Categories
Podcasts SciCast Stiinta

Tehnocultura SciCast 034 – CRISPR/Cas9, MUSE de la ESO, masă negativă, culori structurale pe metasuprafețe dielectrice

Tehnocultura SciCast 034 a fost înregistrat sâmbătă, în data de 20 mai 2017, în Londra, Marea Britanie.

Subiectele zilei: CRISPR/Cas9, MUSE de la ESO, masă negativă, culori structurale pe metasuprafețe dielectrice.

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

Mulțumiri partenerului Easyhost pentru găzduirea Tehnocultura.ro:

Subiectele zilei:
1. Fabrica de mutanți sau simple modificări necesare

– Seeker: cancerul este 70% mutație generică pe care nu o poți controla
CRISPR/Cas9
2. Cum ne uităm în trecut? MUSE, vedere în mai multe benzi în același timp către inima Universului

MUSE ESO
3. Nu, fizicienii nu au creat masă negativă
Backreaction – masă efectivă negativă, efectiv = proprietare emergentă, nu ceva fundamental, este o chestie de convenție (precum temperaturile absolute negative )
– Ask Ethan: masa negativă ar avea proprietăți antigravitaționale, dar nu există / Tehnocultura Scicast ep 30 despre antigravitație

4. Culori structurale: ce sunt și de ce avem nevoie de ele?
– Science Magazine: cum obținem culori structurale în casa noastră?
detalii video / studiu Sciencefull text / studiu Nature despre metasuprafețe dielectrice

Minutul de tehnologie

– JaysTwocents: review ASUS ROG STRIX 1080Ti
– Computerphile: compresie audio digitală
– TechQuickie: cum funcționează scannerele?
– Paul’s Hardware: cel mai bun calculator de gaming la 1000 de dolari
– Science channel: cum construiești vase care sparg gheața?

Știri din lumea științei

– Thunderf00t: cât de mult slăbești pe oră numai respirând?
– VaccineMom: și adulții au nevoie de vaccinuri periodice (rapel)

– Backreaction: publicitatea proastă nu face bine științei
– RealLifeLore: cum vor fi următorii 1 miliard de ani?
– Inside Science: românca Gentiana Wenzel a inventat un dispozitiv în care laserul este folosit pentru a ajuta oamenii cu probleme de auz

– Sixty symbols: principiul lui Mach sau cum explicăm, mai bine, ce este forța centripetă
– ESA: pământul din spațiu – Amsterdam
– Vintage Space: cum se foloseau astronauții de verbe și substantive pentru a programa calculatorul de bord în cadrul misiunilor Apollo?
– Computerphile: megaprocesorul

Despre ce se mai discută în lumea pseudoștiinței?

– Cristian Român: Cronica Scepticulu. Povara Adevarului / Anti-vaccin
– Sceptici în România: Ep. 136 – Depopularea României
– Thunderf00t: nu obții așa de ușor apă din aer

Bonus

– Ask Ethan: cum arată orizontul evenimentului unei găuri negre? / cum era entropia în timpul Big Bang? / limitele fizicii / cum arată un Univers cu încă o dimensiune?
– Știință și tehnică: Revoluția Industrială a dat startul accelerării încălzirii globale
– Ms Beautyphile: opriți chemofobia

– Ted ed: ce este astmul? / ce este entropia?
– Ask a mathematician: dacă lumina este o undă, atunci ce unduiește ea?
– Wendover: ce reguli există pentru avioanele cu două motoare care zboară peste ocean? ETOPS explicat
– Geography now: Guinea
– Naked science: ce este ninsoarea subacvatică?

– Minute earth: de ce o mare parte din apa ploii nu atinge pământul
– Michel van Biezen: astrofizica – sisteme binare, legea lui Kepler / graficele vitezelor și determinarea maselor – sisteme binare / fizică – ce este un eelctron-volt?
/ ce este rata de descompunere?
/
– PBS Infinite Math: cum să construiești un pod infinit
– Solilogui: cum am creat porumbul de-a lungul miilor de ani?
– Tom Scott: de ce toate planete cu alieni în filmele SF arată la fel?

Parteneri

Știință.Club
Fizica povestită – Cristian Presură
Știința pe Facebook

Unde mă găsești:
Tehnocultura pe Facebook
Grupul știința pe Facebook
Grupul Știința, candelă în întuneric
Grupul Pseudoștiința pe Facebook

Categories
Podcasts SciCast Stiinta

Tehnocultura SciCast 009 – Suntem radioactivi

Tehnocultura SciCast 009 a fost înregistrat duminică, în data de 12 iunie 2016, în Londra, Marea Britanie.

Subiectul principal al acestui episod este radioactivitatea.

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

Video pentru radioactivitate:

radiație (electromagnetică, acustică, gravitațională, de particule) versus radioactivitate (descompunere nucleară spontană) / Hyperphysics desre radioactivitate

– oameni radioactivi: în fiecare secundă se decompun în noi 5000 de atomi de potasiu-40 radioactiv

ce face radioactivitatea periculoasă: este vorba de descompunerile radioactive și generarea de radiație alpha, beta, gamma

radiatie-alpha-beta-gamma

– “Radium girls”: radiul și radioactivitatea au fost descoperite în 1898 de Marie și Pierre Currie șî, fără a se ști exact efectele sale, a început să fie folosit în diferite produse în SUA. US Radium Corporation folosea radiul pe post de vopsea fosforeșcentă în fabrica sa unde erau angajate femei pentru a vopsi ceasuri. Femeile erau încurajate să ascute vârful pensulelor cu buzele și, astfel, ele s-au îmbolnăvit din cauza radiului ingerat.

descopmpunerea radioactivă generează căldura din interiorul Terrei / același sistem folosit și la roverul Curiosity

reactoarele nucleare mai sigure azi decât acum 30 de ani

perioada înjumătățire ( 1 / 2^n) a c-14 / cel mai vechi mineral zirconiu aflat cu ajutorul datării uraniu-plumb / vârsta planetei
În 1904 fizicianul Ernest Rutherford a arătat că procesul de descompunere radioactivă poate fi folosit pentru a data rocile.

Cernobâl la 30 de ani de la dezastru

Recomandare de carte

Mathematics for the non-mathematician de Morris Kline.

math-morris-kline

Întrebarea săptămânii: De ce anumite materiale sunt transparente?

În episodul 28 filmat pe canalul de YouTube al Tehnocultura profesorul Nicolae Crețu ne-a explicat de ce anumite materiale sunt transparente.

Transparenta este proprietatea materialelor de a permite luminii vizibile să treacă prin ele cu o atenuate foarte mică.

Sticla, anumite tipuri de plastic și acril, pietre semiprețioase și oxidul de aluminiu sunt transparente în spectrul luminos.

Transparență în toate lungimile de undă ale spectrului electromagnetic nu există, ci materialele sunt transparente doar pe anumite regiuni ale spectrului. Este vorba de lumina vizibilă, adică cea cu lungimi de undă între 400 (albastru) și 700 (roșu) de nanometri.
lumina

Lumina și lungimile ei de undă:
rgb
Sticla, de exemplu, este transparentă pentru lumină și pentru radiația de energie mai mică decât a luminii (IR, microunde, radio), dar este opacă pentru UV iar X și gamma trec parțial prin sticlă.

Dat fiind că lumina este o undă electromagnetică, adică este formată din oscilații ale câmpului magnetic și electric care se propagă din aproape în aproape, câmpul electric din aceasta interacționează cu electronii liberi și cu cei de pe stratul exterior al atomilor.
elmag

In diferite materiale, precum este metalul care este acoperit de o “mare” de electroni din zona electronilor de conducție, lumina va fi absorbită de acei electroni pentru că sunt mulți electroni liberi în acel material.

În cazul sticlei lumina nu este absorbită pentru că există foarte puțini electroni liberi iar energia luminii este prea mică pentru a determina absorbția acesteia. În schimb, radiația UV are suficient de multă energie încât să fie absorbită de electronii din atomii din sticlă.

Trebuie amintit aici conceptul de atenuare, o proprietate a materialelor de a absorbi, după o lege exponențială, energia electromagnetică incidentă. Cu alte cuvinte, absorbția crește cu cât grosimea materialului traversat de către lumină crește.

exponential

Legat de absorbția luminii, dacă folosești filtre, atunci vei observa că un filtru roșu permite trecerea luminii roșii, dar nu și a celei verzi sau albastre. Aici este vorba de transparență selectivă.
red filter

Minutul de tehnologie

– Interesting Engineering: AI ar trebui protejat de drepturile omului
– TechCrunch: Atari intră în piața dispozitivelor IoT
– Toms Hardware: cele mai bune SSD-uri ale lunii mai 2016
– Extreme Tech: startup britanic a creat aplicația Tenant Assured prin care se vrea ca proprietarii de imobile să verifice toate conturile social media ale posibililor chiriași pentru a primi o notă
– Woogie: asistentul personal creat de români
– Fully Charged: cum se comportă un ATV electric din UK
– Tech Crunch: conturile de Linked in și Twitter ale lui Mark Zuckerber au fost hackuite. El folosea parola “dadada” pentru Twitter iar contul de Twitter era conectat cu Linked in
– Tech Quickie: ce sunt partițiile? / ce sunt memoriile flash folosite la SSD-uri: MLC, TLC, and SLC

Știri din lumea științei

– SciShow: 8 animale din adâncurile oceanelor
– BackReaction: despre arxHiv și cum se filtrează automat studiile pentru a fi publicate
– Michael Eiser: Elsevier păcălește autorii lucrărilor științifice și le fură drepturile de autor
– Science Friction: tata Uraniu ne spune care este greutatea memoriei
– Nature: detalii despre homo florensiensis aka “hobbiți” din zona Indoneziei
– Sense About Science: guvernul UK nu știe pe ce dă banii atunci când plătește diverse studii
– Science Based Medicine: studiul despre șobolanii ce au făcut cancer din cauza semnalelor GSM/CDM sunt pline de erori / articol Tehnocultura pe tema aceasta
– Daily Galaxy: o genă permite comunicarea dintre celule și a dus la apariția vieții inteligente
– Scholarly OA: alte publicații frauduloase gata să păcălească oamenii de știință – Scientific Open Access Journals (SOAJ) și Remedy Publications / alte trei: International Academic Publishing House, Scientific Federation și eScience Publisher (eSciPub)
– Numberphile: angrenaje a câte trei roți dințate în contact sunt posibile și arată ciudat
– New Scientist: porci folosiți pentru a crește organe umane (corpul nu refuză organul respectiv pentru că va fi creat din celulele pacientului)
– SciShow Space: cele mai mari rezervoare de apă din spatiu
– HealthCare Triage: imagine știința versus restul
– Science Friday: o abordare mai veche în a lupta cu bacteriile – bacteriofagii

Despre ce se mai discută în lumea pseudoștiinței?

– ScienceBasedMedicine: medicină integrată versus medicina alternativă
– O privire sceptică: cine este Andrew Wakefield, din cauza căruia viața multor copii a fost pusă în pericol de crearea mișcării antivaccin
– O privire sceptică: acupunctura și homeopatia
– Naturopathic Diaris: petiția care atrage atenția că naturopatia este o minciună atrage tot mai multă atenție

Bonus

– SciShow: 8 lucruri interesante despre brânză
– Compound Chem: chimia pepenelui
– Applied Science: cum arată hârtia sensibilă la câldură
– Today I Found Out: elicopterele nu cad ca pietrele când li se oprește motorul
– Today I Found Out: cum se calculează caloriile din mâncare
– Deep Astronomy: ce joburi există în lumea astronomiei
– Ted-Ed: cum funcționează tranzistorii
– Crash Course Games: cum a intrat Microsoft în lumea jocurilor video
– Atlas Obscura: numerele de pe pistele din aeroporturi reprezentă deviația, în zeci de grade, față de nordul magnetic

Vizitează

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

Categories
Podcasts SciCast Stiinta

Tehnocultura SciCast 008 – Sunetul și lumea vibrațiilor

Tehnocultura SciCast 008 a fost înregistrat duminică, în data de 05 iunie 2016, în Londra, Marea Britanie.

Subiectul principal al acestui episod: sunetul.

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

Video pentru sunet:

Atunci când o vibrație a aerului din jur are o frecvență între 20Hz – 20KHz și percepută de timpanul nostru creierul o interpretează ca fiind sunet.

La tot pasul suntem înconjurati de suntem înconjurati de vibratii. Matrix style

Aceste vibrații nu sunt altceva decât unde mecanice care se propagă prin tot felul de medii. Sunetul, ca undă mecanică, nu se poate propaga în vid, tocmai de aceea filmele SF te mint când îți rulează un sunet în fundal în timp ce navele se urmăresc ori când o navă explodează. În spatiu nu auzi nimic pentru ca nu există nimic care să propage sunetul.

Evoluția auzului are o istorie de mai bine de 350 de milioane de ani, de când au ieșit din mare primele animale. Pe la vremea aceea urechea, așa cum o știm noi, nu exista, însă animalele au putut percepe vibrațiile din sol sau apă cu tot corpul.

Abia odată cu evoluția amfienilor auzul s-a dezvoltat ca simț pentru că au părut oasele urechii medii. Astfel se puteau simți variatiile de presiune ale aerului, respectiv sunetele din jur, un pas major față de situația în care simți vibrațiile solului cu tot corpul tău, cum a fost până la vremea aceea.

Oamenii aud sunete între 20Hz – 20KHz și s-au făcut mai multe studii pentru a stabili exact intervalul aplicabil oamenilor: prin anul 2000 se considera auzul omului este în intervalul 15Hz – 18KHz ca mai apoi, în 2003, să se stabileasca faptul că este în intervalul 20Hz – 20KHz. La animale intervalul este mult diferit: pisici (55Hz – 77KHz), câini (64Hz – 44KHz), șoareci ( 900Hz – 79KHz), cal (55Hz – 33.5KHz) sau liliac (10KHz – 115 KHz).

Imagine via Wikipedia:
interval-auz-animale

Urechea umană are sensibilitatea cea mai mare la sunete între 1KHz – 3 KHz după anumite calcule sau între 2-5 KHz, după altele. După cum bine îti poți da seama oamenii sunt mai sensibili la sunetele ce pot fi produse tot de oameni, undeva între 300Hz si 3KHz. Tot așa și animalele au un interval auditiv care să cuprindă și intevalul vocal al respectivelor animale.

S-a descoperit că vocile femeilor sunt mai enervante decât cele ale bărbătilor pentru notele mai înalte prezente în sunetele generate. Se pare că, biologic vorbind, toți suntem subiectivi și apreciem mai mult vocile grave. Inclusiv Margaret Thatcher, fost premier al UK, a luat lecții în care învăța să folosească o voce mai gravă pentru a impune respect (via Business Insider).

Testează-ți auzul cu ajutorul filmului pus în show notes:

Când studiezi sunetul dai, destul de curând, de conceptul de frecvența naturală a obiectelor, care este frecvența cu care un obiect vibrează atunci când tu îl lovești. Știind frecventa naturală cu care un obiect vibrează tu poți crea instrumente muzicale interesante precum toba Hang. Să ascultăm puțin ca face o tobă Hang în mâinile dibace ale lui Daniel Waples:

Profesorul Nicolae Cretu a explicat ce este sunetul în episodul 31 filmat pe canalul de YouTube al Tehnocultura:

Curs complet despre sunet și unde sonoare via Michel van Biezen, pe YouTube, gratuit:

Curs complet despre unde mecanice pe YouTube via Michel van Biezen:

Trebuie înțeles că sunetul este o vibratie transmisă printr-un mediu. Cutremurele pot fi văzute, și ele, ca sunete, dar la frecvențe destul de mici. Cu toate acestea cutremurele pot distruge clădiri, tocmai de aceeea unii zgârie nori, ca Taipei 101, folosesc un amortizor de masă sau “tuned mass damper” cum i se zice în engleză. Acest amortizor este un pendul uriaș menit să contracareze vibrațiile generate de cutremur, vibratii ce ar putea distruge clădirea.

În asemenea amortizoare energia din vibrații este transferată acelui pendul iar ocupanții clădirii nu simt cutremurul la fel de mult ca cei care sunt la sol. Cum clădirile au frecvențe naturale de ordinul herților (PPT download) arhitecții iau în considerare faptul că un cutremur ar putea avea frecvențe similare și ar putea distruge clădirea. Tocmai de aceea se iau măsuri pentru a întări anumite părți din clădiri.

Frecvența naturală a unei clădiri de 2 etaje este de 5Hz, la 5 etaje este 2Hz, la 10 etaje este 1Hz iar la 30 de etaje este 0,3Hz. Dacă un cutremur are asemenea frecvențe în vibratiile pe care le generează, atunci ai șansă ca clădirea să oscileze la unison cu cutremurul și, dacă nu ai metode prevenire a acestor oscilații, atunci clădirea se va dărâma.

Un exemplu este cutremurul din Mexic din 19 septembrie 1985 unde majoritatea clădirilor ce s-au prăbușit aveau 20 de etaje (frecvența naturală în acest caz este de 0,5Hz, periaoda de 2 secunde). Clădirile mai mici din zona lor nu au fost afectate.

Generalități:
– sunet este o undă mecanică, are amplitudine, lungime de undă, frecvență, fază, intensitate, putere, presiune
– ca la orice undă mecanică v = l*f, l – lungime undă, f – frecvența sunetului
– unda longitudinală, unde de compresie – ureche interna – cohlea – sunet
viteza sunetului depinde de modulul de elasticitate al mediului în care se propagă: 331 m./s în aer, 1440 m/s în apă, 5000 m/s în fier
viteza sunetului în aer, formulă rapidă, v = 331 + 0.6 * temp, temp este temperatura în grade Celsius
– intensitate minima I0 = 1* 10^-12 W/m^2, intensitatea când oamenii vorbesc = 10^-6 Wm^2
– legătura dintre intensitate și decibeli: I în dB = 10 log I/I0. Ex:
I = 10^-12 W/m^2 => 0 dB
I = 10^-6 W/m^2 => 60 dB, oameni vorbind
I = 10^-2 W/m^2 => 100 dB, copil plângând
I = 1 W/m^2 => 120 dB, pragul durerii
I = 10 W/m^2 => 130 dB, motor avion
( la intensități de zece ori mai mari, decibelii urcă cu 10)
– când folosești două boxe care au aceeași intensitate decibelii cresc cu 3. Exemplu: două boxe ce au 80dB rezulta într-un sunet perceput la 83dB.
intensitatea scade cu pătratul distanței: un sunet de 80dB la 10 metri distanță se va auzi la 40dB la o distanța de 1000 de metri
(I la 1000m) = 1 / (1000 /10)^2 * (I la 10m)
– I = P/ A = P / 4piR^2
sunetul supus fenomenelor de interfernța ca la orice alt tip de undă mecanică ( adică pot exista zone în care nu auzi sunet, deși alții din jur aud)
– efectul Doppler se aplică și aici:
f obs = f sursa ( ( v +/- vo) / (v +/- vs) )
f obs – frecvența observată
f sursa – frecvența sunetului emis de sursă
v – viteza sunetului, 340 m/s la 20 de grade Celsius
v0 – viteza observatorului
vs – viteza sursei
– efectul Doppler când este implicat și un perete care reflectă sunetul:
f obs = f sursa ( ( v +/- vo +/- vp ) / (v +/- vs +/- vp) ),
vp – viteza peretelui
– efect Doppler când vântul bate în direcția vitezei sunetului
f obs = f sursa ( ( v + vv +/- vp ) / (v + vv +/- vp) ),
vv – viteza vântului
– efect Doppler când vântul bate în direcție opusă vitezei sunetului
f obs = f sursa ( ( v – vv +/- vp ) / (v – vv +/- vp) ),
vv – viteza vântului
– boomul sonic la viteze trans și supersonice
dislocarea moleculelor are loc pe o distanța de numai 10^-8 m, adică 10 nm, la 60 dB și la o presiune de numai 5 milionimi din presiunea atmosferică normală (101200Pa sau N/m)
fiecare sunet, oricât de complex, este o sumă a unor sunete simple, periodice, numite armonice. În volumul Mathematics for the Nonmathematicians, a lui Morris Kline, capitolul 19 tratează analiza sunetului din punct de vedere matematic în detaliu. Capitolul se numește THE TRIGONOMETRIC ANALYSIS OF MUSICAL SOUNDS.

volumul trebuie dat mai tare la frecvențe mai mici, tocmai de aceeai boxele au bașii cu mebrana mare în comparatie cu înaltele
volum-sunete-functie-frecventa
sunetul de frecvențe mici ajunge mai departe (exemplul bașilor de la boxe)
sunetul este o undă mecanică și, astfel, se face transport de energie, dar nu și de materie
– știind faptul că sunetul este o undă mecanică putem să ne folosim de conversia analogic-digitală pentru a stoca sunetul sub formă de biți în calculator. Vezi episodul 4, din seria ElectroTehnică a Tehnocultura pe YouTube filmat cu Traian Emanuel Abrudan, de la Universitatea din Oxford:

ai putea afla masa unei monede dacă analizezi sunetul creat de aceasta la contactul cu masa
– HyperPhyics, Universitatea de Stat din Georgia, SUA: totul despre sunet

Generarea sunetului:
– boxa obișnuită:

– boxa electrostatică:

– boxele cu piese piezoelectrice cu o grosime de 1mm – Kyocera Smart Sonic Sound:

– Tehnocultura.ro – filmul electro-acustic sau boxa flexibilă:

gelul muzical (Tehnocultura.ro):

Exemple interesante:
– levitatie acustica realizată cu ajutorul ultrasunetelor – Argonne National Laboratory:

– Smarter Every Day: levitația acustică explicată

extragerea semnalului audio din imagini făcută de echipa de la MIT.
Testele făcute:
1. melodie cântă în fundal iar o camera video înregistrează o imagine a unor plante din jur. Atunci când undele sonore călătoresc în jurul nostru ele creează vibratii imperceptibile ale frunzelor plantelor. O cameră video foarte rapidă poate detecta acele vibratii iar editarea ulterioară duce a reproducerea sunetului originar cu ceva lipsuri de calitate.
2. cameră video plasată în afara casei, după un geam care izolează fonic încăperea. Se poate extrage semnalul audio din filmare, chiar dacă microfonul este închis. Exemplul cu o pungă de chipsuri, apoi cu telefon.

sunetul afectează modul în care șofezi

– viteze supersonice: o minge de ping-pong la viteza sunetului rupe paleta (Tehnocultura.ro)
– generezi curent electric: Încarci telefonul țipând la el sau folosindu-te de gălăgia din bar: Queen Mary University din London și Nokia lucrează la un model de telefon care convertește undele mecanice (sunetul) în elnergie electrică folosindu-se de oxidul de zinc care genereza electricitate atunci când este supus vibrațiilor
– sau generezi curent cu ajutorul unei boxe obișnuite (Instructables)
– ori generezi curent electric cu ajutorul unei piese piezoelectrice folosite la boxe piezoelectrice:

fașcicol tractor cu ajutorul ultrasunetelor:

Microsoft a creat SoundWave, proiect prin care detectează gesturile oamenilor cu ajutorul ultrasunetelor
UltraHaptics: înteracționare cu suprafețele touchscreen print interfață touchless ce oferă feedback tactil:

Despre rezonanță:
HyperPhysics are un curs despre rezonanță / frecvența rezonantă este frecvența naturală la care vibrează un corp în funcție de materialul din ce este compus și de geometria lui. Trei lucruri despre frecvențele rezonante:
1. este ușor sa faci un obiect să vibreze la frecevența sa naturală, dar greu la alte frecvențe
2. obiectul filtrează frecvențele la care vibrează atunci când este supus unor vibratii complexe
3. majoritatea obiecteleor au mai multe frecvențe rezonante

capturarea energiei
– cum afli frecvența naturală a unui obiect:

rezonanța mecanică wiki
frecvență naturală
cum se distruge un elicopter din cauza rezonanței la sol:

– cum poți face muzica folosindu-te de frecvența naturală a obiectelor. Exemplu: harpa din pahare de sticlă:

– faci muzică știind frecvențele la cre rezonează în mod natural obiecte obișnuite din jur, cum ar fi galeți, oale, bucăți de tablă. Exemplu este street erformerul Dario Rossi care bate tot feluld e bucăți de metal pentru a obține muzică tehno (2:30, 6:30,8:30):

Metode de vizualizare a sunetului:
– Se poate face acest lucru prin metoda numită Schlieren flow visualization, metodă prin care filmezi devierea razelor de lumină în urma modificării indicelui de refracție a aerului prin care trec acestea (Tehnocultura.ro).

CYMATICS: știință prin muzică, vibrații și sarcini electrice – folosești praf, apă sau lichid magnetic pentru a vizualiza formele creare de undele sonore

– Veritasium vede cum se comporta o undă sonoră în preajma focului

Joc cu fiinte digitale care cântă: Seaquence.

Întrebarea săptămânii: sunt oamenii radioactivi?

Da. Am publicat un articol pe tema aceasta acum 2 ani în care discutam despre radioactivitatea oamenilor datorată descompunerii elementului radioactiv potasiu-40 în țesuturile umane.


Mai întâi să vedem filmul de mai sus. Radiația la 10 000 de metri altitudine este de 30 de ori mai mare decât cea de la sol, cu toate acestea poți zbura liniștit cu avionul fără să ai probleme de sănătate. Radiația de fond, cea care ne înconjoară la nivelul solului, este de aproximativ 3 miliSievert pe an. În filmul de mai sus vezi că inginerul calculează 0.1 microSievert/oră, ceea ce este un lucru normal. La 10 metri de centrul reactorului nuclear este de 10 ori mai mare, dar la înâlțimea de 10 000 de metri ai de-a face cu radiație de 30 de ori mai mare, adică 3 microSievert/oră.

Reactoarele nucleare de azi sunt mult mai sigure decât cele de acum 20 de ani și este interesant de aflat că putem fi iradiați cu mai multă radiație într-o plimbare cu avionul decât dacă stăm lângă un asemenea reactor.

Care este legătura, totuși, cu radioactivitatea umană? Ei bine, află că totul pe Terra este radioactiv, de la miezul foarte fierbinte până la bananele ce le mânânci cu atâta poftă. Oamenii au evoluat să suporte cantități destul de mari de radiație și de aceea nu avem dificultăți. Excepție este, totuși, o plimbare la reactorul 4 de la Cernobîl.

Cei de la Health Physics Society și-au pus întrebarea: este omul radioactiv? Răspunsul este un răsunător da, dar cantitatea de radiație este atât de mică încât este neglijabilă. În fiecare secundă 5000 de atomi de Potasiu-40, element care se găsește în fiecare om, se descompun radioactiv în alte elemente prin ceea ce se numește descompunere beta minus (beta decay, β−), eliberând un electron și un antineutrino.

În descompunerea beta minus, cea mai raspândită descompunere din cadrul celor 5000 de atomi, un neutron se va tranforma într-un proton și va elibera un electron și un antineutrino. Procesul este descris în detaliu în articolul despre Quantum Field Theory.

Cei de la Health Physics Society au calculat că procesele de descompunere radioactivă din noi ne iradiază cu aproximativ 0,3 miliSievert pe an, de 10 ori mai puțin decât cei 3 miliSievert pe an din mediul ambiant. Este rău sau bine? Ei bine, pentru asta trebuie să avem aproape un tabel excelent legat de cât de multă radiație este în jur și cât de mult ne poate afecta (sursa imagine):
cantitati-radiatie-tabel

Din imaginea de mai sus poți vedea că 3-4 mSv/an este o doză normală. Maximul admis pentru lucrătorii în zone cu radiație este de 50 mSv/an iar de la 100 mSv/an avem risc crescut de cancer. La 2000 mSv sau 2Sv primiți deodată avem de-a face cu efecte imediate asupra sănătății iar la 4Sv supraviețuirea este opțională. La 8 Sv poți fi considerat deja mort.

Fun fact: dacă mânânci o banană, te iradiezi mai mult decât dacă ai dormi 2 ore cu cineva în pat, adică 0.1microSv. Tocmai de aceea s-a inventat unitatea de măsură numită BED – banana equivalent dose. Dacă ai reuși să mănânci un milion de banane odată, atunci te-ai intoxica de radiație și ai avea șanse să mori.

Acum, câtă radiație emite un om? Din tabel vei vedea că avem de-a face cu 0,05 microSv pe secundă sau cu 390 de microSv/an. Da, cu cât dormi mai mult cu cineva cu atât te iradiezi mai mult. În plan localizat, pe termen scurt, efectul este imperceptibil, însă efectul cumulat de-a lungul anilor se poate resimți în risc puțintel mai mare de cancer.

Richar Muller, profesor de fizică la Universitatea California din Berkeley a prezentat public, în articolul Radioactivity of the human body, un calcul prin care un om din 28 000 de oameni care moare din cauza cancerului are acel cancer generat de propria radiație. Calculat la populația SUA el a ajuns la cifra de 35 de oameni, din 340 de milioane, care mor anual de cancer generat de propria radiație. Calculele nu sunt exacte, dar ne prezintă cu perpectivă nouă asupra lucrurilor.

Richard Muller mai are o serie de asemenea calculate puse în directorul public. Interesant de citit și calculele despre obezitate și moduri de a slăbi. De știut: eliminăm 120 de grame de carbon din corp în fiecare zi numai respirând. Ce trebuie să faci ca să slăbești? Muller zice clar: respiră mai mult, adică fă sport mai mult.

Revenind la radioactivitatea umană, cantitatea de izotopi radiaoctivi de Potasiu-40 este de 5000 Becquereli, adică acei 5000 de atomi care se descompun în fiecare secundă. Potasiu-40 are perioada de înjumătățire de 1,23 miliarde de ani, ceea ce înseamnă că acest element provine de la supernova ce a generat Sistemul Solar.

De aici aflăm că doar 10% din cei 500 de atomi generează radiație gamma iar o parte bună din această radiație se duce către exterior. Radiația gamma este suficient de puternică încât să afecteze ADN-ul din celule. Gamma are energii de cel puțin 1MeV, suficient de mari încât să arunce electronii de pe orbitele din jurul atomilor, rupând astfel legăturile moleculare. Din fericire generăm doar 500 de raze gama pe secundă iar parte bună din acestea nu ne afectează.

Un om de 70 kg are aproximativ 140 de grame de Potasiu-40 în corp (0.2-0.4% din greutatea corpului) astfel că, la o activitate specifică de 30.5 Bq/g (Becquereli/gram), putem calcula faptul că există 4.26 kBq sau 4260 de atomi în descompunere acum. Circa 0.0117% din potasiul din corp este Potasiu-40. Un lucru interesant: Carbon-14, alt element radioactiv din corpul uman, element ce are o perioadă de înjumătățire de 5730 de ani, se află în cantitatea de 3.08kBq în om.

Ok, dar de unde atâta radioactivitate în jurul nostru? Orice atingem are o urmă de radioactivitate, oricât de mult ai curăța lucrurile. Elementele radioactive provin de la formarea sistemului solar și vor mai trece miliarde de ani până toate se vor descompune în elemente ne-radioactive.

Un lucru mai puțin știut este că planeta noastră este una dintre cele mai mari surse de elemente radioactive din zona noastră. Datorită fenomenului de descompunere radioactivă Pământul are suficient de multă căldură încât să îi ajungă pentru câteva miliarde de ani de-acum încolo.

Cum am scris și în articolul citat în linkul de mai sus, în momentul de față planeta noastră își menține căldura în proporție de 20% datorită căldurii reziduale rămase de la discul de acreție și în proporție de 80% datorită descompunerii radioactive a izotopilor Uraniu 238, Uraniu 235, Thoriu 232 și Potasiu 40.

Așadar, noi stăm pe un bulgăre încins la mii de grade de descompunerea radioactivă. Suntem protejați de expunere la radiația radioactivă de către scoarța terestră.

În acest context este ușor de răspuns la întrebarea “Ce am face dacă Soarele as dispărea pe loc?“. Ne-am ascunde sub pământ, loc unde vom avea căldură preț de miliarde de ani datorită proceselor radioactive ce au loc în centrul planetei. Același proces de descompunere radioactivă este folosit și la roverul Curiosity, trimis pe Marte. Nu are loc fuziune sau fisiune acolo, ci roverul își generează energia electrică din căldura rezultată în urma descompunerii radioactive a elemenetelor radiogenice.

Mai rămâne un mister: de unde radiație la altitudinea de 10 000 de metri? Ei bine, aceasta vine din spațiul interstelar, de departe. Vezi detalii în filmul de mai jos:

Așadar, chiar dacă tu ești radioactiv într-o mică măsură iar riscul de cancer crește odată cu creșterea timpului petrecut lângă alte persoane, nu ai nici un motiv să folosești pastă de dinți cu radon 😀 Prea multă radioactivitate strică!

Minutul de tehnologie

– Tom’s Hardware: cele mai bune memorii RAM ale lunii mai 2016 / cele mai bune plăci de bază
– EE Vlog: unboxingul roverului lunar Audi Quatro, care participă la Lunar X Prize / video 2 unboxing
– Extreme Tech: un spital, victimă a ransomware, plătește răscumpărarea datelor însă hackerii cer mai mulți bani
– Linus Tech Tips: Nvidia GTX 1070, cel mai bun la 1440p
– Security Now 562: IdIoT – “I Don’t IoT” / SN 562
– Interesting Engineering: un camion Volvo trage 750 de tone pe o distanță de 100 de metri
– Android Authority: ce aduce nou procesorul mobil Cortez A-73
– Fully Charged: o primă privire a Tesla Model X care abia a intrat pe piața UK
– Ars Technica: TeamViewer este folosit de hackeri ca vector prin care să fure datele victimelor

Știri din lumea științei

– Tehnocultura.ro: Cancer în șoareci din cauza radiației de la telefoane? Nu tocmai. / studiu: Report of Partial findings from the National Toxicology Program Carcinogenesis Studies of Cell Phone Radiofrequency Radiation in Hsd: Sprague Dawley® SD rats (Whole Body Exposure)
– ASUR, săptămâna trecută în știință: Liniaritatea timpului, Eliminare HIV cu CRISPR, Mantia invizibilității, Eradicarea virusurilor, Imprimare 3D mai rapidă și altele.
– Science Friday: Alzheimer ar putea fi provocat de o infecție la creier, care duce, indirect, la înfășurarea greșită a proteinei amiloidă-beta
– ESA: ESA va lansa, în curând, misiunea e.Deorbit, prin care va îndepărta în mod activ resturile sateliților din orbita Terrei
– SciShow Space: ingredientele vieții pe comete. S-a găsit aminoacidul glicină pe cometa 67P
– Dan Graur: diferența de salarii dintre femei și bărbați din lumea științei se datorează faptului că femeile sunt mai implicate în viața de familie odată ce vin copii pe lume
– Microbe Magazine Podcast: raportul nr. bacterii din microbiom vs număr de celule din corpul uman este de 3 la 1 nu 10 la 1 pe cum s-a crezut până de curând / Tehnocultura, articol vechi despre microbiom în care se pomentește raportul 10 la 1studiu Nature
– Smithsonian Mag: în viitor vom putea folosi bacteria Wolbachia în țânțari și muște pentur a opri răspândirea unor boli precum malaria, Zika, febra Dengue
– Vox: dă vina pe genele tale pentur că te trezești târziu
– Romania Insider: scandal în România, unde doctorii au folosit pacienți ca subiecți de teste psihiatrice fără acceptul acestora
– Science(ish): Minority Report – chiar și azi putem determina lucruri care ne-ar putea indica un viitor infractor
– Phys ORG: convecția azotului lichid a dus la crearea unor formatiuni tip poligonal pe planeta pitică Pluto

– RetractionWatch: imagini reutilizate în mai multe studii publicate în Journal of Biological Chemistry / PLOS One: studiu care a plagiat alte 17 studii /

Despre ce se mai discută în lumea pseudoștiinței?

Luminosity plătește o amendă de 2 milioane de dolari către FTC pentru că a mințit clienții că jocurile sale ajută la îmbunătățirea abilităților mentale

Bonus

– SciShow: 8 lucruri interesante despre brânză
– Learn Engineering: cum ajută efectul Coandă la crearea de portanță, forța care ține avioanele în aer în zbor
– Compound Chem: chimia chibriturilor care ard
– Computerphile: furt de cookies
– Sixty Symbols: investigații criminale care analizează urmele pantofilor
– TechQuickie: cum folosește un procesor mai multe nuclee?
– SciShow: cum funcționează ecranele tactile?
– Brainstuff: cum găsești apă în sălbăticie (sapi, folosești un celofan ori te folosești de transpirația plantelor)
– Ask A Mathematician: ce s-ar întămpla dacă ar fi micșorați la mărimea unei celule albe? Ce am vedea? Hint: totul ar fi în ceață și aproape întunecat
– Field Tested Systems: care sunt liniile de emisie ale elementelor? Imagine via Field Tested Systems:
liniile-de-emilie-ale-elementelor

Vizitează

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

Categories
Podcasts SciCast Stiinta

Tehnocultura SciCast 006 – Gravitația

Tehnocultura SciCast 006 a fost înregistrat duminică, în data de 22 mai 2016, în Londra, Marea Britanie.

Subiectul principal al acestui episod: gravitația.

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

Video pentru gravitație:

Din volumul Mathematics for the non-mathematician a lui Morris Kline am putut afla ca Gaglileo Galilei și Isaac Newton au avut o influență extrem de mare pentru știință în genere.

Ambii erau matematicieni și au vrut să găsească o metodă prin care să exprime fenomenele naturale cu ajutorul matematicii. Dat fiind că natura prezinta fenomene ce se repetă cu exactitate, cei doi și-au facut o misiune din a transpune natura în matematică.

Galileo Galilei era pasionat de mișcarea obiectele, mai precis a proiectilelor și astfel a creat ideea de funcție în matematică. Newton era pasionat de cursul pe care îl au planetele și telele pe cer și a creat calculul integral. Newton, mai ales, dorea să înțeleagă creatia lui Dumnezeu prin intermediul matematicii. El considera că matematica este potrivită pentru a prezenta natura lui Dumnezeu pentru că credea că natura, fiind o creatie a lui Dumnezeu, este perfectă iar matematica este cel mai bun mijloc de a prezenta ceva perfect.

Crezul lui în Dumnezeu a dus la orientarea către misticism după ce a creat celebra formulă a gravitației F = G m1*m2/r^2 . Indiferent de intenția lui, moștenirea sa legată de forța gravitatiei este valabilă inclusiv azi la calculele ce nu trebuie să îa în considerare relativitatea lui Einstein. Cu formulele lui Newton poți calcula traiectoria unei rachete către Lună, de exemplu, și nu ai nevoie de relativitatea lui Einstein pentru asta.

Galileo ese cel care a făcut experimentul cu obiectele aruncate de pe turnul din Pisa când a ajuns la concluzia că, oricât de grele sunt două obiecte, ele vor cade cu aceeași viteză către pământ. Aerul este singurul impediment care stă în calea realizării unui asemenea experiment cu o bucată de metal și o pană. Iată ce zicea Galileo:
“[…]odată ce am observat aceste lucruri am ajuns la concluzia că, într-un mediu care nu opune rezistență, toate corpurile ar cădea cu aceeasi viteză. ”

Iată că el avea dreptate. Lucrul acesta se petrecea prin a doua parte a secolului al XV-lea, după 1550. Azi putem face asemenea experimente și putem demonstra faptul că o pană cade cu aceeași viteză ca un boovan. Nu uita să urmărești video din show notes:

Omul de știință britanic Brian Cox a vizitat NASA’s Space Power Facility în Ohio, SUA și a putut vedea cum penele cad cu aceeași viteză ca bilele de bowling. Ei s-au folosit de imensa cemră vidată a NASa pentru a da drumul celor două obiecte de la mai bine de 10 metri înălțime. Ambele au atins solul în același timp.

Țin sa vorbesc puțin mai mult de Galilei pentru că, deși prin vremea lui știința începuse să ia experiența și experimentele în serios, Galileo este ce care a făcut legătura dintre experimentele științifice și matematică. Fără matematică lumea fizicii nu ar avea puterea predicțiilor și testelor.

La pagina 285 din volumul Mathematics for the nonmathematician Morris Kline ne vorbește puțin despre metoda științifică a lui Galileo Galilei. Mai precis, Galileo a considerat sa trebuie luate în considerare doar materia și mișcarea atunci când vrei să analizezi natura, nu simțurile tale. De altfel, el, matematician infocat fiind, a propus ca matematica să fie baza pentru orice domeniu al științei. De aici vedem geniul lui Galilei.

Până la Galilei se considera ca mintea umană este capabilă să furnizeze principiile de bază după care funcționează lumea, însă el a atras atenția ca în lumea fizicii experimentul trebuie să ofere acele principii de bază.

Ce a vrut să facă Galilei prin aplicarea matematicii la științele naturii a fost să ofere un fundament cantitativ al fenomenelor. Adepții filosofiilor aristoteliene erau înclinați catre partea calitativă a științeilor. Ei ziceau, “obiectele cad către sol pentru că au greutate și pentru că ele își caută locul natural, adică centrul planetei”. Galilei nu s-a multumit cu asemenea explicatii, ci a fost interesat de aspectul cantitativ al fenomenelor.

Astfel, atunci când dai drumul unui obiect de la o anumită înălțime, Galileo dorea să știe încât timp va atinge solul și cu ce viteză. În cădere liberă viteza și timpul sunt conectate prin formula v = gt sau v = 9,8t care este formula vitezei obiectelor în cadere libera cu viteză inițială zero.

Galilei a lovit doi iepuri-o lovitură: a stabilit fundamentul matematic at științelor, dar a și stabilit folosirea funcțiilor de genul v = 9,8t ca axiome ale unor fenomene naturale. Folosind asemenea funcții-axiomă am putea ajunge la descrierea unor fenomene mai complexe. Astfel, știința lui Galilei era una descriptivă și cantitativă. Galilei nu se interesa de ce se petrec anumite lucruri, ci cum se petrec, în ce timp, ce rezultate putem aștepta. Lucrul acesta l-a făcut în dușmanul lui Descartes care zicea că, înainte de a vedea cu câți metri pe secundă care un obiect, trebuie să știm de ce acel obiect cade.

Introducerea, decătre Galilei, a conceptului de funcție a revoluționat știința care a văzut crearea, de-atunci și până acum, a multor funcții care descriu, în termeni simpli, o mulțime de evenimente naturale. Funcțiile sunt reprezentate, matematic, sub forma unor formule de genul v = 9,8t.

După ce Galilei a stabilit fundamentul cantitativ și matematic al științei restul oamenilor de știință au putut lucra pe acest model pentru a ne duce mai aproape de cunoașterea naturii.

Tocmai de aceea Newton ne zică că gravitatia este o forță exprimată matematic ca fiind F = G m1*m2 / r^2. Altfel, daca nu era Galilei înaintea lui Newton sa faca schimbarea de tactticiă in lumea științei, atunci Newton explica gravitatia ca fiind atracția dintre două corpuri pentur că ele au masă și atât. Nu am fi putut calcula cum și în ce mod putem folosi gravitatia pentru a explica o multime de fenomene gen căderea obiecteleor ori traiectoriile planetelor în jurul Soarelui.

Newton a avut ideea genială de a considera ca traiectoriile planeteler și caderea obiecteleor spre sol sunt generate de aceeași forța, aceea a gravitației. Conform formulei lui F= G m1*m2/r^2, în care G este constanta gravitatională și este egală cu 6,67*10^-1 n M^2/kg^2. Măsurarea G a fost făcută de Henry Cavensidh în 1798, după moartea lui Newton.

Azi știm că profesorii din liceau ne-au mințit când ne-au spus ca gravitatia este o forță, precum credea Newton. Cu toate acestea, folosind interpretarea de forță ne permite să facem multe lcururi în viața de zi cu zi. Forța de gravitație dă greutate lucrurilor așa că la nivelul vieții cotidiene fizica newtoniană este aproximarea cea mai bună.

În viața de zi cu zi știm termenul de greutate, adică forța cu care Pământu atrage fuctele din cântar. La piață ți se zice că ai un kilogram de mere și ti se zice ca greutatea este de un kilogram, însă este greșit. Masa este un kilogram iar greutatea, care este o forță, este de 10 N. În orice caz, nu te du la piată să ceri roși ce au o greutate de 10N. Cântarele măsoară forța sau grautatea, nu masa, dar p baza acelei forțe poți deduce masa, mai ales când știm că greutatea naostră la nivelul solului este egală cu Fg = m *g.

Atunci când cântarul îți arata 100 de kilograme, tu trebuie să știi că a măsurat 100 kg * 10 m/s = 1000 N, dar că afișează rezultatul împărțit la 10. Așa vezi masa, în kilograme.

Diferenta dintre masă și greutate este simplă: masa este cantittea de materie a unui obiect, cantitate care nu se schimbă, dar greutatea, forța fiind, este diferită pe Terra în comparatie cu greutatea ta pe Lună. Un om de 100 de kg sau 1000 N pe Terra as avea aceleași 100 de kg pe Lună, dar greutatea lui ar fi 17% din greutatea de pe Terra, adică de 6 ori mai mică.

Pe Lună un om de 100 de kg ar avea o greutate de 0,17 * 1000 N = 170 N, de 6 ori mai puțin. Ai putea sări destul de sus pe Lună daca ai pute trăi fără aer și în vid cosmic 😀

Folosind formula lui Newton putem afla ca forța de atracție dintre Lună și planeta noastră este de 1,98 * 10^20 N iar forța e atracție dintre Saore și planeta naostră este de 3,57*10^22 N, cam de aproape 200 de ori mai mare. Daca acceleratia gravitatională este 9,81 m/s^2 la nivelulu solului, la distanța la care este Luna, g este 0,002 m/s^2. Destul de mică, dacă pui un om la acea distanța, dar destul de mare autnci când iei masa Lunii în calcul.

Legat de gravitatie și de acceleratie gravitatională, exista un termen ce defintește influența gravitațională a unui corp ceresc: fântână gravitaționala sau gravity well în engleză. Penru Terra, influența gravitatională sau fântâna gravitationalăse întinde până la 1,5 milioane de kilometri distanța de noi. Tocmai de aceea Luna, deși simte o acceleratie gravitatională de numai 0,002 m/s^2, înca orbitează planeta noastră.

Atunci când vrei să scapi de pe o planetă trebuie să ții cont de fântăna gravitațională. În discuție apare, inevitabil, viteza de evadare sau escape velocity care este 11,2 km/s pentru Terra și 2,4 km/s pentru Lună. Odata ce ai aceste viteze minime tu poți scăpa de infleunța gravitațională a acestor două corpuri cerești.

Viteza de evadare este calculată cu ajutorul formulei:
v = sqrt( 2G*M /r ),
unde
– G este constanta gravitatională – 6.67408 × 10^-11 N m^2/kg^2
– M este masa Terrei 5.972 × 10^24 kg
– r este distanța până la centrul Terrei 6,371 km

Daca viteza de evadare de pe Terra este de 11,2 km/s , atunci îti poți da seama de ce Jules Verne nu putea trimite oameni pe Lună. În volumul de ficțiune De la Pământ la Lună el imaginase un lansator în formă de tun cu oameni care să fie în acel obuz și care sa fie propulsati către Lună. Obuzul ar fi căzul la numai câțiva kilometri distanță iar oamenii ar fi murit pe loc datorită acceleratiilor enorme generate în momentul în care tunul arunca obuzul către cer.

Pentru cei car nu vor să evadeze este bine de știut faptul că g, acceleratia gravitațională, nu este aceeasi peste tot. Este mai mare la poli și mai mică la ecuator, este mai mare în zona munților și mai mică în centrul oceanului. Depind de cantitatea de materie dintre locul în care ești și centrul planetei și de roația planetei în jurul axei proprii.

Așadar un om de 80 de kilograme care ar avea o greutate de 800 N in zona României ar avea o greutate de 797 N în zona ecuatorului. Un lucru de luat în calcul este și aparenta forța centrifugă a Terrei care împinge oamenii și care este de sens opus gravitației. Gândește-te ca un om din zona ecuatorului se deplasează în jurul axei Terrei cu 460 m/s împreună cu tot cu atmosfera de acolo și astfel el simte două forțe: cea de atracție a planetei și forța aparentă centrifugală.

Știind acest lucru și faptul că distribuția masei pe Terra este diferită ne putem da seama de ce nivelul mării nu este același peste tot. De exemplu, nivelul mării este mai ridicat în zonele cu munți, pentru ca acolo este mai multă materie comparativ cu zone de deșert, de exemplu. Minute Physics a prezentat pe YouTube un asemenea caz. Filmul il poți vedea în show notes la acest podcast:

Tocmai de aceea geodezii, oamenii care calculează valorile accelerației gravitaționale peste tot pe Terra, au creat tabele imenese cu nivelul mării peste tot pe planetă. Acele tabele imense ajută sateliții GPS să îți zică faptul că tu ești la nivelul mării și nu la 50 de metri sub acest nivel. Important re deținut: datorită faptului ca gravitatia nu este aceeași pe Terra, nivelul mării este mai sus în zone cu munți și mai jos în centrele oceanelor daca fundul oceanului este plat și nu are și el, la rândul lui, munți subacvatici.

În show notes poți vedea cum arată harta gravitatiei pe Terra: are o formă foarte ciudată. Seamă cu un cartof. Cei de la National Geographic au publicat poza asta acum 5 ani iar harta în sine a fost creată de către cei de la ESA cu ajutorul datelor primite de la satelitul GOCE:
harta-gravitatiei-terra

Formula lui Newton are si o variantă mai generală: F = ma, unde aeste accelerația corpului. Formula gravitatiei are forma prescurtată F = m * g, unde g este accelerația gravitațională iar g este:
g = G * M / r^2

Interesant lucru: cum putem afla masa Terrei fără a avea un cântar cu care să măsurăm această masă imensă?

Ei bine, dat fiind că știm formula lui Newton legata de gravitatie și stim că g este egal cu G*M/ r^2, putem afla masa Terrei. Cum facem asta? Mai întâi aflăm cât este valoarea efectivă a lui g mic făcând un experiment simplu: dăm drumul unui obiect de la o anumită înălțime și apoi calculăm acceleratia lui folosing o formulă de genul h = 1/2 a*t^2. Știind înălțimea și timpul în care obiectul a căzut, așa aflăm acceleratia.

În felul acesta aflăm că acceleratia g m= 9,8 /s^2. Când folosim formula g = G*M/r^2 , noi știm G, de la experimentul lui Cavendish, știm raza planetei încă de pe vreme lui Euclid, știm g mic și mai rămâne să facem un mic calcul matematic pentru a afla masa Terrei care este 5,972*10^24 kg.

Uite cum Galilei a revoluționat știința oferindu-ne matematica drept instrument cu care putem afla o sumedenie de lucruri fără a avea nevoie de instrumente imposibile.

Dar cum rămâne cu forța gravitației în zona sateliților artificiali ori chiar în zona ISS?

Ai văzut multe filme în care astornauții de la bordul ISS plutesc și nu simt nici o forța a gravitatiei? Dar cum este posibil asta? Înseamnă că gravitația nu mai funcționează acolo dar apoi îsi amintește cumva că avem Luna și pornește din nou în zona Lunii?

Daca este să facem un calcul simplu, folosind formula amintita mai sus g = GM/R^2 atunci vom afla că g = 8,68 m/s^2. La nivelul solului g = 9,81 m/s^2 iar la nivelul ISS, la 400 de km altitudine, este g = 8,68 m/s^2. Un om de 80 de kg care ar simti o greutate de 800 de N la nivelul solului ar simți o greutate de numai 695 N, adică cu 15% mai mică.

Dar de ce plutesc? Ei bine, datorită faptului că au viteze mari când obitează planeta la fiecare 90 de minute, la viteze de 7,66 km/s, accelerația centrfuglă anulează acceleratia gravitatională. Atunci când calculezi accelerația generată de un corp care se rotește la limita unui cerc cu raza de 6771 de km cu o viteză de 7,66 km/te folosești de o formulă fizica de genul:
a = v^2/ r
– a – acceleratia centrifugală

Știind v, numita și viteză tangențială, și r, distanța până la centrul planetei, aflăm că a este 8,67 m/s^2. Diferențele de 0,01 m/s^2 ce le vezi în show notes se datorează unor rotunjiri facute de mine. Cu alte cuvinte, observăm că acceleratia gravitatională este anulată de către acceleratia centrifugală.

Explicatia dată de Veritasium pe YouTube poate fi văzută în show notes:

Tot folosindu-ne de formula gravitatiei a lui Newton putem afla de ce Luna are o influența mai mare asupra mareelor decât Soarele. Soarele are o influenta gravitățională de 200 de ori mai mare decât Luna, însă Luna este cea care dictează desfășurarea mareelor pe planeta noastră pentru că, în cazul mareelor, nu valoarea forței contează, ci contează cât de mult variază forța cu distanța, adică ne interesează cât de mult variază forța de atracție a Lunii atunci când mergi de pe un punct la sol la un punct in interiorul planetei (dF/dR).

Se pare ca forța de atracție a Lunii variază -1,03 * 10^-12 N/m. În cazul Soarelui forța gravitatională variază cu -4,77*10^-11 N/m. Cu alte cuvinte, în cazul mareelor Luna are o influența de două ori mai mare, deși atractia gravitatională este de 200 de ori mai mică.

Mai departe, știind formula gravitatiei a lui Newton putem afla ce viteză trebuie să aibe un satelit daca vrea să rămână în orbită în jurul planetei noastre. Tot ce trebuie să facem este să folosim aceleași calcule folosite la ISS ca să aflăm de ce astronauții sunt în stare de imponderabilitate la 400 de km altitudine si la o viteza de 7,66 km/s.

Atunci cănd G = Fc rezultă că G*m1m2/R^2 = m * v^2/R iar v = sqrt(GM/R). Așa aflăm că ISS trebuie să aibe o viteză de 7,66 km/s iar un satelit GPS, care este la 20 000 km altitudine are nevoie de numai 3,8 km/s.

Cu toate că se pot face o multime de calcule folosind formulele lui Newton, Einstein a fost cel care ne-a arătat, de fapt, ca forța de gravitație este iluzorie, ea nu există.

Cum vine asta?

Eintein și-a dat seama de faptul că prezența masei sau a energiei curbază spatiul iar acea curbură este perceputa ca fiind forța de gravitație. Einstein a creat Teoria Generala a Relativității în 1915 pentru a explica această deformare a spatiului și a timpului. În cadrul teoriei spatiul și timpul sunt văzute ca fiind parte a aceliași sistem spatiu-timp, un tot unitar care suferă modificări datorită prezenței maselor.

Conform acestei teorii noi la vremea ei, lumina, care nu are masă, ar fi trebui sa urmeze curbura spatiului în zona corpurilor de mașa mare. La numai 4 ani de zile, în 1919, s-a observat ca lumina urmează o traiectorie curbă în zona Soarelui, dând astfel autoritate Teoriei Relativității Generale a lui Einstein.

De atunci și până azi s-a demonstrat această teorie de nenumărate ori și este, de fapt demonstrata zilnic, în fiecre secundă, de existența sateliților GPS. Relativitatea generală prezice faptul ca timpul trece mai încet in zona corpurilor masive iar teoria specială a relativității spune ca un corp în mișcare va percepe un timp încetinit. Atunci când sateliții GPS au fost trimiși în spatiu s-a descoperit ca timpul măsurat de aceștia la 20 000 de km altitudine și la viteze de 3,8 km/s este cu 38 de microseunde/zi înaintea timpului măsurat la sol. De aceea, sateliții au ceasuri atomice care regleză timpul în așa fel încât timpul măsurat de sateliți să fie exact același cu timpul de la sol.

Cu alte cuvinte, teoriile lui Einstein sunt demonstrate zilnic și, astfel, interpretarea că gravitatia este un efect al curburii spatiu-timpului generata de prezența maselor este considerata fapt.

Chiar am avut un episod despre tehnologia GPS la TVS Brașov și poți vedea episodul în show notes:

Așadar, nu există o forță a gravitației, deși putem folosi acele calcule în multe situații, ci exista o deformare a spațiu-timpului. Michel van Biezen explică pe YouTube cum vine treaba cu forța iluzorie a gravitatiei. Filmul poate fi văzut în show notes:

Pentru a înțelege teoria lui Eintein despre relativitate nu utia să urmărești filmele făcute de SCience Asylum și postare în show notes:
– partea I

– partea II

– partea III

Nu trebuie să uit și de filmele făcute de cei de la PBS Space Time, un canal care explică foarte bine lucruri din lumea fizicii. Din nou, alte filmeo despre iluzoria forța a gravitației sunt în show notes:
– film 1

– film 2

Și acum câteva întrebări mai ciudate legate de gravitatie:
1. Dacă trag cu arma pe Lună, ce se întâmplă. Vsauce a investigat acest lucru și a ajuns la concluzia că, daca ești pe Lună și tragi cu o armă ce imprimă o viteză de 1,6 km/s glontelui, atunci glontele va avea suficient de mare viteză înât să orbiteze în jurul Lunii și apoi să te lovească în ceafă după ceva timp. Video în show notes:

Dar ce te-ai face daca interiorul planetei ar fi gol și tu ai fi închis în interiorul planetei? Minute Physics a răspuns la întrebarea aceasta și se pare ca tu ai pluti fără să simti nici un fel de forța pentru că suprafața planetei te-ar atrage din toate părțile cu aceeași forță:

Dar cum vine treaba cu undele gravitationale? Atunci când doua corpuri cu mase apropiate orbitează unul în jurul celuilalt ele generează unde gravitationale care se propagă în spatiu. Acele undegravitaționale duc o mică parte din energia celor două corpuri cu ele astfel că, în timp, cele două corpuri ajung să intre în coliziune unul cu altul.

Dacă ai lua Soarele și l-ai mișca viguros dintr-o parte în alta, atunci ai genera unde gravitationale care se popagă în spatiu. Acele unde gravitationale nu ar fi altceva decât o deformare a spatiu-timpului care se propagă, asemene undelor electromagnetice unde iei un electron, îl zgâlțâi viguros, și apoi câmpul eelctric și câmpul magnetic din jurul acelui electron se deformează iar acea deformare sub forma unui val se propagă în spatiu.

Michel van Biezen ecplică foarte bine ce sunt aceste unde gravitaționale, care au energie extrem de mică și lungimi d eundă foarte mare, pe canalaul său de YouTube. Video este în show notes:

CE se întâmplă cu lumina atunci când vrea să evadeze din zona unor stele sau corpuri cu gravitație foarte mare, precum stele neutronice? Ei bine, lumina va pierde energie încercând să evadeze și acest lucru se traduce în mărirea lungimii de undă. Fenomenul se numește gravitational redshift sau deplasarea spre roșu datorată gravitatiei și este mai pronunțată în zona stelelor neutronice.
Michel van Biezen, de pe YouTube explică mai bine. Video în show notes:

Azi am aflat că:
– obiectele cad spre sol cu aceeași viteză, indiferent de masa lor
– Galileo este cel ce a revoluționat lumea științei prin introducerea abordării cantitative și descriptive a fenomenelor fizice
– Galileo este cel care a introdus matematica drept instrument de bază în lumea fizicii
– cântarul măsoară forța, adica greutatea, dar îti afișează masa
– corpurile cerești au o fântână gravitationala și, ca să scapi de fântâna gravitațională a Terrei, ai nevoie de o viteza de 11,2 km/s
– Newton a creat formula matematică a gravitației și a facut legatura dintre obiectele care cad și traiectoriile planetelor
– pe Lună greutatea uui om este de 6 ori mai mică
– masa este cantitatea de materie și este constantă iar gravitația este forța cu care un corp ceresc te atrage și este variabilă
– gravitația nu este aceeași pe toata planetă (vineva de la ecuator cântărește cu 0,3% mai puțin față de unul la poli)
– știind formula lui Newton putem afla masa planetei noastre și apoi densitatea (știind masa și raza dens = M/ ( 4/3 * pi*r^3) )
– de ce astronauții de la bordul ISS nu simt forța gravitației: acceleratia centrifuga anulează acceleratia gravitatională ()la nivelul ISS g = 8,68 m/s^2
– Luna are o influență de două ori mai mare în cazul mareelor pentur ca variația forței pe unitatea de metru este mai mică în cazul Lunii decât în cazul Soarelui
– pentru ca un satelit să fie în orbita stabilă în jurul Terrei el trebuie să aibe o viteză de v = sqrt(GM/R)
– Einstein ne-a demonstrat că nu există o forța a gravitatiei, ci că există o deofrmare a spațiu-timpului în prezența maselor
– sateliții GPS experimentează un timp cu 38 de microsecunde/zi înaintea noastră, pe Terra
– dacă dai cu tunul pe Lună, atunci riști ca obuzul să te loveasca în ceafa după ce a făcut o orbită în jurul Lunii
– undele gravitationale sunt deformări ale spatiu-timpului care se propagă atunci când o masă de dimensiuni mari este supusă unor mișcări alternative foarte rapide

Întrebarea săptămânii: de unde apare magnetismul?

În episodul 22 pe canalul de YouTube profesorul Nicolae Crețu ne-a explicat originea magnetismului.

Ce este magnetismul? Ce provoacă magnetismul în anumite substanțe? De unde știm cum funcționează magnetismul și ce legătură exstă între magnetism și electricitate?

Despre originea magnetismului ne povestește Conf. Dr. Nicolae Crețu, de la Universitatea “Transilvania” Brasov, Laboratorul Fizică Aplicată și Computațională.

Magnetismul este proprietatea corpurilor de a atrage sau respinge magneți ori de a atrage metale precum fierul. Obiectele magnetice sunt folosite la crearea acului busolei, la motoare electrice, dar și la aparatele cu rezonanță magnetică nucleară.

Un lucru mai puțin știut este faptul că magnetismul întâlnit la toate substanțele este provocat de electronii din atomi.

Din electromagnetism se știe că un curent electric sau, mai bine zis, o sarcină electrică în mișcare determină apariția unui câmp magnetic.

In interioul atomului electronii există pe anumite nivele de energie în cadrul orbitalului în care aceștia pot fi găsiți. Pe același nivel de energie electronii se cuplează doi câțe doi.

Acești electroni fac două miscări în interiorul atomului:
1. mișcare de rotație în jurul nucleului atomic, generând astfel un moment magnetic orbital
2. mișcare de rotație în jurul axei proprii, generând astfel un moment magnetic de spin

Atunci când electronii sunt în perechi momentul magnetic de spin este anulat, dar mai rămâne momentul magnetic orbital. Astfel avem de-a face cu materiale dimagnetice.

Atunci când avem electroni în numâr impar atunci avem de-a face un magnetism generat de momemtnul magnetic de spin al eletronilor singuri. Astfel de substanțe se numesc paramagnetice.

Mai este cazul substanțelor feromagnetice, feromagnetismul fiind capacitatea fierului de a se magnetiza permanent și de a fi atras de magneți. Feromagnetismul este cel pe care îl întâlnim cel mai des în practică, celelalte tipuri de magnetism diamagnetism, paramagnetism și antiferomagnetismul fiind destul de slabe pentru a fi detectate la fel de ușor ca în cazul feromagnetismului.

Diagmanetismul este fenomenul prin care se generează un câmp magnetic opus atunci când obiectul este introdus într-un câmp magnetic anume. Respectiv, materialele diamagnetice vor respinge materialele magnetice.

Paramagnetismul este fenomenul prin care un obiect introdus într-un câmp magnetic va fi atras de acel câmp magnetic. Este situația în care momentele magnetice interioare se aliniază în așa fel încât obiectul este atras de generatorul de câmp magnetic.

In ceea ce priveste magneții, există câteva tipuri de magneti permanenți: cei din materiale metlice, precum magnetita (
Fe3O4), cobaltul, nichelul, cei din materiale compozite, precum ferită ori AlNiCo și magneți din metale rare, precum magneții de neodim0fier-boron sau, mai simplu zis, magneții din neodim.

Minutul de tehnologie

Geek News Central: luptă mare a companiilor TV din SUA impotriva liberalizării set-top boxurilor. Consumatorii vor să folosească acele aparate ca să vadă orice canal de la orice companie TV
Extreme TEch: Google va bloca Falsh începând cu toamna 2016
Security Now 560: lupta dintre Google și Oracle continuă pe fondul folosirii api-urilor Java de către Google / video
Fully Charged YouTube: primele teste cu funcția Summon aka cheamă de la automobilele electrice Tesla
Android Authority: ecranele flexibile nu sunt disponibie în dispozitivele noastre pentru că industria nu este în stare să creeze volumul necesar. Din fericire cerere există.
HotHardWare.com: avem detaliile și specificațiile plăcii video Nvidia GeForce GTX 1080

Știri din lumea științei

SciShow: peștera Movile, de lângă Mamaia, loc în care trăiesc animale izolate în urmă cu 5,5 milioane de ani
ScienceAlert: metastudiu arată că OMG-urle sunt benefice pentru oameni
Naked Scientists: telepatia nu există, big bang care se repetă, lanseaza rachete din rachete
Universe Today: hubloul prin care se uită astronauții ISS către Terra a fost lovit de un micrometeorit. Hubloul, numit Cupola, aparține ESA și a fost construit să suporte impact minor cu resturi spatiate mai mici de 1mm
ScienceMag: eucariote fără mitocondrii. Ele aparțin genului Monocercomonoides și pot fi găsite în interstinere unor rozătoare mici ce aparțin genului Chinchilla. Ele sunt native ale Anzilor sudamericani.
Scholarly OA: jurnale de bună credință deturnate de șarlatani. Cazul jurnalului de știință portughez Ciência e Técnica Vitivinícola + Turcii au și ei jurnale științifice false datorită turcului Hakan Murat Korkmaz
Vocativ: ISS a orbitat Terra de 100 000 de ori de la lansarea sa () 20 Nov 1988
Seeker Daily: există deja refugiați ai schibmărilor climaterice, prima victimă foond insulele din Oceania
RetractionWatch: după ce jurnalul DNA and Cell Bology a început să folosească tehnologia anti-plagiat iThenticate ei au descoperit înre 4-6 lucrări plagiate lunar, undeva pe la 2% din totalul de lucrări pe care le primesc spre verificare

Despre ce se mai discută în lumea pseudoștiinței?

Grupul pseudoștiința pe FB: Rețeuea de spitale Regina Maria sponsorizează venirea șarlatanului Dr. Oz și, când i se atrage atenția că face mizerii, reprezentanta spitalului spune că Dr. Oz este apreciat pentru că este vedetă TVlink FB către Rgina Maria și comentarii / NBC USA: despre șarlatanul Dr. OZ și minciunile lui

Bonus

Cosmin Niță prezintă, pe YouTube, cartea Fizica Povestită a omului de știință Cristian Presură. Un review scurt despre gravtație, magnetism, relativitate și alte domenii ale fizicii
Tehnocultura: Tu ești radioactiv. 5000 de atomi de Potasiu-40 de descompun în tine chiar acum
It’s OK to be smart: 6 reacții chimice care au schimbat lumea
You Are Not So Smart podcast: 076 the genetic falacy – psihologie, zicem ca ceva este adevărat pentru că cineva cu autoritate a zis asta
The New York Times Science FB: 360 de grade deasupra Pluto
Compound Chem: ioni poliatomici
Reacțions: guma nu stă 7 ani în stomacul tău
Ted-ED: cum funcționează memoria computerelor
Interesting engineering: cum să folosești sârme pentru a descuia uși
TechQuickie: harduri hibride pentru stocarea datelor
Big Think: Lewis Black spune că political corectness este undeva între a fi crispat și prost
Top 8: lucruri greu de crezut (homarii sunt nemuritori, hărțile ne mint, Roma este mai la nord de New York, ajungi repede în spațiu)
I lecture online: folosește cunoștințele de fizică pentru a afla de ce frânele reușesc să oprească rotile mașinilor
Ted-ed: originea mutor teorii ale conspirației
Universe Today: diferența dintre magmă și lavă
Chemical and Engineering News: chimia ochelarilor de soare
It’s ok to be smart: ce este fondul cosmologic de radiații?
Ted-Ed: să învățăm ce sunt biofilmele, acele straturi de bacterii care se formează în mutle locuri

Vizitează

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

Categories
Podcasts SciCast Stiinta

Tehnocultura SciCast 005 – Microunde + [show notes]


Tehnocultura SciCast 005 a fost înregistrat duminică, în data de 15 mai 2016, în Londra, Marea Britanie.

Subiectul principal al acestui episod: microundele.

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

Video pentru microunde:

În episodul despre cuptorul cu microunde ce l-am filmat la TVS BRașov acum un an am explorat, îndeaproape, ce sunt microundele și cum le folosim în viața de zi cu zi. Filmul este publicat în show notes. Te asigur ca vei ține minte mai ales cuvântul electron, așa cum mi s-a mai spus în comentariile de la YouTube.

Microunde – lungime de undă de 1 mm – 1 m, frecvențe 300 GHz – 300 MHz și energii de 1.24 meV – 1.24 µeV.

Adevarul este că cei mai mulți dintre noi nu știm cât de des folosim un spectru anume al undelor electromagnetice numit microunde. Deși nu poți zice că ceva anume este “micro” în aceste unde electromagnetice, termenul a fost inventat pentru a specifica faptul că este vorba de unde radio extrem de mici în comparatie cu undele radio utilizate la stațiile AM sau chiar FM, unde lungimile de undă sunt de la metri la zeci sau sute de metri.

FM este transmis în spectrul megaherților și este bun pentru stații radio în interiorul orașelor, mai ales că acele unde se lovesc de clădiri și nu ajung să fie propagate atât de bine pe cum sunt undele AM.

AM transmite în spectrul kiloherților și asemenea stații radio pot fi receptate chiar la sute sau mii de kilometri distanță, stratul superior al atmosferei fiind folosit pe post de oglindă pentru asemenea unde.

Trebuie ținut minte că AM și FM nu țin de frecvențele utilizate, ci de tehnicile de transmisie a semnalelor, AM folosindu-se de modularea amplitudinii și fiind bun pentru discursuri televizate, dar plin de zgomot iar cu FM, modularea frevenței, numai bun de ascultat muzică și care nu are prea mult zgomot în semnal.

Microundele sunt un gen aparte de unde electromagnetice pe care noi le folosim în foarte, foarte multe locuri. Dacă mi-ai zice că noi folosim microunde la cuptorul cu microunde, ți-aș zice că ai dreptate. Sau la maseri, la fel ai dreptate. Dar numai acolo?

În spectrul microundelor sunt definite 13 benzi (L, S, C, X, Ku, K, Ka, Q, U, V, W, F, D) și de aici îți poți da seama că noi folosim microundele în mul mai multe locuri de cum am crede.

Folosim microundele la:
– cuptorul cu microunde
– telefoanele mobile (GSM)
– WiFi
– Bluetooth
– GPS
– telemetrie militară
– radioamatorism
– radar pentru nave și pentru vreme
– radio astronomie (ex ALMA, proiect ESO, din Chile)
– comunicații radio terestre și în spațiu
– transmisiuni TV prin satelit
– radare autoturisme
– armă de control a mulțimii (non-violentă, încălzește pielea la temperaturi de peste 50 de grade)

Cu alte cuvinte, HOPA!, suntem înconjurati microunde la tot pasul: de la telefoanele noastre, de la stațiile GSM din zonă, de la lapopurile noastre, de la GPS și de la diferite stații radio care folosesc spectrul acesta.

Dacă am putea vedea microundele, atunci am fi inundati la tot pasul de microunde, tot așa cum suntem inundati la tot pasul de lumină în timpul zilei.

Așa laic cum sunt, eu îmi pun întrebări ciudate, printre care și întrebări de genul: cum ar fi să vedem microundele? În mod normal ar trebui să avem ochi suficient de mari ca să ne asigurăm că prindem suficient de mulți fotoni din zona mocroundelor. Antenele ALMA au zeci de metri diametru, dar nu am avea nevoie de ochi așa de mari.

Cum ar arăta un univers în care noi am putea vedea microundele din jurul nostru, dar nu am putea vedea lumina? Ei bine, ar fi un univers cu mult mai puține detalii, plictisitor comparativ cu ceea ce avem în spectrul luminos. Am putea genera culori în creirul nostru, dar acele culori ar putea semnifica faptulc ă ne uităm la obiecte de mărimi diferite, cu obiectele de culoare albastră având mărimi mult mai mici decât obiectele roșii.

Interesant lucru, noi nu am putea vedea nimic mai mic de 1 mm. Asta ar însemna că multe detalii ale obiectelor din jur ar fi pierdute. Dacă un punct pe hârtia din fața ta ar avea diametrul de 1mm la 1 metru în fața, atunci tu nu l-ai mai vedea ca acum. Ai vedea doar ceva în ceață.

Un film interesant de la Minute Physics de pe YouTube ne permite să ne facem o mică imagine legată de obiectele ce le-am putea vedea dacă am avea ochi ce vâd în microunde:

Știm ca mărimea unghiulară θ este aprximativ egală cu = 1,22 L/D, unde L este lungimea de undă iar D este diametrul deschizătorii prin care vezi obiectul, adică diametrul irisului. La L= 1mm (0,001m) și D = 0,005m am avea un θ = 0,244 grade, mult mai mare decât 0,007 pe cât avem când calculăm pentru lumina vizibilă. ( l =500 nm, D = 0,005 m)

Ce înseamnă asta?

În mod normal noi, cum vedem în spectrul luminos, avem un θ = 0,007 grade și ne permite să vedem obiecte mai mari de 1cm de la o distanță de maxim 100 de metri. Nu la fel ar fi în cazul microundelor. Noi am putea observa obiecte care au cel puțin 40 de centimetri în diametrul de la 100 de metri sau mai puțin. Asta, dacă am dori să ne păstrăm ochii de mărimea asta, pe care îi avem acum.

Cu alte cuvinte, dacă am putea face acești ochi să vadă în spectrul microundelor, atunci am putea vedea obiecte care au cel puțin 4 milimetri la 1 metru distanță de noi. Când folosim spectrul luminos noi putem vedea obiecte care sunt de 40 de ori mai mici, adică unele care au o zecime de milimetru diametru.

Pentru cineva învățat cu lumina de zi cu zi, numarul detaliilor unui “microman”, om ce vede microunde, ar fi mult limitat, însă ar putea vedea undele care vin de la routerul WiFi. Un minus și un plus. Plus, am avea cerul mereu luminat de fondul cosmologic de radiații, adică microunde care umplu Universul.

Desigur, ochii noștri sunt construiți pentru a vedea lumina, nu microundele. Umoarea apoasă din ochi este opacă pentru microunde iar retina nu poate detecta microundele. În mod normal, ca să vezi detaliile ce le vezi acum, ar trebui să ai ochi cu un diametru pe undeva pe la 17 centimetri. Alte calcule spun ca ochiul ar trebui să aibă pe la 5 metri diametru.

De ce sunt atât de mult folosite microundele în jurul nostru?

Totul ține de modul în care ele sunt absorbite sau nu de atmosrferă. Daca te uiti la imaginea din show notes cu rata de absorbție a undelor electromagnetice în funcție de frevență, observi că microundele și lumina vizibilă au drum liber prin atmosfera noastră (via wiki):
Atmospheric_electromagnetic_opacity

În imaginea pusă în show notes poți vedea că undele gamma, X și UV sunt absorite de atmosferă, lumina vizibilă trece fără bai, o parte din infraroșii trec, dar restul IR sunt blocate, apoi microundele și undele radar cu lungime de undă până la 10-20 de metri pot trece prin atmosferă iar restul nu.

O altă imagine cu spectrul electromagntic:
EM_spectrum

După ce am explorat puțin partea cu vederea în microunde ne putem da seama de ce animalele au evoluat cu ochi care văd în spectrul vizibil: 1. pentru că lumina trece prin atmosfera și ne permite să vedem ce este în jur și 2. pentru că lumina ofera mai multe detalii decât lumea microundelor. Într-un fel, vedem lumina pentru că este mai usor să evoluezi cu ochi în direcția aceasta decât să dezvolți ochi pentru lumea microundelor. Gândește-te și la faptul că Soarele emite în special în spectrul vizibil și mai puțin în spectrul microundelor.

Daca ne-am fi dezvoltat ochi în psectrul microundelor am fi vedea mai puține detalii, dar și imaginile ar fi mult mai întunecate, pentru că nu am avea suficient de multă intensitate.

Citind despre multe lucruri din lumea științei îmi permite să pun întrebări ciudate, dar și să caut răspunsuri la ele.

Revenind la microunde, dat fiind că ele sunt unde electromagnetice, tot ce se aplică undelor electromagnetice, se aplică și microundelor. Avem formula generală:
λ * ν = c
– v – frecvența
– λ – lungimea de undă,
– c – viteza luminii aprox. 300 000 km/s

Prin 1873 James Clerk Maxwell, după ce a văzut cât este de înflăcărat Faraday atunci când face experimente cu electricitate și cu magnetism la Royal Institution în Londra a creat fundamentul matematic al electromagnetismului prin celebrele sale formule.

Maxwell nu numai ca a creat un cadrul prin care să exprime matematic legătura dintre electricitate și magnetism, dar a și calculat viteza luminii pe baza formulelor sale și a fost în acord cu calcule făcute în acea perioadă, respectiv 310 000 km/s, cu 10 000 km/s mai ult decât știm azi ca este viteza luminii.

Apoi, prin 1888 Heinrich Hertz a demonstrat utilitatea ecuațiilro lui Maxwell prin generarea de unde radio cu lungimi de undă de 4 metri. Astfel s-a stabilit faptulc ă spectrul undelor electromagnetice est chiar mare, pornind de la lumină, raze UV și X și ajungând în zona undelor radio.

Jagadish Chandra Bose un om de știința indian este primul om care a analizar microundele de aproape în 1894 prin experimentul său în care controla un clopoțel folosinduse de microunde cu lungimi de undă de 1 mm.

Termenul de microunde a fost folosit pentru prima dată prin 1931 în Telegraph & Telephone Journal XVII. 179/1 n care se spunea:
“Când s-au făcut publice testele cu lungimi de undă ce coborau până la 18 cm, nimeni nu și-a ascuns surprinderea legată de faptul că problema micro-undelor a fost rezolvată așa de curând”

De atunci și până acum am învățat să folosim microundele în detectoarele radar, la comunicațiile prin satelit și prin telefoane mobile, la WiFi-ul din laptopuri și din telefoane, la cuptorul cu microunde.

Atunci când compari microundele cu lumina vizibilă observi că microundele nu pot fi folosite la fibra optică, de exemplu. Fibra optică este un fir foarte subțire de sticlă prin care poți transmite date cu ajutorul luminii. Cum lungimile de undă ale microundelor sunt de mii de ori mai mari decât cele ale luminii, nu poți folosi fibre optie pentru transmiterea de date. Pentru a transmite microunde pe anumite canale, se foloses ghidurile deundă care sunt niște țevi metalice.

Din start îti dai seama de ce este o idee proastă să folosești microunde ca să transmiți date pe calea aceatsa. Nu ai avea suficient de multe țevi de crupru pentru a face posibil acest lucru.

Chiar am avut un episod pe canalul de YouTube legat de microunde și ghiduri de undă în care profesorul Nicolae Crețu explică pe îndelete rolul lor:

Un lucru mai puțin știut este că fondul cosmologic de radiații este, de fapt, format din microunde la frecvențe de 160 Ghz, adică lungimi de undă pe la 1,063 mm, ceea ce ne spune că avem de-a face cu o temperatură a corpului negru de aproximativ 2,7 K.

Cu alte cuvinte, noi folosim microunde ca să ne încâlzim mâncarea, dar folosim și microunde ca să vedem în trecutul istoric al universului. Existența acestui fond cosmologic de radiații format din microunde este una dintre primcipalele dovezi că, la un moment dat, tot universul era concentrat într-un singur loc. Este vorba de teoria Big Bang.

DE unde știm că Universul a fost odata concentrat la un singur loc? Tocmai pentru că întreg fondul cosmologic de radiații este aproape uniform oriunde ne-am uita în jurul nostru. Datorită expansiunii Universului lungimea de undă a luminii a ajuns șa fie lungită de la unde la gamma până a ajuns la spectrul microundelor de-a lungul miliardelor de ani cât a călătorit.

Ca tot am pomenit de black body radiation, acesta este un princiu prin care poți face legătura dintre temperatura unui obiect si undele electromagnetice emise de acesta. Chiar am publciat acum un an un asemenea video pe canalul de YouTube și l-am pus și în show notes:

Legat de black body radiation, atunci când un corp emite unde electromagentice, inclusiv noi, maximul de intensitate apare la o anumită lungime de undă care poate fi calculată cu formula:
λ = 0,0029 / T
λ – lungimea de undă
T – temperatura în Kelvin

Astfel, un om care are temperatura corpului de 37,5 grade Celsius emite unde electromagnetice cu maximul de intensitate la lungimea de undă:
λ = 0,0029 / 310,65 = 9,335 micrometri = 9335 nm, spectrul IR apropiat

Tot această formulă putem afla că, la 160GHz, pe cum este fondul cosmologic de radiații, temperatura spatiului în zona anoastră este de aproximativ 2,72 Kelvin. Se zice Kelvin, nu grade Kelvin.

Și da, orice corp emite unde electromagnetice corespunzătoare cu temperatura sa. Inclusiv cana de pe masă. Este suficient să folosești un detector de IR ca să vezi cum emit obiectele din jur unde electromagnetice în spectrul IR.

Una dintre utilizările interesante ar fi aceea de a folosi microundele pentru a face transfer de energie wirless. Cu alte cuvinte, să ai panouri solare în spatiu, să convetești lumina primită în microunde și apoi sa direcționezi microundele către baze terestre.

Nu știu cât de util ar fi un asemenea proiect, însă nu este unul imposibil. Odată ce ai generat un fașcicol suficient de puternic, respectiv un masr, ai putea transfera energia Soarelui pe Terra, dar un asemenea proiect este mult prea îndepărtat în timp ca să ne batem capul cu el acum.

Spr că până acum ai mai învățat ca microundle ne ajută la încălzirea cafelei, la comunicațiile prin telefon, la vizionarea filmelor pe laptp cu ajutorul WiFi, la cunoașterea originilor Universului. Cam multe pentru un spectru atât de îngust al undelor electromagnetice, nu?

Și, implicit, vine întrebarea? Sunt microundele nocive sănătății umane? Nope. Suntem îmbăiați în microunde 100% din viața noastră și nu vezi o creștere a incidențelor cancerelor. Sunt unii speriati de faptul că microundele de la telefoane pot genera cancer, dar ignoră total faptul că WiFi-ul tot de microunde se folosește.

Cancerul este generat de unde electromagnetice care au suficient de multă energie încât să arunce electornii în afara moleculelor sau legaturilor chimice. Asemenea unde sunt de la UV în sus, nu în jos. Microundele sunt de 1 milion de ori mai slabe decât lumina.

Daca e să te uiți la energie microundelor, adică pe la 1,24 microeV și o compari cu 1,2 eV a luminii vizibile, îți dai seama că microundele sunt mult prea slabe pentru a interacționa într-atât de distructiv cu corpul uman.

Desigur, daca ai un cuptor cu microunde, acolo unde microundele sunt aplificare enorm de mult, atunci vezi că microundele interacționează cu apa din mâncare și o încâlzește. Dar nu poți genera cancer pe această cale.

Cei de la SciShow au publicat un mic film recent prin care explică de ce microundele nu generează cancer. Filmul îl poți vedea în show notes:

Cum poți vizualiza microundele din cuptorul cu microunde? Poti folosi o rețea de becuri mici cu neon pe care o pui în cuptorul cu microunde pentru a vedea intensitatea undelor în anumite locuri. Video în show notes:

Întrebarea săptămânii: ce este holografia?

În episodul 25 de pe canalul de YouTube profesorul Nicolae Crețu a discutat despre holografie.

Ce sunt hologramele? Ce este procesul de holografie? Chiar se pot memora imagini 3D în aceste holograme?

Despre funcționarea hologramelor ne povestește Conf. Dr. Nicolae Crețu, de la Universitatea “Transilvania” Brasov, Laboratorul Fizică Aplicată și Computațională.

Holografia este procedeul prin care se creează zone de interferentă pe un film fotografic provenite de la intersecția a două raze laser, una reflectată de un obiect și a doua venită de la o oglindă.

Acele zone de interferență vor recrea imaginea 3D a obiectului holografiat atunci când lumina unui laser este îndreptată spre plăcuța holografică.

Holografia, ca proces, a fost inventat de către omul de știință ungar Gábor Dénes în 1947 și apoi a primit premiul Nobel în 1972.

Prima hologramă practică a fost realizată în 1962, la doi ani de la inventarea laserului, de către Yuri Denisyuk, din URSS, și Emmett Leith și Juris Upatnieks de la Universitatea din Michigan, USA.

Holografia este un proces prin care, pe un film fotografic, se stochează multe zone de maxim și minim alte interferențelor fașcicolelor de referintă și de la obiect. Datorită acestui fapt, chiar dacă obiectul pe care se află filmul fotografic este spart în bucăți holograma se poate reconstrui din unul dintre cioburi, deși calitatea va avea de suferit.

Holograma rezultată din cioburi poate fi asemuită cu luminarea unui obiect cu multe lanterne la care eliminăm o parte din acele lanterne. Imaginea rezultată este apropiată ca și calitate de imaginea originală , însă mai puțin luminoasă.

Interesant lucru, holograma rezultată este o imagine 3D a obiectului original.

În timp s-a încercat crearea memoriilor holografice, dar nu erau practice. Holografia este utilizată pentru a compara dimensiunile sau caracteristice unor obiecte în timp, dar și ca metodă de salvare a unei imagini în 3D.

Minutul de tehnologie

TechCrunch: nu te aruncă să înveti programare
Interesting Engineering: primele teste Hyperlooop au avut deja loc în Deșertul Nevada, zona Las Vegas
Phys.org: nanotehnologia ajută la crearea unor holograme care memorează inclusiv polarizarea luminii
Science Alert: NASA a făcut cadou lumii 56 de brevete din domeniul ingineriei spațiale / NASA Technology Transfer Program
WCCF Tech: specificațiile plăcii video Nvidia GeForce GTX 1080 confirmate: tranzistoare pe 16nm finFET, 7,2 miliarde de tranzistoare, 1,6Ghz, 8GB GDDR5X, 256 biți, 3 display port, $599 placa de referință
Tom’s Hardware: cele mai bune procesoare ale lunii mai 2016 / Intel Core i7-5820K recomandat

Știri din lumea științei

SciNews: 35 de ani de când primul și singurul român, Dumitru-Dorin Prunariu, a ajuns în spatiul cosmic / 14-15 Mai 216 are loc Astro?Fest unde este sărbătorit Dumitru-Dorin Prunariu / Planetaștiinței.ro
15 mai – la orele 17:00: Redacția Știință&Tehnică organizează o amplă dezbatere pe tema prezenței României în industria aerospațială internațională. Moderată de către redactorul-șef al revistei S&T Marc Ulieriu, discuția cu reprezentanții celor mai importante institute şi organizaţii din România va dezvălui publicului larg modul în care inginerii și cercetătorii români se implică în acest fabulos domeniu.
15 mai – la orele 18:00: 12 astronauți plus alte câteva personalități de talie mondială din domeniul explorării spațiale și astronomiei, din 9 țări, vor fi prezenți la ASTRO FEST pentru a aniversarea cei 35 ani de la zborul în spațiul cosmic al lui Dumitru Prunariu.
NASA: Sateliții NASA ajută migrația păsărilor în zona Americilor
ScienceAlert: Călătoria în spațiul cosmic, respectiv lipsa greutății, duce la probleme de ficat destul de mari
ScholarlyOA: Sci-Hub va duce la creșterea incidenței plagiatelor în lumea publicațiilor științifice / Lista jurnalelor științifice frauduloase
SciShow: EAU vrea să construiasca un munte epntru a atrage ploaia
Michael Eisen, biolog la UC Berkeley: epigenetica nu este un panaceu în lumea geneticii
Healthcare Triage: de ce drogurile pe bază de opiu dau dependență
RetractionWatch: unii oameni de știință, care sunt voluntari în programe de perr-review, au intrat demult în grevă și își vor oferi serviciile numai anumitor tipuri de jurnale deschise / Dave Fernig
RetractionWatch: profesorul James Hunton, dela Universitatea Bentley, are 37 de retracții deja
Genetic Literacy Project: unele companii de asigurări de viață refuză clienții la care s-au descoperit vulnerabilități din punct de vedere genetic (aveți grijă unde vă faceți testele genetice)
Brian Koberlein: 9 mai, tranzitul lui Mercur
Vocativ: testele din Malawi pentru detectarea malariei în aerul expirat au avut o rata de succes de 100%
NakedScientists: fosforul este pe terminate

Despre ce se mai discută în lumea pseudoștiinței?

Sckeptic.stackexchange.com: Daca devenim vegetarieni, atunci salvăm mult epăduri. Fals.
Reactions: de ce nu funcționează homeopatia

Bonus

Cosmin Niță: alte 9 experimente de știință de făcut acasă
Security Now 559: matematician dat jos din avion pentru că scria formule pe o hârtie
Snopes.com: Taxa pe tampon
TechQuickie: ce este Windows Registry și de ce este bine să nu umbli pe acolo
SciShow: de ce mierea este dușmanul cel mai mare al bacteriilor
How Its Made: monezile Euro
Symmetry Magazine: 99% din masa noastră provine de la forța nucleară tare
Scholarly OA: OMICS International, un alt jurnal știițific fraudulos
Science Channel: cum a fost construit The Sard, cel mai amre zgârie-nor din Europa de Vest
Scientia.ro, Cătălina Oana Curceanu: cât de mare este un quarc, limita de sus 0,4 * 10^-18m
GameRanx: ce trebuie să știi înainte de a cumpăra jocul DOOM
BBC: Peștera Movile, de lângă Mamaia, un loc izolat în care găsești 33 de specii de animale care nu pot fi găsite nicăieri. Se crede că animalele au rămas izolate în acea peșteră otrăvită de mai bine de 5,5 milioane de ani
TechQuickie: ce este backlight, becurile folosite la panourile LCD/LED?
HouseHold Hacker: 5 mituri despre mâncare combăture

Vizitează

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

Categories
Podcasts SciCast Stiinta

Tehnocultura SciCast 004 – Găurile negre + [show notes]


Tehnocultura SciCast 004 a fost înregistrat duminică, în data de 8 mai 2016, în Londra, Marea Britanie.

Subiectul principal al acestui episod: găurile negre.

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

Video pentru găuri negre:

Găurile negre sunt stele masive în ultimul stadiu al vieții lor. Dacă o stea are cel puțin 10 mase solare atunci va avea un final exploziv, supernova, prin care va expulza o mare parte din materia sa în spațiul înconjurător. Apoi, sub acțiunea gravitației, aceasta se va comprima într-un spațiu extrem de mic rezultând un corp cosmic cu densitate extrem de mare care este gata să înghită planete, gaz interstelar și chiar alte stele.

Găurile negre au asemenea gravitație încât, dacă treci de orizontul evenimentului, limita dincolo de care nimic nu se mai poate întoare, atunci nici măcar lumina nu poate scăpa. Teoretic, dacă ai comprima orice obiect suficient de mult ai obține o gaură neagră. Pâmântul ar trebui comprimat într-un volum cât o cireașă pentru a deveni gaură neagră iar Soarele într-o sferă de 1-2 km. Totul depinde de raza Schwartzschild (Karl Schwarzschild, 1916) a fiecărui obiect cosmic, rază ce depinde strict de masa acelui obiect.

Nu trebuie să te sperii, găurile negre nu sug materia din jur. Ele nu acționează ca un aspirator, ci mai degrabă ca o simplă gaură în asfalt. Așteaptă ca cineva să nimerească în acea zonă. Dacă am face o gaură neagră din planeta noastră influența gravitațională ar fi aceeași, adică am putea gravita la distanța de 6700 de km de centrul ei, cam pe unde se învârte Stația Spațială Internațională, și vom fi feriți de pericol.

viata-stelelor-nebuloasa-pitica-alba-gaura-neagra

Cei de la ASAP Science pe Facebook au publicat o imagine cu istoria vieții unei stele. Nimic mai clar și mai concis legat de viața unei stele. În funcție de mărimea stelei inițiale se va trece prin faze diferite și va ajunge la rezultate diferite, fie pitică albă, dacă steaua este de mărime comparabilă cu Soarele, fie o stea neutronică sau o gaură neagră, dacă a fost mult mai mare decât Soarele.

Se pornește de la o nebuloasă stelară, o mulțime de praf strâns la un loc, apoi acel praf se comprimă și se creează o stea. Dacă steaua este mai mică decât 10 mase solare, atunci va fi o stea obișnuită, pe cum este a noastră, apoi va deveni o gigantă roșie, în a doua parte a vieții, apoi va arunca o bună parte din materia din componența sa către exterior și va deni o nebuloasă planetară, urmând a se contracta și a deveni o pitică albă.

Dacă steaua va fi mai mare de 10 mase solare, atunci va fi numită stea masivă, va ajunge să devină o supergigantă roșie în a adoua parte a vieții, va exploda într-un mod violent (supernovă) și apoi va deveni o stea neutronică sau o gaură neagră (poate chiar un quasar), dacă steaua originară a fost foarte foarte mare.

Termenul de “gaură neargă” a fost folosit pentru prima dată în 1964 de către jurnalista Ann Hewing în articolul “Găuri negre în spatiul cosmic” publicat în 18 ianuarie 1964. Articolul era un sumar al reuniunii Asociației Americane pentru DEzvoltarea Științei.

Primul care să vorbească despre ceea ce ar putea fi o gaură neagră a fost John Michell într-o scrisoare trimisă la Societatea Regală a Angliei și adresată lui Henry Cavendish în 1783. În acea scrisoare John Michell îi spunea lui Cavendish că dacă ai avea o stea cu raza de 500 de ori mai mare decât a Sarelui, atunci ai vedea că un corp care cade către acea stea de la o distanța infinită va avea la contactul cu steaua o viteză mai mare decât cea a luminii. Altfel spus, dacă ai avea un asemenea corp ceresc, atunci lumina nu ar putea evada din interiorul său.

Ideea aceasta nu a fost acceptată pentru că se considera că lumina nu are masă și că nici un câmp gravitațional nu poate influența traiectoria luminii. Einstein a fost cel care a schimbat aceasta percepție în 1915 când, odata cu publciarea Teoriei Generale a Relativitătii, el a explicat faptulc ă spatiu-timpul sunt curbate d eprezența masei și că lumina urmează traiectorii curbe în acest spatiu-timp curbat.

Apoi, prin 1916 Karl Schwarzschild a folosit ecuațiile lui Einstein pentru a explica, teoretic, existența unor corpuri de genul găurilor negre și astfel a creat ecuația care determină ceea ce știm azi ca fiind raza Schwarzschild, raza minimă pentru care un corp de masă m generază un câmp gravitationat într-atât de mare încât nici lumina nu poate evada. Formula pentru o asemenea rază este r = 2GM/c^2.

După aceea a urma era de glorie a Teoriei Relativității Generale și a găurilor negre. Prima gaură neargă descoperită a fost în 1971 și era în sistemul Cygnus X-1/HDE 226868. De atunci și până azi s-au făcut multe observări directe a materiei din jurul găurilor negre din Univers și a stelelor care gravitează găurile negre. Sagitarius A* este gaura neargă supermasivă din centrul galaxiei noastre iar astronomii urmăresc adesea cum gravitează stelele în jurul acestei găuri negre încă din 1995.

Se știu azi patru categorii de găuri negre: supermasive (zeci de mii până la miliarde de msae solare), intermediare (sute de mase solare), stelare (zeci de mase solare), micro-găuri negre (mae mai mici decât cea a Lunii și cu raze mai mici de 0.1mm – se evaporă în 10^-25 secunde -LHC/raze cosmice, speculativ). Se știe că există găuri negre statice, altele care se rotesc și altele care au sarcini electrice. O gaură neargă are una sau mai multe dintre următoarele proprietăți pe lăngă masă: sarcină electrică și moment de rotație.

Orizontul evenmentului, acea zona de care, dacă treci, nu te mai poați întoarce, are formă sferică pentru gaurile negre ne-rotative și este puțin bombată la poli pentru gaurile negre care se rotesc.

Găurile negre rotative au în jurul lor o ergosferă, o zonă bombată în interiorul căreia orice ai pune, este pus în mișcare de rotație în jurul găurii negre.

Prin 1974 Stephen Hawking a prezis că găurile negre se pot evapora într-un timp extrem de lung prin eliberarea de radiație Hawking, practic unde electromagnetice cu energii extrem de mici. Cu cât o gaură neargă este mai mică, cu atât evaporarea are loc mai repede și cu energii mai mari. Tocmai de aceea o gaură neargă de masa unui om sau a unei mașini s-ar evapora în miliardimi de miliardimi de mialiardimi de secundă. În acest timp o asemenee micro grauă neagră ar emite energie într-atât de multă încât ar fi de 200 de ori mai luminoasa decât Soarele pentru timpul extrem de scurt în care a existat.

Prin 2012 am avut ocazia să particip la celebrarea a 50 de ani de când ESO – European Southern Observatory – a fost înființat. Acolo l-am întâlnit pe Joe Liske, membru al echipei proiectului științific ELT, cel mai mare telescop optic/IR din lume pe cale a fi construit, și prezintă filmele educative ESOcast. Cum am avut ceva minute la dispoziție l-am întrebat pe Joe Liske câteva lucrui despre găurile negre.

Una este să vorbești despre un subiect din ce ai citit și alta este să poți transmite chiar din gura unui om de știință. Iată ce mi-a zis despre gaurile negre:

  • Poți cădea într-o gaură neagră, dar durează foarte mult până ajungi să o atingi efectiv. Conform Relativității Generale a lui Einstein, timpul se dilată tot mai mult cu cât te apropii de centrul de gravitație al unui obiect (motiv pentru care timpul trece mai repede pentru sateliții GPS și de aceea au ceasuri atomice pentru corecții de timp).
  • Găuri negre ar putea fi făcute din orice, condiția principală fiind aceea de a comprima materia într-un spațiu suficient de mic. Planeta noastră ar trebui compresață într-un volum de mărimea unei cireșe pentru a se crea o gaură neagră.
  • Dacă am face o gaură neagră din Terra și am lăsa-o tot în acest spațiu ar avea același efect gravitațional ca în momentul în care planeta exista. O gaură neagră poate fi considerat ca orice corp ceresc care afectează orbitele corpurilor din jur în funcție de masa pe care o are.
  • O gaură neagră care să aibă masa Soarelui ar măsura 1-2 km în diametru.
  • Găurile negre au o zonă din care nu poți scăpa de fel: orizontul evenimentului. E distanța peste care ești în siguranță. Dacă treci de acea zonă e game over. Asta înseamnă că ai putea trece pe lângă o gaură neagră și, dacă are masa Terrei de exemplu, va trebui să fii în stare să scapi de atracția gravitațională a unei planete ca Terra pentru a nu ajunge în gaura neagră. Pentru un călător spațial ar însemna un efort chiar foarte mic.
  • Dacă ai reuși să faci o gaură neagră dintr-o mașină și ai arunca-o pe stradă, surpriză, tot Pământul ar ajunge să fie înghițit de gaura neagră. În teorie, o gaură neagră poate consuma oricât de multă materie îi oferi. Nesătula!
  • În centrul galaxiei noastre se află o gaură neagră supermasivă care ține galaxia la un loc.
  • Un lucru ciudat este că oricât de puternice sunt găurile negre din centrul galaxiilor atracția lor gravitațională se întinde numai pe câteva zile-lumină și nu acoperă acei ani lumină pe care galaxiile îi au. Misterul de deslușit este cum de poate o gaură neagră să mențină la un loc o galaxie cu atât de puțin efort.
  • ELT va fi unul dintre instrumentele care va ajuta la găsirea unor răspunsuri în acest domeniu.

Există destule documentare despre găurile negre și se presupune că fiecare galaxie are găuri negre în centrul acesteia, fiecare asemenea gaură neagră având de la mii la milioane de mase solare, cum este în galaxia NGC 1277. Unele găuri negre au chiar și 17 miliarde de mase solare și orizontul evenimentului lor ocupă un spațiu de 11 diametre egale cu orbita planetei Neptun.

Un lucru ce trebuie ținut minte este faptul că deși curbura spațiu-timp este infinită (singularitate), acolo nu ai densitate infinită și nici gravitație infinită, așa cum zice în filmul de mai sus. La fel, se pare că nu poți cădea într-o gaură neagră.

Adică, datorită gravitației extrem de mari timpul este dilatat atât de mult (Relativitatea Generală a lui Einstein) încât ai putea zice că durează o infinitate de timp să ajungi în interiorul găurii negre. Ok, termenul de interior se pare că este folosit în mod neconstructiv datorită faptului că matematica/fizica nu au explicații legat de ceea ce se petrece dincolo de orizontul evenimentului. Pe scurt: o gaură neagră nu are interior.

Unul dintre instrumentele care ne-a ajutat să vedem acești monștri ai Universului este Telescopul Hubble. Strângând și cei mai mici fotoni pierduți de prin Univers Hubble este în stare să vadă cum arătau galaxiile în urmă cu miliarde de ani. Noi ne uităm mereu în trecut: când vedem Luna, o vedem cum era acum o secundă iar când ne uităm în camera noastră noi vedem cum a fost totul în urmă cu 8 milisecunde (calculând și timpul de transmitere a impulsului electric de la ochi la creier).

—-

Anumite găuri negre sunt atât de luminoase încât strălucesc mult mai tare decât întreaga galaxie în care există. Acestea sunt numite farurile universului sau quasari. Un asemenea exemplu este 3C 273 care este de 4 mii de miliarde de ori mai strălucitor decât Soarele și are o magnitudine de -26.7. Ce înseamnă asemenea strălucire? Dacă pui quasarul 3C 273 la o distanță de 33 de ani lumină de noi, atunci va lumina la fel de tare ca Soarele, care este la numai 0.0015% distanță dintr-un an lumină. Disntața de 150 de milioane de kilometri ar fi o distanță de 21 miliarde de ori mai mică decât acei 33 de ani-lumină.

Ce face ca acei quasari să fie așa de luminoși? Cum pot fi găurile negre luminoase? Ei bine, atunci când materia cade înspre gaura neagră aceasta orbitează întâi în jurul găurii negre. În timp ce orbitează la viteze mari au loc frecări între moleculele diferitelor elemente și se emite energie sub formă de lumină sau căldură. De obicei materia se va organiza în jurul găurii negre sub forma unui disc de acreție, zonă situată chiar la ecuatorul găurii negre. Acel disc de acreție se formeză pentru că inclusiv gaura neagră se rotește în jurul axei sale, uneori de mii de ori pe secundă.

În plus, datorită vitezelor extreme la care orbitează materia în timp ce cade spre gaura neagră, energiile mari generate dau naștere și unor jeturi de materie încărcată cu energie. Acele jeturi de materie pot fi văzute și în primul film din acest articol.

Lucru interesant: găurile negre nu numai că accelerează materia la viteze enorme și emite, astfel, jeturi încărcate energetic, dar este posibil să genereze și radiație Hawking. Radiația Hawking este un termen inventat de fizicianul englez Stephen Hawking în 1974 prin care explică faptul că găurile negre pot pierde energie de-a lungul a multor ani de zile. Cam câți ani? Cam 10^71 M^3 secunde ori cel puțin 3^64 ani sau 3^55 de miliarde de ani, M fiind număruld e mase solare.

Radiația Hawking este explicată mai jos: este vorba de faptul că vidul nu este un loc unde energia este zero. Vidul cosmic este definit ca locul unde energia este minimă. La nivel cuantic apar perechi de particule-antiparticule care dispar instantaneu. Acestea sunt numite particule virtuale.

Hawking a lansat ipoteza că, dacă aceste particule apar în zona orizontului evenimentului și una din cele două cade în gaura neagră, atunci cealaltă este liberă să zburde în Univers. Se va considera, așadar, că particula ce a căzut în gaura neagră are energie negativă și, după suficient de mulți ani, acea energie negativă acumulată va duce la distrugerea găurii negre. După cum ai văzut, dacă o asemenea ipoteză este reală, atunci găurile negre ar putea avea o viață de cel puțin 3^55 de miliarde de ani.

Așa cum fiecare galaxie are o gaură neagră super-masivă în centrul ei, chiar și Calea Lactee are un așa centru: Sagittarius A*.

Așadar, găurile negre nu numai că înghit materie, ele țin și galaxiile în picioare. În plus, ele luminează ca un far, cazul quasarilor, și chiar pot ajuta la crearea de stele noi. Cum așa? Încă de prin 2005 se știa faptul că quasarul HE0450-2958 (wikipedia) creează jeturi de materie foarte puternice materie care este propulsată către o galaxie învecinată. Ajuns acolo jetul de materie încărcată energetic determină gazul interstelar să formeze centre de gravitație și duce apoi la concentrarea a cât mai multor asemenea nori de gaz interstelar într-o zonă suficient de mică.

Odată ce avem suficient de mult gaz interstelar la un loc gravitația preia controlul și o stea nouă este pe cale a fi creată. În acest fel gaura neagră HE0450-2958, numit și “quasarul gol” pentru că nu are nicio o galaxie în jur, înghite materie într-o parte pentru a crea o stea în altă parte.

Casey Kazan, de la Daily Galaxy, raporta în 2009 că HE0450-2958, deși nu are stele în jurul său, se află la 22 000 de ani-lumină de galaxia către care trimite jetul de materie. Acel jet ajută la crearea a 350 de noi stele pe an, o viteză de creare a stelelor nemaiîntâlnită în alte galaxii. La un moment dat quasarul HE0450-2958 se va întâlni cu galaxia vecină și va fi înconjurat de stelele la a căror creare a ajutat cu jetul său de materie.

David Merritt et al. au analizat acest quasar de aproape în 2005 și au ajuns la concluzia, în lucrarea intitulată The nature of the HE0450-2958 System ( DOI: 10.1111/j.1365-2966.2006.10093.x | PDF ) că nu se poate stabili exact că acest quasar este gol, dar se știe sigur că nu provine din galaxia companion către care aruncă jetul de materie. et al, înseamnă “și colegii”.

Prin 2012 R. Mark Crockett et al confirmau ipoteza găurilor negre drept creatori de stele detectând un comportament similar la Centaurus A și au publicat rezultatele în studiul intitulat Triggered star-formation in the inner filament of Centaurus A ( arXiv:1201.3369 | PDF).

Ca o nouă dovadă a faptului că găurile negre ajută la formarea stelelor noi, Nicole Gugliucci, de la Discovery, ne informa că Sagittarius A*, gaura neagră super-masivă din centrul galaxiei noastre, ajută la formarea de stele noi în zona sa prin emiterea razelor X și a unui jet de SiO către norii de gaz din zonă. F. Yusef-Zadeh et al ne informează în studiul ALMA Observations of the Galactic Center: SiO Outflows and High Mass Star Formation near Sgr A* despre faptul că ALMA și VLT, telescoape ale ESO, au ajutat la elucidarea misterului apariției unor stele noi în zona Saittarius A* (Sgr A*). Studiul poate fi găsit la arXiv:1303.3403 (PDF).

Încă trei lucruri interesante legate de găurile negre

#1 Există un loc în jurul găurii negre numit sfera fotonică. În acea zonă lumina orbitează gaura neagră la viteza luminii. Mai jos de acea zonă este orizontul evenimentului dincolo de care nimic nu poate scăpa.

#2 Efectul Casimir și găurile negre.

În 2011 cercetătorii Astrid Lambrecht și Serge Reynaud au confirmat efectul Casimir, efect prin care se poate demonstra exitența particulelor virtuale. În cadrul experimentului original se folosesc două plăci plasate foarte aproape una de alta. În cele două plăci pot apare doar anumite tipuri de particule virtuale. Dacă mișcăm repede (cu cel puțin 5% din viteza luminii) una dintre plăci, atunci particulele virtuale nu mai intră în contact pentru a se anula reciproc și unele devin particule reale.

#3. Dacă nici lumina nu poate evada dintr-o gaură neagră, atunci cum de gravițația poate evada?

Ei bine gravitația nu evadează, deși se spune că radiază și că este purtată de către particule numite gravitoni. Gravitația este o deformare a spațiu-timpului datorată prezenței masei într-un anumit loc.

Detalii și explicații afli de la AskAMathematician.com.

#4: Găurile negre ar putea fi, de fapt, Bose Einstein Condensates, la care lungimea de undă este egală cu raza Schwartzschield.

Studiul poate fi citit aici și este numit Black holes as self-sustained quantum states, and Hawking radiation. La crearea studiului a participat și cercetătorul român Octavian Micu, de la Institute of Space Science, din București:
Roberto Casadioab∗, Andrea Giugnoab†, Octavian Micuc‡, and Alessio Orlandiab§

Octavian Micu, cercetător român la Institutul de știința Spațiale din România mi-a explicat cum este posibil ca o gaură neagră să fie un BEC, Bose-Einstein Condensate, adică materie, care răcită la 0 K are aspect de undă și, asemenei unei unde, se poate suprapune materie peste materie în același loc. Acel loc sau zonă va avea o lungime de undă ce este egală cu raza Schwatzschield după care definești orizontul de așteptare al unei găuri negre. Funcția de undă Compton-de Broglie ne vorbește de lungimea de undă a unui asemenea BEC și este:
lambda = h / m * c.

Despre Bose-Einstein condensate poți afla aici:

#5 Paradoxul pierderii informației intr-o gaură neagră.

Octavian Micu, cercetătorul român care a studiat la Universitatea din Alabama și care lucează acum la Institutul de Științe Spațiale din România, mi-a spus următoarele legat de acest paradox al pierderii informației:

Toate teoriile din fizica se bazeaza pe legi de conservare. Printre cantitatile conservate sunt numerele cuantice ale particulelor. Toate procesele cuantice respecta aceste legi de conservare: si deci chiar si intr-o reactie nucleara numerele cuantice dinainte de reactie se regasesc la produsele de reactie. Ei, gaurile negre sunt caracterizate decat de masa, moment cinetic si sarcina. Deci cand o particula trece dincolo de orizontul evenimentelor toate celelalte proprietati cuantice “dispar”. Asta inseamna ca radiatia hawking nu stie nimic despre particulele care au format gaura neagra.

Întrebarea săptămânii: cum funcționează un termos?

În episodul 19 din categoria de fizică s-au oferit explicatii pentru modul în care funcționează un termos.

Despre funcționarea termosului ne-a povestit Conf. Dr. Nicolae Crețu, de la Universitatea “Transilvania” Brasov, Laboratorul Fizică Aplicată și Computațională.

Termosul a fost inventat în 1892 de Sir James Dewar și purta numele de flacon cu vid sau vas Dewar.

Principiul de funcționare al termosului este următorul: lichidul din termos este menținut la o temperatură constantă prin limitarea interacțiunii pereților cu mediul exterior.

Termosul are doi pereți între care este vid. Pe peretele interior este pus un strat reflectant pentru a reflecta în interiorul vasului radiația termică provenită de la lichid.

Folosirea vidului pe post de izolator termic este o decizie bună în acest caz pentru că acolo unde este vid singurul mod prin care un corp pierde căldură este prin radiația termică.

În mod normal corpurile își micșorează temperatura prin pierderea de căldură venind în contact cu mediul înconjurător (fenomenele de conducție și convecție).

Dacă în mediul înconjurător avem vid, atunci corpului respectiv îi va lua mult mai mult timp pentru a pierde căldura.

Trebuie subliniată aici diferenta dintre căldură și temperatură. Temperatura este un parametru de stare, adică un număr ce exprimă suma tuturor energiilor cinetice ale atomilor ce compun acel corp.

Căldura, în schimb, este un transfer de energie, o cantitate de energie termică mutată dintr-un loc în altul.

Ca și curiozitate, dat fiind că vidul este un izolator termic, un om ar putea supraviețui până la 90 de secunde în spațiul cosmic fără echipament de protecție. Citește mai multe pe Tehnocultura.ro.

Nu uita să trimiți întrebări pe Tehnocultura.ro, în zona de comentarii, pe Facebook sau pe canalul de YouTube.

Minutul de tehnologie

ScienceAlert: Kuweit va cere să predai o proba de ADN dacă vizitezi țara asta
Large Zenith Telescope: cel mai amre telescop cu oglindă principală lichidă. Oglinda are un strat de mercur ca strat reflector și curbura este menținută prin rotirea oglinzii
ComputerWorld: Windows 10 are va avea o cotă de piață de 20% prin iunie 2016
ScienceFriday: IoT pentru grădinărit
ARSTechnicaNvidia a prezentat următoarea generație de plăci video: GTX 1080, de două ori mai rapide ca GTX Titan X și la jumătate de preț (cam 600 USD)
TechQuickie: ce sunt sistemele de fișire (file systems)
S-au aflat detaliile celei de-a 7 generații de procesoare Intel numită Kaby Lake Core în care procesorul i7-7700K va fi vărf de lance
Home Cyber Defence Podcast: grijă mare la atacurile de phishing
TomsHardware: cele mai bune plăci video ale lunii aprilie 2016

Știri din lumea științei

:SmithSonianmag: Chiar dacă te speli, microbiomul de pe măinile tale va rămâne pe loc
ESO: Observatorul La Silla al ESO a descoperit trei planete terestre la 4- al distanță de noi în jurul stelei pitice numite TRAPPIST-1
ScholarlyOA: Un nou jurnal științific fraudulos Clyto Acces
Dan Graur,biolog evoluționar român stabilit în SUA, explică faptul că diversitate genetică nulă nu înseamnă extincția populațiilor de animale
ScienceDaily: Viermii intestinali pot crea un răspuns imunitar foarte puternic, prin generarea de celule albe de tipul leucocitelor B
Nature Podcast: eșecurile trebuie raportate pentru a crea o știință mai puternică
Universe Today: apa clocotită schimbă fața planetei Marte
Science Alert: cometă fără coadă pentru că are mai mult metal decât gheață în componența sa
Scientific American: trâim într-o simulare? Nu, pentru că altfel am putea considera existența unui Creator.
Science Alert: o injecție cu anticorpi protejează maimuțele timp de 6 luni împotriva virusului HIV, Diferența între vaccin și injecție cu anticorpi.
TED: superarmă în lupta împotriva cancerului – nanoparticule ce au la supraața lor proteine care nu sunt respinse de celulele tumorale iar în interior au medicamentul

Despre ce se mai discută în lumea pseudoștiinței?

Fontus Water Bottle: o altă scamatorie care promite imposibilul. Spune că îți va umple o sticlă întreagă în câteva ore, însă nu ar putea genera mai mlt de 20 de grame de apă cu costuri mari de energie. Thunderf00t explică.
Telefoanele generează cancer la cap? Pentru a milioana oară: NU!

Bonus

De ce este spațiul tridimensional?
De ce temperatura corpului nostru este de 36,7 grade?
Evoluția: simbioza de acum miliarde de ani dintre cianobacterii si celulele plantelor a fost cel mai important pas în istoria vieții pe Terra. Acele cianobacterii au intrac in interiorul unor archeae și a rezultat cloroplastele din celulele vegetale. Un proces similar a dus la apariție mitocondriilor în interiorul celulelor animale.
6 ecuații din lumea fizicii care au schimbat lumea
– Consens științific: 97% dintre studiile publicate sunt de acord cu faptul că au loc schimbări dramatice în clima Terrei iar 99,9% dintre oamenii de știință accepta teoria evoluției ca fapt demonstrat fără urmă de îndoială
Ce este arhitectura de producție numită finFET atunci când vine vorba de crearea tranzistorilor de mărimi extrem de mici?
Valurile monstru din poveștile marinarilor din urmă cu ceva secole există cu adevărat și apar chiar câte trei pe lună în zona Oceanului Atlantic
Naked Scientists: Știința ajută extrem de mult investigațiile polițiștilor
TED: cum comunică plantele între ele?
Snopes.com: Baby drop-off box
Istoria cifrei zero

Vizitează

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

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
Stiinta

Fizica distractivă: unde gravitaționale, mase infinite, iluzoria forță a gravitației

Undele gravităționale au fost, în sfârșit, detectate în ultimul an și existența lor confirmă ultimul punct al Teoriei Generale a lui Einstein. A durat mai bine de 100 de ani pentru a demonstra existența undelor gravitaționale pentru că ele sunt unde care se propagă în spatiu-timp, adică precum niște valuri care modifică spațiul în cursul lor, precum valurile de la supraața unui lac deformează suprafață în cursul lor.

Ca să obții asemenea unde gravitaționale tu trebuie să miști foarte repede între două puncte din spațiu mase extrem de mari. În acest fel se poate face o deformare a spațiu-timpului care se propagă aemenea unui val. Tocmai de aceea a fost necesar un eveniment extrem de puternic din punct de vedere energetic, colapsul a două găuri negre în una care să le conțină pe amândouă, pentru a obține așa unde gravitaționale.

Undele gravitaționale au fost generate de orbitarea extrem de rapidă a celor două găuri negre în jurul unui punct central. Undele astfel obținute au avut lungimi de undă de 10 000 de kilometri și apoi au scăzut la 1200 de kilometri chiar înainte de colaps, adică frecvențe extrem de mici. Din acest motiv ele poartă cu ele energie extrem de mică, imposibil de detectat în interferometrele LIGO până nu au făcut un upgrade anul acesta (2016). Undele gravitaționale care au ajuns în zona Terrei au modificat spațiul cu numai o miime din diametrul unui proton ( 1 / 10 ^18 m), adică extrem de puțin.

Acum ce s-ar întâmpla dacă am avea un corp cu masă de repaus și apoi îl aducem la viteza luminii? Ar fi posibil așa ceva? Posibil nu este, dar dacă ai avea un corp cu masă de repaus care ar ajunge la viteza luminii, ai putea spune că acel corp are masă infinită? Se schimbă ceva în corpul respectiv pentru a avea masă înfinită? Se pare ca rezolvarea problemei stă în considerarea nu a masei la viteza luminii ci a impulsului, pentru că, nu-i așa, ai de-a face cu energii care cresc odată cu creșterea vitezei, nu cu mase care se modifică în mod efectiv. Se apre că spațiul se opune din ce în ce mai mult deplasării unor mase pe măsură ce te propii de viteza luminii.

Iluzoria forță a gravitației i-a dat bătăi de cap lui Newton. Conform formulei lui gravitația este o forță iar formulele sale ajută inclusiv la trimiterea oamenilor în spațiu. Mai complicat devine când afli că gravitația este o deformare a spațiului și a timpului în zona unor mase și nu o forță. Terra deformează zona aceasta de spațiu cu doar 1 cm, dar deformările în timp sunt mult mai vizibile.

Dacă arunci un satelit GPS la 20 000 de km altitudine, atunci descoperi că acel satelit merge înaintea noastră în timp cu aproximativ 38 de microsecunde pe zi. Este o diferență chiar mare. Așadar, gravitația este o deformare a spațiu-timpului și nu o forță.

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