Уроки физики в стихах для школьников и взрослых

УРОКИ ФИЗИКИ В СТИХАХ
ДЛЯ ШКОЛЬНИКОВ И ВЗРОСЛЫХ ГУМАНИТАРИЕВ

Автор стихов Цветков Е.А.

СТИХОСЛОЖЕНИЕ И МАТЕМАТИКА

В стихе есть математики мгновение
Ведь чтобы сочинить стихотворение
Нам нужно помнить правило одно
Великим Пифагором правило сиё дано
Танцуем, сочиняя, в счёт
На раз, два, три  и   раз, два, три, четыре
И  чтобы  стих  нам  срифмовать
На три и шесть нам окончанье надо не менять
Гексаэдром всё это стоит называть
На восемь и четыре рифмуем стих по шире
Октаэдром мы это назовём
И к рифме то же мы прийдём.
Не зря писал стихи Омар Хайям
Он с Пифагором математику прекрасно знал. 
А в наше время нет науки единения
Забыл про математику поэт.
Но физик любит поиграть на скрипке
Садился часто Больцман  за рояль
И гармонично в музыке звучит геометрический  прогресс  октав
И  кварт и  квинт чудесных сочетания
И в этом слышно математики дыхание.

Всем известный Пифагор, теорему которого мы изучаем в школе, и которую возможно открыл один из учеников его религиозно-философской школы, на  самом деле более интересовался гармоникой, он изучал особенности звучания  струн и правила стихосложения. Он заметил, что наиболее гармоничный  размер строки в стихе подчиняется  правилу гексаэдра и октаэдра в стихосложении,  заключающиеся в том, что окончание  каждого последнего  третьего (в гексаэдре) или четвёртого (в октаэдре) слова  в строке должно повторяться. Пифагор так же интересовался музыкой, и он понял, что для гармоничного звучания струн их длины должны относится друг к другу, как 1 : 2, 2 : 3 и 3 : 4, что будет соответствовать разнице частот звука соответственно в  октаву, квинту и кварту. В октаве частота высокого звука в два раза больше низкого, то есть  это нота от ре до следующего ре, или от фа до следующего фа. Квинта - разность частот в отношении    2 : 3, при этом интервал составляет  пять ступеней, это например сочетание нот до и соль. Кварта - интервал в четыре ступени соответственно.  Колебание струны в гитаре или в рояле создаёт стоячую волну, то есть волна,  распространяясь  до опор струны, отражается от них (при этом теряется полволны, так как отражённая волна идёт уже в противофазе) и уже две волны идут навстречу друг к другу, и наслаиваются друг на друга. При этом,  в стоячей волне есть узлы,  где колебаний струны не происходит,  и пучности, где амплитуда колебаний струны максимальны.       В струне помещается целое число полуволн(например два узла и пучность или три узла и две пучности и т.д.).  И это означает, что длина звуковой волны занимает две длины струны  L=mл/2  соответственно  л=2L/ m,  где   m- любое целое число,  л- длина звуковой волны, L- длина струны. Зная это можно подобрать струну нужной длины, издающую звук нужной частоты.  Чем больше натяжение струны, тем больше её длина. И мы можем изменять длину струны и, соответственно частоту издаваемого ей звука, увеличивая или уменьшая силу натяжения струны, просто подкрутив колки на гитаре. Зная скорость волны можно найти частоту, воспользовавшись формулой  с=л;, где л-длина звуковой волны,  ;=1/Т- частота звуковых колебаний, величина обратная периоду (времени одного колебания)  с – скорость распространения волны. Получаем  ;=с/л .    Скорость волны в струне зависит от её натяжения и погонной плотности и рассчитывается по формуле с =;Fнатяж./;l., где Fнатяж.  - это сила натяжения струны, ;l =m/l- это погонная плотность, равная отношению массы струны к её длине. Про то, как подобрать частоту, регулируя силу натяжения струны и соответственно её длину,  мы уже говорили.  Второй параметр - это как мы видим из формулы погонная плотность струны, которая тем больше, чем больше её масса.  Из формулы видно, что чем больше погонная плотность, тем меньше скорость волны, соответственно тем больше и частота звука, т.к. ;=с/л . Поэтому чем толще струна, тем медленней она колеблется,  тем глуше звук (басы).  А чем тоньше струна, тем звук звонче, то есть его частота колебаний выше. Так подбирая струны разной толщины мы получаем звук разной частоты.
Кстати чтоб написать красиво и гармонично картину, так же нужна математика. Для этого пользуются правилами симметрии и правилом золотого сечения.
График стоячих  волн.

МЕХАНИКА

Механика – наука о движении,
Поможет рассчитать нам скоростей сложение,
И понимать земное притяжение,
И ускорение свободного падения.
Поможет рассчитать нам силу рычага
И импульса одно прекрасное мгновение.

РАССТОЯНИЕ

При увеличении скорости  движения
За то же времени мгновение,
Мы большее проходим расстояние,
Когда спешим на встречу и свидание.
S=vср.t   путь равен скорости множенному на время пути, средняя скорость – это начальная и конечная скорость делённая на 2    vcр.=(v+vo)/2

УСКОРЕНИЕ

Что такое ускорение?
Увеличение скорости движения
за времени одно мгновение               
Чем больше  с временем  приходит ускорение,               
Тем больше  скорость наша в конце движения,      
Тем больше расстояние мы пройдём,   
И куда нужно попадём.
         
 Ускорение – это прирост скорости во времени  а=  v-vo/t,   где а- ускорение,  v- конечная скорость vo-начальная скорость, t- время. Соответственно из этой формулы можно выразить конечную скорость и получим формулу    v=vo+at    А зная, что  S=vср.t ,где vcр.=(v+vo)/2, подставляем в эту формулу значение v=vo+at , получим    vcр.=(vo+at+vo)/2=(2vo+at)/2=vo+at/2, подставив значение средней скорости в формулу  S=vср.t   получим  S=vot+at^2/2 – пройденное расстояние (путь)
               

ЗАКОНЫ  НЬЮТОНА

Первый закон о равномерности движения
Второй о силе, что рождает ускорение
А третий о равновесном противостоянии сил.

ВТОРОЙ  ЗАКОН  НЬЮТОНА

Тянуть слона на поводке гораздо более  сложнее,  чем маленькую собачонку.
И сдвинуть гору с места нам труднее,  чем не большой кирпич.
Чем больше  масса тела, тем больше нам усилий нужно приложить, чтоб ускорение развить.

Второй закон  Ньютона говорит, что чем больше сила, воздействующая на тело, тем большее она развивает ускорение,  и чем больше масса данного  тела, тем соответственно  большую силу нужно приложить, чтобы придать этому телу ускорение, что определяется формулой:  F=ma, где      F- сила, которая приводит тело в движение    m- масса тела     a- ускорение, которое развивает данное тело


ЦЕНТРОСТРЕМИТЕЛЬНОЕ УСКОРЕНИЕ

Центростремительное ускорение сильней,
Чем меньше радиус передвижения.
Чем больше скорость прибавляем
Сильнее ускорение развиваем.
При движении тела по кругу радиусом R, центростремительное ускорение направлено к центру этого круга, поэтому радиус  круга соответствует пути  R=S=vср.t=(v+vo)t/2, в этой формуле время можно выразить через ускорение с учётом, что ускорение это прирост скорости во времени         a=v-vo/t, отсюда   t= v-vo/a.     Получаем  - из этой формулы можно выразить квадрат конечной скорости v^2=;vo;^2+2aS, и можно выразить ускорение a=;(v;^2-;vo;^2)/2S, где как мы и говорили  S=R, а начальная и конечная скорость при движении тела по окружности равны по модулю, но различны по направлению, поэтому знак  –меняем на + и получим   a=v^2+;vo;^2/2R=2v^2/2R=v^2/R - это и есть формула для центростремительного ускорения, и подставляя её во второй закон Ньютона получаем центростремительную силу  Fц=mv^2/R


ЭНЕРГИЯ

Энергия - работа по перемещению.
Чем больше что-то весит, тем трудней его перетащить,
и больше сил нам нужно приложить.
E=A=FS=maS, где  E-энергия, A- работа,F=ma - сила, затраченная на перемещение, S- расстояние перемещения(путь), m-масса перемещаемого тела,  а- ускорение

ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ

Когда мы пустим с высоты подушку,
Она летит с такой же скоростью что и кирпич
Но  своей цели  достигая, она увечий меньше причиняет,
Всё потому что меньшей массой обладает.
Энергия соприкосновения зависит так же и от высоты паденья,
Ну  и, конечно же, от сил земного тяготенья.
Когда  ты прыгаешь  с дивана
Ты приземлишься без изъяна
Когда ты с крыши дома упадешь
Костей своих не соберёшь.
Ep =FS=maS =mgh -  энергия - это сила  затраченная на перемещение E=FS , согласно 2-му закону Ньютона F=ma, получаем F=maS, где  S=h- расстояние перемещения или высота поднятого  над поверхностью тела, m-масса перемещаемого тела, а=g- ускорение свободного падения =9.8 м\с2  Согласно этой формуле можно заметить, что тело обладает тем большей потенциальной энергией, чем больше его масса и чем выше мы его поднимаем.  Действительно, если пианино например чуть приподнять и отпустить, то с ним ничего не случится. А если то же пианино выкинуть с пятого этажа, тогда оно разобьётся вдребезги. В формуле нет скорости, и действительно экспериментально доказано, что тяжёлые и лёгкие предметы  летят с крыши с одинаковой скоростью, но приземляясь, больше разрушений вызывает тело с большей массой.


КИНЕТИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ

Чем больше скорость пуля развивает,
Тем больше разрушений причиняет.
И грузовик, когда в аварию вдруг попадает,
Свободно легковушку разломает.
Всё потому что большей массой обладает.
Энергия такого разрушения ведь тем сильней,
Чем больше  масса тела и быстрота его движения.

Кинетическая энергия Ек=maS= mv^2/2.   В этой формуле ускорение a=v-vo/t , пройденный путь  S=vср.t=(v+vo)t/2, подставляем значения ускорения и пути  в формулу  Ек=maS , и получим:   E=m((v-vo)(v+vo)t)/2t  время в числителе и знаменателе взаимно уничтожается, и раскрывая скобки получим  Ek=m(v^2+vov-vov-;vo;^2)/2 =m(v^2-;vo;^2)/2, а так как тело в начальный момент времени покоится, то начальная скорость равна нулю  vo=0  получаем   Ek= m(v^2-0)/2=mv^2/2  Согласно этой формуле видно, что кинетическая энергия тем сильнее, чем больше масса тела и чем больше скорость движения тела, поэтому  пуля обладает большой разрушающей энергией  из-за большой скорости, если скорость пули уже не высока, то и разрушений  нет.


ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ

Падение кирпича теперь рассмотрим:
Чем больше масса или высота,
Тем большей он энергией владеет,
И тем сильнее он кого-нибудь огреет, когда опустим мы кирпич.
Потенциальная энергия слабеет с снижением его-то высоты,
Но  скорость резко возрастает.
Когда земли он вовсе достигает,
Энергия в кинетику перетекает,
Сама себя при этом сохраняет.

Закон сохранения энергии говорит, что сумма потенциальной и кинетической энергии в начале и в конце движения одинаковы, то есть при уменьшении потенциальной энергии кинетическая возрастает и наоборот. Ek1+Ep1=  Ek2+Ep2       mgh1+m;v1;^2/2=mgh2+mv^2/2  Из формулы видно, что при  уменьшении высоты потенциальная энергия уменьшается, но при этом нарастает скорость, поэтому увеличивается кинетическая энергия.



ЗАКОН ГРАВИТАЦИИ НЬЮТОНА, ЗАКОН КУЛОНА И ЗАКОН ОБРАТНЫХ КВАДРАТОВ ДЛЯ СФЕРИЧЕСКОЙ ВОЛНЫ

Законы гравитации понятны
Чем больше масса у планет
Тем больше их друг к другу притяжение,
Но с отдалением их положения
Снижается, конечно, тяготение
И в микромире притяжение  заряженных частиц
с  увеличением заряда возрастает,
с  квадратом расстояния убывает.
Энергия сферической волны
с квадратом расстояния то же убывает.
Отсюда,  в общем,  вытекает,
что в микромире,  в макромире, в волнах
вся интенсивность вдруг ослабевает,
чем больше расстояния квадрат.

Сила гравитации  описывает взаимодействие массивных тел, например планет в космосе:          Fg=G m1m2/R^2 , где G= 6.67х;10;^11 Нм2/кг- гравитационная постоянная ,  m1- масса планеты №1, m2 – масса планеты №2 ,   R – расстояние между планетами
Сила Кулона  описывает взаимодействие заряженных частиц в электростатическом поле:              Fk= kq1q2/R^2 , где   k=9х;10;^9 Нм2/кг - основная электрическая постоянная,  q1- величина заряда №1,   q2- величина заряда №2,  R- расстояние между зарядами
Закон обратных квадратов описывает снижение интенсивности  сферической волны обратно пропорционально расстоянию от источника в квадрате: Ir=Io;Ro;^2/R^2=1/R^2  , где  Ir-конечная интенсивность сферической волны,    Io- начальная интенсивность сферической волны,  Ro- начальный  радиус  сферической волны,  R- конечный радиус сферической волны.


ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

Когда в ракете человека запускаем
Его мы время замедляем
Лишь потому, что скорость прибавляем
И если скорости мы света достигаем,
То время останавливается вдруг
Сжимаются предметы все вокруг.
Он  может молодым из космоса вернуться
И брата старенького навестить
Чтоб про секреты молодости оповестить.

В движущихся системах отчёта время идёт медленнее,  чем в покоящихся системах, и их связь cогласно преобразованиям Лоренца определяется формулой ;t=;t^/  1/;(1-v^2/c2) , где ;t интервал времени в движущейся системе отчёта, ;t^/-интервал времени в покоящейся системе отчёта,  c - cкорость света  v- cкорость движения  системы. Из формулы видно, что при приближении скорости движения системы к скорости света знаменатель релятивисткого корня стремится к нулю и интервал времени в передвигающейся системе отчёта ;t  уменьшается, т.е. время сокращается
В движущихся системах отчёта предметы становятся короче,  чем в покоящихся системах, и эта связь cогласно преобразованиям Лоренца определяется формулой L=Lo 1/;(1-v^2/c2) , где L- длина в движущейся системе отчёта, Lo-длина в покоящейся системе отчёта,  c - cкорость света  v- cкорость движения  системы. Из формулы видно, что при приближении скорости движения системы к скорости света знаменатель релятивисткого корня стремится к нулю и длина предмета в передвигающейся системе отчёта  L уменьшается, т.е. предметы сжимаются.


ТЕРМОДИНАМИКА

Когда мы двигатель в машине подключаем
Бензин искрой воспламеняем
Давление газа мы при этом создаём
И механизмом сложным колесо вращаем.
Процессы эти мы наукой изучаем,
Термодинамикой науку эту называем.


УРАВНЕНИЯ ДЛЯ  ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА

Чем больше газ мы нагреваем
Тем больше мы энергии молекуле даём
Чем больше мы энергии молекуле даём
Тем больше мы давление газа разовьём
Чем больше мы давление газа разовьём
Тем больше скорости молекуле даём.

E=3KT/2, где E- энергия одной молекулы,  K =1.38х;10;^(-23) Дж/К- постоянная Больцмана,                T – температура  в кельвинах,   P=2nE/3, где  P-давление газа, n- концентрация газа,                Подставляем значение  энергии из первой формулы во вторую формулу для давления  и получим P =nKT, то есть давление газа прямо пропорционально  его температуре и концентрации. Соответственно  чем больше давление и чем больше температура, тем больше скорость движения молекулы газа    v=;(3KT/mo)= ;RT/M=;3P/p , где v -средняя квадратичная скорость движения молекулы газа, К - постоянная Больцмана,  Т- температура в кельвинах, mo-масса одной молекулы газа,  R=8.31 Дж/К моль- универсальная газовая постоянная,              М= moNa -  молярная масса, Na=6х;10;^(23 )   ;моль;^(-1)  - постоянная Авагадро, Р- давление газа, р- плотность газа.  Если из формулы  v=;(3KT/mo)  найти температуру через скорость, то получим Т=mov^2/3К. Подставив значение температуры в формулу для энергии, получим: E=3KT/2= 3Кmov^2/6К=mov^2/2 – это формула для кинетической энергии в механике, которую мы выводили ранее(смотри раздел кинетическая энергия в механике)

ГАЗОВЫЕ ПРОЦЕССЫ

Когда мы  газ солидно нагреваем
Объём его конечно расширяем
Давление при этом не меняем
И изобарным действо это называем.

V/T=vR/P=const – при изобарном процессе отношение объёма к температуре  есть величина постоянная, т.е. при увеличении давления газ расширяется.

Но если газ наш поместить в сосуд
Какие вещи мы заметим тут?
Когда сей  газ  огнём  мы нагреваем,
Давление газа прибавляем
И коль объём  мы газа не меняем
То изохорным действо это называем.

P/T=vR/V=const- при изохорном процессе отношение давления к температуре есть величина постоянная, т.е. при увеличении температуры давление газа на стенки сосуда возрастает.

А если газ вообще не нагреваем
Но в ёмкости насоса мы его сжимаем
То возрастает вдруг давление его
И это мы конечно ощущаем
Когда футбольный мяч  качаем
И так как мы ничто не нагреваем
 изотермическим то действо называем.

PV=vRT=const- при изотермическом процессе произведение  давления на объём газа есть величина постоянная, т.е. при сжатии газа (уменьшении объёма) давление газа возрастает.



ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
Мы с детства с электричеством знакомы
И даже помним Тэслу или Ома
И с Фарадеем кое-кто знаком
Но что такое ток? - движение электронов,
А  может электричество волна?
И что движение это вызывает?
И силы магнетизма порождает
Давайте разбираться, господа.

ЗАКОН  ОМА

Сопротивление-это такое трение
Чем больше то сопротивление
Тем больше тока напряжение
Но сила падает его
Всё потому, что скорость замедляет трение
И тока пропадает ускорение.

Закон Ома     U=IR     I=U/R    R=U/I, где  U-напряжение, I- сила тока, R – сопротивление.                Сила тока является аналогом скорости в механике, и определяет количество зарядов перемещённых за единицу времени    I=q/t                Напряжение является аналогом силы в механике U=F=ma- то есть напряжение – это сила затраченная на перемещения заряда.                Аналогом массы в механике в электронике является индуктивность m=L, а ускорение – это вторая производная от скорости, т.е.  от  силы тока в электронике.      Из этого  логически понятно,  что  чем больше сопротивление, тем больше силу (напряжение) нужно приложить, чтобы это сопротивление преодолеть.  И чем больше сопротивление, тем конечно меньше скорость движения тока (то есть сила тока).

ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК

Ток переменный есть  волна
И  гармоничная она
Закону синуса подчинена
Но всё же тока напряжение
От силы тока на мгновение
 в пути своём-то отстаёт
Сдвиг фаз их разность заберёт

Переменный ток - это электрический ток, который с течением времени меняется по величине и направлению. Преимуществом переменного тока над постоянным является возможность его передачи от источника (генератора) на большие расстояния. Простейшим генератором переменного тока является,  к примеру, рамка, вращающаяся между двумя магнитами.  Генератор преобразует механическую энергию (например, энергию текущей воды на гидроэлектростанции или энергию ветра в ветрогенераторе) в электрическую энергию. Напряжение переменного тока в сети меняется по гармоническому закону косинуса  U=Umax. cos(wt) , где Umax. –максимальные значения напряжения, т.е. её  амплитуда,    w=2;v- циклическая частота, равная обычной частоте за 2;  секунды, t- время колебаний напряжения.                Сила переменного тока  I=Imax.cos(wt+ф), где  Imax. –максимальные значения силы тока, т.е. его амплитуда,    w=2;v- циклическая частота, равная обычной частоте за 2;  секунды, t- время колебаний напряжения, ф- сдвиг фаз.    

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ

Меняя геометрию железа,
Закручивая провод в стальной круг
И меж магнитами тот круг вращая
Мы электричество в нём получаем
Чем больше  рамка и сильней магнит
Тем  ярче лампочка горит.

Электродвижущая сила (напряжение) переменного тока равна скорости изменения магнитного потока Ф.  Магнитный поток определяется по формуле Ф=ВS cos;, где В-величина магнитной индукции, которая зависит от мощности магнита, S - это площадь рамки, которую мы вращаем в магнитном поле, угол а- это угол между силовыми линиями  магнитного поля и перпендикуляром к поверхности вращающейся в магнитном поле рамке (нормалью), когда этот угол равен 90 градусов магнитный поток максимален, т.к. cos;;;90;^0=1;, когда угол равен 0, тогда магнитный поток исчезает, т.к. cos 0=0.  Соответственно чем больше площадь рамки и чем сильней магнит, тем больше электрического тока генерируется этим устройством.


СОЛЯНОИД-МАГНИТ

Меняя геометрию железа
Закручивая провод как спираль
И  ток  по проводу  пуская
Спираль-магнит мы получаем
Чем  больше  силу тока мы даём
чем  больше намотаем завитков 
Тем  больше силу мы магниту придаём.
               
Сила  электромагнита зависит от величины магнитной индукции  В, которая вычисляется по формуле  В=µnI,  где µ=4;х;10;^(-7)- магнитная постоянная, n- количество витков спирали соляноида, I- сила  тока. То есть чем больше витков спирали соляноида и чем больше сила тока, тем больше сила магнита.


ЦИКЛОТРОН, АНДРОННЫЙ КОЛАЙДЕР И СИЛА ЛОРЕНЦА

Когда в дуантах меж магнитами мы электрон пускаем
И переменным напряжением его мы разгоняем
Кружит в пути спиральном электрон
И с мощной скоростью выходит он.
Такой процесс идёт в печи микроволновой
Такой процесс идёт в коллайдере андронном
Такой процесс идёт и в атмосфере
Под  действием  магнита из ядра Земли
Законом Лоренца процесс сей называем
И Лоренца с открытием этим поздравляем.

Сила Лоренца заставляет частицу двигаться в магнитном поле по кругу или спирали в зависимости от угла под которым частица попадает в магнитное поле (если угол прямой - частица движется по кругу) То есть сила Лоренца по своей сути является центростремительной  и определяется по формуле Fл=Bqv, а центростремительная сила Fц=mv^2/R. И мы можем приравнять эти две формулы Bqv =mv^2/R, сокращаем одну скорость и получим Bq =mv^/R, отсюда  v^ =BqR/m, где v^  скорость движения частицы, B- величина магнитной  индукции, q- заряд частицы, R- радиус окружности, по которой движется частица, m – масса частицы.  Благодаря силе Лоренца работает микроволновка, адронный  коллайдер и магнитный щит Земли. Установка из двух дуантов (похожи на консервную банку,  распиленную пополам), расположенных  между двумя магнитами (называется циклотрон) работает в микроволновой печи, которая является прадедушкой  ускорителя микрочастиц  андронного коллайдера. А магнитное поле Земли изменяет ход ионизирующих частиц из космоса к южному или северному полюсам, где мы можем наблюдать северное сияние в небе.

ВОЛНОВАЯ ФИЗИКА

Нас волны всюду окружают
И звук волна, и свет волна
Морские волны впечатляют
И электричество волна
Но что мы в волнах понимаем?
Ведь колебание есть волна.
Частица просто колебаясь
На месте гордо оставаясь
Способна  без перемещения
Создать большой волны движение.

АМПЛИТУДА    ВОЛНЫ

Амплитуда есть частиц перемещение
В механике ей соответствие дано
И попросту пути оно равно.

Амплитуда – это максимальное отклонение колебательной величины от нулевого значения, в механике амплитуде соответствует расстояние пути  А=S

ПЕРИОД  И ЧАСТОТА  ВОЛНЫ

Период - это время повторения
Волны привычного движения
А  сколько повторений за мгновение
 нам частотою задано.

Период - это время одного  колебания, а частота- это количество колебаний за одну единицу времени (за секунду). Получается, что частота – это величина обратная периоду.
Т=1/;         ;=1/Т


СКОРОСТЬ ВОЛНЫ

Должны твёрдо помнить мы
Чтобы скорость рассчитать волны
Нужно знать нам частоту
И  конечно   же длину.
Но  зная, что период - время повторения
Ну и длина волны есть путь её движения
Приходим к формуле механики родной
Что скорость путь делить на время
И это остаётся истиной движенья.

Скорость волны с=л;, где л=S -длина волны, аналог пути в механике, ;=1/Т- частота колебаний, величина обратная периоду (времени одного колебания)  с=v – скорость распространения волны. Получаем  с=л/Т  или л=сТ,  аналогично формуле в механике  v=S/t   и   S=vt

УРАВНЕНИЕ ПЛОСКОЙ ВОЛНЫ

Как рассчитать волны  распространение
Оно зависит от наибольшего перемещения
частиц волны, что наблюдаем,
и по закону синуса перемещаем.
И если колебания цикличны,
они наверно гармоничны.
С  теченьем времени растёт и путь волны,
и  чтоб остаться нам на гребне:
от времени,  что нарастает
отнимем расстояние, что пребывает.
Тогда волна хоть будет колебаться,
но будет и на месте оставаться,
как и положено волне.
Волна, по сути, передача колебанья, а не движение частиц.
Не изменяя собственного положения
Мы можем передать друг другу настроение,
и  навязать кому-то своё мнение.
Идёт волна по замкнутому кругу
Передавайте радость вы друг другу.

Уравнение плоской волны  Sx =A cos (;t-kx) , где  Sx- координата любой точки воны в пространстве, зависимость координаты S от  пути x , пройденного волной. A- амплитуда (максимальное отклонение колебательной величины от нулевого значения), ;-циклическая часта,означает количество колебаний за 2; секунды,циклическая частота связана с обычной   частотой  формулой  ;=2;;,  а обычная частота  как мы знаем величина обратная периоду, т.е. времени одного колебания ;= 1/Т  ,  t-время движения волны . Таким образом если подставить  значения циклической частоты, выраженное через период в формулу ;t, тогда получим  2;t/Т, то есть эта величина по сути показывает сколько циклических  колебаний произошло за определённое время.                k-волновое число,оно связоно с длиной волны формулой k= 2;/л, где л - длина волны,  x-путь, пройденный волной. Таким образом, если подставить значение волнового числа, выраженного через длину волны, получим   kx=2;x/л, то есть эта величина, по сути, показывает количество длин волн в общем  расстоянии, пройденной волной.  Объединив  всё  вместе, мы можем записать уравнение плоской волны в таком виде:  Sx =A cos (2;t/Т-2;x/л ), знак минус в аргументе под косинусом означает то, что с увеличением  времени t  растёт и путь волны   x, поэтому чтоб оставаться на гребне волны  аргумент под косинусом должен быть величиной постоянной.       

РЕЗОНАНС

Когда качель мы детскую качаем
Мы в такт её тихонечко толкаем
Бежит качелька вправо - вправо подтолкнём
Летит налево - влево мы её пихнём
И внешней силой резонанс мы получаем
Взлетит наша качеля  до небес
Смотри,  чтоб не слетел ребёнок в лес.
 
РЕЗОНАНС В МЕХАНИКЕ

Когда мы строем по мосту шагаем
Мы в такт толпой  его шатаем
И усиленье наших амплитуд
Разрушит мост наш без сомнения тут.

РЕЗОНАНС ЗВУКА

Звук воздуха простое сжатие, и разрежение его.
Волною звук распространяя,
 в стакан  поток сей загоняя
И звуковой волной стакан шатая
Мы можем разорвать стакан,
 лишь резонанса достигая.

 Резонанс – это резкое увеличение амплитуды вынужденных колебаний при приближении частоты вынужденных колебаний  к частоте свободных колебаний. Зависимость амплитуды вынужденных колебаний от частоты (амплитудо-частотная характеристика) вычисляется по формуле А=Fo/(m;((wo2-w2))+;(2aw;^2))     Из формулы можно сделать вывод, что при малой частоте вынужденных колебаний (когда  внешняя частота колебаний  w намного меньше внутренней частоты wo), будет эффект, как просто воздействовать на тело с постоянной силой. При воздействии  сверхбольших  внешних частот (когда  внешняя частота колебаний  w намного больше внутренней частоты wo) знаменатель в нашей формуле становится очень большим и амплитуда стремится к нулю. При приближении частоты вынужденных колебаний к частоте собственных колебаний  w=wo,  то есть при резонансе, знаменатель в нашей формуле становится очень маленьким и амплитуда соответственно становится очень большой.

РЕЗОНАНС В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ  И  L-C КОНТУР

Большим количеством приборов,  уж никого не удивишь
С катушки ток идёт к обкладке, так конденсатор зарядишь
Потом уходит ток с обкладки, идёт к катушке он опять
Как маятник ток по цепи такой  блуждает
И колебания  внутри он вызывает
А если колебание  снаружи совпадает
То напряженье резко возрастает
И резонанс вдруг возникает
Что может вызвать взрыв цепи
Который наш прибор уничтожает
И тумблер в счётчике он отключает
И свет мгновенно затухает.

L-С контур состоит из последовательно соединённого конденсатора с катушкой индуктивности Электрический ток при этом идёт от конденсатора  к катушке за четверть периода , когда время t=Т/4  конденсатор разряжается полностью первый раз(напряжение на нём падает от Umax до 0) а сила тока в цепи возрастает от 0 до Imax.      За следующие четверть периода (время t=Т/2)   ток в цепи уменьшается  от Imax до 0 и идёт от катушки ко второй обкладке конденсатора, заряжая конденсатор  (напряжение на нём увеличивается от 0 до -Umax)  За следующие четверть периода (время t=3Т/4)   конденсатор опять начинает разряжаться (напряжение на нём падает от -Umax до 0) и идёт опять к катушке, сила тока в цепи при этом возрастает от 0 до - Imax.    Знак минус при этом означает смену направления тока.   За следующие четверть периода (время t=Т)   ток в цепи уменьшается  от -Imax до 0 и идёт от катушки к  первой обкладке конденсатора, заряжая конденсатор  (напряжение на нём увеличивается от 0 до Umax)  И затем весь этот процесс  снова и снова повторяется. Таким образом ток подобно маятнику циркулирует от одной обкладки конденсатора к другой, совершаются колебания напряжения и силы тока. При этом требуется только один раз зарядить конденсатор и весь ток уже циркулирует внутри цепи, совершая  собственные внутренние колебания (извне тока больше не поступает - этакое подобие вечного двигателя). Если к этим внутренним колебаниям присоединить генератор переменного тока, который даёт ток той же частоты наступает резонанс – резкое усиление амплитуды колебаний (т.е. резко возрастают значения Umax и  Imax) , которое может вызвать взрыв цепи.
Графики колебания напряжения и силы тока по периодам друг под другом.

ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ  ВОЛН

Когда частоты волн двух совпадают
И нет меж ними сдвига фаз
Интерференция вдруг наступает
О ней расскажем мы сейчас:
Идёт в тех точках усиленье,
где чётно полуволн мгновение.
А где нечётное соприкосновение
двух полуволн произошло,
то там идёт волны падение.

Интерференция - взаимное увеличение или уменьшение результирующей амплитуды когерентных  волн. Когерентные волны - это волны одинаковой частоты, между которыми нет сдвига фаз. Такие волны, встречаясь,  и  накладываясь  друг на друга в одних точках пространства  усиливают друг друга, а в других ослабляют друг друга. Что объективно проявляется усилением в одних точках света или звука, и ослаблением звуковых или световых волн  в других точках, что называется интерференционной картиной. Интерференционную картину механических волн  можно получить, например, присоединив два поплавка, качающиеся на воде к одной палочке, которая будет колебаться с определённой частотой.  Поплавки будут колебаться с одинаковой частотой и без сдвига фаз, а на поверхности воды мы наблюдаем интерференционную картину волн. Усиление амплитуды когерентных волн, то есть условия максимумов  наступает тогда, когда  разность хода (разность расстояния от двух источников волн до точки наблюдения) равна чётному числу полуволн:  ;=2mл/2  ,  где ;-разность хода, m- любое целое число, л-длина волны.  Ослабление амплитуды когерентных волн, то есть условия минимумов  наступает тогда, когда разность хода равна не чётному числу полуволн:    ;=(2m+1)л/2.    Интерференционную картину можно увидеть в мыльных пузырях, в масляных лужах,  используют её в тонких плёнках при изготовлении фототехники.
            

 КОЛЕБАНИЕ ВОЗДУШНЫХ СТОЛБОВ В ТРУБАХ

Органа слышим мы звучанье,
и  саксофона, флейты и трубы
Столбов воздушных колебанья,
энергию стоячей их волны
своей душой воспринимаем
И с давних уж времён мы знаем,
как  подобрать длину трубы,
чтоб гармонично уложить
узлы и пучности волны,
чтобы добиться чудного звучания,
и нот прекрасных сочетания.

 Колебание воздушных столбов в трубах создаёт  стоячую волну в результате движения столбов воздуха на встречу друг другу. В открытой трубе помещается целое число полуволн.  И это означает, что длина звуковой волны занимает две длины трубы L=mл/2  соответственно  л=2L/ m,  где   m- любое целое число,  л- длина звуковой волны, L- длина трубы.   В закрытой трубе помещается целое число полуволн и ещё четверть волны  L=mл/2  +л/4= л(m/2+1/4), соответственно  для m=1   L=л(1/2+1/4)=3/4л, отсюда л=4/3L   Соответственно по длине трубы можно подобрать частоту звука, помня, что частота связана с длиной волны  формулой:  с=л;, где л-длина волны, ;=1/Т- частота колебаний, величина обратная периоду (времени одного колебания)  с  – скорость распространения волны ( в нашем случае скорость звуковой волны = 343 м/с). Получаем частоту звука ;=с/л . Таким образом закрытые   органные трубы звучат октавой ниже, чем открытые органные трубы той же длины. В духовых музыкальных инструментах мы можем изменять длину волны и соответственно частоту звука, например в тромбоне с помощью кулисы (U-образной передвижной трубки), во  флейте открывая то одно, то  другое отверстие.   
               
КОЛЕБАНИЕ СТРУН

Колебание струны определённой частоты
Представляет волн сложение
Пучности содержат усиления,
и  содержат неподвижные узлы.
Слух  ласкает колебание струны
Но интересно, что движение фотона в яме и движение струны родны.
Чудны в природе волн сплетения
Законы многие сходны
И все мы знаем без сомнения
Что  музыка приятна для души.

Колебание струны в гитаре или в рояле создаёт стоячую волну, то есть волна распространяясь  до опор струны, отражается от них (при этом теряется полволны, так как отражённая волна идёт уже в противофазе) и уже две волны идут навстречу друг к другу, и наслаиваются друг на друга. При этом,  в стоячей волне есть узлы,  где колебаний струны не происходит,  и пучности, где амплитуда колебаний струны максимальны (что-то вроде интерференции волн). Если сложить два уравнения плоской волны Sx =A cos (;t-kx), то получим в итоге уравнение стоячей волны  Sx =Вх cos (;t+ф/2),где Вх=2A cos (kx-ф/2) и если   для удобства предположить, что струна закреплена в начале координат,  т.е.  х=0, и что разность фаз равна ;, тогда   получим  Sx =Вх cos (;t+п/2)=Вх sin;t ,где Вх=2A cos (kx-п/2)=2А sinkx –это пространственная составляющая, зависящая от координаты   х, и исходя из неё можно вычислить координаты узлов стоячей волны, при этом Вх должно быть равным 0, так как амплитуда не может быть равной 0, то sinkx должен быть равен 0, а мы знаем, что волновое число связано с длиной волны формулой  k=2п/л, соответственно  получим sin2пx/л=0 , а чтобы sin был равен 0 аргумент под ним должен быть равен любому целому числу  ; , т.е. 2 ; х/л=m ;, отсюда х=mл/2=2mл/2 - это координата узлов.  А чтоб найти координаты пучностей, синус должен быть равен 1, а аргумент под синусом должен быть для этого равен  ; /2+m ; =2 ; х/л, соответственно х=(m+1/2)л/2=(2m+1)л/2 . Более красиво считать, что в струне пучности соответствуют нечётному числу полуволн, а узлы чётному. Соответственно расстояние между соседним пучностями (так же как и между соседними узлами) равно одной полуволне л/2, а расстояние между пучностью и узлом равно четвёртой части волны, то есть л/4
Интересно, что график  движения микрообъекта в бесконечно глубокой потенциальной яме             (получается микрообъект то же как-будто закрыт между опорами гитары), такой же как и график движения стоячей волны в струне, и волновая функция то же имеет пучности и узлы. В данном случае сложное уравнение Шрёдингера можно преобразовать в более простое уравнение, похожее на уравнение стоячей волны, где волновая функция вычисляется по формуле:                Y=c sin( ;nx/a), где Y- волновая функция, с- амплитуда,  х- координата, n-главное квантовое число, а- ширина потенциальной ямы. Исходя из формулы видно, что в макромире при возрастании а - ширины потенциальной ямы, квантовое число n- стремится к бесконечности, и нам кажется, что электрон находится везде.

ПОГЛОЩЕНИЕ СВЕТА ВЕЩЕСТВОМ

Анализ крови мы спокойненько узнаем
Когда луч света сквозь пробирку пропускаем
Ведь вещество часть света поглощает
И интенсивность света тем сильней ослабевает
Чем больше концентрация в растворе вещества.

Поглощение света веществом зависит от концентрации этого вещества и его индивидуальных свойств, интенсивность света ослабевает так же пропорционально пройденному через вещество пути, и определяется по формуле lg ( I/Io)=ecL , где I- начальная интенсивность света, Io- конечная интенсивность света (на выходе из раствора), е - молекулярный показатель поглощения, с- концентрация вещества в растворе, L-толщина кюветы,  в котором находится исследуемый раствор (путь луча света через раствор). На  этой формуле основана вся современная лабораторная диагностика. Зная, например,  молекулярный показатель поглощения гемоглобина  или билирубина   -  е,   мы пропускаем луч лазера заданной начальной  интенсивности I через ёмкость  определённой длины  L   с исследуемой кровью, и затем  датчикам определяем конечную интенсивность луча на выходе из раствора Io. Зная все эти показатели соответственно по формуле  lg ( I/Io)=ecL вычисляем концентрацию  гемоглобина или билирубина в крови                с = lg ( I/Io)/eL, и диагностируем соответственно анемию или желтуху.
Рисунок- Совунья светит лучом света на шприц с кровью


РАССЕИВАНИЕ СВЕТА ВЕЩЕСТВОМ

Почему оранжевый закат 
Ну а днём всё небо голубое
Потому что синяя волна короче говорят
И рассеится быстрей в просторе.
При закате путь луча длинней
И нам длинный красный луч видней.

Рассеивание света подчиняется закону Релея,  при этом интенсивность рассеивания обратно пропорциональна длине волны луча в четвёртой степени:   I=1/л4  Из формулы видно, что чем меньше  длина волны л, тем больше  рассеивание света  I, поэтому синие и голубые лучи обладая меньшей длиной волны и большей частотой рассеиваются больше  красных, у которых длина волны больше, а частота меньше, и соответственно быстрее доходят до наших глаз.  Когда солнце спускается к горизонту, свету нужно пройти больший путь в атмосфере, поэтому  голубые лучи уже полностью рассеиваются в начале пути, и до наших глаз доходят красные лучи, которые рассеиваются медленнее.


КВАНТОВАЯ ФИЗИКА

Весь микромир наукой изучая
Энергию из атома черпая
И электрон по проводам гоняя
Коллайдер мощный запуская
Запутались все, ничего не понимая.
Довольно много путаниц в науке
Никто не видел электрона одного
Какого цвета он, и где летает
Никто конкретно ничего не знает
Всё только в общем не определено
Сегодня он волна, посмотришь он частица
Запутались все квантово давно.
Но всё работает: энергия вокруг летает
И все мечты нам воплощает
И голос километры пробегает
И видео у всех идёт давно
Нас волны света окружают
И информации полно
Познание пытливый ум терзает
И не смотря на это волшебство
Мы редко думаем:
Природа ведь прекрасна
И жизнь наверно не напрасна.

В квантовой физике много интересных, непонятных нашим привычным  представлениям, и ещё может быть мало изученных явлений, например квантовая запутанность или корпускулярно-волновой дуализм. Много споров возникало среди  учёных физиков, например между Эйнштейном и Нильсом Бором в отношении квантовой механики.  В конце концов оказалось, что многие теории  и законы хоть может  и до конца не понятны, но работают в атомной промышленности и в электронике.

СООТНОШЕНИЕ НЕОПРЕДЕЛЁННОСТЕЙ ГЕЙЗЕНБЕРГА

Когда мы атом изучаем
Мы положенье  электрона не узнаем
Лишь вероятностью оно определено
Быть может здесь он,
а быть может, вылетел в окно
Ну,  так и в нашем мире вероятно
Ты проживёшь счастливо,
А  быть  может, маловероятно,
ты где-то подскользнёшься и умрёшь
И в микромир наверно попадёшь.

В эксперименте  пропуская луч лазера через щель, мы постепенно суживаем щель, при этом пятно на экране сначала уменьшается, а потом при сильном сужении щели (при этом мы фактически уменьшаем погрешность координат ;х )  пятно на экране снова расширяется (потому что увеличивается погрешность импульса  ;Рх ) Это происходит потому, что в квантовой механике погрешность координат ;х,;y,;z  и погрешность измерения импульса ;Рх,;Рy,;Рz   будет всегда больше постоянной Дирака h/2п, то есть  ;Рх ;х; h/2п,;Рy;y;h/2п,;Рz;z;h/2п.      Это означает, что какие бы точные приборы не были, невозможно точно определить координаты микрообъекта, в связи с тем что для микрообъекта не характерны такие свойства как координаты и импульс,   мы приписываем микрообъекту эти свойства для решения задач, а на самом деле у электрона нет координат,  и это удивляет.  Хотя не удивляет, что, например, у электрона нет цвета и мы его рисуем белым мелом на доске условно. Если бы электрон двигался по чётко определённой траектории, то он имеет ускорение, и так как это заряженная частица, то он бы упал на ядро. Мы не можем задать точное положение электрона в атоме, и неопределённость скорости электрона ;v  на много больше самой скорости электрона. Треки электрона в камере Вильсона, где создаётся максимально влажная среда в вакууме с помощью пересыщенного пара - это лишь  грубое приближение пути электронов (всё равно, если вообразить, например, что  авто размером в 1 метр движется по дороге шириной 100 км, т.е. разность  составляет примерно в ;10;^5  порядков).

КВАНТОВАЯ ЗАПУТАННОСТЬ

Когда –то  электроны вместе жили
И крепко все они дружили
Но взрыв большой произошёл
И всех их по Вселенной разбросало
И одиночество настало
Но вот в бескрайнем космосе блуждая
Наш электрон,  надежды не теряя
Он друга верного нашёл
И в танце закружился он
Подобно жениху с невестой
Танцует он, кружит она
Танцуют этот танец и поныне
В своём чудесном микромире
И этот танец не прервать
Как дружбу крепкую не разорвать. 

Квантовая запутанность - это явление, когда квантовые состояния двух и более микрообъектов оказываются взаимосвязанными. Например, при изменении спина вращения одного фотона, мгновенно (со скоростью больше скорости света) меняется спин вращения другого запутанного с ним фотона, независимо от расстояния между ними, что подтверждено экспериментально.  Есть идеи применения квантовой запутанности в  разработке сверхскоростных квантовых компьютеров, для квантовой телепортации,   путешествий во времени и  по параллельным мирам.  Эйнштейн называл квантовую запутанность жутким действием на расстоянии.


ЭНЕРГИЯ СВЕТА И ФОТОЭФЕКТ

Свет, попадая на пластину,
Способен лампочку зажечь.
Он электроны вышибает,
и электричество в цепи пускает.
Энергией свет обладает
Энергию ту частотой волны определяют.
Чем больше частота волны,
тем ярче  лампочки видны.

Свет выделяет энергию квантами электромагнитного излучения, которые могут выбивать электроны с поверхности металла и запускать в цепи электрический ток, что называется фотоэффектом, который был открыт Герцем, исследован Столетовым и теоретически обоснован Эйнштейном. Ещё Макс Планк выяснил что энергия света зависит от частоты, и  рассчитывается по формуле Е=h;=hс/л,   где h=6.626х;10;^(-34) кг м^2 с^(-1) -это постоянная Планка, ;-частота света,   Е- энергия фотона, с- скорость света, л- длина волны света. Из формулы видно,  что чем больше частота электромагнитного излучения,  тем большей свет энергией обладает. Например, синий  и ультрафиолетовый свет обладает большей энергией, чем  красный, так как длина его волны меньше, а частота больше, соответственно такой свет  вызывает больший фотоэффект.  Эйнштейн рассчитал, что энергия света затрачивается на  работу выхода электрона, которая зависит от свойств  металла, а остальная энергия затрачивается  на кинетическую энергию выбиваемого электрона  Е=h;=Авых.+Ек=Авых+ mv^2/2   Минимальная частота, необходимая для выхода электрона с поверхности металла, называется красной границей фотоэффекта Е=h;=Авых. Соответственно ;=Авых./h


ЭЛЕКТРОН И КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВОЙ ДУАЛИЗМ
 
Что такое электрон
Никому не виден он
Строим лишь предположенья
Видим в камере его движение
То бежит он как волна
То в частицу обратится
И учёных не стыдится.

Ни один электронный микроскоп не позволяет увидеть электрон, пока что в него можно увидеть лишь атомы. Движение электронов мы наблюдаем в камере Вильсона, где создаётся максимально влажная среда в вакууме с помощью пересыщенного пара. Мы наблюдаем лишь  грубое приближение трека электронов (всё равно, если вообразить, например, что  авто размером в 1 метр движется по дороге шириной 100 км, т.е. разность  составляет примерно в ;10;^5 порядков).
Было замечено, что свет в одних случаях проявляет волновые свойства (дифракция, интерференция волн света), а в других случаях корпускулярные (фотоэффект).  Хотя свет ранее считали  только волной. Так же волновые свойства были отмечены позже у электрона, который считался ранее частицей.  Гипотезу корпускулярно-волнового дуализма разработал  де - Бройль.  Он предположил, что как геометрическая оптика является частным случаем волновой оптики при длинах волн  стремящихся к нулю, так и классическая механика может являться частным случаем волновой механики при длинах волн стремящихся к нулю. Так энергию фотона можно выразить согласно  уравнению Планка Е=h;=hс/л,   где h=6.626х;10;^(-34) кг м^2 с^(-1) -это постоянная Планка, ;-частота света, Е- энергия фотона, с- скорость света, л- длина волны света. Энергию фотона  можно выразить формулой Эйнштейна  Е=mс^2 Соответственно два этих уравнения можно приравнять  hс/л= mс^2, одну скорость сокращаем, и получаем  h/л= mс^, так как скорость умножить на массу есть импульс  Р, то получаем  h/л=Р, соответственно длина волны соответствующая частице света (фотону) равна   л= h/Р  .  У фотона нет массы покоя, а для частиц, имеющих массу покоя, это уравнение можно записать  л= h/mv,  где h=6.626х;10;^(-34) кг м^2 с^(-1) -это постоянная Планка, m-масса частицы,v-скорость частицы.
Человеку массой 66 кг, идущего со скоростью 1м/с, согласно формуле  л= h/mv  соответствует длина волны ;10;^(-35), которая в ;10;^20 раз меньше размеров атома, поэтому макрообъекты волновых свойств не проявляют. Электрону в атоме водорода с массой m=9.1х;10;^(-31), и скоростью v= 2.2х;10;^(6  ) м/с  соответствует длина волны 3.3х;10;^(-10)м, что больше размеров атома, и совпадает с длиной орбиты электрона в атоме водорода. Поэтому микрообъекты проявляют волновые свойства.


ИНФОРМАЦИЯ  ЗВУКА

Звук - воздуха простого сжатие
И разрежения его.
Но интереснее всего,
что сей волны простое колебанье,
на диске можно записать,
и  все слова и тексты воссоздать.
Секрет  той  записи простой:
частоты можно уловить  иглой
и  нацарапать ей дорожку,
а после слушать понемножку.

Механические колебания воздуха, вызванные звуковой волной, улавливаются мемраной, к которой прикреплена игла, эта игла в свою очередь колебаясь с такой же частотой и амплитудой, что и звуковая волна, может нацарапать на вращающейся пластинке  «дорожку» в виде борозды определённой формы и глубины. Затем  установив  иглу в эту борозду, и вращая пластинку,  за счёт неравномерности нанесённой борозды игла начинает колебаться с записанной ранее частотой, и передаёт эти колебания на мембрану, колебания которой усиливаются резонатором граммофона, и таким образом воспроизводится записанный звук.


 ИНФОРМАЦИЯ РАДИОВОЛН

Преобразуя звуковые колебания
Мы можем передать их на большие расстояния
Сквозь космос радиоволной
Вселенной слышен голос твой
Мы можем верить добрые деяния
Передаются то же на большие расстояния
И сквозь пространство добротой
Мы окружим весь шар Земной.

Звуковые колебания можно так же преобразовать в электрические, для этого к игле, которая идёт,  совершая колебания по бороздке грампластинки, присоединяют маленький магнит, на который колебания иглы передаются, и он  то входит в маленькую катушку индуктивности, и то выходит из неё, вызывая в ней ЭДС индукции (электродвижущую силу) Электрические колебания в свою очередь можно усилить и передать электромагнитной радиоволной. Эти волны впервые были математически рассчитаны Кларком  Максвеллом  и   обнаружены в эксперименте  Генрихом Герцем. Эти электромагнитные волны должны быстро во времени изменять свои электрические и магнитные поля, и всё это должно происходить на большом пространстве. Такие быстрые электромагнитные колебания возможны в L-C контуре, и чтоб увеличить пространство нужно было раздвинуть пластины конденсатора (тем самым уменьшив его ёмкость), и уменьшить индуктивность распрямив катушку (период в L-C контуре определяется  формулой Т=2;;LC, соответственно чем меньше ёмкость конденсатора и индуктивность катушки,  тем меньше период, и соответственно больше частота) В конце концов  получился провод, к которому присоединён генератор переменного тока, на концах этого провода (так как ток подаётся переменный) меняются знаки зарядов и соответственно направление электрического поля (оно направлено то от верхнего конца провода к нижнему концу, то наоборот) и соответственно правилу буравчика меняется и  направление магнитного поля (оно направлено то от нас, то на нас)  И эти электромагнитные поля по своей сути стоячие волны с узлами на концах проводов и с пучностью по середине. Через  четверть периода волна отрывается от излучателя, через пол периода образуется другая волна (в которой направление электрического и магнитного полей уже другое), потом и эта волна то же отрывается от  излучателя, и  эти две отошедшие волны связаны друг с другом магнитным полем (электрическое и магнитное поля  взаимно перпендикулярны), и затем всё продолжается в такой же последовательности и так эти волны распространяются в пространстве со скоростью света. Эти электромагнитные  волны и обладают  свойствами света, они поперечные,  могут отражаться от проводников, преломляться в призме из парафина, для них так же характерна интерференция и поляризация.


ИНФОРМАЦИЯ   КНИГИ

Мы можем буквой обозначить звуки
Из звуков строим мы слова
Мы пишем в книге свои строки
И  информация жива.

ИНФОРМАЦИЯ    ГЕНОМА

Нас   окружают информации потоки
Ведь вдумайся геном живых существ
Кодирует  всё   кем  мы  будем
И мы с тобою может   быть  забудем
Какой он был наш праотец
Но в зеркало взгляни ты наконец
Такой же нос, глаза и уши
Возможно прадед твой носил,  послушай
И информацию мы эту бережём
Из   рода  в  род  передаём.

Информация в клетке хранится в молекуле  ДНК, имеющей форму двойной спирали.  ДНК - полимерная молекула, состоящая из блоков нуклеотидов. Нуклеотид  состоит из пиримидинового или пуринового основания (их четыре вида- аденин, тимин, гуанин, цитозин) , сахара-дезоксирибозы и остатка фосфорной кислоты. Кстати пример нуклеотида – молекула АМФ, предшественник  молекулы АТФ, снабжающей клетку энергией.  Нуклеотиды связаны между собой в каждой спирали  ДНК гидроксильной группой дезоксирибозы и  фосфатной группой остатка  фосфорной кислоты последующего нуклеотида. Обе спирали связаны между собой водородными связями между пуриновыми и пиримидиновыми основаниями по принципу комплементарности:  аденин всегда напротив тимина, гуанин напротив цитозина. При переписывании информации с ДНК на молекулу РНК (этот процесс называется транскрипцией) спираль ДНК под действием белкового фермента РНК полимеразы расшивается на определённом протяжении и здесь идёт построение молекулы матричной РНК так же по принципу комплементарности, только вместо тимина у РНК  встаёт нуклеотид  урацил. Затем матричная РНК выходит в цитоплазму клетки, захватывается рибосомами и начинается непосредственно синтез белков на матрице - трансляция. Рибосома как бы скользит по цепочке  матричной РНК и к ней подходят молекулы транспортной РНК, доставляющие нужные аминокислоты. Транспортные РНК, состоящие из трёх нуклеотидов, комбинации которых соответствует одна аминокислота с одной стороны и комбинация нуклеотидов матричной РНК с другой стороны доставляет аминокислоты к месту синтеза белка в последовательности  согласно информации, записанной на матричной РНК. Каждую из 20 аминокислот кодирует комбинация из трёх нуклеотидов (триплёт, кодон),  а так как нуклеотидов 4, то всего таких комбинаций может быть 4^3 =64. Некоторые комбинации  кодируют одну и ту же аминокислоту, некоторые комбинации кодируют начало синтеза белка, некоторые его конец-это стоп кодоны, для которых нет соответствующей транспортной РНК, и поэтому синтез белка на них заканчивается.  На начальных этапах эволюции считается, что информация хранилась в молекуле РНК, затем уже закрепилась в ДНК, которая у прокариот находилась непосредственно на мемране клетки, потом уже была надёжно спрятана   в клеточное ядро. Видимо так лучше сохранить информацию. И наверное не зря многие звери и человек так заботятся о своём потомстве, возможно все хотят закрепить  информацию о себе  в потоке вечности.
Рисунок – из серии про меланин

ИНФОРМАЦИЯ В НЕЙРОНАХ

Как информацию храним мы в мозге?
Никто не ведает сего.
Возможно, как на жёстком диске
Идут магнитные дорожки
В мембранах эндоплазматической сети
И импульс, как игла, ту информацию читает
И через синапсы распространяет
И комбинаций этих миллиарды
Силён компьютер в голове
Быть может, повезёт однажды
Раскрыть устройство его мне.
Одно известно и сейчас нам
Чтобы в нейронах импульс поскакал
Нам нужно превышать потенциал
И как в компьютере бинарный код
По нервам электричество идёт
За единицу мы берём включённый ток
За ноль берём отсутствие его
Природой  это  оказалось
До человека всё уж внедрено

В компьютере вся информация кодируется бинарным кодом. Так для машины проще. Если ток идёт - это 1,  если тока нет – 0.  На жёстком диске компьютера (который состоит из ферромагнитного материала)  информация записывается и хранится, как и на магнитофонной ленте, в виде намагниченных полей. При считывании информации магнитное поле воздействует на  катушку считывающей головки и по принципу электромагнитной индукции генерирует электрический ток.  Возможно в головном мозге то же информация записана примерно   по такому же принципу,  например в белке памяти, в эндоплазматической сети, но это наукой ещё не изучено и соответственно  не доказано.
 Мембрана нейрона изнутри имеет более отрицательный заряд, и более положительный заряд снаружи. Разность потенциалов снаружи и внутри мембраны обусловлена большей концентрацией внутри клетки отрицательно заряженных аминокислот и меньшей концентрацией положительно заряженных ионов Na. В мембране каждой клетки работает  Na-К АТФ-аза- это белок который  постоянно выкачивает из клетки наружу три  иона Na+ и закачивает внутрь  два иона К+  В какой-то момент созревания нейрона на его мембране появляются постоянно открытые  калиевые каналы, и так как калия внутри клетки в 30 раз больше, то ионы К+  по закону диффузии выходят наружу, но не до полного  выравнивания концентраций, а до нарастания отрицательного заряда цитоплазмы, который притягивает положительные ионы калия и в какой-то момент наступает равновесие- сколько К+ выходит из клетки, столько и входит. И эта точка равновесия  называется потенциалом покоя и составляет  -70МВ.  Нервная клетка сама себя зарядила и готова к передаче возбуждения.   Импульс в нейроне возникает только при достижении потенциала действия определённого значения, а именно,  когда разность потенциалов поднимается до – 50 МВ, при более низких стимулах импульс не возникает - это принцип  всё или ничего. При  этом открываются натриевые каналы и ионы Na+ устремляются внутрь клетки    (по принципу диффузии и из-за отрицательного заряда внутренней поверхности мембраны) Так как натрий в клетку заходит очень быстро, то мембрана быстро перезаряжается  достигая   +30 МВ  Затем открываются уже другие калиевые каналы с петлёй-турникетом и ионы К+ устремляются из клетки, потенциал действия снижается и  мембрана снова перезаряжается, достигая значений потенциала покоя.  Таким образом передача импульса в нейроне  чем то напоминает бинарный код в компьютере, то есть импульс либо есть - это 1, либо его нет - это 0. Тетродотоксин (токсин рыбы Фугу) блокирует натриевые каналы, и импульс не передаётся, при этом развивается паралич. Местные анестетики, например новокаин или лидокаин, так же блокируют натриевые электро- чувствительные каналы и соответственно блокируют распространение болевого импульса.
Еще нейрохирург Пенфилд, изучая головной мозг у пациентов с эпилепсией, вызывал, воздействуя на определённые зоны мозга,  электродом со слабым электрическим током сенсорные ощущения, двигательные реакции, поток воспоминаний и даже дежавю. Производилось картирование мозга. В настоящее время так же продолжается изучение коннектома головного мозга (взаимосвязей  миллиардов нейронов в нём) с использованием уже МРТ. Но ответов на все вопросы у нейробиологов пока нет.