Từ vật lý của chiếc bánh mì kẹp thịt hoàn hảo đến trò chơi cờ bàn lấy cảm hứng từ máy synchrotron, vật lý đã có nhiều câu chuyện kỳ quặc trong năm nay. Đây là lựa chọn của chúng tôi trong số 10 tốt nhất, không theo thứ tự cụ thể.
Kim cương: trò chơi
Máy đồng bộ hóa và một số trò chơi trên bàn cờ có ít nhất một điểm chung: chúng liên quan đến những thứ đi theo vòng tròn. Mark Basham và Claire Murray từ synchrotron Nguồn ánh sáng kim cương của Vương quốc Anh và Matthew Dunstan tại Đại học Cambridge nhìn thấy sự tương đồng và tạo ra “Diamond: the Game”. Thích hợp cho bất kỳ ai từ 10 tuổi trở lên, trò chơi – mất không quá nửa giờ để hoàn thành – đưa người chơi vào vai một nhà nghiên cứu tại Diamond. Bằng cách truy cập các đường dẫn khác nhau trong khi đi vòng quanh bảng, những người tham gia tìm hiểu về sự đa dạng của khoa học được thực hiện tại cơ sở - bao gồm vật lý, hóa học, di sản văn hóa, v.v. Trò chơi đã được hơn 200 sinh viên thử nghiệm và được phát hành trực tuyến dưới dạng trò chơi in miễn phí vào năm 2020. Kể từ đó, Diamond đã được chơi bởi hơn 14,000 người chơi ở hơn 30 quốc gia trên toàn thế giới. Liệu nó có khiến việc bị mắc kẹt trên thanh xà lúc 2 giờ sáng trở nên dễ chịu hơn hay không vẫn còn là một câu hỏi.
Trong nhà ổ chuột
Nhà đấu giá Christie's đã tổ chức bán các thiên thạch hiếm và bất thường hàng năm vào cuối tháng Hai. 66 lô bao gồm một mảnh 15 g của thiên thạch Winchcombe, vào năm 2021 đã trở thành tảng đá được thèm muốn nhất ở Vương quốc Anh sau khi nó được nhìn thấy trên bầu trời thị trấn Cotswold. Nó được bán với giá 30,240 đô la trong khi một mảnh nhỏ hơn 1.7 g có giá 12,600 đô la. Một vật phẩm khác dưới búa là một thiên thạch vào tháng 2019 năm 18 đã tạo ra một lỗ 70 cm trên mái thiếc bị oxy hóa của một chuồng chó ở Aguas Zarcas, Costa Rica. Cư dân của nó, một chú chó chăn cừu Đức tên là Roky, đã sống sót mà không hề hấn gì. Thiên thạch nổi bật trong cũi, được bao phủ 40,000% bởi “lớp vỏ nhiệt hạch”, có giá hướng dẫn từ 60,000–21,240 đô la nhưng cuối cùng lại có giá 4 bảng đáng thất vọng. Nhưng đó không phải là mục bất thường nhất. “Lô 300,000” chính là chuồng chó, được đặt trên một số loại cỏ nhân tạo cùng với một chiếc bát dành cho chó màu cam. Lô đất có giá hướng dẫn là 44,100 đô la, và mặc dù nó có giá XNUMX đô la, nhưng chừng đó có lẽ vẫn đủ để mua cho Roky một ngôi nhà mới đẹp đẽ.
Đây là cơ hội của tình yêu của bạn
Vào cuối năm 2020, nhà vật lý Steven Wooding đã tạo một nguồn tài nguyên trực tuyến để thuyết phục “những người theo chủ nghĩa Trái đất phẳng” rằng Trái đất có hình cầu chứ không phải hình đĩa. Wooding đã trở lại vào năm nay với một dự án mới về một điều gì đó cũng khó khăn không kém – tìm kiếm cơ hội được yêu. Được phát hành ngay trước ngày lễ tình nhân, Phương trình Drake cho Máy tính Tình yêu là sự phỏng theo phương trình Drake nổi tiếng, ước tính số lượng nền văn minh ngoài hành tinh trong thiên hà của chúng ta mà chúng ta có thể giao tiếp. Máy tính tình yêu – được tạo ra với sự trợ giúp của nhà khoa học dữ liệu Rijk de Wet – yêu cầu người dùng nhập vị trí, kỹ năng xã hội và sức hấp dẫn cũng như độ tuổi của đối tác tiềm năng và liệu họ có học đại học hay không. Kết quả sau đó được so sánh với khả năng tồn tại của một nền văn minh ngoài hành tinh trong vòng 1000 năm ánh sáng so với Trái đất. Wooding nói Thế giới vật lý rằng tỷ lệ tìm thấy tình yêu của chính anh ấy cao hơn 2.1 lần so với khả năng có sự sống ngoài hành tinh. Có lẽ anh ấy hơi kén chọn?
cuộc đua kỷ Jura
Vận động viên chạy nước rút người Jamaica Usain Bolt có thể đánh bại một con khủng long nặng 400 kg trong cuộc chạy nước rút 100 m? Đây có lẽ không phải là câu hỏi mà bạn đã từng thắc mắc trước đây, nhưng Scott Lee, một nhà vật lý từ Đại học Toledo ở Ohio, nghĩ rằng nó sẽ là một vấn đề tốt cho sinh viên của mình để giải quyết. Để cuộc đua công bằng, Lee chọn khủng long theropod Dilophosaurus wetherilli vì nó được cho là có tốc độ chạy tối đa khoảng 10 m/s, chỉ kém kỷ lục thế giới 9.58 giây của Bolt mà anh đã lập trong cuộc chạy nước rút 100 m tại Giải vô địch điền kinh thế giới 2009 ở Berlin. Sử dụng các khái niệm từ động học 1D và kỹ thuật số, các sinh viên phát hiện ra rằng khả năng tăng tốc của Bolt khi bắt đầu sẽ khiến Dilophosaurus chìm trong cát bụi, với vận động viên chạy nước rút huyền thoại sẽ giành chiến thắng trong cuộc đua với hai giây rảnh rỗi. Cho rằng Dilophosaurus có móng vuốt sắc như dao cạo và khả năng phun nọc độc khi cầu nguyện (như tên trộm DNA Dennis Nedry đã phát hiện ra trong phim công viên kỷ Jura), chúng tôi hình dung Bolt – trong bất kỳ cuộc đua giả định nào – sẽ có nhiều động lực để phá kỷ lục của chính mình.
câu chuyện vướng mắc
Hãy tưởng tượng bạn có thể sống sót khi được làm lạnh đến gần độ không tuyệt đối. Đó là những gì các sinh vật nhỏ gọi là tardigrades có thể làm, nhưng liệu những “gấu nước” trông dễ thương này có một thủ thuật nhiệt độ thấp nào khác không? Tim ra, một nhóm các nhà vật lý quốc tế đã làm lạnh một con gấu nước xuống dưới 10 mK và sau đó sử dụng nó làm chất điện môi trong một tụ điện mà bản thân nó là một phần của qubit truyền dẫn siêu dẫn. Sau đó, các nhà nghiên cứu đã làm rối qubit – tardigrade và tất cả – với một qubit siêu dẫn khác trước khi làm nóng tardigrade và đưa nó ra khỏi trạng thái sống tiềm tàng gọi là cryptobiosis. Tuy nhiên, một số nhà vật lý vẫn không bị thuyết phục. “Đây không phải là sự vướng víu theo bất kỳ nghĩa nào,” nhà vật lý Douglas Natelson của Đại học Rice lưu ý trên blog của mình. Cho dù các nhà nghiên cứu có đạt được sự vướng víu lượng tử hay không, thì họ chắc chắn đã lập kỷ lục về các điều kiện khắc nghiệt mà một dạng sống phức tạp có thể tồn tại, với loài gấu nước trải qua 420 giờ ở nhiệt độ dưới 10 mK và áp suất 6 × 10-6 thanh.
Giữ một nắp trên nó
Việc đóng nắp hộp trò chơi board yêu thích của bạn có thể mất một lúc vì nó trượt xuống đế để đóng lại. Cái hộp các tông được gọi là "kính thiên văn" này - trong đó nắp hầu như không trùng với đế - thường được sử dụng để đựng hoặc vận chuyển nhiều loại đồ vật, từ trò chơi trên bàn cờ, giày dép cho đến điện thoại di động. Những chiếc hộp như vậy rẻ tiền để sản xuất và trong khi các khía cạnh kinh tế và môi trường đã được nghiên cứu kỹ lưỡng thì vật lý chưa bao giờ có. Để bù đắp, Jolet de Ruiter từ Đại học Wageningen và các đồng nghiệp đã thực hiện các thí nghiệm trên các hộp và mô hình in 3D có bán trên thị trường để nghiên cứu động lực học chất lỏng của nắp hộp trượt. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng dòng chất lỏng có số Reynolds thấp để đưa ra một lý thuyết về dòng chảy của một màng không khí mỏng trong khoảng trống giữa nắp và đế. Sau đó, họ so sánh điều này với các thí nghiệm để thấy rằng cách đóng nắp hộp nhanh nhất không dựa trên cấu hình đế thẳng của nắp thông thường mà là để nắp có một góc nhỏ - chỉ vài độ - so với đế thẳng đứng. Nếu thiết kế này từng xuất hiện trên kệ, chúng ta có thể cảm ơn các nhà nghiên cứu vì đã suy nghĩ sáng tạo.
Hãy làm xoắn
Khi nói đến việc ăn một chiếc bánh Oreo, một số người trong chúng ta không thể cưỡng lại việc vặn hai chiếc bánh quy ra và liếm phần nhân bên trong. Đó là bởi vì hầu hết - nếu không muốn nói là tất cả - nhân bánh sẽ bị dính vào bánh quy này hay bánh quy khác. Crystal Owens, một nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Viện Công nghệ Massachusetts, đã giải quyết vấn đề vật lý về cách thức xảy ra sự phân tách bí ẩn đó. Cô ấy và các đồng nghiệp của mình đã tạo ra một “oerometer” – một máy đo lưu biến giữ hai chiếc bánh quy và vặn chiếc bánh quy cho đến khi nó tách ra làm hai. Họ xác nhận rằng phần nhân luôn kết thúc trên một chiếc bánh quy, cho thấy hiệu quả không phụ thuộc vào cách xoắn chính xác của chiếc bánh Oreo. Lượng chất làm đầy cũng không ảnh hưởng đến quá trình tách, mặc dù điều tạo nên sự khác biệt là tốc độ xoắn, xoắn chậm sẽ tốt hơn cho quá trình bẻ sạch. Thật không may, nghiên cứu không giải thích được tại sao nhân bánh luôn dồn về một phía, mặc dù Owens cho rằng nó có thể liên quan đến cách thức sản xuất bánh Oreo. Vâng, nhưng còn kem sữa trứng thì sao?
Fizz đi siêu thanh
Mở một chai rượu sâm panh ngon là một trong những thú vui lớn của cuộc sống và đó cũng là một quá trình liên quan đến nhiều yếu tố vật lý. Gérard Liger-Belair từ Đại học Reims Champagne-Ardenne và cộng sự nghiên cứu chi tiết hơn về quy trình mở nút, đặc biệt là điều gì xảy ra trong vài phần nghìn giây sau khi mở chai. Vào năm 2019, nghiên cứu của nhóm lần đầu tiên cho thấy sự hình thành sóng xung kích trong chất lỏng trong quá trình bật nút chai. Dựa trên nghiên cứu đó, nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra rằng sự liên tiếp của sóng xung kích bình thường và sóng xung kích xiên kết hợp với nhau để tạo thành “kim cương xung kích” – kiểu vòng thường thấy trong các ống xả tên lửa. Nó dẫn đến hỗn hợp khí thoát ra khỏi chai với tốc độ siêu âm. Liger-Belair cho biết: “Bài báo của chúng tôi làm sáng tỏ các kiểu dòng chảy đẹp mắt và bất ngờ ẩn ngay dưới mũi chúng ta mỗi khi mở nút chai sủi bọt. “Ai có thể tưởng tượng được những hiện tượng thẩm mỹ và phức tạp ẩn sau một tình huống phổ biến như vậy mà bất kỳ ai trong chúng ta cũng từng trải qua?” Chúng tôi sẽ nâng một ly cho điều đó.
Vật lý của bánh mì kẹp thịt hoàn hảo
Cách hiệu quả nhất để nướng bánh mì kẹp thịt hoặc bít tết – lật thịt một lần hay nhiều lần? Một số đầu bếp cho rằng bạn chỉ nên lật một lần vì làm như vậy nhiều lần sẽ khiến thịt ít chuyển sang màu nâu hơn và do đó ít hương vị hơn. Tuy nhiên, những người khác cho rằng việc lật thường xuyên giúp nấu chín đều hơn và cũng nhanh hơn khoảng 30%, do mỗi bề mặt của thịt được tiếp xúc với nhiệt tương đối đều và có ít thời gian để nguội hơn. Nhà toán học Jean-Luc Thiffeault từ Đại học Wisconsin ở Mỹ đã tạo ra một mô hình “đơn giản” để chứng minh thời gian nấu thịt lật nhanh chóng này. Giả sử một chiếc bánh mì kẹp thịt là một phiến mỏng vô hạn và có các đặc tính nhiệt đối xứng – nghĩa là giống nhau ở mặt trên và mặt dưới – anh ấy đã sử dụng phương trình nhiệt 1D để thấy rằng việc lật miếng bánh một lần sẽ dẫn đến thời gian nấu cuối cùng là khoảng 80 giây. Điều này rơi vào mỗi lần lật tiếp theo để 20 lần lật giúp giảm 20% thời gian nấu. Đưa mô hình của Thiffeault đến cực điểm toán học, một chiếc burger có thể nấu trong 63 giây – nếu bạn lật nó vô số lần. Điều đó sẽ thách thức ngay cả những người nướng có kinh nghiệm nhất.
Đi theo ewe, theo tôi
Điểm chung của tiếng rì rào của đàn chim sáo đá, chuyển động của vi sinh vật, việc dừng và bắt đầu lưu thông trên đường cao tốc đông đúc là gì? Chúng đều là những ví dụ về chuyển động tập thể được các nhà vật lý nghiên cứu – và bây giờ bạn có thể thêm đàn cừu vào danh sách. Fernando Peruani từ Đại học Côte d'Azur ở Nice, Pháp, dẫn đầu một nghiên cứu xem xét vai trò của “lãnh đạo” và “tín đồ” trong việc điều khiển chuyển động của đàn cừu. Nhóm của ông đã kết hợp các quan sát về đàn với các mô hình toán học để chỉ ra rằng chuyển động tập thể của cừu bị chi phối bởi cả chuyển động của con đầu đàn và cách phản ứng của các con khác trong đàn. Peruani và nhóm của anh ta cũng phát hiện ra rằng từng con cừu luân phiên nhau giữa lãnh đạo và bầy đàn theo một cách dường như ngẫu nhiên. Nhóm nghiên cứu kết luận rằng chuyển động tập thể của cừu bị chi phối bởi cả quá trình phân cấp và dân chủ trong đàn. Bạn đàn nó ở đây đầu tiên.
Bạn có thể chắc chắn rằng năm tới sẽ tung ra những câu chuyện kỳ quặc từ thế giới vật lý. Hẹn gặp bạn năm sau!
