайне популярное устройство - ЭЛТ-монитор. С данным устройством знаком практически каждый человек прошлого столетия. Помните еще эти огромные штуки, от радиации которых нужно спасаться кактусами?

Работает просто. Внутри находятся три лучевые трубки, электроны из каждой отвечают за свечение своего цвета - красный, синий, зеленый. Электроны попадают на экран, покрытый люминофором, и в определенной точке подсвечивают пиксель нужного цвета. Для перемещения на следующий пиксель используется магнитное поле, управляющее электронами. Изображение формируется построчно, из-за чего картинка на ЭЛТ-мониторах в замедленной съемке выглядит очень интересно.

В общем-то, это и все, что хотелось здесь сказать. Благодарю за внимание!
Предыдущие посты данного раздела:
1. Флуоресценция (и теория свечения)
2. Фосфоресценция
3. Триболюминесценция
4. Сонолюминесценция

Больше похожих демонстраций вы найдете на моем Telegram-канале!

Предисловие.
Я уже писал про девочку Аню, с которой мы занимаемся олимпиадами. Собственно, мы и сейчас занимаемся. В качестве дополнения я решил внести лабораторные работы, поэтому мы с Аней научились использовать Шлирен-метод для визуализации потоков и даже выпустили публикацию (маленькую, скромную, но тем не менее!).
Я хочу показать вам сегодня суть Шлирен-метода на примере нашей школьной работы. В тексте я постараюсь подробно описать все технические нюансы, чтобы желающие могли повторить.
Приятного чтения. Длиннопост!

Суть Шлирен-метода
Я думаю, все люди так или иначе сталкивались с преломлением света при переходе между различными средами. Например, все знают, что если посмотреть на стакан с водой, в котором торчит ложка, то ложка будет как будто сломана.

Так происходит из-за того, что в воде и воздухе свет движется с разной скоростью и при переходе из одной среды в другую вынужденно меняет траекторию движения.

Если мы пронаблюдаем столкновение холодного и горячего воздуха (теплый воздух над костром и холодный воздух вокруг или теплый воздух, выходящий из комнаты на улицу в мороз),то легко заметим некоторое дрожание этого самого воздуха. В видео показан пример с костром. Обратите внимание, что воздух над ним (в правой части кадра) еле заметно дрожит.

Это дрожание вызвано тем, что горячий и холодный воздух имеют разную плотность. Из-за разной плотности свет в холодном и горячем воздухе преломляется чуть-чуть по-разному. Не настолько сильно, чтобы ломалась ложка, но достаточно сильно, чтобы мы видели искажения.

Замечу, что такую ситуацию можно создать не только температурой - достаточно просто подуть, например, и уже появятся воздушные потоки с отличающейся плотностью. Незначительно, но отличающейся. Такие потоки глазу, конечно, не видны.

И так мы плавно переходим к сути метода. Получается, что свет, пройдя через нагретый воздух или через воздушный поток, преломляется чуть-чуть иначе, чем во всем остальном воздухе. Значит, если мы сможем исхитриться и это 'чуть-чуть' пронаблюдать, то мы сможем увидеть сами искажения! Визуализировать почти невидимые глазу воздушные потоки!

Для этого есть шикарный теневой метод или Шлирен-метод.
Этот метод можно реализовать просто - направить на область с воздушными потоками яркий свет и наблюдать визуализацию этих потоков на экране. В видео пример со свечкой.

Видно! Конечно, плохо видно, ведь свечка создает маленькие искажения.

Однако, если вы хотите наблюдать ситуацию более детально, то нужно усложнить оптическую схему.

Схема эксперимента
Итак, на рисунке я привел схему более сложного эксперимента.

Суть довольно проста. Свет от точечного источника (я использовал синие светодиоды, которым закрасил башку черным гель-лаком так, чтобы осталась только маленькая точка) проходит через область с воздушными потоками, часть из этих лучей на этих потоках преломляется. Затем весь свет попадает на сферическое вогнутое зеркало, которое собирает все эти лучи обратно в одну точку на фотоаппарате. Поскольку в таком случае в объектив попадут лучи, прошедшие через весь объем воздуха, то область с возмущенным воздухом будет отлично видна на фоне невозмущенного воздуха, и при этом все малейшие искажения будут видны.
В качестве фотоаппарата я использовал свою старую зеркалку Nikon D3100 с объективом Tamron. В целом тут нет великих требований к фотоаппарату, но объектив с хорошим зумом определенно был очень удобен.
В качестве сферического зеркала я использовал зеркало с диаметром 25 см из лазерной установки, выведенной из эксплуатации. Сразу скажу, что я пробовал использовать сферические косметические зеркала с озона - они все очень кривые (я попробовал три разных) и не могут сфокусировать излучение в одну точку. Получается довольно большое и кривое пятно, из которого изображение в общем-то можно получить, но все это будет уродливо и некрасиво. Но можно. Но не нужно.

Закономерный вопрос - что такое нож Фуко и зачем он нужен?
1. Нож Фуко - любая поверхность с резким краем. Подойдет лезвие ножа (я использовал канцелярский), банковская карточка и так далее.
2. Нож Фуко позволяет убрать лишнюю засветку.
Для подстройки положения ножа я использовал подвижный оптический столик, который позволял аккуратно двигать нож вверх-вниз. В столике нет особой необходимости, просто так удобнее.

Давайте посмотрим разницу в изображении с ножом Фуко и без него.
В видео подсвечен воздух над свечой. Я сначала поднимаю нож, перекрывая тем самым часть изображения, затем убираю.

Разница очевидна, без ножа видно очень плохо.
Замечу, что нож Фуко ставится в самом фокусе изображения. Объектив фотоаппарата, соответственно, на пару сантиметров дальше. Источник света и фотоаппарат ставятся близко друг к другу на одном уровне.

Результаты эксперимента

И, собственно, самая интересная часть - что же мы там наснимали?
Давайте начнем с перехода потока из ламинарного в турбулентный.
Если свечку оставить в покое, то над ее пламенем образуется, вообще говоря, ламинарный, то есть, ровный и однородный поток. Если на нее дунуть, то начнут происходит воздушные завихрения и поток станет турбулентным - сплошная воздушная мешанина.

Очевидно, что турбулентный поток лучше видно, поскольку он сильнее возмущает воздух.

А здесь показаны воздушные и газовые потоки вокруг зажигалки.

И в качестве вишенки в тарелке черешни - демонстрация эффекта Коанда.
Суть проста - если воздушный поток упирается в преграду, то рядом с преградой образуется область пониженного давления, которая подсасывает воздушный поток, заставляя его прилипать к поверхности и обтекать преграду.

В качестве воздушного потока я использовал воздух из фена, в качестве преграды - коробку от бадминтонных воланчиков. Фен медленно опускается сверху вниз. Заметно, что поток постепенно прилипает к поверхности и заходит в область, в которой его, вообще говоря, быть не должно.

Ну, и конечно же, воздушные потоки над простым советским паяльником.

Заключение
Как по мне, демонстрации с помощью Шлирен-метода отлично подходят для того, чтобы вызывать интерес у школьников в вопросах физики, поскольку метод относительно прост в реализации и имеет крайне широкую область применения.
Уточню, что именно таковой и была цель моих действий - вызвать интерес к физике. Этого результата я однозначно добился. И, конечно же, в интернете есть много похожих более интересных демонстраций еще и снятых более аккуратно - моему месту под Солнцем это не мешает, даже помогает.

На этом все! С вами был автор этого поста в моем лице, который будет рад ответить на любые вопросы в комментах!
Больше похожих демонстраций вы найдете на моем Telegram-канале!

P.S. По всем вопросам - Alexjuriev3142@gmail.com

Кожура плодов цитрусовых - апельсинов, мандаринов, грейпфрутов, лимонов и других - богата эфирными маслами. Эфирные масла содержат много ценных веществ самой разнообразной природы. В том числе кожура апельсина и других цитрусовых содержит жидкие углеводороды и другие горючие вещества. Понимаете, к чему я веду, да?

Если пшикнуть маслом из кожуры в пламя горелки или свечи, то получится небольшой вспых - это загораются горючие вещества в эфирных маслах.

Попробуйте, довольно занятно. Для этого эксперимента желательно брать свежие фрукты с толстой, морщинистой кожурой. Отделять кожуру нужно аккуратно, стараясь ее не сгибать и не сдавливать (чтобы не выдавить эфирное масло преждевременно).

2. Звездочка из спичек

Пять спичек надламывают и выкладывают местом надлома друг к другу. Если теперь капнуть между ними водичкой, то спички будут двигаться и образуют звезду.

Их поведение кажется довольно необычным, однако объяснение простое. При контакте с водой благодаря капиллярности спички впитывают воду. Волокна на сломе, находящиеся в довольно сильной деформации, набухают и становятся более упругими, из-за чего начинают расталкивать половинки спички. Подчеркну, что спичку нужно именно надломить, а не сломать полностью, чтобы сохранить часть волокон в месте слома.

3. Спички и магнит

Если мы возьмем обычные спички, то они не будут магнититься. Однако если мы их сожжем, то сгоревшие спички начинают, однако, магнититься.

Для того, чтобы вещество хорошо притягивалось к магниту, оно должно быть ферромагнетиком. А главный ферромагнетик - собственно, феррум, то есть, железо. В состав спичечной головки входит железный сурик с формулой Fe2O3, который, однако, не проявляет магнитных свойств, хоть и весь из себя железный. Однако при сгорании образуется новое соединение - магнетит Fe3O4, которое обладает значительно большей магнитной проницаемостью и магнитится уже по-человечески.

4. Горящий дым

Довольно известная демонстрация - только что потушенную свечу, от которой еще идет парафиновый дымок, поджигают через этот дым.

Такое возможно потому, что дым содержит большое количество испаренного воска или парафина, которые, поднимаются за счет конвекции и поджигаются спичкой.

5. Все любят шарики

Демонстрация индуцированного заряда.
Дама смешивает крахмал и масло. Затем трет шарик о волосы, и электроны из волос переходят на шарик, то есть, шарик оказывается отрицательно заряжен.

Далее если шарик поднести к крахмально-масляной жидкости (ни в коем случае не масляно-крахмальной, не шутите с этим), то электроны из шарика оттолкнут от себя в крахмале электроны подальше, а положительные частицы притянут, соответственно, поближе - это разделение и есть индуцированный заряд. Поскольку смесь за счет положительного заряда тянется к отрицательным зарядам в шарике, то от ложки отходят такие симпатичные крахмальные рожки.

Повторяйте дома, соблюдайте технику безопасности, платите налоги.

6. Черное яблоко

Интересная химическая реакция - 'черное яблоко'.

Суть проста - если красное яблоко (именно красное) поместить в пары аммиака (или в сам аммиак, если очень хочется), то яблоко медленно почернеет.

Аммиак постепенно проникает внутрь кожуры яблока (диффундирует) и взаимодействует с антоцианами, то есть, пигментами, которые и делают красное яблоко красным.

Такое яблоко можно вытащить и подождать. Аммиак - довольно летучая штука, поэтому он постепенно испарится из яблока, и его снова можно будет съесть без последствий и даже без вкусовых нюансов. Но я бы не стал так делать.

7. Воздушное зеркало

Закопченный шарик окунают в воду и он начинает блестеть.
Так происходит потому, что сажа окружает себя воздушным пузырем и не дает воде касаться поверхности шарика. Это приводит сразу к двум последствиям.

Во-первых, шарик не намокает. Обратите внимание - при вынимании из воды с шарика не капает и его поверхность не поменяла оттенок.

Во-вторых, из-за воздуха свет испытывает полное внутреннее отражение. Свет падает из воды на воздух вокруг шарика и при определенных углах падения не может пройти к шарику, а отражается обратно. Из-за этого мы видим блеск.

По той же причине блестят пузырьки воздуха в воде.

8. Взрывное кипение и мгновенная кристаллизация

Тут как бы два опыта в одном пункте. Сначала взрывное кипение перегретой жидкости.

Как мы знаем, чтобы водически закипела, ее нужно довести до температуры 100 градусов. Но есть один нюанс - кипение не пойдет в том случае, если нет центров кипения. То есть, жидкости нужен повод, чтобы начать кипеть - растворенные в ней соли или какой-нибудь физический объект типа ложки, на котором можно начать кипеть. Если же жидкость не закипает, а энергия все приходит, то деваться некуда - жидкость нагреется до температуры выше 100 градусов и станет перегретой.

Создать перегретую воду можно и в микроволновке, даже лучше в микроволновке, ведь тут нет перемешивания за счет конвекции, что способствует незакипанию жидкости. В водопроводной воде слишком много всяких включений, поэтому лучше использовать дистиллированную.

По аналогии работает и переохлажденная жидкость. Чтобы вода начала кристаллизовываться, необходимо наличие центров кристаллизации (по аналогии с центрами кипения). Если же их нет, воду можно охладить до отрицательных температур.
Замечу, что в обоих случаях центром кристаллизации и кипения может стать место уплотнения, вызванное ударом.

9. Бумажная кастрюля

В видео показаны три примера 'бумажной кастрюли'. Суть очень проста. Пусть есть емкость, состоящая из горючего материала - пластика или картона. Если внутрь залить воду и начать усиленно нагревать стенку, то вода у стенки будет отводить тепло и не давать тем самым материалу гореть (ну, или по крайней мере, сгорать полностью). Нагревание каждого идет 30 секунд реального времени (якобы).

Итак, вода в пластиковом стаканчике - пластик сжался и стал более плотным и твердым, появились микротрещины, в которые начала сочиться вода.

Кофе в картонном стаканчике - внешняя стенка горит, однако внутренняя стенка продолжает успешно удерживать воду.

Кола в бутылке - при нагревании растворенный в лимонаде газ начинает расширяться, выделяться, пениться и бурлиться и кола практически сразу выливается.

10. Мыльная лодочка

Если взять листочек бумаги, положить его на воду и капнуть рядом с ним жидкое мыло, то листочек поплывет. Так происходит потому, что поверхностное натяжение мыла меньше по сравнению с водой. И почувствовав слабину оставшиеся силы натяжения от воды тянут одеяло на себя таким образом.
Есть еще вот такой кораблик, к корме которого цепляют кусочек мыла.

Надеюсь, было интересно! Больше подобных демонстраций вы найдете в моем Telegram-канале.

По всем вопросам - AlexJuriev3142@gmail.com

Как же это возможно? Вся вина на стробоскопическом эффекте. Эффект заключается в иллюзии неподвижности на самом деле быстро движущихся тел.

Суть эффекта понять довольно легко. Представим, что у нас есть фотоаппарат, который делает, например, один кадр в секунду. И пусть у нас есть вращающийся круг, на который нанесена белая полоска и который делает, допустим, тоже 1 оборот в секунду.

При съемке на всех фотографиях полоска будет в одном и том же месте, ведь камера делает кадр ровно в тот момент, когда круг в очередной раз совершил оборот. Создастся иллюзия того, что круг на самом деле не вращается. Именно это показано в видео.
Обратите внимание, что полоска будет неподвижна в том случае, если частоты вращения и съемки совпадают идеально. Если же частота вращения чуть меньше или больше частоты съемки, то полоска медленно вращается в одну или в другую сторону, так как за время съемки все же успевает немножко сдвинуться между кадрами.

Теперь всякие разные демонстрации. Давайте начнем с опасных. Опасность этого эффекта заключается в том, что человеческий глаз имеет совсем не бесконечную частоту кадров, из-за чего некоторые быстровращающиеся тела будут казаться неподвижными - очень опасно, если это вал станка или лезвие ножа.

А так стробоскопический эффект - это весело! Вертолет тому доказательство.

Думаю, вы в фильмах или на видео замечали довольно интересный эффект - машина вроде бы и едет, а колеса не крутятся или даже крутятся в обратную сторону.

Ответом опять же является стробоскопический эффект (для колес - Wagon-Wheel-Effect). Камера имеет конкретное количество кадров, которое делает за секунду. Если частота вращения колес совпадет с частотой кадров, то колесо будет к каждому новому кадру возвращаться в исходное положение. То есть, на деле колесо полностью повернулось, однако между двумя последовательными кадрами никакой разницы нет - так и создается иллюзия.

Если частота съемки будет чуть больше или меньше, чем частота вращения колес, то будет казаться, будто колеса медленно вращаются вперед или даже назад.

Этот эффект так понравился некоторым людям, что они сделали специальные вращающиеся диски (spinner wheel covers) для имитации эффекта. Я так понял, они подстраиваются под вращение колес, создавая иллюзию отсутствия вращения.

Выглядит, однако, интересно, но цены, однако, сильно высокие и, однако, стоит ли оно того?

Есть еще одна довольно забавная демонстрация стробоскопического эффекта.

Лазер создает непрерывный синий лучик. Перед лазером ставят колесико с прорезями так, что теперь свет идет с перерывами. Если подстроить частоту кадров близко к частоте вращения колесика, то можно заставить 'импульсы' света висеть в воздухе или медленно двигаться.

На всякий случай уточню, что свет в воздухе распространяется со скоростью 300 000 км/с, и никакими колесиками мы его не замедлим :)

Ну, и конечно же, вы наверняка видели вот такую замечательную лампу! Антигравитационную, емае!

Создается самая обычная струйка воды. Если на нее посветить мерцающими лампами и подстроить частоту их вспышек, то можно заставить капли медленно падать, держаться на одном уровне или вообще подниматься. Если капли неподвижны, например, то за время между мерцаниями лампы одна капля успевает пролететь и встать на место другой, другая на место третьей и так далее. Из-за этого нам кажется, что они не движутся.

Ну, и закончить хочу крайне известным опытом с левитирующей водой и заодно показать наглядно влияние небольших отличий в частотах.
Итак, шланг с водой подсоединяют к динамику и запускают звук 24 Гц, т.е. 24 движения в секунду. Камеру включают на такую же частоту кадров - и вода как будто бы левитирует!

Если поставить 25 кадров в секунду, то за каждый кадр вода будет успевать чуть сместиться, из-за чего это будет выглядеть как медленное падение.

Если же поставить 23 кадра в секунду, то за каждый кадр вода наоборот будет немного не успевать, из-за чего кажется, что вода поднимается.

Все это - изящная оптическая иллюзия, называемая стробоскопическим эффектом.

Если бы мы посмотрели на это вживую, то увидели бы просто струю воды без изысков. Чтобы пронаблюдать своими глазами такую картину, потребуется мерцающая лампа.

Надеюсь, было интересно! Больше подобных демонстраций вы найдете в моем Telegram-канале.