Мир – удивительное место, иногда даже более удивительное, чем мы можем себе представить. Мы живем в золотой век для тех, кто интересуется научными изысканиями.
Вам больше не нужно пачкать руки в дурно пахнущей лаборатории или отправляться в Тмутаракань, чтобы стать свидетелем чего-то удивительного. Достаточно просто включить компьютер и посмотреть видео на интересующую тему. Вот 10 явлений, достойные внимания, и научные теории, стоящие за ними.
10. Капли принца Руперта
Капли принца Руперта занимали ученых на протяжении сотен лет. В 1661 году в Лондонском королевском обществе была представлена статья об этих странных предметах, похожих на стеклянных головастиков. Капли названы в честь принца Руперта Рейнского, который впервые представил их своему двоюродному брату королю Карлу II. Полученные при падении капель расплавленного стекла в воду, они проявляют странные свойства при воздействии на них силой. Ударьте каплю принца Руперта молотком по округлому концу, и ничего не произойдет. Однако при малейшем повреждении хвостовой части вся капля моментально взрывается. Король был заинтересован в науке и поэтому попросил Королевское общество объяснить поведение капель.
Ученые оказались в тупике. Это заняло почти 400 лет, но современные ученые, вооруженные высокоскоростными камерами, наконец смогли увидеть, как взрываются капли. Можно увидеть ударную волну, идущую от хвоста до головы со скоростью около 1,6 км/с, когда высвобождается напряжение. Когда капля принца Руперта попадает в воду, внешний слой становится твердым, а внутреннее стекло остается расплавленным. По мере того как внутреннее стекло охлаждается, оно сжимается в объеме и создает прочную структуру, делая головку капли невероятно устойчивой к повреждениям. Но как только более слабый хвост сломается, напряжение снимается, и вся капля превращается в мелкий порошок.
9. Движение света
Хотя формально свет – это единственное, что мы на самом деле видим, мы никогда не видим его в движении. Всего через доли секунды после щелчка выключателя, свет от лампы уже пересек комнату. Он настолько быстр, что только в самых больших масштабах будет возможно отслеживание его движения.
Используя камеру, способную снимать 1 триллион кадров в секунду, ученые смогли создать видеофильмы о свете, проходящем через повседневные объекты, такие как яблоко и бутылка с колой. Запуская лазерный импульс, который длится всего 1 квадриллионную долю секунды, исследователи смогли уловить, как движется фотон.
Другие ученые еще более усовершенствовали методы, использованные для создания видео выше. Используя камеру, способную принимать 10 триллионов кадров в секунду, они могут следить за одним импульсом света, а не повторять эксперимент для каждого кадра.
8. Туманные камеры
Радиоактивность была открыта, когда было обнаружено, что существует некое излучение, способное засвечивать фотопластины. С тех пор люди искали способы изучения радиации, чтобы лучше понять это явление.
Одним из самых ранних и, тем не менее, самых крутых способов было создание туманной камеры. Принцип работы камеры Вильсона заключается в том, что капли пара конденсируются вокруг ионов. Когда радиоактивная частица проходит через камеру, она оставляет след ионов на своем пути. Когда пар конденсируется на них, вы можете непосредственно наблюдать путь, по которому прошла частица.
Сегодня туманные камеры заменены более чувствительными приборами, но в свое время они были жизненно важны для открытия субатомных частиц, таких как позитрон, мюон и каон. Сегодня туманные камеры полезны для отображения различных типов излучения. Альфа-частицы показывают короткие, тяжелые линии, в то время как бета-частицы имеют более длинные, более тонкие.
7. Сверхтекучие жидкости
Все знают, что такое жидкость. А сверхтекучие вещества – это нечто большее. Когда вы перемешиваете жидкость, например, чай, в кружке, вы можете получить закрученный вихрь. Но через несколько секунд трение между частицами жидкости остановит поток. В сверхтекучей жидкости нет трения. А перемешенная сверхтекучая жидкость в чашке будет продолжать вращаться вечно. Таков странный мир сверхтекучих жидкостей.
Аналогичным образом можно построить фонтаны, которые будут продолжать работать, не затрачивая энергии, потому что в сверхтекучей жидкости не теряется энергия на трение. Знаете, какое самое странное свойство у этих веществ? Они могут вытечь из любого контейнера (при условии, что он не бесконечно высок), потому что недостаток вязкости позволяет им сформировать тонкий слой, который полностью покрывает сосуд.
Для тех, кто хочет поиграться со сверхтекучей жидкостью, есть плохие новости. Не все химические вещества могут принимать такое состояние. Да и эти немногие, способны на это только при температуре, близкой к абсолютному нулю.
6. Ледяная волна
Замерзшее озеро может быть удивительным местом для наблюдения. По мере того как лед трескается, по поверхности могут эхом разноситься звуки. Посмотрев вниз, вы можете увидеть животных, которые замерзли и попали в ледяную ловушку. Но, пожалуй, самая удивительная особенность замерзшего озера – формировать волны льда, которые падают на берег.
Если при замерзании водоема твердым становится только верхний слой, возможно, что он начнет двигаться. Если теплый ветер проходит над озером, весь слой льда может начать перемещаться. Но ведь он должен куда-то уходить.
Когда лед достигает берега, внезапное трение и напряжение заставляют его разрушаться и накапливаться. Иногда эти ледяные волны могут достигать нескольких метров и перемещаться по суше. Растрескивание кристаллов, составляющих ледяной покров, создает у ледяных волн жуткий щекочущий звук, словно тысячи разбитых стекол.
5. Вулканическая ударная волна
Извержение вулкана – это почти самый мощный взрыв, который люди могут увидеть на Земле. В считанные секунды энергия, эквивалентная нескольким атомным бомбам, может запустить тысячи тонн камней и мусора в воздух. Лучше не быть слишком близко, когда это произойдет.
Тем не менее, некоторые люди интересуются этими вещами и останавливаются возле извергающегося вулкана, чтобы записать видео о нем. В 2014 году было извержение Тавурвура в Папуа – Новой Гвинее. К счастью для нас, там были люди, чтобы заснять это. Когда вулкан взорвался, можно было увидеть ударную волну, идущую вверх в облака и по сторонам – к наблюдателю. Он пронесся над лодкой, как раскат грома.
Взрыв, вызвавший ударную волну, вероятно, был вызван скоплением газа внутри вулкана, когда магма блокировала его выход. При внезапном высвобождении этого газа воздух вокруг сжался, что и породило волну, которая разлетелась во всех направлениях.
4. Вулканическая молния
Когда в 79 г. н.э. произошло извержение Везувия, Плиний Младший заметил нечто странное в этом взрыве: «Была очень сильная тьма, которая становилась все более ужасающей из-за фантастических вспышек пламени, напоминающих молнии».
Это первое зарегистрированное упоминание о вулканической молнии. Когда вулкан поднимает грозовое облако пыли и камней в небо, вокруг него видны огромные молнии.
Вулканическая молния возникает не при каждом извержении. Она вызывается накоплением заряда.
В жару вулкана электроны могут быть легко сброшены с атома, таким образом, получается положительно заряженный ион. Затем свободные электроны передаются при столкновениях частиц пыли. И присоединяются к другим атомам, образуя отрицательно заряженные ионы.
Из-за различных размеров и скоростей, с которыми движутся ионы, становится возможным накопление заряда в пепельном шлейфе. Когда заряд достаточно высок, он образует невероятно быстрые и горячие вспышки молнии, как видно на видео выше.
3. Левитирующие лягушки
Каждый год появляются лауреаты Шнобелевской премии, получающие ее за исследования, которые «заставляют людей сначала смеяться, а потом думать».
В 2000 году Андрей Гейм получил Шнобелевскую премию за то, что заставил летать лягушку с помощью магнитов. У него вспыхнуло любопытство, когда он налил немного воды прямо в машину с мощными электромагнитами вокруг нее. Вода прилипла к стенкам трубы, а капли даже начали летать. Гейм обнаружил, что магнитные поля могут воздействовать на воду достаточно сильно, чтобы преодолеть гравитационное притяжение Земли.
Гейм перешел от капель воды к живым животным, включая лягушек. Они могли левитировать благодаря содержанию в теле воды. Кстати, ученый не исключает и аналогичной возможности в отношении человека.
Разочарование от Шнобелевской премии несколько снизилось, когда Гейм получил настоящую Нобелевскую премию за участие в открытии графена.
2. Ламинарное течение
Вы можете разделить смешанные жидкости? Без специального оборудования это сделать достаточно сложно.
Но оказывается, возможно при определенных условиях. Если вы нальете в воду апельсиновый сок, то у вас вряд ли что-то получится. Но используя окрашенный кукурузный сироп, как показано в видео, вы вполне можете это сделать.
Это связано с особыми свойствами сиропа как жидкости и так называемого ламинарного течения. Это тип движения внутри жидкостей, когда слои имеют тенденцию двигаться в одном направлении без перемешивания.
Этот пример представляет собой особый тип ламинарного потока, известного как поток Стокса, где используемая жидкость настолько густая и вязкая, что едва допускает диффузию частиц. Вещества перемешивают медленно, поэтому не образуется турбулентности, которая действительно смешала бы окрашенные капли.
Только кажется, что красители смешиваются, потому что свет проходит через слои, которые содержат отдельные красители. Медленно изменяя направление движения, можно вернуть красители в исходное положение.
1. Эффект Вавилова — Черенкова
Вы можете подумать, что ничто не движется быстрее скорости света. Действительно, скорость света, кажется, является пределом в этой вселенной, который ничто не может нарушить. Но это верно, пока вы говорите о скорости света в вакууме. Когда же он проникает в любую прозрачную среду, то замедляется. Это связано с тем, что электронная составляющая электромагнитных волн света взаимодействует с волновыми свойствами электронов в среде.
Оказывается, что многие объекты могут двигаться быстрее, чем эта новая, более медленная скорость света. Если частица попадает в воду со скоростью 99% от скорости света в вакууме, тогда она догоняет свет, который в воде движется со скоростью 75% от скорости света в вакууме. И мы действительно можем видеть, как это происходит.
Когда частица проходит через электроны среды, испускается свет, поскольку он разрушает электронное поле. При старте ядерный реактор в воде светится синим, потому что он выбрасывает электроны именно с такими высокими скоростями – как видно на видео. Жуткое свечение радиоактивных источников является более завораживающим, чем думает большинство людей.
Специально для читателей моего блога Muz4in.Net