Van de fysica van de perfecte burger tot een bordspel geïnspireerd op een synchrotron, de fysica heeft dit jaar behoorlijk wat eigenzinnige verhalen gehad. Hier is onze selectie van de beste 10, in willekeurige volgorde.
Diamant: het spel
Synchrotrons en sommige bordspellen hebben in ieder geval één aspect gemeen: het gaat om dingen die in een cirkel ronddraaien. Mark Basham en Claire Murray van de Britse Diamond Light Source synchrotron en Matthew Dunstan van de Universiteit van Cambridge zag de parallellen en creëerde "Diamond: the Game". Geschikt voor iedereen van 10 jaar en ouder, het spel - dat niet meer dan een half uur in beslag neemt - plaatst spelers in de rol van een onderzoeker bij Diamond. Door verschillende bundellijnen te bezoeken terwijl ze over het bord vorderen, leren deelnemers over de diversiteit van de wetenschap die in de faciliteit wordt bedreven - inclusief natuurkunde, scheikunde, cultureel erfgoed en meer. De game is getest door meer dan 200 studenten en werd in 2020 online uitgebracht als gratis te printen game. Sindsdien is Diamond gespeeld door meer dan 14,000 spelers in meer dan 30 landen over de hele wereld. Of het vastzitten aan de bundellijn om 2 uur 's nachts draaglijker wordt, valt te betwijfelen.
In het hondenhuis
Het veilinghuis Christie's hield eind februari zijn jaarlijkse uitverkoop van zeldzame en ongewone meteorieten. De 66 partijen bevatten een fragment van 15 g van de Winchcombe-meteoriet, die in 2021 de meest begeerde steen van het VK werd nadat hij door de lucht boven de stad Cotswold was gezien. Het werd verkocht voor maar liefst $ 30,240, terwijl een kleiner fragment van 1.7 g $ 12,600 opleverde. Een ander item dat onder de hamer kwam, was een meteoriet die in april 2019 een gat van 18 cm veroorzaakte in het geoxideerde tinnen dak van een hondenhok in Aguas Zarcas, Costa Rica. De bewoner, een Duitse herder genaamd Roky, overleefde ongedeerd. De kennel-inslaande meteoriet, die voor 70% bedekt is met "fusiekorst", had een richtprijs van $ 40,000-60,000, maar ging uiteindelijk naar een teleurstellende £ 21,240. Maar dat was niet het meest ongewone item. “Lot 4” was het hondenhok zelf, geplaatst op wat kunstgras samen met een oranje hondenbak. Het perceel had een richtprijs van $ 300,000, en hoewel het voor een schamele $ 44,100 ging, is dat waarschijnlijk nog steeds genoeg om Roky een mooi nieuw huis te kopen.
Hier is je kans op liefde
Eind 2020 creëerde natuurkundige Steven Wooding een online hulpmiddel om 'flat-earthers' ervan te overtuigen dat de aarde bolvormig is en geen schijf. Wooding was dit jaar terug met een nieuw project over iets dat net zo lastig is: je kansen op liefde vinden. Uitgebracht net voor Valentijnsdag, de Drake-vergelijking voor liefdescalculator is een aanpassing van de beroemde Drake-vergelijking, die een schatting maakt van het aantal buitenaardse beschavingen in onze melkweg waarmee we zouden kunnen communiceren. De liefdescalculator – gemaakt met de hulp van datawetenschapper Rijk de Wet – vraagt gebruikers om hun locatie, sociale vaardigheden en aantrekkelijkheid in te voeren, evenals de leeftijdscategorie van potentiële partners en of ze universitair geschoold zijn. De output wordt vervolgens vergeleken met de mogelijkheid van een buitenaardse beschaving die binnen 1000 lichtjaar van de aarde bestaat. vertelde Wooding Natuurkunde wereld dat zijn eigen kansen om liefde te vinden 2.1 keer groter zijn dan de mogelijkheid van buitenaards leven. Is hij misschien wat kieskeurig?
Jura ras
Zou de Jamaicaanse sprinter Usain Bolt een dinosaurus van 400 kg kunnen verslaan in een sprint van 100 meter? Het is waarschijnlijk geen vraag waar je je eerder over hebt afgevraagd, maar Scott Lee, een natuurkundige van de Universiteit van Toledo in Ohio, dacht dat het een goed probleem zou zijn voor zijn studenten om op te lossen. Om er een eerlijke race van te maken, koos Lee voor de theropode dinosaurus Dilophosaurus wetherilli omdat men denkt dat het een topsnelheid van ongeveer 10 m / s heeft gehad, wat slechts een schaduw hoger is dan Bolt's wereldrecord van 9.58 seconden dat hij vestigde op de 100 m sprint op de Wereldkampioenschappen atletiek 2009 in Berlijn. Met behulp van concepten uit de 1D-kinematica en numerieke technieken ontdekten de studenten dat de versnelling van Bolt bij de start de Dilophosaurus in het stof zou achterlaten, waarbij de legendarische sprinter de race zou winnen met ruim twee seconden over. Gezien het feit dat de Dilophosaurus vlijmscherpe klauwen had en het vermogen om gif te spuwen tijdens zijn gebed (zoals DNA-dief Dennis Nedry ontdekte in de film Jurassic Park), stellen we ons voor dat Bolt – in welke hypothetische race dan ook – genoeg motivatie zou hebben om zijn eigen record te verbreken.
Verward verhaal
Stel je voor dat je kunt overleven als het gekoeld is tot bijna het absolute nulpunt. Dat is wat kleine organismen genaamd tardigrades kunnen doen, maar zouden deze schattig uitziende "waterberen" nog een trucje bij lage temperaturen in petto hebben? Er achter komen, een internationaal team van natuurkundigen koelde een tardigrade af tot onder de 10 mK en gebruikte het vervolgens als het diëlektricum in een condensator die zelf deel uitmaakte van een supergeleidende transmon-qubit. De onderzoekers verstrengelden vervolgens de qubit - tardigrade en zo - met een andere supergeleidende qubit voordat ze de tardigrade opwarmden en uit zijn latente levensstaat, cryptobiose genaamd, haalden. Sommige natuurkundigen zijn echter niet overtuigd. "Dit is geen verstrengeling in enige zinvolle zin", zegt Douglas Natelson, natuurkundige aan de Rice University genoteerd op zijn blog. Of de onderzoekers nu kwantumverstrengeling bereikten of niet, ze hebben zeker een record gevestigd voor de extreme omstandigheden waarin een complexe levensvorm kan overleven, waarbij de beerdiertjes 420 uur doorbrengen bij temperaturen onder 10 mK en drukken van 6 × 10-6 mbar.
De deksel erop houden
Het sluiten van het deksel van je favoriete bordspeldoos kan even duren als het naar beneden schuift om te sluiten. Deze zogenaamde "telescopische" kartonnen doos - waarbij het deksel de bodem nauwelijks overlapt - wordt vaak gebruikt om een verscheidenheid aan voorwerpen in te bewaren of te vervoeren, van bordspellen en schoenen tot mobiele telefoons. Dergelijke dozen zijn goedkoop te maken en hoewel de economische en milieuaspecten goed zijn bestudeerd, heeft de fysica dat nooit gedaan. Om het goed te maken, Jolet de Ruiter van Wageningen University en collega's voerde experimenten uit op in de handel verkrijgbare dozen en 3D-geprinte modellen om de vloeistofdynamica van het schuifdeksel van de doos te onderzoeken. De onderzoekers gebruikten een vloeistofstroom met een laag Reynoldsgetal om een theorie af te leiden voor de stroming van een dunne luchtfilm in de opening tussen het deksel en de basis. Vervolgens vergeleken ze dit met experimenten om te ontdekken dat de snelste manier waarop het deksel van de doos sluit, niet gebaseerd is op een conventionele rechte deksel-basisconfiguratie, maar dat het deksel een kleine hoek maakt - slechts een paar graden - ten opzichte van de verticale basis. Als dit ontwerp ooit in de schappen komt, kunnen we de onderzoekers bedanken voor het buiten de gebaande paden denken.
Laten we de twist doen
Als het gaat om het eten van een Oreo, kunnen sommigen van ons het niet laten om de twee koekjes uit elkaar te draaien en de vulling eraf te likken. Dat komt omdat de meeste - zo niet alle - vulling uiteindelijk op het ene of het andere koekje blijft plakken. Crystal Owens, een promovendus aan het Massachusetts Institute of Technology, ging in op de fysica van hoe die mysterieuze scheiding plaatsvindt. Zij en haar collega's creëerden een "oerometer" - een reometer die de twee koekjes vastpakt en het koekje een draai geeft totdat het in tweeën scheidt. Ze bevestigden dat de vulling komt altijd op één koekje terecht, wat suggereert dat het effect niet afhangt van hoe een Oreo precies is gedraaid. De hoeveelheid vulling heeft ook geen invloed op het scheidingsproces, hoewel wat wel een verschil maakt de draaisnelheid is, waarbij een langzame draai beter is voor een zuivere breuk. Helaas verklaart het onderzoek niet waarom de vulling altijd aan één kant terechtkomt, hoewel Owens denkt dat het verband kan houden met de manier waarop Oreo's worden vervaardigd. Ja, maar hoe zit het met banketbakkersroom?
Fizz gaat supersonisch
Het openen van een fles goede champagne is een van de grootste geneugten van het leven en het is ook een proces dat veel natuurkunde met zich meebrengt. Gérard Liger-Belair van Université de Reims Champagne-Ardenne en collega's bestudeerd het ontkurken in meer detail, met name wat er gebeurt in de paar milliseconden nadat een fles is geopend. In 2019 toonde onderzoek van de groep voor het eerst de vorming van schokgolven in de vloeistof aan tijdens het knallen van kurk. Voortbouwend op dat werk ontdekte het team dat een opeenvolging van normale en schuine schokgolven combineert om "schokdiamanten" te vormen - patronen van ringen die typisch te zien zijn in uitlaatpluimen van raketten. Het resulteert erin dat het gasmengsel met supersonische snelheden uit de fles ontsnapt. "Ons papier ontrafelt de onverwachte en mooie stroompatronen die recht onder onze neus verborgen zijn telkens wanneer een fles bubbels wordt ontkurkt", zegt Liger-Belair. "Wie had de complexe en esthetische verschijnselen kunnen bedenken die verborgen zijn achter zo'n veel voorkomende situatie die een van ons ervaart?" Daar heffen we het glas op.
De fysica van de perfecte burger
Wat is de meest effectieve manier om een hamburger of steak te grillen: draai het vlees één of meerdere keren om? Sommige chef-koks vinden dat je ze maar één keer moet omdraaien, omdat meerdere keren minder bruin worden en dus minder smaak geven. Anderen beweren echter dat regelmatig omdraaien resulteert in een gelijkmatigere bereiding en ook ongeveer 30% sneller is, aangezien elk oppervlak van het vlees relatief gelijkmatig wordt blootgesteld aan hitte en minder tijd heeft om af te koelen. Wiskundige Jean-Luc Thiffeault van de Universiteit van Wisconsin in de VS creëerde een "eenvoudig" model om deze snelle kooktijd voor omgedraaid vlees te demonstreren. Ervan uitgaande dat een burger een oneindig dunne plaat is en symmetrische thermische eigenschappen heeft - dwz hetzelfde aan de boven- en onderkant - gebruikte hij een 1D-warmtevergelijking om te ontdekken dat het eenmaal omdraaien van het pasteitje resulteert in een uiteindelijke kooktijd van ongeveer 80 seconden. Dit geldt voor elke volgende keer omdraaien, zodat 20 keer omdraaien resulteert in een verkorting van de kooktijd met 20%. Als we het model van Thiffeault tot het uiterste wiskundig doorvoeren, zou een hamburger in 63 seconden kunnen koken - als je hem oneindig vaak omdraait. Dat zou zelfs de meest ervaren grillers uitdagen.
Volg ooi, volg mij
Wat hebben het geruis van spreeuwen, de beweging van micro-organismen en het stoppen en starten van verkeer op een drukke snelweg met elkaar gemeen? Het zijn allemaal voorbeelden van collectieve beweging die door natuurkundigen is bestudeerd - en nu kun je kuddes schapen aan de lijst toevoegen. Fernando Peruani van de Côte d'Azur Universiteit in Nice, Frankrijk, leidde een studie die de rollen onderzocht die "leiders" en "volgers" spelen bij het aandrijven van de beweging van kuddes schapen. Zijn team combineerde observaties van zwermen met wiskundige modellen om aan te tonen dat de collectieve beweging van de schapen zowel wordt bepaald door de beweging van een leidend dier als door de manier waarop andere dieren in de kudde reageren. Peruani en zijn bende ontdekten ook dat individuele schapen schijnbaar willekeurig afwisselen tussen leiders en volgers. Het team concludeert dat de collectieve beweging van schapen wordt beheerst door zowel hiërarchische als democratische processen binnen de kudde. Je hoedt het eerst hier.
U kunt er zeker van zijn dat volgend jaar een groot aantal eigenzinnige verhalen uit de wereld van de natuurkunde zal verschijnen. Tot volgend jaar!
