Бодрящая физика

Сообщение №1

Сообщение Тарелка » 08 сен 2015, 16:19

БОДРЯЩАЯ ФИЗИКА

Ученые объяснили загадку кофейных пятен и заодно смоделировали квантовый мир

Кофе – главный напиток человечества после воды. По крайней мере, так могли бы решить инопланетяне, если бы оценивали важность тех или иных вещей по количеству научных (и не очень) публикаций. Большая часть написанного о кофе посвящено одному вопросу: пить или не пить. «Чердак» решил зайти с другой стороны и разобраться в физике любимого стимулятора.

Непокорные волны

Знакомая картина: торопясь на работу, человек покупает кофе и почти бежит к метро, попивая напиток на ходу. Несколько шагов – и половина кофе оказывается не в желудке, а на брюках. Чаще всего катастрофа происходит, если брюки светлые, но этому феномену ученые пока не нашли объяснения. Зато физики наконец разобрались, почему капучино или латте пролить сложнее, чем кофе без молока.

Чтобы выяснить, почему черный кофе обладает куда большей прыгучестью, команда исследователей из Принстонского университета сконструировала специальную установку, которая моделирует движения человека при ходьбе и состав кофе. Вместо молока физики использовали жидкое средство для мытья посуды: по словам ученых, оно дает очень стабильную пену, которая прочно держится весь эксперимент. Авторы подавали пену в имитирующую стакан с кофе емкость при помощи тонкой иглы, а затем раскачивали установку, повторяя движения спешащего человека.

Оказалось, что всего пять слоев пены на порядок (то есть в десять раз) уменьшают высоту волн, которые возникают на поверхности кофе при ходьбе. И если волн сантиметровой высоты вполне достаточно, чтобы испортить одежду, то миллиметровая рябь совершенно безопасна. Исследователи полагают, что пена «гасит» волны из-за того, что передает часть их энергии стенкам сосуда. Ровно тот же эффект работает с еще одним любимым Homo sapiens напитком – пивом. У «успокоительного» действия пены есть более скучная (хотя и очень полезная) область применения: перевозка жидких, в том числе взрывоопасных грузов.

119d649b175640ed0f361dca5934ca9b.jpeg


Кстати, совсем недавно физики придумали еще один способ, как при помощи кофе перевозить опасные грузы. Ученые из корейского Национального института науки и технологий в Ульсане показали, что спитая кофейная гуща идеально подходит для хранения природного газа – того самого, который горит синим пламенем в кухонных плитах. От 70 до 98 процентов в составе природного газа – это метан, и сегодня его перевозят в баллонах под большим давлением, что чревато взрывом.

Исследователи предложили хранить метан в специально подготовленной кофейной гуще: ее обрабатывают гидроксидом калия, а затем прогревают в печи до 700-900 градусов по Цельсию. Полученный материал, по словам авторов работы, «поглощает вообще всё», практически полностью исключая возможность взрыва. Второе достоинство такого материала – его цена, точнее, почти полное ее отсутствие.

65b1a229ccc5a8ecb87cd3960e7a9f3a.png


Загадка кругов

Хотя капучино и латте проливаются реже черного кофе, пятна на всех возможных поверхностях они оставляют примерно одинаково часто. Следы от пролитого кофе имеют очень характерную форму: если присмотреться, легко заметить, что края пятен окрашены намного боле интенсивно, чем центр. Высыхая, капли кофе образуют те самые круги, которые так часто встречаются на столах в кафе и офисах. Неравномерность окраски очень беспокоила ученых – и теперь физики из Пенсильванского университета наконец выяснили, в чем же дело.

Секрет «кофейных кругов» в том, что кофе – не истинный раствор, как, например, раствор соли в воде, а суспензия. То есть под микроскопом в кофе можно различить отдельные частицы – примерно так же, как в крови при увеличении видны ее форменные элементы, красные и белые кровяные тельца. Размер составляющих кофе частиц около одного микрометра (то есть они в тысячу раз меньше метра) и каждая из них – это почти идеальная сфера.

Ученые показали, что, плавая в жидкости, сферические частицы сбиваются в плотные комки. Когда капля кофе, попавшая, например, на стол, начинает подсыхать, силы поверхностного натяжения «подсасывают» жидкость от центра пятна к его краям. Плотные сферические комочки движутся вместе с водой, а когда она испаряется, остаются на краях пятна.

Исследователи моделировали высыхание кофейного пятна при помощи полимерных частиц разной формы. Когда ученые «разбавили» сферические частицы вытянутыми, эффект кофейных кругов исчез: эллиптические частички формируют менее плотные комки, которые легче разваливаются, поэтому отдельные частицы равномерно распределяются по пятну.

b0c3c792a29e424b9d592e4d30ec97da.png


Статья исследователей с описанием физики кофейных пятен опубликована в одном из самых престижных научных журналов – Nature. И дело не в том, что его редакторы очень любят кофе. Во-первых, процессы, происходящие в жидкостях, чрезвычайно сложны, и любое новое знание о них очень ценно. А во-вторых, проблема кофейных кругов интересует не только уборщиц в офисах: неравномерность окраски в высохших каплях куда больше волнует полиграфистов и художников. Краски – это те же суспензии и в них происходят точно такие же процессы, как в кофе.

Левитация в чашке

Еще одна до сих пор нерешенная загадка кофе – белесая пена, которая образуется на его поверхности. Чтобы не обижать главного конкурента кофе – чай, стоит отметить, что пена формируется и на нем, и даже на воде. Впервые ученые заинтересовались, откуда берется пена, еще в 1920-е годы, но до недавнего времени ответа на этот вопрос не было.

Кажется, теперь физики из Киотского университета подобрались к разгадке. Японцы подошли к задаче серьезно: чтобы наконец выяснить, как образуется пена, они поместили в чашку с водой миниатюрные камеры и стали постепенно нагревать содержимое. Оказалось, что по мере роста температуры крошечные – около 10 микрометров – капельки воды начинают бешено двигаться по чашке и даже «левитировать» над ней на высоте от 10 до 100 микрометров. Капли формируют треугольную решетку, которая составляет ту самую противную пену.

Какие силы помогают каплям «левитировать», пока неясно. По одной из версий, капли, как и многие другие миниатюрные объекты, легко приобретают электростатический заряд и отталкиваются друг от друга, формируя решетку. Другая гипотеза предполагает, что капли удерживаются в воздухе благодаря восходящим теплым потокам от поверхности воды. Чтобы выяснить, какая версия ерна, понадобится еще много хитроумных экспериментов.

Кофе как квантовый объект

Помимо всего прочего, чашка кофе – идеальная модель для изучения многих чрезвычайно сложных квантовых процессов. По крайней мере, в этом уверен профессор Ноттингемского университета Филлип Мориарти (Philip Moriarty). Мысль, что кофе и квантовая механика, в сущности, очень похожи, пришла ученому за очередной чашкой напитка – и физик немедленно начал конструировать установку, чтобы проверить свое предположение.

Ученый хотел доказать, что стоячая волна, которая возникает в чашке кофе, если она стоит на трясущемся столе, идентична волнам в квантово-механических системах наподобие той, что изображена на иллюстрации.

f6c64a86ba9d120bf442112296f964d3.jpeg

Мориарти сравнивал чашку кофе с системой из 48 атомов железа, расположенных точно по окружности. Из-за колебаний электронной плотности в такой системе снаружи от «изгороди» из атомов железа возникает «рябь», а внутри – круговые стоячие волны. В чашке кофе можно получить точно такие же волны – конечно, не потому, что она является квантово-механическим объектом, а из-за того, что и чашка и железная «изгородь» – почти идеальные окружности. Сходство двух систем не ограничивается внешним видом: поведение кофейных и электронных волн описывается одними и теми же уравнениями (конкретно – функциями Бесселя).



Так что кофе таит в себе гораздо больше интересного, чем видят сторонники и противники его употребления. Главное – не зацикливаться на привычном, а взглянуть на вещи по-новому. Или просто выпить чашечку эспрессо.

Ирина Якутенко, 08.09.2015 в 13:21
http://chrdk.ru/weekend/2015/9/8/phizika_kofe/
Verba volant, scripta manent

Тарелка
 
Автор темы

Сообщение №2

Сообщение Совёнка » 08 сен 2015, 19:51

Тарелка писал(а) on 08 сен 2015, 16:19 [?]черный кофе обладает куда большей прыгучестью

После этого предложения прям не знаю как дальше читать ))))
Изображение
Жизнь - удивительная штука: дырки на шкурке у кошки находятся ровно там, где у кошки глазки
Во всём виноваты Путин, Бог и глобальное потепление (с) один таксист

Совёнка
 

Сообщение №3

Сообщение GalinovMost » 09 сен 2015, 10:24

Тарелка писал(а) on 08 сен 2015, 16:19 [?]ак что кофе таит в себе гораздо больше интересного, чем видят сторонники и противники его употребления

Да-да, и еще из кофейной гущи получается замечательная маска для лица и волос :)
я трачу время как монетки
нелепо буднями звеня
а может это время тратит
меня

GalinovMost
 

Сообщение №4

Сообщение Тарелка » 16 ноя 2018, 21:33

Новый эталон килограмма утвердили в Версале на 26-й Генеральной конференции по мерам и весам.

Трансляция мероприятия велась на официальном канале конференции в YouTube.

Как поясняет Chemistry World, до настоящего времени килограмм оставался одной из немногих единиц, которые рассчитываются на основании физического объекта. Его эталоном служил цилиндр из платино-иридиевого сплава, хранящийся в Международном бюро мер и весов во французском Севре.

Теперь же в качестве эталонного килограмма будет использоваться универсальная формула, основанная на принципах квантовой физики.

Решение о переходе на новый эталон принято в рамках перехода к обновлённой Международной системе единиц (SI). Новое определение также получили кельвин, ампер и моль.
https://russian.rt.com/science/news/574 ... kilogramma
Verba volant, scripta manent

Тарелка
 
Автор темы

Сообщение №5

Сообщение мягкиелапки » 16 ноя 2018, 22:12

Тарелка, а цилиндр куда? На чапельники? У меня есть подозрение, что с этой целью все и затеяно :wait:
ищешь счастья, а приобретаешь опыт. иногда думаешь - вот оно, счастье! ан нет, опять опыт.

хочется на море
устриц и коктейль
а не на работу
в офис сквозь метель

мягкиелапки
 

Сообщение №6

Сообщение Ведьмежонок » 16 ноя 2018, 22:32

мягкиелапки писал(а) on 16 ноя 2018, 22:12 [?]На чапельники?

:lol:
Изображение
Малокомпетентные высокомотивированные граждане - проблема 21 века.

Ведьмежонок
 

Сообщение №7

Сообщение Совёнка » 17 ноя 2018, 13:40

мягкиелапки писал(а) on 16 ноя 2018, 22:12 [?]Тарелка, а цилиндр куда? На чапельники?

:yyy: :applause:
Изображение
Жизнь - удивительная штука: дырки на шкурке у кошки находятся ровно там, где у кошки глазки
Во всём виноваты Путин, Бог и глобальное потепление (с) один таксист

Совёнка
 

Сообщение №8

Сообщение Кикимора » 17 ноя 2018, 14:06

Не расскажете, чего ржете? Полезла смотреть, что это такое, ну ручка для сковородки... я уже и русский не понимаю? :scratch:

Кикимора
 

Сообщение №9

Сообщение ТаТаРин » 17 ноя 2018, 14:21

Кикимора, это прикол из фильма "день выборов", нашла цитату
Значит так, звонил Яник. Сказал, что он-таки отдал чапельники на экспертизу. В результате - металическая часть чапельника сделана… …из какого-то уникального сплава. Ему теперь чапельники достаются где-то по 18 центов за штуку, …а продать он их может, как минимум по 200 долларов за один чапельник. Слава, Слава, ну Яник тебя развёл. Изкакого сплава? Из чапельного? макс, он говорит 30 % палладия, 20 % иридия, остальное медь. Слава, это страшно дорогие металлы, в десятки раз дороже золота. Страшно дорогие металлы, в десятки раз дороже… В десятки раз дороже… Кажется, сегодня я это уже говорил. Генерал лейтенант Бурдун. - То есть, ты понял, что он сделал? - Нет ещё. - Нет? Значит, он продал 120 км этого кабеля, Казакам. - Ты понимаеш, он должен быть миллионером, Лёша? - Нет, не фига! – Почему? Он же продал им его как лом, на чапельники. Иначе они бы его не купили. То есть он, спустил сратегического сырья на миллионы долларов, за копейки. Вот сейчас, очень интересно, толко я ничего не понял. Не важно, Макс. Зато теперь, все военные в этом округе проголосуют за нас. [Поют:] Я на химию забил и на физику с приборчиком. Я стоял себе курил, другона по коридорчику.

ТаТаРин
 

Сообщение №10

Сообщение Совёнка » 17 ноя 2018, 16:01

Кикимора писал(а) on 17 ноя 2018, 14:06 [?]Полезла смотреть, что это такое, ну ручка для сковородки... я уже и русский не понимаю?

Это из фильма "день выборов". В контексте весьма забавно
Изображение
Жизнь - удивительная штука: дырки на шкурке у кошки находятся ровно там, где у кошки глазки
Во всём виноваты Путин, Бог и глобальное потепление (с) один таксист

Совёнка
 


Вернуться в Удивительное рядом

  • Последние обсуждения

Кто сейчас на конференции

Сейчас эту тему просматривают: CommonCrawl [Bot] и гости: 0

Uptime по данным Ping-Admin.Ru - сервиса мониторинга доступности сайтов Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика
Права на часть смайликов принадлежит порталу http://www.kolobok.wrg.ru
Прокрутить вверх