Физика в картинках

2021-05-12 21:02:21 Физические характеристики сплавов различных металлов сильно отличаться от характеристик своих компонентов.

Например, сплав Вуда на основе висмута, свинца, олова и кадмия плавится уже при 65 градусах Цельсия, хотя все его компоненты при этой температуре твёрдые.

А т.н. советский сплав натрия, калия и цезия плавится уже при -78 градусах Цельсия, хотя все его компоненты сохраняют твёрдость даже при комнатной температуре.

И речь не только о температуре плавления. Например, сплав титана с золотом в соотношении 3:1 (т.н. сплав β-ti3au) по прочности (устойчивости к механическому износу) существенно превосходит оба металла.

Секрет в том, что в сплавах молекулы не просто механически смешиваются, а образуют новые, более сложные кристаллические решётки - и, соответственно, приобретают принципиально новые физические свойства.

На картинке - ячейка кристаллической решётки того самого β-ti3au. Открыть/Комментировать

2021-05-11 22:59:18 Молнии во время вулканических извержений - обычное дело, и механизм их не слишком отличается от механизма молний при обычной грозе.

Гроза возникает тогда, когда относительно холодная воздушная масса оказывается над прогретой частью суши. Возникает мощный конвекционный поток: нагреваясь от земли, воздух поднимается вверх. Из-за трения капелек о поднимающийся воздух те электризуются. Образуется электрический заряд и разность потенциалов между тучей (точнее, её нижней частью) и землёй. Кстати, именно поэтому молнии далеко не всегда бьют в землю - нередко разряд происходит между положительно и отрицательно заряженными областями самой тучи.

В вулкане, собственно, происходит то же самое: там тоже есть источник нагрева, который запускает конвекционные потоки, возникает трение, электризация - и бабах! Только вместо капелек воды в случае с вулканом фигурируют частички сажи, да и сам процесс идёт несколько интенсивнее.

На фото - молнии при извержении вулкана Кальбуко в 2015 году, фото Франсиско Нигрони. Открыть/Комментировать

2021-05-07 20:29:33 Кусочек урана-238 в камере Вильсона.

Камера Вильсона - ёмкость, заполненная насыщенными парами жидкости (чаще всего используется изопропиловый спирт).

Уран-238 претерпевает альфа-распад, т.е. испускает альфа-частицу (ядро атома гелия, 2 протона, 2 нейтрона), а сам превращается в торий-234.

Вылетающие альфа-частицы вдоль пути своего движения вызывают спонтанную конденсацию паров спирта, что приводит к образованию следов-треков из капелек жидкости.

Зачастую камеры Вильсона помещают в магнитное поле: под его действием траектории частиц искривляются. Измерив радиус закругления, можно подсчитать отношение массы частицы к её заряду и идентифицировать её. Открыть/Комментировать

2021-05-06 12:20:45 ​Чуть подробнее о том, что принципиально нового в новом космическом корабле Starship от SpaceX.

До сих пор все корабли летали в космос по схеме корабль-носитель. То есть, корабль закрепляют на мощной ракете с несколькими ступенями, которая взлетает, по дороге отбрасывает лишние ступени, ну и в итоге полезная нагрузка выводится в космос.

Даже предыдущие корабли Маска летали по той же схеме, только там сброшенные ступени возвращались на Землю.

Starship реализует другой принцип. По сути, это и космический корабль, и ракета-носитель в одном корпусе, так что она сможет взлетать, приземляться и снова взлетать, как в фантастических фильмах/книгах.

Правда, для взлёта с Земли всё-таки потребуется дополнительная первая ступень. Но на Луну или Марс такой космический корабль сможет приземлиться "одним куском" и так же взлететь.

Это реально новое слово в космонавтике, раньше такого никто не делал. И нормальное освоение других планет без такой технологии невозможно, так что - да, это большой шаг вперёд.

Плюс - прогрессивный и новый для SpaceX двигатель, использующий в качестве топлива метан, который в теории тоже можно производить прямо на Марсе из местного углекислого газа. Добавлю, что Starship - пока единственный корабль с метановым двигателем, свой метановый "Союз-7" Россия планирует запустить лишь в 2026-м.

В общем, серьёзная заявка на покорение Красной планеты! Открыть/Комментировать

2021-05-06 10:16:08 SpaceX успешно испытала Starship SN15.

Корабль, который планируют использовать для полётов на Луну и Марс, успешно стартовал, взлетел на 10 километров, после чего приземлился обратно. Провести испытание удалось с пятой попытки: первые четыре были неудачными.

Starship SN15 представляет собой космический корабль, интегрированный со второй ступенью ракеты-носителя. Предполагается, что в такой компоновке корабль сможет самостоятельно приземляться на Луну и Марс и взлетать с этих планет; для старта с Земли на околоземную орбиту всё-таки потребуется дополнительная первая ступень. Открыть/Комментировать

2021-05-05 19:14:54 Звёзды, которые мы видим расположенными рядом на небе, на самом деле могут располагаться весьма далеко друг от друга: они кажутся близкими лишь потому, что наш мозг воспринимает звёздное небо как сферу.

Вот так, к примеру, на самом деле располагаются звёзды ковша Большой Медведицы. Открыть/Комментировать

2021-05-05 15:14:47 Мы уже говорили о нейтронных звёздах - самых плотных объектах во Вселенной, не считая чёрных дыр. Из-за их плотности нейтронные звёзды формируют мощные гравитационные поля, способные оказывать ощутимое влияние даже на свет - в том числе и электромагнитное излучение, которое излучает сама звезда.

Это приводит к занятным эффектам: мы можем наблюдать одновременно оба полюса нейтронной звезды, которые должны были бы быть невидимыми для нас по законам обычной перспективы. Но гравитация искажает ход лучей, искривляя его, так что нейтронная звезда выглядит примерно так, как изображено на картинке. Открыть/Комментировать

2021-05-04 11:52:00 Некоторые жидкости при охлаждении со сверхнизких (единицы градусов выше абсолютного нуля) претерпевают занятный фазовый переход: они становятся сверхтекучими.

В таких жидкостях отсутствует вязкость: то есть, при течении такой жидкости та не испытывает никакого сопротивления.

Почему так происходит?

С точки зрения классической физики это явление объяснения не имеет. Но так как речь идёт о взаимодействии на уровне молекул, то следует принимать во внимание эффекты квантовой физики.

Одной из особенностей взаимодействий частиц в микромире является то, что передача энергии здесь осуществляется не как угодно, а порциями - квантами. Проще говоря, величина энергии, которой могут обменяться частицы при взаимодействии, не может быть меньше некоего минимального значения.

Так вот: в очень холодной жидкости возможна ситуация, что энергия молекул меньше, чем это минимальное значение. А значит, обмениваться энергией молекулы жидкости не могут, межмолекулярное взаимодействие по сути исчезает - а с ней и вязкость. Открыть/Комментировать

2021-05-03 16:06:38 ​Колонизация марса начнётся со... строительства заправки?

Основной проблемой с покорением Марса является не то, как туда попасть, а то, как вернуться обратно.

Подъём с поверхности планеты на её орбиту является самым сложным в плане энергозатрат этапом любого космического путешествия. Более 90 % массы стартующей с Земли ракеты составляет топливо. Гравитация Марса слабее, то затраты топлива на взлёт с его поверхности тоже будут значительны. А значит, топливо для взлёта с Марса придётся везти с собой с Земли. А для этого его, топливо, сначала надо будет вывести на околоземную орбиту, на что, снова-таки, надо будет потратить топливо. Замкнутый круг!

Но этот замкнутый круг можно разорвать, если севший на Марс космический корабль сможет заправиться чем-то прямо на месте. А это вполне возможно.

Даже углеводородное топливо в принципе можно получить непосредственно на Марсе, используя т.н. процесс Сабатье из углекислого газа марсианской атмосферы и водорода. Последний, в свою очередь, можно получить, разлагая на кислород и водород воду, которой на Марсе тоже достаточно, хоть и в твёрдом виде. Кислород кстати тоже пригодится как окислитель для топлива.

Если же двигатели будущих планетолётов будут работать на смеси водорода и кислорода (а это один из предполагаемых вариантов развития ракетной техники), то всё ещё проще, и для производства топлива для взлёта с Марса достаточно будет разложения местной воды.

Кстати, эта схема интересна ещё и тем, что производство такого топлива можно наладить ещё и на Луне, где с углекислым газом напряжёнка.

Короче, вполне вероятно, что сначала на Марс "в один конец" полетит минизавод по производству топлива (с экипажем или автоматический), и лишь потом, через несколько лет на Красную планету отправится первая возвращаемая экспедиция. Открыть/Комментировать

2021-05-03 13:20:28 ​В астрономии размер имеет значение: по сути, именно масса звёзд является ключевым параметром, определяющим их характеристики и эволюцию.

Если звезда рождается на свет (в результате сжатия космического газового облака под действием его собственной гравитации) с массой меньше 0,077, то ей не суждено нагреться до того, чтобы запустить в своих недрах термоядерные реакции, став, таким образом, настоящей звездой. Эти недозвёзды называют коричневыми карликами.

Точнее, кое-какие реакции там всё-таки идут: понемножку "выгорает" дейтерий, литий, бериллий. Но "настоящую" реакцию синтеза гелия из водорода такие недозвёзды запустить не могут. И поэтому большую часть своей жизни коричневые карлики проводят, медленно и печально кружа по космосу, излучая в окружающее пространство накопленную за время гравитационного сжатия тепловую энергию.

Из-за низкой (от 700 градусов Кельвина) поверхностной температуры значительная часть излучения таких недозвёзд лежит в инфракрасной части спектра, за что эти объекты и получили своё название.

Нижней границей массы коричневых карликов считается масса в 0,012 массы Солнца (13 масс Юпитера): в более лёгких объектах не могут запуститься даже самые простые термоядерные реакции, и поэтому их принято считать просто планетами.

И да. Коричневые карлики даже могут иметь планетные системы, а наиболее близкие к ним планеты могут получать от коричневого карлика достаточно тепла для того, чтобы быть обитаемыми. Правда, из-за того, что коричневый карлик постоянно остывает, на такой планете становится всё холоднее. Впрочем, расчёты показывают, что в целом близкая к коричневому карлику планета может находиться в зоне обитаемости несколько миллиардов лет, чего в целом может быть достаточно на формирование жизни, в том числе и достаточно сложной.

На картинке - сравнение размера коричневого карлика и Солнца. Открыть/Комментировать