Космический аппарат для дальних полётов за пределы Солнечной системы не несёт с собой топливо для полного изменения скорости. Он временно входит во взаимодействие с какой-либо планетой и использует её гравитационное поле для изменения траектории и скорости.

Соответствие:

• ресурсный объект — планета;

• поток или ресурс — гравитационное поле;

• преобразующий элемент — правильно выбранная траектория;

• получаемая функция — изменение скорости и направления.

Это особенно высокий уровень аналогии: физического соединения нет, связь осуществляется через гравитационное поле.

Иногда обычный инструмент слишком большой для задачи. Он не может ударить по частице размером в микрон, залезть внутрь клетки или работать прямо в крошечном канале.

Но инструмент можно создать прямо в жидкости.

Ультразвук заставляет порождать микроскопические пузырьки пара в жидкости, затем расти и… схлопываться.

Механизм этого явления, следующий:

• Зарождение. В микроскопической газовой полости или на частице возникает пузырёк.

• Рост. Из-за низкого давления жидкость испаряется внутрь него, а растворённые газы диффундируют в полость.

• Схлопывание. Давление резко возрастает, пар конденсируется, а оставшийся газ сильно сжимается.

В момент схлопывания температура и давление внутри могут кратковременно стать чрезвычайно высокими. Возможно образование активных радикалов, например -OH и -H, а при мощной ультразвуковой кавитации — кратковременно ионизированного газа, близкого к микроплазме.

Поэтому в момент схлопывания возникают мощные локальные потоки, микроструи и удары. На доли мгновения пузырёк превращается в одновременно в микро-молоток, микро-мешалку или микро-реактор.

Именно из этого вырастают основные применения акустической кавитации:

Очистить поверхность объекта (или труднодоступное место), контактирующего с жидкостью

Разбить комки частиц слипшегося вещества.

Безопасно вскрыть клетки, содержащие внутри нужное вещества, и достать содержимое

Смешать жидкости, которые в обычных условиях не смешиваются

Ускорить химическую реакцию

Быстро и полностью удалить из жидкости растворенный в ней газ.

Применение 1. Удалять загрязнения без прямого механического воздействия, в частности из труднодоступных мест.

Если для удаления загрязнений нежелательно применять механическое или химическое воздействие, или загрязнение невозможно достать, поскольку оно находится внутри отверстия, канала …

Осенний листопад - это повод поговорить с детьми об аэродинамике.

Предлагаю провести с детьми серию опытов, которые развивают наблюдательность и знакомят с базовыми физическими понятиями

Эксперимент «Падение листа: форма и сопротивление воздуха»

Спросите у ребёнка, почему один лист падает почти как камешек, а другой кружится, переворачивается и долго не приземляется? Если ребёнок ответит, что листья летят так, как им хочется, предложите провести эксперимент. Ведь у каждого листика есть свой секрет. Аэродинамический.

Описание опыта:

Соберите разные листья с разных деревьев. Пусть в наборе окажутся маленький и большой, узкий и широкий, простой и сложной формы – фигурный, с разрезами.

Затем нужно будет поднять листья на одинаковую высоту, одновременно отпустить и наблюдать за падением.

Полезно сначала предложить ребёнку сделать прогноз, как упадут листья (какой первым, какой последним), а уже потом проводить опыт. Так нарабатывается привычка исследователя: «Я думаю, что будет, а затем проверяю».

Наблюдайте:

• какой лист упал быстрее;

• какой дольше держался в воздухе;

• какой падал почти прямо;

• какой кружился, планировал или переворачивался.

Затем можно изменить форму одного и того же листа: свернуть его, сложить пополам, смять, разорвать на части — и снова проверить, как он падает.

Главная идея: воздух оказывает сопротивление движущемуся предмету.

Вопросы для развития научного мышления, которые можно задать ребёнку в процессе экспериментирования

Перед опытом:

• Как ты думаешь, какой лист упадёт быстрее? Почему?

• От чего это может зависеть?

• А если листья одинакового размера, но разной формы?

• Что будет, если один лист сложить?

Во время наблюдения:

Что происходит с листом, пока он падает?

• Он падает прямо или меняет направление?

Какой лист дольше находится в воздухе…

Хочешь забыть что-либо – плати за это.

У этого принципа необычная репутация: он выглядит как утверждение о компьютерах, а на самом деле это утверждение о забывании.

Бит — это шарик в ямке

Чтобы хранить один бит, нужна физическая система с двумя устойчивыми состояниями. Намагниченность вверх или вниз, конденсатор заряжен или разряжен, шарик лежит в левой ямке или в правой. Пока между ямками есть бугорок, шарик сидит там, куда его положили, и бит хранится.

Теперь важный вопрос: сколько стоит работа с этим битом?

Оказывается, почти все операции можно сделать почти даром. Скопировать бит, переставить, пропустить через логический элемент — если делать это медленно и аккуратно, затраты можно снижать сколько угодно. Никакого запрета природа тут не ставит.

А вот одна операция стоит денег всегда. Она называется стиранием.

Что такое стирание на самом деле

Стереть бит — это не «убрать шарик». Это команда: «положи шарик в левую ямку, независимо от того, где он был».

Вдумайтесь, что здесь происходит. До операции было два возможных положения. После — одно. Две разные ситуации превратились в одну и ту же, и различить их больше невозможно. Информация исчезла не в переносном смысле, а буквально: из состояния «после» нельзя восстановить состояние «до».

Почему за это надо платить

Вот здесь и вступает физика. Представьте, что вместо шарика в ямке у нас газ в сосуде, разделённом перегородкой пополам. Одна молекула — слева или справа, мы не знаем.

Команда «сделай так, чтобы молекула была слева» означает: сжать доступное пространство вдвое. А сжатие газа — это работа. Поршень надо толкать, и энергия, которую вы вложили, уходит в стенки сосуда теплом.

Ровно то же и с битом. Число возможностей сократилось вдвое — значит, беспорядок в памяти уменьшился. Но общий беспорядок во Вселенной уменьшат…

Можно ли охладить предмет ниже температуры окружающего воздуха, не потратив ни ватта?

Можно — если направить его радиатор мимо атмосферы, прямо в космос.

Лёд при плюсовой температуре

В XVIII веке британский офицер Роберт Баркер описал в трудах Лондонского королевского общества то, что делали в Индии задолго до него.

На открытом поле выкапывали неглубокие ямы, застилали их соломой, ставили сверху плоские пористые сосуды и наливали воду тонким слоем. Утром в них находили лёд — при том, что температура воздуха ночью не опускалась до нуля.

Персы делали то же самое в пустыне, храня зимний и «ночной» лёд в яхчалах — куполообразных ледниках с толстыми стенами.

Никакого испарительного охлаждения тут недостаточно: вода замерзала и в неподвижном влажном воздухе. Работало другое, и объяснение появилось только с термодинамикой излучения.

Вода излучала тепло в ночное небо. И небо оказалось несравнимо более холодным стоком, чем воздух над ней.

Окно, которого могло не быть

Всякое тело излучает. Тело при комнатной температуре — около трёхсот кельвинов — излучает в инфракрасном диапазоне с максимумом примерно на десяти микрометрах.

Атмосфера для инфракрасного излучения в основном непрозрачна: водяной пар и углекислый газ поглощают его почти во всём диапазоне и переизлучают обратно вниз. Именно поэтому ночью не наступает космический холод.

Но в этой непрозрачности есть щель. В интервале примерно от 8 до 13 микрометров атмосфера прозрачна — это так называемое окно прозрачности. Излучение, попавшее в него, уходит в космос, где температура фонового излучения составляет около трёх кельвинов.

Теперь соедините два факта. Окно лежит на 8–13 микрометрах. Максимум излучения тел земной температуры — около десяти. Окно приходится ровно на то место, где предметы вокруг нас излучают сильнее всего.

З…