Цепной фонтан

Явление цепного фонтана , также известное как самооткачивающиеся бусины , эффект плесени или бусины Ньютона , представляет собой физическое явление, наблюдаемое с помощью цепочки , помещенной внутрь банки . Один конец цепи выдергивают из банки и позволяют ему упасть под действием силы тяжести . Этот процесс создает самоподдерживающийся поток цепи, который поднимается через край и спускается на пол или землю под ней, как будто его высасывает из банки невидимый сифон . У цепочек с мелкими соседними бусинами дуга может подниматься в воздух над краем банки с заметным зазором; этот разрыв тем больше, чем дальше цепь падает. ^[1]

История

Феномен самовыкачивания известен уже давно и в прошлом неоднократно становился темой общественного обсуждения. Научный артист Стив Спенглер представил это явление по телевидению в 2009 году. ^[2] Это явление классически известно как бусинки Ньютона. ^[3]

Эффект наиболее выражен при использовании длинной шариковой цепи . Чем выше банка с цепью расположена над землей, тем выше цепь поднимется над банкой во время фазы «откачивания». Как показано в эксперименте, когда кувшин установлен на высоте 30 метров (98 футов) над землей и цепь достаточно длинная, дуга цепного фонтана может достигать высоты около 2,1 м (6 футов 11 дюймов) над кувшином. . ^{[ нужен неосновной источник ]}^[4]

Феномен с восходящей цепью уже в 2011 году описывался как открытая проблема. ^{[примечание 1]} к Международному турниру молодых физиков (IYPT) 2012 г. ^[5]^[3] и впоследствии привлек широкое внимание общественности в видео, снятом научным ведущим Стивом Молдом (тезкой эффекта) в 2013 году. ^[6] Видео Молда на YouTube ^[7] в котором он продемонстрировал феномен самооткачивания поднимающихся бусинок и его последующее объяснение в шоу BBC, ^[8] привлек к проблеме внимание ученых Джона Биггинса и Марка Уорнера из Кембриджского университета , ^[9]^[10] свои выводы которые опубликовали в Трудах Королевского общества о том, что они назвали «цепным фонтаном» или «эффектом плесени». ^[11]^[6]^[12]^[13]

Объяснение

Видео, показывающее динамику цепного фонтана

Было предложено множество объяснений того, как лучше всего объяснить это явление с точки зрения таких понятий кинематической физики, как энергия и импульс . ^[14]^[15]^[16]^[17] Биггинс и Уорнер предполагают, что возникновение восходящей силы связано с жесткостью звеньев цепи и ограничениями изгиба каждого соединения цепи. ^[6]^[18]

Кроме того, поскольку бусины цепи могут тянуться вбок внутри банки через другие неподвижные звенья, движущиеся бусины цепи могут подпрыгивать или подпрыгивать вертикально, когда они ударяются о неподвижные звенья. ^[18]^[16] Этот эффект способствует движению цепи, но не является основной причиной.

См. также

Цепная линия

Ссылки

^ Ям, Филип (3 июля 2013 г.). «Объяснение противодействующих гравитации самовысасывающих металлических бусин [Видео]» . Научный американец .
^ Sick Science (29 июля 2009 г.), Бусы Ньютона - крутой научный эксперимент , получено 24 июля 2021 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б Марченко Илья; Малиновский, Мацей; Османец, Михал (9 октября 2011 г.). «Подготовка к Турниру юных физиков 2012» (PDF) . Международный турнир юных физиков .
^ Выпуск 1 - Лю Цянь и Лан Лан были повешены, и их жизни висели на стекле. Са Бэйнин умолял о пушке за оскорбления [Давай! В будущее 20160703] (на китайском языке).
^ «Проблемы» . Архив МГПП . Архивировано (PDF) из оригинала 1 марта 2018 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Гибни, Элизабет (15 января 2014 г.). «Физики объясняют трюк с цепочкой, бросающий вызов гравитации» . Природа . дои : 10.1038/nature.2014.14523 .
^ Молд, Стив (20 февраля 2013 г.). «Самооткачивающиеся бусины» . Ютуб .
^ «Удивительный эксперимент с цепочками из бус в замедленной съемке» . Ютуб . BBC Earth отключена. 27 июня 2013 г.
^ «Понимание цепного фонтана: партнерство для решения проблем (с видео)» . Физика.орг . 15 января 2014 г.
^ Уэйд, Лиззи (14 января 2014 г.). «Видео: Как «Цепной фонтан» бросает вызов гравитации» . Наука .
^ Королевское общество (15 января 2014 г.), «Понимание цепного фонтана» , YouTube , получено 24 июля 2021 г.
^ Биггинс, Дж. С.; Уорнер, М. (15 января 2014 г.). «Понимание цепного фонтана». Труды Королевского общества А. 470 (2163): 20130689.arXiv : 1310.4056 . Бибкод : 2014RSPSA.47030689B . дои : 10.1098/rspa.2013.0689 . S2CID 37699566 .
^ Стив Моулд, Исследование «эффекта плесени», TEDxNewcastle, https://www.youtube.com/watch?v=wmFi1xhz9OQ
^ Гудман, Уильям (25 июня 2013 г.). «Увидеть физическое явление самооткачивающихся шариков» . Новости CBS .
^ Бхатия, Аатиш (1 июля 2013 г.). «Физика этой бросающей вызов гравитации цепочки из металлических шариков» . Проводной . Проверено 15 января 2014 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б Флеккой, Эйрик Г.; Моура, Марсель; Молой, Кнут Дж. (2018). «Механизмы летающего цепного фонтана» . Границы в физике . 6 : 84. Бибкод : 2018FrP.....6...84F . дои : 10.3389/fphy.2018.00084 . hdl : 10852/68287 . ISSN 2296-424X .
^ Панталеоне, Дж. (16 мая 2017 г.). «Количественный анализ цепного фонтана» . Американский журнал физики . 85 (6): 414–421. arXiv : 1910.03125 . Бибкод : 2017AmJPh..85..414P . дои : 10.1119/1.4980071 . ISSN 0002-9505 . S2CID 125247401 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Биггинс, Дж. С.; Уорнер, М. (2014). «Понимание цепного фонтана» . Труды Королевского общества A: Математические, физические и технические науки . 470 (2163): 20130689.arXiv : 1310.4056 . Бибкод : 2014RSPSA.47030689B . дои : 10.1098/rspa.2013.0689 . S2CID 37699566 .

Примечания

^ Постановка задачи 3. Нитка бус : «Длинная нитка бус высвобождается из стакана, если протянуть достаточно длинную часть цепочки за край стакана. Под действием силы тяжести скорость нити увеличивается. При определенном в тот момент, когда веревка больше не касается края стакана. Исследуйте и объясните это явление».)

Внешние ссылки

«Самооткачивающиеся бусины» . Занудный блог Стива Молда . Архивировано из оригинала 15 апреля 2013 года.
«Цепной фонтан» . Исаак Физика . Проверено 25 апреля 2020 г.
«Цепной фонтан в сверхзамедленной съемке» . Демонстрации по физике в классе SMU . Проверено 10 сентября 2021 г.
Черт возьми, Тимофей (26 сентября 2011 г.). «МГПТ 2012 — Задача 3: Нитка бус (Бусины Ньютона)» . Ютуб . Проверено 29 июля 2021 г.

[1] Ям, Филип (3 июля 2013 г.). «Объяснение противодействующих гравитации самовысасывающих металлических бусин [Видео]» . Научный американец .

[2] Sick Science (29 июля 2009 г.), Бусы Ньютона - крутой научный эксперимент , получено 24 июля 2021 г.

[:0-3] Перейти обратно: ^а ^б Марченко Илья; Малиновский, Мацей; Османец, Михал (9 октября 2011 г.). «Подготовка к Турниру юных физиков 2012» (PDF) . Международный турнир юных физиков .

[4] Выпуск 1 - Лю Цянь и Лан Лан были повешены, и их жизни висели на стекле. Са Бэйнин умолял о пушке за оскорбления [Давай! В будущее 20160703] (на китайском языке).

[IYPT-Problems-2012-6] «Проблемы» . Архив МГПП . Архивировано (PDF) из оригинала 1 марта 2018 г.

[gibney-nature-7] Перейти обратно: ^а ^б ^с Гибни, Элизабет (15 января 2014 г.). «Физики объясняют трюк с цепочкой, бросающий вызов гравитации» . Природа . дои : 10.1038/nature.2014.14523 .

[8] Молд, Стив (20 февраля 2013 г.). «Самооткачивающиеся бусины» . Ютуб .

[9] «Удивительный эксперимент с цепочками из бус в замедленной съемке» . Ютуб . BBC Earth отключена. 27 июня 2013 г.

[10] «Понимание цепного фонтана: партнерство для решения проблем (с видео)» . Физика.орг . 15 января 2014 г.

[11] Уэйд, Лиззи (14 января 2014 г.). «Видео: Как «Цепной фонтан» бросает вызов гравитации» . Наука .

[12] Королевское общество (15 января 2014 г.), «Понимание цепного фонтана» , YouTube , получено 24 июля 2021 г.

[13] Биггинс, Дж. С.; Уорнер, М. (15 января 2014 г.). «Понимание цепного фонтана». Труды Королевского общества А. 470 (2163): 20130689.arXiv : 1310.4056 . Бибкод : 2014RSPSA.47030689B . дои : 10.1098/rspa.2013.0689 . S2CID 37699566 .

[14] Стив Моулд, Исследование «эффекта плесени», TEDxNewcastle, https://www.youtube.com/watch?v=wmFi1xhz9OQ

[15] Гудман, Уильям (25 июня 2013 г.). «Увидеть физическое явление самооткачивающихся шариков» . Новости CBS .

[16] Бхатия, Аатиш (1 июля 2013 г.). «Физика этой бросающей вызов гравитации цепочки из металлических шариков» . Проводной . Проверено 15 января 2014 г.

[:1-17] Перейти обратно: ^а ^б Флеккой, Эйрик Г.; Моура, Марсель; Молой, Кнут Дж. (2018). «Механизмы летающего цепного фонтана» . Границы в физике . 6 : 84. Бибкод : 2018FrP.....6...84F . дои : 10.3389/fphy.2018.00084 . hdl : 10852/68287 . ISSN 2296-424X .

[18] Панталеоне, Дж. (16 мая 2017 г.). «Количественный анализ цепного фонтана» . Американский журнал физики . 85 (6): 414–421. arXiv : 1910.03125 . Бибкод : 2017AmJPh..85..414P . дои : 10.1119/1.4980071 . ISSN 0002-9505 . S2CID 125247401 .

[Royal-19] Перейти обратно: ^а ^б Биггинс, Дж. С.; Уорнер, М. (2014). «Понимание цепного фонтана» . Труды Королевского общества A: Математические, физические и технические науки . 470 (2163): 20130689.arXiv : 1310.4056 . Бибкод : 2014RSPSA.47030689B . дои : 10.1098/rspa.2013.0689 . S2CID 37699566 .

[5] Постановка задачи 3. Нитка бус : «Длинная нитка бус высвобождается из стакана, если протянуть достаточно длинную часть цепочки за край стакана. Под действием силы тяжести скорость нити увеличивается. При определенном в тот момент, когда веревка больше не касается края стакана. Исследуйте и объясните это явление».)

[1]

[2]

[3]

[4]

[примечание 1]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]