Rolul frigiderului este de a încetini dezvoltarea bacteriilor care se dezvoltă în alimente. Rolul unui congelator este de a le opri complet evoluţia prin îngheţare. Ideal ar fi să îngheţăm toate alimentele pe care le depozităm pe termen mediu şi lung în frigider, numai că unele dintre ele sunt iremediabil deteriorate de acest proces de îngheţare (de exemplu salata verde, căpşunile, laptele şi ouăle sunt doar câteva exemple de alimente ce își schimbă structura naturală prin congelare). Chiar şi faptul că ar trebui să dezgheţăm lichidele de fiecare dată când le consumăm constituie un inconvenient semnificativ. Acesta este motivul pentru care ne dorim ca frigiderele noastre să răcească alimentele fără a le îngheţa. Temperatura optimă de răcire se situează între 1,7 şi 3,3o C. La o valoare mai mare şi alimentele s-ar altera foarte rapid, iar la o valoare mai scăzută congelarea ar reprezenta principala problemă.

 

Comentarii -

Conductele pe care le găsim în partea din spate a oricărui frigider, care fac parte dintr-un subansamblu numit condensator, cu rol în lichefierea agentului refrigerent, sunt vopsite de obicei în negru. De ce tocmai negru? Există în natură o regulă pe care fizicianul german Gustav Robert Kirchhoff a formulat-o sub forma unei legi a radiaţiei termice şi care spune, în esenţă, că dacă o culoare este bun absorbant termic este, de asemeni, şi un bun radiant termic. Rata la care un corp emite (radiază) sau absoarbe radiaţie termică (căldură) depinde deci şi de natura suprafeţei acestuia, deci de a culorii acestei suprafeţe. Obiectele care absorb multă căldură vor şi emite multă radiaţie termică. O suprafaţă de culoare neagră este un foarte bun absorbant al radiaţiei termice, după cum ştim cu toţii dacă am purtat măcar o dată în viaţă un pulover negru pe timp de vară. Asta înseamnă că o suprafaţă de culoare neagră este şi un foarte bun "emiţător" de căldură. Dacă am vopsi respectiva suprafaţă în alb, lucrurile s-ar inversa din ambele puncte de vedere. Deci, din moment ce negrul este o culoare care absoarbe foarte bine căldura, o va şi radia la fel de bine. Şi cum rolul conductelor de lichefiere este de a ceda căldură exteriorului, acestea sunt vopsite în negru tocmai pentru a elimina căldură şi a permite frigiderului să-şi îndeplinească funcţia sa de răcire.

 


Vreţi să ştiţi cum funcţionează frigiderul? Citiţi acest articol.

Comentarii -

Legăturile dintre atomii de siliciu ce formează celulele solare ale panourilor solare sunt create de electroni ce se mişcă între mai mulţi atomi. Fotonii veniţi de la soare sunt absorbiţi de electroni, iar unii dintre electroni sunt excitaţi şi se mută pe o altă orbită (nivel energetic); în consecinţă, electronii obţin o oarecare independenţă în mişcarea lor în interiorul cristalului de siliciu, dând astfel, prin mişcare, naştere curentului electric. Panourile solare nu au atins încă pragul critic al eficienţei, în aşa fel încât să fie folosite pe scară largă şi să poată înlocui metodele clasice de furnizare a energiei electrice pentru gospodării.

Comentarii -

Lumina albă, cunoscută mai bine drept lumina zilei, este o combinaţie a tuturor culorilor din spectrul  vizibile. Spectrul vizibil ocupă o mică parte a spectrului electromagnetic. Razele de lumină sunt unde electromagnetice de diferite frecvenţe. Când sunt separate unele de altele, componentele de frecvenţe diferite ale luminii vizibile dau naştere diferitelor culori. Lumina cu frecvenţa cea mai joasă corespunde culorii roşu şi, pe măsură ce creştem frecvenţa, obţinem portocaliu, galben, verde, albastru, indigo şi, în final, culoarea corespunzătoare luminii cu cea mai mare frecvenţă asociată din spectrul luminii vizibile, violetul.
Pentru a vizualiza modul în care lumina albă este "spartă" în culorile fundamentale, mergeţi la articolul ce prezintă pe larg spectrul electromagnetic.

 


Comentarii -

Când percepem culorile, ceea ce vedem de fapt este efectul pe care unde electromagnetice din spectrul vizibil îl produce la contactul cu un obiect. Când undele din spectrul vizibil lovesc un obiect, acestea pot fi reflectate, absorbite sau pot trece mai departe prin acel obiect, în funcţie de structura acestuia. De pildă, la contactul cu sticla lumina trece aproape în totalitate prin acest material, acesta părând astfel incolor. Gândiţi-vă!,  nu din cauza solidităţii unui obiect nu putem vedea prin acesta, ci din pricina faptului că lumina nu trece prin el. Atunci când trece, cum este cazul sticlei, obiectele, deşi rigide şi groase, devin complet transparente. Aşa cum undele din spectrul vizibil pot trece aproape fără reflexie prin sticlă, unde electromagnetice pot trece prin ziduri ori alte materiale, astfel fiind posibil să observăm ce se întâmplă dincolo de obiecte ce sunt opace privirii.

Zăpada reflectă toată lumina care cade asupră-i, astfel că apare ca fiind de culoare albă. Un pulover de culoare neagră este perceput astfel de ochiul uman pentru că absoarbe toată lumina cu care intră în contact. Un smoc de iarbă este verde pentru că absoarbe toate componentele luminii vizibile cu excepţia culorii verzi, pe care o reflectă. Majoritatea obiectelor se dezvăluie privirilor noastre ca fiind colorate deoarece, prin natura structurii lor chimice, absorb anumite lungimi de undă ale spectrului vizibil şi le reflectă pe celelalte.

 

Comentarii -

Pentru a putea vedea un obiect, acesta trebuie să emită sau să reflecte lumină. Vedem stelele, fulgerul, neoanele şi becurile cu incandescenţă pentru că acestea emit lumină. De asemenea depindem de lumina emisă de aceste obiecte pentru a le putea vedea pe cele care nu au această proprietate. Pe acestea din urmă le putem observa deoarece reflectă lumina emisă de primele. De exemplu, putem vedea un smoc de iarbă fiindcă acesta reflectă o parte din lumina Soarelui care ajunge până la el, şi anume componenta verde a spectrului vizibil.

Comentarii -

Intervalul de frecvenţă

Denumire şi abreviere

Domeniu de utilizare

3-300 Hz

Extremely low frequency (ELF)

Frecvenţe extra joase

telegraf

300 Hz – 3 kHz

Voice frequency (VF)

Frecvenţele vocii

circuite pentru telefonie

3 kHz – 30 kHz

Very low frequency (VLF)

Frecvenţe foarte joase

echipamente electronice de înaltă fidelitate

30 kHz – 300 kHz

Low frequency (LF)

Frecvenţe joase

Transmisii maritime mobile şi de radio-navigaţie

300kHz – 3 MHz

Medium frequency (MF)

Frecvenţe medii

Transmisii radio mobile terestre şi maritime

3 MHz – 30 MHz

High frequency (HF)

Frecvenţe înalte

Radio amatori, transmisii mobile maritime şi aeronautice

30 MHz – 300 MHz

Very high frequency (VHF)

Frecvenţe foarte înalte

Transmisii TV, comunicaţii meteorologice

300 MHz – 3 GHz

Ultrahigh frequency (UHF)

Frecvenţe ultra înalte

TV, transmisii militare, radare

3 GHz – 30 GHz

Superhigh frequency (SHF)

Frecvenţe super înalte

Comunicaţii spaţiale şi prin satelit, comunicaţii prin microunde

30 GHz – 300 GHz

Extremely high frequency (EHF)

Frecvenţe extra înalte

Radio astronomie, radare

 

Comentarii -

Unitatea de măsură a frecvenţei undelor electromagnetice este hertz-ul (Hz), denumită astfel după fizicianul german Heinrich Hertz, descoperitorul undelor electromagnetice. Pe receptoarele radio simbolurile mai sus amintite sunt adesea întâlnite. 1 KHz reprezintă o mie de herti, 1 MHz – 1 milion de herţi, iar 1 GHz – un miliard de herţi, deci de vibraţii pe secundă ale undelor electromagnetice pe care aparatul le poate recepţiona (variaţii succesive ale valorii amplitudinii undei între nivelele de energie maximă).

 

Comentarii -

Deşi folosim adesea radioul pentru a asculta muzică, undele care sunt transmise spre a fi recepţionate de acest aparat sunt unde electromagnetice. Undele radio nu sunt unde sonore, deşi, în anumite cazuri, ele transportă informaţie către un aparat de radio în vederea producerii de unde sonore. Odată unda electromagnetică recepţionată de către antenă, circuitele electronice care intră în componenţa receptorului radio convertesc unda electromagnetică într-un semnal electric, care este transmis către difuzoare în vederea transformării curentului electric în undele sonore pe care urechea umană le recepţionează şi, în anumite cazuri, le interpretează ca fiind muzică (de mai bună sau, din ce în ce mai des în ultima vreme, de mai proastă calitate).

 

Comentarii -

Sistemul nostru solar este format din Soare (ce conţine 99,9% din masa sistemului solar), 8 planete mari, peste o sută de sateliţi, peste 1800 asteroizi cu orbite cunoscute, mai mult de 600 de comete, o mulţime de meteoriţi, precum şi gaz şi praf cosmic.

Formula E=m*c2 tocmai acest lucru îl descrie; c2 ne indică faptul că o masă infimă poate genera o cantitate enormă de energie, pentru că, după cum vedeţi, energia este produsul dintre masă şi c2 (viteza luminii la pătrat), iar c=300000 km/s.

Comentarii -

Plasma este una dintre cele patru stări ale materiei. Plasma este de multe ori numită a patra stare. Plasma este în fapt un gaz ionizat, un gaz în care electronii sunt îndepărtaţi de atomii lor, permiţând astfel electronilor şi ionilor să coexiste oarecum independent. Plasma este cea mai răspândită stare a materiei. Soarele este în fapt o mare sferă de plasmă; enorma temperatură din Soare dislocă electronii atomilor de hidrogen şi heliu ce formează masa solară.

 

Comentarii -

Întrebarea la care vrem să răspundem în acest articol este următoarea: dacă lăsăm în cădere liberă de la înălţimea de 1000 m un purice şi un Boeing 747, vor atinge ele pământul în acelaşi timp, dacă eliminăm rezistenţa opusă de aer din acest scenariu (dacă plasăm avionul şi puricele în vid)? Surprinzător poate pentru unii, răspunsul este DA, atât puricele, cât şi avionul vor ajunge la sol în exact aceeaşi secundă.

 

 

 

 

Cum e posibil? Răspunsul stă în matematică, dar până să ajungem la formule, putem furniza următoarea explicaţie: masa obiectelor (ori forma acestora) nu afectează cât de puţin mişcarea acestora. Singura forţă ce acţionează asupra puricelui şi avionului este dată de greutatea acestora.

Orice obiect care se află în cădere liberă va accelera către centrul Pământului, indiferent de viteza iniţială. Această acceleraţie are valoarea de 9,8 m/s2 (în fapt, acceleraţia gravitaţională este de 9,8 m/s2 la nivelul solului, scăzând odată cu depărtarea de Pământ). Cauza acestei acceleraţii a fost găsită de Newton, cel care a descoperit legea atracţiei universale.

Greutatea corpurilor depinde de masa acestora şi de atracţia gravitaţională, conform relaţiei:

G=F=m*g

unde G este greutatea , F este forţa cu care se acţionează, m este masa, iar g este acceleraţia gravitaţională.

Pentru a înţelege diferenţa dintre masă şi greutate, citiţi acest articol.

Al doilea principiu al lui Newton, ce descrie mişcarea oricărui obiect, arată că:

F=m*a

unde a este acceleraţia corpului.

Comparând cele două formule, se poate observa că făcând înlocuirea lui F din cea de-a doua cu valoarea acestuia din prima, rezultă a=g.

F=m*g=m*a => a=g

Cu alte cuvinte, acceleraţia obiectelor lăsate în cădere liberă este identică cu acceleraţia gravitaţională, cu valoarea de 9,8 m/s2. Masa, mărimea ori forma obiectelor nu apar ca factori în descrierea mişcării obiectelor. Oricât de spectaculos ar părea, un purice şi un Boeing 747, lăsate în cădere liberă de la înălţimea de un 1 Km, vor ajunge la sol în acelaşi timp. Experienţa cotidiană ne spune că nu este chiar aşa, dar lucrurile sunt diferite în realitate din cauza frecării cu particulele de aer care survine atunci când obiectele sunt în cădere.

Galileo Galilei este omul de ştiinţă care a observat fenomenul explicat mai sus. Acesta a efectuat experimente folosind bile pe un plan înclinat şi a constatat că distanţa parcursă de bile într-un anumit timp nu depinde de masa bilelor. Ipoteza lui Galileo a fost dovedită în 1971 pe Lună, atunci când un astronaut a dat drumul simultan unui ciocan şi unei pene, constatându-se cum, în lipsa atmosferei, acestea ating solul Lunii în acelaşi timp.

Update: noiembrie 2014

Iată mai jos un videoclip care arată căderea în vid a a două obiecte de greutăţi diferite

 


 

 

Pentru o altă abordare a subiectului, poate un pic mai explicită, citiţi articolul nostru:

De ce corpuri cu mase diferite cad cu aceeaşi viteză în vid?

Comentarii -

 

Energia produsă în interiorul Soarelui şi al altor stele apare în urma reacţiilor de fuziune nucleară. În cazul fuziunii nucleare doi atomi (de obicei izotopi de hidrogen) se unesc dând naştere unuia nou, mai greu (heliu), iar în cadrul acestui proces este eliberată o cantitate uriaşă de energie. În momentul in care doi atomi mai uşori fuzionează dând naştere unuia mai greu, mai masiv, atomul rezultant are masa mai mică decât suma maselor celor doi atomi care i-au dat naştere. Conform ecuaţiei lui Einstein, E=mc2, care exprimă echivalenţa masă-energie, şi asemenea cazului fisiunii nucleare, masa lipsă se transformă în energie în cadrul procesului de fuziune nucleară.

 

Generalităţi

Fuziunea nucleară este probabil unica metodă de a produce energie care să reprezinte o soluţie energetică pe termen lung pentru planeta noastră. Energiile alternative de tipul celei eoliene, geotermale, solare etc. nu deţin nici pe departe potenţialul pe care fuziunea nucleară îl prezintă. Centralele nucleare ce ar urma să producă energie prin fuziune nucleară ar prezenta şi avantajul că ar fi foarte sigure, negeneratoare de deşeuri radioactive (spre deosebire de centralele atomoelectrice actuale, bazate pe fisiunea uraniului sau altor elemente produse pe cale artificiala,) şi ar fi, de asemenea, nepoluante, aspect extrem de important în contextul încălzirii globale. Combustibilul necesar fuziunii nucleare ar fi şi extrem de simplu de procurat, fiind disponibil oriunde în lume. Cel mai important aspect ar fi totuşi randamentul unei asemenea reacţii nucleare, mult superior tuturor celorlalte imaginate şi puse în practică până acum de civilizaţia umană. De exemplu, energia rezultată în urma fuziunii deuteriu-tritiu (cea mai uşor de realizat dpdv practic reacţie de fuziune nucleară, unde deuteriul şi tritiul sunt 2 izotopi ai hidrogenului) ar fi de 400 de ori mai mare decât necesarul de introdus în sistem pentru a genera reacţia de fuziune.


Cum ar putea produce şi întreţine oamenii o reacţie de fuziune nucleară ?

Pentru a da naştere unei reacţii de fuziune nucleară, cele două particule care vor fuziona trebuie să-şi piardă electronii şi să fie accelerate la viteze deosebit de mari. Pentru a preveni respingerea reciprocă a celor doi nuclei încărcaţi pozitiv astfel rezultaţi, temperatura particulelor este ridicată la valori de câteva ori mai mari decât temperatura de la suprafaţa Soarelui. În practică, temperatura devine atât de ridicată încât particulele trec din starea lor de agregare naturală, cea gazoasă, într-o alta, numită plasmă. După fuziune nucleii eliberează cantităţi uriaşe de energie pierzând astfel din masa iniţială. Una dintre cele mai mari probleme întâmpinate astăzi în cadrul experimentelor legate de fuziunea nucleară este controlul plasmei şi păstrarea şi izolarea acesteia într-un spaţiu închis şi sigur.

 

Care sunt metodele actuale de control şi izolare a plasmei în timpul reacţiilor termonucleare?

Există actualmente trei metode de control al plasmei pe perioada reacţiei de fuziune nucleară. Prima se foloseşte de un câmp magnetic foarte puternic în vederea protejării materialelor din interiorul reactorului şi pentru prevenirea scurgerilor de plasmă. A doua metodă presupune un tip de control inerţial, bazat pe menţinerea coeziunii plasmei prin bombardarea cu multiple raze laser a camerei reactorului (cazul Nova Laser). A treia metodă foloseste gravitaţia, dar singurele reactoare capabile să funcţioneze pe acest principiu sunt cele naturale – doar Soarele şi celelalte stele au fost până în prezent capabile să controleze plasma în acest mod.

 

Ce este tokamak–ul?

Dezvoltarea experimentală a reactoarelor de fuziune nucleară controlată este o sarcină extrem de dificilă. Poate cea mai promiţătoare tehnică dezvoltată până în prezent poartă numele de tokamak, rezultatul practic al cercetărilor fizicianului rus Lev Artsimovich (1909-1973) din anii ’50. Denumirea “tokamak” este un acronim pentru “camera toroidală cu câmp magnetic”. Într-un tokamak, nucleii sunt prinşi în mijlocul unui cîmp magnetic de formă toroidală (vezi figura). Această formă a camerei reactorului împiedică particulele să scape din câmpul magnetic, readucându-le “în mijlocul acţiunii” atunci când au tendinţa să scape câmpului magnetic.

 

 

 

 

Ce este Nova Laser-ul ?

Laser-ul Nova, din cadrul laboratorului Lawrence Livermore, este cel mai puternic laser din lume. Acesta direcţionează zece raze laser spre centrul camerei reactorului , dând naştere unei reacţii de fuziune la nivelul mostrei de combustibil folosite. Până în prezent laserul a fost folosit în cercetarea legată de armele nucleare şi există speranţe că Nova va ajuta fizicienii să obţină rezultate spectaculoase în domeniul energiei nucleare.

Din moment ce un obstacol major în calea fuziunii nucleare este reprezentat de controlul plasmei, a reuşit cineva să genereze o reacţie de “fuziune la rece” ?

În martie 1989, doi oameni de ştiinţă, Stanley Pons şi Martin Fleischmann au devenit peste noapte celebri în momentul în care au anunţat că au reuşit să genereze în laborator o reacţie de fuziune nucleară “la rece”. Fuziunea la rece ar elimina din ecuaţie problematica izolării plasmei, ar duce la economisirea unor sume importante de bani şi ar reprezenta, teoretic, o sursă de energie nelimitată pentru întreaga omenire. Deşi descoperirea lor a sunat extraordinar, alţi oameni de ştiinţă nu au reuşit reproducerea experimentelor descrise de Pons şi Fleischmann. Faima şi admiraţia de care s-au bucurat cei doi la momentul anunţului s-a transformat curând în dezamăgire generală.

 

Când va beneficia populaţia planetei de energia obţinută prin fuziune nucleară ?

Deşi energia obţinută prin fuziune nucleară ar fi practic nelimitată, costul imens al aducerii atomilor în starea de plasmă o transformă într-o solutie nerentabilă pentru moment din punct de vedere economic. În orice caz, mulţi oameni de ştiinţă cred şi susţin cu tărie că în următorii 40-50 de ani umanitatea îşi va asigura majoritatea necesarului energetic pe baza fuziunii nucleare. Şi acesta este un aspect deosebit de important, chiar vital pentru supravieţuirea umanitatii, din moment ce aceiaşi oameni de ştiinţă susţin că în aproximativ 100 de ani vom fi epuizat toate resursele de energie convențională ale planetei. Miliarde de dolari şi imense resurse umane şi de timp au fost investite pentru dezvoltarea unor noi metode de obţinere a fuziunii nucleare. În cele din urma, ca întotdeauna, ştiinţa va găsi o cale…

 

Comentarii -

Găsiţi aici o introducere în universul particulelor elementare şi al legilor care guvernează această lume aparent inaccesibilă observatorului uman. În cele ce urmează voi aduce câteva exemple care să contureze întrucâtva ideea că avem de a face cu un microunivers ale cărui reguli sunt în afara percepţiilor şi capacităţilor de înţelegere ale omului.

 

1. Dualitatea particulă-undă

În 1924 fizicianul francez Louis de Broglie, viitor câştigător al Premiului Nobel, formula un principiu conform căruia particulele elementare asemenea electronilor posedă şi proprietăţi asemănătoare celor ale undelor electromagnetice. Efectul fotoelectric descoperit de Einstein în 1905 arătase că lumina, considerată a fi undă, are şi comportament de particule - fotonii. Aşadar, ipoteza, extrem de îndrăzneaţă era că particulele se comportă asemenea undelor şi viceversa; cu alte cuvinte că şi materia, considerată a fi compusă din particule, are comportament de undă. O rază de lumină este, pe de o parte, o undă electromagnetică vibrând prin spaţiu, dar şi un flux de particule (fotoni) ce se deplasează într-o anume direcţie. Anumite experimente pun în evidenţă caracteristicile de undă ale fotonilor, altele pe cele de corpuscul, dar niciodată simultan pe ambele. Se putea considera că înainte de intervenţia experimentatorului, raza de lumină este atât undă, cât şi particulă.

 

 

2. Principiul incertitudinii

Formulat în 1926 de către fizicianul german Werner Heisenberg, pe când lucra la fundamentele matematice ale mecanicii cuantice la Institutul Niels Bohr din Copenhaga, acest principiu ne spune - în esenţă - că în lumea cuantică o particulă nu poate fi localizată cu precizie, ci doar pe baza unor calcule care ne dau probabilitatea de a găsi particula într-un loc anume. Aşadar, nu poate fi determinată cu precizie poziţia unei particule, ci putem doar prezice cea mai probabilă poziţie a acesteia. De asemenea, nu putem determina cu precizie atât poziţia, cât şi viteza unei particule. Cu cât precizia de determinare a poziţiei creşte, cu atât scade precizia privind vitezei şi reciproc.

 

3. Principiul superpoziţiei stărilor sistemelor cuantice

Derivat din ecuaţiile celebrului fizician teoretician austriac Erwin Schrodinger, acest principiu ne spune că o particulă elementară, electron sau foton, poate fi într-o stare pe care oamenii de ştiinţă au botezat-o superpoziţie (suprapunere) a două sau mai multe stări. Astfel, nu ne mai referim la poziţia unei particule având în minte ideea de unicitate a poziţiei acesteia, de "aici sau acolo"; în lumea cuantică avem de-a face cu "aici şi acolo". Este ca şi cum un foton, parte a unui fascicul luminos direcţionat spre un ecran prevăzut cu două fante, poate trece prin ambele simultan. Mai mult, ecuaţiile care descriu mişcarea electronului în jurul nucleului atomic ne spun că el poate fi în mai multe poziţii în acelaşi moment.

 

4. Inseparabilitatea cuantică (quantum entanglement)

Reprezintă cel mai contraintuitiv şi surprinzător fenomen din galeria bizareriilor cuantice. În lumea ciudată a particulelor elementare se manifestă un foarte straniu efect cuantic care a fost botezat quantum entanglement, concept intraductibil şi probabil cel mai bine aproximat în română prin inseparabilitate cuantică. Este vorba despre faptul că există perechi sau grupuri de 3 sau mai multe particule elementare în mod misterios dependente unele de altele. Două particule pot fi la mii de kilometri distanţă una faţă de cealaltă şi totuşi o acţiune asupra uneia dintre ele produce instantaneu efecte asupra celeilalte (şi acesta este aspectul cel mai greu de acceptat prin prisma experienţelor noastre cotidiene şi chiar în lumina fizicii moderne - care stabileşte ca limită a vitezei de deplasare a informaţiei viteza luminii în vid).

Einstein a numit la un moment dat acest fenomen, în a cărui validitate nu a crezut, de altfel, niciodată - "spooky action at a distance".

 

Comentarii -

ElectronCunoscută sub numele de mecanică cuantică, această ramură a fizicii moderne încearcă să facă lumină în microuniversul particulelor elementare, construind teorii care să explice comportamentul electronilor şi al celorlalte particule elementare.

Comentarii -

Universul este compus în marea lui majoritate din materie sub formă de atomi şi molecule. Există, după cum deja s-a demonstrat şi observat pe cale experimentală, particule fundamentale care intră în componenţa atomilor, unele parte din atom, ca electronul şi quarcurile, altele călătorind liber prin univers. În ultimele decenii au fost descoperite o mulţime de alte particule elementare şi, pe lângă localizarea şi clasificarea acestora, oamenii de ştiinţă au încercat formularea unei teorii care să descrie caracteristicile, comportamentul şi interacţiunile dintre toate aceste particule.

Pentru fiecare particulă constituentă a materiei aşa cum o percepem şi cunoaştem noi, există un corespondent într-o lume ascunsă observatorului de pe Terra, o aşa-zisă antiparticulă. Toate aceste antiparticule compun lumea antimateriei.

Antiparticulele au proprietăţi similare cu corespondentele lor din materia obişnuită, adică au aceeaşi masă şi aceleaşi dimensiuni, numai că sunt încărcate opus din punct de vedere electric. Când o particulă vine în contact cu o antiparticulă, ele se anihilează reciproc, dispărând, iar suma maselor lor este convertită, respectându-se celebra echivalenţă masă-energie descoperită de Einstein, în energie sub formă de radiaţie electromagnetică din zona razelor gama.

 



Existenţa antimateriei a fost prezisă la nivel teoretic de o serie de ecuaţii matematice dezvoltate de fizicianul Paul Dirac, în încercarea sa de a combina teoria relativităţii cu ecuaţiile care guvernează comportamentul electronilor. Pentru a da sens practic formulelor matematice folosite, Dirac a trebuit să prezică existenţa unei particule similare electronului, dar încărcată cu sarcină electrică pozitivă. Particula aceasta, numită de el pozitron în 1929, avea să fie descoperită experimental în 1932. Alte particule de antimaterie au fost descoperite în 1955, când experimentele realizate cu ajutorul acceleratoarelor de particule din epocă au confirmat existenţa antiprotonului şi a antineutronului.

 

Unde există antimaterie?

În afara unor regiuni ale Universului aparţinând unor galaxii îndepărtate, zone în care oamenii de ştiinţă presupun că au localizat antimaterie, pe Terra antiparticulele pot fi produse şi studiate în acceleratoarele de particule cum sunt cele de la CERN, din Elveţia. Antiparticula corespunzătoare electronului, pozitronul, ne este destul de la îndemână. Are aceeaşi masă ca şi electronul, numai că este încărcat pozitiv din punct de vedere electric. Producerea de pozitroni presupune fie folosirea unor acceleratoare de particule de dimensiuni relativ mici, în cadrul cărora, atunci când particulele elementare sunt accelerate la viteze apropiate de viteza luminii, se generează pozitroni în urma ciocnirilor care se petrec, fie generarea pe cale artificială a unor izotopi radioactivi care emit pozitroni în momentul în care suferă procesul de descompunere de tip beta-plus (asemenea compuşi chimici sunt folosiţi şi în cadrul tomografului cu emisie de pozitroni). Când un pozitron întâlneşte un electron, cele 2 particule se anihilează, rezultând astfel energie sub formă de radiaţie de tip gama.

 

Ce este pozitroniumul?

Atunci când un electron şi un pozitron se unesc, dau naştere unei entităţi pe care oamenii de ştiinţă au botezat-o pozitronium. În cadrul unui atom există un nucleu greu format din protoni şi neutroni, încărcat pozitiv din punct de vedere electric, şi în jurul căruia orbitează electroni. Când vorbim despre pozitronium, avem de-a face cu un alt tip de nucleu, reprezentat de un pozitron. Este un atom exotic, foarte uşor, şi care are o durată de viaţă extrem de redusă, 120 de picosecunde sau 142 de nanosecunde (timpul care trece până la anihilarea reciprocă a celor 2 particule), în funcţie de configuraţia pozitroniumului. S-au generat artificial chiar şi structuri ceva mai complexe, un fel de molecule de pozitronium.

 

Se poate folosi antimateria pentru a construi bombe, pentru propulsia vehiculelor spaţiale sau pentru a genera energie ?

Filmele de anticipaţie propun metode de propulsie în spaţiul cosmic bazate pe reacţia dintre materie şi antimaterie. Teoretic este posibil dar nu este un scenariu realist, cel puţin nu în viitorul apropiat. Pentru a realiza aşa ceva ar fi nevoie de cantităţi enorme de antimaterie, imposibil de găsit sau produs pe cale experimentală aici, pe Pământ. Procedura de obţinere a antimateriei este extrem de costisitoare şi mai există şi impedimentul generat de anihilarea foarte rapidă a antiparticulelor la contactul cu particulele de materie obişnuită. Acceleratoarele de particule existente au generat până acum pozitroni în cantităţi de ordinul nanogramelor. Costurile sunt atât de ridicate că ar fi nevoie de resurse financiare comparabile cu Produsul Intern Brut al Statelor Unite ale Americii de la nivelul anului 2004 pentru a produce un gram de antimaterie.

 

Comentarii -

 

Conform fizicii moderne există 4 forţe fundamentale care controlează toate tipurile de interacţiuni  descoperite în Univers. Prima şi cea mai uşor observabilă forţă este gravitaţia. Este o forţă de atracţie care se manifestă între toate entităţile care au masă proprie. Pentru ca efectele gravitaţiei să se facă simţite, un obiect trebuie să se afle în apropierea unui corp foarte masiv, asemenea stelelor, planetelor sau sateliţilor naturali ai planetelor din cadrul sistemului nostru solar.

A doua forţă fundamentală este de fapt rezultatul unificării a două fenomene extrem de cunoscute - electricitatea şi magnetismul. James Maxwell a observat că electricitatea şi magnetismul sunt două manifestări ale aceluiaşi lucru şi a unificat forţele electrice şi magnetice în 1864, dând naştere conceptului de electromagnetism. Noua forţă, forţa electromagnetică, este forţa responsabilă pentru transmiterea luminii şi a celorlalte tipuri de radiaţie ale spectrului electromagnetic.

Forţa nucleară slabă, responsabilă pentru fenomenul de descompunere radioactivă, este a treia forţă fundamentală conform modelului ştiinţific acceptat în fizica modernă. Forţa nucleară slabă este în fapt o forţă de contact, ceea ce înseamnă că acest tip de forţă îşi face simţită prezenţa atunci când două particule elementare sunt în contact sau la o distanţă foarte mică una de cealaltă.

În fine, forţa nucleară tare, cea mai puternică dintre cele 4 forţe fundamentale şi care acţionează pe distanţe extrem de mici, este forţa care ţine alături, în cadrul nucleului atomic, protonii, neutronii şi alte particule subatomice.

 

Ce este Marea Teorie Unificată ?

Comunitatea oamenilor de ştiinţă împărtăşeşte încă din vremea lui Einstein credinţa că forţele fundamentale observabile în natură au existat în momentele de început ale Universului sub forma uneia singure, din care au evoluat pe parcurs celelalte. Această teorie extrem de complexă, care de mai bine de 50 de ani a rămas la stadiul de deziderat, ar trebui să explice cum forţele fundamentale mai sus menţionate pot fi exprimate ca manifestări diferite ale aceluiaşi fenomen.

 

Ce forţe au fost unificate până în prezent ?

James Maxwell a făcut primul pas în direcţia unificării forţelor, găsind o formă matematică pentru observaţiile practice care indicau faptul că electricitatea şi magnetismul sunt faţete aparent distincte ale aceluiaşi fenomen. Au trecut apoi mai bine de 100 de ani până când s-a dovedit că forţa electromagnetică si cea nucleară slabă sunt, de asemeni, manifestări diferite ale unei realităţi unice mai complexe. Acest lucru s-a întâmplat în 1973, când s-a născut conceptul de forţă electroslabă. Începând de atunci fizicienii au încercat fără succes să unifice forţa nucleară tare cu forţa electroslabă. O asemenea realizare ştiinţifică ar fi un imens pas înainte pe care comunitatea ştiinţifică l-ar face spre înţelegerea originilor Universului.

 

Comentarii -

Deşi primele observaţii privind existenţa fenomenului de fisiune nucleară au fost făcute de Otto Hahn şi Lise Meiner la Berlin, în Germania, prima reacţie nucleară controlată nu a avut loc decât după ce Enrico Fermi a pus la punct o serie de experimente în cadrul Universităţii din Chicago în 1942.

Comentarii -

Moleculele unui lichid nu trebuie să ajungă în mod obligatoriu la temperatura de fierbere pentru a trece din starea lichidă în starea gazoasă. Unele dintre moleculele care posedă o energie cinetică mare vor părăsi lichidul printr-un proces numit evaporare.


Moleculele unui lichid nu trebuie să ajungă în mod obligatoriu la temperatura de fierbere pentru a trece din starea lichidă în starea gazoasă. Unele dintre moleculele care posedă o energie cinetică mare vor părăsi lichidul printr-un proces numit evaporare.

Toate lichidele au o proprietate numită tensiune de suprafaţă, ceea ce înseamnă că există o tendinţă a lichidului de se păstra compact, de a nu-şi risipi uşor moleculele constituente. Pentru a se produce fenomenul de evaporare, moleculele trebuie să penetreze această barieră, iar pentru asta e nevoie de energie. Deci dacă o moleculă are suficientă energie, această va putea trece prin această "scoarţă" a lichidului, pierzând energie în timpul acestui proces. Asta înseamnă că doar moleculele cu viteză mare vor putea fi parte din procesul evaporării. Viteză mare înseamnă temperatură ridicată, astfel că prin dispariţia moleculelor cu energie mai ridicată dintr-un lichid, temperatura cantităţii rămase scade.

 

Cum poate evaporarea să reprezinte un proces de răcire?

Dacă nu ar exista fenomenul evaporării, corpul omenesc s-ar supraîncălzi foarte repede. Ori de câte ori ne suprasolicităm din punct de vedere fizic, corpurile noastre transpiră, generând astfel o cantitate de lichid la nivelul pielii. Acest lichid se evaporă. Evaporarea se petrece cu o viteză mare în medii mai calde, aşa cum e şi cazul suprafeţei corpului omenesc, al pielii. Absorbind căldura corpurilor noastre, moleculele din compoziţia transpiraţiei dobândesc suficientă energie cinetică pentru a se elibera de lichid şi a trece în atmosferă sub formă gazoasă. Absorbţia căldurii la nivelul pielii de către lichidul rezultat prin transpiraţie şi evaporarea rapidă a acestuia oferă corpului omenesc un sistem foarte eficient de răcire.

 

Comentarii -

 
Staţia Spaţială Internaţională

Inerţia ne spune următorul lucru despre universul nostru: dacă asupra unui obiect nu se acţionează în niciun fel, deci nu se aplică vreo forţă asupra lui, atunci starea de mişcarea a corpului va rămâne neschimbată, fie că el se mişcă, fie că el este static. Dacă va fi în mişcare, fără interferenţe, va continua să se mişte cu aceeaşi viteză şi în aceeaşi direcţie pentru totdeauna. Dacă va fi în stare de repaus, va rămâne astfel, de asemenea, pentru toată perioada în care nu se acţionează asupra lui.

Comentarii -

Masa unui corp este măsura materiei pe care acesta o conţine. Masa unui lingou de aur, de pildă, este egală cu suma maselor atomilor de aur ce constituie respectivul lingou. Greutatea unui lingou de aur, în schimb, este rezultatul exercitării asupra masei corpului a forţei gravitaţionale. Care e semnificaţia acestui fapt?

Comentarii -

Mişcarea browniană descrie mişcarea particulelor ce sunt lovite din toate părţile de moleculele de lichid ori gaz. Denumirea mişcării browniene vine de la botanistul Robert Brown care a observat în 1827 că particulele de polen aflate sub microscop lui se mişcau haotic.

Comentarii -

Auzim din ce în ce mai des despre necesitatea creşterii ponderii energiilor alternative în consumul energetic global al planetei. Conceptul de energie alternativă desemnează orice formă de energie care nu provine din combustibili fosili. Vorbim aici atât despre energia nucleară produsă în centralele nucleare, cât şi despre resursele de energie regenerabilă precum hidroenergia, energia geotermală, biomasa, energia solară şi eoliană.


Auzim din ce în ce mai des despre necesitatea creşterii proporţiei energiilor alternative în consumul energetic global al planetei. Conceptul de energie alternativă desemnează orice formă de energie care nu provine din combustibili fosili. Vorbim aici atât despre energia nucleară produsă în centralele nucleare, cât şi despre resursele de energie regenerabilă precum hidroenergia, energia geotermală, energia valurilor, biomasa, energia solară şi eoliană.

Asocierea adjectivului alternativă sugerează contrastul cu energiile obţinute prin folosirea combustibililor fosili. În general, lucrările care fac referire la sursele de energie alternativă se referă la surse de energie neconvenţionale şi care au un foarte mic impact asupra mediului înconjurător. Deşi unele surse menţionează folosirea termenului alternativ pentru a sugera contrastul cu energiile bazate pe combustibili fosili, altele îl folosesc în paralel cu termenul de energii regenerabile, excluzând astfel dintre sursele de energie alternativă energia nucleară.

Dicţionarul Oxford spune că energia alternativă este energia obţinută prin metode ce nu folosesc resurse naturale sau care nu afectează negativ mediul înconjurător.

În 2006, în jur de 18% din consumul global de energie a avut la bază forme de energie regenerabilă, conform acestui grafic.

 

Comentarii -

Conceptul de an-lumină nu este unul legat de măsurarea timpului, chiar dacă anul este o unitate de măsură a timpului. Deşi anii exprimă curgerea timpului, anul-lumină este o unitate de măsură a distanţei.

Distanţa pe care lumina o parcurge într-un an dă măsura unui an-lumină.
Din moment ce viteza luminii este de aproximativ 300.000 km/s, adică 3 x 108 m/s, iar un an are 365 de zile, deci 365 x 24 x 3.600 = 31.536 x 103 secunde, se ajunge la o dimensiune de 9,46 x 1015 metri pentru un an-lumină. Adică 9,46 trilioane de kilometri (9.460.000.000.000 km).

Lumina Soarelui ajunge pe Terra, în medie, în 8 minute şi 20 de secunde, având de parcurs distanţa de aproximativ 150 de milioane de kilometri.

Cea mai apropiată stea de sistemul nostru solar, pe numele ei Proxima Centauri, se află la o distanţă de 4,22 ani-lumină de noi, adică aproximativ 40 de mii de miliarde de kilometri depărtare. Deci de 250.000 de ori mai departe decât Soarele, din care cauză călătoriile interstelare sunt condamnate să rămână, cel puţin în contextul înţelegerii curente a legilor fizicii, doar subiect al filmelor de anticipaţie.

Conform teoriilor lui Einstein, viteza luminii este viteza maximă posibilă în Univers, dar aceasta, chiar în condiţiile în care s-ar reuşi vreodată construirea unor nave cosmice care să se apropie de această viteză, este mică în raport cu distanţele enorme dintre diferitele puncte ale Universului ce ar putea fi de interes pentru noi la un moment dat.

Comentarii -

În Univers există o cantitate de energie fixă care nu se va modifică niciodată. Legea conservării energiei ne spune că energia nu poate fi creată sau distrusă, ci doar se transformă dintr-o formă în alta. Cu alte cuvinte, există un cuantum de energie, pe care, orice am face, nu îl putem diminua ori spori.

Când folosim energie şi afirmăm, oarecum impropriu, că o consumăm, de fapt nu facem decât să asistăm la transformarea acesteia dintr-o formă în alta. De pildă, energia potenţială a unui pendul în mişcare se transformă în energie cinetică şi viceversa. O hidrocentrală, de asemenea, ilustrează multipla transformare a energiei, energia potenţială a apei se metamorfozează în energie mecanică, apoi în energie electrică.

Totalul energiei din Univers nu se schimbă. Ideea de conservare în fizică nu este limitată la energie. Altor două concepte, impulsul şi momentul unghiular li se aplică acelaşi principiu al conservării.

Legile conservării reprezintă noţiuni fundamentale ale fizicii moderne, ale teoriei relativităţii şi mecanicii cuantice.

 

Comentarii -