Diverse

Fizica misterioasă a 7 lucruri cotidiene

Fizica misterioasă a 7 lucruri cotidiene
Sursa: nbcnews.com

Fizicienii au descoperit câteva detalii extrem de fine ale universului, de la raza găurilor negre la comportamentul particulelor subatomice pe care nici măcar nu le putem vedea. S-ar putea să vă surprindă să aflați, așadar, că le lipsește explicații (sau că au dat recent peste ele) pentru multe fenomene comune pe care le observăm în viața de zi cu zi. După cum veți afla în diapozitivele următoare, unele dintre cele mai misterioase lucruri dintre toate pot fi cele care, pe față, par a fi banale.

Nucile

Poate ați observat că, în bolurile de nuci mixte, nucile de Brazilia par să stea întotdeauna deasupra. Acest lucru este cunoscut sub numele de „efectul nucilor din Brazilia”, iar fenomenul aparent banal este de fapt unul dintre cele mai mari mistere nerezolvate din fizica multicorpului, știința care descrie cantități mari de obiecte care interacționează.

Printre o gamă largă de lucruri (fie că sunt nuci, depozite sedimentare sau alte obiecte de dimensiuni diferite), piesele mai mari se ridică în vârf în timp, în ciuda gravitaților lor mai mari, în timp ce obiectele mai mici tind să se scufunde mai jos în grămadă în timp. Poate că lucrurile mici se preling prin crăpături. Curenții de convecție pot juca, de asemenea, un rol, la fel ca condensarea particulelor mai mici. Toate aceste posibilități și încă câteva contribuie probabil la efectul nuci din Brazilia, dar nimeni nu știe care dintre ele sau în ce măsură, deci nu au fost făcute simulări de succes pe computer ale fenomenului.

Nu numai producătorii de nuci, ci și fizicienii, astronomii și geologii ar beneficia cu toții de o înțelegere a efectului, așa că data viitoare când mâncați nuci sau granola sau pescuiți firimiturile din fundul unui castron de Doritos, încercați să contemplați fizica implicată.

Spumă

Ai făcut o baie cu spumă astăzi? Poate nu, dar probabil ai ras, ai spălat vase, ai luat o cafea cu lapte sau bere sau, dacă ai noroc, ai mâncat o bucată de plăcintă acoperită cu un puf de frișcă.

Ne confruntăm cu spumă atât de des, încât câțiva dintre noi fac un pas înapoi și apreciază pe deplin cât de ciudate sunt lucrurile. Pentru început, luați în considerare acest lucru: Frisca este un solid, un lichid sau un gaz?

Potrivit lui Douglas Durian, profesor de fizică la UCLA, spumele sunt de obicei 95% gaze și 5% lichide. Cumva, acestea se adună pentru a le oferi și anumite trăsături de solide. Gazul din spumă separă lichidul pentru a forma o matrice de bule mici, iar dacă pereții lichidului bulei sunt suficient de rigizi, spuma își poate păstra uneori forma.

Cu toate acestea, nu există nicio formulă pentru a prezice exact cât de rigidă sau strălucitoare va fi o spumă pe baza mărimii bulelor sale sau a cantității de lichid pe care o conține. „Fizica spumei este slab înțeleasă”, a declarat Durian pentru NASA Science.

Gheaţă

Un secol și jumătate de cercetare științifică nu a stabilit încă de ce gheața te poate face să cazi. Oamenii de știință sunt de acord că un strat subțire de apă lichidă pe gheață solidă îi provoacă alunecarea și că mobilitatea unui fluid face dificilă mersul pe el, chiar dacă stratul este subțire. Dar nu există un consens cu privire la motivul pentru care gheața, spre deosebire de majoritatea celorlalte solide, are un astfel de strat.

Teoreticienii au speculat că poate fi chiar actul de a aluneca făcând contact cu gheața care îi topește suprafața. Alții cred că stratul fluid este acolo înainte ca papucul să ajungă vreodată și este cumva generat de mișcarea inerentă a moleculelor de suprafață.

Știm că căutați pe cineva sau ceva de vină, deoarece vă aflați acolo pe pământ, fumurând, dar, din păcate, juriul este încă în discuție.

Cereale

Poate că v-ați gândit sau nu de ce cerealele dvs. pentru micul dejun tind să se aglomereze sau să se agațe de laturile unui castron de lapte. Supranumit Efectul Cheerios de către oamenii de știință, acest fenomen aglomerat se aplică oricărui lucru care plutește, inclusiv bulelor de sodă gaze și particulele de păr din apă după un bărbierit dimineața.

Dominic Vella, student absolvent la Universitatea Cambridge, și Lakshminarayanan Mahadevan, matematician de la Universitatea Harvard, au fost primii care au explicat efectul în termeni de fizică simplă, ceea ce au făcut într-o lucrare din 2005. Au dovedit că efectul Cheerios rezultă din geometria suprafeței unui lichid.

Tensiunea superficială face ca suprafața laptelui să se afle ușor în mijlocul bolului. Deoarece moleculele de apă din lapte sunt atrase de sticlă, suprafața laptelui se curbează în sus în jurul marginii bolului. Din acest motiv, bucăți de cereale de lângă margine plutesc în sus de-a lungul acestei curbe, aparând ca și cum ar fi agățate de margine.

De asemenea, din cauza tensiunii superficiale, cerealele care plutesc în mijlocul vasului tău acoperă suprafața laptelui, creând o baie în ea. Când două bucăți de cereale se ating, cele două picături ale acestora devin una și, odihnindu-se în ele, se lipesc între ele.

Magneți

Jearl Walker, profesor de fizică la Cleveland State University și coautor al manualului larg utilizat „Fundamentals of Physics” (Wiley, ediția a 8-a 2007), explică faptul că câmpurile magnetice radiază în mod natural spre exterior din particulele încărcate electric care alcătuiesc atomii, în special electronii.

În mod normal, în materie, câmpurile magnetice ale electronilor se îndreaptă în direcții diferite, anulându-se reciproc. (Acesta este motivul pentru care electronii din corpul vostru nu vă fac să vă lipiți de frigider când mergeți pe lângă el.) Dar când câmpurile magnetice toți electronii dintr-un obiect se aliniază în aceeași direcție, așa cum se întâmplă în multe metale (și , evident, în magneți), se generează un câmp magnetic net. Aceasta exercită o forță asupra altor obiecte magnetice, fie atrăgându-le, fie respingându-le în funcție de direcția propriilor câmpuri magnetice.

Din păcate, încercarea de a înțelege magnetismul la un nivel mai profund este în esență imposibilă. Deși fizicienii au venit cu o teorie numită „mecanica cuantică” care explică foarte exact comportamentul particulelor, inclusiv magnetismul lor, nu există nicio modalitate de a înțelege intuitiv ce înseamnă cu adevărat teoria.

Fizicienii se întreabă: de ce particulele radiază câmpuri magnetice, ce sunt câmpuri magnetice și de ce se aliniază întotdeauna între două direcții, dând magneților polii lor nord și sud? „Observăm doar că atunci când faci o mișcare a particulelor încărcate, aceasta creează un câmp magnetic și doi poli. Nu știm cu adevărat de ce. Este doar o caracteristică a universului, iar explicațiile matematice sunt doar încercări de a trece prin„ atribuirea temelor pentru natură și obținerea răspunsurilor „, a spus Walker Life’s Little Mysteries.

Energia statică

Șocurile statice sunt la fel de misterioase pe cât de neplăcute. Ceea ce știm este următorul: apar atunci când un exces de sarcină pozitivă sau negativă se acumulează pe suprafața corpului tău, se descarcă atunci când atingi ceva și te lasă neutralizat. Alternativ, pot apărea atunci când electricitatea statică se acumulează pe altceva de pe un clanță, spuneți pe care apoi îl atingeți. În acest caz, sunteți ruta de ieșire a taxei în exces.

Dar de ce toată acumularea? Nu este clar. Explicația obișnuită (și probabil parțial corectă) spune că atunci când două obiecte se freacă împreună, fricțiunea scoate electronii de pe atomii dintr-unul dintre obiecte, iar aceștia se deplasează apoi pe al doilea, lăsând primul obiect cu un exces de atomi încărcați pozitiv și dând celui de-al doilea un exces de electroni negativi. Ambele obiecte (părul și o pălărie de lână, să zicem) vor fi apoi încărcate static. Dar de ce electronii curg de la un obiect la altul, în loc să se deplaseze în ambele direcții?

Acest lucru nu a fost explicat niciodată în mod satisfăcător și un studiu recent realizat de cercetătorul Universității Northwestern, Bartosz Grzybowski, a constatat că este posibil să nu fie chiar cazul. Așa cum este detaliat în numărul din iunie al revistei Science, Grzybowski a constatat că există plasturi atât de exces de încărcare pozitivă, cât și de exces de sarcină negativă pe obiecte încărcate static. De asemenea, el a descoperit că molecule întregi păreau să migreze între obiecte, pe măsură ce sunt frecate împreună. În mod clar, explicația energiei statice se schimbă.

Curcubeele

Curcubeele se formează pe măsură ce lumina soarelui strălucește pe picăturile de umiditate din atmosfera Pământului. Picăturile acționează ca niște prisme, „refractându-se” sau separând lumina în culorile sale componente și trimitându-le la un interval de unghiuri cuprins între 40 și 42 de grade față de direcția opusă soarelui.

Desigur, curcubeele nu mai sunt misterioase din punct de vedere științific. Acestea rezultă din felul în care lumina trece prin picături sferice: este mai întâi refractată intrând în suprafața fiecărei picături, reflectată pe partea din spate a picăturilor și din nou refractată pe măsură ce părăsește picăturile, toate aceste recuperări conferindu-i direcția unghiulară finală. Această explicație a fost cunoscută încă din zilele fizicianului din secolul al XVII-lea Isaac Newton.

Dar imaginați-vă cât de mult ar fi părut curcubeii mistici până atunci! Deoarece sunt atât de frumoase și erau atât de inexplicabile, au fost prezentate în multe religii timpurii. În Grecia antică, de exemplu, se credea că curcubeele sunt căile făcute de solii zeilor în timp ce călătoreau între Pământ și cer.