Материалы для оформления стендов и стенгазет
занимательные факты по физике по теме

Пребывая на пике карьеры, актриса и «самая красивая женщина мира» в 1942г. запатентовала идею “частотного сканирования”, и это не имея никакого технического образования. Её изобретение легло в основы военных сил США – Navstar Global Positioning System – GPS (спутниковой системы глобального позиционирования).

 Свой патент Хеди Ламар безвозмездно подарила   правительству США.

Об изобретении вспомнили только в конце 50 гг., когда перешли на электронные компоненты. Уже в 1960 г. появился термин spread spectrum (система с расширенным спектром), который развивал идеи Ламар и Антейла. Военное ведомство США разработало и успешно внедрило систему секретной связи (с основой расширенного спектра), которую применяли даже в 1962г. во время Карибского кризиса. В начале 80х технологию начали использовать в гражданских целях, а до тех пор она долгие годы была засекречена.

Сегодня технология расширенного спектра пребывает на пике своей «карьеры». Она применяется в сферах, без которых жизнь человека сегодня немыслима: в мобильной телефонии, Bluetooth, беспроводных устройствах связи Wi-Fi и др. областях.

В основе всех бронежилетов лежит материал кевлар, который в 1971 году придумала доктор Стефания Кволек. Всю свою жизнь она проработала в крупной химической компании DuPont. После многолетних опытов и экспериментов химик наконец-то смогла получить новое синтетическое волокно, которое по своим свойствам было в пять раз прочнее стали и гибче нейлона.

В 1975 году новый материал, Kevlar, был выпущен на рынок. Сейчас он применяется практически везде: из него делают тросы, кузова автомобилей и катеров, паруса, фюзеляжи самолетов и детали космических кораблей, лыжи и теннисные ракетки. Но тем, что из кевлара делают пуленепробиваемые жилеты для полиции и костюмы пожарных, Стефани Кволек гордится особенно: это (как и другие) применение кевлара помогло спасти миллионы жизней.

В самых первых автомобилях глушители отсутствовали, поэтому «древние» авто издавали ужасающий рев, пугая не только прохожих, но и лошадей, которые на тот момент были все-таки основным видом транспорта. Общественное негодование и протест росли прямо пропорционально увеличению количества машин на дорогах.

Но в 1917 году нашлось спасение: американка Долорес Джонс, также как и все ненавидевшая постоянный гул на улице, изобрела и применила к автомобилям первый в истории звукозащитный фильтр, благодаря которому удалось снизить уровень шума и гражданского недовольства.

  Имя этой женщины сейчас почти никому не известно. Тем не менее, каждый водитель ежедневно пользуется ее изобретением. Американка Мэри Андерсон придумала стеклоочистители и запатентовала свою идею в 1903 году. Первые «дворники» были, конечно же, механическими и состояли из вращающейся рукоятки и резинового валика. Зато они работали!
Мысль о том, что водителю нужно как-то очищать лобовое стекло автомобиля, не выходя из салона, пришла в голову Мэри Андерсон во время зимней поездки из родной Алабамы в Нью-Йорк. Женщина заметила, что многие водители, несмотря на холод, ветер и снегопад, вынуждены были ехать «по-летнему», с откинутым ветровым стеклом – иначе они попросту ничего не видели сквозь залепленное осадками окно.
Целый год Мэри чертила, конструировала и испытывала свои стеклоочистители, прежде чем они были завершены. Зато это были первые работающие «дворники» – все предыдущие идеи на эту тему оказывались несостоятельными.
Несмотря на то, что Мэри Андерсон на момент получения патента было уже 38 лет и она была опытным предпринимателем (женщина торговала недвижимостью и держала собственную винодельню), получить доход от стеклоочистителей она не смогла. Поначалу Мэри пыталась продать права на изобретение некоей канадской фирме, но ее предложение было отвергнуто. Автопроизводители тоже не торопились устанавливать стеклоочистители Андерсон.
Когда в 1920 году истек срок действия патента, предприятия сразу начали оборудовать машины «дворниками», сделанными по чертежам Мэри. Конечно же, изобретательница не получила от автопроизводителей ни гроша. Мэри Андерсон скончалась в 1953 году, когда без ее идеи уже невозможно было вообще представить автомобиль. Впрочем, говорят, что женщина не слишком жалела о том, что не смогла извлечь прибыль из своей, безусловно, гениальной идеи…
Кстати, автоматические дворники тоже были изобретены женщиной. В 1917 году американка Шарлотта Бриджвуд запатентовала электрические стеклоочистители, которые работали от двигателя автомобиля. Ее изобретение тоже не стало источником дохода – стеклоочистители продавались из рук вон плохо.

Американка Табита Бэббит в 1810 году изобрела прототип циркулярной пилы. Ткачиха по профессии, однажды она наблюдала, как ее братья тяжело трудились, распиливая толстые бревна пилой с двумя ручками, работая по принципу «вперед-назад». Бэббит заметила, что дерево распиливалось только при движении пилы вперед, в обратном направлении ничего не происходило, кроме пустой траты энергии. Через некоторое время женщина придумала и изготовила пилу с круговым лезвием, которая позволяла распиливать бревна в два раза быстрее, ведь уже каждое движение имело смысл.

Запатентовать новинку не удалось, т.к. изобретательница состояла в религиозной общине, отрицающей материальные блага. Но пила Табиты Бэббит получила высокую оценку пользователей. Вскоре ее стали широко использовать в лесопильной промышленности всего мира.

Гипатия Александрийская - видная представительница древнегреческой философии и математики. Гипатия, по описанию историков, была женщиной необыкновенной красоты и больщого ума. Отец Гепатии - Теон Александрийский, крупный ученый-математик, написавший толкования к астрономическому сочинению Птолемея и на знаменитые геометрические "Начала" Евклида.
Она изобрела некоторые научные инструменты: прибор для получения дистиллированной воды, ареометр- прибор для определения плотности жидкости, астролябию - прибор для определения широт и долгот в астрономии, планисферу - изображение небесной сферы на плоскости, на котором можно вычислять заход и восход небесных светил.
Гипатии приписывают слова: «Лучше думать и делать ошибки, чем не думать вообще. Самое страшное – это преподносить суеверие как истину».

Испокон веков женщина считалась хранительницей домашнего очага, поэтому наука и другая общественная деятельность являлась прерогативой мужчин. Однако в истории были знаменитые женщины, придумавшие новые изобретения.

 Символ моряков-подводников – перископ, придумала Сара Матер, и запатентовала его еще в середине 19-го века, если быть более точным, то в 1845 году.  

Русские женщины тоже много чего придумали. Так и Надежда Кожина, в 1873 году показала всему миру, так как выставка в Вене, где она «показывала» была Всемирной, как нужно закрывать мясные консервы. Мир оценил и дал Кожиной за это медаль.

Кто сказал, что чтобы придумать что-то нужно специальное образование? Вот вам пример противоположного – секретарша Синтия Вестовер решила, что снег может испортить ее новые сапожки, и придумала снегоуборочную машину. И с 1892 года эти агрегаты заняли свое место в гаражах по всему миру. 

Недосчитавшись нескольких тарелок из своего любимого фарфорового сервиза, Джозефина Кокрейн создала машину, которая только моет посуду, а не бьет. Это произошло в 1886 году, но только спустя 40 лет, устройство Кокрейн было признано необходимой вещью в хозяйстве.

Леди Августа Ада Байрон (1815-1851) - первый в мире программист. Она составила код для вычислительной машины, изобретенной сэром Чарльзом Баббаджем.

Цветные сигнальные ракеты дляморского флота изобрела женщина. Когда Марта Костон (Martha Coston, согласно военной документации,  произвела для военно-морского флота во время гражданской войны около 1200000 ракет, которые она предоставила им, флот отказался выплатить ей всю сумму в связи с тем, что она была женщиной.

Черная женщина Эллен Эглуи жила в Вашингтоне в конце-прошлого века и именно тогда изобрела барабан стиральной машины. Но в 1888 году она продала патент на изобретение за 18 долларов, поскольку «никто не стал бы покупать стиральную машину, если бы знал, что патентом на нее владеет какая-то «негритянка».

Усталая мама и домохозяйка Марион Донован в 1917 году села за швейную машинку и, после нескольких попыток, из банальной душевой занавески получились водонепроницаемые покрытия для подгузника. В отличие от резиновых ползунков, которые уже были на рынке, дизайн Донован не вызывал опрелостей и не повреждал кожу ребенка.

Много написано о сверхчеловеческих спортивных способностях пловца Майкла Фелпса, который завоевал шесть золотых медалей на Олимпиаде в Афинах в 2004 году. Это генетический феномен: он сложен как рыба и руки-ноги у него – как весла. Действительно, Олимпийские игры нельзя выиграть без генетической предрасположенности к конкретному спорту. Но если бы Фелпс побил рекорд Марка Спица (семь золотых олимпийских медалей на играх 1972 года), то это было бы идеальное сочетание природных способностей, упорных тренировок и грамотной техники.
Биохимия
При мощных гребках руками, которые характерны для стиля баттерфляй, в мышцах образуется молочная кислота, снижающая их работоспособность. Точные данные Фелпса засекречены, но известно, что в его организме молочная кислота образуется в гораздо меньшем количестве, чем у других спортсменов.
Гибкость
Одни виды спорта требуют от спортсмена быть особенно сильным (метание ядра), другие – гибким (гимнастика). Для пловца необходимо и то, и другое. Необычная гибкость рук и ног Майкла Фелпса позволяет ему двигаться в воде с меньшим сопротивлением.
Гидродинамика
В заплыве на 200 м вольным стилем пловец двигается со скоростью 6,1 км/ч, при этом он тратит 290 кДж  только для преодоления лобового сопротивления. Для решения этой проблемы Фелпсу приходится занимать особую гидродинамическую позу – голова опускается вниз, бедра поднимаются вверх.
Техника
Майкл Фелпс – известный мастер баттерфляя. Отталкиваясь от стенки и делая хлесткий удар ногами, он может плыть даже быстрее, чем при традиционной технике работы ногами. Это позволяет ему легко выигрывать у соперников до половины корпуса.

Мировой рекорд по прыжкам с шестом – 614 см, установленный украинцем Сергеем Бубкой, держится уже 14 лет. Что нужно сделать для того, чтобы преодолеть такую высоту? Секрет прыжка с шестом заключается в том, что результат на 85% зависит от физики и на 15% – от акробатики.
Для того чтобы подняться на эту высоту, спортсмену необходима достаточная кинетическая энергия, и поэтому он должен разогнаться до скорости почти 10 м/с. Шест при постановке в упор начинает работать как пружина, переводя энергию прыгуна (более 4000 Дж) из кинетической в потенциальную, в результате поднимая его на высоту 5 м. А дополнительный 1 м можно получить за счет изгиба тела и последующего отталкивания от шеста с движением вверх и через планку.
Разбег
Чем выше скорость разбега прыгуна, тем больше энергии он сможет передать шесту, ставя его в упор перед прыжком. В среднем спортсмен способен достичь максимальной скорости за 10–12 беговых шагов.
Постановка шеста
При постановке шеста в упор под углом 18 градусов шест должен согнуться так, чтобы расстояние между его концами составило 70% от длины, при этом угол между касательными на концах шеста составит от 120° до 160°, в зависимости от роста спортсмена и его массы.
Отталкивание
Потенциальная энергия согнутого шеста передается спортсмену в виде кинетической энергии. Прыгун отталкивается от беговой дорожки и двигается вверх, и по мере того как шест выпрямляется, тело переходит в вертикальное положение.
Преодоление планки
В полете прыгун изгибает свое тело так, чтобы все время находиться лицом к планке. Прыгунам для выполнения этого маневра необходима гимнастическая подготовка, поэтому они отрабатывают кувырки и стойку на руках.

Когда  гимнастка Настя Люкина делает большие, очень энергичные обороты на брусьях, то они могут показаться серией обычных кругов. Но на самом деле во время этого упражнения происходит довольно сложный обмен энергией между гимнасткой и гибкой верхней жердью брусьев, за которую она держится.

Обороты должны быть и красивыми, и функциональными – у гимнастки должны быть прямые руки и вытянутые носки, но при этом ей необходимо набрать достаточный момент инерции, чтобы суметь выполнить соскок с двойным сальто. С невероятной силой и скоростью Настя элегантно преодолевает гравитацию.
1. Гимнастка начинает движение со стойки на руках в верхней точке над жердью. Ноги выпрямлены, носки вытянуты вверх.
2. Когда она начинает движение вниз из стойки, трение рук о жердь слегка уменьшает скорость вращения, которая достигает в первой фазе упражнения 275 град/с. Для компенсации этих потерь гимнастка опускает ноги и слегка сгибается в поясе, чтобы не задеть нижнюю жердь.
3. При приближении к вертикальному положению в нижней точке гимнастка прогибает спину для увеличения энергии вращения. Перегрузки в нижней точке могут достигать от 4 до 7 g, что приводит к тому, что жердь изгибается вниз до 12 см.
4. Она завершает это хлесткое движение (мах) на фазе движения вверх за счет сгибания в поясе и подачи ног вперед. В результате центр тяжести тела приближается к центру вращения тела, при этом момент инерции используется для увеличения угловой скорости, которая возрастает до 304 град/с.
5. Временное окно для выполнения соскока составляет всего 67 миллисекунд, когда тело гимнастки занимает положение от –10 до +20 градусов относительно горизонтали. Время полета составляет меньше 1,5 с.

В технике баскетбола выделяют два раздела:  техника передвижения и техника владения  мячом. Эти две структуры (кинетическая и динамическая) полностью опираются на законы физики.

Бег баскетболиста состоит из рывков и ускорений. Скорость бега может нарастать благодаря мышечным усилиям. Во время бега на игрока действуют также сила трения, сила тяжести, сила сопротивления воздуха.

Для прыжка игрок своими мускулами создает такую «силу выталкивания», которая позволяет ему подпрыгнуть, оторваться от пола, преодолев силу тяготения.

При броске и передаче мяча игрок должен оценить силу, создаваемую его ногами и руками и приложенную к мячу для «поражения» кольца или передачи мяча партнеру.

В момент, когда ловят мяч, происходит удар, передача энергии и импульса. Энергия летящего мяча передается рукам. 

Спортсмен показывает свое мастерство: он должен точно послать мяч на другую половину стола независимо от того, близко или далеко от сетки «приземлился» мяч, посланный соперником, высоко или низко он отскочил и каков характер его вращения.

Для того, чтобы хорошо играть, необходимо знать, как образуется траектория полета мяча, и изучить ее границы. Траектория полета мяча зависит прежде всего от вида и силы удара игрока по мячу; обычно ее характеризуют высотой дуги и зоной игры. Дуга в процессе полета мяча под действием силы тяжести и сопротивления воздуха постепенно снижается.

Истинные болельщики футбола до сих пор помнят штрафной удар бразильца Роберто Карлоса на турнире во Франции летом 1997 года. Мяч был установлен примерно в 30 м от ворот соперников, ближе к правому краю поля. После удара Карлоса мяч полетел далеко в правую сторону, облетел «стенку» в метре от нее и заставил пригнуть голову подающего мячи мальчика. После этого чудесным образом мяч повернул влево и влетел в верхней правый угол ворот - к изумлению игроков, вратаря и представителей СМИ.

Как объяснить этот трюк с точки зрения физики? Первое объяснение боковому отклонению вращающегося предмета было дано немецким физиком Густавом Магнусом в 1852 году. Магнус вообще-то пытался определить, почему гильзы и пули отклоняются от траектории при вращении. Однако его объяснение в равной степени распространяется и на мячи, поскольку основной механизм искривления траектории футбольного мяча почти такой же, как и у мячей в других видах спорта - бейсболе, гольфе, крикете и теннисе.

Рассмотрим мяч, который вращается вокруг оси, перпендикулярной потоку воздуха вокруг мяча. В области воздушных вихрей воздуха справа от мяча было вызвано тем, что удар, пришедший не в центр, а сбоку, заставил мяч вращаться слева направо. Справа от мяча образовалась область низкого по сравнению с атмосферным давлением- причина изменения искривления траектории. Такой удар в футболе называется «сухой лист»

Какие выводы следуют из удара Роберто Карлоса? Если ударить мяч настолько сильно, что над его поверхностью образуется турбулентность, сила трения останется небольшой и мяч полетит. Если требуется закрутить мяч, ему нужно придать вращение с помощью удара по удаленной от центра точке. Это легче сделать в сухую погоду, но и можно и в дождь. Траектория мяча максимально искривится, когда он замедлится и перейдет в режим ламинарного потока. Поэтому необходимо долго отрабатывать штрафные удары с тем, чтобы этот переход происходит в нужном месте - например, сразу после того, как мяч пролетел «стенку». Если же погода влажная, все равно можно закрутить мяч, но лучше перед этим просушить мяч и бутсы.