Учитесь физике
Короткие статьи о понятиях со ссылками на проверку идей в интерактивных симуляциях.
Шпаргалка по формулам физики →
Статьи о понятиях
Движение тела, брошенного под углом
Когда вы бросаете мяч, отбиваете футбольный мяч в воздух или стреляете из пушки, получившаяся траектория — одна из самых узнаваемых фигур в физике: парабола. Движение тела, брошенного под углом, анализируют, разбивая его на две абсолютно независимые составляющие — постоянную горизонтальную скорость и вертикальную скорость, которую гравитация непрерывно разгоняет вниз. Ни одна из составляющих «не знает» о другой; именно рассмотрение их по отдельности, а затем повторное объединение результатов позволяет точно предсказать, как далеко улетит тело, сколько времени оно проведёт в воздухе и на какую высоту поднимется, используя лишь базовую кинематику.
Закон Ома и цепи постоянного тока
Любая цепь, которую вы собираете — от простого фонарика до зарядного устройства для телефона, — опирается на одни и те же три величины: с какой силой «толкает» батарея (напряжение), сколько заряда в результате протекает (сила тока) и насколько сильно стоящие на пути компоненты сопротивляются этому потоку (сопротивление). Для омических участков, закон Ома, V = IR, связывает эти величины настолько простой пропорциональной зависимостью, что поведение цепи можно предсказать обычной арифметикой, и именно на нём строится любая более сложная техника анализа цепей, которая следует за ним, — от последовательных и параллельных соединений до цепей переменного тока, используемых в реальной электронике.
Фотоэффект
Осветите поверхность металла, и при подходящих условиях она начнёт выбрасывать электроны — результат, который упорно казался странным, когда классическая физика пыталась его объяснить. Волновая теория девятнадцатого века предсказывала, что более тусклый свет всё равно должен выбивать электроны, просто медленнее, если дать достаточно времени на накопление энергии. Реальные эксперименты показали обратное: ниже резкой пороговой частоты никакая интенсивность и никакое ожидание не производят ни одного электрона, тогда как даже самый слабый свет выше этой частоты выбивает электроны мгновенно. Объяснение Эйнштейна 1905 года — что сам свет приходит дискретными порциями энергии, позже названными фотонами, — разрешило эту загадку и стало одним из основополагающих результатов квантовой механики, за что он получил Нобелевскую премию по физике 1921 года.
Стоячие волны на струне
Дёрните струну гитары, подуйте в горлышко бутылки или встряхните скакалку с нужной скоростью — и вы увидите одно и то же явление: две волны, распространяющиеся в противоположных направлениях по одной и той же среде, интерферируют, создавая узор, который кажется неподвижным, а не бегущим. Это происходит всякий раз, когда волна отражается от закреплённого или свободного конца и накладывается на собственное отражение — на большинстве частот результатом становится беспорядочное смешение, но на определённых резонансных частотах интерференция «застывает» в чёткий, неподвижный узор из точек, которые никогда не движутся (узлы), и точек, колеблющихся между максимальными отклонениями (пучности). Почти каждый музыкальный инструмент, от струнных до духовых и барабанных мембран, полагается именно на это поведение, чтобы создавать устойчивую высоту звука.
Плавучесть и закон Архимеда
Огромный стальной грузовой корабль плавает, а маленькая стальная монета тонет — тот же материал, но совершенно разные исходы, и объяснение связано не только с весом. Любой предмет, погружённый в жидкость, вытесняет часть этой жидкости, а жидкость толкает его в ответ вверх с силой, в точности равной весу вытесненного объёма, — зависимость, открытая более двух тысяч лет назад Архимедом и до сих пор преподаваемая без изменений как один из старейших количественных законов физики. Достаточно ли этой выталкивающей силы, чтобы удержать предмет на плаву, зависит не только от его веса, но и от формы: корпус корабля вытесняет огромный объём воды по отношению к своему весу, тогда как сплошная монета вытесняет очень мало.