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大流行的物理学:‘有一些很好的实验,可以安全地在家里安全’

07 Aug 2020 Matin Durrani.

Stefan Hutzler.丹尼斯厌恶 是位于爱尔兰都柏林的物理学学院。他们的研究生Ali Irannezhad目前在伊朗德黑兰的家中表演了他的实验。

这篇文章是关于Covid-19流行如何影响世界各地物理学家个人和专业生活的一系列的一部分。如果您想分享自己的角度,请联系我们 [email protected].

 

Ali Irannezhad照片在2020 Covid锁定期间
内部思考:Ali Irannezhad - 三位一体学院都柏林博士学研究 - 在他的家中在德黑兰进行球形屈曲实验,在那里他在Covid-19关闭期间暂时返回。由自己设计的设备建于本地研讨会。 (礼貌:Ali Irannezhad)

与Covid-19派出大学和学校进入漫长的夏季休眠,我们如何适应我们的禁闭?教学和研究可能会继续成为一个孤独的在线事件,因为它迄今为止大部分大流行,我们许多人都在小卧室里携带。

实际上,看看在线讲课对传统教学方法的持久效果有趣。它’博览会说,我们学术界并不总是对我们大学讲座的质量诚实:在20世纪90年代后期,我们之一(DW),写了一个 幽默“lateral-thoughts” article in 物理世界 关于大学生活的恐怖,专注于由聪明的学生面对的虐待者的折磨。

但实验物理学怎么样?在我们的卧室灌木的屏幕上进行模拟实验肯定永远不会替代真实的东西?

然而,我们认为有一些很好的实验,可以在家里安全,简单地使用易于手工的材料。主要是它们与古典机制或材料的基本特性有关。毕竟,作为来自哈佛大学的Eric Mazur等物理学家 长期以来, 古典物理学是严格思想的最佳培训,甚至显然琐碎的实验争夺挑战挑战。

行动界限

考虑一下我们最近写的一个实验 美国物理学杂志。采取方便的滚珠轴承或类似的硬球。将它们放在两端的塞子中,水平铺设,然后稍微搅拌以鼓励系统平衡。 (浸入油中的球会有所帮助。)

Photo of balls confined in a cylinder

事实证明,如果通过调整塞子压缩硬球链,它会搭扣(见上文)。什么’更多,屈曲是本地化的,而是像“许多非线性系统中的扭结“和”孤子“。那里’也有一个有趣的差异,具体取决于你是否使用奇数或偶数的球。你甚至可以尝试使用硬球体内的软泡沫。

并且有您的数据,为什么不尝试通过计算机模拟复制您的结果,或许使用 Python编程?由于伟大的约翰·冯·诺伊曼曾经说过,计算机(他帮助发明的)应该从线性问题的狭窄范围内释放数学。

天才摇篮

另一个硬球实验是牛顿’S摇篮,通常与Isaac Newton相关联,他们顺便通过他的一切最大的成就,同时在1665年和1666年蹂躏英国的瘟疫期间隔离在农村。它’不难以理解什么的基本属性’现在是一个经典的行政桌玩具,但所有好科学家都希望更密切地看待它。那’究竟John Hinch和SébastienSaint-Jean是什么 在1999年做了,正如我们在一个叫做的纸上所做的太五年 “Rocking Newton’s cradle”.

在牛顿摇篮的标准教科书描述中,只有一个球体才能运动。但是,如果你真的仔细看,你’请注意,所有的球体都可以同时移动。理论和计算机仿真确认这一点,并将其归因于球体的有限弹性模量。

Newton

泡沫和边界

苏肥皂泡泡呢?用肉眼盯着泡沫,或在放大镜的帮助下,你’ll在混乱中看到本地订单。例如,三部肥皂膜总是在120的角度下遇到一条线o,虽然四条这样的线在109.4的四面体角度下满足o。这些线条被称为高原边界,以纪念比利时科学家约瑟夫高原是第一个在一系列实验中描述它们的人。事实上,他可能很好 在家里完成了一些他们 通过在阳光下盯着阳光(符合科学兴趣)之后。

或者而不是抓住厨房水槽的气泡,如何通过稻草吹空气进入一些肥皂水?仔细吹(或使用从鱼中借来的水族箱泵)导致产生相同尺寸的气泡。这些在皂溶液顶部自发地形成六边形图案(三角格晶格),其中一些缺陷,例如位错。

1947年,诺贝尔奖获奖物理学家劳伦斯布拉格和他的同事约翰·纽约在卡文尼亚实验室,剑桥上学习了这样的2D泡沫木筏, 作为研究晶体缺陷的灵感来源。那里没有’瘟疫,但这两个伟大的物理学家可能一直在检查这种简单的古典物理学,因为第二次世界大战仅仅刚刚结束,甚至甚至仍然贫困的剑桥大学。

那里’甚至更多的娱乐和食物,用于从单分散气泡形成的3D结构,它去年最近被引起了突出的摄影师Kym Cox 新科学家纽约时报。事实上,这是我们之一(SH),他教导了如何在她自己的厨房里制作这些惊人的结构的技巧。

大学教师’唤醒邻居

最后,让我们’看看欧拉光盘,以纪念伟大的Mathematician Leonhard Euler命名(虽然那里’他不是他发起的证据)。所有你需要的是一个简单,扁平的光盘,最好是沉重的虽然巨大的硬币会做。把它旋转在坚定的平坦表面和你身上’LL注意它逐渐消退,因为其能量消失。但代替扶正,逐步的衡量均衡的方法,硬币头朝着危机急剧上,发出频率不断增加的声音。它突然沉淀 - 而不是呜咽但是一枚爆炸。 (如果你’重新使用一个真正沉重的光盘,尽量不要唤醒邻居…)

我们对您的挑战是找到一种测量这种有趣声音的方法。但如果你想要解释,Keith Moffatt(像牛顿喜欢牛顿剑桥)已经写了 留在主题中 自然作为一个侧面笔记,他领导的前一篇论文当前的作者(DW)之一,而仍然是本科,将鸡蛋从他的第二层学生室扔到邻近的草坪上; Moffatt声称他们不会’休息,他(大多数)是对的。

有一天很快我们’所有人都返回了我们的学校和实验室,在那里享有了卓越而昂贵的设备等待着我们。当那个快乐的一天到来时,也许我们在家里的时间将让我们更深入的欣赏和钦佩已经存在的许多视觉现象。那些现象可能看起来很琐碎,但他们可能具有挑战性,教导我们推测和分析,直到我们达到此事的核心。通常在物理学中,简单的事情可能会诱使我们更深入地进步。

预防措施: 我们的建议都不应在家庭环境中提出任何重大的危险,但我们建议您在执行任何实验时采取所有必要的预防措施和关注

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