Dodaj do ulubionych
Spotkanie z nauką VIII
   Witam serdecznie po raz ósmy stałych czytelników i po raz nie wiem który pozostałych, będących w innym stanie skupienia (o nich poczytacie sobie na końcu). Dzisiejsze spotkanko będzie najmocniejszym ze wszystkich odbytych dotychczas. A to dlatego iż dziś wreszcie opracujemy plan ... podróży w czasie (z którego realizacją przy dzisiejszym poziomie technologii będą niestety spore problemy)!!

I - Moc

   Moc to taka sprytna jednostka fizyczna, wyrażająca ilość pracy (zużytej energii) wykonaną w jednostce czasu. Wyraża się wzorem M = L/t (moc = praca przez czas). Szkolny wzór jest taki sam, tylko literki są inne. A tłumacząc definicję mocy na bardziej ludzki język można powiedzieć iż jest to szybkość, z jaką zużywamy energię (bądź wykonujemy pracę). Podstawową jednostką mocy w układzie metrycznym (SI) jest wat, oznaczany literką W. Częściej jednak spotkamy się z kilowatami - kW (kilo = tysiąc). Wat z kolei to dżul na sekundę. Drugą jednostką mocy, wychodzącą u nas już z użycia jest koń mechaniczny - KM. Zdefiniował ją James Watt (tak naprawdę był to horse power - hp, który różni się nieznacznie od KM). Stworzył ją ... na potrzeby reklamy, gdyż sprzedawał maszyny kopalniane własnej konstrukcji. Watt zmierzył ile czasu zajmuje przeciętnemu qnikowi wykonanie długotrwałej pracy a potem zmierzył z jaką prędkością tą samą pracę wykonuje jego maszyna (była to akurat pompa usuwająca wodę z kopalni). Po pomiarach i obliczeniach stworzył jednostkę, która mówiła iż maszyna o mocy 1 konia mechanicznego może zastąpić w pracy jednego qnia z krwi i kości. Niezła reklama, gdy maszyna osiągała kilka lub więcej KM. Dla ścisłości jeszcze tylko parę zależności między KM, W oraz hp:

1 KM = 735,49875 W
1 KM = 1,01387 hp
1 hp = 745,7 W
1 hp = 0,98632 KM
1 kW = 1,3596 KM
1 kW = 1,341 hp

   Oczywiście im więcej mocy ma urządzenie tym przeważnie lepiej. Nasz sprzęcior stereo ma zapewne kilkaset watów, telewizor około 300, poczciwy Maluch (Fiat 126p) w zadzie chowa 24 KM a taki na przykład McLaren F1 (swego czasu najszybszy, seryjnie produkowany samochód świata) ponad 700 qni! Wszelkie czajniczki i takie tam są raczej mało ciekawe, ale także posiadają jako taką moc. A człowiek? Raczej nie ma się czym chwalić. Przeciętny homo nie zawsze sapiens ma około 0,3 KM, czyli około 220 W mocy. Na szczęście mamy maszyny i zwierzęta ...

II - Podróże w czasie

   Podróżowanie w czasie to coś więcej niż tylko kolejne marzenie większości z nas, to pragnienie całej ludzkości. Pragnienie, które jak najbardziej może się spełnić, tylko że zupełnie inaczej niż to sobie wyobrażamy ...

   A wszystko ma źródło w teorii względności niejakiego Alberta Einsteina. Zakładam, że większości z Was, drodzy czytelnicy, nie jest ona obca. To pozwoli mi pominąć wszelkie zawiłości (które w rzeczywistości nie są takie zawiłe) i przejść do jednego tylko stwierdzenia: teoria względności głosi, że poruszające się zegary chodzą wolniej. Dziwne, prawda? Ale jak najbardziej prawdziwe! W roku 1960 naukowcy z Uniwersytetu Michigan przeprowadzili eksperyment, którego celem było doświadczalne udowodnienie tej tezy. W samolotach i na ziemi ustawiono zegary atomowe, zsynchronizowane ze sobą co do trzynastego miejsca po przecinku. Samoloty z niebagatelną prędkością udały się w podróż dookoła świata. Gdy wróciły porównano wskazania zegarów z pokładu z tymi, które pozostały na powierzchni ziemi. I co się okazało? Zegary z samolotów późniły się, czyli chodziły wolniej!! Tak, czas jest względny ...

   Prędkość samolotów była jednak zbyt mała aby różnica czasu była bardziej odczuwalna, a zarejestrowanie tej różnicy zawdzięczamy bardzo dokładnym zegarom. Dopiero przy prędkości zbliżonej do prędkości światła można uzyskać powalające efekty. A jak doskonale wiemy światło (w próżni) porusza się z prędkością 299 792 458 metrów na sekundę. W zaokrągleniu jest to 300 tysięcy kilometrów na sekundę. Dla porównania: aby prom kosmiczny opuścił Ziemię musi osiągnąć troszkę ponad 11 km/s. Ale załóżmy, że człowiek zrobi wielkie postępy i skonstruuje pojazd poruszający się z prędkością kilkunastu lub kilkudziesięciu kilometrów na sekundę. Dla skomplikowania sytuacji załóżmy, że mamy brata bliźniaka. Żegnamy się z nim na dziesięć lat i lecimy w kosmos poorbitować sobie w "wehikule czasu", pędzącym z prędkością 50 tysięcy kilometrów na sekundę (czyli w ciągu sekundy raz okrążymy Ziemię). Potem wracamy do domu, zdrowi i wypoczęci, spotykamy brata (lub siostrę) bliźniaka i co się okazuje? Ano okazuje się, że jesteśmy o prawie trzy miesiące młodsi od swego bliźniaka, co znaczy tyle iż przenieśliśmy się te parę miesięcy w przyszłość! Spytacie zapewne dlaczego tak mało. Po prostu "wehikuł czasu" poruszał się za wolno. Dopiero przy prędkości bliskiej c (tą literką oznacza się prędkość światła) efekty byłyby piorunujące. A wszystko wyjaśnia prosty wzorek:

T = sqrt[ 1 - β²] · t

   Słucham? Nie prosty? A to tylko dlatego, że nie wiecie iż współczynnik β (grecka beta) to po prostu iloraz prędkości, z którą porusza się obiekt (w naszym przypadku wyimaginowany "wehikuł czasu") do prędkości światła, czyli β = v/c. Sqrt to oczywiście oznaczenie pierwiastka. T to czas podróżującego (czyli nasz) a t to czas, jaki zaobserwuje obserwator (czyli nasz bliźniak pozostały na Ziemi). Jak łatwo wyliczyć ze wzorku czas podróżującego w omawianym powyżej przykładzie będzie stanowił 98,6 % czasu zmierzonego przez obserwatora. A jeśli "wehikuł" poruszałby się np. z prędkością wynoszącą dwie trzecie prędkości światła? Wtedy (pauza na obliczenia) ... Wtedy bylibyśmy młodsi od naszego bliźniaka aż o cztery lata i trzy miesiące (w ciągu dziesięciu lat na Ziemi u nas minęło by tylko 57,7 % tego czasu). Pobawcie się wzorkiem sami! A cała ta zadyma z bliźniakami nosi naukowy termin "paradoksu bliźniąt", mimo iż nie jest paradoksem a zjawiskiem jak najbardziej realnym ...

   Szczególna teoria względności nie oszczędza nie tylko czasu. Otóż długość poruszających się obiektów też ulega zmianie: zmniejsza się ona w kierunku ruchu. Wraz z prędkością wzrasta także ciężar (nie masa) ciała. W tym wszystkim masa i energia równoważą się. I właśnie dlatego żaden obiekt, który porusza się z prędkością mniejszą od prędkości światła nie może zostać do niej przyspieszony (gdyby osiągnął prędkość światła jego masa byłaby nieskończenie wielka, a to nie możliwe). Uff. Nawet nie wiecie jak milusio pisze się z czegoś takiego kolosa ...

>III - Stany skupienia

   W zależności od oddziaływania cząsteczek wszelkie substancje dzielimy na gazy, ciecze i ciała stałe. W gazach cząsteczki znajdują się w dużych odległościach, działając na siebie w minimalnym stopniu. Gaz nie ma postaci (kształtu) ani objętości, zajmując równomiernie całą dostępną przestrzeń. W cieczy cząsteczki są blisko siebie, ale nie są ze sobą związane. Dlatego ciecz nie ma własnego kształtu, przyjmując kształt naczynia, w którym się znajduje. Za to ciecz ma własną objętość, którą zachowuje poddana niewielkiemu działaniu sił zewnętrznych. W ciałach stałych oddziaływania między cząsteczkami pozwalają na utrzymanie całości w sztywnej strukturze. Substancja taka ma określony kształt, który nie ulega trwałym odkształceniom, i określoną objętość.

   Przejście ze stanu gazowego w ciecz nazywa się skraplaniem, z cieczy w ciało stałe krzepnięciem. Zamiana ciała stałego w ciecz to topnienie a cieczy w gaz to parowanie. Ale na tym nie koniec. Czasami bywa tak, że ciało stałe od razu przechodzi w gaz. Proces taki zwany jest sublimacją, której odwrotność (przejście gazu w ciało stałe) to resublimacja.

IV - Bonus

   Pierwszy park narodowy "dla pożytku i radości ludzi" powstał w Stanach Zjednoczonych Ameryki Północnej w 1872 roku w górnym biegu rzeki Yellowstone. Park ten ma 898 tysięcy hektarów powierzchni i bogaty jest w wodospady, kaniony, gejzery, rozległe lasy (sosna, świerk, jodła, osika, olcha, wierzba), w których biegają sobie bizony, łosie, niedźwiedzie, grizli i baribale (niedźwiedź czarny). Największy park znajduje się w północno-wschodniej Grenlandii (należącej do Danii) i obejmuje obszar aż 70 milionów hektarów. Na wyróżnienie zasługuje także amerykański Park Narodowy Redwood w Kalifornii. Rosną w nim kilkusetletnie sekwoje o wysokości od 80 do 100 metrów, mierzące u podstawy 9 metrów średnicy. Te imponujące drzewa potrafią przeżyć aż dwa tysiące lat.



© 2003-2007 by Ecnelis