Cum ar trebui să definim câmpul magnetic? Atunci când două obiecte se atrag reciproc (prin intermediul forţei gravitaţionale), energia lor gravitaţională depinde doar de distanţa dintre ele; pare că are sens să utilizăm săgeţi prin care să spunem: "în această direcţie forţa gravitaţională devine din ce în ce mai slabă". Această idee se poate aplica şi în cazul câmpului electric.

Dar ce se întâmplă atunci când două particule se atrag magnetic? Interacţiunea dintre ele nu depinde doar de distanţă, ci şi de mişcarea lor.

Aparent problema este simplă, dar cu certitudine mulţi dintre noi avem probleme în a şti să explicăm care e diferenţa fundamentală dintre mişcare şi repaus. Iată un exemplu: să ne imaginăm că aţi fi în spaţiul interstelar într-un vehicul spaţial. V-aţi trezit după o somn odihnitor şi nu ştiţi dacă nava spaţială în care vă aflaţi se află în mişcare către punctul final al călătorie ori este oprită. Vă uitaţi pe geam şi vedeţi în faţa voastră un asteroid care stă nemişcat în faţa geamului. Este asteroidul în mişcare ori este în stare de repaus? Cum puteţi răspunde la această întrebare?

Pentru a complica lucrurile putem întreba: cum puteţi şti dacă nava în care vă aflaţi este în mişcare ori în stare de repaus? Puteţi face diferenţa între starea de repaus şi o deplasare rectilinie uniformă (adică în linie dreaptă şi fără modificări ale vitezei)? Este imposibil. În spaţiul interstelar nu există nimic în jur la care la care să vă raportaţi pentru a detecta starea: doar spaţiu gol, iar acest spaţiu nu reprezintă un sistem de referinţă la care să vă raportaţi. Dar şi dacă ar fi, să spunem, o planetă, pe lângă care treceţi, cum puteţi spune cine se mişcă, voi sau planeta?

Şi atunci? Care e diferenţa dintre mişcare şi repaus? Pentru a stabili starea de repaus sau de mişcare a unui corp - trebuie să precizăm un reper, un sistem de referinţă la care ne raportăm.

 

 

Magnetismul este o interacțiune între sarcini în mișcare. Dar cum poate fi astfel? Teoria relativității ne spune că mișcarea este o chestiune de opinie. Privește imaginile de mai jos (figura 1). Culoarea diferită a particulelor indică existența unor sarcini diferite. Observatorul din imaginea 1/2 vede două particule care se deplasează prin spațiu una lângă alta, așadar care vor interacționa din punct de vedere electric (pentru că sunt încărcate electric) și din punct de vedere magnetic (pentru că sunt sarcini în mișcare).



Un observator vede un câmp electric, pe când alt observator vede atât un câmp electric, cât și un câmp magnetic.

 

Iată câteva exemple de mărimi fizice: lungimea (unui corp), viteza (de deplasare a unui corp), greutatea (unui corp), volumul ori densitatea. O mărime fizică este o proprietare măsurabilă a unui corp. Acest concept este foarte important în lumea reală. Iată un exemplu. Poţi măsura temperatura unui corp (cum ar fi atunci când eşti bolnav), dar nu poţi măsura "dezechilibrul energetic" (concept din pseudo-medicină cu care operează anumite domenii din medicina alternativă). Când ţi se va spune, de exemplu, că un mic magnet care se vinde la tarabă are proprietăţi tămăduitoare, poţi întreba: ce anume se măsoară pentru a observa aceste proprietăţi? Ceea nu este măsurabil nu poate fi evaluat!

În cele două videoclipuri de mai jos vă puteţi familiariza cu Legea lui Ohm, explicată pe înţelesul tuturor.

 

Ceasurile, de exemplu, pot rezista în apă, până la o anumită adâncime, după cum specifică producătorul. Dar de ce? Ce se întâmplă la adâncimi mari? Presiunea apei are capacitatea de a distruge ceasul. Iată ]n videoclipul de mai jos ce este presiunea hidrostatică şi cum acţionează în natură.

 

Principiul fundamental al hidrostaticii... Dacă pui apă într-un furtun curbat, apa se deplasează către în sus în a doua parte a furtunului, până la un anumit nivel. Cum e posibil aşa ceva? Ştim, este un lucru pe care-l poţi observa în viaţa de zi cu zi, dar care este explicaţia? Ce face ca apa să urce?

 

"Lucrul mecanic" este unul dintre conceptele dificile pentru o minte neantrenată în ale fizicii. În cele două videoclipuri de mai jos o să vedeţi ce înseamnă "lucrul mecanic", explicat într-o manieră simplă şi uşor de înţeles, şi cum se calculează aceasta.

 

 

Sistemul de referinţă este un concept fundamental în fizică. Practic fizica nu este de imaginat fără acesta. De ce este aşa o să înţelegeţi după ce urmăriţi videoclipul de mai jos, unde "sistemul de referinţă" este explicat în câteva minute.

 

 

Ce este inerţia? Este proprietatea corpurilor de a-şi păstra starea de repaus ori de mişcare. Iată o explicaţie pe înţelesul tuturor, cu câteva exemple din viaţa de zi cu zi.

 

În acest articol este explicată diferenţa dintre viteză şi viteza medie.

 

În univers nu există nicio diferenţă între starea de mişcare şi starea de repaus. Adică este imposibil să spui, la modul absolut, dacă un obiect se află în mişcare sau în repaus. Este nevoie de un punct de reper, de un sistem de referinţă. Doar raportat la ceva, mişcarea are sens. Dar în videoclipul de mai jos diferenţa dintre mişcare şi repaus este prezentată clar şi pe înţelesul tuturor.

 

Înţelegerea acestui concept, al densităţii, este utilă nu doar la şcoală, dar şi în viaţa de zi cu zi. De exemplu, poţi înţelege de ce o barcă pluteşte pe apă. Ori, mai mult, de un vapor uriaş, încărcat cu sute de tone de mărfuri, pluteşte şi nu se scufundă. Înţelegerea densităţii explică şi de ce un balon pluteşte, iar un balon cu aer încălzit o ia repede către cer.

 

 

Acum, după articolul anterior despre câmpuri de forţă, înţelegem despre clasificarea interacţiunilor cam cât înţelegeau fizicienii în jurul anului 1800. Par să existe trei tipuri fundamental diferite de interacțiuni: gravitaţională, electrică şi magnetică. Multe tipuri de interacţiuni care par, la o privire superficială, să fie distincte, precum capacitatea de a se lipi, interacţiunile chimice ori energia pe care un arcaş o stochează într-un arc - sunt toate acelaşi lucru: manifestări ale interacţiunilor electrice dintre atomi.

 
În imagine: câmpul magnetic al Pământului, protejând Terra de radiaţia solară

În jurul anului 1900 fizicienii aveau o concepţie mecanicistă a universului. Newton arătase că sistemul solar este o colecţie de obiecte care interacţionează prin forţe care acţionează la distanţă. Pe la finalul secolului al XIX-lea începuseră să se acumuleze dovezi cu privire la existenţa reală a atomilor. Imaginea newtoniană a lumii macroscopice se transfera la nivelul lumii microscopice. Actorii pe scenă erau acum atomii, în locul planetelor, iar forţele erau electrice, nu gravitaţionale - dar părea să fie o variaţiune pe aceeaşi temă.

Care este diferenţa dintre un bec cu puterea de 100 W şi unul de 200 W? Ambele sunt alimentate la o tensiune de 110 V, deci conform ecuaţiei P = UI singura explicaţie ar fi că pentru o putere de două ori mai mare, becul de 200 W  trebuie să “absoarbă” de două ori mai mult curent.

Prin analogie, un furtun pentru incendii şi altul pentru grădină sunt deservite de pompe care dau aceeaşi presiune (tensiune), dar prin furtunul de incendiu va curge mai multă apă, simplul motiv fiind că acesta este mai gros, prin urmare lasă să treacă mai multă apă. De asemenea, un râu mare şi adânc poate curge în acelaşi sens cu un altul mai mic, dar numărul de litri debitat de primul râu va fi mult mai mare.


Harta câmpului gravitaţional al Terrei (Potsdam Gravity Potato)
Sateliţii GRACE şi CHAMP au fost folosiţi pentru a crea harta câmpului gravitaţional al Terrei. După cum se poate observa, sunt diferenţe între diversele părţi al suprafeţei terestre. De unde aceste diferenţe? Cauze posibile sunt: distribuţia neuniformă a masei în oceane, continente ori în interiorul Pământului, printre altele.

Ideea acestui articol a venit de la o nemulţumire privind modul clasic în care este vizualizată, de regulă, curbura spaţiu-timpului. Şi propunem o nouă modalitate de vizualizare care, sperăm, este mai intuitivă. Ca să fie clar de la început: ambele variante, cea clasică şi cea propusă aici, sunt, în mod limpede, doar aproximări; nimeni nu ştie să vizualizeze lumea în 4 dimensiuni, spaţiu-timpul. Întrebarea este dacă varianta pe care o propunem este mai utilă în încercarea de a înţelege mişcarea obiectelor în spaţiu-timp.

Circuitele electrice pot fi folosite pentru transmiterea de semnale, stocarea informației, efectuarea de calcule, dar cel mai comun scop este acela de a manipula energia, cum este cazul alimentării unui bec cu ajutorul unei baterii.

Știm că becurile sunt definite în funcţie de wați, fiind vorba despre numărul de jouli pe secundă transformați în căldură și lumină, dar care este legătura cu fluxul de sarcini măsurat de ampermetru?

 

În articolul de faţă vrem să explicăm, la nivel conceptual, cum funcţionează un circuit electric. Aşadar... cum putem pune la lucru curentul electric? Singura metodă să controlăm sarcina electrică de care am vorbit până acum a fost să încărcăm electric diferite substanțe (de exemplu, prin frecarea unei blăni de o bucată de cauciuc). În imaginea de mai jos (poziția 1) puteți vedea utilizarea acestei tehnici pentru a aprinde un bec. Dar această metodă este nesatisfăcătoare. Adevărat, curentul se va deplasa prin bec, căci electronii se pot mișca prin fire de metal, iar electronii în exces de pe bucata de cauciuc se vor deplasa prin fire grație atracției blănii încărcate pozitiv și respingerii de alți electroni.  Problema este că după o fracțiune de secundă blana și cauciucul vor rămâne fără sarcini, deci nu va mai fi niciun curent electric, iar becul se va stinge.

Dacă mişcarea particulelor încărcate electric reprezintă fenomenul fundamental, cum putem defini o măsură numerică folositoare pentru ea? Putem spune că debitul unui râu este caracterizat de viteza de curgere a apei, dar viteza nu este caracteristică problemelor electrice, deoarece trebuie să cunoaştem sarcina pe care o au particulele care se deplasează şi, în orice caz, nu există niciun aparat capabil să arate viteza de deplasare a particulelor încărcate electric.


 


Sprijiniţi-ne cu o donaţie.


PayPal ()


Contact
| T&C | © 2020 Scientia.ro