От физики идеального гамбургера до настольной игры, вдохновленной синхротроном, в этом году физика получила немало причудливых историй. Вот наш выбор из 10 лучших, в произвольном порядке.
Алмаз: игра
Синхротроны и некоторые настольные игры имеют по крайней мере один общий аспект: в них предметы вращаются по кругу. Марк Башам и Клэр Мюррей из британского синхротрона Diamond Light Source и Мэтью Данстан из Кембриджского университета увидел параллели и создал «Бриллиант: Игра». Игра, подходящая для всех в возрасте от 10 лет и старше, на прохождение которой уходит не более получаса, ставит игроков в роли исследователя в Diamond. Посещая различные лучи, продвигаясь по доске, участники узнают о разнообразии науки, которой занимаются на объекте, включая физику, химию, культурное наследие и многое другое. Игра была протестирована более чем 200 студентами и была выпущена в виде бесплатной онлайн-игры в 2020 году. С тех пор в Diamond сыграли более 14,000 30 игроков в более чем 2 странах мира. Вопрос о том, делает ли это более терпимым застревание на линии луча в XNUMX часа ночи, остается открытым.
В собачьей будке
Аукционный дом Christie's провел ежегодную распродажу редких и необычных метеоритов в конце февраля. Среди 66 лотов был фрагмент метеорита Винчкомб весом 15 г, который в 2021 году стал самым желанным камнем в Великобритании после того, как его увидели в небе над городом Котсуолд. Он был продан за 30,240 1.7 долларов, в то время как меньший фрагмент весом 12,600 г был продан за 2019 18 долларов. Еще одним предметом с молотка стал метеорит, который в апреле 70 года проделал 40,000-сантиметровую дыру в окисленной жестяной крыше собачьей будки в Агуас-Заркас, Коста-Рика. Его жительница, немецкая овчарка по кличке Роки, не пострадала. Метеорит, поразивший питомник, который на 60,000% покрыт «коркой плавления», имел ориентировочную цену в 21,240 4–300,000 44,100 долларов, но в итоге был продан за разочаровывающие XNUMX XNUMX фунтов стерлингов. Но не это было самым необычным. «Лот XNUMX» — это сама собачья будка, стоящая на искусственной траве вместе с оранжевой миской для собак. Участок имел ориентировочную цену в XNUMX XNUMX долларов, и хотя он был продан за жалкие XNUMX XNUMX долларов, этого все же, вероятно, достаточно, чтобы купить Роки хороший новый дом.
Вот твой шанс на любовь
В конце 2020 года физик Стивен Вудинг создал онлайн-ресурс, чтобы убедить «плоскоземельцев» в том, что Земля имеет сферическую форму, а не диск. В этом году Вудинг вернулся с новым проектом о чем-то столь же сложном — поиске шансов на любовь. Выпущенный незадолго до Дня святого Валентина, Уравнение Дрейка для калькулятора любви является адаптацией известного уравнения Дрейка, которое оценивает количество инопланетных цивилизаций в нашей галактике, с которыми мы могли бы общаться. Калькулятор любви, созданный с помощью исследователя данных Райка де Вета, просит пользователей указать свое местоположение, социальные навыки и привлекательность, а также возрастной диапазон потенциальных партнеров и наличие у них университетского образования. Затем результат сравнивается с возможностью существования инопланетной цивилизации в пределах 1000 световых лет от Земли. Вудинг сказал Мир физики что его собственные шансы найти любовь в 2.1 раза выше, чем вероятность внеземной жизни. Возможно, он немного придирчив?
Юрская гонка
Мог ли ямайский спринтер Усэйн Болт победить динозавра весом 400 кг в спринте на 100 м? Вероятно, вы раньше не задавались этим вопросом, но Скотт Ли, физик из Университета Толедо в Огайо, думал, что это будет хорошей задачей для его учеников, чтобы решить. Чтобы сделать гонку честной, Ли выбрал динозавра-теропод. Дилофозавр везерилли поскольку считается, что его максимальная скорость бега составляла около 10 м / с, что лишь немного превышает мировой рекорд Болта в 9.58 с, который он установил в спринте на 100 м на чемпионате мира по легкой атлетике 2009 года в Берлине. Используя концепции одномерной кинематики и численные методы, студенты обнаружили, что ускорение Болта на старте оставит дилофозавра в пыли, а легендарный спринтер выиграет гонку с запасом в две секунды. Учитывая, что у дилофозавра были острые как бритва когти и способность выплевывать яд в свою жертву (как обнаружил вор ДНК Деннис Недри в фильме Jurassic Park), мы представляем, что у Болта — в любой гипотетической гонке — будет достаточно мотивации, чтобы побить собственный рекорд.
Запутанная сказка
Представьте себе, что вы можете выжить при охлаждении почти до абсолютного нуля. Это то, что могут делать крошечные организмы, называемые тихоходками, но может ли у этих симпатичных «водяных медведей» быть еще один низкотемпературный трюк в рукаве? Выяснить, Международная группа физиков охладила тихоходку до температуры ниже 10 мК. а затем использовал его в качестве диэлектрика в конденсаторе, который сам был частью сверхпроводящего трансмон-кубита. Затем исследователи запутали кубит — тихоходку и все такое — с другим сверхпроводящим кубитом, прежде чем разогреть тихоходку и вывести ее из латентного состояния жизни, называемого криптобиозом. Однако некоторые физики не убеждены. «Это не запутанность в каком-либо значимом смысле», — физик из Университета Райса Дуглас Нательсон. отметил в своем блоге. Достигли ли исследователи квантовой запутанности или нет, они определенно установили рекорд экстремальных условий, в которых может выжить сложная форма жизни: тихоходка провела 420 часов при температуре ниже 10 мК и давлении 6 × 10-6 мбар.
Держите крышку на нем
Закрытие крышки на коробке с вашей любимой настольной игрой может занять некоторое время, поскольку она скользит по основанию, чтобы закрыться. Эта так называемая «телескопическая» картонная коробка, в которой крышка едва перекрывается с основанием, обычно используется для хранения или перевозки различных предметов, от настольных игр и обуви до мобильных телефонов. Такие ящики дешевы в изготовлении, и хотя экономические и экологические аспекты хорошо изучены, физика никогда не изучалась. Чтобы загладить свою вину, Жолет де Рюйтер из Вагенингенского университета и его коллеги провел эксперименты с имеющимися в продаже коробками и моделями, напечатанными на 3D-принтере, для исследования гидродинамики выдвижной крышки коробки.. Исследователи использовали поток жидкости с низким числом Рейнольдса, чтобы вывести теорию потока тонкой воздушной пленки в зазоре между крышкой и основанием. Затем они сравнили это с экспериментами и обнаружили, что самый быстрый способ закрытия крышки коробки основан не на обычной прямой конфигурации крышки и основания, а на том, чтобы крышка имела небольшой угол — всего несколько градусов — по отношению к вертикальному основанию. Если этот дизайн когда-нибудь появится на прилавках магазинов, мы можем поблагодарить исследователей за нестандартное мышление.
Давайте сделаем поворот
Когда дело доходит до Oreo, некоторые из нас не могут устоять перед тем, чтобы не скрутить два печенья и не слизать начинку. Это потому, что большая часть, если не вся, начинки прилипает к тому или иному печенью. Кристал Оуэнс, аспирант Массачусетского технологического института, исследовала физику того, как происходит это таинственное разделение. Она и ее коллеги создали «эрометр» — реометр, который захватывает два печенья и поворачивает печенье, пока оно не разделится на две части. Они подтвердили, что начинка всегда оказывается на одном печенье, что говорит о том, что эффект не зависит от того, как именно скручен Oreo. Количество начинки также не влияет на процесс разделения, хотя имеет значение скорость скручивания, причем медленное скручивание лучше подходит для чистого разрыва. К сожалению, исследование не объясняет, почему начинка всегда оказывается на одной стороне, хотя Оуэнс считает, что это может быть связано с тем, как производятся Oreo. Да, а как насчет заварных кремов?
Fizz выходит на сверхзвук
Открытие бутылки хорошего шампанского — одно из величайших удовольствий в жизни, а также процесс, в котором задействовано много физики. Жерар Лиже-Белер из Университета Реймса Шампань-Арденны и его коллеги учился процесс откупоривания более подробно, в частности, что происходит в течение нескольких миллисекунд после того, как бутылка была открыта. В 2019 году исследование группы впервые показало образование ударных волн в жидкости при открывании пробки. Опираясь на эту работу, команда обнаружила, что последовательность нормальных и наклонных ударных волн объединяется, образуя «ударные ромбы» — узоры колец, обычно наблюдаемые в выхлопных шлейфах ракет. В результате газовая смесь вылетает из баллона со сверхзвуковой скоростью. «Наша статья раскрывает неожиданные и красивые схемы потоков, которые прячутся прямо у нас под носом каждый раз, когда бутылка шампанского откупоривается», — говорит Лигер-Белер. «Кто мог вообразить сложные и эстетические явления, скрытые за такой обычной ситуацией, с которой сталкивается любой из нас?» Мы поднимем за это бокалы.
Физика идеального бургера
Как лучше всего поджарить гамбургер или стейк — перевернуть мясо один раз или несколько раз? Некоторые повара считают, что переворачивать следует только один раз, так как многократное переворачивание будет означать меньшее подрумянивание и, следовательно, меньший вкус. Другие, однако, утверждают, что регулярное переворачивание приводит к более равномерному приготовлению, а также примерно на 30% быстрее, учитывая, что каждая поверхность мяса подвергается воздействию тепла относительно равномерно и у него меньше времени для охлаждения. Математик Жан-Люк Тиффо из Висконсинского университета в США. создал «простую» модель чтобы продемонстрировать это быстрое время приготовления перевернутого мяса. Предполагая, что бургер представляет собой бесконечную тонкую плиту и имеет симметричные тепловые свойства, т. е. одинаковые сверху и снизу, он использовал одномерное уравнение теплопроводности, чтобы найти, что однократное переворачивание котлеты приводит к окончательному времени приготовления около 1 секунд. Это падает на каждый последующий переворот, так что 80 переворотов приводят к сокращению времени приготовления на 20%. Доведя модель Тиффо до ее математического предела, бургер может приготовиться за 20 секунды, если переворачивать его бесконечное количество раз. Это бросит вызов даже самым опытным грильменам.
Следуй за овцой, следуй за мной
Что общего между бормотанием скворцов, движением микроорганизмов и остановкой и началом движения на оживленной автомагистрали? Все это примеры коллективного движения, изученного физиками, и теперь вы можете добавить к списку стадо овец. Фернандо Перуани из Университета Лазурного берега в Ницце, Франция, провел исследование, в котором изучались роли «лидеров» и «последователей» в движении стад овец.. Его команда объединила наблюдения за стадом с математическими моделями, чтобы показать, что коллективное движение овец определяется как движением ведущего животного, так и тем, как реагируют другие животные в стаде. Перуани и его команда также обнаружили, что отдельные овцы чередуются между лидерами и последователями, казалось бы, случайным образом. Команда приходит к выводу, что коллективное движение овец регулируется как иерархическими, так и демократическими процессами внутри стада. Ты сначала загони его сюда.
Вы можете быть уверены, что в следующем году будет немало причудливых историй из мира физики. Увидимся в следующем году!
