Categories
Podcasts SciCast Stiinta

Tehnocultura SciCast 002 – lumina + cer albastru, val de ransomware, dinozauri, Z-Energeia, apa de la robinet [show notes]


Tehnocultura SciCast 002 a fost înregistrat duminică, în data de 24 aprilie 2016, în Londra, Marea Britanie.

Lumina este subiectul principal al acestui episod.

Audio podcast pe iTunes:
https://itunes.apple.com/ro/podcast/tehnocultura/id929951093?mt=2

Video pentru lumină:

Lumina este importantă pentru vedere. Cum altfel aș mai putea juca Far Cry azi? Să nu uit că sunt un mândru purtător de ochelari care vede lumea numai prin ochelari.

Se consideră că ochii au evoluat prima dată la animalele acvatice și că și-au dezvoltat ochi care să vadă în spectrul vizibil și de acolo avem și noi vederea în spectrul vizibil.

Lumina ne permite să aflăm informații despre materiale, stele, atmosfera planetelor. Putem ști ce fel de materiale sunt într-o stea analizând ceea ce se numește spectrul de emisie. Daca dai foc unui material, atunci vei vedea ca emite lumină în anumite benzi ale spectrului electromagnetic, cu zone de maxim în la mai multe lungimi de undă.

Un exemplu clasic este aflarea spectrului de emisie a hidrogenului, experiment făcut de toate facultățile în departamentul de chimie sau de fizică. Odată ce știi că higrogenul are spectru de emisie în IR, UV și în lumina vizibilă prin zona albastru, albastru deschis și roșu, atunci poți compara datele din laborator cu ceea ce vezi al stele. Dacă spectrul unei stele se potrivește cu cel din laborator, atunci știi că acea stea are hidrogen în ea. Așa știm că Soarele este un cuptor imens de hidrogen.

Mai mult despre specturl de emisie al hidrogenului poți afla de pe pagina dedicată acestui subiect pe HyperPhysics.

Alt lucru: ce ne spun culorile meteoriților care ard când întră în atmosferă? Azotul și oxigenul ard cu o culoare roșie, fierul este galben, calciul este albastru-violet, sodiul este portocaliu iar magneziul este albastru-ocean.
color-of-meteor

Ce știm- acum stim, dar nu se știa în urmă cu sute de ani:
– lumina călătorește cu viteza luminii, orice particulă cu masă de repaus zero călătorește la c, c este determinat de caracteristicile vidului din spatiu: c = 1 /sqrt(ε0*μ0)
– la c dilatarea timpului este infinită și spatiul este comprimat la 0 metri – lumina nu simte spațiu-timpul
– poate fi creată (producție de lumină prin anihilare materie-antimaterie, stări energetice ale electronilor, accelerare electroni in syncotroane, acceleratoare ) sau absorbită ( absorbție – fotonul e absorbit complet în materiale întunecate, transparent – fotonul trece prin, reflexie – fotonul absorbit apoi re-emis)
poate fi încetinita în materiale
Care e diferența dintre fluorescență, fosforescență, chemiluminiscență și triboluminiscență? + sonoluminiscență
– lumina are ca frați unde radio, IR (telescopul ALMA), UV, gamma și este foarte utilă în astronomie ( de ținut minte relația viteza luminii, lungime de undă, frecvență – c = L*F)
– panouri voltaice – aspect corpuscular
maser, laser – datorită lucrurilor ce le știm despre lumina: lungimea de undă, polarizare, fază
fibra optică permite 30 000 de apeluri prin ocean și folosește fenomenul de reflexie internă absolută
transfer teoretic de 1000 TB/s

Cum s-a ajuns aici?

În Antichitate 500 îen Empedocles explica modul în care se forma vederea omului: el considera că avem o surșa de foc în ochi care generează lumina și apoi este reflectata de obiectele din jur către ochii noștrii făcându-ne să vedem. El zicea că lumina de la ochii noștri funcționa doar ziua datorită interacțiunii cu Soarele.

Pe atunci era perfect normal să ai asemenea idei, se considera suficient de științific să emiți asemenea ipoteze.

Prin 300 îen Euclid a scris cartea Optica prin care explica faptul că lumina are un traiect drept și că se poate reflecta. Lucretius, un roman, spunea pe la 55 ien ca lumina ste compusă din atomi ce vin de la Soare și care pot fi reflectați.Ptolemeu a studiat refra©tia prin anul 100 en în cartea Optici.

Renee Descarte este considera părintele opticii moderne. El spunea, prin 1637, faptul că lumina este o undă și că se deplasează la viteze diferite în medii diferite. El credea ca lumina are viteză mai mare în medii transparent e pentur că făcea o comparatie cu undele sonoare care au viteze tot mai mari pe măsură ce densitatea materialului crește.

Isaac Newton a fost unul dintre susținătorii unei particule de lumină și a reușit să observe lumina IR când a testat descompunerea luminii în culorile componente. La un moment dat el a uitat un obiect chiar lângă locul unde lumina roșie atingea masa. A descoperit că obiectul respectiv se încălzise, dar nu a dat o importanță prea mare fenomenului. Descoeprise razele IR.

O paranteză: curcubeul este o aplicare a legii descompunerii luminii în culori. Are la bază reflexia luminii de pe suprafața interioară a stropilor de lumină. Ca să vezi curcubeul trebuie să fii la 42 de grade orientare fată de lumina ce intră în acei stropi de lumina.

Prin 1800 Thomas Young demonstrase deja că lumina are caracter de undă făcând experimentul cu difracția luminii. Atunci când lumina este direcționată către două tăieturi într-un material și un ecran este pus dincolo de acele tăieturi, lumina ca prezenta zone întunecate și zone luminoase pe acel ecran. Se demoonstra, astfel, faptul că lumina are comportament de undă precum valurile dintr-un lac.

Vom vedea ca adevărul este undeva pe la mijloc.

Frumusețea metodei științifice se vede în faptul că oamenii vin la un loc și caută să găsească explicația cea mai potrivita pentru un anumit fenomen. Se emit ipoteze și apoi se fc xperimente. Metoda științifică implică trecerea printr-o serie de pași: observatie, crearea unor ipoteze ce fac predicții, realizarea de experimente care să verifice ipotezele și, dacă experimentul zice altfel, atunnci se fac noi ipoteze.

Așa vezi faptul că mii de ani al rând lumina era considerată ba particulă, ba undă până s-a aflat, în secolul XX, că are ambele caracteristici.

Este demn de menționat aici rolul eșecului în știință. Mulți consideră ce trebuie subliniate doare succesele, dar eșecurile sunt cele care pun teoriile la test și sunt cele care creează un pavaj pentru avansurile științei.

Azi știința a ajuns la un aemenea nivel încât s-a inventat termenul de citizen science pentru a explica modul în care oamenii simpli, pasionați de știință pot ajuta cercetătorii din fiecare domeniu.

Revenim la lumină.

Abia prin 1847 Michael Faraday a făcut legatura dintre lumină și radiația electromagnetică. El a demonstrat faptul că polarizarea luminii se schimbă atunci cănd lumina trece pralel cu câmpul magnetic printr-un dielectric

Pornind de la ipoteza lui Farday, la nici 30 de ani distanța James Clerk Maxwell a publica, în 1871 un Tratat despre Electricitate și Magnetism în care erau deja prezentate celeberele formule ale lui Mawell. În acest fel el a demonstrat, matematic, faptul că Faraday avea dreptate și că lumina este o undă electromagnetică.

Pentru a face o paranteză, ideea de “câmp” are încorporată în ea și noțiunea de viteza finită la care se poate transmite o forță iar ea este exact viteza luminii. Termenul de câmp a fost creat prima dată de Faraday în 1849. Maxwell a demonstrat că undele din aceste câmpuri, adică electric și magnetic, se transmit cu viteză finită, adică c. Câmpurile din lumea fizicii sunt considerate entități de sine stătătoare și fizica vorbește de câmp gravitațional, electric, magnetic, tensorul metric al lui Einstein din Teoria Generală a Relativității. Mecanica cuantică presupune existența unui câmp cuantic în care particulele sunt excitații ale acestui câmp.

Mai mult el a demonstrat, prin acele ecuații ca viteza luminii este foarte aproape de ceea ce măsurase Leon Foucault, adică 298 000 +/- 500 km/s. Azi știm că viteza luminii este exact 299 792,458 km/s. De fapt, definiția metrului este făcută, din 1983 încoace, în legatură directa cu viteza luminii, adică metru este distanța parcursă de lumină în 1/299 792 458 secunde.

Ca o paranteză, de ceva decenii se încearcă redefinirea unitătilor de măsură fundamentale care să depindă numai de constante fizice, nu de prototipuri ca cele din Paris. Metrul are definiție nouă, dar la fel are și secunda, respectiv o secundă este timpul în care au loc 9,192,631,770 perioade de radiatie corespunzătoare tranzitiei dintre două nivele hiperfine ale stării de bază ale atomului de cesiu-133.

În 900 Max Planck vorbea despre cuante cand explica black body radiation iar in 1905 Eintein a dus conceptul de cuanta mai departe și a zis că lumina este un corpusul, numit foton care poate arunca electronii din atomi. A fost creat conceptul de efect fotoelectric explicat de Einstein.

Tehnologii moderne

Femtocamera, alser, scannere, cititor de amprentă, validarea monezilor în automate, etc.

Întrebarea săptămânii: de ce este cerul albastru?

În al doilea video făcut pe canalul de YouTube al Tehnocultura Prof. Dr. Crețu Nicolae, care predă la Universitatea Transilvania din Brasov, explică de ce culoarea cerului este albastră ziua.

Voi reda ceea ce am scris la vremea respectivă pe Tehnocultura.ro legat de culoarea cerului.

Într-un articol mai vechi am aflat că cerul pe Marte este albastru atunci când nu este poluat de praf. Acest lucru m-a determinat să aflu de ce este cerul albastru pe planeta noastră. Cerul este albastru pentru că difuzia Rayleigh a luminii care face ca lumina albastră să fie răspândită peste tot în atmosferă iar culorile roșu și galben ajung la sol.

Cel care ne povestește despre aceste fenomene este nimeni altul decât domnul Conf. Dr. Nicolae Crețu, de la Universitatea “Transilvania” Brasov, Laboratorul Fizică Aplicată și Computațională.

În momentul în care lumina de la Soare ajunge în atmosfera terestră lumina albastră este reflectată peste tot în atmosferă de către atomii de oxigen și azot. Aceștia sunt mult mai mici ca dimensiune decât lungimea de undă a luminii și de aceea doar lumina albastră, cea cu lungimea de undă cea mai mică, este difuzată în aer.
rayleigh
Lumina galbenă și cea roșie nu sunt difuzate, ele fiind mult mai mari decât lumina albastră și ajung astfel la nivelul solului. Din acest motiv noi vedem Soarele ca fiind galben-portocaliu, deși acesta emite unde electromagnetice în întregul spectru și este, astfel, alb ca și culoare.

SDIM0241b
Atunci când Soarele este la apus noi îl vedem roșu ori galben tot datorită difuziei Rayleigh (se citește “rei-lii”) pentru că, în acest caz, lumina galbenă și roșie este difuzată de particule mult mai mari decât lungimile lor de undă. Este vorba aici de particule de praf din apropierea scoarței terestre.

De la Ask A Mathematician am aflat pentru prima oară că cerul este albastru pe Marte. Vezi în poza de mai jos, făcută de misiunea Viking 1, pe Marte, în august 1976:
marte-cer-albastru-viking-1-aug-1976

În filmul de mai sus se vorbește și de efectul Tyndall, descoperit de John Tyndal în anul 1959. Legea Tyndall ne spune că putem vizualiza traiectul luminii într-o cameră întunecată în care intră lumina printr-un orificiu pulverizând particule fine în aerul din cameră.

Tot astfel vedem razele de lumină ziua, când facem praf prin casă.

Află mai multe despre Univers prin Fizică la Tehnocultura pe YouTube.

Minutul de tehnologie

Tom’s Hardware: cele mai bune monitoare pentru aprilie 2016
Tom’s Hardware: cele mai bune plăci de baza pentru luna aprilie 2016
Leo Laporte discută despre cum să rezolvi probleme în calculatorul tau și despre LiFi
TechCrunch: cum te aperi de valul de ransomware care se abate asupra utilizatorilor de internet?:

Most ransomware can be detected through a set of shared behavioral characteristics. Attempts at deleting Windows Shadow Copies, disabling Startup Repair or stopping services such as WinDefend and BITS are telltale signs of ransomware work.

și

Aside from Sentinel One, other big players such as TrendMicro, Cisco and Kaspersky Labs are also offering behavior-based security tools.

și

One of the methods ransomware developers use to evade detection is to force their tool to remain in a dormant state while it is under examination by security tools.

TechDirt podcast: de ce avem, oare, granițe pe internet? De obicei se aplică legea din SUA pentru o mulțime de servicii. Geoblocking.
TWIS: arheologia spațială ajută la detectarea unor noi locuințe ale vikingilor pe teritoriul Americii de Nord
Sixty Symbols: polul sud geografic se schimbă în fiecare an datorită mișcării calotei glaciale. Noul Pol Sud geografic este la 10 metri distanța de vechiul punct
Scientia: Studiu: radiaţie rezultată în urma anihilării materiei întunecate

Știri din lumea științei

BBC News: era dinozaurilor era deja în declin cu 50 de milioane de ani înainte de impactul cu asteroidul
The Guardian podcast: canabisul nu este într-atât de util pe cum se zice. Nu degeaba a fost înterzis în anumite părți ale lumii
The Naked Scientist podcast: ce s-a întâmplat cu inima lui Tutankhamun. Egiptenii îl vedeau pe Tutankamun drept Osiris, iar Osiris a avut inima îngropată în alt loc, deci Tutankamun nu avea nevoie de inimă pentru a fi îngropat (extra link) + Mamele gravide cu băieți nu știau că estrogenul din deietilbestrol ajunge în băieți, lucru ce determina schimbări morfologice neașteptate

Despre ce se mai discută în lumea pseudoștiinței?

EE Vlog: Z-Energeia, șarlatanie cu șervețele care te vor face să economisești consumul de energie electrică

Bonus

Compound Chem: care este cursul apei de la râu, la rezervor la robinetele noastre?
Universe today: Ce este în afara Universului?
Universe today: cum teraformăm lunile planetei Jupiter: Europa – ok (apă), Ganimede – ok (apă), Io – no (toxic, lavă), Callisto – no (departe)
“Blasfemie” în Londra: să stai pe dreapta și pe stânga pe scarile rulante din stația Holborn
Today I Found Out: Cum se scarpină astronauții când au plimbări prin spațiu în costumul special?
Video: viața Terra are o vârstă apropiată de cea a planetei pe care suntem: 4,5 miliarde de ani Terra, viața 4,1 miliarde de ani
It’s OK to be smart: Ești mai deștept decât un mucegai mâzgos?
Brainstuff: are boala un miros? Dap. Câinii sunt folosiți pentru a descoperi cancerul de prostată sau boala lui Parkinson

Vizitează

Tehnocultura pe Facebook
Grupul știința pe Facebook și Știința pe Facebook
Grupul Știința, candelă în întuneric
Grupul Pseudoștiința pe Facebook

Categories
Podcasts Stiinta Tehnologie

F@TC 034 – Curent electric din lumină

Cum se obține curent electric din lumină? Ce este efectul fotoelectric? Din ce materiale sunt construite celulele fotovoltaice? Ce fel de unde electromagnetice sunt folosite pentru a genera curent electric?

Despre efectul fotoelectric și cum acționează acesta aflăm de la Conf. Dr. Nicolae Crețu, de la Universitatea “Transilvania” Brașov, Laboratorul de Fizică Aplicată și Computațională.

Efectul fotoelectric a fost descris pentru prima dată de către Albert Einstein în 1905, în lucrarea “On a Heuristic Viewpoint Concerning the Production and Transformation of Light”. În această lucrare Einstein explică faptul că lumina există și sub forma unor quante, unor unități discrete de lumină numite fotoni. Astfel se scotea în evidență caracterul dual al luminii, fiind pus în prim-plan faptul ca fotonii sunt particule de lumină.

Lucrarea explică, de altfel, și modul prin care un foton poate scoate un electron din interiorul unui metal. De acolo și până la crearea unor experimente care să obțină curent electric nu a mai fost decât un pas. Curentul electric nu este altceva decât un șir de electroni care se deplasează în mod ordonat.

Einstein a primit Premiul Nobel în 1921 pentru descoperirea efectului fotoelectric.

S-a constatat că fotonul de energie E = hν trebuie să aiba o energie minimă, numită Lucru de extracție, cu ajutorul căreia să scoată electronul din metal. Lucrul de extracție este diferit pentru metale diferite.

E = h ν
h – constanta lui Plank ( 6.62607004 × 10^-34 m^2 kg / s )
ν – frecvența fotonului ( ν = c / λ )
c – viteza luminii, aprox 300 000 km/s
λ – lungimea de undă

Metale și compuși folosiți în celulele fotovoltaice sunt siliciul, cesiul, aliaj cadmiu-telur – CdTe, film de siliciu, aliaj cupru-indiu-galiu-seleniu – CIGS, film galiu-arsenic, sodiu, aluminiu, molibden și altele.

Tabel energii minime de extracție în funcție de metalul folosit (imagine via Hyperphysics ):
work-functions

Energii minime pentru Lucrul de extracție sunt mai jos. Conversii necesare: din eV în Hz și din Hz în lungimi de undă:
1 eV -> 100 THz, IR apropiat, 3000 nm
2 eV -> 500 THz, verde, 495-570 nm
4 eV -> 900THz, violet spre UV, 300 nm
5 eV -> 1,2 PHz, UV, 250 nm

Efectul fotoelectric este folosit în celulele fotovoltaice unde lumina incidentă creează un curent electric. Lumina vizibilă poate crea curent electric dacă se folosesc fotoni de lumină verde pentru celule fotovoltaice cu cesiu sau fotoni de culoare violetă dacă se folosesc metale ca aluminiul sau cadmiul. Verifică tabelul de mai sus și folosește convertorii pentru a afla ce fel de fotoni au energia minimă în funcție de metalul de interes.

Un lucru de știut este acela că intensitatea fotonilor nu ajută la îndepărtarea electronului din metal. Cu alte cuvinte, dacă ai mulți fotoni roșii sau IR la un loc, adică dacă ai lumină mai strălucitoare în acea bandă, atunci nu vei reuși să obții curent electric. Ai nevoie ca fotonii înșiși să fie de o energie mai mare decât energia minimă de extracție.

UV și X vor genera întotdeauna curent electric datorită faptului că au energii minime foarte mari comparativ cu lumina verde sau altele de lungimi de undă mai mari.

Filmat și editat de Manuel Cheța: http://tehnocultura.ro

Filmat la Universitatea “Transilvania” Brașov, Colina Universității.

Audio podcast:
https://itunes.apple.com/ro/podcast/tehnocultura/id929951093?mt=2
——
Referințe:
– efectul fotoelectric:
https://en.wikipedia.org/wiki/Photoelectric_effect#20th_century
– efectul fotoelectric video:

– efectul fotoelectric sumar:
http://effectinforme.blogspot.co.uk/2015/10/photoelectric-effect.html
– fotonii:
https://www.pa.msu.edu/courses/1997spring/PHY232/lectures/quantum/photons.html
– spectrul vizibil al luminii:
https://en.wikipedia.org/wiki/Visible_spectrum
– tabel cu lucrul de extracție a electronilor:
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/tables/photoelec.html
– materiale celule fotovoltaice:
https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_cell#Materials
– convertor fizica eV în Hz:
http://www.translatorscafe.com/cafe/EN/units-converter/energy/62-11/hertz-electron-volt/
– convertor fizică Hz în lungimi de undă – nm:
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/ems1.html
– imagine tipuri de fotoni:
http://scienceblogs.com/startswithabang/2014/05/31/comments-of-the-week-13-from-writing-to-relativity/
– imagine diagrama efect fotoelectric:
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Photoelectric_effect.svg
– imagine efect fotoelectric în semiconductor:
http://www.physicsexperiment.co.uk/content/photoelectric.html

Categories
Stiinta Tehnologie

Linkurile zilei 023 – Levitație magnetică, superbacterii, antibiotice, mirosul spatiului cosmic, Fermilab, oscilații acustice barionice, paraziți virtuali, Dr. Oz, Box, Podcasting 2.0, Einstein

Linkurile zilei prezintă o selecție de pagini web de unde poti afla știrile zilei legate de știință, tehnologie, cultură. Aceste linkuri sunt selectate din zeci de canale de YouTube si alte câteva zeci de website-uri care publică zilnic informații din mai multe domenii.

Selecția Linkurile zilei te ajută să îți mărești cunoștințele generale, dar și te ține în temă cu cele mai noi informații din lumea științei și tehnologiei. În fiecare zi, de luni până vineri, după orele 20 va apare un nou articol Linkurile zilei la Tehnocultura.

=========

Știrile zilei: vineri, 17 aprilie 2015

Featured:
Levitație magnetică

Știință

1. Levitație magnetică
2. Generaţia care poate schimba ceva
3. Antibiotice împotriva superbacteriilor pe fundul oceanului?
4. Cât de multe antibiotice sunt în carne?
5. De ce ni se par anumite lucruri a fi dezgustătoare?

6. Cum miroase spațiul?
7. Apă lichidă pe Marte
8. Curs astronomie: planeta Mercur
9. FermiLab: despre materia întunecată
10. Vaccinuri: femeile care au ucis tusea convulsivă

11. Ce sunt oscilațiile acustice barionice? (barioni: protoni, neutroni, omega, lambda, cei 6 quarci)
12. Cum ar suna descoperirea bosonului Higgs?
13. Folosim paraziți virtuali pentru a rezolva probleme complexe de matematică
14. Antibioticele sunt date de doctori în mod arbitrar în destule cazuri
15. Dr. Oz aruncă știința și medicina la gunoi în schimbul faimei (sursa)

16.

Tehnologie

1. Specificațiile hardware pentru GTA V varianta pentru PC
2. Un trackpad minuscul de la MIT
3. Prezentare stick Intel Compute
4. Sită care oprește uleiul, dar lasă apa să treacă
5. Coduri și microarhitecturi pentru procesoare

6. Securitate pentru casa ta: Box, de la Bitdefender
7. Microfon de hârtie care îți încarcă telefonul (DOI: 10.1021/acsnano.5b00618)
8. Podcasting 2.0
9.

Cultură/societate

1. Bill Gates: Întrebări serioase despre următoarea epidemie
2. De ce îl vedem pe Einstein ca fiind arhetipul geniului?
3. De ce este Dubai un oraș bogat?

Categories
Stiinta

Documentar despre quantum entanglement – Einstein vs Bohr


Cei de la Muon Ray, grupul care a publicat documentarul de mai sus pe YouTube, au scris un articol excepțional legat de acest documentar. Articolul respectiv îți permite să vezi timpul decurs între anumite evenimente istorice, de la descoperirea conceptului de către Einstein, Podolsky și Rosen, în 1935, până la demonstrarea experimentală din 1980 care deschidea noi orizonturi în lumea comunicațiilor folosindu-ne de quantum entanglement.

Einstein a numit această acțiune “spooky action at a distance” sau “acțiune înfricoșătore la distanță”. Quentum entanglement este un fenomen prin care două particule care au venit în contact pot comunica între ele fără a ține cont de distanță. Criptografia cuantică se bazează pe acest fenomen.

Einstein nu a vrut să accepte existența acestui fenomen, dar a fost demonstrat ca fapt, într-un final. Einstein zicea că “Dumnezeu nu joacă zaruri”, la care Bohr i-a răspuns “Nu îi mai spune lui Dumnzeu ce să facă!”.

Citește întreg articolul despre quantum entanglement aici.

Categories
Emisiune TV Tehnologie

Tehnocultura TVS 003 – Ce este GPS-ul?


Episodul 3, GPS-ul, a fost difuzat la TVS Brasov în data de 18 octombrie 2014, orele 20:30.

Ce este GPS-ul? Este adevărat că sateliții GPS te urmăresc? De ce timpul trece mai repede la înălțimea sateliților GPS? Ce rol a avut Einstein în crearea sistemului GPS? Sau ce rol au ceasurile atomice în toată povestea aceasta?

Interviu cu domnul Conferențiar Doctor Nicolae Crețu (secțiunea Colectiv Fizică), care predă fizica viitorilor ingineri școliți la Universitatea “Transilvania” din Brașov.

Aici trebuie să aduc aminte de articolul scris de mine în legătură cu Forumul Fizicienilor din Brașov și de Revista Cromatic, bianuală, cu articole de fizică.

Linkuri:
Forumul fizicienilor din Brașov
Revista Cromatic

Dacă nu ai timp de văzut filmul, poți urmări varianta de podcast aici sau pe iTunes.

Pentru idei, corecturi, sugestii, reclamații îți stau la dispoziție în zona de comentarii sau pe canalul YouTube al TehnoCultura.
============= TRANSCRIPT =============

De data aceasta mergem la peste 20 000 de kilometri deasupra Pământului pentru a vedea cum funcționează sateliții GPS și ce este acela sistem GPS.

Știai că sistemul GPS este coordonat de armata SUA și că îl putem folosi și la bicicletele noastre? Mai știai că timpul trece mai repede la altitudinea sateliților GPS? Fără Einstein și teoria relativității nu am fi avut azi nici un sistem de navigare atât de precis. Mai mult, cei 30 de sateliți GPS de deasupra noastră sunt pur și simplu un ceas gigantic care înconjoară Pământul.
img1-gps-constellation
(sursa http://www.gps.gov/multimedia/images/ )

2. Navigare – ce a fost înainte –

GPS este prescurtarea de la Global Positioning System sau Sistem de Poziționare Globală și este o constelație de aproximativ 30 de sateliți care orbitează la înălțimi între 2000 și 35 000 de km, la altitudini medii.

Pentru a se menține pe orbită sateliții de la altitudini de 2000 de km zbor în jurul Pământului cu viteză de cel mult 6,9 km/s, o viteză mai mică decât cea a Stației Spațiale Internaționale, care, situată la numai 340 de km altitudine zbârnâie în jurul planetelei cu peste 7,7 km/s. GPS poate fi localizat la altitudini de 20 000 km unde au nevoie de o viteză 3.9 km/s pentru a se menține în orbită.

Parcurg Brașovul de la un capăt în altul în 3.5 secunde cu așa viteză. Un lucru de ținut minte: orbitarea în jurui oricărui obiect cosmic nu este nimic altceva decât o cădere controlată. Sateliții GPS cad către Pâmânt, dar, datorită vitezei mari, reușesc să nimerească pe lângă Pâmânt. Voi povesti pe îndelete viața sateliților și ce înseamnă a orbita într-un episod viitor.

Extra:
Calcul g la înălțimea h:
g = G * M/ (r+r1)^2
G – constanta gravitațională – 6.673×10−11 N·(m/kg)2
– http://en.wikipedia.org/wiki/Gravitational_constant
M – masa Pământului – 5.97219 × 1024 kg – http://en.wikipedia.org/wiki/Earth_mass
r – raza Pământului în metri – 6,371 kilometers , http://en.wikipedia.org/wiki/Earth_radius
r1- dist față de suprafața Pământului – 2000 km pt GPS
Accelerația g1 la 2000 km înălțime este 5,68 m/s^2, viteza pe orbită este 6895,45 m/s sau 6,9 km/s, mai mică decât ISS, care are 7,7 km/s la 340 km altitudine. Calcul viteza: g1 = v^2/r => v = sqrt(g1 * r) .
Accelerația la g2 = 20 000 km este 0.57 =: viteză orbitare 3887,4 m/s 3.9 km/s

Revenind la sateliții GPS aceștia sunt cel mai avansat sistem de navigare și este cel mai recent, cu primele planuri începute încă din 1960 și punerea în aplicare în 1973. Definitivarea primului sistem sistem GPS a avut loc în 1995.

Înainte de GPS oamenii se foloseau de navigarea cu ajutorul stelelor și după repere geografice. Arabii se foloseau de kamal, snururi cu noduri pe ele, apoi, între anii 1000 – 1750 se foloseau quadranturile și astrolabul. Cum se știa de prin vremea grecilor antici că Pâmântul este rotund, Cristofor Columb (1451 – 1506), navigatorul italian, a utilizat quadrantul pentru a merge în Vest în căutarea unui drum mai scurt către India. Astfel, el a nimerit în Insulele Bahamas, din America de Nord în 1492, făcând descoperirea vieții sale.

După 1757, unul dintre instrumentele cele mai notorii folosite a fost sextantul, urmaș al quadrantului. Cu acest instrument ținut vertical verifici unghiurile făcute de orizont cu Soarele sau Steaua Polară și, dacă știi timpul măsurătorii, atunci afli latitudinea la care te afli.

Dacă ții instrumentul în poziție orizontală și verifici unghiul făcut de Lună cu o altă stea, atunci afli longitudinea.

img2-sextant-100_3355
(sursa http://sextantbook.com/ )

John Bird (1709–1776), astronom englez, a fost cel care a creat primul sextant prin 1757 iar acest tip de instrument încă este folosit de către marina militară a unor state pe lângă navigarea radar și prin GPS.
img3 – John Bird, 1709- 1776
img3-sextant-John-Bird
(sursa – http://blogs.mhs.ox.ac.uk/mhs/making-prints-public-john-bird-connecting-collections/ )

Extra:
– http://en.wikipedia.org/wiki/Sextant
– http://www.pbs.org/wgbh/nova/shackleton/navigate/escapeworks.html
– http://www.mat.uc.pt/~helios/Mestre/Novemb00/H61iflan.htm
– http://ro.wikipedia.org/wiki/Cristofor_Columb
– http://en.wikipedia.org/wiki/Christopher_Columbus

Când vorbim de navigare folosindu-ne de repere vizuale, trebuie pomenită aici o curiozitate: serviciul poștal USPS al SUA, care, în anul 1923, a construit săgeți uriașe de beton de-a latul țării. Cum nu exista navigarea prin radio sau GPS, cei de la USPS au trebuit să improvizeze.

Acele săgeți aveau 20 de metri lungime și erau plasate la 15-20 km distanță. Erau colorate în galben strident și se puteau vedea de la înălțime suficient de mare pentru a ajuta piloții avioanelor când duceau coletele dintr-o parte în alta a țării. Timpul de transport al coletelor a fost scurtat de la săptămâni la numai 36 de ore.

În anii 30 USPS a trecut la folosirea navigării cu ajutorul radio iar săgețile nu au mai fost utilizabile.

Extra:
– sagetile de beton ale USPS

The Concrete Arrows That Range Across The United States


– http://www.theverge.com/2013/11/18/5116408/transcontinental-air-mail-arrows-helped-deliver-mail
– http://www.snopes.com/travel/airline/arrows.asp

În ceea ce privește navigarea pe mare în apropiere de coaste, farurile erau un bun ajutor. După descoperirea utilității undelor radio și crearea sistemului radar s-a trecut la folosirea unui alt timp de faruri: stații de emisie radio sau, cum îmi place mie să le zic “faruri radio”.

Radarul a fost dezvoltat în perioada celui de-Al Doilea Război Mondial iar astfel navigarea a devenit un proces ceva mai simplu. RADAR este un acronim stabilit în 1940 de către Marina SUA și provine de la RAdio Detection And Ranging, detectarea poziției și vitezei cu ajutorul undelor radio.

– img4 – radar
img4-radar-Fotolia_29717022_Subscription_XXL
(sursa http://www.techweekeurope.co.uk/news/5g-mobile-networks-air-traffic-control-107240 )

Extra:
– radio http://en.wikipedia.org/wiki/Radar

Până la definitivarea programului GPS navigarea cu ajutorul radar era la mare căutare. Asemenea navigare se numește navigare hiperbolică și se folosește de diferențele de timp în care se primește semnalul de la stații principale, numit master, și secundare, numite slave.

-img5 nav hiperbolica
img5-navigare-hipebolica
(sursa https://www.youtube.com/watch?v=PDtHulWGMGg – Smithsonian National Air and Space Museum )

Atunci când se recepționa semnalele de la cele două stații se nota zona aproximativă unde ar putea fi nava. În timpul deplasării mai multe asemenea puncte se pun peste o hartă astfel că o hiperbolă, o traiectorie în formă de curbă deschisă, este generată.

Dacă recepționăm și semnalele altor două stații, principală și secundară, putem genera o nouă hiperbloă. Intersecția celor două hiperbole reprezintă zona în care este vasul. Acțiunea de aflare a poziției se numește fixarea poziției și genera o zonă în care te puteai afla, nu un punct exact.

-img6 – fixarea pozitiei
img6-hiperolic-nav-patent-US2991011-1
( sursa http://www.google.com.qa/patents/US2991011 )

Extra:
– nav hiperbolica – http://en.wikipedia.org/wiki/Hyperbolic_navigation
– video explicativ https://www.youtube.com/watch?v=PDtHulWGMGg
– http://www.google.com.qa/patents/US2991011

Precizia poziției este dată de tipul de navigare hiperbolică folosită iar aceasta se poate măsura între câteva sute de metri și câțiva kilometri.

Primul sistem de navigație hiperbolică a fost GEE, inventat de către britanici în Al Doilea Război Mondial, și era folosit de aviația lor. Avea o precizie de câteva sute de metri și acționa pe o rază de 560 de kilometri. Folosea unde radio cu frecvențe în jurul a 45 Mhz, în spectrul VHF, very high frequency radio.

În aceeași perioadă cu sistemul GEE al aviației britanice a apărut sistemul DECCA al marinei britanice, care folosea unde radio de frecvențe joase, între 70 și 129 Khz și rază de acțiune până la 740 de km. Precizia DECCA era între câțiva metri și o milă nautică (1800 de metri).

SUA a contracarat și a creat propriul sistem numit LORAN, care era asemănător cu GEE, dar avea o rază de acțiune de 2400 de km și acționa la frecvențe între 4 și 30 Mhz, la HF, high frequency. Precizia era de zeci de mile la început și a ajuns la câteva zeci de metri în varianta LORAN-C. Nu este orice să poți stabili poziția unui obiect la peste 1200 de kilometri distanță cu precizie de numai 30 de metri.

Primul sistem de navigare radio cu adevărat global a fost OMEGA, sistem dezvoltat de SUA îmrepună cu alte șase țări. Sistemul folosea frecvențe foarte joase, VLF, între 10 – 14 KHZ, și a fost implementat destul de târziu, prin 1971. Dat fiind că GPS era deja în lucru nu este de mirare că sistemul a existat până în 1997, când a fost înlocuit de navigarea prin satelit.

OMEGA avea o precizie globală de 6 kilometri și folosea, în 1968, numai 8 stații dispuse pe toată planeta.

Extra:
– istorie nav sateliti – http://en.wikipedia.org/wiki/Satellite_navigation#History_and_theory
– GEE – http://en.wikipedia.org/wiki/Gee_(navigation)
– frecvente radio 3KHz – 3 Ghz – http://en.wikipedia.org/wiki/Radio_frequency#Frequency_bands
– LORAN – http://en.wikipedia.org/wiki/LORAN
– DECCA- http://en.wikipedia.org/wiki/Decca_Navigator_System
– OMEGA – http://en.wikipedia.org/wiki/Omega_(navigation_system)#Previous_systems

Ajunși în perioada modernă, civilii și militarii folosesc cei 30 de sateliți GPS pentru o mulțime de aplicații: de la atacarea cu preciziei a pozițiilor inamice până la cartografierea unor terenuri în scop agricol sau pentru stabilirea poziției construcțiilor în arhitectură.

3. Ce este GPS – componenta, receptoare

GPS a fost creat de către Ministerul Apărării a SUA pentru a afla poziții cheie ale obiectivelor militare. Avea la început 24 de sateliți și a fost îmbunătățit de mai multe ori de-a lungul timpului.

Inventatorii sistemului sunt Bradford Parkinson, Roger L. Easton, si Ivan A. Getting, ingineri și oameni de știință din SUA.

Sistemul GPS este constituit din trei segmente:
– segmentul spațial (SS) – între 24 și 32 de sateliți stabiliți în orbită la altitudini medii (2000 – 35 000 km)
– segmentul de control (SC) – compus din stație de control principală (MCS), stație alternativă de control, la care se adaugă o serie de antene și stații la sol
– segmentul ulitizatorilor (SU) – aici este vorba de armata SUA, armatele aliate SUA care folosesc sistemul de poziționare precisă a GPS și de segmentul civil care folosesște sistemul de poziționare standard a GPS.

Forțele Aeriene a SUA întrețin și dezvoltă segmetul spațial și cel de control. Utilizatorii folosesc receptoare GPS care au între 12 și 24 de canale pentru a recepționa semnalul a tot atâția sateliți odată. Receptoarele de azi pot arăta poziția cât mai exact, cât și viteza de deplasare.

Coordonatele prezentate de receptoarele GPS cuprind: latitudine, longitudine, altitudine și timpul (x,y,z,t). O parte dintre receptoare vor prezenta coordonatele geografice în format decimal, cum este, de exemplu, poziția Gării Brașov:
45.660963, 25.613513 (45.660963 Lat N, 25.613513 Long E)

Este important să știm cum să transformăm coordonatele zecimale în coordonate în grade pentru situații de criză, precum rătăcirea într-un loc necunoscut. Un lucru trebuie ținut minte:
– 1 grad este egal cu 60 de mile marine. O milă marină este egală 1852 de metri.
– 1 minut este egal cu 1 milă marină
– 1 secundă este egală cu 1/60 mile marine, adică 30,86 metri

Transformarea din zecimale în grade urmează procesul:
– ce este înainte de virgulă rămâne la fel și acelea sunt gradele, adică 45
– iei valorile de după virgulă și le înmulțești cu 60
0.660963 * 60 = 39,65778, respectiv 39 de minute.
– luăm noile valori de după virgulă și înmulțim din nou cu 60
0.65778 * 60 = 39,4668, adică 39,4668 secunde
Avem așadar:
49.660963 = 45° 39′ 39.4668″ Lat N
25.613513 = 25° 36′ 48.6468″ Long E

Extra:
– Google Maps Gara Brașov – https://www.google.ro/maps/place/45%C2%B039’39.5%22N+25%C2%B036’48.6%22E/@45.6609624,25.613513,15z/data=!3m1!4b1!4m2!3m1!1s0x0:0x0
– mila marina – http://ro.wikipedia.org/wiki/Mil%C4%83_marin%C4%83
– http://transition.fcc.gov/mb/audio/bickel/DDDMMSS-decimal.html
– calcul: 45° 39′ 39.4668″ Lat N
= 4860 + (39 * 1,8) + (39 * 0,03) = 4.932,54 km față de ecuator

Receptoarele GPS captează semnale transmise în banda radio UHF, pe frecvențe precise: 1.57542 GHz (semnal L1) și 1.2276 GHz (semnal L2). Semnalul L3, la frecvența 1381.05 MHz, transmite informații despre detonări nucleare. Sistemul GPS, în afară de faptul că transmite detalii despre poziție și timp, are și rolul de a detecta orice explozie nucleară de pe Terra.

Dată fiind importanța unul asemenea sistem este de mirare că doar aproximativ 30 de sateliți GPS din totalul de peste 1300 de sateliți este dedicat GPS aflării poziției pe Glob și detectării detonărilor nucleare.

Pe aceeași zonă, în orbită la altitudini medii, mai sunt și alte tipuri de sateliți, folosiți în special pentru comunicați, navigație, studii geodezice. GPS orbitează, de obicei, pe la 20 000 de kilometri altitudine, însă nu este singurul sistem folosit pentru aflarea poziției pe Glob.

img 7
img7-gps-orbita-medie-comparatie
(sursa: http://en.wikipedia.org/wiki/Medium_Earth_orbit )

Extra:
– orbită la altitudini medii- http://en.wikipedia.org/wiki/Medium_Earth_orbit

Sistemul GPS a trecut, de-a lungul timpului, prin mai multe schimbări, mai ales că, inițial era dedicat uzului militar. Răzbiul Rece a fost motorul ce a pus în mișcare acest pas. În 1962, când s-au făcut planurile GPS, se dorea ca acesta să devină un sistem global cu precizie cât mai mare.

GPS a trecut prin mai multe etape:
– 1972: primele teste cu receptoare GPS
– 1978: primul satelit din Blocul I a fost lansat urmat de alți 10
– 1989: primul satelit din Blocul II a fost lansat
– 1993: 24 de sateliți GPS erau deja în orbită și ofereau serviciul standard de poziționare
– 1995: sistemul GPS oferea serviciul precis de poziționare
– 2000: disponibilitatea selectivă a fost blocată, civilii având dreptul de a primi semnalul nedegradat
– 2014: GPS Blocul III urma să fie lansat cu noi stații la sol și sateliți ănsă a fost amânat pentru 2016

Extra:
– GPS III – http://en.wikipedia.org/wiki/GPS_Block_IIIA

Uzul civil a fost consimțit în 1983 când zborul KAL007 al Aviației civile Coreene a fost doborât de către aviația militară rusă din cauza încălcării spațiului rusesc în zona Japoniei. Dat fiind că la baza incidentului a fost o eroare de navigație, SUA a decis ca sistemul GPS să fie accesat și de către populația civilă.

Totuși, precizia oferită de sistemul GPS civililor se supune regulilor disponibilității selective, situație în care civilii au acces limitat la informațiile GPS. Cu alte cuvinte, receptoarele GPS nu au precizie militară.

Prin anul 1989 a fost scos pe piață primul receptor GPS numit Magellan NAV 1000 al firmei Magellan Navigation Inc. și costa 2900 de USD. Abia după anul 2000 receptoarele GPS au devenit mai accesibile.
img8 – nav 1000
JN2012-1318
(sursa – http://timeandnavigation.si.edu/multimedia-asset/magellan-nav-1000-gps-receiver-1988 )

Extra:
– KAL007 – http://en.wikipedia.org/wiki/Korean_Air_Lines_Flight_007
– selective GPS – http://en.wikipedia.org/wiki/Error_analysis_for_the_Global_Positioning_System#Selective_availability
– gps nav device – http://en.wikipedia.org/wiki/GPS_navigation_device

Cu timpul au apărut mai mulți producători de receptoare GPS printre care și Garmin (1991), Benefon (1999), si TomTom (2002). Benefon a creat primul chip GPS pentru telefoanele mobile. Azi toate smartphone-urile au chip GPS integrat iar unele au AGPS, asisted GPS, modul prin care operatorii de telefonie ajută la detectarea rapidă sateliților pentru că au servere AGPS cu orbitele sateliților stocate și gata a fi utilizate.

Asemenea chipuri GPS din telefoanele mobile, cuplate cu aplicații de navigare de tipul OsmAnd, Google Maps Navigation, iGo, Maverick și altele pot ajuta la orientarea în aproape orice oraș din lume.

Pe lângă chipurile GPS și receptoarele GPS dedicate există și module GPS care pot fi conectate la laptop cum ar fi modulele open-source Elektor GPS.

4. Cum functioneaza GPS

Receptoarele GPS se folosesc de semnalele trimise de sateliți pentru a a găsi poziția exactă a utilizatorului.

Contrar celor știute de mulți oameni, sateliții GPS nu te detectează pe tine, ci tu recepționezi semnalul sateliților și de acolo afli poziția ta exactă. Sateliții GPS nu te urmăresc, ci tu pe ei.

Ai nevoie de cel puțin trei sateliți GPS pentru a afla pozița ta exactă. Poziția ta este aflată folosindu-ne de procesul numit trilaterare, care nu este același lucru cu triangulația. Triangulația măsoară unghiuri, trilaterarea măsoară distanțele.

Atunci când receptorul GPS detectează cel puțin sateliți el primește semnalul de la fiecare dintre aceștia la intervale diferite măsurate în microsecunde. Calculând timpii diferiți în care ajung semnalele la receptor și știind poziția sateliților acel receptor poate indica locul în care te afli. În fapt, receptorul calculează sfere din informațiile primite iar locul în care te afli este pe suprafața Pâmântului, la intersecția celor trei sfere generate.

img9 – trilaterare sfere

img9-GPS_3D-trilateration
(sursa https://openclipart.org/tags/Satellite )

Extra:
– trilaterare video- https://www.youtube.com/watch?v=4O3ZVHVFhes
– trilaterae scurt – https://www.youtube.com/watch?v=o4gYnbGXD6o
– how gps works http://electronics.howstuffworks.com/gadgets/travel/gps.htm
– extra GPS si Einstein: http://tehnocultura.ro/2011/11/11/sistemul-gps-explicat-in-mai-putin-de-doua-minute-video/
– General Relativity: http://en.wikipedia.org/wiki/General_relativity#Gravitational_time_dilation_and_frequency_shift
– atomic clock: http://en.wikipedia.org/wiki/Atomic_clock

Sistemul GPS nu ar fi fost posibil fără două lucruri foarte importante: teoria relativității generale și speciale a lui Einstein și ceasurile atomice.

Teoria relativității speciale a lui Einstein ne spune că, atunci când un obiect se deplasează, timpul curge mai lent pentru acesta. Este un fenomen ce se numește dilatarea timpului și poate fi observat mai bine la viteze foarte mari.

Dacă mergem cu avionul sau cu trenul noi vom trăi mai mult cu câteva miliardimi de miliardimi de secundă față de cineva care stă în loc. Einstein a știut acest lucru și a creat ecuația dilatării timpului:
t’= t * ( 1 / sqrt (1- v^2/c^2) )

img10 – rel speciala
img10-special-relativity-time-dilation
( sursa http://www.livescience.com/26681-most-beautiful-mathematical-equations.html?cmpid=514627_20140907_31011406 )

Pentru faptul că sateliții zbor cu 3-6 km/s față de noi, timpul curge mai încet la acea altitudine. Mai mult sateliții se supun și relativității generale ale lui Einstein, teorie care spune că pentru obiectele care sunt la distanțe mai mari față de un centru de gravitație timpul trece mai repede.

După calculele făcute de oamenii de știință, relativitatea generală câștigă iar timpul trece mai repede, per total, la altitudinea sateliților.

Știind acest lucru oamenii de știință au instalat corectoare de timp pe sateliții GPS iar acele corectoare de timp se sincronizează cu ceasurile atomice de pe Pământ. Timpul este măsurat acum în sistemul GPS cu o precizie de miliardimi de secundă.

Fără corecția de timp sateliții GPS transmit un timp din viitor cu ceva nanosecunde în plus, astfel că, la finalul zilei, poziția care ar trebui să îți indice receptorul GPS este undeva la zeci de kilometri distanță.

Așadar, sistemul GPS nu numai că este o minune a ingineriei, dar este și o demonstrație de laborator enormă în care vedem relativitatea timpului, așa cum a fost prezisă de Einstein acum o sută de ani.

Extra:
– gps tehnocultura – http://tehnocultura.ro/2011/11/11/sistemul-gps-explicat-in-mai-putin-de-doua-minute-video/

5. GPS viitor/alternative

Alternativele la GPS sunt GLONASS, sistemul de navigare rusesc, operațional global. Galileo, sistem de navigare european, va fi funcțional în 2019 iar chinezii au Beidou, utilizabil în Asia și Pacificul de Vest.

În afară de acestea mai sunt sistemele:
– COMPASS – China, va fi operațional în 2020
– IRNSS – India, acoperă India și nordul Oceanului Indian
– QZSS – sistemul japonez, operațional, valabil Japonia

Ai folosit GPS-ul până acum? Ei bine, după ce știi cele aflate azi este clar că nu o să te mai uiți la GPS în același mod.

Știri

1. 1000 TB pe un CD? Posibil în viitor.

img11 – 1000TB/CD
img11-1000tb-cd-t5gbpxcm-1371621655

(sursa Nature Communications)

Revista Nature a publicat, în 2012, un studiu prin care eram informați că tehnicile de scriere pe CD-uri vor putea fi mult îmbunătățite. Recent Science Alert, in 2014, ne-a informat că primele teste în scrierea a 1000TB pe un CD au fost reușite.

Deocamdată poți pune maxim 8 GB de date pe un DVD și 40 GB pe un blu-ray disc, dar 1000TB este cu mult mai mult. În 1 TB poți pune aproximativ 1000 de filme iar în 1000TB poți pune 10 ani de filme HD sau 50 000 de filme Full HD.

O asemenea capacitate de stocare va fi necesară în viitor pentru că numai în ultimii 2 ani noi am generat peste 90% din conținutul video/foto al tuturor vremurilor.

Cum se va face stocarea atâtor date pe un singur disc? În momentul de față laserul DVD-writerului din calculatorul tău folosește lumină pentu a scrie biți, 0 și 1. Lumina folosită este undeva pe la 500 nm.

Pentru a obține o densitate mai mare de ifnormație noi trebuie să folosim lumină la lungimi de undă mult mai mici, mai precis 9 nm. Aici Dr Zongsong Gan, cercetător de la Universitatea de Tehnologie din Swinburne, Australia a venit cu ideea genială: folosește două unde de 500 nm, dar una pentru scriere și una pentru blocarea primei. Secretul stă în faptul că unda nu este blocată complet și are o zonă în care mai poate scrie iar acel punct are un diametru de 9 nm.

Genial!

Până să ne bucurăm de desicurile la 1000TB ne putem arunca ochii după hard-diskurile care au 10TB de la Western Digital (divizia HGST), mult mai mult decît au nevoie 90% dintre deținătorii de calculatoare de azi.

Sursa: Nature, doi:10.1038/ncomms3061
Links:
http://www.nature.com/ncomms/2013/130619/ncomms3061/full/ncomms3061.html
http://www.sciencealert.com.au/news/20140309-26116.html
http://www.sciencedaily.com/releases/2013/05/130522085217.htm

2. Contracepția pentru bărbați.

Nu este o pastilă, dar pe aproape

img12- Vasalgel
img12-vasalgel-contraceptie-barbati
(sursa parsemusfoundation.org)
De ceva ani buni se caută o metodă prin care ceva asemănptor pastilelor contraceptive să fie utilizate și de bărbați.

Până de acum nu s-a reușit acest lucru, însă un tip nou de tratament, care implică o operație, va putea fi folosit în viitor. Parsemus Foundation a creat Vasalgel, un gel care poate fi injectat în vas deferens, vasul ce are rolul de a ghida spermatozoizii către exterior. Odată injectat acest gel bărbații vor deveni infertili pentru mai mulți ani.

Procedeul seamănă cu vasectomia însă este reversibil. Primele teste pe iepuri și babuini sunt promițăroate și testele pe oameni vor începe abia anul viitor.

Surse:
DNews – https://www.youtube.com/watch?v=69fBYvwKNLk&feature=em-uploademail
Wired – http://www.wired.com/2011/04/ff_vasectomy/all/
Parsemus Foundation: http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:NpQFRtUQVvMJ:www.parsemusfoundation.org/vasalgel-home/+&cd=4&hl=en&ct=clnk

3. Superclusterul Laniakea, casa Căii Lactee

img13
img13-laniakea-casa-calea-lactee
(sursa Nature Video)

Nature relatează că s-a descoperit adresa noastră supra-galactică, să îi zicem așa: la limitele unuia dintre brațele superclusterului Laniakea. Studiul publicat în Nature de către R. Brent Tully, Hélène Courtois, Yehuda Hoffman și Daniel Pomarède prezintă metodele prin care s-a creat o hartă 3D cu galaxii ce se întind pe o distanță de aproape 10 miliarde de ani lumină. Superclusterul Laniakea are nu mai puțin de 500 de milioane de ani lumină.

De știut este faptul că în Univers galaxiile nu sunt poziționate aleatoriu, ci există influențe gravitaționale ale clusterelor, grupurilor mari de galaxii. Astfel, Universul și-a distribuit galaxiile în filamente supra-galactice ce se întind pe sute de milioane de ani lumină. Există locuri unde concentrația de galaxii este mare și altele în care nu găsești nici o galaxie.

Revenind la adresa noastră, dacă este destul de ușor să aflăm unde este Terra, atunci nu la fel de ușor este să afli unde este galaxia Calea Lactee, casa noastră. Sol sau Sistemul solar este plasat în unul din cele două brațe spiralate, chiar la marginea acestuia. Calea Lactee este înconjurată de zeci de galaxii în ceea ce se numește Grupul Local.

Acest Grup Local se îndreaptă, împreună cu zeci de mii de alte galaxii către un centru de gravitație numit Marele Atractor, care este chiar linia centrală a Superclusterului Laniakea. Cercetătorii au reușit să stabilească limitele clusterelor de galaxii urmărind deplasarea lor la unison către un centru de gravitație comun. Acolo unde traiectoriile galaxiilor sunt divergente s-a stabilit că se află limita clusterului.

În animația de mai sus fiecare punct este o galaxie iar Universul are miliarde de miliarde de galaxii. Odată ce ai putut stabili poziția ta în functie de un supercluster anume te poți întoarce de unde ai plecat. Desigur, asta dacă reușești să călătorești așa de departe.

Conform Phys.org Laniakea înseamnă “Cer Infinit” în hawaiană. S-a ajuns la cartarea 3D a superclusterului și a mii de galaxii folosindu-se de Green Bank Telescope (GBT) de la Fundația Națională de Științe a SUA.

Cu ajutorul GBT cercetătorii au putut vedea că superclusterul Laniakea are un diametru de 500 de milioane de ani-lumină și are masa a o sută de milioane de miliarde de Sori răspândită de-a lungul a 100 000 de galaxii.

Sursa:
– Tehnocultura – http://tehnocultura.ro/2014/09/03/unde-este-localizata-calea-lactee-in-superclusterul-laniakea/
– Nature – http://www.nature.com/nature/journal/v513/n7516/full/nature13674.html

Dacă ai întrebări, sugestii sau comentarii le poți lăsa la filmul de pe YouTube sau pe adresa manuel@tehnocultura.ro.

Categories
Podcasts

Tehnocultura 003: TVS – Cum functioneaza GPS-ul?

Episodul 3, GPS-ul, a fost difuzat la TVS Brasov în data de 18 octombrie 2014, orele 20:30.

Ce este GPS-ul? Este adevărat că steliții GPS te urmăresc? De ce timpul trece mai repede la înlțimea sateliților GPS? Ce rol a avut Einstein în crearea sistemului GPS? Sau ce rol au ceasurile atomice în toată povestea aceasta? Video în curând.

Interviu cu domnul Conferențiar Doctor Nicolae Crețu, care predă fizica viitorilor ingineri școliți la Universitatea “Transilvania” din Brașov.

Subscribe in iTunes

Categories
Stiinta

Fundamentele teoriei spațiu-timpului. Bonus: lumina!


TED Ed are o multe cursuri unite în seria Before and After Einstein din care aflăm ce semnifică teoriile din fizică și cum ne ajută acestea să cunoaștem mai bine universul ce se înconjoară. Unul dintre cele mai interesante subiecte este cel al spațiu-timpului, deoarece spațiul a apărut odată cu timpul și sunt parte integrantă a unui univers quadridimensional, cu trei dimensiuni în spațiu și cu 1 dimensiune temporală.

În prima parte din cursul Fundamentele spațiu-timpului, cea din filmul de mai sus, Andrew Pontzen și Tom Whyntie ne învață că spațiul și timpul sunt parte a aceleiași entități.

La fel, mai învățăm și să aceleași legi ale fizicii trebuie să se aplice în orice punct de referință. Dacă noi suntem punctul de referință, atunci putem vedea cum totul merge pe lângă noi cu 1 m/s, dar dacă o casă este centru de referință, atunci putem vedea că noi suntem cei ce trece pe lăngă acea casă, nu invers. Mai multe detalii afli de aici.

În partea a doua, prezentată în filmul de mai jos, aflăm că de oriunde măsori și cu orice viteză te deplasezi lumina are exact aceeași viteză.

Folosindu-te de diagrama pomenită în primul film, cel de la început, vei vedea că cine este în deplasare ar trebui să obțină valori diferite ale vitezei luminii. Numai că spațiu-timpul nu este reprezentat ca un set de cărți cu tine în poziții diferite la timpi diferiți, ci este considerat un tot unitar, ca un corp solid.

Astfel că, pentru cine este în deplasare, faptul că obține exact aceeași viteză pentru lumină înseamă că spațiu-timpul se alungește pe direcția timpului și se comprimă pe direcția spațiului.

Cu alte cuvinte, dacă tu călătorești la viteze aproape de viteza luminii, atunci vei vedea că timpul trece mai greu și că spațiul se comprimă. Același lucru este valabil și la viteze mai mici, dar efectele sunt neglijabile.

Cum aflăm treaba aceasta? Ei bine, ne folosim de celebra formulă obținută în urma unei transformări Lorentz (dilatarea timpului):

dilatare-timp


iar gamma este:
dilatarea-timpului-factor-lorentz-gamma

Ok, acum t este timpul care trece pentru cel care stă în repaus iar t’ este timpul celui care este în deplasare. Dacă cineva aboară cu avionul cu viteza Mach 1, adică a sunetului, adică 340 m/s, timp de o oră, sau 3600 de secunde, atunci vom descoperi că pentru cel ce a zburat timpul a trecut mai greu.

Dacă luăm un timp de referință de 3600 secunde iar cel care călătorește zboară cu 340 m/s, cât este viteza sunetului, atunci timpul pentu cel în zbor va fi egal cu 0,99999999999935777777777757155309 din timpul celui care stă în repus, adică cel în zbor trăiește cu 0,0000000023120000000022272267 secunde mai mult. Adică un om care călătorește cu viteza luminii timp de o oră trăiește mai mult cu 2,31 nanosecunde decât unul care stă.

Cum secunda are 1 miliard de nanosecunde îți dai seama că efectul este neglijabil la nivel de viață umană, dar nu pentru sistemele GPS. În schimb, dacă zbori la jumătate din viteza luminii atunci timpul va trece cu 25% mai încet pentru tine, adică pentru cele 3600 de secunde care trec pentru cel ce stă, pentru tine vor trece 45 de minute.

Citește aici mai multe despre lumină și viteza luminii.

Bonus: adevărul despre lumină și electroni!