Занимательно о физике
Pipa:
Решила открыть тему, в которой попытаюсь в самой популярной форме пролить свет на интереснейшие вещи физического мира. Конечно же, в том, ракурсе, в котором это интересным кажется мне. Несмотря на то, что интересы у всех нас разные, постараюсь заинтересовать публику :) тем, что до сих пор поражает и меня. Надеюсь, что это пойдет на пользу всем участникам форума.
Ни в коей мере не хочу превращать тему в ликбез. При наличии доступа в интернет, каждый желающий вполне способен сам справиться в поисковых системах о значении неясных физических терминов или понятий. Однако главная проблема состоит как раз в том, что без должного побуждения заниматься выяснением всего этого никому не хочется. Отсюда и вытекает задача пробудить такой интерес.
При наличии интереса человек сам горы свернет в попытках добыть интересующую его информацию. А, будучи добытой, она усваивается поистине с огромной скоростью. Напротив, учение из-под палки ради аттестата или диплома приводит в точности к противоположному результату – человек зубрит каждый день по параграфу, а в конце концов ничего не помнит.
Вспомним, как мы с легкостью способны пересказать до мельчайших подробностей содержание интересного для нас с фильма. И это притом, что во время его просмотра мы не делаем абсолютно никаких усилий для запоминания. Вот что делает интерес! И ради возбуждения такого интереса мною и задумана эта тема.
Pipa:
О градиенте
Начну издалека. Все вероятно слышали о законе Архимеда. А некоторые даже помнят, что на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила. Т.е. предметы в воде становятся легче из-за того, что их выталкивает вода. Вещь известная с незапамятных времен – кто не видел плавающих на воде предметов? Заслуга Архимеда здесь только в том, что он определил величину этой силы, и она оказалась равной весу объема воды, равного по объему погруженной в жидкость части. А если тело погружено «с головкой», то, стало быть, всего его объема.
Это не уникальное свойство воды. На нас, живущих на дне воздушного океана, действует и выталкивающая сила воздуха. Только он настолько легкий, что убыль нашего веса практически не ощущается. А вот вода – уже другое дело – у нее плотность почти такая же, как у нашего тела. И тут не заметить ее выталкивающего воздействия мы уже никак не можем.
Помните ужасные сцены из фильмов, когда человека засасывали зыбучие пески? Кадры леденят кровь. А между тем, песок примерно в полтора раза плотнее человека, а, значит, при равных объемах он во столько раз будет тяжелее. По Архимеду его выталкивающая сила будет настолько велика, что человек не сможет погрузиться даже на половину. А если трясти банку с песком, в котором зарыта пластмассовая бусина, то она очень скоро всплывет на поверхность.
Сейчас для нас не столь интересна количественная сторона дела, выясненная Архимедом, сколько ответ на вопрос – ПОЧЕМУ происходит такое выталкивание?
Вообще-то вопросы «почему?» не физичны :). Конечно, во многих случаях удается свести частный случай к общему. Но тогда маленькое «почему» лишь превратится в большое. Физики на такие «почему» обычно отвечают, что, мол, таков закон природы :). И, в общем-то, они правы – естествоиспытание дает нам информацию о характере мира, но не отвечает прямо на вопрос о том, отчего этот характер именно таков. О таких вещах приходится только строить догадки.
Кстати Архимед так и не узнал отчего происходит выталкивающая сила. По сути, его открытие явилось не более чем констатаций природного факта, а отнюдь не его объяснением. Тоже можно сказать и про Кулона, количественно определившего силы притяжения электрических зарядов. И про Галилея, измерявшего ускорение свободного падения тел. Да и самого Ньютона, открывшего закон Всемирного тяготения. Все это были лишь количественные закономерности тех процессов, которые в качественном виде были почти общеизвестны. Все они определяли параметры этих процессов, но не говорили о том, почему они происходят.
Закон Архимеда в этом ряду чрезвычайно интересен тем, что относительно его мы в настоящий момент уже знаем причину этого явления. И если мы проведем параллель между законом Архимеда с другими явлениями, где проявляет себя сила, то увидим поистине потрясающее зрелище!
Выталкивающая сила по Архимеду объясняется ныне так. Слои воды лежат друг на друге так, что верхние давят на нижние. Из-за этого в глубине давление воды (обусловленное ее тяжестью) выше, чем на поверхности. Из-за этого на нижнюю часть погруженного в воду предмета (погружаемую более глубоко) вода давит сильнее, чем на верхнюю (которая погружена менее глубоко). Этой разницей между давлениями «снизу» и «сверху» как раз и обусловлена выталкивающая сила воды.
Вывод в достаточной мере парадоксальный. Выталкивающая сила оказывается обусловлена не столько давлением воды, сколько НЕРАВНОМЕРНОСТЬЮ такого давления. Т.е. в воде давление нарастает с глубиной, что на языке физики означает, что ГРАДИЕНТ давления направлен вниз, а выталкивающая сила пропорциональна величине этого градиента и направлена вдоль него.
Градиент отражает неравномерность среды в той же мере, в которой флюгер указывает направление ветра. Ветер тоже происходит из-за разности давлений горячих и холодных воздушных масс (горячий воздух чуточку легче). Тоже имеем ровно ту же НЕРАВНОМЕРНОСТЬ, которая в попытке выровняться гонит воздушные массы вдоль направления градиента (но в противоположном направлении, как и в случае выталкивающей силы).
Реки текут из верховий в низовья. И тут неравномерность уровней создает тот градиент, которые гонит воду.
Тепло от горячего тела поступает к холодному, но не наоборот. И тут проявление того же градиента, только градиента температур.
Впрочем, если быть точной, то градиент никого никуда не гонит :). Он вроде как бы существует сам по себе, но объекты, помещенные в его, так специфично на него реагируют. Одни сползают в прямом направлении градиента, другие в обратную сторону. Но сам градиент, подобно дихотомии Инь и Ян :), создает лишь ту «альтернативу», к которой многие объекты не могут оставаться равнодушными.
Вот еще, на мой взгляд, важный пример, способный дополнительно прояснить ситуацию – притягивание маленького магнитика к большому. Отчего маленький магнитик разворачивается противоположным полюсом к большому (как стрелка компаса) – вполне понятно, и не в этом странность ситуации. А вся странность в том, что ведь он притягивается! И это не смотря на то, что один из его равных по силе полюсов испытывает притяжение, а другой отталкивание. Отчего же, в данном случае, сила притяжения взяла вверх над силой отталкивания?
И тут мы видим проявление того же градиента! Сила притяжения магнита (впрочем, как и сила электростатического и гравитационного притяжения) падает, пропорционально квадрату расстояния. А, значит, имеем градиент «напряженности поля», из-за которого более удаленный (отталкивающийся) полюс маленького магнитика оказывается в более слабом поле, чем чуть более близкий (притягивающийся) полюс. И эта разница, точь-в-точь как в законе Архимеда, двигает маленький магнитик в направлении большого. Будь поле равномерным – произошла бы только ориентация маленького магнитика в направлении силовых линий поля, но никакого движения при этом не было бы.
Такое явление относится к поведению диполя в неоднородном поле. Очень во многих случаях сам градиент является той причиной, которая порождает то самое «неравенство концов», как расположенных в разных точках неоднородного (т.е. имеющего градиент) поля.
Если мы отвлечемся от строгости рассмотрения, то вполне можем вспомнить о своей собственной «расщепленности». Той «целостности», о которой горюют во многих эзотерических учениях, как об утеренном качестве.
И если рассматривать отсутствие целостности, как расщепление в «диполь» :), то становиться отчасти понятным, отчего на нас действуют разные силы. Будь мы «целостными» - на нас не действовал бы даже градиент!
Хорошо это или плохо – сейчас оценивать не стану, тем более, что есть совершенно разные мнения на этот счет. Но одновременное присутствие в нашей душе противоположных тенденций, несомненно, ставит нас в «скользящую» позицию. В каких-то пределах это позволяет даже управлять тем, куда нас несут могучие силы. Ну, может быть не так, чтобы обрести полную свободу «передвижения», но уже так, как можно управлять санями, тормозя с одной стороны ногой :).
P.S. В сообщении был затронут, так называемый, «градиент скалярного поля». А бывает еще и векторного! :)
Sophia:
Pipa
Оч благодарна за тему.. Жду продолжения :)
С.И. Доронин:
Насчет градиента и его значимости – полностью солидарен! :) В книге я даже высказываю более сильное утверждение – что любая сила в Природе связана с градиентом энергии. В том числе, это относится и к «силам» на тонких (квантовых) уровнях реальности :).
Любовь:
так Люцик и есть - его величество Градиент :)
Навигация