Дзига, що швидко обертається не падає. З-за тертя кутова швидкість власного обертання зменшується. Коли швидкість обертання стає недостатньо великою, вісь дзиги спіралеподібно віддаляється від вертикалі і дзига падає.
Повільна регулярна процесія дзиги (конічна поверхня руху дзиги під нахилом) відбувається в той же бік, в який вона обертається. При цьому час обертання вісі дзиги навколо вертикалі не залежить від кута тета.
Коливальні рухи вісі дзиги (вверх-вниз) між граничними колами мають назву нутацій. Загальний термін повторюваних рухів дзиги (вверх-вниз) має назву періоду нутації.
З-за тертя в опорі, а також дії на дзигу навколишнього повітря нутації завмирають, псевдорегулярна процесія переходить в регулярну.
Принцип дзиги використано у конструкції складних приладів, зокрема у гіроскопі (рис), а також у карданній передачі. В наведеному прикладі (рис) за допомогою гвинта можна зупинити обертання гіроскопу навколо вертикальної вісі. При обертанні зовнішнього кільця виникає момент, що прагне повернути внутрішнє кільце відносно зовнішнього.
Дзига у кардановому підвісі - основа багатьох точних приладів, заснованих на принципі гравітації
Один з гіроскопічних приладів літака – гірогоризонт, головним елементом якого є гіроскоп в карданному підвісі
В 1914 році в Лондоні з’явився двоколесний автомобіль конструкції П. П. Шиловського, який на падав не те що під час руху, а й навіть під час зупинок, коли з нього виходили пасажири. Стійкість автомобіля забезпечував гіроскоп. Ротор (1) поміщений у внутрішнє кільце карданного підвіса (2). Електричний двигун (3) за допомогою зубчастої передачі зв’язаний з внутрішнім кільцем карданового підвіса гіроскопа. У кузові перемикач (4) поміщений у трубку, повздовжна вісь якої змонтована паралельно вісі При нахилах кузова автомобіля куля (5) всередині трубки зміщується в бік нахилу і внутрішнього кільця. замикаючи одну з двох пар контактів(6) включає електродвигун. Момент якоря двигуна, посилений зубчастою передачою, діє на гіроскоп, створюючи момент М навколо вісі внутрішнього кільця. В результаті гіроскоп починає процесувати, тобто обертатись навколо вісі АВ до тих пір, поки не займе вертикальне положення. При
Гірон – сучасний двоколесний автомобіль (модель 1961 року)
Два великих фізики Вольфганг Паулі та Нільс Бор спостерігають за поводженням дзиги Томпсона, яка щораз готує нові сюрпризи
Механика суцільного середовища Петергоф Закон сполучених ємностей використано при будівництві комплексу фонтанів в Петергофі
Механика суцільного середовища При протіканні рідини через трубу з різною товщиною у вужчій частині труби тиск на порядок зменшується
Згідно з законом Бернуллі кораблі не ходять у морі поруч. Відносна швидкість потока води, стиснутого між корпусами швидкохідних кораблів при їхньому зближенні дуже зростає. Тиск води між корпусами кораблів різко впаде і потужним напором більш високого зовнішнього тиску кораблі будуть
Що відбувається у швидкому потоці води? Це можна легко спостерігати на досвіді. Якщо почати поступово підвищувати швидкість руху води, то спочатку картина потоку не змінюється. Лінії і токи залишаються такими ж рівними і плавними, поки швидкість водяного потоку не досягне деякого граничного значення, завжди приблизно того самого для однієї і тієї ж труби. При ще більшій швидкості картина раптово і дивним образом міняється. Плавні лінії раптом починають коливатися, ізвиватися, перемішуються. При ретельному вивченні виявляється - у потоці виникають вихрові рухи. Ламінарний, упорядкований рух раптом переходить у безладний, що володіє дуже складною і загадковою структурою. Це турбулентний рух.
Явище турбулентності ретельно вивчається при організації польотів літаків Відеофрагмент
Гидроаеродинаміка навколо нас Подібно тому як у в’язкому потоці, там, де на поверхні тіла при його обтіканні виникають дуже високі градієнти швидкостей, з'являються раптом ланцюжки вихреподібних рухів, дуже подібні явища виникають і в природі в грандіозних масштабах. Вири, смерчі в пустелях і на морі, торнадо, шквали, циклони й антициклони в атмосфері, ті дивовижні вихори на Сонці, що звичайно називаються просто плямами, а може бути, навіть і спіральні туманності в космосі - усі ці неозорі і неосяжні області явищ у світобудові, закони яких ще далеко не пізнані, разючим чином поєднуються з тим, що ми спостерігаємо в трубі, по якій тече вода. Усі вони не можуть бути вивчені без застосування законів гідродинаміки.
Акустика Органи слухового апарату людини. 1 - зовнішній слуховий прохід; 2 скронева кістка; 3 - ковадло, молоточок, стрем’я; 4 - равлик; 5 євстахієва труба; 6 - барабанна перетинка. Будь-яка періодична зміна акустичного тиску в межах від 16 Гц до 20 кгц приводить до періодичних коливань барабанної перетинки. Її коливання передаються молоточку, ковадлу і стремені Стрем’я передає коливання перетинці, що відокремлює внутрішнє вухо від середнього. У рідині лабіринту виникають пружні хвилі - вони надають руху мембрані равлика. Мембрана стикається з кінчиками нервових корінців, що передають подразнення в мозок. Ці подразнення
Людський слух Діаграма “чутності” звуків. Повний спектр звуків, які може чути людина У чотирьох діаграмах цей спектр розділений на окремі області: а - область мови; б - область музики; в - область чутних шумів; г - область шумів, що заподіюють органу слуху біль, і звуків нечутних. Стрілками показані в діаграмах місця визначених звуків.
Тисячі років тому будували театри, враховуючи вимоги архітектурної акустики. Афіни. Залишки цирку в Акрополі. Коли джерело припиняє випромінювати звук, то звукові хвилі ще продовжують якийсь час блукати по приміщенню, поступово загасаючи. Це загасання називається реверберацією. Час реверберації визначає якість акустики приміщення.
Рух звукових джерел Коли сирена поїзду, що рухається наближається до вашого вуха, її швидкість додається до швидкості посланих нею же звукових хвиль і у вухо вони приходять частіше. А коли сирена віддаляється від вас, швидкість її віднімається зі швидкості звукових хвиль і до нерухомого спостерігача вони приходять рідше. Така зміна частоти чи довжини хвилі при русі їхнього джерела називають ефектом Доплера. Ефект Доплера спостерігається для будь-яких хвиль - не тільки звуку, але і світла і радіохвиль. Доплерівське зображення галактики М-33
Резонатори У гармонійних коливань а, б по відношенню до в різні амплітуди, а їх частоти співвідносяться як 1: 3: 5. При одночасному звучанні вони складаються і утворюють складне періодичне коливання г. Дека роялю, корпус скрипки, раструб валторни, радіорупор - все це резонатори.
Ультразвук Якщо повітря, у якому багато пилу - твердих часток сажі, цементу, золи і т. п. , піддати впливу могутнього ультразвуку, дрібні тверді часточки злипаються одна з одною так міцно, що той же ультразвук не може перебороти сили їхньої молекулярної взаємодії. Утворяться великі частки, що легко уловлюються фільтрами чи просто падають. Ультразвук у металургії Ультразвук добре поширюється в металах, і, якщо в металі є сторонні вкраплення (раковини), ультразвуковий промінь відбивається від них, як від перешкоди. Сконструйований спеціальний прилад - ультразвуковий дефектоскоп виявляє дефект усередині металу. Ультразвук на будівництві Дефектоскопом вчасно можна знайти глибину і місце залягання повітряних порожнин у бетонних плитах. Якщо дробити цемент чи азбест не механічно, а ультразвуком, то помел вийде особливо дрібним, що підвищує якість матеріалів. Ультразвук ріже метал На звичайних сучасних верстатах не можна проробити в металі вузький отвір складної форми, наприклад у виді зірки. А за допомогою ультразвуку це вдається. Ультразвуком можна робити гвинтову нарізку в металевих деталях, у склі, у рубіні, в алмазі. Більшість ультразвукових верстатів працюють безшумно. У недалекому майбутньому в цехах металообробних заводів не буде ні брязкоту, ні гуркоту. Ультразвук у медицині Скальпель хірурга можна замінити ультразвуковим променем. За допомогою ультразвукового променя досліджують розташування внутрішніх органів. Ультразвуком руйнують клітки ракових пухлин, камені в нирках.
Запис рельєфу дна за допомогою ультразвукового ехолоту
Термодинаміка у своїй основі - наука про температуру, теплоту і перетворення теплоти і роботи друг у друга. Яким би складним не було досліджуване явище, до якої би галузі пізнання воно ні відносилося : до будь-якого розділу фізики - від астрофізики до теплофізики чи електроніки, до будь-якої галузі хімії - від технічної хімії до найскладніших біохімічних процесів, - усюди і завжди найбільш важливим, істотним, основним буде перехід, перетворення одного виду енергії в іншій. Графіки рівняння стану ідеального газу. Угорі зображена залежність об’єму від тиску при постійній температурі. Унизу - графіки залежностей зміни об’єму і тиску від температури. Цьому рівнянню підкоряється і повітря.
Головні поняття термодинаміки • Термодинаміка вивчає стан системи - деякої певної кількості речовини. • Объєм, довжина, масса - приклади экстенсивних (кількісних) властивостей системи. • Температура - приклад інтенсивних (якісних) властивостей системи • Термодинаміка може вивчати будь-як системи, але одна умова обов'язкова: система повинна бути кінцевою. Вона може бути мізерно малою, такою, як, наприклад, жива клітка, може бути гигантською, як зірка. • Стан системи визначається температурою, тиском і обьємом. Стан системи - це сукупність її властивостей. Змінився стан системи - змінилися і значення її властивостей. Відновився знову колишній стан - відновилися колишні значення її властивостей. • Рівняння стану ідеальних газів виведено Б. Клапейроном при допущенні, що молекули газу являють собою матеріальні точки: мають масу, але не мають обьєму і ніяк не взаємодіють між собою. Тому воно і названо рівнянням стану ідеальних газів. • Зміна стану системи називається процесом. • Термодинаміка вивчає процеси, у яких система не обмінюється речовиною з навколишнім середовищем, але може обмінюватися теплотою і роботою. Така система називається закритою. Як граничний випадок система може бути цілком ізольована від навколишнього світу і не обмінюватися з ним ні речовиною, ні роботою, ні теплотою. • У термодинаміці тиск і температура - два основних, найголовніших параметри, що визначають стан термодинамічної системи. Це визначення означає, що та сама маса речовини при тих самих значеннях температури і тиску займає завжди той самий обьєм. • Термодинамічний процес, яким би він складним ні був, зі скількох би проміжних стадій ні складався, у результаті якого система повертається у свій вихідний стан, називається термодинамічним циклом.
Види термодинамічних процесів і гіпотези теплоти 1. Ті термодинамічні процеси, котрі протікають при постійній температурі, звуться ізотермічними. Таких процесів і в природі, і в техніці дуже багато. Ізотермічно, наприклад, тане лід, вода перетворюється в пару, вуглекислий газ - у сухий лід. Майже всі процеси в живому організмі протікають при постійній температурі. 2. Ті процеси, що протікають без обміну теплом з навколишнім середовищем, називаються адіабатичними. Часто адіабатичним шляхом протікають дуже швидкі процеси, коли система не встигає обмінятися теплом з навколишнім середовищем. Спочатку існували дві гіпотези теплоти. Теплота - це речовина. Вона незвичайна. Вона здатна проникати в будь-які тіла і виходити з них. Теплова речовина, інакше теплород, чи флогістон, не породжується і не знищується, а тільки перерозподіляється між тілами. (висловив у 1613 р. Галилей) Теплота є внутрішній рух дрібних часток тіла і температура тіла визначається швидкістю руху часток у ньому. (Бэкон, 1620). Ця теорія одержала в науці назва механічної теорії теплоти.
Теплота і робота • Робота зв'язана з рухом: вантаж піднімається, візок переміщається, поршень сковзає в циліндрі двигуна. Без руху немає роботи. • Електричний струм, отриманий або на тепловій електростанції, де за рахунок теплоти, що виділяється при згорянні вугілля, народжується електроенергія, або на гідростанціях, де в турбінах енергія падаючої води, придбана нею тільки від теплоти сонячних променів, перетворюється в енергію електричного струму. Інші машини мають потребу в паливі і працюють за рахунок теплоти згоряння бензину, нафти, вугілля. • В процесі циклу здійснюється певна робота або самою системою (при розширенні пари), або над системою (при стиску газу). Алгебраїчна сума всіх робіт на всіх етапах циклу - це і є отримана робота. Крім того, поглиналася теплота (при випарі води) чи вона виділялася (при конденсації пари), алгебраїчна сума всієї теплоти на всіх етапах циклу - це поглинена системою теплота. • "Два тіла, знаходячись у термічній рівновазі з третім тілом, знаходяться в термічній рівновазі і між собою. Це дуже чудово і важливо" - так сказав про закон термічної рівноваги великий німецький фізик Макс Планк. Таким чином, закон термічної рівноваги - це емпіричний (дослідний)" закон. У результаті застосування теорії відносності до термодинаміки систем, що знаходяться в сильних полях тяжіння, з'ясовано, що в таких системах при термічній рівновазі температура в різних частинах повинна бути різною. У центрі гігантської зірки, навіть якщо вона знаходиться в термічній рівновазі, температура повинна бути вище, ніж на її поверхні.
Перший початок термодинаміки. Закон еквівалентності тепла і роботи Честь першого точного формулювання одного з універсальних законів природознавства належить німецькому лікарю Майеру. Він помітив, що колір венозної крові в жителів жаркого клімату більш яскравий і червоний, чим темний колір крові в жителів холодної Європи. Це відбувалось унаслідок високої температури організму, якому приходиться виробляти менше теплоти, адже в жаркому кліматі люди не мерзнуть. Тому в жарких країнах артеріальна кров менше окисляється і залишається майже такою ж червоною, коли переходить у вени. Якщо кількість теплоти змінюється, то робота і теплота зобов'язані своїм походженням тому самому джерелу - окисленої в організмі їжі, тобто робота і теплота можуть перетворюватися одна в іншу. В усіх випадках, коли з теплоти з'являється робота, витрачається кількість тепла, рівна отриманій роботі, навпаки, при витраті роботи виходить та ж кількість тепла. Цей чудовий висновок був названий законом еквівалентності. Відповідно до цього закону роботу можна перетворити в теплоту і, навпаки, теплоту - у роботу, причому обидві ці величини рівні один одному. Таким чином, для будь-якого кругового процесу зроблена системою робота А дорівнює отриманою системою теплоті Q (якщо вимірювати і теплоту і роботу в тих самих одиницях): A = Q, чи Q - A=0. Це рівняння і виражає перший закон еквівалентності: не можна здійснити цикл, у якому система зробила би роботу і не одержала би теплоту. Система, зробивши цикл, відновила свій вихідний стан. У ній нічого не змінилося - ні речовина, ні рух. Перший початок термодинаміки часто так і формулюють: вічний двигун неможливий. Встановлена А. Эйнштейном еквівалентність маси й енергії зв'язала між собою закон збереження речовини (найважливіший закон усієї хімії) і закон збереження енергії (основний закон класичної фізики) у єдиний закон збереження - про незмінність суми
Перші термометри, засновані на законах термодинаміки
Кожному руху відповідає своя частка енергії Термодинамічні цикли відбуваються навколо нас повсякденно. Простий цикл, зображений на цьому малюнку, може відповідати багатьом різним процесам, що протікають у природі, у лабораторії вченого, на хімічному заводі. Наприклад, це креслення відповідає і такому циклу зміни стану води в природі: стан 1 - вода в калюжі нагрітій сонцем, пружність її пари високі; вона починає поступово випаровуватися; обсяг сильно збільшується; стан 2 - уся вода перетворився в пару; тепла легка пара поступово піднімається нагору; температура падає; обсяг пари зменшуються; стан 3 - охолоджена пара високо над землею; починається конденсація; з'явилося хмара; пішов дощ; стан 4 - уся пара перетворилася в холодні краплі дощу; вони падають на землю, де їх нагріває сонце; вода повертається у вихідний стан 1. Цикл довершений і може початися знову. На малюнку немає ні калюжі, ні хмар, ні сонця. Вони для термодинаміки не важливі самі по собі. Термодинаміка в кожнім процесі виділяє саме головне, що його визначає. Тому закономірність, отримана термодинамікою при дослідженні одного явища, може пояснити дуже багато інших, начебто зовсім відмінних процесів.
Досліди Джоуля Особливе значення мали досліди Джоуля, що вимірював кількість роботи, необхідної для нагрівання рідини що “рзкручується” мішалкою. Одночасно вимірялися і робота, витрачена на обертання мішалки, і теплота, отримана рідиною. Як не мінялися умови досліду, бралися різні рідини, різні судини і мішалки, результат був той самий: завжди з тієї самої кількості роботи виходила та сама кількість тепла. Розрахунки Майера і досліди Джоуля вирішили двовікову суперечку про природу теплоти. Дослід Джоуля. Рідина в судині В перемішується при адіабатичних умовах мішалкою Ad. Джерело роботи - вантажі Е и F. Вантажі, опускаючись, обертають мішалку. Над системою (рідина, судина, мішалка) здійснена робота. Температура системи піднімається. Щоб відновити первісну температуру, через стінки судини при нерухомій мішалці відбирають теплоту. Її кількість вимірюють. Цикл закінчений, виміри зроблені. Залишається обчислити механічний еквівалент теплоти.
Другий початок термодинаміки Никола Леонар Саді Карно (1796 -1832) Французький фізик і інженер, творець теорії теплових двигунів. З аналізу ідеального кругового процесу (циклу Карно) вперше установив, що тільки при переході тепла від тіла нагрітого до тіла холодного можна одержати корисну роботу і, навпаки, щоб передати тепло від холодного тіла до нагрітого, необхідно затратити роботу. Карно висловив положення, що тільки різниця температур обумовлює роботу, одержувану за допомогою теплоти. При цьому природа працюючої речовини в тепловій машині не грає ніякої ролі (теорема Карно). Пізніше ідеї Карно, викладені в праці "Міркування про рушійну силу вогню і про машини, здатні розвивати цю силу", послужили основою нової науки - термодинаміки. Другий великий закон термодинаміки - другий початок термодинаміки - зв'язаний тільки з одним ім'ям. Сади Карно. У 1824 р. Карно висловив геніальну думку: для виробництва роботи в тепловій машині необхідна різниця температур, необхідні два джерела теплоти з різними температурами. Це твердження - головне в теорії Карно. Воно називається принципом Карно. Отже, ккд. машини, що працює за циклом Карно, не може залежати від природи речовини, що працює в циклі.
Теплова машина Карно Ідеальна машина за уявленнями Саді Карно. Це простий циліндр із поршнем. Нижня стінка циліндра має ідеальну теплопровідність; його можна поставити на гарячу поверхню нагрівача (наприклад, заповненого сумішшю розплавленого і твердого свинцю) чи на поверхню холодильника (наприклад, із сумішшю води і льоду). Обидва джерела теплоти нескінченно великі. Якщо циліндр не стикається з нагрівачем чи холодильником, у циліндрі цілком припиняється обмін теплом з навколишнім середовищем. Якщо при нагріванні газу в циліндрі між нагрівачем і газом установиться хоча б навіть дуже мала різниця температур, то це явно буде невигідно, адже, відповідно до принципу Карно, за рахунок цієї різниці можна було б одержати ще додаткову роботу. Виходить, газ у циліндрі повинний розширюватися точно при температурі нагрівача, тобто розширюватися ізотермічно, зберігаючи протягом усього шляху
Схема теплосилової установки Пара отримується у паровому котлі (1) і подається в паронагрівач (2). Відробивши в двигуні (3), пара йде в конденсатор-холодильник (4). Конденсатный насос (5) направляє пару в конденсатный бак (6), відкіля він живильним насосом високого тиску (7) подається в котел. Цикл змін стану робочого тіла завершений. Джерелом охолодження служить вода, прогнана циркуляційним насосом (8) через трубки конденсатора-холодильника. В охолоджувальному пристрої - градирні (9) вода, що нагрілася, віддає своє тепло атмосферному повітрю і знову подається в конденсатор.
Коефіціент корисної дії теплових машин Для теплової машини, що працює за циклом Карно з будь-якою речовиною, максимально можливий к. к. д. повинний все одно дорівнювати: Це просте і нічим на вид не примітне рівняння змушує теплотехніків будувати котли на електростанціях з максимально можливим високим тиском, що саме по собі зовсім не необхідно. Потрібна висока температура. Це воістину дивне рівняння. З нього випливає: 1) що для підвищення к. к. д. теплової машини варто зменшити температуру холодильника ТX і збільшити температуру нагрівача ТH; 2) що термічний к. к. д. теплової машини завжди менше 1. Цьому рівнянню підкоряється вся сучасна техніка. Це рівняння змушує металургів виробляти надміцні жаростійкі сталі, конструкторів - створювати нові багатоступінчасті парові турбіни надвисокого тиску, щоб одержувати величезну потужність. Хіміків воно змушує розробляти для космічних ракет нове пальне з максимально високою температурою горіння.
Використання принципів термодинаміки в техніці Схематизовані зображення циклів у найбільш розповсюджених двигунах. Ліворуч - цикл двигуна внутрішнього згоряння (так називаний цикл Отто). Так працюють двигуни автомобілів і старих літаків. У середині - цикл двигуна Дизеля. Цей двигун більш економічний і застосовується в машинах з великою потужністю: у тепловозах, суднових двигунах. Праворуч -цикл парової машини. Цей цикл найменш економічний. В усіх цих машинах використовується адіабатичне розширення робочої речовини (чи газу пари). Воно найбільш вигідне. У двигунах внутрішнього згоряння спалах газоповітряної суміші відбувається миттєво й обсяг поршневого простору не встигає змінитися. У двигуні Дизеля паливо подається поступово і його горіння протікає при постійному тиску. У паровій машині при постійному тиску подається пара. Коефіцієнти корисної дії всіх цих машин, звичайно, значно нижче, ніж в ідеальної машини Карно.
Холодильна установка 1 - випаровувач, розміщений у холодильній камері, оточеній шаром ізоляції; 2 - компресор, у якому за рахунок стиску підвищуються тиск і температура охолоджуваної речовини; 3 - конденсатор, у якому охолоджувана речовина віддає тепло циркулюючій воді, трохи підвищуючи її температуру; 4 регулюючий вентиль, за яким робоча речовина розширюється і температура її знову падає.
Ентропія У термодинаміці прийнято говорити: сума приведених теплот для оборотного циклу Карно дорівнює нулю. Виявляється, що це справедливо і для будь-якого оборотного, тобто квазістатичного, циклу, яким би складним він ні був. Це чудовий результат, один з найбільш важливих для всього природознавства. З нього випливає дуже важливий висновок: для будь-якої системи і для будь-якого незамкнутого процесу, яким би він ні був, зі скількох би стадій ні складався, обов'язково повинна існувати така особлива властивість системи, зміна якої при переході з одного стану в інший дорівнює сумі приведених теплот. Це, звичайно, не дуже зрозуміло; не так уже легко уявити собі, про що тут йде мова, а наочно цю властивість уявити навряд чи удасться. Але така властивість дійсно існує в природі, вона відіграє найважливішу роль не тільки у термодинаміці, але і у всьому природознавстві, включаючи навіть філософію. Цю властивість прийнято позначати буквою S. Її зміна при переході системи з одного стану в інший дорівнює: Відкрив її німецький учений, знаменитий термодинамік Р. Клаузиус. Це рівняння має його ім'я. Знайшовши в природі нову, раніше не відому нікому величину, Клаузиус назвав її дивним і незрозумілим словом "ентропія", яке сам і придумав. Він так пояснив його значення: “тропос" по-грецьки означає "перетворення". До цього кореня Клаузиус додав дві літери - "эн", так, щоб слово, що вийшло, було б по можливості подібно слову "енергія". Обидві величини настільки близькі один одному своєю фізичною значимістю, що відома подібність у їхніх назвах була доцільною.
Навіщо ученому необхідне знання про ентропію В усіх реальних процесах, при яких система може будь-яким незворотним шляхом самостійно переходити з одного стану в інший, загальна ентропія всіх учасників процесу може тільки зростати. Можна висловити загальне положення: у будь-якому оборотному процесі загальна зміна ентропії дорівнює нулю. Справедливо і зворотне положення: якщо загальна зміна ентропії дорівнює нулю, то процес оборотний. Така залежність дуже важлива. Вона і дозволяє вченому не спостерігати за процесом при всіх умовах. Йому досить знати тільки початковий і кінцевий стани системи і джерел теплоти, і він зможе судити, чи був цей процес оборотним чи ні. Якщо розрахунок приводить до результату, відповідно до якого загальна ентропія зменшується, то процес неможливий. У даному напрямку він не піде. Усякі спроби здійснити такий процес будуть абсолютно безнадійні. Цей ентропійний принцип широко використовується в науці і техніці, і в першу чергу в хімії і хімічній технології, для судження про те, чи можна здійснити потрібну хімічну реакцію чи одержати потрібну речовину. Чому не можна обернути явище дифузії? Чому необоротне явище теплопровідності? Чому не може саме собою підвищитися тиск газу? І чому завжди "самі собою" йдуть зворотні процеси вирівнювання температур, вирівнювання тисків, вирівнювання концентрацій? Усі вони зв'язані зі зростанням ентропії системи. Що це значить? З погляду молекулярно-кінетичних представлень усе це порозумівається досить просто і наочно: будь-яка система прагне перейти з менш ймовірного стану в більш ймовірний.
Третій закон термодинаміки Третій закон - основний закон термодинаміки. Він був відкритий у результаті досліджень в області низьких температур. Відкриття другого початку термодинаміки підтвердило, що існує абсолютний нуль температури, передвіщений ще Ломоносовим, першим дослідником низьких температур, що вперше зміг заморозити ртуть і штучно одержати дуже низьку температуру (-65° С). Відповідно до третього закону, у міру наближення температури, будь-якого тіла до абсолютного нуля зміна його ентропії при зміні його будь-якої властивості теж прагне до нуля і стає гранично рівній нулю при досягненні абсолютного нуля. Один відомий учений підрахував загальне число рівнянь, що можуть бути отримані термодинамікою: їхнє число виявилося неймовірно великим - понад 500 млн. рівнянь. Але ж кожне з них відбиває реальну закономірність, дійсний зв'язок між властивостями речовини, між явищами, що протікають у нашому реальному світі.
Квантова механіка Дослідження при низьких температурах привели до відкриття двох дивних явищ - надпровідності і надтекучості. Обидва ці явища дуже відрізняються від властивостей, якими володіє речовина при звичайних температурах, і можуть бути пояснені тільки за допомогою квантової механіки. Один з основних законів квантової механіки - це уявлення про дискретний, тобто переривчастий, характер фізичних процесів у природі. Зокрема , енергія будь-якого виду, у тому числі і теплова, може передаватися лише певними, дуже малими порціями - квантами. У 1911 р. голландський фізик Г. Камерлинг-Оннес відкрив дивне явище: при температурі 4, 12 К у ртуті раптово зникає електричний опір (рис). Спочатку припускали, що якийсь опір у ртуті все-таки залишається і його просто не можуть вимірити. Але і самі чуттєві прилади не знайшли опору. Це фізичне явище назвали надпровідністю.
Надпровідність Існування незатухаючих струмів підтверджують і інші разючі експерименти. Опишемо один з них. На кільце, у якому тече незатухаючий струм, опускається надпровідна кулька. Магнітне поле кільця индукує струм того ж напрямку на поверхні кульки. Тому що опір у кульки також дорівнює нулю, індукований струм у ній не загасає. Магнітні поля струмів кільця і кульки взаємно відштовхують їх друг від друга. І от кулька плаває над кільцем: відразлива сила переборює діючу на неї силу ваги (рис). Надалі було відкрито, що надпровідністю володіє не тільки ртуть, але і деякі інші метали, наприклад олово, свинець, цинк, алюміній. ДО 1972 р. надпровідність виявлена в 26 елементів. В останні роки вчені знайшли, що надпровідність виникає й у деяких сплавах, складові частини яких самі по собі не мають таку властивість. Такі сплави вісмуту з натрієм, з калієм. В даний час надпровідність виявлена більш ніж у 500 сплавів і сполук.
Надтекучість У 1938 р. у Московському інституті фізичних проблем академік П. Л. Капица знайшов, що при температурі нижче 2, 2 Со рідкий гелій має нову властивість: він здобуває здатність протікати без якого-небудь тертя. Ця властивість була названа надтекучістю, а гелій при температурі нижче 2, 2 Со - гелием-ІІ. У досліді Капиці гелий-ІІ протікав за кілька секунд між щільно стиснутими шліфованими скляними пластинами, між якими ширина щілини всего 0, 5 мкм (рис).
Квантові генератори та підсилювачі Украй низькі гелієві температури використовують для створення надчуттєвих квантових підсилювачів і генераторів радіохвиль - мазерів. Якщо прийнятий сигнал дуже слабкий, його важко розрізнити на тлі власних шумів радіоапаратури. Щоб усунути шуми апаратури, основну частину мазера - резонатор із кристалом - прохолоджують рідким гелієм. Тоді теплові коливання атомів кристалічної решітки зменшуються і припиняються їхні мимовільні переходи з одного енергетичного рівня на інший, але ж саме ці коливання і переходи народжують шуми. Створення квантових парамагнітних підсилювачів набагато підвищило чутливість апаратури, застосовуваної в радіоастрономії для прийому радіовипромінювання Сонця і зірок. Напівпровідникові лазери також "почувають" себе значно краще в рідкому азоті чи гелії. При цьому їхня потужність і к. к. д. значно підвищуються. Схема квантового парамагнітного підсилювача. Парамагнітний кристал - звичайно рубін (1) - поміщений усередині кріостата і охолоджується рідким гелієм (2). Взаємодія постійного магнітного поля (3) і електромагнітного поля накачування переводить частки на більш високий енергетичний рівень; під дією сигналу частки спільно переходять на більш низький рівень і при цьому випромінюють енергію.
Хвилі і кванти Що таке хвиля, знає кожний. . . або думає, що знає. А от з поняттям "квант", що міцно закрепились не тільки в словнику фізиків, але й у техніці, інженерній справі, посправжньому знайомі деякі фахівці. Фізики уперше ввели поняття "квант", досліджуючи випромінювання нагрітих тіл. І з цього почався ланцюг великих відкриттів. Удалося пояснити, за яким законами випромінюють Сонце і нагріта піч, як світло вибиває електрони з металу, чому атоми стійкі і як вони побудовані. Були відкриті принципи, на основі яких у наші дні працюють лазери і мазери, створені електронний мікроскоп і транзистор і зроблено ще багато чого іншого. Підсумок цього шляху - сучасна фізика мікросвіту - квантова механіка.
Хвилі Графік хвилі Роботами голландця X. Гюйгенса і француза О. Френеля була установлена хвильова природа світлового випромінювання. Хвиля, складаючись з іншою хвилею, що коливається з тією же частотою, або підсилюється, або послабляється. За певних умов дві хвилі можуть зовсім погасити одна одну. Ця здатність хвиль підсилюватися чи гаситися при їхньому додаванні називається інтерференцією. Інтерференція - одна з основних ознак хвильового процесу. Інша ознака - дифракція - здатність хвиль обгинати предмети. Саме ці властивості змусили Гюйгенса і Френеля звернути увагу на хвильовий характер світла (мал). Надалі, знайшовши інтерференцію і дифракцію електромагнітних хвиль, фізики прийшли до висновку, що не тільки сонячне світло, але і радіохвилі, і рентгенівські промені, і випромінювання атомних ядер, і не видиме оком інфрачервоне випромінювання нагрітих тіл - різні прояви того самого хвильового процесу.
Електромагнітна теорія світла В другій половині XІ в. англійський учений Д. Максвелл створив свою чудову теорію електромагнітного поля. З неї випливало, що повинні існувати хвилі, у яких коливаються електричне і магнітне поля, а швидкість поширення таких хвиль у вільному просторі -вакуумі - дорівнює приблизно 300 000 км/с, тобто збігається за розміром зі швидкістю світла. Такі хвилі названі електромагнітними. Збіг їхньої швидкості зі швидкістю світла було першою вказівкою на електромагнітну природу світлового випромінювання. У 1887 р. німецький учений Г. Герц показав, що радіохвилі, а їхній електромагнітний характер не викликав сумнівів, відбиваються і переломлюються по таких же законах, як світлові. Усе це підтверджувало електромагнітне походження світлового випромінювання.
Абсолютно чорне тіло Модель абсолютно чорного тіла. Так називають невеликий круглий отвір d порожньої кулі (чи циліндра) із зачерненими стінками. Промінь, що попадає в отвір, 1 назад не повертається. Після декількох відбитків від зачернених стінок у точках 2, 3, 4, 5, 6 і т. д. промінь поглинається. Тому з отвору d виходить випромінювання, характер якого визначається тільки температурою стінок порожньої кулі (чи циліндра). Цікаво помітити, що Сонце випускає світло за законом, близьким до закону випромінювання абсолютно чорного тіла. На початку XX ст. англійський учений Д. Джині розрахував склад випромінювання в порожнині замкнутої судини зі стінками, нагрітими до певної температури. Свої розрахунки Джині засновував на теорії Максвелла, вважаючи, що нагріта порожнина безупинно випускає хвилі. Виявилося, що частоти випромінювання порожнини визначаються тільки температурою стінок і не залежать від того, з якого матеріалу вони зроблені. Якщо в порожнині просвердлити маленький в порівнянні з її розмірами отвір, то з нього повинне виходити випромінювання, що нічим не відрізняється від того, що міститься усередині замкнутої судини. Такий отвір випромінює так само, як випромінювало б
Поява терміну “квант” Після тривалих досліджень Планк зрозумів, що виходячи з уявлень про світло як про безупинний хвильовий процес теоретично вивести відкриту їм формулу неможливо. Формула виходила тільки в припущенні, що світло випромінюється порціями - квантами, причому енергія кванта повинна рівнятвся hv. Це суперечило всім сформованим уявленням про хвильову природу електромагнітного випромінювання! Однак іншого виходу не було, і в 1900 р. Планк опублікував отримані їм результати, сам ще до кінця не вірячи в реальне існування квантів і розглядаючи їх як допоміжне поняття, за допомогою якого можна одержати вірну залежність е від частоти випромінювання і температури твердого тіла. Пізніше А. Эйнштейн говорив: ". . . Планк посадив у вухо фізикам блоху". Ця "блоха" - думка про квантовий характер електромагнітного випромінювання - в остаточному підсумку і привела до створення сучасної квантової теорії.
Планетарна модель атома У 1911 р. великий англійський фізик Э. Резерфорд дослідним шляхом показав, що в атомі існує позитивно заряджене ядро, розміри якого малі в порівнянні з розмірами атома. Їм же була запропонована планетарна модель атома. Ця модель нагадувала Сонячну систему: навколо ядра - Сонця обертаються планети - електрони (мал. ). Ця аналогія ще глибше. Між ядром і електронами діють сили притягання, обернено пропорційні квадрату відстані між ними. Залежність цих сил відстані така ж, як і в ньютоновському законі всесвітнього тяжіння, що керує рухом планет.
Випромінювання квантів світла Атоми, що містять велике число електронів, теж випромінюють кванти світла і переходять при цьому з одного рівня на іншій. Так, у спектрі атома натрію можна бачити дві близько розташовані лінії жовтого кольору (рис). Ці лінії відповідають світловому випромінюванню з довжинами хвиль 0, 5896 мкм (цю лінію називають D 1) і 0, 5890 мкм (лінія D 2).
Радіохвилі в атмосфері Для радіофізика найбільший інтерес представляють тропосфера, тобто нижній шар атмосфери (висота верхньої границі тропосфери 8 -12 км), і іоносфера (розташована між висотами 80 і 800 км) - область, де атмосферні гази частково іонизовані дією сонячного випромінювання. Будова іоносфери і її вплив на радіохвилі різних діапазонів. Іоносфера мінлива, вона складається з декількох шарів, що позначаються буквами D, Е, F 1 і F 2 (мал. ), причому нижній шар D існує тільки вдень, поки світить Сонце. Міняється в залежності від часу доби і ступінь іонізації (тобто концентрація заряджених часток - електронів і іонів) інших шарів іоносфери. Тому й умови радіозв'язку вдень і вночі різні. Наприклад, короткі хвилі поділяються на "нічні" і "денні". Уночі зв'язок на великі відстані в короткохвильовому діапазоні легше установити на хвилях від 50 до 100 м, а вдень - від 10 до 50 м.
Короткохвильовий зв’язок Зв'язок на довгих і середніх хвилях досить стійкий і мало підданий впливу атмосферних перешкод. Але ці хвилі поступово загасають у міру видалення від передавальної радіостанції, тому для зв'язку на великі відстані (більш 1000 км) потрібні дуже могутні радіостанції. А от на коротких хвилях навіть сигнал маленької радіоаматорської станції при сприятливих умовах можна прийняти в будь-якій точці земної кулі. Короткі хвилі можуть багаторазово відбиватися від іоносфери і поверхні Землі й обгинати нашу планету
Метод спектрального аналізу Пропустивши солнячне світло через призму, Ньютон отримав кольорову смугу - спектр (рис). Спектр кожного хімічного елемента відрізнявся від спектрів всіх інших. Наприклад, відрізнити оком, яким із двох елементів - літієм чи стронцієм - пофарбоване полум'я, неможливо: полум'я завжди одного, малиново-червоного, кольору. Якщо ж світло "літієвого" полум'я пропустити через призму, то виходить яскрава червона лінія і поруч з нею слабка жовтогаряча. Стронцій же дає блакитну, дві червоних, жовтогарячу і жовту лінії. Так, німецьким ученім Киргхофом був відкритий метод спектрального аналізу хімічних елементів. Учені розшифрували мову світла, і світло почало розповідати їм про склад речовини, що випускає випромінювання.
Будова спектроскопу Труба До називається коллиматором. Перед щілиною А коллиматора встановлюють джерело світла, спектр якого вивчають. Ця щілина поміщена у фокальній площині двоопуклої лінзи D 1. Лінза D 1 з вихідного з щілини А світла формує рівнобіжний пучок. Після призми цей пучок розщеплюється на два рівнобіжних пучки, між осями яких і оптичною віссю лінзи D 2 утворяться різні кути. Тому у фокальній площині лінзи D 2 з'являються дві лінії - жовтого і блакитного кольору-зображення щілини А. Щілина А звичайно дуже вузька, і тому її зображення в різних кольорах називають лініями спектра.
Застосування спектроскопії в астрономії Інші можливості спектроскопа не менш дивні. З його допомогою можна вимірювати швидкість руху джерел світла. Виявляється, спектр джерела світла зрушується в область довгих хвиль, якщо джерело віддаляється від спостерігача, і в область коротких хвиль, якщо джерело рухається до спостерігача (ефект Доплера). По цьому зрушенні неважко визначити швидкість випромінювача. Таким саме шляхом ученіастрономи вимірили швидкості галактик, що віддаляються від Сонячної системи. Але не тільки швидкість можна вимірювати спектроскопом. Ще в 1896 р. голландський учений П. Зееман спостерігав вплив магнітного поля на спектри розпечених газів. Виявилося, що в сильному магнітному полі в зелено-блакитній лінії кадмію з'являються ще два супутники з частотами v - дельта v і v + дельта v, якщо спостереження вести поперек магнітного поля. У випадку спостереження уздовж магнітного поля замість лінії з частотою v з'являються дві лінії з частотами v + дельта v і v - дельта v. Тому за спектром речовини можна судити не тільки про величину, але і про напрямок магнітного поля, у якому знаходиться світна речовина (рис).
Лазер Атоми, що знаходяться в метастабільному стані, випускають спонтанні кванти по різних напрямках. Усякий раз вони захоплюють за собою порівняно невелике число фотонів, пролітаючи повз атоми в метастабільному стані. Якщо спонтанний фотон йде убік від осі циліндра, то усі фотони швидко залишають кристал і могутній імпульс не виникає. Лазерний імпульс з'являється тоді, коли народжується фотон, що йде уздовж осі лазера. Такий фотон захоплює за собою багато фотонів, і число їх зростає за законами зростання числа каменів у гірській лавині: фотони багаторазово проходять тіло рубінового стрижня, відбиваючи від торцевих дзеркал. У результаті виникає могутній імпульс червоного світла, що виходить через напівпрозоре дзеркало (мал. )
Схема лазера Гелій-неоновий лазер: а - схема лазера на суміші гелію і неону; б - схема енергетичних рівнів гелію і неону. На малюнку показані тільки рівні, що беруть участь у генерації видимого випромінювання газового
Теоретичні передумови розвитку голографії Світло інколи розглядають як потік фотонів, а инколи як хвилю, що переносить електромагнітні коливання. Все залежить від вирішуваної задачи. В одних випадках проявляються головним чином хвильові властивості світла, а в інших - корпускулярні, коли світло необхідно розглядати як потік часток - фотонів. Якщо світлові коливання можна уявити гармонійними функціями, наприклад сінусоідальною функцією з незмінною фазою, то такі коливання називають когерентними. Потоки когерентного випромінювання посправжньому стали доступні лише після винайдення лазера. Освітимо фотографічну платівку двумя когерентними пучками світла (рис. а). Один з них (1) спрямуємо перпендикулярно до поверхні платівки, а інший (1') - під кутом тета. Тоді, складаючись, светлові коливання дадуть на платівці систему інтерференційних смуг. Після проявлення платівки вона явить собою дифракційну решітку. Освітимо цю решітку знову перпендикулярним до її поверхні пучком когерентного світла (1). Частина енергії цього пучка пройде через отвори решітки, не змінивши напрямку, и, крім того, виникнуть ще два паралельних пучки світла, що розповсюджуються під кутами тета и -тета до поверхні платівки. Ці кути будуть такими самими, як і кут, під яким освітлювалась платівка, а інтенсивність пучка (1"), що йде під кутом в, буде такою ж, як і падаючого раніше на платівку. Іншою мовою, фотоплатівка "запам’ятала", під яким кутом і з якою інтенсивністю на неї падав промінь. Цей "старий" промінь відтворюється під дією перпендикулярного променя, який має назву опірного (рис. б).
Отримання голографічних зображень За допомогою когерентного випромінювання на фотоплатівку можна записати не лише характеристики паралельного пучка світла, а й світло, відбите квіткою, мармуровою колонадою або кришталевою вазою. Записати, а потім відтворити світло, відбите будь-яким предметом. Фотоплатівка на ділянці А 1 В 1 запам’ятає пучок, падаючий на неї під кутом ф1, на ділянці А 2 В 2 -під кутом ф2, а взагалі на ділянці Аi. Вi; - під кутом фi (рис. б). Чим більше кут ф, чим частіше дифракційні смуги, тим більше "штрихів" припадає на одиницю довжини платівки. Якщо після такого освітлення проявити платівку і освітити її опірним пучком когерентного випромінювання, то виникає точно такий же світловий потік, який падав на платівку до її проявлення від точкового джерела. Смуги на платівйі будуть дуже складними и, звичайно, зовсім не будуть нагадувати сам предмет, так як і система правильных смуг зовсім не схожа на паралельний пучок світла. Такий запис зображення предмету має назву голограми. Якщо зняти фільм, де каждий кадр - голограма, то вийде обьємна кінокартина Телеграфування точки, що світиться: а дуже високої якості. В разі застосування отримання голограми точки А; б - голографії перетворення чекають і на відтворення зображення точки А за бібліотечну справу, оскільки на одну плівку голограмоюме. голограми можна записати понад ста сторінок тексту.
Тривалість “життя” ізотопів Радіоактивність - це загальна властивість всіх атомів: усі вони в підсумку приречені на взаємне перетворення. І тільки те, що більшість ізотопів має величезні періоди напіврозпаду, не дає нам помітити їхню радіоактивність.
Атомний реактор Найпростіший уранграфітовий реактор (у розрізі). Внутрішня частина викладена у виді кулі з графітових брусків з отворами (1), у які закладені уранові стрижні (2). Це активна зона. Зовнішня частина (відбивач) із графітових брусків без отворів (3). Через центр активної зони проходить вертикальний канал, у який опущений регулюючий стрижень (4). Поруч з ним ще два канали для стрижнів аварійного захисту (5). Реактор оточений товстою бетонною стіною (в) для захисту людей від
Безпека атомних реакторів Схема охолодження експериментального реактора. Теплоносій (вода) прокачується через реактор (7), йде в теплообмінник (2) і, охолоджений, повертається в реактор насосом першого контуру (3). Для захисту від випромінювання реактор, теплообмінник і насос знаходяться в приміщеннях (боксах) з товстими стінами (4). Тепло від води першого контуру розбавляється водою, що циркулює в другому контурі й тією, що омиває поверхню теплообміну (5). Вода охолоджується в градирні (в) та насосом (7) повертається в теплообмінник.
Вплив радіоактивності на властивості матеріалів Під дією нейтронного випромінювання реактора всі матеріали змінюють свої механічні властивості, а деякі з них форму і розміри. Перед проектуванням реакторів треба добре вивчити поводження матеріалів у нейтронному полі. Цим займається спеціальна галузь науки - радіаційне матеріалознавство. Потужність цього реактора 40 МВТ, а загальна потужність встановлених у ньому петлевых каналів досягає 10 Мвт. Петлевий матеріалознавчий реактор (МР), що працює в Інституті атомної енергії ім. И. В. Курчатова в Москві
Плазма При підвищенні температури газу з'являються ознаки зовсім нових явищ. Нейтральні атоми втрачають приналежні їм електрони і перетворюються в позитивні іони. Утвориться газоподібна суміш вільно рухомих позитивних іонів, електронів і нейтральних атомів. Цей новий стан речовини називається плазмою. Чим вище температура, тим більше іонів і електронів у плазмі, тим менше залишається в ній нейтральних атомів. Наприклад, для водню при температурі вище 10 000 Со практично всі атоми втрачають приналежні їм електрони і перетворюються в іони. Для різних речовин повна іонізація настає при різних температурах. Отже, плазма є четвертим станом речовини, що відповідає дуже високим температурам. Плазма - найбільш розповсюджений в природі стан речовини. Сонце і всі зірки - це згустки дуже гарячої плазми. Наша Земля оточена плазмовою оболонкою - іоносферою. За межами іоносфери існують так звані радіаційні пояси - області, де теж присутня плазма. На Землі ми зустрічаємося з плазмою в різних формах електричних розрядів: це електрична дуга, іскра, чи блискавка, мальовничо пофарбовані розряди в різнобарвних рекламних трубках.
Керований термоядерний синтез Будова установки Токамак схематично показана на малюнку. Тороїдальна камера має дві оболонки: зовнішню (1) - з товстої міді і внутрішню (2) - з тонкої нержавіючої сталі. Внутрішня камера (її називають лайнером) і простір між нею і мідною оболонкою відкачюються высоковакуумними насосами. Перед початком кожної серії дослідів лайнер довгостроково прогрівають у вакуумі при температурі близько 400° С. Такі вимоги вакуумної гігієни. Адже загальна кількість плазми в камері Установка Токамак (в розрізі). невелика - усього близько стотисячної частки грама. А обьєм камери великий, тому досить незначного поверхневого шару домішків на її стінках - і буде не дейтерієва, а брудна плазма, що Цифрою 3 позначений плазменный виток. Подовжнє магнітне поле створюється за допомогою складається з найрізноманітніших котушок (4), надягнутих на поверхню тороідальної камери. Для живлення котушок служать елементів. дуже могутні батареї чи конденсатори спеціальні імпульсні генератори, аналогічні тим, що застосовують на великих прискорювачах. Уся тороідальна камера надіта на сердечник залізного трансформатора (5), що служить для створення струму в плазмі. Плазменный виток є тут вторинною обмоткою трансформатора, а первинна обмотка (6) живиться також від потужних конденсаторних батарей.
Установка Токамак
Магнітогідродинамічний (МГД)- генератор Плазму можна замкнути усередині магнітної пастки. У магнітних пастках вдається одержати плазму з дуже високою температурою - до 40 000 СО, але з відносно невеликими концентрацією і часом життя. Поки неясно, чи удасться надалі створити в магнітній пастці умови необхідні для здійснення реакції синтезу. Схема Мгд-генератора. Цей генератор відрізняється від звичайного генератора тим, що обертова обмотка ротора замінена в ньому плазмою, що рухається. У результаті взаємодії струму плазми з магнітним полем виникає сила, що гальмує плазму. Щоб ця сила не зупинила рухи іонізованого газу, перетин каналу роблять збільшуваним від входу до виходу у виді сопла. Розширюючись в соплі, газ здобуває додаткову кінетичну енергію за рахунок зменшення тиску. В обьємі (1) сопла створюється магнітне поле. Його силові лінії йдуть усередині сопла (2) перпендикулярно площини малюнка. Рух заряджених часток (3) у магнітному полі індукує вертикальну силу. Під дією цієї сили вільні електрони переміщаються нагору, попадають на анод (4) і по зовнішньому електричному ланцюгу переходять до катода (5), забезпечуючи живлення навантаження (6). Анод і катод не можна робити суцільними, тому що по них тоді почнуть циркулювати великі подовжні струми і віддача енергії в навантаження зменшиться. Тому електроди поділяють на велику кількість ізольованих друг від друга сегментів. Як усякий новий пристрій, Мгд-генератор ще повинний пройти період розробки й удосконалення. Але
Перший побутовий лазер Схематичне зображення першого у світі напівпровідникового лазера (полоскового), що працював у безупинному режимі при кімнатній температурі, що був створений у групі майбутнього Нобелівського лауреата Ж. И. Алфьорова в 1970 р. Дослідники застосували удосконалену технологію напилювання дзеркал і оптимізували параметри структури, що дозволило підвищити ККД. Досягнуто вихідну щільність потужності 40 МВТ/см 2 (попередній рекорд для всіх типів лазерних діодів - 19 МВТ/см 2). Також дані пристрої демонструють максимальний серед усіх типів напівпровідникових лазерів ККД - 66 %. Потужні мініатюрні полоскові лазери з діапазоном довжин хвиль 0. 8 - 1. 06 мкм користаються підвищеним інтересом завдяки широкому спектру їхнього застосування в науково-технічній сфері, у медицині, для лазерного зварювання і т. д. В даний час вже освоєне виробництво 1 - і 2 -ватних лазерних діодів із шириною смужка 100 мкм, що працюють у безупинному режимі генерації. Однак є перешкоди на шляху подальшого підвищення робочої потужності таких діодів. По-перше, підвищення потужності приводить до катастрофічної оптичної деградації дзеркал резонатора. По-друге, підвищення робочої температури приводить до падіння ефективності роботи і прискореної деградації лазерів. Для рішення цих проблем пропонуються складні технології захисту дзеркал і використання складних гетероструктур. Однак група вчених з Фізикотехнічного інституту ім. А. Ф. Иоффе одержала лазери з рекордними потужнісними характеристиками, використовуючи гетероструктури з дуже простою конструкцією.
Оптична голівка для одночасного програвання DVD I CD- дисків Схематичне зображення двухдіодної структури (a) і схема активної області полоскових лазерних діодів із квантовими ямами (quantum wells) (b). Найпростіше рішення - використання двох звичайних лазерних діодів. Однак це ускладнює конструкцію оптичної голівки, робить її більш громіздкою і дорогою. Інший підхід - виготовлення гибридно-интегрованого пристрою, коли два лазерних діоди змонтовані в одній схемі. Але при подібному підході складно з необхідною точністю забезпечити задане положення світовипромінюючих елементів. Вирішити проблему точності дозволяє використання монолітно-интегрованих пристроїв (мал. ), коли два лазерних діоди створюються в єдиному технологічному процесі. Але тут виникає інша проблема - для того, щоб діоди випромінювали на різній довжині хвилі, характеристики їхніх активних областей повинні розрізнятися. Тому виростити в одному процесі дві різні лазерні структури неможливо. А оскільки мова йде промислове виробництво, то всяке ускладнення технології веде до збільшення вартості продукції. Співробітникам дослідницького підрозділу Sony удалося запропонувати досить просту методику виготовлення монолитно-интегрованого пристрою
Процес виготовлення двухдіодної лазерної структури Методом газофазної эпітакії з метало -органічних з'єднань (MOCVD) вирощувалася перша структура (для діода на 780 нм), потім частина структури витравлювалась і вирощувалася структура для діода на 650 нм (тобто було використано мінімально можливе число ростових циклів - два). Надалі за допомогою фотолітографії і травлення формувалися лазерні діоди (мал. ). У результаті була створена структура з двома лазерними діодами, що випромінюють на двох довжинах хвиль, показана на попередньому слайді. Характеристики отриманих діодів близькі до характеристик звичайних промислових лазерних діодів. Випробування показали, що середній час наробітку на відмовлення складає більш 10000 годин для діода на 650 нм і більш 100000 годин для діода на 780 нм.
Плаский емісійний дісплей з катодом з вуглецевих нанотрубок Вуглецеві нанотрубки становлять інтерес не тільки з наукового погляду, але й у прикладному плані. Завдяки гарним емісійним характеристикам, високій хімічній стабільності і механічній міцності, вони є вдалим матеріалом для створення катодів плоских моніторів з низькою напругою і, відповідно, малою споживаною потужністю. Співробітникам науково-дослідного підрозділу Схематичне зображення емісійного монітора тріодного компанії Самсунг удалося зробити типу з катодом з нанотрубок. Унизу - катод з істотний крок на шляху нанотрубками, у середині - затворний електрод із поліпшення характеристик системою отворів, угорі - анод із шаром люмінофора емісійного дисплея з катодом з вуглецевих нанотрубок. Раніше вже були створені великі плоскі дисплеї на основі нанотрубок, що володіють високою яскравістю. Однак вони не володіли достатньою просторовою однорідністю і високою стабільністю світіння екрана. Для того, щоб мати можливість з високою якістю відображати об'єкти, що рухаються, необхідно було створити дисплей тріодного типу (мал. ). Одношарові вуглецеві нанотрубки були отримані стандартним електродуговим методом в атмосфері гелію. Після обробки і фільтрації нанотрубки були нанесені на поверхню структурованого металевого катода методом электрофореза. Рівень флуктуацій яскравості світіння екрана (люмінофор світився в зеленій області спектра) не перевищує 5 %, а яскравість світіння досягала 1000 кандел/м 2 при напругах на затворі 220 В и на аноді 900 В. Основна задача, яку необхідно вирішити для того, щоб стало можливим промислове виготовлення емісійних моніторів тріодного типу - підвищення міцності прилипания нанторубок до металу.
Надпровідна електромережа як елемент міської енергосистеми Найближчим часом у пригороді Детройта почнуться роботи з заміни мідних кабелів на надпровідні в діючій енергосистемі. Якщо ця заміна приведе до планованих результатів, то, можна буде почати відлік нової ери в передачі електроенергії. Надпровідна електромережа буде більш ефективною, більш надійною і значно більш ощадливою в порівнянні з існуючими мережами. Перехід до надпровідної електромережі за своєю значимістю можна порівняти з переходом до волоконооптичної системи в телекомунікаціях. У детройтському проекті 1000 кг мідного проводу буде замінене на 360 кг надпровідного, виготовленого з ВТСП на основі Bі- системи (BіSr. Ca. Cu). У діючій підземній мережі мідний провід охолоджується мастилом, новий надпровідний провід буде охолоджуватися рідким азотом. Планується, що детройтська надпровідна електромережа буде поставляти елекроенергію 14000 споживачам. Як заявив Don Von Dollen, один з керівників проекту з EPRІ, учасники проекту усвідомлюють гостру необхідність успіху. "Інженери за своєю природою консервативні, а інженери, що обслуговують споживчу енергомережу, особливо консервативні, - сказав Von Dollen. - Вони розуміють, що новий рівень струмонесучої здатності кабелів допоможе вирішити безліч проблем, що стоять перед ними. Але вони хотіли б спочатку побачити своїми очима, як працює “надпровідний Детройт". Уже сьогоднішній ВТСП провід може пропускати струми в 150 разів більш високі, чим мідний аналог.
Шляхи збільшення пам’яті комп’ютера В даний час у лабораторіях багатьох відомих фірм йде розробка різних типів нетрадиційних запам'ятовуючих пристроїв, що забезпечують високу швидкодію і надійність роботи. Можна вже з упевненістю затверджувати, що через кілька років нетрадиційні запам'ятовуючі пристрої займуть гідне місце на ринку пам'яті і конкуренція буде досить жорсткою. Учені з лабораторій Motorola Lab і Dіgіtal. DNA Lab повідомляють про розробку зразка магніторезистивного оперативного запам'ятовуючого пристрою (МОЗУ) ємністю 256 Кбит. У його основу покладена комірка, що складається з одного напівпровідникового транзистора й одного магнітного тунельного переходу. Споживана потужність МОЗУ при зчитуванні складає 24 мвт при напрузі 3 В, час циклу зчитування і запису - менш 50 нc. Для виготовлення зразків використана 0. 6 мкм КМОП технологія. У наступній планованій конструкції МОЗУ ємністю 4 Мбит буде використана 0. 2 мкм КМОП технологія. У той же час фірма Іrvіne Sensor Corp. планує розробку модулів зі понадшвидкодійно надпровідниковою пам'яттю. Пам'ять, зібрана в модуль Super. Router, може використовуватися в сигнальних процесорах, комп'ютерах і в системах телекомунікацій. Модулі Super. Memory будуть виготовлятися на основі низькотемпературних надпровідників по Neo-Stackіng технології, запатентованої Іrvіne Sensor Corp. Постійна надпровідникова пам'ять є єдиною, здатною забезпечити придатні швидкості вибірки і передачі даних для роботи з ультрашвидкими процесорами. Така пам'ять необхідна для систем обробки даних від матриць приймачів у фокальній площині і понадшвидких і понадщільних матриць перемикачів у телекомунікаційних системах. При планованих щільностях упакування і швидкодії критичним моментом стає спосіб збірки. Найбільш придатна тривимірна технологія упакування фірми Іrvіne Sensor, що дозволить збирати кристали з пам'яттю вертикальним набором у багатокристальні модулі з розмірами менше 1 кв. дюйма. Тільки при такій збірці будуть виключені втрати часу на передачу даних, і тільки надпровідникова пам'ять зможе забезпечити мінімальні тепловиділення, здатні не перегріти настільки щільне упакування.
Сама структура Інтернету сприяє поширенню вірусів Одне із самих головних достоїнств фізики - це можливість застосувати фізичний підхід до різноманітних систем. Це відноситься як до соціальних, біологічних так і інших комунікаційних систем, які можна охарактеризувати одним терміном: складні комунікаційні мережі. Одним з найбільш важливих прикладів таких мереж є Інтернет. Виявляється, він володіє цікавими з погляду статистичної фізики властивостями. Зокрема, у роботі [R. Pastor-Satorras and A. Vespіgnanі, Phys. Rev. Lett. 86, 3200 (2001)] показується, що структура Інтернету фактично сама сприяє поширенню комп'ютерних вірусів. Теорія поширення епідемій у біології оперує таким поняттям як поріг епідемії. Він означє те, що захворювання якоїсь початкової групи індивідуумів може перетворитися в епідемію, якщо тільки швидкість її передачі від одного індивідуума до іншого перевищує критичну. У новій роботі показується, що у випадку епідемій комп'ютерних вірусів такого порога не існує. Тобто , якщо не почати відповідні міри, рано чи пізно вірус пошириться по всім підключеним до мережі комп'ютерам. Автори роботи будують модель цього явища, аналізують дані по відомим комп'ютерним епідеміям, і на їхній підставі підбирають чисельні параметри моделі. Модель показує, що через 5 -10 місяців типовий вірус повинний вразити більше половини комп'ютерів. Чому спостерігається така принципова різниця між поширенням епідемій в Інтернеті і соціальних мережах? Справа в різній глобальній топології цих систем. У соціальній мережі кожен вузол (людина) зв'язаний з деяким числом інших вузлів (моделювання спілкування). Це число різне від одного вузла до іншого, але в цілому мається деяке типове число зв'язків, що приходиться на один вузол. І кількість випадків, коли кількість зв'язків сильно перевищує середнє, експоненціально мала. Інтернет улаштований по-іншому. У ньому немає якогось певногоо числа зв'язків одного вузла. Інтернет - система без масштабу: у ньому кількість вузлів, що мають k зв'язків, падає з ростом k не експоненціально, а по статечному закону (від k -2 до k -3). Головний наслідок цього: кількість вузлів, що володіють дуже великим числом зв'язків, не так мала. Саме це і підтримує поширення вірусів.
Термодинаміка та Інтернет Життя наповнене конкуренцією, суперництвом між людьми, фірмами, сайтами. Скільки б не говорили про демократичність Інтернету, мабуть, що і тут існує своя ієрархія, нікому не відомі домашні сторінки сусідять з гігантськими порталами. Однак у яку сторону рухається Інтернет, чи завжди буде існувати безліч рівноправних великих сайтов чи, в остаточному підсумку, "переможе найсильніший" (і світу буде явлений "мега-супер-сайт")? У статті що тільки но вийшла американського й угорського авторів затверджується, що за певних умов у глобальній мережі можлива свого роду бозе-конденсація, ситуація, коли значна частина сайтів виявиться безпосередньо зв'язаною з одним вузлом Мережі. Існують вузли (статті, сайти. . . ) і зв'язки між ними (посилання на статтю або на сайт. . . ). Кожен вузол має здатність "збирати" зв'язки, причому, у загальному випадку в різних вузлів здатності по "збору" зв'язків різні (гарна/погана продукція/стаття/сайт). Щоб описати ріст і розвиток мережі, автори думають, що в одиницю часу з'являється новий вузол, що створює m зв'язків із вже існуючими вузлами. Тут автори переходять на іншу, термодинамічну, мову - вони ставлять у відповідність кожному вузлу свій "рівень енергії", а числу зв'язків з іншими вузлами - кількість "часток" на даному рівні. У рамках даної моделі передбачається, що частки не можуть переходити з одного рівня на іншій, що вірно, наприклад, стосовно до посилань в опублікованих статтях. Однак, оскільки з часом t число часток росте (один зв'язок - дві частки), то заселеність вузлів згодом змінюється. Оперуючи з поняттям газу таких часток, автори вводять для нього термодинамічні потенціали. Хоча, на відміну від класичного випадку, число часток і рівнів енергії в системі міняється з часом і подібна система принципово нерівноважна (встановлення термодинамічної рівноваги неможливе, тому що частки не можуть змінювати свою енергію), при t прагнучому до нескінченності подібну систему можна розглядати як ідеальний газ, описуваний "бозе-подібної" (схожого виду) статистикою.
Лазери на квантових точках для систем оптоволоконного зв’язку Фотографія зразка з десятьма зв'язаними площинами квантових точок, отримана методом просвітчастої електронної мікроскопії. Можна бачити кореляцію в положенні острівців у сусідніх шарах ("стовпчика" квантових крапок). Також помітно, що розміри острівців (у площині шару) у кожнім наступному ряді перевищують розміри острівців у попередньому ряді й у верхніх рядах відбувається "перекриття" острівців. А чим більше розмір квантової крапки, тим більше довжина хвилі випромінювання. Одержання випромінювання в діапазоні довжин хвиль 1. 3 і 1. 55 мкм на основі напівпровідникових гетероструктур на підкладках Ga. As є актуальною задачею сучасної мікроелектроніки, тому що лазери цього діапазону є основними компонентами сучасних систем оптоволоконного зв'язку. Одним із двох найбільш ймовірних кандидатів на створення працюючих при кімнатній температурі лазерів на цей діапазон є гетероструктури на основі напівпровідникових з'єднань Іn. Ga. As і Ga. As. У "простих" гетероструктурах з тонкими (тисячні частки мікрона) шарами Іn. Ga. As у Ga. As максимальна довжина хвилі випромінювання складає 1. 21 мкм. Подальше збільшення довжини хвилі вимагає збільшення товщини шару Іn. Ga. As. Недавно в роботі вчених з Фізико-технічного інституту ім. А. Ф. Иоффе було показано, що використання модифікованої технології росту структур з подібними близько розташованими шарами квантових точок Іn. Ga. As уможливлює одержання при кімнатній температурі випромінювання з довжиною хвилі 1. 3 - 1. 4 мкм.
ВЕРТИКАЛЬНО-ВИПРОМІНЮЮЧІ ЛАЗЕРИ ДЛЯ СИСТЕМ ОПТОВОЛОКОННОГО ЗВ'ЯЗКУ Напівпровідникові вертикально-випромінюючі лазери (ВВЛ) знаходять усе більш широке застосування в швидкодіючих оптоволоконных системах передачі інформації. В даний час початий промисловий випуск ВВЛ, що випромінюють у діапазонах довжин хвиль поблизу 850 і 980 нм. Незважаючи на успішний розвиток технології ВВЛ для цих спектральних діапазонів, більш важливою задачею є створення аналогічних приладів для довжин хвиль 1. 3 і 1. 55 мкм. Необхідність створення ВВЛ, що працюють у цих діапазонах, зв'язана з наступними причинами. У кварцових стеклах, використовуваних для виготовлення оптоволокна, мінімум оптичних утрат відповідає довжині хвилі випромінювання 1. 55 мкм. А довжині хвилі 1. 3 мкм відповідає мінімальна дисперсія, що дозволяє зменшити розширення імпульсів при їхньому проходженні по оптоволокну і, за рахунок цього, підвищити швидкість передачі інформації. Схематичне зображення лазерних структур: a - традиційний полосковый лазер, b - вертикальновипромінюючий лазер. Стрілками показаний напрямок виходу випромінювання зі структури. Схематичне зображення поперечного розрізу ВВЛ з активною областю на основі трьох шарів квантових точок Іn. As/Іn. Ga. As.
Квантові комп’ютери Фотони - це частки без маси, здатні переносити інформацію швидше і краще чого б те ні було. Однак їх украй важко піймати і зберегти. Дві групи американських фізиків оголосили, що їм удалося цілком зупинити світловий промінь, протримати його якийсь час "узаперті", а потім випустити його на волю. Важливо те, що при цьому всі характеристики променя цілком збереглися. Відомо, що світловий промінь поширюється зі швидкістю ледве менше 300 тисяч кілометрів у секунду. Правда, це у вакуумі. Як тільки світло попадає в яке-небудь середовище, де є атоми, що рухаються, його швидкість падає. Починає позначатися так званий ефект квантової інтерференції, при якому фотони світла, зіштовхуючись з частками середовища, сповільнюють свій хід. У спеціальну надохолоджену камеру поміщають світлонепроникний газ. Особливістю газу є те, що, якщо освітити його спалахом лазера, то під час спалаху він утрачає свою світлонепроникність. Під час експерименту камеру освітлювали лазером, а в цей час пускали промінь іншого лазера. Відразу ж після цього виключали перший лазер. Газ утрачав прозорість, і промінь другого лазера вже не міг вийти з камери. Через якийсь час камеру висвітлювали, вона знову ставала прозорою, і "ув'язнений" промінь залишав камеру. Головна суть методу збереження світлових імпульсів робить його досить привабливим для застосування в телекомунікації й обчислювальній техніці. Гіпотетичне використання квантових характеристик часток, зокрема носіїв світла - фотонів - у комп'ютерах може привести до збільшення в десятки разів їхньої швидкодії. А телекомунікаційне устаткування, засноване на квантових властивостях мікрочастинок, могло б вирішити безліч проблем, у тому числі і проблему недоторканності інформації, тому що стане неможливим прослуховування і перехоплення переданої інформації. Правда, для цього потрібно вирішити величезну кількість наукових і технічних питань. У першу чергу, зменшення розмірів устаткування, що забезпечує необхідні умови для зупинки і збереження світлових променів.
Вихлопні гази+мобілки=велика шкода Вихлопні гази автомобілів шкідливі для здоров'я. Чадний газ, сірчистий ангідрид, важкі метали - малоприємний букет. У роботі американських учених показано, що у вихлопних газах присутні мікрочастинки магнетиту (магнітного залізняку). Магнетит - феррoмагнетик. Здавалося б, причому тут стільникові телефони? При тім, що подібні тверді частки можуть робити нас більш уразливими для високочастотних електромагнітних полів, що виникають при роботі апаратів стільникового зв'язку (зокрема). У нормі в тканинах людини відсутні магнітні частки. Однак дрібні (з розмірами до декількох десятків нанометрів) частки магнетиту, що попадають у повітря з вихлопними газами, можуть попадати в організм із вдихуваним повітрям. Такі частки ефективно поглинають мікрохвильове випромінювання в гигагерцовом діапазоні (частоти, використовувані в стільниковому зв'язку, знаходяться в діапазоні 0. 8 ГГЦ - 1. 8 ГГЦ). Поглинувана енергія розсіюється потім у біологічних тканинах навколоі магнітної мікрочастинки. Раніше вже було експериментально показане, що тепловиділення, викликане дією перемінного магнітного поля на введені в тканині печінки мікрочастинки магнетиту, у стані викликати серйозні ушкодження тканин. Тепер, до нашої "радості", знайдене і джерело мікрочастинок, що невисихає, магнетиту.
Самовідновлювані матеріали На відміну від живих тканин, здатних цілком чи частково відновлювати ушкоджені ділянки, сучасні інженерні матеріали "вилікуванню" практично не піддаються. Саме тому матеріалознавці стикаються з такими явищами, як знос і утома матеріалів, обмежений термін їхньої служби і т. д. Однак вже в найближчому майбутньому ситуація може кардинально змінитися: у роботі [S. Whіte et al, Nature 409 (2001) 794] обнародувані результати по створенню композитного матеріалу, що самозаліковується. Механизм залічювання тріщини Принципова ідея цього ефекту проілюстрована на Малюнку. У полімерний матеріал, виконаний на основі епоксидної матриці, уводяться мікрокапсули з " рідиною, що заліковує, " (циклопентадиеном) і вкраплення каталізуючої речовини (так званий каталізатор Граббса на основі рутенію). У нормальному стані каталізатор не знаходиться в зіткненні з циклопентадиеном. Коли ж у матеріалі виникає дефект (тріщина), то, поширюючись, вона руйнує стінки мікрокапсули, а також у якомунебудь місці виходить і на вкараплення каталізатора. Циклопентадиен за рахунок капілярних ефектів заповнює тріщину і вступає в контакт із каталізатором. Відбувається реакція полімеризації циклопентадиена, що протягом декількох хвилин приводить до його затвердіння. Як показали дослідження, "залікований" матеріал здатний витримувати навантаження, близькі до первісного (коефіцієнт відновлення механічних властивостей складав 75%)
Нове досягнення в області віртуальної реальності Наприкінці минулого року компанії Sensaura була присуджена престижна нагорода британської Королівської академії інженерних наук. Англійським ученим, що працює в цій компанії, була створена технологія, що дозволяє створювати в слухача практично повну ілюзію того, що джерело звуку розташоване в довільному місці, за допомогою всього двох колонокв. Створити ілюзію, що джерело звуку розташоване позаду, за допомогою двох колонок досить складно Відомо, що відрізнити звук, що приходить зпереду, від звуку, що приходить ззаду, нам допомагають вушні раковини, біологічно орієнтовані на сприйняття в першу чергу звуку, що приходить зпереду. Звуки позаду, навпроти, піддаються деякому перекручуванню (унаслідок дифракції хвиль при огибанні вушної раковини). Alastaіr Sіbbald розробив програмне забезпечення, що дозволяє моделювати ці перекручування. Затримка сигналу від одного динаміка щодо сигналу від іншого динаміка, у сполученні з модельним перекручуванням сигналу, дає можливість, використовуючи два джерела звуку (звичайну стереосистему), створювати ілюзію того, що звук приходить із заданої точки. Зрозуміло, при такому підході виникають проблеми: "акустичного пріоритету" (ефекту Хааза - мозок реагує тільки на перший із двох ідентичних сигналів, що приходять друг за другом з різницею менш 40 мск) і небажаних перехресних накладень звуків від різних динаміків, для їхнього усунення застосовувалася спеціальна схема корекції. Результатом проробленої роботи є технологія, що дозволяє з високою точністю эмулювати довільне просторове розташування джерела звуку.
Озонова діра – сучасний стан і перспективи Нинішній розмір озонової діри складає близько 25 млн. км 2 (площа всієї Північної Америки близько 21. 5 млн. км 2). На супутниковій фотографії, зробленій в інфрачервоних променях, можна бачити велику синю пляму над одним з полюсів планети - це і є озонова діра, що нерівномірно простирається аж до Вогненної Землі. Однак учені не очікують подальшого її росту, Як видно з діаграми, починаючи з 80 -х років минулого століття, не спостерігалося істотного підвищення виділення ні диоксида вуглецю (CO 2), ні метану (CH 4), ні оксиди натрію (N 2 O), так що підводячи підсумки кінця тисячоріччя похідну росту концентрації цих газів в атмосфері можна назвати негативною. За прогнозами, якщо не удасться істотно знизити виділення CO 2, середня температура планети через 50 років зросте на 0. 7 K (проти 2. 5 K, передвіщених вченими в 70 -х), але це не повинне привести до настільки фатальних наслідків. Говорячи прогнози, не варто забувати і фактор стихійності: дотепер невідомо, чому під час другої світової війни, коли викиди усіх виробничих галузей (важка промисловість, видобуток і витрата нафти, вугілля) були посилені військовою необхідністю, концентрація в атмосфері вуглецевомістячих речовин і навіть метану істотно понизилася (див. діаграму).
Що таке життя з точки зору фізики? Питання: Що таке життя з погляду фізики? Відповідь: У п'ятитомній фізичній енциклопедії стаття на цю тему відсутня. Хоча часто зустрічаються фрази про час життя. Якщо придивитися до цих фраз ближче, те можна помітити, що вони мають відношення до атомів, атомарних переходів, сумішей і нестабільних систем. Існує поняття час життя всесвіту. Отже, з мого погляду, життя - це деякий стан, до і після якого структура, що ми досліджуємо відсутня. Думка: Життя -і це процес самоорганізації, що протікає в диссипативной системі, далекій від рівноваги Нобелівський лауреат І. Пригожин
Питання і відповіді Питання: Чим відрізняється інженер від ученого ? (чисто фізичне питання) Відповідь: Чисто фізична відповідь - назвою Варіант: Відкриття купити не можна, а технологію можна. Питання: Як зв'язане деградація з хаосом і упорядкованістю? Відповідь: Деградація приведе до хаосу і відповідно руйнує упорядкованість Питання: На чому заснований ефект "Звук навколо"(3 D sound)? Відповідь: Він заснований на тім, що звук це хвиля й у певних місцях (динаміки розташовуються навколо людини на якихось фіксованих відстанях) можна досягти того самого звукового ефекту, використовуючи зовсім різні способи ( чите це лев поруч завив, чи це два динаміки склали свої хвилі так, що лев як би виявився між ними чи праворуч). Питання: Як працюють лазерні мікрофони? Відповідь: Промінь лазера направляється на вікно кімнати де йде цікавляча вас розмова. Скло відіграє роль мембрани - і треба тільки піймати й обробити відбитий сигнал від лазера. Питання: Чому, з погляду схованого контролю звуку, застосування спрямованих мікрофонів утруднено? Відповідь: Швидше за все проблема полягає в тім, що спрямовані мікрофони ловлять звук, що приходить з певногоо напрямку - вам належить точно знати де знаходиться голова досліджуваного суб'єкта, варто йому піти убік , як звук пропадає. Питання: Які існують системи прослуховування повідомлень, переданих по стільникових, пейджингових каналах і по факсу? Відповідь: Це може робити звичайна рація, що працює на частоті стільникових телефонів, а ще простіше - піти на телефонну станцію і зайняти місце оператора чи поставити там жучок, але це не фізичне рішення.
Питання і відповіді Питання: Яку максимальну кількість інформації можливо записати на магнито- оптичний носій у даний час? Відповідь: Технологія, що використовується при створенні звичайних лазерних дисків (CD-rom) дозволяє записати на один диск близько 650 Мбайт інформації. Обмеження чисто фізичні (не можна створити нескінченно тонкий пучек світла через дифракцію). Якщо розмір фізичний магніто-оптичного диска порівняємо з розміром CD, то обмеження на обсяг запису приблизно таке ж. Зараз йде становлення нового формату для запису компакт дисків DVD-rom - і обсяг збереженої інформації в кілька разів (від 4 х до 8 ми) перевищує обсяг CD дисків. DVD технологія використовує для запису відразу кількох шарів в одному диску (замість 1 го в CD), може бути незабаром з'явиться подібна технологія і для магнітооптики. P. S. Для збереження великих обсягів даних, коли не критична швидкість найкраще використовувати стрічки (близько 4 Гб на касеті за обсягом менше магнітофонної), якщо швидкість доступу критична, то варто використатися знімними носіями інформації - і ємність від 250 Мб (дисководи Zіp) до 2 Гб (поки немає безумовного лідера). Магнітооптика не прижилася в силу своєї відносної дорожнечі. Питання: Чи Були американці насправді на Місяці? Відповідь: Так. Усього було 6 успішних експедицій (1969 -72 на кораблях "Аполлон 11, -12, -14, -17"). На Місяць висаджувалося 12 космонавтів. Максимальний час перебування на Місяці 75 годин ("Аполлон-17", 1972 рік). Перша людина, що ступила на місяць 21 липня 1969 р. , - і космонавт США Ніл Армстронг (командир "Аполлона 11"). Людина, що коментувала першу посадку - відомий фантаст Роберт Хайнлайн.
Питання і відповіді Питання: Чому з хаосу завжди народжується порядок (космос)? Відповідь: А хто, власне, вам сказав що так воно є? З другого початку термодинаміки випливає, так називаний, Закон зростання ентропії (дуже тісно зв'язаний з поняттям необоротності спрямованості процесів у часі). У ваших термінах це означає, що з порядку завжди народжується хаос. Що б ми не робили, у результаті ми збільшуємо ентропію, а отже і хаос. Закон: Кожен звіт вимагає трьох чернеток. Створенням строгого і точного звіту ви збільшуєте порядок на одиницю, але при цьому збільшуєте хаос на три одиниці, зробивши три чернетки. Отже, хаос завжди у виграші. Варіант відповіді: Порядок народжується не завжди і не скрізь, а тільки в диссипативных системах, далеких від рівноваги (є така наука синергетика - і вона займається питаннями самоорганізації різних систем). Питання: Чому вчені очікують потеплення клімату? Це роблять (очікують) не усі вчені, а тільки частина з них. На основі багаторічних спостережень за останні сто років середня температура за даними деяких дослідників піднялася десь на 1 -2 градуса. Це можна трактувати як природне потеплення - і всяке в житті буває, чи як наслідок впливу людини на біосферу. У наслідку того, що діяльність людини приводить до нагромадження вуглекислого газу, то в принципі можлива ситуація, коли деяка подоба покривала огорне всю землю і виникне парниковий ефект - і сонячні промені нас нагрівають, а теплове випромінювання за межі атмосфери не випускається. Крім того, людина через те, що спалює безліч палива, нагріває атмосферу прямо. Повної єдності по цьому питанню, а отже, відповіді на даний момент не існує.
Скачать презентацию Дзига що швидко обертається не падає З-за тертя
d7e5afcf344245b298b55cfdbd2687e7.ppt