De la fizica burgerului perfect până la un joc de masă inspirat de un sincrotron, fizica a avut parte de povești ciudate în acest an. Iată alegerea noastră dintre cele mai bune 10, fără o anumită ordine.
Diamond: jocul
Sincrotronii și unele jocuri de societate au cel puțin un aspect în comun: implică lucrurile care se rotesc în cerc. Mark Basham și Claire Murray de la sincrotronul Diamond Light Source din Marea Britanie și Matthew Dunstan de la Universitatea din Cambridge a văzut paralelele și a creat „Diamond: the Game”. Potrivit pentru oricine cu vârsta de peste 10 ani, jocul – care nu durează mai mult de jumătate de oră pentru a se finaliza – pune jucătorii în rolul unui cercetător la Diamond. Vizitând diferite linii de lumină în timp ce progresează în jurul tablei, participanții învață despre diversitatea științei care se desfășoară la unitate – inclusiv fizică, chimie, moștenire culturală și multe altele. Jocul a fost testat de peste 200 de studenți și a fost lansat online ca joc gratuit pentru imprimare în 2020. De atunci, Diamond a fost jucat de peste 14,000 de jucători în peste 30 de țări din întreaga lume. Dacă rămâne blocat pe linia luminii la ora 2 dimineața mai suportabilă este deschisă întrebării.
În căsuța de câine
Casa de licitații Christie's a organizat vânzarea anuală de meteoriți rari și neobișnuiți la sfârșitul lunii februarie. Cele 66 de loturi au inclus un fragment de 15 g al meteoritului Winchcombe, care în 2021 a devenit cea mai râvnită stâncă din Marea Britanie, după ce a fost văzut pe cer deasupra orașului Cotswold. S-a vândut cu 30,240 USD, în timp ce un fragment mai mic de 1.7 g a adus 12,600 USD. Un alt element aflat sub ciocan a fost un meteorit care, în aprilie 2019, a creat o gaură de 18 cm în acoperișul de tablă oxidat al unei căsuțe din Aguas Zarcas, Costa Rica. Locuitorul său, un ciobanesc german pe nume Roky, a supraviețuit nevătămat. Meteoritul care lovește canisa, care este acoperit în proporție de 70% cu „crustă de fuziune”, a avut un preț ghid de 40,000-60,000 de dolari, dar în cele din urmă a mers la un dezamăgitor de 21,240 de lire sterline. Dar acesta nu a fost cel mai neobișnuit element. „Lotul 4” era cubana în sine, așezată pe niște iarbă artificială împreună cu un castron portocaliu pentru câini. Lotul a avut un preț orientativ de 300,000 de dolari și, deși a costat 44,100 de dolari, asta este probabil suficient pentru a-i cumpăra lui Roky o casă nouă și drăguță.
Iată șansa ta de dragoste
La sfârșitul anului 2020, fizicianul Steven Wooding a creat o resursă online pentru a-i convinge pe „Pământul plat” că Pământul este sferic și nu un disc. Wooding s-a întors anul acesta cu un nou proiect despre ceva la fel de complicat – găsirea șanselor de dragoste. Lansat chiar înainte de Ziua Îndrăgostiților, Calculatorul Drake Equation for Love este o adaptare a celebrei ecuații Drake, care estimează numărul de civilizații extraterestre din galaxia noastră cu care am putea comunica. Calculatorul de dragoste – creat cu ajutorul cercetătorului de date Rijk de Wet – le cere utilizatorilor să-și introducă locația, abilitățile sociale și atractivitatea, precum și intervalul de vârstă a potențialilor parteneri și dacă aceștia au studii universitare. Rezultatul este apoi comparat cu posibilitatea existenței unei civilizații extraterestre pe o rază de 1000 de ani lumină de Pământ. a spus Wooding Lumea fizicii că propriile sale șanse de a găsi dragostea sunt de 2.1 ori mai mari decât posibilitatea unei vieți extraterestre. Este poate un pic pretențios?
Cursa jurasică
Ar fi putut sprinterul jamaican Usain Bolt să învingă un dinozaur de 400 kg într-un sprint de 100 m? Probabil că nu este o întrebare despre care te-ai întrebat înainte, dar Scott Lee, un fizician de la Universitatea Toledo din Ohio, a crezut că ar fi o problemă bună de rezolvat pentru studenții săi. Pentru a face din aceasta o cursă corectă, Lee a ales dinozaurul teropod Dilophosaurus wetherilli deoarece se crede că a avut o viteză maximă de alergare de aproximativ 10 m/s, ceea ce este doar o umbră față de recordul mondial de 9.58 s al lui Bolt pe care l-a stabilit la sprintul de 100 m la Campionatele Mondiale de Atletism din 2009 de la Berlin. Folosind concepte din cinematica 1D și tehnici numerice, studenții au descoperit că accelerația lui Bolt la start l-ar lăsa pe Dilophosaurus în praf, legendarul sprinter câștigând cursa cu două secunde bune de rămas. Având în vedere că Dilophosaurus avea gheare ascuțite ca brici și capacitatea de a scuipa venin la rugăciune (după cum a descoperit hoțul de ADN Dennis Nedry în film Parcul Jurassic), ne imaginăm că Bolt – în orice cursă ipotetică – ar avea destulă motivație să-și doboare propriul record.
Povestea încurcată
Imaginați-vă că puteți supraviețui atunci când este răcit până aproape de zero absolut. Asta pot face organisme minuscule numite tardigrade, dar ar putea acești „urși de apă” cu aspect drăguț să aibă un alt truc la temperaturi scăzute în mânecă? A descoperi, o echipă internațională de fizicieni a răcit un tardigrad la sub 10 mK și apoi l-a folosit ca dielectric într-un condensator care însuși făcea parte dintr-un qubit transmon supraconductor. Cercetătorii au încurcat apoi qubitul – tardigrad și tot – cu un alt qubit supraconductor înainte de a încălzi tardigradul și a-l scoate din starea sa latentă de viață numită criptobioză. Unii fizicieni, însă, rămân neconvinși. „Aceasta nu este o încurcătură în niciun sens semnificativ”, a spus fizicianul de la Universitatea Rice Douglas Natelson notat pe blogul lui. Indiferent dacă cercetătorii au realizat sau nu încurcarea cuantică, cu siguranță au stabilit un record pentru condițiile extreme pe care le poate supraviețui o formă de viață complexă, tardigradul petrecând 420 de ore la temperaturi sub 10 mK și presiuni de 6 × 10.-6 mbar.
Păstrând un capac pe el
Închiderea capacului cutiei preferate de jocuri de societate poate dura ceva timp, deoarece alunecă pe bază pentru a se închide. Această așa-numită cutie de carton „telescopică” – unde capacul abia se suprapune cu baza – este folosită în mod obișnuit pentru a ține sau a expedia o varietate de obiecte, de la jocuri de societate și încălțăminte până la telefoane mobile. Astfel de cutii sunt ieftine de făcut și, deși aspectele economice și de mediu au fost bine studiate, fizica nu a avut niciodată. Pentru a repara, Jolet de Ruiter de la Universitatea Wageningen și colegii a efectuat experimente pe cutii disponibile comercial și modele imprimate 3D pentru a investiga dinamica fluidelor capacului cutiei glisante. Cercetătorii au folosit un flux de fluid cu număr Reynolds scăzut pentru a deriva o teorie pentru fluxul unei pelicule subțiri de aer în golul dintre capac și bază. Apoi au comparat acest lucru cu experimentele pentru a descoperi că cea mai rapidă modalitate de închidere a capacului cutiei nu se bazează pe o configurație convențională cu capac drept, ci ca capacul să aibă un unghi ușor - doar câteva grade - față de baza verticală. Dacă acest design ajunge vreodată pe rafturi, le putem mulțumi cercetătorilor pentru că au gândit în afara cutiei.
Hai să facem răsucirea
Când vine vorba de a mânca un Oreo, unii dintre noi nu pot rezista să răsucim cei doi biscuiți și să lingăm umplutura. Asta pentru că cea mai mare parte – dacă nu toată – umplutura ajunge să se lipească pe un biscuit sau pe altul. Crystal Owens, doctorand la Institutul de Tehnologie din Massachusetts, a abordat fizica modului în care are loc această separare misterioasă. Ea și colegii ei au creat un „oerometru” – un reometru care prinde cei doi biscuiți și dă o răsucire prăjiturii până când se desparte în două. Au confirmat asta umplutura se termină întotdeauna pe un biscuit, ceea ce sugerează că efectul nu depinde exact de modul în care este răsucit un Oreo. Nici cantitatea de umplutură nu afectează procesul de separare, deși ceea ce face diferența este viteza de răsucire, o răsucire lentă fiind mai bună pentru o pauză curată. Din păcate, cercetarea nu explică de ce umplutura ajunge întotdeauna pe o parte, deși Owens consideră că ar putea fi legată de modul în care sunt fabricate Oreos. Da, dar cum rămâne cu cremele cu creme?
Fizz devine supersonic
Deschiderea unei sticle de șampanie bună este una dintre marile delicii ale vieții și este, de asemenea, un proces care implică multă fizică. Gérard Liger-Belair de la Université de Reims Champagne-Ardenne și colegii săi studiat procesul de desfundare mai detaliat, în special ceea ce se întâmplă în câteva milisecunde după ce o sticlă a fost deschisă. În 2019, cercetările grupului au arătat, pentru prima dată, formarea undelor de șoc în fluid în timpul spargerii plutei. Pe baza acelei lucrări, echipa a descoperit că o succesiune de unde de șoc normale și oblice se combină pentru a forma „diamantele de șoc” – modele de inele observate de obicei în penele de evacuare a rachetelor. Rezultă ca amestecul de gaz să scape din sticlă la viteze supersonice. „Hârtia noastră dezvăluie modelele de curgere neașteptate și frumoase care sunt ascunse chiar sub nasul nostru de fiecare dată când o sticlă de bule este desfundată”, spune Liger-Belair. „Cine și-ar fi putut imagina fenomenele complexe și estetice ascunse în spatele unei situații atât de comune trăite de oricare dintre noi?” Vom ridica un pahar pentru asta.
Fizica burgerului perfect
Care este cea mai eficientă modalitate de a grătar un burger sau o friptură - întoarceți carnea o dată sau de mai multe ori? Unii bucătari cred că ar trebui să răsturnați o singură dată, deoarece acest lucru de mai multe ori va însemna mai puțină rumenire și, prin urmare, mai puțină aromă. Alții, însă, susțin că răsturnarea regulată are ca rezultat o gătire mai uniformă și este, de asemenea, cu aproximativ 30% mai rapidă, având în vedere că fiecare suprafață a cărnii este expusă la căldură relativ uniform și are mai puțin timp să se răcească. Matematicianul Jean-Luc Thiffeault de la Universitatea Wisconsin din SUA a creat un model „simplu”. pentru a demonstra acest timp rapid de gătire pentru carnea răsturnată. Presupunând că un burger este o placă infinită subțire și are proprietăți termice simetrice – adică aceleași în partea de sus și de jos – el a folosit o ecuație de căldură 1D pentru a descoperi că răsturnarea chiftelului o dată are ca rezultat un timp final de gătire de aproximativ 80 de secunde. Aceasta se încadrează pentru fiecare răsturnare ulterioară, astfel încât 20 de învârtiri duc la o scădere cu 20% a timpului de gătire. Ducând modelul lui Thiffeault la extrema sa matematică, un burger s-ar putea găti în 63 de secunde – dacă l-ai răsturna de nenumărate ori. Asta i-ar provoca chiar și pe cei mai experimentați grătar.
Urmărește o oaie, urmează-mă
Ce au în comun murmurarea graurilor, mișcarea microorganismelor și oprirea și pornirea traficului pe o autostradă aglomerată? Toate sunt exemple de mișcare colectivă studiate de fizicieni – iar acum puteți adăuga turma de oi pe listă. Fernando Peruani de la Universitatea Côte d'Azur din Nisa, Franța, a condus un studiu care a examinat rolurile jucate de „lideri” și „urmeși” în conducerea mișcării turmelor de oi. Echipa sa a combinat observațiile de turmă cu modele matematice pentru a arăta că mișcarea colectivă a oilor este guvernată atât de mișcarea unui animal plumb, cât și de modul în care celelalte animale din turmă răspund. De asemenea, Peruani și gașca lui au descoperit că oile individuale alternează între lideri și adepți într-un mod aparent întâmplător. Echipa concluzionează că mișcarea colectivă a oilor este guvernată atât de procese ierarhice, cât și de procese democratice din turmă. Tu o pui mai întâi aici.
Poți fi sigur că anul viitor va arunca o parte echitabilă de povești ciudate din lumea fizicii. Ne vedem anul viitor!
