Dari fisika burger yang sempurna hingga permainan papan yang terinspirasi oleh sinkrotron, fisika memiliki banyak cerita unik tahun ini. Inilah pilihan 10 terbaik kami, tanpa urutan tertentu.
Berlian: permainan
Synchrotron dan beberapa permainan papan memiliki setidaknya satu aspek yang sama: melibatkan hal-hal yang berputar dalam lingkaran. Mark Basham dan Claire Murray dari Synchrotron Diamond Light Source Inggris dan Matthew Dunstan di University of Cambridge melihat kesejajarannya dan menciptakan "Diamond: the Game". Cocok untuk siapa saja yang berusia 10 tahun ke atas, game ini – yang penyelesaiannya tidak lebih dari setengah jam – menempatkan pemainnya sebagai peneliti di Diamond. Dengan mengunjungi beamline yang berbeda sambil berkeliling di papan, peserta belajar tentang keragaman ilmu pengetahuan yang dilakukan di fasilitas tersebut – termasuk fisika, kimia, warisan budaya, dan banyak lagi. Game ini telah diuji oleh lebih dari 200 siswa dan dirilis secara online sebagai game gratis untuk dicetak pada tahun 2020. Sejak itu, Diamond telah dimainkan oleh lebih dari 14,000 pemain di lebih dari 30 negara di seluruh dunia. Apakah hal itu membuat terjebak di beamline pada jam 2 pagi lebih tertahankan masih menjadi pertanyaan.
Di rumah anjing
Rumah lelang Christie's mengadakan obral tahunan meteorit langka dan tidak biasa pada akhir Februari. 66 lot termasuk fragmen 15 g meteorit Winchcombe, yang pada tahun 2021 menjadi batu paling didambakan di Inggris setelah terlihat di langit di atas kota Cotswold. Itu dijual seharga $ 30,240 sementara fragmen 1.7 g yang lebih kecil berharga $ 12,600. Benda lain di bawah palu adalah meteorit yang pada April 2019 membuat lubang berukuran 18 cm di atap seng teroksidasi sebuah rumah anjing di Aguas Zarcas, Kosta Rika. Penghuninya, seorang gembala Jerman bernama Roky, selamat tanpa cedera. Meteorit yang menyerang kennel, yang 70% ditutupi dengan "kerak fusi", memiliki harga panduan $ 40,000–60,000 tetapi pada akhirnya menghasilkan £ 21,240 yang mengecewakan. Tapi itu bukan barang yang paling tidak biasa. "Lot 4" adalah rumah anjing itu sendiri, diletakkan di atas rumput buatan bersama dengan mangkuk anjing berwarna oranye. Lot itu memiliki harga panduan $ 300,000, dan meskipun harganya tidak seberapa $ 44,100, itu mungkin masih cukup untuk membelikan Roky rumah baru yang bagus.
Inilah kesempatan cinta Anda
Pada akhir tahun 2020, fisikawan Steven Wooding membuat sumber online untuk meyakinkan “kaum Bumi datar” bahwa Bumi itu bulat dan bukan cakram. Wooding kembali tahun ini dengan proyek baru tentang sesuatu yang sama rumitnya – menemukan peluang cinta Anda. Dirilis tepat sebelum Hari Valentine, Persamaan Drake untuk Kalkulator Cinta adalah adaptasi dari persamaan Drake yang terkenal, yang memperkirakan jumlah peradaban alien di galaksi kita yang dapat berkomunikasi dengan kita. Kalkulator cinta – dibuat dengan bantuan ilmuwan data Rijk de Wet – meminta pengguna untuk memasukkan lokasi, keterampilan sosial, dan daya tarik mereka serta rentang usia pasangan potensial dan apakah mereka berpendidikan universitas. Hasilnya kemudian dibandingkan dengan kemungkinan adanya peradaban alien yang ada dalam jarak 1000 tahun cahaya dari Bumi. Wooding memberi tahu Dunia Fisika bahwa peluangnya sendiri untuk menemukan cinta 2.1 kali lebih baik daripada kemungkinan kehidupan alien. Apakah dia mungkin sedikit pemilih?
Ras Jurasik
Bisakah sprinter Jamaika Usain Bolt mengalahkan dinosaurus seberat 400 kg dalam sprint 100 m? Ini mungkin bukan pertanyaan yang membuat Anda bertanya-tanya sebelumnya, tetapi Scott Lee, fisikawan dari University of Toledo di Ohio, berpikir itu akan menjadi masalah yang baik untuk dipecahkan oleh murid-muridnya. Untuk membuatnya menjadi balapan yang adil, Lee memilih dinosaurus theropoda Dilophosaurus wetherili karena diperkirakan memiliki kecepatan lari tertinggi sekitar 10 m/s, yang hanya sedikit di atas rekor dunia Bolt 9.58 detik yang ia buat dalam sprint 100 m di Kejuaraan Atletik Dunia 2009 di Berlin. Menggunakan konsep dari kinematika 1D dan teknik numerik, para siswa menemukan bahwa akselerasi Bolt di awal akan meninggalkan Dilophosaurus dalam debu, dengan sprinter legendaris memenangkan perlombaan dengan dua detik tersisa. Mengingat bahwa Dilophosaurus memiliki cakar setajam silet dan kemampuan untuk meludahkan racun pada doanya (seperti yang ditemukan oleh pencuri DNA Dennis Nedry dalam film Taman jurassic), kami membayangkan Bolt – dalam balapan hipotetis apa pun – akan memiliki banyak motivasi untuk memecahkan rekornya sendiri.
Kisah yang terjerat
Bayangkan bisa bertahan hidup saat dingin mendekati nol mutlak. Itulah yang dapat dilakukan oleh organisme kecil yang disebut tardigrades, tetapi bisakah "beruang air" yang terlihat lucu ini memiliki trik suhu rendah lainnya? Untuk mengetahuinya, tim fisikawan internasional mendinginkan tardigrade hingga di bawah 10 mK dan kemudian menggunakannya sebagai dielektrik dalam kapasitor yang merupakan bagian dari qubit transmon superkonduktor. Para peneliti kemudian menjerat qubit – tardigrade dan semuanya – dengan qubit superkonduktor lainnya sebelum memanaskan tardigrade dan mengeluarkannya dari kondisi kehidupan latennya yang disebut cryptobiosis. Namun, beberapa fisikawan tetap tidak yakin. “Ini bukanlah keterikatan dalam arti yang berarti,” fisikawan Universitas Rice, Douglas Natelson dicatat di blognya. Apakah para peneliti mencapai keterikatan kuantum atau tidak, mereka pasti membuat rekor untuk kondisi ekstrem yang dapat bertahan hidup oleh bentuk kehidupan yang kompleks, dengan tardigrade menghabiskan 420 jam pada suhu di bawah 10 mK dan tekanan 6 × 10-6 mbar.
Menjaga tutupnya
Menutup penutup pada kotak permainan papan favorit Anda dapat memakan waktu cukup lama saat kotak itu meluncur ke bawah untuk menutup. Apa yang disebut kotak karton "telescoping" ini - di mana tutupnya hampir tidak tumpang tindih dengan alasnya - biasanya digunakan untuk menyimpan atau mengirimkan berbagai objek mulai dari permainan papan dan alas kaki hingga ponsel. Kotak seperti itu murah untuk dibuat dan sementara aspek ekonomi dan lingkungan telah dipelajari dengan baik, fisika tidak pernah memilikinya. Untuk menebus kesalahan, Jolet de Ruiter dari Universitas Wageningen dan rekannya melakukan percobaan pada kotak yang tersedia secara komersial dan model cetak 3D untuk menyelidiki dinamika fluida dari penutup kotak geser. Para peneliti menggunakan aliran fluida bilangan Reynolds rendah untuk mendapatkan teori aliran lapisan tipis udara di celah antara tutup dan alas. Mereka kemudian membandingkannya dengan eksperimen untuk menemukan bahwa cara tercepat tutup kotak untuk menutup tidak didasarkan pada konfigurasi alas tutup lurus konvensional, tetapi tutupnya memiliki sedikit sudut – hanya beberapa derajat – relatif terhadap alas vertikal. Jika desain ini pernah diluncurkan, kami dapat berterima kasih kepada para peneliti karena telah berpikir di luar kotak.
Mari lakukan gerakan memutar
Saat makan Oreo, sebagian dari kita tidak bisa menahan diri untuk tidak memisahkan kedua biskuit dan menjilat isinya. Itu karena sebagian besar - jika tidak semua - isian akhirnya tersangkut di satu biskuit atau biskuit lainnya. Crystal Owens, seorang mahasiswa PhD di Massachusetts Institute of Technology, menangani fisika tentang bagaimana pemisahan misterius itu terjadi. Dia dan rekan-rekannya menciptakan "oerometer" - sebuah rheometer yang menangkap dua biskuit dan memutar kue sampai terpisah menjadi dua. Mereka mengkonfirmasi itu isinya selalu berakhir dengan satu biskuit, menunjukkan bahwa efeknya tidak tergantung pada bagaimana Oreo dipelintir. Jumlah isian juga tidak memengaruhi proses pemisahan, meskipun yang membuat perbedaan adalah kecepatan putaran, dengan putaran lambat lebih baik untuk istirahat yang bersih. Sayangnya, penelitian tersebut tidak menjelaskan mengapa isian selalu berakhir di satu sisi, meskipun menurut Owens hal itu dapat dikaitkan dengan cara pembuatan Oreo. Ya, tapi bagaimana dengan krim custard?
Fizz menjadi supersonik
Membuka sebotol sampanye yang enak adalah salah satu kesenangan hidup yang luar biasa dan ini juga merupakan proses yang melibatkan banyak fisika. Gérard Liger-Belair dari Université de Reims Champagne-Ardenne dan rekan belajar proses membuka sumbat secara lebih rinci, khususnya yang terjadi dalam beberapa milidetik setelah botol dibuka. Pada tahun 2019 penelitian oleh kelompok tersebut menunjukkan, untuk pertama kalinya, pembentukan gelombang kejut dalam cairan selama gabus meletus. Membangun pekerjaan itu, tim menemukan bahwa rangkaian gelombang kejut normal dan miring bergabung untuk membentuk "berlian kejut" - pola cincin yang biasanya terlihat pada knalpot roket. Ini menghasilkan campuran gas yang keluar dari botol dengan kecepatan supersonik. “Kertas kami mengungkap pola aliran tak terduga dan indah yang tersembunyi tepat di bawah hidung kami setiap kali sebotol gelembung dibuka tutupnya,” kata Liger-Belair. “Siapa yang bisa membayangkan fenomena kompleks dan estetis yang tersembunyi di balik situasi umum yang dialami oleh salah satu dari kita?” Kami akan mengangkat gelas untuk itu.
Fisika burger yang sempurna
Apa cara paling efektif untuk memanggang burger atau steak – membalik daging sekali atau berkali-kali? Beberapa koki berpikir Anda harus membalik hanya sekali karena melakukannya berkali-kali berarti lebih sedikit kecoklatan dan karena itu lebih sedikit rasa. Namun, yang lain mengklaim bahwa membalik secara teratur menghasilkan masakan yang lebih rata dan juga sekitar 30% lebih cepat, mengingat setiap permukaan daging terkena panas yang relatif merata dan memiliki lebih sedikit waktu untuk mendingin. Matematikawan Jean-Luc Thiffeault dari University of Wisconsin di AS menciptakan model "sederhana". untuk mendemonstrasikan waktu memasak yang cepat untuk daging yang dibalik. Dengan asumsi burger adalah lempengan tipis tak terhingga dan memiliki sifat termal simetris – yaitu sama di bagian atas dan bawah – dia menggunakan persamaan panas 1D untuk menemukan bahwa membalik patty sekali menghasilkan waktu memasak akhir sekitar 80 detik. Ini berlaku untuk setiap pembalikan berikutnya sehingga 20 pembalikan menghasilkan penurunan waktu memasak sebesar 20%. Mengambil model Thiffeault ke ekstrim matematisnya, burger bisa dimasak dalam 63 detik – jika Anda membaliknya berkali-kali. Itu akan menantang pemanggang yang paling berpengalaman sekalipun.
Ikuti ewe, ikuti saya
Apa kesamaan gumaman burung jalak, gerakan mikro-organisme, dan berhenti dan mulainya lalu lintas di jalan raya yang sibuk? Itu semua adalah contoh gerakan kolektif yang dipelajari oleh fisikawan – dan sekarang Anda dapat menambahkan kawanan domba ke dalam daftar. Fernando Peruani dari Universitas Côte d'Azur di Nice, Prancis, memimpin penelitian yang meneliti peran yang dimainkan oleh "pemimpin" dan "pengikut" dalam menggerakkan gerakan kawanan domba. Timnya menggabungkan pengamatan kawanan dengan model matematis untuk menunjukkan bahwa gerakan kolektif domba diatur baik oleh pergerakan hewan pemimpin dan cara hewan lain dalam kawanan merespons. Peruani dan gengnya juga menemukan bahwa domba individu bergantian antara pemimpin dan pengikut dengan cara yang tampaknya acak. Tim menyimpulkan bahwa gerakan kolektif domba diatur oleh proses hierarkis dan demokratis di dalam kawanan. Anda menggiringnya di sini dulu.
Anda dapat yakin bahwa tahun depan akan ada banyak cerita unik dari dunia fisika. Sampai jumpa tahun depan!
