Поперечный дрейф

2023 ж. 5 Қар.
15 667 Рет қаралды

Шар на наклонном вращающемся столике не скатывается по уклону, но движется поперёк него, выписывая характерные петли. Мы объясняем это движение и обсуждаем его аналогию с дрейфом заряженной частицы в скрещенных магнитном и электрическом полях.
Ключевые слова: циклоида, сила Лоренца, ларморовский радиус.
Borisov A. V. a.o. (2018). Theoretical and experimental investigations of the rolling of a ball on a rotating plane. www.researchgate.net/publicat...
Gersten J., Soodak H., Tiersten M. S. (1992). “Ball moving on stationary or rotating horizontal surface”. American Journal of Physics, 60(1), 43-47.
Шар на вращающемся столике • Отчего он ходит по кругу?
По кривой прямо в цель • По кривой прямо в цель!
Наш канал с дополнительными материалами
t.me/getaclass_channel
Новосибирский Государственный Университет
Физический факультет НГУ
www.nsu.ru/

Пікірлер
  • Ролик великолепный, Финал восхитительный

    @MuradovGA@MuradovGA6 ай бұрын
  • Очень интересно, спасибо!

    @andreykuznetsov7442@andreykuznetsov74426 ай бұрын
  • С заряженной частицей очень интересный пример. Кстати, если электрическое поле убрать, а магнитное поле сделать не однородным, а градиентным, тогда ларморовский радиус будет разным в разных местах и частица тоже будет двигаться по такой же эпициклоиде

    @space_games@space_games6 ай бұрын
    • Продолжая мысль, можно прийти к тому, что заряды одного знака будут дрейфовать в одном направлении, а другого знака - в противоположном. То есть, будет протекать электрический ток. При этом, для такого тока не нужно никаких источников ЭДС - достаточно просто броуновского движения заряженных частиц и градиентного магнитного поля. И это уже подтверждено многими экспериментами. (Идея не моя, если что)

      @space_games@space_games6 ай бұрын
    • @@space_games Всё правильно, только есть нюанс. По стенкам сосуда, в котором проходит эксперимент, эти заряженные частицы перемещаются в обратном направлении, отскакивая от стенок. Суммарный ток получается равным нулю. Придумать такую конструкцию, которая перехватит только одно направление, и замкнёт ток внешней цепью, мне не удаётся.

      @smartguym.2260@smartguym.22606 ай бұрын
    • @@smartguym.2260 хмм🤔

      @space_games@space_games6 ай бұрын
    • ​@@space_games Кое-что придумал. Внутри сосуда, как я уже описал, градиентное магнитное поле не может использовать тепловое движение заряженных частиц, чтобы создать ЭДС, способную создавать ток во внешней цепи. Но можно использовать градиентное магнитное поле как вспомогательное, а в качестве источника ЭДС взять термо-ЭДС при термоэлектронной эмиссии. В обычных условиях без магнитного поля, при одинаковых температурах, термо-ЭДС, образуемые термоэлектронной эмиссией с обоих электродов в точности компенсируют друг друга (но при разных температурах компенсация не полная, и ток во внешней цепи есть). Так вот градиентное магнитное поле, похоже, способно нарушать это равновесие. Электроны, вылетающие с электрода, который должен принимать дрейфующие электроны, разворачиваются магнитным полем обратно на этот электрод. А электроны, вылетающие с другого электрода, тоже разворачиваются магнитным полем, но обратно на электрод не попадают, потому что за этот полуоборот они отходят от электрода и далее совершают дрейф к другому электроду. Вот это, как я представляю, должно работать. Но энергия и ЭДС идёт не от частиц внутри сосуда, а от электродов - при термоэлектронной эмиссии происходит охлаждение электрода. То есть оттуда же, откуда идёт энергия при работе этой схемы при разной температуре электродов. Но уже без разницы температур, что интересно. Но всё-таки хорошо бы просимулировать это в качественном физическом симуляторе. А ещё лучше эксперимент в натуре.

      @smartguym.2260@smartguym.22606 ай бұрын
    • @@smartguym.2260 Странно, не понятно, почему вы считаете, что "градиентное магнитное поле не может использовать тепловое движение заряженных частиц, чтобы создать ЭДС, способную создавать ток во внешней цепи". Я вот такой эксперимент делал: kzhead.info/sun/dpyHhbZtgmWAZnA/bejne.html Тут конечно не тепловое движение, а ионизация в ВЧ-поле катушки Теслы, но ЭДС во внешней цепи возникает и микроамперметр реагирует. Наверное если бы можно было как-то сделать стабильный ионизированный газ, то можно было бы обойтись без ВЧ-поля. Вот ещё один эксперимент: kzhead.info/sun/lMqKh5x-i2Jod4U/bejne.html Тут тоже ВЧ-поле создаёт переменный ток в плазме. (так как ток переменный, то этот эффект невозможно объяснить обычной униполярной индукцией, так что тут плазму раскручивает именно градиентное МП). Думаю, если такую чашку "разомкнуть" и поставить нагрузку в разрыв, то в ней должен потечь ток. И ещё, есть такое явление - называется "кольцевой ток" - это ток, текущий в космосе вокруг Земли параллельно экватору, с востока на запад (в интернете я нигде не нашёл объяснения, почему течёт этот ток). Если магнитное поле Земли убывает с увеличением расстояния и на северном географическом полюсе - южный магнитный, то направление тока с востока на запад как раз соответствует этому правилу с градиентным магнитным полем. Ну и напоследок - arxiv.org/ftp/physics/papers/0509/0509111.pdf вот эксперимент по прямому преобразованию теплового движения электронов в ток во внешней цепи градиентным МП (ток микроскопический конечно, но всё же)

      @space_games@space_games6 ай бұрын
  • Отличное видео, очень интересно

    @Goga671@Goga6716 ай бұрын
  • Круто закрученно) Все просто на пальцах, что же Вас так мало в школах?

    @user-hs1oo6so8l@user-hs1oo6so8l6 ай бұрын
  • Как же это всё интересно! Жаль, что не хватает времени и сообразительности понимать всё, что тут объясняется)

    @0neLife_@0neLife_6 ай бұрын
  • Здорово 👍. Спасибо

    @user-jk5oo8xv9o@user-jk5oo8xv9o5 ай бұрын
  • Крутая аналогия.

    @TheSly1987@TheSly19876 ай бұрын
  • Благодарю вас теперь я знаю почему скорость замедляется когда я поднимаюсь к склонам на велосипеде это всё сила тяжести которая замедляет скорость, я долго найти ответ но вы это объяснили спасибо вам 🎉👍

    @nuranevaliyeva8827@nuranevaliyeva88276 ай бұрын
    • и да забыл про ответ нет не может потому что на него подействует сила електрического поля и он будет создавать дрейфы и поперки .

      @nuranevaliyeva8827@nuranevaliyeva88276 ай бұрын
  • вот она магия)

    @Andrei_Shtirletz@Andrei_Shtirletz6 ай бұрын
  • Еще не посмотрел ролик, но ,судя по названию, будет брейкданс :)

    @hurrygun@hurrygun6 ай бұрын
  • Прямолинейное движение шарика возможно, но тогда импульс, который задаёт это движение (или дополнительная сила, постоянно приложенная к шарику на вращающемся столике) должен быть мощнее суммарного влияния сил, создающих дрейф. Для этого можно сильно пнуть лёгкий шарик на старте, либо взять тяжелый шар, чтобы помогла гравитация.

    @punk26fun@punk26fun6 ай бұрын
  • кроме движения в скрещенных полях, к этому же относится и движение на вращающемся седле (и даже эм-левитроны и маятник Капицы)

    @RomanVladimirovichF@RomanVladimirovichF6 ай бұрын
  • Есть ещё одно явление такого же характера. При распространении периодической волны по горизонтальной поверхности жидкости, частички жидкости совершают циклические движения. Это не окружности, как пишут классичсекие учебники, включая Ландау и Сивухина, а именно петли. Из-за затухания движения с глубиной, верхняя часть петли оказывается больше нижней. Поэтому за один период частичка жидкости несколько смещается в направлении распространения волны. Поплавок на волнах не только качается, но и дрейфует в направлении распространения волны. Явление называется "Дрейф Стокса". Извстно уже больше 150 лет как. См. например kzhead.info/sun/qLODit2vjKuhma8/bejne.html Почему-то обсуждается только в англоязычном сегменте всемирной сети.

    @user-gm8ew6kj9f@user-gm8ew6kj9f6 ай бұрын
  • А теперь небольшой "довесок" к вращающейся платформе: Возьмите круглый диск (можно CD, DVD), заклейте отверстие плотной бумагой и точно по центру проткните отверстие, можно шариковой ручкой. Теперь наденьте диск на эту ручку, держа всю "конструкцию" в левой руке. Сам опыт: Подуйте сверху вниз, ближе к себе, на диск. Он наклонился прямо к вам, точно в противоположную сторону от "ветра", вниз. А теперь раскрутите диск правой рукой и подуйте ещё раз. Теперь диск наклонится не перед вами, вниз, против "ветра", а справа и вниз, под углом 90°. То же бывает с велосипедным колесом, раскрученном в ваших руках: при попытке повернуть его вправо/влево оно "выскальзывает", заваливаясь в сторону под углом 90° с такой огромной силой, что удержать его в руках просто невозможно. Теперь можете представить себе, какую огромную нагрузку испытывают подшипники в конусах, когда при езде мы крутим переднюю вилку велосипеда... На автомобиле аналогично.

    @space1r@space1r6 ай бұрын
    • первое явление используется в автоматах перекоса вертолета, например, где на лопасти нужно воздействовать с определенным углом опережения.

      @alexanderf5046@alexanderf50466 ай бұрын
    • ну второе по сути то же. но лучше привязать его к жарким спорам о существовании контрруления отдельно от "просторуления"

      @alexanderf5046@alexanderf50466 ай бұрын
  • Эксцентриковая шлиф-машинка с регулятором оборотов вам поможет в продвижении шарика по линии.

    @100DERBAN@100DERBAN6 ай бұрын
  • Возможно и еще как. Для этого необходимо придать скорость значительно превышающую вращение диска.

    @RusLSystems@RusLSystems6 ай бұрын
  • По заключительному вопросу: Если в истории про частицу в скрещенных полях придать ей начальную скорость в направлении вниз (направления Е и В как у вас на рисунке) такую, что vB=E, общая ЭМ сила будет равна 0, и частица будет двигаться равномерно и прямолинейно. Я думаю, аналогично и в опыте с шариком на столике: надо сразу запускать его в направлении дрейфа с определенной скоростью. Правда, я пока не понимаю, как ее найти и почему силы скомпенсируются.

    @user-by5hi8uj6o@user-by5hi8uj6o6 ай бұрын
    • Попытка найти нужную скорость v. Пусть вначале столик не наклонен. Запускаем шарик со скоростью v. Из теории следует, что он будет двигаться по окружности с угловой скоростью Q (это типа омега со звездочкой). Центростремительное ускорение равно vQ, его создает сила сцепления, тогда она равна mvQ. Теперь наклоним столик. Если скорость равна искомой, направленная вдоль уклона компонента силы тяжести компенсирует силу сцепления. mvQ=mg', где g' - проекция g на направление уклона. Тогда v=g'/Q.

      @user-by5hi8uj6o@user-by5hi8uj6o6 ай бұрын
    • @@user-by5hi8uj6o вы в рассуждениях опираетесь на то, что если шарик с данной скоростью едет, то сила сцепления из неё однозначно выводится, но это не так. Если он с этой же скоростью по другой траектории поедет, то его момент импульса будет меняться по-другому, для этого нужно прилагать другую силу сцепления в точке касания (g никакого момента не создаёт). Ну и если честно посчитать, ответ на множитель (1+I/(mr^2)) отличается вроде.

      @aleksandr_berdnikov@aleksandr_berdnikov6 ай бұрын
    • @@aleksandr_berdnikov А по какой другой траектории он может поехать?

      @user-by5hi8uj6o@user-by5hi8uj6o6 ай бұрын
    • ​@@aleksandr_berdnikovКстати, если опираться на пример с заряженной частицей, роль силы сцепления играет магнитная сила. И она зависит только от скорости и всегда перпендикулярна ей.

      @user-by5hi8uj6o@user-by5hi8uj6o6 ай бұрын
    • @@user-by5hi8uj6o в выводе у вас шарик едет по окружности с радиусом v/Q, а применяете к ситуации где он едет по прямой. Другая траектория, другое угловое ускорение, другая сила сцепления.

      @aleksandr_berdnikov@aleksandr_berdnikov6 ай бұрын
  • При скорости шарика много больше частоте вращения диска и проскальзывании шарика движение будет близко к прямолинейному:)

    @romanteam4574@romanteam45746 ай бұрын
  • Сижу и не могу связать концы с концами. Как из объяснения 6:57 следует, что частица должна дрейфовать в скрещенных полях именно ВНИЗ, а не куда-нибудь ВНИЗ и ВПРАВО? Мои рассуждения привели к следующему. Пусть частица дрейфует ещё и вправо. Тогда в среднем электрическое поле совершает работу, а частица ускоряется в направлении вправо. Тогда и составляющая силы Лоренца в направлении вниз будет в среднем не нуль, то есть сила Лоренца тоже будет совершать работу, а вот этого уже не может быть. Как можно ещё проще рассуждать? Помогите :) Из простых уравнений движения сразу ясно, что дрейф идёт именно вниз. Однако уравнения не греют душу так, как простое качественное объяснение :)

    @YTRusViewer@YTRusViewer6 ай бұрын
  • Вспомнился датчик Холла.

    @Storkichtube@Storkichtube6 ай бұрын
  • Эх, где вы, древние времена ПСП-2 ...

    @cavesalamander6308@cavesalamander63086 ай бұрын
  • Думая да, по прямой будет движение если синхронизировать вращение шара с вращением платформы.

    @user-qj3sx4if5s@user-qj3sx4if5s6 ай бұрын
  • Слегка вверх его толкнуть, чтобы сдвинуть траекторию на диаметр диска?

    @sergeyv.voronin3053@sergeyv.voronin30536 ай бұрын
  • Ох, у Алексея красивейшая рубашка!

    @alekseyandreev1638@alekseyandreev16386 ай бұрын
    • жаль нет рубашек с теми орнаментами, что мы видим теперь на канале о математике

      @negodiaysamsonoff9616@negodiaysamsonoff96166 ай бұрын
    • Повторяет Пола Шиллито

      @rasimbot@rasimbot6 ай бұрын
  • Между прочим, заряженная частица в скрещенных электрическом и магнитном полях, независимо от знака заряда, движется в сторону вектора Умова-Пойнтинга. А этот вектор определяет направление переноса энергии. Какая же энергия переносится вместе с этими частицами, и даже без них? Вот в чём вопрос. И ведь действительно, каждая частица переносит энергию. Например, электрон, вылетевший с катода при термоэлектронной эмиссии, несёт в себе работу выхода электрона из катода. И переносит её в сторону дрейфа, по направлению вектора Умова-Пойнтинга. Это ж можно использовать. Вот это интересно.

    @smartguym.2260@smartguym.22606 ай бұрын
  • Чтобы траектория была прямой надо компенсировать вращение диска аналогичным вращением шарика в противоположную сторону. Скорей всего это будет шарик большего диаметра, либо большей массы, либо сильнее закрученный. Второй путь -- остановить диск и прокатить шарик по диаметру. Простенько и со вкусом. )))) СПАСИБО!!!!!!!!!!!!! 🙂

    @mike-stpr@mike-stpr6 ай бұрын
    • Инженерное мышление:)

      @user-bj7sg1kd8i@user-bj7sg1kd8i6 ай бұрын
  • Ну это уже магия какая-то!

    @andreylarin@andreylarin6 ай бұрын
  • 6:26 Откуда взялась эта формула? Я такой не помню для вращательного движения.

    @dv2915@dv29156 ай бұрын
  • Получается, что если взять ионизированный газ и поместить его во взаимно-перпендикулярные электрическое и магнитное поля, то все частицы в газе начнут дрейфовать в направлении, перпендикулярном обоим полям? Значит тепловая энергия газа частично перейдёт в кинетическую энергию его упорядоченного движения?

    @space_games@space_games4 ай бұрын
  • Следует увеличить наклон или подтолкнуть шарик вниз

    @WantedWhiteTiger@WantedWhiteTiger6 ай бұрын
  • Разберите плиз, почему когда бутылку с водой потрясти, в ней создаётся избыточное давление.

    @all-incluser@all-incluser6 ай бұрын
    • Скорее всего из жидкости высвобождается растворенный в ней воздух и за счет этого увеличивается давление

      @user-uc1et6yk2h@user-uc1et6yk2h6 ай бұрын
    • температуру ещё бы выровнять. А то налил воду, она теплее воздуха. Закрыл, взболтал - воздух нагрелся и поддавил) Слишком много неизвестных условий

      @13kras@13kras6 ай бұрын
    • А точно ли создается? Если вода не газированная, комнатной температуры, бутылка тоже комнатной температуры, то от тряски не должно подниматься давление. Если не нагревать рукой бутылку, конечно же

      @user-px5zt3yc5b@user-px5zt3yc5b6 ай бұрын
    • скорей всего, общее давление на стенки бутылки то же самое, а разница только в том, что газ, не распределённый в объёме воды, давит на собственно бутылку и крышку-пробку, отчего та вылетает.

      @negodiaysamsonoff9616@negodiaysamsonoff96166 ай бұрын
    • А оно там не создается. Либо жидкость волшебная.

      @kiryutinaleksey@kiryutinaleksey6 ай бұрын
  • И зря вы зарубили вертикальные ветрогенераторы, ведь при вихревом потоке, сила передаётся на все лопасти одновременно, как и у горизонтального, без парусности.

    @100DERBAN@100DERBAN6 ай бұрын
  • если шарик пронзить карандашом, то таким методом конструктор может объяснить волчку и то, что волчку следует двигаться устойчиво, асимптотически стремясь к нерабалтывающейся траектории, даже по разболтанному патефону

    @steppeez@steppeez6 ай бұрын
    • Да. А ещё интереснее весь шарик окунуть в жидкую краску и, пока не высохла, запустить на эту платформу... Не с целью, какой будет след (он и так виден), а с целью посмотреть, как "обдерётся" краска на самом шарике.

      @space1r@space1r6 ай бұрын
    • @@space1r, небезинтересно получать и зарплату и премию (в котируемой монете)

      @steppeez@steppeez6 ай бұрын
  • Чем больше скорость вверх, тем больше петли, если же придать скорость вниз, то петли будут меньше, теоретически и до движения по монотонной траектории. Но тут двойное дно: будет ли такая траектория устойчивой? Не знаю как исследовать на устойчивость без применения вышей математики.

    @Physerics@Physerics6 ай бұрын
  • Вот это интрага?

    @shelepop@shelepop6 ай бұрын
  • Нужно предварительно раскрутить шарик

    @dmitriybond8219@dmitriybond82196 ай бұрын
  • Вы сказали «скрещенные электрическое и магнитное поля», а нарисовали на схеме сонаправленные.

    @AlexanderKunis@AlexanderKunis5 ай бұрын
  • А как же пробуксовка

    @user-qs7zl2ml3v@user-qs7zl2ml3v6 ай бұрын
  • Если ослабнет натяжение ремня между двух шкивов разного диаметра без нагрузки то кокой из шкивов будет пробуксовывать под ремнём?Ведомым или ведущим шкивы будут поочереди изменится ли что-то от этого?Может ли шкив большего диаметра будучи ведущим протянуть не натянутый ремень так что бы ремень стал буксовать на маленьком,ведомом шкиве без нагрузки?

    @user-io2mk5ki2b@user-io2mk5ki2b6 ай бұрын
    • захотелось поэкспериментировать =)

      @Andrei_Shtirletz@Andrei_Shtirletz6 ай бұрын
  • Сравните мыло новое и б/у пенооброзование😊

    @mischka777neln2@mischka777neln26 ай бұрын
    • Вот не по теме ролика, но уже несколько лет имею тот же вопрос 😂

      @YTRusViewer@YTRusViewer6 ай бұрын
  • Вопрос не в тему. Если заполнить стеклянную бутылку на половину водой и ударить по горлышку, то у неё выбивает днище. Почему так происходит?

    @user-yj5ye7mj8r@user-yj5ye7mj8r6 ай бұрын
    • Отрыв жидкости от дна, далее схлопывание этих пустот с гидроударом (кавитацией). Куча видео есть.

      @dmitryvodolazsky@dmitryvodolazsky5 ай бұрын
  • Всё это напоминает нутацию гироскопа.

    @gaHuJIa_Macmep@gaHuJIa_Macmep5 ай бұрын
  • Видимо нужно сделать уклон столика в противоположную сторону так чтобы сила тяжести "компенсировала" вращение диска. Однако тогда не будет дрейфа в сторону, для его получения предлагаю придать шарику начальную скорость по диагонали.

    @purity_one@purity_one6 ай бұрын
  • Добрый день. Уважаемые физики. Не могли бы разобрать и обьяснить эффект удержания шарика в струе. Как в этом ролике. kzhead.info/sun/lt1vmNOieamChn0/bejne.htmlfeature=shared Спасибо

    @dellagobaikal8205@dellagobaikal82056 ай бұрын
  • 🤦‍♂Опять... В ролике о круговом движении шарика по вращающемуся диску вы даже отметили, что если направление вектора силы F не совпадает с направлением вектора окружной скорости диска в точке касания, то ось вращения шарика будет процессировать, но при выводе формул этот факт просто проигнорировали. Все применённые формулы относятся не к шарику а к некоему странному телу ось вращения которого всегда параллельна своему начальному положению. Гироскопические силы на него не действуют!

    @psv62@psv626 ай бұрын
    • Может быть, вы найдёте время статьи почитать и с математикой разобраться?

      @schetnikov@schetnikov6 ай бұрын
    • @@schetnikov Разбираясь с математикой которую вы применили я увидел, что явно присутствующее явление - постоянное , сложное изменение направления оси вращения шарика никак не описано. Почитать статьи о том что это допустимо игнорировать, вы не шутите?

      @psv62@psv626 ай бұрын
    • @@psv62 Движение центар шарика от этого изменения оси не зависит совсем. Проверьте уравнения, и вы это увидите.

      @schetnikov@schetnikov6 ай бұрын
    • @@schetnikov Этому заявлению сильно удивятся снукеристы 😯 При наклоне оси вращения шарика относительно плоскости вращения диска меняется величина r шарика, а вектор V окружной скорости шарика в точке контакта с диском перестаёт совпадать с вектором окружной скорости диска, значит их скалярные величины станут отличаться. Причём r и V будут меняться постоянно и взаимосвязано, представляете сколько добавляется переменных величин!

      @psv62@psv626 ай бұрын
  • Опыт не достверный могли бы и на шарик нанести контрольные точки для определения вращения

    @EndyKaufman@EndyKaufman6 ай бұрын
  • Не мешало бы разобрать еще и униполярную машину Фарадея. Возможно есть что то общее.

    @augalamx@augalamx6 ай бұрын
  • А вот ещё антиинтуитивный опыт отражений (отскоков) мячика от стенки! kzhead.info/sun/msOPqLOBo5ltpHA/bejne.htmlsi=7B15Ri9RLp29tAa-

    @mustang2mipt@mustang2mipt5 ай бұрын
  • Ответ на вопрос -- "нет" (в изложенной парадигме). Нулевая кривизна петель -- нулевой дрейф.

    @Oleg21Kursk@Oleg21Kursk6 ай бұрын
KZhead