Навигация по знаниям

Основная сложность в разработке нашего онлайн-курса состоит в декомпозиции единого пространства научно-технических знаний на минимально связные между собой области. Это необходимо для выбора оптимального порядка подачи учебных материалов, при котором они были бы наиболее понятны.

Знания группируются в темы, а задания - в кластеры.

Наш онлайн-курс содержит уже целых 303 знаний. Нажимайте на знание, чтобы попасть на занятие, которое ему учит.
Если задача непонятна, воспользуйтесь автоматической навигацией.

IPython/Jupyter notebook

• Команда %matplotlib inline
• Команда %matplotlib tk
• Магические % команды Jupyter Notebook
• Можно использовать Notebook как тетрадь или редактор документов, используя Markdown и %%HTML

Python

• Python может скачивать данные в переменные из Интернета
• Python может считать +-*/** как калькулятор. Намного быстрее человека.
• float('inf') и его свойства
• numpy.full()
• Анимация с matplotlib.animation.FuncAnimation()
• Библиотека decimal
• Библиотека fractions
• Библиотека matplotlib
• Библиотека numpy
• Библиотека random
• В переменных могут храниться строки, числа, списки, функции.
• Встроенные функции Python
• Вызов функций из функций
• Графики с plt.plot(). Цвет, толщина и стиль линии. Подписи к осям и графику. Сетка. Русские буквы.
• Импорт функций и библиотек Python
• Использование двоеточий и отступов в Python
• Кортежи в Python
• Массивы numpy, арифметические действия с ними и функция numpy.array()
• Переменные в Python
• Правила именования переменных и функций в Python
• Создание своих функций в Python
• Сокращенная запись += -= *= /= **=
• Списки в Python
• Функция bin()
• Функция len()
• Функция numpy.arange()
• Функция print()
• Функция sum() находит сумму списка
• Цикл for in range()

Акустика

• Звук - это колебание, дрожание, разновидность движения.
• Звук может распространяться по объектам.
• Звук проходит сквозь звук

Алгебра

• Модуль числа и функция abs()
• Отрицательные числа.
• Свойства +-*/ отрицательных чисел
• Системы счисления: десятичная, двоичная, вавилонская
• Среднее арифметическое
• Существуют графы
• Существуют дроби. Десятичные и простые.

Алгоритмы и теория вычислений

• Представление в компьютере дробей как неточных двоичных чисел с плавающей точкой.
• При прикидке часто игнорируют мантиссу и считают только порядок искомой величины

Астрономия и космонавтика

• Пустота более распространена во Вселенной, чем вещество

Биология

• Скат и угорь бьют электричеством. У угря выше напряжение.

Вакуумная техника

• В открытом космосе - вакуум.
• Вакуум - лучший диэлектрик.
• Вакуум - это пустота, безвоздушное пространство.
• Может быть, пустое пространство - это просто ничто, а может быть - нечто самостоятельно существующее

Геометрия

• Координаты. Начало координат.
• Первичные понятия о графиках и координатах x,y,z

Изобретение

• Прием "объединение-дробление"

Клеточные автоматы

• Клеточные автоматы

Конструирование

• Важно максимально сохранять понятность создаваемой системы
• Изучив объекты, можно конструировать из них полезные системы для достижения своих целей
• Пространство и время - ценнейшие ресурсы, за них все борются.

Магнитное поле

• Существуют магнитные силы

Мат. анализ

• Опытные науки дают математике явления, а она им - матем. объекты, которые можно применить к описанию явлений.
• По приращениям можно судить о форме графика самой функции
• Понятия монотонного возрастания и убывания
• Приращения и изменения чего бы то ни было принято обозначать буквой Δ
• Чем больше известно математических объектов, тем лучше для науки и техники

Материаловедение

• Вещества бывают твердые, жидкие, газообразные.
• Вещества не проходят через сами себя
• Металл можно рубить
• Металл от нагрева размягчается и плавится

Методология науки и техники

• Внедрить новое сложнее, чем создать. Но этому можно научиться.
• Где нет повторяемости - там нет науки
• Единство науки и техники
• Игра является важным способом научного познания
• Наука - это не свод незыблемых правил, а предстояние бездне неведомого.
• Непонятные ситуации можно понять, строя модель и сравнивая с опытом.
• Непрерывный технологический процесс обычно производительнее прерывного.
• Нужны ученые - специалисты и универсалы. Но всем полезна широта кругозора.
• Понятия инструмента и изделия
• Предположение, которое можно проверить опытом, называется гипотеза
• Пример морфологической таблицы
• Спектр формальности мышления
• Теория - это система подтвержденных гипотез
• Чем больше находим ответов на старые вопросы - тем больше мы можем задавать новых.
• Чтобы меньше писать, вместо слов в науке используют краткие обозначения.

Метрология

• Бывают величины дискретные и аналоговые
• Высокая точность измерений достигается при выборе минимального диапазона, превосходящего измеряемую величину.
• Измерение малых сопротивлений путем их объединения с большими
• Измерение мультиметром милливольт
• Измерение сопротивлений мультиметром
• Мультиметр - многофункциональный измерительный прибор
• Наиболее точны показания приборов на середине диапазона измерений
• Номинальное значение параметра прибора - это указанное на нем. Реальное значение отличается на величину погрешности.
• Погрешность - это возможная неточность.
• Приставки СИ
• Существуют приборы для измерения сопротивления - омметры
• Существуют различные величины, а у них есть единицы измерения.
• У вольтметра есть конечное входное сопротивление. Чем оно больше, тем лучше, т.к. меньше утечек и влияния на схему.

Механика

• Время = Путь / Скорость
• Движение может распространяться по объектам.
• Сила - причина движения

Нейробиология

• Мозг состоит из нервных клеток - нейронов.

Нейроэлектроника

• Можно подключать приборы к отдельным нейронам при помощи микроэлектродов.
• ЭКГ основано на измерении на коже тысячных долей вольта.

Оптика

• Металлы не проводят свет
• Свет проходит сквозь свет
• Существуют излучения: радио, тепловое излучение, свет, рентген, радиация

Оптоэлектроника

• Светодиод светится даже от ничтожного электричества
• Светодиоды и их подключение

Относительность и гравитация

• В пространстве есть разные направления, а у времени - одно.
• В пространстве можно двигаться в противоположные стороны, а время течет только вперед.
• Время делится на прошлое, настоящее и будущее
• И пространство, и время имеют протяженность, измеримые промежутки.
• Идея машины времени. Непонятно, возможна ли она.
• Каждое событие происходит где-то в пространстве и когда-то во времени
• Неясно, существует ли время "само по себе" или это просто отношение между событиями.
• Существуют силы гравитации
• У времени и пространства есть существенные сходства и отличия.

Педагогика

• Основы работы с нашим курсом

Пиротехника

• Дым - это мелкие твердые частички.
• Пламя - это очень горячий газ.

Пневматика

• Воздух не пойдет по трубке одновременно в две стороны если дуть с двух сторон
• Газ расширяется на все доступное ему помещение
• Запах - это газ.
• Пар - это газ.

Программные средства

• В компьютерной игре действуют только те законы, которые где-то в нее заложены

Производственные технологии

• В старину умели делать тонкие металлические нити
• Волочение проволоки
• Горячий металл легко расплющить
• Завальцовка и ее суть.
• Производство проволоки путем плющения материала в лист и последующей рубки на полосы.
• Электрической дугой можно плавить материалы.
• Электрической дугой можно сваривать материалы.

Психология

• Человек ощущает течение времени

Термодинамика

• Металлы проводят тепло
• Тепло проходит сквозь тепло

Физика плазмы

• При напряжении в миллиарды вольт молния пробивает километры воздуха.

Физика твердого тела

• Конденсированное вещество - это твердые тела, жидкости и переходные формы между ними. Все, что не газ.
• Металл от нагрева размягчается и плавится.
• Объектам окружающего мира присущи свойства: положение, движение, тепло-холод
• Твердое тело и жидкость - это не классификация предметов, а отношение между ними в конкретном эксперименте.

Философия

• Детерминизм и индетерминизм
• Есть мнения что прошлое или будущее где-то реально существуют. Есть и противоположные мнения.
• Законы мироздания могут быть свойствами объектов, самого пространства или чем-то еще
• Законы мироздания определяют, что в нем может существовать и как оно может себя вести
• Законы мироздания познаваемы и это здорово
• Непонятно, бесконечны ли время и пространство.
• Онтология - это список всего, что есть в мире
• Системы, объекты, отношения

Ценность науки и техники

• Важность сознательного новаторства
• Задавать вопросы ценно. Пока вопрос не задан - ответа на него не найти.
• И.Ф.Земмельвейс и его подвиг
• К.Э.Циолковский - основатель космонавтики
• Наука - это красота, сила и подвиг
• Новые изобретения важно внедрять, доводить до промышленности и армии.

Электрическое поле

• Существуют электрические силы

Электроника

• Измерение сопротивлений резисторов мультиметром
• Резисторы и их цветовой код.

Электротехника

• + и - батарейки перестают создавать электричество если их отпилить друг от другка
• + и - двух батарей создают электричество, если другие их полюса соединены
• + и - двух батарей, если другие их полюса соединены создают электричество сильнее, чем от одной батареи
• + и - потенциалы взаимоуничтожаются
• 1D модель поддерживает хранение ϕ на изолированных проводниках, их заряд и разряд
• 1D модель с массивом токов дает плавное распределение потенциала в проводнике между клеммами
• 1D модель электричества
• U между любыми точками на участке цепи, не содержащем батарей, меньше чем на его концах
• ϕ на соседних участках цепи стремится выравняться
• Батареи сохраняют работоспособность и после неоднократного кратковременного соединения клемм хорошим проводником
• Батареи, последовательно соединенные в одном направлении помогают друг другу
• Батареи, последовательно соединенные в противоположном направлении мешают друг другу
• Батарейка не хранит, а вырабатывает электричество с ограниченной скоростью.
• Батарейка создает разность потенциалов
• Батарея в момент соеединения клемм хорошим проводником иногда дает небольшие искры.
• Батарея и опыты В.В. Петрова 1802 г.
• Батарея работает только если и + и - ее подключены к цепи
• В графите падение напряжения тем больше чем больше длина проводника
• В графите падение напряжения тем меньше, чем толще проводник
• В закрытой системе проводников сумма потенциалов (количество электричества) не меняется.
• В каждой точке проводника может быть только одно определенное значение потенциала.
• В отличие от электричества напряжение охотно заходит в ответвления цепи от пути, соединяющего + и - клеммы
• В послед. соединении проводников чем больше сопротивление каждого из них, тем больше на нем падает потенциал
• В проводнике может находиться некое конечное количество электричества.
• В разветвлениях цепи электричество идёт по лучшему проводнику
• В соединении двух батарей + к - если в обоих соединениях лампа, то они горят слабее, чем если в одном
• В соединении двух батарей + к - электричество наблюдается в обоих соединениях
• В соединении двух батарей в кольцо одноименными полюсами навстречу, лампы в этой цепи не горят
• Важно знать - можно ли построить цепь, поведение которой изменится, если поменять местами + и - батареи.
• Важно понять закон по которому электричество перераспределяется между малыми соседними участками проводника
• Включение лампы снижает напряжение батареи. Сначала резко, а потом - медленнее.
• Внутри 9-вольтовой батареи использовано последовательное соединение
• Внутри батареек находятся некие химикаты и прокладка между ними.
• Водопроводная вода - средний проводник
• Выравнивание потенциала в проводниках происходит не мгновенно
• Графит - средний проводник. Можно рисовать проводники графитовым карандашом.
• Для точного измерения напряжения нужны приборы
• Для удобного соединения элементов используют провода и клеммные колодки
• Если в некоторую точку цепи входит и выходит равное количество электричества, то потенциал на ней не изменяется.
• Если подключить один щуп мультиметра к одной клемме батареи то напряжения не видно.
• Знак измеренного напряжения зависит от перемены мест щупов мультиметра
• Знак тока свидетельствует о его направлении и соответствует направлению убывания потенциала.
• Изменения напряжения батареи под нагрузкой зависят от степени ее разряженности. И, м.б., от ее конструкции. Чем разряженнее батарея - тем быстрее и больше снижается напряжение. И тем медленнее восстанавливается.
• Измерение напряжения до 20 В мультиметром
• Использование мультиметра для измерения напряжения в розетке
• Итоги опыта Рикке - электричество в металлах не перемещает вещество
• Каждый переход металл - сыр - металл вызывает падение напряжения (около 0.6 В) и эта величина немного колеблется
• Количество послед. соединенных хор. проводников заметным образом не влияет на работу цепи
• Лампа горит от батареи при соединении выводов с разными клемммами
• Лампа горит, если ее выводы соединены средним или плохим проводником
• Лампа не горит, если ее выводы касаются друг друга
• Лампочка проводит электричество лучше, чем сыр
• Лампочка проводит электричество хуже, чем металл
• Лампы затрудняют прохождение электричества, оказывают ему сопротивление.
• Макетная плата. Зачистка проводов.
• Между одинаковыми последовательно соединенными лампами напряжение делится поровну
• Металлы забирают на себя всё электричество, или только большую часть. Они либо хорошие, либо абсолютно идеальные проводники.
• Можно построить цепь, поведение которой изменится, если поменять местами + и - батареи.
• Можно соединить проводники в электрическую цепь
• Можно уподобить изменение ϕ на протяжении проводника изменению высоты на склоне горы.
• Мультиметром можно определить где +, а где - у неизвестного источника
• Мы не знаем, что такое электричество. Оно не похоже на вещество и на тепло.
• На всех участках последовательной цепи устанавливается одинаковый ток
• На протяжении проводника, соединяющего клеммы батареи, потенциал плавно изменяется от отрицательного к положительному.
• На пути между клеммами батареи, электричество действует сильно, а в ответвлениях - слабо. Чем дальше от основного пути - тем слабее.
• Напряжение - мера способности предмета производить электрические действия.
• Напряжение - недостаточное условие для электрических явлений. Это только возможность их появления.
• Напряжение батареи примерно соответствует маркировке на ней
• Напряжение батареи, упавшее под нагрузкой, при снятии нагрузки восстанавливается. Сначала резко, а потом медленно.
• Напряжение во всех точках поверхности сыра равно, независимо от его формы и расстояния до контакта
• Напряжение во всех точках поверхности хорошего проводника (металла) равно, независимо от его формы и расстояния до контакта.
• Напряжение можно повышать
• Напряжение проходит через лампочку без потерь, не зажигая ее
• Напряжение распространяется по проводникам во все стороны.
• Не так-то просто определить конкретные значения потенциалов.
• От состояния одного участка цепи может зависеть действие электричества на другом . И даже на всех.
• Плюс и минус нанесены на батарейках неспроста. Но непонятно чем они отличаются.
• По мере пользования батарееей напряжение на ее клеммах снижается
• По проводникам распространяется не напряжение, а потенциал (измеряется в вольтах). Напряжение - разность потенциалов.
• Пока выбираем точку отсчета потенциалов произвольно (и помним об этом), а когда столкнемся с явлениями, где произвольно её выбирать нельзя... эти-то явления и используем для выяснения истинных потенциалов.
• Пока потенциал не выравнялся, происходит его перераспределение
• Понятие идеального источника напряжения
• Последовательно соединенные лампочки горят слабее, чем одна от того же источника.
• Последовательное соед. бат. работает только если исправна И одна И другая И вообще каждая батарея.
• Последовательное соед. батарей используется в приборах для повышения напряжения
• Последовательное соединение батарей увеличивает напряжение
• Потенциал в цепи стремится выравняться. И быстро делает это (если нет батареи).
• Потенциал принято обозначать буквой ϕ
• Потенциал распространяется во все стороны и только между соседними участками проводника
• При (последовательном) соединении двух батарей, напряжение увеличивается.
• При высоких напряжениях возможна электрическая дуга - устойчивая горячая искра.
• При отключении батарейки электричество исчезает в проводнике благодаря выравниванию - и, соответственно, взаимному уничтожению противоположных потенциалов.
• При отсоединении батареи электричество перестает действовать
• При последовательном соединении сопротивления суммируются
• При соединении клемм надолго хорошим проводником батарея нагревается
• При соединении клемм надолго хорошим проводником батарея теряет работоспособность
• Примеры сопротивлений в природе и технике
• Присоединив изолированный проводник к клемме батареи можно зарядить его потенциалом и он будет его сохранять
• Проводимость (сименс) и сопротивление (ом)
• Проводимость * Сопротивление =1
• Проводники из разных материалов проводят электричество неодинаково.
• Работа цепи не зависит от порядка расположения в ней элементов
• Работа электрической цепи не зависит заметным образом от ее формы
• Разрывы цепи как участки с бесконечным сопротивлением
• Сила действия электричества зависит от напряжения источника.
• Сила действия электричества зависит от того, через какие материалы оно прошло
• Сколько в одном месте электричества убыло, столько в другом и прибыло
• Сопротивление металлов малое, но не нулевое
• Сопротивление может ограничить прохождение электричества куда-либо, так чтобы оно действовало не в полную силу
• Сопротивление последовательно соединенных проводников тем больше, чем их больше
• Существует электроизгородь
• Существуют кнопки. В том числе, для макетной платы.
• Существуют сверхпроводники - материалы, обладающие нулевым сопротивлением.
• Таблица типичных значений напряжения окружающих нас
• Ток в 1D модели I=Δϕ/ρ_avg сколько электричества перетекает из клетки в клетку.
• Только + и − одной и той же батарейки создают электричество.
• У диэлектриков сопротивление велико, а у металлов мало или отсутствует совсем.
• У напряжения есть единицы измерения - вольты.
• Увлажнение материала повышает его электропроводность
• Человеческое тело проводит электричество благодаря содержащейся в нем воде.
• Чем ближе две точки цепи, тем меньше между ними U
• Чем больше последовательно соединено ламп, тем меньше каждой достается напряжения.
• Чем меньше сопротивление цепи, тем быстрее расходуется электричество.
• Чем меньше сопротивление цепи, тем сильнее падает напряжение подключенной к ней батареи и медленнее восстанавливается.
• Чтобы цепь из посл. соед ламп работала, должны быть исправны И первая лампа, И вторая, И остальные.
• Электрическая дуга создает яркий свет.
• Электричество - особенное состояние предметов, в котором они производят электрические действия
• Электричество - это не то же самое, что напряжение.
• Электричество идет через одни материалы (проводники), а через другие (диэлектрики) не идет.
• Электричество не возникает само собой
• Электричество не может идти по одному и тому же проводнику в двух противоположных направлениях одновременно
• Электричество не может идти только по лучшему пути, оно немножко идет и по более трудным. Непонятно, почему.
• Электричество неравномерно распределяется между соединяющими клеммы путями. Чем короче и лучше путь, тем большая часть электричества приходится на него
• Электричество несимметрично. Оно имеет направление.
• Электричество опасно для живых существ
• Электричество при отсоединении батареи не самовозобновляется
• Электричество работает в цепях, замкнутых в кольцо
• Электричество распространяется по соприкасающимся предметам
• Электричество существует! И оно ощущается на вкус.
• Электричество, в отсутствие батареек распространяется по проводникам, но не бесконечно. Его количество ограничено.
• Электричеству как бы тесно в проводнике
• Язык обнаруживает более слабое электричество, чем лампочка
• Язык проводит электричество лучше, чем сыр.
• Яркость лампы зависит от поданного на нее напряжения. Больше напряжение - ярче лампа.

Энергетика

• Водяное колесо - источник движущей силы, заменяющей ручную.
• Электромотор - источник движущей силы, заменяющей ручную

Эргономика, техническая эстетика и дизайн

• Лего-подобные конструкторы - удобный материал для постройки научных приборов