Интересные факты. Физика

Эффект Холла

В 1879 году американский физик Эдвин Холл об наружил, что если пропустить магнитное поле через тонкую золотую пластинку, по которой проходит электрический ток, то на концах пластинки образуется разность потенциалов. Этот эффект был позже назван его именем.

Как работает эффект Холла? Если линии магнитного поля расположены под прямым углом к течению тока, со стороны магнитного поля на проходящие по электрической цепи электроны начинает воздействовать сила, которая называется силой Лоренца. Она и отклоняет электроны, создавая разность потенциалов. Если убрать магнитное поле, напряжение на концах проводника снова станет равно нулю.

Эффект Холла используется во множестве датчиков, где требуется выяснить положение того или иного устройства или измерить его магнитное поле. Например, для отслеживания закрытия крышки ноутбука или для подсчёта, сколько чашек кофе приготовила кофемашина (при заваривании кофе кофемашина использует сильный ток и, следовательно, создаёт сильное магнитное поле), в компьютерных вентиляторах. Эти датчики называются датчиками Холла. Кроме того, существует двигатель для космических кораблей, основанный на эффекте Холла: электроны, захваченные силой Лоренца, используются в нём для ионизации атомов топлива.

Лунная радуга: что это и где можно увидеть?

Лунная радуга — это не радуга на Луне, как можно было бы подумать. Это радуга, которая возникает, когда лунный свет преломляется и отражается капельками воды, парящими в атмосфере Земли. Она хорошо видна только ночью.

Яркая точка – это не Луна, поскольку при наблюдении лунная радуга должна быть напротив Луны

Цвета лунной радуги трудно разглядеть, поскольку в ночных условиях не возбуждаются колбочки, отвечающие за цвет, и работают только палочки, отвечающие за яркость. В результате человеческому глазу лунная радуга обычно видится белой. Однако на снимках с длительной выдержкой и пост-обработкой возможно различить привычные цвета.

Лучше всего лунная радуга видна при фазе Луны, близкой к полнолунию, так как в это время спутник Земли ярче всего. Для появления радуги Луна должна находиться невысоко в небе: под углом меньше 42 градусов (это, как и для солнечной радуги, угол между направлением на источник света и взглядом наблюдателя), небо должно быть тёмным, а напротив Луны должен идти дождь или стоять туман. Эта комбинация необходимых требований делает лунные радуги намного более редкими, чем солнечные.

Но есть и ещё один способ увидеть лунную радугу. Это встать возле водопада, который в определённый период времени находится точно напротив Луны. Например, это водопады Виктория, водопады на Гавайях и в Йосемитском парке. В заповеднике «Камберленд-Фоллс» в американском штате Кентукки есть даже расписание лунных радуг! В России лунную радугу можно увидеть у водопадов на Кавказе и на Ямале.

Лунная радуга у водопада Йосемити. Снимок сделан в ночное время с длительной выдержкой

Отметим, что чёткое кольцо вокруг Луны, которое начинается на некотором отдалении от её диска (обычно белое, редко можно различить слабые цвета) — это не лунная радуга, а гало. Оно порождается преломлением лунного света сквозь шестиугольные ледяные кристаллы перистых облаков.

Лунное гало

Если смотреть на схемы Солнечной системы в школьных учебниках, может сложиться впечатление, что система наша пустынна и суха, и лишь посередине есть одна маленькая зелёно-голубая точечка, покрытая водой. Однако Земля — не единственный водный мир во Вселенной. Воду можно найти совсем недалеко… всего-то в паре сотен миллионов километров.

Для ответа на этот вопрос сначала нужно прояснить несколько моментов. Считаем ли мы водой только жидкую воду, или также пар и лёд? Ищем ли мы воду только на поверхности планеты или ещё и под ней, и в атмосфере?

Земля — единственная планета Солнечной системы, на поверхности которой есть большие стабильные массы жидкой воды. На всех других планетах, астероидах или лунах, она бы быстро испарилась или замёрзла. Однако есть несколько других мест, где потенциально могут быть запасы подземной (подмарсианской? поднептунианской?) воды. Есть также много спутников, комет и планет, на поверхности которой могут быть лёд или пар.

Титания, Оберон и другие спутники Урана

Все крупные спутники Урана, кроме Миранды, состоят из смеси примерно равных количеств льда и камня. Миранда же состоит преимущественно изо льда. Предполагается, что Титания и Оберон могут иметь океан из жидкой воды на границе ядра и мантии.

Энцелад, спутник Сатурна

Энцелад преимущественно состоит из водяного льда и имеет самую чистую в Солнечной системе ледяную поверхность. Кроме того, он отражает больше солнечного света, чем какое-либо другое тело Солнечной системы. В июне 2011 года группа учёных из Университета Гейдельберга (Германия) обнаружила, что под застывшей корой Энцелада находится океан и пришла к выводу, что вода в подземном океане спутника — солёная. Казалось бы, идеально для зарождения жизни?

Меркурий

На самой маленькой и самой близкой к Солнцу планете тоже есть вода! Полюса Меркурия часто не затронуты солнечным теплом, поэтому в них может накапливаться лед. Космический корабль «Мессенджер», наблюдавший за Меркурием, сделал несколько фотографий замёрзших ледяных шапок. Однако наличие жидкой воды маловероятно, потому что поверхность Меркурия раскалена.

Жёлтым цветом отмечены области с высокой радиолокационной отражательной способностью, по данным обсерватории Аресибо. Предполагается, что в этих местах находятся отложения водяного льда

Луна, спутник Земли

В XVII веке итальянские учёные Джованни Риччоли и Франческо Гримальди, описавшие лунные моря, предполагали, что они заполнены водой. Как выяснилось позже, в этих морях воды нет. Однако на самой Луне воды полно — в 2008 году индийский аппарат «Чандраян-1» обнаружил около шестисот миллионов тонн льда в кратерах около северного лунного полюса

Нептун и Уран

В верхних слоях атмосферы Урана и Нептуна обнаружены водяные пары. Предполагается, что значительную часть внутренностей этих планет может составлять лёд в так называемом суперионном состоянии — промежуточном положении между обычным льдом и жидкостью, существующем при давлениях в миллион раз выше земного атмосферного давления и температурах в несколько тысяч кельвинов.

Венера, Юпитер, Сатурн

В атмосферах Венеры и Юпитера, а также в атмосфере и кольцах Сатурна были обнаружены следовые количества пара или льда.

В атмосферу Юпитера вода попала, скорее всего, после удара кометы Шумейкеров — Леви 9, случившегося в 1994 году.

У Сатурна же в разных районах газовой оболочки концентрация воды разная. Выше всего — у экватора, самая низкая — у полюсов, что нереалистично для кометного сценария попадания воды на Сатурн. Источником воды, отмечают ученые, почти наверняка является Энцелад, спутник Сатурна, вращающийся почти в четверти миллиона километров от него. Именно на этом спутнике космический зонд «Кассини» разглядел гейзеры, которые выбрасывают в космос водяной пар.

Что касается Венеры, то миллиарды лет назад на ней, по всей вероятности, было значительно больше воды, чем сейчас. При помощи зонда Venus Express были получены доказательства того, что из-за солнечного излучения большой объём воды был потерян из атмосферы Венеры в космос.

Прямо сейчас жизнь, какой мы её знаем, существует только на Земле, где магнитное поле, солнечный ветер и переменные температуры создают широкий спектр экосистем и где густая, сочная атмосфера обеспечивает жизнь на земле, воде и в воздухе. Но в Солнечной системе есть огромное количество воды, а, значит, и большое количество возможностей для жизни. И, возможно, мы всё-таки не одиноки во Вселенной. Где-нибудь в тёмных глубинах далёких океанов вполне может процветать другая жизнь, принципиально не познаваемая и не воспринимаемая нами.

Зачем мячу для гольфа углубления?

Мяч для гольфа — один из самых узнаваемых спортивных снарядов: маленький белый мячик диаметром около 43 мм, твёрдый, покрытый сотнями небольших ямок. Зачем их там делают?

Первыми мячами для игры в гольф были деревянные шарики, изготовленные из деревьев лиственных пород. В XVII появились кожаные мячики, набитые гусиными перьями.

Мяч, набитый перьями Дата создания: 17-19 века

Только в XX веке появились «твёрдые» мячи, для изготовления которых использовались гуммиарабик или синтетические смолы.

Игроки в гольф быстро обнаружили, что потрёпанные мячи летели дальше, чем новые. Казалось, что вмятинки увеличивают длину броска. Но как именно это происходит?

Когда мяч летит, воздух обтекает его поверхность. Характер обтекания сильно влияет на сопротивление и, следовательно, на дальность полёта мяча. У гладких мячей в полёте пограничные слои воздуха срываются и не успевают зайти за мяч. Это образует зону пониженного давления позади мяча, которое словно затягивает его назад и таким образом увеличивает сопротивление.

Вмятины на мяче задерживают отделение пограничных слоев воздуха. Они проникают за мяч, из-за чего позади него давление не уменьшается, и сопротивление оказывается значительно ниже. Мяч с ямками летит быстрее и почти в два раза дальше, чем гладкий.

Кроме того, уменьшение сопротивления, создаваемого срывающимся с поверхности мяча воздухом, увеличивает подъёмную силу. Что, в свою очередь, улучшает подкрученные удары, усиливая искривление траектории из-за подкрутки. Опытным путём было установлено, что оптимальное число ямок на мяче – от 300 до 500. Обычно производители делают чётное число ямок, мячи с нечётным числом встречаются реже. Есть даже мнение, что на каждой фабрике есть человек, который проверяет и тщательно считает количество ямок, но это не точно

Но почему тогда не все мячи имеют такую поверхность? Почему, например, теннисный мяч пушистый?

Дело в другой технике удара. Современная техника игры в теннис подразумевает не плоское отражение мяча от подставленной ракетки, а скользящие удары. При этом мяч цепляется ворсом за струны ракетки. Игрок задаёт траекторию и скорость полёта мяча при помощи контакта с ракеткой, и управлять гладким мячиком было бы гораздо сложнее.

Кроме того, пушистый ворс увеличивает аэродинамическое сопротивление и уменьшает скорость полёта мяча, что позволяет игрокам удерживать её в пределах человеческого восприятия: около двухсот километров в час. Для сравнения, мячи для гольфа летают намного быстрее: рекорд скорости такого мяча – 339 километров в час!

А вот попытки нанести специальные бороздки на футбольный мяч часто заканчивались неудачей. Это произошло, например, с Adidas Jabulani — официальным мячом Чемпионата Мира 2010 в Южной Африке. Оболочка этого мяча состояла всего из восьми частей, и, следовательно, из меньшего числа швов. Излишнюю гладкость мяча компенсировали специальные бороздки на его поверхности.

По замыслу конструкторов, эти бороздки должны были удерживать пограничный слой, избавив полёт от случайных отклонений, и уменьшить лобовое сопротивление, чтобы мяч летел быстрее и дальше. Однако оказалось, что на поверхности мяча пограничный слой держится хуже, а вихри срываются слишком рано.По отзывам игроков, мяч получился абсолютно неуправляемым и вилял из стороны в сторону. Фабио Капелло, на тот момент главный тренер сборной Англии, заявил, что Jabulani – худший мяч, который он когда-либо видел.