Nauka To Lubię

Oficjalna strona Tomasza Rożka

Tag: fizyka

Jak zbudować kuchenkę słoneczną?

Kuchenka słoneczna może działać cały rok. Co prawda zimą czy jesienią gotowanie w niej potraw zajmie nieco więcej czasu, ale wciąż jest możliwe. W takim urządzeniu gotuje bowiem nie wysoka temperatura otoczenia, tylko promienie słoneczne. Warunkiem działania kuchenki jest więc bezchmurne niebo, a nie upał.

Słońce dostarcza na powierzchnię Ziemi ogromną ilość energii. Co prawda tylko jej część przedziera się przez atmosferę, ale to i tak bardzo dużo. Gdyby wydobyć wszystkie paliwa kopalne (węgiel, ropę i gaz), zmagazynowana w nich energia równałaby się energii dostarczanej Ziemi przez Słońce zaledwie przez 50 dni.

Energię słoneczną wykorzystują rośliny w procesie fotosyntezy. My budujemy elektrownie słoneczne, ale w ten sposób na prąd czy ciepło przerabiamy zaledwie tysięczne części energii jaka dociera do powierzchni Ziemi. Jednym ze sposobów jej wykorzystania jest wybudowanie kuchenki słonecznej. Urządzenia, które wykorzystuje energię niesioną przez promienie Słońca do podnoszenia temperatury w garnku czy na patelni.

1. Umieść jeden karton w drugim, a pomiędzy ścianki włóż pogniecione gazety. Będą służyły jako izolator.

1

2. Wewnętrzny karton wyłóż czarnym matowym papierem lub folią. Następnie wytnij z kartonu cztery kwadraty, których bok będzie tej samej długości co bok większego kartonu. Przyklej do jednej z powierzchni kwadratów aluminiową srebrną folię. Staraj się aby folia była gładka, by nie miała żadnych nierówności. Ma być jak lustro.

2

3. Przyklej kartonowe kwadraty do brzegów większego kartonu tak, by były skierowane folią do góry…

3

4. … a następnie umieść je pod kątem 45 st. do pionu (albo podłoża). Boki kuchenki można podtrzymać na drewnianych nóżkach, albo na sznurkach, łączących je ze sobą. Kąt 45 st. gwarantuje, że największa ilość promieni słonecznych będzie kierowana do środka kuchenki, a to oznacza najwyższą temperaturę w jej środku.

4

5. Kuchenka gotowa. Możesz do niej włożyć garnek z daniem, które ma być ugotowane.

5

Co ważne, kuchenka może działać nie tylko latem. Co prawda zimą czy jesienią gotowanie w niej potraw zajmie więcej czasu, ale wciąż jest możliwe. W solarnej kuchence gotuje bowiem nie wysoka temperatura otoczenia, tylko promienie słoneczne. Warunkiem działania kuchenki jest więc bezchmurne niebo, a nie upał.

Rysunki w artykule pochodzą z serwisu wikiHow.com

3 komentarze do Jak zbudować kuchenkę słoneczną?

Lanie wody

Dlaczego wylana na rozgrzaną blachę woda nie paruje? I dlaczego gorąca woda szybciej zamraża się niż zimna?
Czy o wodzie można napisać coś interesującego? Przeczytaj, a dowiesz się rzeczy, o których nie miałeś zielonego pojęcia.

Co się stanie, gdy wylejemy powiedzmy szklankę wody na mocno rozgrzaną metalową blachę? Np. taką w tradycyjnym piecu. Usłyszymy głośny syk i gwałtowne parowanie. To logiczne i oczekiwane. A teraz proszę na tą samą rozgrzaną blachę wylać wodę w małych ilościach. Np. strzepnąć wodę z mokrej dłoni, albo wypuścić wąski strumień wody ze strzykawki. Można by oczekiwać, że mała ilość wody na gorącej blasze wyparuje szybciej niż duża ilość. A tu niespodzianka. Woda w małych ilościach na gorącej powierzchni nie paruje. Wodne kulki po blasze poruszają się jak pszczoły na łące, bez zauważalnego ładu, to w te, to wewte. Czasami nawet podskakują.

Pułapka na parę

Co się więc dzieje?  Spadająca kropelka wody przy zetknięciu z gorąca blachą zaczyna parować, ale tylko nieznacznie. Paruje dolna część kropli, bo to ona bezpośrednio styka się z gorącą powierzchnią. W ten sposób powstała para tworzy pomiędzy blachą a kroplą coś w rodzaju poduszki. Woda nie styka się już bezpośrednio z blachą, tylko leży na izolującej parowej poduszce. To powoduje, że energia (temperatura) gorącej powierzchni nie jest przekazywana kropli. To niesamowite, bo grubość „parowej poduszki” wynosi znacznie mniej niż milimetr (od 0,1 do 0,2 mm). Jak to się dzieje, że tak cieniutka izolacja wystarczy, że tak mała ilość pary nie dopuści do „przedostania” się energii z gorącej blachy do małej kropelki wody? Gaz (a para wodna jest gazem) jest kiepskim przewodnikiem energii (temperatury). Przekaz energii z blachy przez poduszkę pary do kropli wody następuje, ale bardzo wolno. W końcu wrzucona na rozgrzaną blachę kropla wyparuje (zmniejszając się coraz bardziej, w którymś momencie zniknie) ale nastąpić to może dopiero po kilkudziesięciu sekundach, a nie jak można by się spodziewać – natychmiast. Co więcej, im powierzchnia blachy cieplejsza, tym dłużej trwa taki „kroplowy taniec”. Pozostaje jeszcze wyjaśnienie trzech kwestii. Dlaczego para spod kropli nie ucieknie na boki, dlaczego poduszka parowa nie tworzy się pod dużą ilością chluśniętej na blachę wody i dlaczego kropla na gorącej blasze tak gwałtownie się porusza. Para nie ucieknie bo kropla od spodu nie jest płaska, tylko wklęsła. Więcej pary mieści się w środku, niż na brzegach kropli. Gazowa poduszka powoduje, że pomiędzy rozgrzaną powierzchnią a kroplą nie ma tarcia. Gwałtowne ruchy kropli spowodowane są tym, że dolne warstwy kropli parują nie w sposób ciągły, tylko gwałtowny i nierównomierny ze wszystkich stron. I ostatnia sprawa, chluśnięta na blachę woda wyparuje, ale poduszka parowa wytworzy się tylko pod kropelkami, właśnie dlatego, że one od dołu nie są płaskie i tworzą coś w rodzaju pułapki na parę. Wszystko co dzieje się z kroplą wody na rozgrzanej blasze wyjaśnił w 1756 roku niemiecki lekarz i fizyk Johann Leidenfrost (stąd zjawisko Leidenfrosta).

Raz ciepło, raz zimno

Izolująca warstwa gazu wytwarza się nie tylko pomiędzy rozgrzaną powierzchnią a kroplą wody, tylko pomiędzy obiektami o sporej różnicy temperatur. Przykłady? Wylanie ciekłego azotu czy ciekłego tlenu na powierzchnię stołu w temperaturze pokojowej spowoduje, że te dwie ciecze nie wyparują od razu, tylko „skulkują się” i będą zachowywały się tak jak woda w niewielkich ilościach wylana na gorącą blachę. Ciekły azot ma temperaturę około minus 200 st. C. Teoretycznie włożona do niego dłoń (o temperaturze około + 37 st. C) powinna natychmiast ulec poważnemu odmrożeniu. Tymczasem, o ile rękę w azot wsadzi się na krótko, odmrożeń nie będzie. Dlaczego? Bo pomiędzy skórą a ciekłym azotem wytworzy się cienka warstwa gazowego azotu, który jest swego rodzaju izolacją. Ta izolacja nie jest doskonała, więc dłuższe przytrzymanie dłoni w ciekłym azocie może być niebezpieczne. W Internecie można znaleźć też filmiki na których eksperymentator wkłada palec do naczynia z ciekłym ołowiem. Temperatura tego metalu  w stanie ciekłym wynosi przynajmniej 327 st. C. A temperatura palca około 37 stopni. O ile palec jest mokry, jego włożenie w ołów na krótką chwilę nie będzie groźne. Skóra będzie chroniona przez cieniutką warstwę pary wodnej. To ostatnie doświadczenie nie należy chyba do najbezpieczniejszych, więc lepiej na własną – nomen omen rękę – go nie przeprowadzać.

Lody zawstydziły fizykę

Woda może naprawdę zaskakiwać. Nie tylko nas, ludzi nie zajmujących się nauką, ale nawet naukowców.

Erasto Mpemba, mieszkający w Tanzanii 13latek uwielbiał lody. Podgrzewał mleko, dosypywał cukru, dolewał sok owocowy, wszystko mieszał ze sobą i zamrażał.  By nie zepsuć zamrażarki, najpierw swoją miksturę schładzał w lodówce. Pewnego razu gorące mleko wsadził jednak, bez schładzania, od razu do zamrażarki. Gdy po jakimś czasie otworzył zamrażalnik, okazało się, że lody są już dawno zrobione. „Tak szybko?” – zdziwił się. Zrobił prosty eksperyment. Do dwóch takich samych pojemników wlał gorącą i zimną wodę i obydwa wstawił do zamrażarki. Woda gorąca zamroziła się szybciej. Był rok 1963. Gdy Erasto Mpemba zapytał dlaczego tak się dzieje swojego nauczyciela fizyki, ten go wyśmiał. Ta sama reakcja spotkała go rok później, już jako ucznia liceum. Pewnego dnia do szkoły Erasto przyjechał profesor Denis G. Osborne, fizyk z pobliskiego uniwersytetu. Po jego wykładzie (który dotyczył zupełnie innych zagadnień) Mpemba opowiedział o swoich dobrze już udokumentowanych obserwacjach. Koledzy z klasy zaczęli się śmiać, ale profesor Osborne obiecał sprawę zbadać (choć jak później przyznał nie wierzył licealiście).  Osborne przeprowadził kilka eksperymentów i… potwierdził obserwacje Erasta. W 1969 roku ukazała się profesjonalna praca obydwu panów (ucznia i nauczyciela) opisująca tzw. efekt Mpemby. Woda gorąca rzeczywiście szybciej się zamraża niż woda zimna. Nie pierwszy raz intuicja może wyprowadzić na manowce. Przecież ciepła ciecz, zanim się zamrozi powinna najpierw się schłodzić, podczas gdy ta która jest chłodna tego nie potrzebuje. Jak całą sprawę wytłumaczyć? W przeciwieństwie do opisanego wyżej zjawiska Leidenfrosta, tutaj naprawdę trudno o jednoznaczne wyjaśnienie. Od ukazania się publikacji powstało kilka teorii, ale żadna do końca nie jest satysfakcjonująca. Wiadomo że woda, która się gotowała jest mniej nasycona gazami. Ciecz z mniejszą ilością rozpuszczonych w niej gazów (a więc ta ciepła), zamarza szybciej. W czasie podgrzewania wody wytrącają się też sole mineralne (stąd osad na grzałce czajnika). A te obniżają temperaturę zamarzania. Dlatego zimą posypuje się chodniki i ulice solą. Innymi słowy, chłodna woda zamarza w niższej temperaturze niż ta, która była przegotowana. Do tego wszystkiego niektórzy wyliczają to, że na ściankach naczynia z ciepłą wodą osadza się szron (na ściankach zimnego tylko w śladowych ilościach), a to powoduje, że chłodzenie jest bardziej efektywne. Ciepła woda zacznie więc zamarzać od ścianek (i dna) naczynia, podczas gdy zimna od powierzchni. Ten pierwszy sposób jest znacznie bardziej efektywny. Poza tym ciepła woda paruje, a to w skrócie oznacza szybkie ochładzanie. Dlaczego? Do parowania potrzebna jest energia. Wychodząc z jeziora, wanny czy prysznica odczuwamy zimno tak długo aż nasza skóra się nie wysuszy. Dzieje się tak, bo parująca woda ochładza naszą skórę pobierając z niej energię. No i ostatnia sprawa. W „ciepłym naczyniu” wody do zamarznięcia jest mniej, bo część wyparowała. Woda zimna też paruje, ale bardzo, bardzo wolno.

Wiele pomysłów, ale żaden do końca nie tłumaczy efekt Mpemby. A może każde z tych wytłumaczeń jest w części prawdziwe? Tak czy inaczej nawet w czymś tak powszechnym jak woda, jest jeszcze sporo do odkrycia. I może kiedyś uda się zrozumieć, dlaczego na mrozie rury z ciepłą wodą pękają częściej niż rury z zimną. Dlaczego lodowisko lepiej się robi z ciepłej wody i dlaczego w czasie mrozu mycie samochodu ciepłą wodą szybko prowadzi do popękania lakieru na karoserii.

2 komentarze do Lanie wody

Wahadła Foucaulta w Polsce

Wahadła Foucaulta w Polsce

Woda spływając tworzy wir. Nie tylko woda skręca w czasie ruchu. Także prądy powietrza, które tworzą wiry w atmosferze. Podobnie dzieje się np. z krążkiem uderzonym przez hokeistę, albo z kulą wystrzeloną z pistoletu.

To efekt Coriolisa, który występuje w obracających się układach odniesienia. Dobrze widać to na wahadle Foucault. W 1851 roku francuski fizyk i astronom Jean Foucault zaprezentował w Paryskim Obserwatorium Astronomicznym wahadło, które zmieniając płaszczyznę wahania dowodziło wirowania Ziemi wokół własnej osi.

O co chodzi? Gdy na długiej linie zawiesimy spory obciążnik i wahniemy nim, z czasem zauważymy, że zmienia on płaszczyznę wahania. Tak jak gdyby coś ją przesuwało. Najłatwiej to zauważyć rozstawiając wokół wahadła znaczniki, które z czasem będą się jeden po drugim przewracać. Dlaczego ma to świadczyć o ruchu wirowym Ziemi? Jeżeli wahadło jest odpowiednio długie, a jego obciążnik wystarczająco ciężki, wpływ otoczenia na ruchy wahadła są znikome. Z punktu widzenia kogoś, kto stoi na Ziemi, wahadło wyraźnie zmienia płaszczyznę wahania. Ruchu Ziemi nie widać, bo na niej stoimy, jesteśmy względem niej w spoczynku. Z innego punktu widzenia kogoś, kto znajduje się w innym układzie odniesienia sprawa wygląda jednak zupełnie inaczej. Tutaj płaszczyzna wahania jest cały czas taka sama.

Gdyby Ziemia była w spoczynku płaszczyzna wahania nie zmieniałaby się. Skoro płaszczyzna się zmienia, znaczy to, że Ziemia wiruje. Zresztą ruch wirowy nie jest jedynym. Ziemia krąży wokół Słońca z prędkością ponad 100 000 km/h, cały Układ Słoneczny krąży wokół centrum galaktyki z prędkością prawie miliona km/h, a galaktyka w której się znajdujemy porusza się z prędkością ponad 2 mln km/h.

Czytając ten tekst pokonałaś / pokonałeś kilkadziesiąt tysięcy kilometrów… siedząc cały czas w tym samym miejscu 🙂

 

Najdłuższe wahadło Foucaulta w Polsce znajduje się w krakowskim Kościele św. św. Piotra i Pawła. Demonstracje odbywają się w każdy czwartek.

Miejsce Miasto Długość (m) Masa (kg)
Kościół św. Piotra i Pawła Kraków 46,5 25
Centrum Nowoczesności Młyn Wiedzy Toruń 33,5 35
Wieża Radziejowskiego – dawna dzwonnica Frombork 28,5 46
Wieża Dzwonów na Zamku Książąt Pomorskich Szczecin 28,5 76
Wydział Matematyczno-Przyrodniczy Uniwersytetu Jana Kochanowskiego Kielce 27
Dziedziniec Politechniki Gdańskiej Gdańsk 26 64
Centrum Nauki Kopernik Warszawa 16 242
Wydział Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej Uniwersytetu Mikołaja Kopernika Toruń 16 29
Wydział Fizyki Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza Poznań 10 52
Planetarium Śląskie Chorzów

źródło: Wikipedia

 

 

 

 

 

3 komentarze do Wahadła Foucaulta w Polsce

Nauka w służbie sztuki [+ głos Mony Lisy]

Posłuchaj jaki głos miała Mona Lisa!

To co ukryte jest najciekawsze. Ta zasada napędza całą naukę. W tym dążeniu do odkrywania tajemnic człowiek jest tak zdeterminowany, że nie cofnie się nawet przed bombardowaniem wiekowych egipskich malowideł protonami.

Czy można usłyszeć głos namalowanej przez Leonarda Mony Lisy? Tak! To co ukryte jest najciekawsze. Ta zasada napędza całą naukę. W tym dążeniu do odkrywania tajemnic człowiek jest tak zdeterminowany, że nie cofnie się przed niczym. Nawet przed bombardowaniem wiekowych egipskich malowideł wiązką rozpędzonych protonów.

Brzmi to być może groźnie, ale groźne nie jest. W Instytucie Problemów Jądrowych im. A. Sułtana w Świerku (IPJ), pod kierunkiem profesora Andrzeja Turosa kilka lat temu badane były stary egipskie malowidła. Fizycy chcieli się dowiedzieć jak wyglądały one w czasach gdy je tworzono. O tym, że starożytni Egipcjanie mieli do perfekcji opanowaną sztukę tworzenia fresków, nie trzeba chyba nikogo przekonywać. Ściany świątyń i grobowców zdobiły i nadal zdobią niesamowite wręcz malowidła. To dzięki nim można poznać wiele faktów z życia zarówno egipskich królów, jak i egipskiej biedoty. W niektórych grobowcach zachowały się historyjki jak żywcem ściągnięte z komiksów. Np. obrazkowa rozmowa trzech rzeźników zabijających wołu.
Nie tylko skala egipskich malowideł zadziwia, ale także dbałość o ich detale, a w tym o kolory. Już wiele tysięcy lat temu egipscy malarze byli niedoścignionymi specjalistami w komponowaniu farb i barwników. Wiedzieli nie tylko z jakiej substancji jaką barwę da się uzyskać, ale także jakie związki należy ze sobą mieszać, by uzyskać oczekiwany efekt. Niektóre bardzo skomplikowane metody produkcji barwników do dzisiaj zadziwiają naukowców. Niestety wiele czynników takich jak zanieczyszczenie środowiska, zmiany wilgotności i temperatury, ale przede wszystkim czas, spowodowały, że dzisiejsze kolory malowideł mogą być bardzo dalekie od oryginału. Czy dziś, mimo upływu tysięcy lat możliwa jest rekonstrukcja oryginalnej kolorystyki egipskich fresków ?

Egypt_King's_valley2

 

 

 

 

Ozyrys i Horus z grobowca w Dolinie Królów w Egipcie

 

Naukowcy do badania egipskich próbek wykorzystują metodę PIXE (Particle Induced X-ray Emission). Polega ona na bombardowaniu interesujących fragmentów malowidła wiązką rozpędzonych protonów. Dzięki niesionej przez te cząstki energii, atomy wchodzące w skład barwnika zostają wzbudzone. Gdy powracają do stanu podstawowego emitują charakterystyczne dla każdego pierwiastka promieniowanie. Obserwując je naukowcy wiedzą jakie pierwiastki wchodzą w skład badanego barwnika. Analizując natężenie badanego promieniowania mogą też stwierdzić ile było atomów danego pierwiastka w próbce. Na podstawie informacji o składzie i proporcjach poszczególnych składników, można próbować „zrekonstruować” skład starych egipskich barwników. Stąd już tylko krok do zrobienia ich i sprawdzenia jakie dawały kolory.

Dzięki analizie promieniowania X jakie wysyłają starożytne egipskie tynki, fizycy są w stanie powiedzieć jak wyglądały malowidła ukończone przed tysiącami lat. Ale fizyka, dla sztuki może zrobić znacznie więcej. Niedawno został gruntownie przebadany najbardziej chyba znany obraz znajdujący się w polskich muzeach. Chodzi o „Damę z gronostajem”, której autorem jest Leonardo da Vinci. Badania kamerą multispektralną pozwoliły na odkrycie – dosłownie – tego czego ludzkie oko nie może już dzisiaj zobaczyć. Przy okazji odkryto także elementy, których ludzki oko – w zamiarze artysty – nie miało oglądać.
Badania „Damy z gronostajem”, albo inaczej „Damy z łasiczką” trwają od bardzo dawna. Obraz jest fascynujący pod wieloma względami. Badaczy zaciekawiło np. to, ze modelka jest przedstawiona na całkowicie czarnym tle. Wykonane w 1993 roku w USA badania radiograficzne wykazały, że pod warstwą czarnej farby kryje się inny rysunek. Czy Leonarda nie było stać na płótna i zamalowywał starsze obrazy po to móc malować nowe ? A może nie chciało mi się dokończyć dzieła albo „panorama z pod spodu” nie udała się i gdy nadeszło zamówienie na kolejny obraz mistrz nie chciał niszczyć zakupionego już płótna ? Dzisiaj te wątpliwości trudno rozwiązać. Przeprowadzone badania odkryły jednak znacznie więcej tajemnic Cecylii Gallerani. To ją sportretował pod sam koniec XV wieku Leonardo da Vinci. Osobą zamawiającą obraz był książę Ludwik Sforza. Cecylia była jego kochanką.

640px-The_Lady_with_an_Ermine

 

 

 

 

 

 

 

Portret damy z gronostajem namalował około 1490 roku Leonardo da Vinci. Obraz znajduje się w zbiorach Muzeum Książąt Czartoryskich w Krakowie i jest jedynym dziełem Leonarda da Vinci w Polsce.

 

Urządzenie, którym posługiwano się analizując dzieło to tzw. kamera multispektralna. Potrafi z bardzo dużą dokładnością fotografować analizowane dzieło, także w niewidzialnej dla oka części widma. Oczywiście metoda jest bezinwazyjna, a więc nie powoduje uszkodzenia samego obrazu. Kamera multispektralna jest tak dokładna, że potrafi rozpoznać autentyczność dzieła po zostawionych na płótnie odciskach palców artysty, który je malował. A to nie wszystko. Można prześledzić retuszowanie obrazu a także to co pod dodatkowymi warstwami farby się znajduje. Innymi słowy w ten sposób można odkryć chyba najbardziej skrywane sekrety warsztatowe artysty. Można wskazać miejsca w których się pomylił i te w których próbował te pomyłki zatuszować. Dzięki odpowiedniemu oprogramowaniu możliwe jest trójwymiarowe zeskanowanie całego obrazu. Później warstwa po warstwie obraz analizować. W ten sposób bada się nie tylko powierzchnię dzieła ale także warstwy farby leżące pod nią.

Co udało się odkryć dzięki multispektralnej analizie „Damy z gronostajem” ? Przedstawiona na obrazie modelka miała na głowie założony czepek. Dzisiaj gołym okiem go już nie widać. Odkryto także, że Leonardo w pierwszej wersji obrazu inaczej zilustrował trzymane na ramionach Cecylii Gallerani zwierze. Badacze wskazali miejsce gdzie mistrz początkowo namalował łebek zwierzęcia, po to by zamalować go i umieścić w nieco innym miejscu. Tą samą metodą i przez ten sam zespół została przebadana w paryskim Luwrze Mona Lisa. Z wcześniejszej analizy obrazu wynikało, że Joconda … spodziewa się potomstwa.

Mona_Lisa,_by_Leonardo_da_Vinci,_from_C2RMF_retouched

 

 

 

 

 

 

Mona Lisa – obraz olejny namalowany w pierwszych latach XVI wieku przez Leonarda da Vinci. Obraz jest własnością rządu Francji i znajduje się w paryskim Luwrze.

 

Zespół kanadyjskich i francuskich uczonych dzięki wykorzystaniu specjalnego urządzenia laserowo – optycznego zeskanował obraz, a następnie cyfrowo usunął starą i zabrudzoną warstwę lakieru utrwalającego czyli tzw. werniksu. W tym momencie uczeni zobaczyli jak wyglądał obraz w chwili jego powstania. To wtedy właśnie zauważyli, ze Mona Lisa ma na ramiona narzuconą charakterystyczną pelerynę. Taki strój nosiły w XVI wieku tylko kobiety ciężarne. Dzisiaj tej charakterystycznej peleryny już gołym okiem nie widać. Jeszcze dalej w swojej dociekliwości posunęła się grupa kryminologów z Japonii. Dokładnie zmierzyli twarz i dłonie Jocondy. Na tej podstawie odtworzono kształt czaszki modelki oraz jej wzrost i orientacyjną wagę. Te informacje zostały wprowadzone do programu, który na co dzień służy kryminologom do generowania głosu w oparciu o informacje o wadze ciała, wieku czy trybie życia. Efekt ?

Tłumaczenie: Jestem Mona Lisa. Moja historia owiana jest tajemnicą. Niektórzy sądzą, że jestem Marią Magdaleną, inni że Giocondą, Izabelą d’Esta czy matką Leonarda DaVinci. Są i tacy którzy uważają, że jestem samym Leonardem. Jedyną rzeczą, którą można stwierdzić z całą pewnością jest to, że jestem kobietą o najbardziej tajemniczym uśmiechem na świecie.

Japońscy badacze głos Mony Lisy określili go jako „głęboki, ale nie gardłowy”. Inna grupa ekspertów – tym razem z Holandii – przeprowadziła komputerową analizę twarzy modelki. Użyła do tego oprogramowania, które służy do rozpoznawania nastroju i stanu psychicznego. Joconda była – zdaniem ekspertów – osobą szczęśliwą (w 83 procentach) choć trochę zdegustowaną (w 9 procentach), przestraszoną (w 6 proc.) i rozgniewaną (w 2 proc.) Czy coś można dodać ?

Mona Lisa żyła ponad 500 lat temu. Kto wie, czy już niedługo na takie badania okresowe nie zostanie skierowana Cecylia Gallerani z obrazu „Dama z gronostajem”. Może poznamy jej głos ? A faraonowie ? Trzeba przyznać, że tutaj też nie jesteśmy w tyle. Chcemy poznać kolory świata, który istniał tysiące lat temu. To, że kiedyś poznamy głosy przynajmniej niektórych królów starożytnego Egiptu, nie ulega żadnej wątpliwości. Już dzisiaj wiemy na co chorowali, jakie przeszli zabiegi i z jakiej diety korzystali. Tak naprawdę możemy powiedzieć o nich wszystko, bo istnieją świetnie zachowane mumie niektórych z nich. Pytanie tylko czy my to wszystko chcemy wiedzieć ?

Tomasz Rożek

Tekst ukazał się na gosc.pl

Brak komentarzy do Nauka w służbie sztuki [+ głos Mony Lisy]

Ile waży elektron?


Elektron waży mało, bardzo mało. Ale teraz przynajmniej wiemy, jak mało. Pracującemu w Niemczech Polakowi udało się najdokładniej na świecie zważyć masę elektronu.


Elektron waży mało, bardzo mało. Ale teraz przynajmniej wiemy, jak mało. Pracującemu w Niemczech Polakowi udało się najdokładniej na świecie zważyć masę elektronu.


Elektron jest tzw. cząstką elementarną, czyli taką, której nie da się już podzielić na mniejsze kawałki. Jest dość powszechny i powstał zaraz po Wielkim Wybuchu. Każdy atom składa się z jądra atomowego, w którym znajdują się protony i neutrony (wyjątkiem jest jądro wodoru, w którym jest tylko jeden proton), krążących wokół elektronów. Pomijając szczególne sytuacje, elektronów krążących wokół jądra atomowego jest tyle samo, ile protonów znajdujących się w jego wnętrzu. To powoduje, że atomy są obojętne elektrycznie, w skrócie mówiąc – mają tyle samo ładunków elektrycznych dodatnich (niesionych przez protony), ile ujemnych (te są niesione przez elektrony). Proton i elektron wydają się w tej opowieści swoimi przeciwieństwami. Jeden niesie ładunek ujemny, drugi dodatni. Ale to tylko pozory. Protony i elektrony są cząstkami skrajnie różnymi. Powstały po Wielkim Wybuchu, ale w zupełnie inny sposób.

Protony (i neutrony zresztą też) należą do rodziny tzw. hadronów, czyli cząstek sklejonych z kwarków. Elektron nie jest hadronem, nie jest z niczego sklejony, jest niepodzielny. Elektron należy do grupy cząstek zwanych leptonami. Pomijając jednak te obco (i może nawet nieco groźnie) brzmiące nazwy, można powiedzieć, iż różnica pomiędzy elektronem i protonem nie polega tylko na tym, że jeden się dzieli, a drugi nie, oraz na tym, że należą do dwóch różnych rodzin. Elektron jest dużo, dużo mniejszy od protonu. O ile mniejszy?

Ile dokładnie?


Nikogo nie trzeba chyba przekonywać, że zmierzenie masy cząstki nie jest łatwe. Nie da się jej tak po prostu położyć na wadze, odczekać, aż szalki się ustabilizują, a następnie odczytać masę z podziałki. Pomijając fakt, że jakiekolwiek standardowe urządzenia nie wchodzą w ogóle w grę, ponieważ cząstki są w ciągłym ruchu. Szczególnie dotyczy to właśnie elektronów. Można by się zastanawiać, po co w ogóle komukolwiek precyzyjna wiedza o masie elektronu. Nie da się zrozumieć tego, co dzieje się we wnętrzu atomu, tego, jakie panują mechanizmy i oddziaływania, bez dokładnego pomiaru masy cząstek, które atom budują. Oczywiście te masy cząstek są znane, ale zespół fizyków z niemieckiego Instytutu Maxa Plancka w Heidelbergu stwierdził, że precyzja tego pomiaru jest niewystarczająca i trzeba ją poprawić. Pomiar masy, jakiego udało się dokonać, jest 13 razy bardziej precyzyjny niż te, którymi dysponowano dotychczas. Ile więc waży jeden elektron? Jest dokładnie 1836 razy lżejszy niż proton. Z kolei w jednym gramie mieści się 600 tryliardów protonów (tryliard to 1 i 21 zer). Jeszcze inaczej można powiedzieć, że masa atomowa elektronu wynosi ok. 0,000548579909067. 
Elektron jest najlżejszą cząstką, jaką udało się dotychczas fizykom precyzyjnie zważyć. Co prawda istnieją lżejsze cząstki od elektronów, ale ich masa nie jest znana, szacuje się jedynie jej wartość.

Jak zmierzono?


Bezpośredni pomiar masy elektronu jest absolutnie niemożliwy. Po to, by go zważyć, trzeba było posłużyć się pewnym trikiem. Wzięto atom węgla, w którym znajduje się 6 elektronów i „odczepiono” od niego 5 elektronów. W efekcie powstał tzw. jon, który miał jadro atomu węgla, ale wokół niego krążył tylko jeden elektron. Taki jon węgla zamknięto w urządzeniu zwanym pułapką Penninga. I dopiero tam zaczął się pomiar właściwy masy elektronu. Elektron (zresztą inne cząstki także) może się zachowywać jak niewielki magnesik. Manipulując złapanym w pułapkę jonem węgla, naukowcy mierzyli zachowanie elektronu, który krążył wokół jądra. Z tych pomiarów, przez zastosowanie wzorów, udało się precyzyjnie wyliczyć masę elektronu. Pomiary i badania trwały wiele miesięcy, a po ich zakończeniu wyniki eksperymentu znalazły się w pracy naukowej opublikowanej w prestiżowy czasopiśmie „Nature”. Jednym ze współautorów tej publikacji był pracujący w Niemczech Polak dr Jacek Zatorski. To on był odpowiedzialny za obliczeniową część eksperymentu.

Jak tam jest? 
Pusto


Mały elektron, większe protony i neutrony. Jak można sobie wyobrazić świat na poziomie pojedynczych atomów? Z całą pewnością inaczej, niż rysują go w podręcznikach. Przede wszystkim jądro atomowe wcale nie musi być kulką. Po drugie elektrony są znacząco mniejsze niż protony i neutrony, podczas gdy na modelach atomów w książkach są prawie takie same. Gdyby proton był wielkości jabłka, elektron byłby ziarenkiem słonecznika, a może większym ziarenkiem piasku. I jeszcze jedno. Atom to w większości pustka. Podobnie zresztą jak Układ Słoneczny. To dość udana anologia. Bo zarówno w atomie, jak i w naszym układzie planetarnym przeważająca większość masy zgromadzona jest w centrum.
99 proc. masy całego Układu Słonecznego to Słońce. Podobnie jest w atomie, gdzie jądro atomowe „zabiera” 99 proc., a czasami jeszcze więcej masy całego atomu. I jeszcze jedno: elektrony są nie tylko dużo, dużo lżejsze od jądra atomowego, ale tak samo jak w Układzie Słonecznym planety, krążą bardzo od niego daleko. Powracając do analogii z jabłkiem jako protonem i ziarenkiem piasku jako elektronem – w tej skali elektron krąży w odległości kilkudziesięciu, a może nawet 100 metrów od jądra atomowego. Atom to w większości pustka. •

Tomasz Rożek
tekst ukazał się w numerze 11/2014 tygodnika Gość Niedzielny

Czy można zobaczyć cząstkę elementarną?

3 komentarze do Ile waży elektron?


Konkurs o energii

W badanie i wdrażanie którego rodzaju energii powinniśmy w Polsce inwestować najwięcej środków i wysiłku. Uzasadnijcie proszę Waszą odpowiedź.

W odcinku  „Ekstremalna energia”, który w serii Megaodkrycia, National Geographic Channel pokaże o godzinie 22.00 w niedzielę 6 grudnia, naukowcy z kilku wiodących światowych ośrodków naukowych opowiedzą, gdzie szukają realnej alternatywy dla pozyskiwania energii z węgla, ropy i gazu. Będzie o ujarzmianiu huraganów, promieni Słońca, o geotermii, fuzji wodorowej i kilku innych pomysłach na „czystą” energię.

A teraz pytanie:

>>> Napiszcie w badanie i wdrażanie którego rodzaju energii powinniśmy w Polsce inwestować najwięcej środków i wysiłku. Uzasadnijcie proszę Waszą odpowiedź.  

Odpowiedzi wpisujcie proszę w komentarzach pod tym tekstem. Trzy najlepsze odpowiedzi zostaną nagrodzone moją najnowszą książką „Człowiek” (no chyba, że ktoś woli poprzednią „Kosmos”). Jeżeli takie będzie życzenie wygranego, chętnie napiszę imienną dedykację. 

Człowiek okłądki_II

 Regulamin konkursu:  http://naukatolubie.pl/regulamin-konkursu/

15 komentarzy do Konkurs o energii

Type on the field below and hit Enter/Return to search