Левитация лягушки в магнитном поле: «Весь трюк был в том, что летало что-то живое». Профессор Ян Кис Маан — о работе Андрея Гейма в Голландии, летающей лягушке и слабости гравитации

Содержание

«Весь трюк был в том, что летало что-то живое». Профессор Ян Кис Маан — о работе Андрея Гейма в Голландии, летающей лягушке и слабости гравитации

— Вы столько времени проработали с русскими учеными — у вас были Андрей Гейм и Константин Новоселов, сейчас в Университете Радбода работает Михаил Кацнельсон, да и вообще Неймеген широко известен в узких кругах своей русскоязычной диаспорой физиков. Чем-то они отличаются от европейских?

— Да, отличаются. Например, по какой-то забавной причине в России теоретики считаются более высокой кастой, чем экспериментаторы, хотя на Западе все наоборот. Может быть, в 30−50-е — во времена Капицы — это было не так, но позднее, на моей памяти, это было уже так. Поэтому в нашей среде есть такая шутка: если хочешь стать знаменитым на Западе, нужно опровергнуть теорию (или найти какой-то еще не предсказанный поворот), а если хочешь стать знаменитым в России, то единственный путь — это экспериментально подтвердить существующую теорию. Это прямо видно по статьям советских теоретиков в 70−80-е годы: статья начинается с постановки задачи и объяснения, почему это важно, а потом безо всякой вводной части начинаются теоретические выкладки, в которых автор следует своей собственной логике, совершенно не интересуясь тем, что уже наблюдалось в экспериментах, или еще не наблюдалось, или вообще было опровергнуто. В таком подходе есть свой смысл — так ты не ограничиваешь свою фантазию теоретика и, возможно, найдешь что-то важное и неожиданное подобным открытым поиском. Но читать такие статьи экспериментатору трудно: раздражаешься, потому что не видишь ссылок на то, что для тебя давно очевидно и известно. Ваши теоретики своеобразны, я еще бы сказал, что у них квант общения — 10 минут. Это касается и научных дискуссий, и личных бесед на кухне о том, хороша или плоха обязательная служба в армии или сухой закон. Согласны или не согласны — каждый должен выступать 10 минут, а после этого можно возражать. Раньше — нет. У меня давние академические связи с Россией, еще с советских времен. Я работал с людьми из Института физических проблем, из Института теоретической физики имени Ландау в Москве, Института физики твердого тела в Черноголовке, Института им. Иоффе в Санкт-Петербурге.

Ян Кис Маан. Фото: Radboud University / CC BY-SA 3.0

— Гейм попал к вам в результате этой череды академических обменов?

— Нет, он как раз нет. В 1992 году я сам получил повышение и вместе с этим в моей группе появилось свободное место ассистента профессора. И я начал очень широкий поиск, чтобы заполнить эту позицию. Одним из откликнувшихся был Андрей, который в то время работал в Университете Ноттингема. У него были прекрасные рекомендации, и мы в результате отбора наняли его. Это было, конечно, попадание пальцем в небо, но это почти всегда так при найме нового сотрудника. Андрей тогда не обладал таким научным авторитетом, как сейчас, или даже 10 лет назад, но он мне показался веселым, оригинальным, немного дерзким. С необычным подходом — как к физике, так и к жизни. Но не все было однозначно, я думал что-то вроде: «Или ты гений, или просто болтун, который рассказывает так много всего, что я следить не успеваю и вообще сомневаюсь, что этому можно верить». Такими же были и отзывы о нем: одни говорили, что он гений, а другие — что он шарлатан. Он уже тогда был неоднозначной личностью. Но он мне понравился, и я подумал, что если это гений, то его будет жалко упустить, поэтому надо рискнуть и дать ему шанс. Так Андрей проработал здесь с 1994 по 2001 год. И университет благодаря этому много выиграл. Когда я приехал сюда в 1992 году, здесь было немного провинциально, и я хотел каких-то ярких людей, чтобы они встряхнули тут все. Андрей отлично подходил для этого.

— Жалко было, когда он уезжал?

— Да нет, это нормальный процесс — ему нужно было расти, и переезд в Манчестер и был ростом. Я сам как ученый вырос в немецкой системе институтов Общества имени Макса Планка, там знаете какое правило? Как только вы получили постоянную позицию в институте, вы уже не можете карьерно расти внутри него, только стать директором. Никаких внутренних повышений, хотите повышения — уходите в другую организацию. Я считаю, это хорошая система, потому что дельных — или думающих, что они дельные, — людей всегда больше, чем позиций. И нельзя повышать только своих, для этого и сделан запрет. А здесь за 10 лет он сделал очень, очень многое. История с левитирующей лягушкой, известная всему миру, — результат очень серьезной работы по диамагнитной левитации, возникающей при сильных полях, но при комнатной температуре — в отличие от эксперимента «гроб Магомета» с магнитом, левитирующим над сверхпроводником, охлажденным с помощью жидкого азота до температуры порядка -120 градусов по Цельсию. Сам он всегда находился в поиске — самых блестящих и подающих надежды идей. Эксперимент с лягушкой был, возможно, не самым ярким с точки зрения физики, но он привлек внимание, в том числе людей вне физики, он заставлял задуматься и узнавать новое. Это было очень в духе Андрея: он тогда только открывал в себе этот талант — не только физика, но и публичного интеллектуала, привлекающего внимание, рассказывающего красивую историю и приглашающего в нее. Он понял, что он это умеет и ему это нравится.

Андрей Гейм. Фото: ИТАР-ТАСС / Станислав Красильников

— Шнобелевскую премию он как воспринял?

— Очень хорошо! Он был очень рад, с удовольствием поехал туда, вышел на сцену со всеми этими забавными людьми вокруг, в этой немного абсурдистской обстановке — с кричащей девочкой, бумажными самолетиками. Это был хороший стиль. Как и сама лягушка. Сначала мы левитировали другие объекты — например, кусок пиццы, капли воды, молока, кофе. Но они выглядели довольно гадко. И тогда мы подумали: нужно что-то другое, что-то живое. И мы стали вместе с коллегами-биологами думать, что это могло бы быть. Пришли к лягушке: лягушка может быть очень маленькой, но при этом выглядеть большой, ведь они все похожи. Даже лягушка в сантиметр длиной на хорошей картинке выглядит как такая нормальная толстая лягушка. Наша коллега-биолог утащила четырех маленьких лягушек из вивария — их там было полно, мы сделали эксперимент и фото.

— А лягушки выжили?

— Я точно помню, что одна сбежала. Упрыгала от нас. Трех мы вернули, а о ее судьбе я ничего не знаю. Но, думаю, ей было лучше, чем ее сестрицам, оставшимся на биологическом факультете для опытов.

— Хорошо, сняли лягушку — и это была минута славы?

— Да нет! Сначала реакции было вообще ноль! Что-то вышло в местных газетах — и все. А потом Андрей вышел на Майкла Берри — английского теоретика, который занимался именно теорией левитации диамагнитных объектов. Он этим экспериментом заинтересовался и рассказал о нем на какой-то лекции, достаточно публичной. Об этом написал New Scientist и потом — бам! — совершенно неожиданно пошла лавина. За два дня после New Scientist у нас побывали «Би-би-си», CNN, газеты, местное ТВ, английское ТВ. Это был февраль 1997 года, а эксперимент был сделан еще в сентябре 1996 года. Вообще, это было очень кстати, потому что я как раз пытался получить деньги на строительство вот этой лаборатории, где мы с вами сидим. И на обложке заявки на ее создание была левитирующая лягушка. Весь трюк был в том, что летало что-то живое.

Кадры из эксперимента по левитации лягушки. Источник: youtube.com

— Но чем же это так поразительно?

— Хорошо, политкорректная история в следующем: этот эксперимент показывает, насколько слаба гравитация. Потому что диамагнитные силы — малюсенькие, исчезающе слабые. И вот этой мелочи достаточно, чтобы преодолеть гравитацию! То есть в этом эксперименте мы чувствуем слабость гравитации. И это не то, что люди хотят услышать: для них гравитация — это единственное, что они чувствуют, что имеет значение, что они понимают, что держит их на Земле! А оказывается, что магнитная сила слабенькая может преодолеть гравитацию — вот в этом была история.

— А как университет это воспринял?

— Тоже хорошо! Мы считаем, что любая реклама хороша — в разумных пределах. Понимаете, Голландия — это не Германия. В Германии наука всегда уважаема и занимает важные позиции в обществе. В Голландии наука считается чем-то скучным, и занудным, и непонятно зачем нужным. И такой вот живой пример — летающая лягушка — идеально подходил, чтоб этот образ развеять. Конечно, были 20% зануд, которые говорили, что это вторично с точки зрения науки, тут ничего нового и зачем это. Но 80% понимали, что любая реклама хороша. За десять лет до этого другие голландские ученые сделали МРТ-снимок двух людей, занимающихся любовью, — так что все видно изнутри и трехмерно. Это тоже был такой отличный живой пример, и они тоже получили Шнобелевскую премию (премию за МРТ коитуса голландцы получили в том же 2000 году, что и Гейм; но как они сами пишут в своей статье, их исследования начались в 91-м — прим. «Чердака»). И для них, и для него это точно не было помехой в карьере. А сейчас это вообще модно, он пишет про Шнобелевку в своем резюме.

— А потом?

— А потом было пора Андрею двигаться дальше. Десять лет — хорошее время для перемен. У него были и другие предложения — здесь, в Голландии, но он выбрал Манчестер и там открыл графен и сделал клейкую ленту-геккона, оформилось их сотрудничество с Костей Новоселовым, но это уже другая и гораздо более хорошо известная история. Наше сотрудничество отчасти продолжилось и всегда было очень приятным.

— Но он в своей нобелевской биографии не очень хорошо отзывается о голландской академической системе.

— Да, но это именно то, о чем я говорил: никакого карьерного роста внутри организации. Он это называл авторитарным. Но о личных отношениях он говорит там же очень тепло, и я эти эмоции разделяю. Мы всегда очень хорошо общались и с ним, и с его женой Ириной, помогали друг другу. Это было хорошее время.

 Александра Борисова

Что такое магнитная левитация и как это возможно

Что такое магнитная левитация и как это возможно

Магнитная левитация — технология, метод подъёма объекта с помощью одного только магнитного поля. Магнитное давление используется для компенсации ускорения свободного падения или любых других ускорений.

Слово «левитация» происходит от английского «levitate» — парить, подниматься в воздух. То есть левитация — это преодоление объектом гравитации, когда он парит и не касается опоры, не отталкиваясь при этом от воздуха, не используя реактивную тягу. С точки зрения физики, левитация — это устойчивое положение объекта в гравитационном поле, когда сила тяжести скомпенсирована и имеет место возвращающая сила, обеспечивающая объекту устойчивость в пространстве.

В частности магнитная левитация — это технология подъёма объекта с помощью магнитного поля, когда для компенсации ускорения свободного падения или любых других ускорений используется магнитное действие на объект. Именно о магнитной левитации и пойдет речь в данной статье.

Магнитное удержание объекта в состоянии устойчивого равновесия можно реализовать несколькими способами. Каждый из способов имеет свои особенности, и к каждому можно предъявить претензии, вроде «это не настоящая левитация!», и так оно на самом деле и будет. Настоящая левитация в чистом виде недостижима.

Так, теорема Ирншоу доказывает, что, используя только ферромагнетики, невозможно устойчиво удерживать объект в гравитационном поле. Но несмотря на это, с помощью сервомеханизмов, диамагнетиков, сверхпроводников и систем с вихревыми токами возможно достичь подобие левитации, когда какой-нибудь механизм помогает объекту сохранять равновесие, когда тот поднят над опорой магнитной силой. Однако обо всем по порядку.

Электромагнитная левитация с системой слежения

Применив схему на базе электромагнита и фотореле можно заставить левитировать небольшие металлические предметы. Предмет будет парить в воздухе на некотором расстоянии от неподвижно закрепленного на стойке электромагнита. Электромагнит получает питание, пока фотоэлемент, закрепленный в стойке, не затенен парящим предметом, пока на него попадает достаточно света от неподвижно закрепленного контрольного источника, это значит, что объект нужно притянуть.

Когда объект достаточно приподнят, электромагнит отключается, поскольку в этом момент тень от перемещенного в пространстве объекта падает на фотоэлемент, перекрывая свет источника. Объект начинает падать, но упасть не успевает, так как снова включился электромагнит. Так, отрегулировав чувствительность фотореле, можно добиться эффекта, при котором объект будет как-бы висеть на одном месте в воздухе.

На самом деле объект непрерывно то падает, то вновь немного приподнимается электромагнитном. Получается иллюзия левитации. На этом принципе основана работа «левитирующих глобусов» — довольно необычных сувениров, где к глобусу прикреплена магнитная пластина, с которой и взаимодействует электромагнит, скрытый в подставке.

Диамагнитная левитация

Графитовый грифель от простого карандаша является диамагнетиком, то есть веществом, которое намагничивается против внешнего магнитного поля. В определенных условиях происходит полное вытеснение магнитного поля из материала диамагнетика, например графитовый грифель обладает высокой магнитной восприимчивостью, и начинает парить над неодимовыми магнитами даже при комнатной температуре.

Для устойчивости эффекта магниты следует собрать в шахматном порядке (полюса магнитов), тогда графитовый стержень не выскользнет из «магнитной ловушки» и будет левитировать.

Редкоземельный магнит с индукцией всего 1 Тл может висеть между пластинами висмута, а в магнитном поле с индукцией 11 Тл можно между пальцами стабилизировать «левитацию» маленького неодимового магнита, поскольку руки человека являются диамагнетиком, как и вода.

Известен достаточно широко распространенный опыт с левитирующей лягушкой. Животное аккуратно помещают над магнитом, который создает магнитную индукцию больше 16 Тл и лягушка, демонстрируя диамагнитные свойства, фактически зависает в воздухе на небольшом расстоянии от магнита.

Левитация в условиях вихревых токов

Вихревые токи (токи Фуко), наводимые переменными магнитными полями в массивных проводниках также способны удерживать предметы в левитирующем состоянии. Например катушка с переменным током может левитировать над замкнутым кольцом из алюминия, а алюминиевый диск будет парить над катушкой с переменным током.

Объяснение здесь такое: по закону Ленца, индуцируемый в диске или в кольце ток будет создавать такое магнитное поле, что его направление станет препятствовать причине его вызывающей, то есть в каждый период колебаний переменного тока в индукторе, в массивном проводнике будет индуцироваться магнитное поле противоположного направления. Так, массивный проводник или катушка подходящий формы смогут левитировать все время пока включен переменный ток.

Аналогичный механизм удержания проявляется, когда неодимовый магнит роняют внутри медной трубы — магнитное поле индуцированных вихревых токов направлено противоположно магнитному полю магнита.

Ранее ЭлектроВести писали, что японская компания Lexus показала свой первый функционирующий прототип ховерборда – летающей доски для скейтбордистов.

По материалам: electrik.info.

Паралаба. Разбор заданий

Наука vs Паранаука

1. Левитация

Тело может парить в условиях гравитации без опоры о воздух или любое другое физическое тело.

Да

Сегодня известна левитация сверхпроводников в магнитном поле, а за эксперимент с левитацией живой лягушки в сильном магнитном поле Андрей Гейм получил в 2000 году Шнобелевскую премию. Технология магнитной левитации сегодня используется для пассажирских поездов.

 

2. Телегония

Наследственность ребенка зависит не только от матери и отца, но и от наследственности предыдущих половых партнеров матери.

Нет

На сегодня нет никаких научных данных, которые бы подтверждали передачу наследственного материала от предыдущих половых партнеров матери ребенку. Если, конечно, не считать таким “материалом” ВИЧ-инфекцию.

 

3. Алхимия

Ртуть можно превратить в золото

Да

В 1940 году американские физики Шерр и Бэйнбридж доложили об успешных результатах: бомбардируя атомы ртути (80) быстрыми нейтронами, они получили золото (79). Другое дело, что изотопы имели массовые числа 198, 199 и 200. Таким образом, золото получили, но оно существовало короткий промежуток времени. Следовательно, современные приверженцы алхимии не имели повода ликовать, а эксперименты необходимо было продолжать. Далее было показано, что атомы ртути с массовыми числами 196 и 199 имеют больше всего шансов превратиться в золото — его единственный устойчивый изотоп золото-197.. И после проведения реакции его действительно получили. 100 грамм ртути превратили в 35 мкг золота.

Превращение ртути в золото возможно, но… нерентабельно

 

4. Панспермия

Источником жизни на Земле могли стать органические соединения, занесенные на нашу планету из космоса

Да

Глицин – это одна из основных аминокислот, которая входит в состав большинства белков.

В 2016 году ученые сообщили об обнаружении глицина в газовом облаке кометы Чурюмова-Герасименко (на картинке). Открытие было сделано с помощью прибора ROSINA, состоящего из двух масс-спектрометров и датчика давления [1]. Кроме глицина ученые обнаружили фосфор, который также является важным компонентом для возникновения жизни. Фосфаты, соединения содержащие фосфат-ион PO4−3, входят в состав ДНК, РНК и фосфолипидов, которые формируют клеточные мембраны. Это не исключительный случай. В 2009 году в ходе миссии Stardust аминокислота была найдена в хвосте кометы 81P/Вильда [2]. А всего на кометах было найдено более полутора десятков разных органических соединений, включая спирты, амины, нитрилы, амиды и изоцианаты.

И это только то, что достоверно существует. Гипотезы звучат еще более головокружительно. Химики из NASA доказали экспериментальным путем, что в космических условиях из простых молекул может образоваться витамин В3 [3]. Другой эксперимент показал, что вещество комет может содержать диамин-карбоксильные кислоты — строительные блоки пептидонуклеиновых кислот (ПНК) [4].

Есть предположение, что более простые и стойкие к действию высоких температур ПНК могли предшествовать молекулам РНК и ДНК в кодировании генетической информации у самых ранних организмов (гипотеза ПНК-мира), живших рядом с глубоководными вулканами [5].

С учетом этого есть далеко не нулевая вероятность того, что кометы способствуют образованию первородного «бульона» в водоемах планет, которые подходят для поддержания жизни. А значит, гипотеза панспермии, согласно которой жизнь была занесена на Землю извне, может быть верна.

1 – https://phys.org/…/2016-05-comet-glycine-key-recipe…

2 – https://www.newscientist.com/…/dn17628-found-first…/

3 – https://www.nasa.gov/…/vitamin-b3-might-have-been-made…/

4 – https://www.nature.com/articles/416403a

5 – https://www.pnas.org/content/97/8/3868

 

5. Телепатия

Слово, задуманное одним человеком, может быть передано другому

Да

На сегодня это могут многие реализации нейрокомпьютерных интерфейсов. Существуют методы, которые по анализу электрической активности мозга могут распознавать буквы, задуманные человеком. Таким методом является электрокортикография мозга. Это инвазивный метод, при котором считывающие электроды размещаются прямо на теменной доле. От электродов сигнал передается на компьютер, где буквы с высокой вероятностью распознаются методом искусственных нейронных сетей. В описанном опыте (см. ссылку) распознаваемый словарь превышал тысячу слов, а процент ошибок был ниже 10%. https://neurohive.io/ru/novosti/brain2char-nejroset-dekodiruet-tekst-iz-pokazanij-mozga/

 

6. Евгеника

Организм человека может быть искусственно изменен таким образом, что внесенные изменения станут наследуемыми

Да

Такие изменения могут быть внесены в эмбриональные клетки с помощью технологий генной инженерии, например, CRISPR-Cas. Тогда они станут наследуемыми.

https://www.nature.com/articles/s41698-019-0080-7/figures/1

 

7.
Скорость света

В любой среде скорость света выше, чем скорость частицы, имеющей массу покоя

Нет

Постулат СТО утверждает, что максимальной возможной скоростью (около 300 тыс. км в секунду) является скорость света в вакууме. Но скорость света зависит от прозрачности среды распространения. В воде электрон может двигаться быстрее света. При этом электрон становится источником черенковского излучения. За открытие этого излучения и теоретическое объяснение его природы советские физики Тамм, Франк и Черенков были удостоены Нобелевской премии.

 

8. Бессмертные клетки

Раковые клетки человека могут жить и делиться неограниченно долго

Да

Выделенные у пациентки клетки рака шейки матки — HeLa — в 1951 году, живут и размножаются до сих пор. В разных лабораториях мира их несколько тонн. Эти клетки умеют наращивать теломеры и поэтому количество делений у них неограниченно, в отличие от всех нормальных клеток человека.

 

9. Телепортация

Состояние одной элементарной частицы может мгновенно передаваться другой элементарной частице.

Да

При телепортации (телепортинге или квантовой телепортации) происходит мгновенная передача состояния (например, спина) от одной из двух спутанных частиц — к другой. Элементарные частицы полностью описываются набором состояний (то есть две частицы с одинаковыми состояниями принципиально неразличимы) и поэтому передача состояния — фактически является “телепортацией” частицы. Опыты по телепортации фотонов впервые были поставлены в 1997 году и с тех пор неоднократно подтверждались.

 

10. Мировой эфир

Свет представляет собой колебание мирового эфира, который почти не взаимодействует с веществом.

Нет

Теория мирового эфира активно развивалась весь 19 век. Она оказалась крайне плодотворной. С ее помощью были открыты такие фундаментальные теории, как законы Максвелла, группа Лоренца и многие другие. Первым элементом Периодической таблицы Менделеева в ее первой редакции был не водород, а ньютоний, который Менделеев считал элементом, образующим мировой эфир. Но физики были вынуждены отказаться теории эфира после того как в опытах Майкельсона и Морли было показано полное отсутствие “эфирного ветра” — то есть невозможность зафиксировать даже малое взаимодействие эфира с веществом. Эйнштейн в СТО показал, что теорию электромагнитного излучения можно построить без мирового эфира. Но сегодня теория мирового (или светоносного) эфира — это паранаучная теория, которую до сих пор в той или иной степени пытаются доказывать в самых разных псевдонаучных работах.

 

Ваша версия

Многие научные теории долго и трудно находят подтверждения своей правоты. Иногда они подтверждаются только частично. Эту трудность обоснования научных теорий использует паранаука в своих целях. Не всегда бескорыстных.

11. Коперниканская революция

Гелиоцентрическая система мира была выдвинута Николаем Коперником в работе, опубликованной в 1543 году. Но ее приняли далеко не все астрономы. Одно из возражений против системы Коперника было отвергнуто только в 1814 году. Какое?

A. Система Коперника менее точна, чем система Птолемея

B. Если бы Земля вращалась, облака плыли бы всегда с востока на запад

C. Если бы Земля вращалась, ее разорвали бы центробежные силы

D. Если бы наблюдатель двигался вместе с Землей, менялось бы видимое положение звезд

Первоначально Коперник предположил, что планеты вращаются вокруг Солнца по круговым орбитам. В системе Птолемея планеты двигались по сложным траекториям (эпициклам). Обе системы неточны, но система Птолемея давала более точные предсказания, например, лунных затмений. Кеплер, установил, что орбиты представляют собой эллипсы, и составил на основании системы Коперника и полученных им самим законов движения планет Рудольфинские астрономические таблицы (1627) более точные, чем таблицы, основанные на системе Птолемея.

Закон инерции, объясняющий в том числе и движение облаков, был предложен Галилеем в первой половине XVII века. Эта проблема нашла окончательное решение работах Ньютона в конце XVII века. Тогда же Гюйгенс доказал, что центробежные силы не разорвут вращающуюся Землю.

Отсутствие наблюдаемых годичных изменений в положении звезд относительно движущегося наблюдателя — или явление параллаксов звезд — оставалось нерешенной проблемой вплоть до XIX века. Тогда никто уже не сомневался, что Земля действительно вращается вокруг Солнца. Система Коперника давно победила, но вопрос, заданный еще древними греками Аристарху Самосскому, — первому астроному, предложившему гелиоцентрическую систему, оставался без ответа. И только в 1814 году астроному Фридриху Струве удалось измерить параллакс Альтаира. Это случилось почти через триста лет после публикации работы Коперника.

 

12. Плоская Земля

Какое из наблюдаемых явлений не является подтверждением того, что Земля имеет шарообразную форму.

A. Изменение звездного неба при передвижении наблюдателя с юга на север

B. Суточное чередование дня и ночи

C. Круглая тень Земли во время лунного затмения

D. Корабль, скрывающийся за горизонтом

Все три наблюдения подтверждающие шарообразность Земли: изменение звездного неба при передвижении с юга на север, тень Земли во время лунного затмения, корабль, скрывающийся за горизонтом — приводит уже Аристотель в своем трактате “О небе”. Суточное чередование дня и ночи, конечно, не является подтверждением шарообразности Земли и вполне с теорией плоской Земли согласуется.

 

13. Вода

Какое из приведенных утверждений является научно установленным?

A. Вода может сохранять долгоживущую структуру («память воды»)

B. При многократном разбавлении водой активного вещества его воздействие усиливается

C. Вода образует кластеры из нескольких молекул

D. Воду можно «зарядить» на расстоянии, то есть создать в ней структуру

Благодаря межмолекулярным водородным связям вода действительно образует локальные кластеры из нескольких молекул. Это связано с выраженным дипольным моментом, который имеет молекула воды. Такие кластеры обычно быстро распадаются под действием теплового движения, но они определяют многие свойства воды, которая является “связанной жидкостью”, https://elementy.ru/novosti_nauki/430353/Prodolzhaetsya_izuchenie_struktury_vody Но говорить о глобальной структуре и тем более о том, что вода хранит память о хороших или плохих эмоциях, что ее можно “зарядить” через телевизор — совершенно невозможно.

О том что воздействие активного вещества при многократном разбавлении растет, благодаря “памяти воды”, постоянно говорят гомеопаты, но убедительных независимых научных подтверждений этого явления на сегодня не получено.

https://ru.wikipedia.org/wiki/Структурированная_вода

http://www.xliby.ru/nauchnaja_literatura_prochee/o_vode_i_rode/i_001.png

14. Гомеопатия

При приготовлении гомеопатического средства несколько граммов активного вещества разбавили водой в отношении 1:100. Процесс разбавления повторили 200 раз. Сколько молекул активного вещества остается в среднем в одной таблетке гомеопатического препарата?

A. Ни одной

B. Две-три

C. Сотни тысяч

D. Миллионы

Количество молекул в одном моле вещества равно числу Авогадро 6,022140857(74)⋅1023. Столько молекул содержится в 12 граммах углерода. Разведение 1 моля «чистого» препарата до концентрации 1 : 6,022⋅1023 (по классификации гомеопатов 12С) будет содержать только одну молекулу исходного вещества. Таким образом, вероятность того, что 1 моль разведения 13C содержит хотя бы одну молекулу исходного вещества, равна 1 %, для 14С 0,01 % и т. д., вероятность того, что эта молекула содержится в одной дозе препарата, — соответственно ещё меньше. При приготовлении анаферона по утверждению производителей многократно разводятся антитела к белку гамма-интерферону. Если активное вещество разбавили водой в отношении 1:100 и процесс разбавления повторили 200 раз (200С) — а это довольно типичная процедура, используемая при изготовлении гомеопатических средств (например, того же анаферона), то наиболее вероятно, что никаких активных молекул в “лекарстве” просто нет: одна молекула на 100 000 000 таблеток. А есть в этом “лекарстве” только вода, молочный сахар и случайные примеси.

Как велик один моль?

6,022 . 1023 Приблизительное представление об этом гигантском числе мы сможем получить лишь на основе наглядного сравнения. Например, такого: представим себе, что все население земного шара 1990 года — примерно 6 миллиардов человек — приступило к подсчету этого количества атомов. Каждый считает по одному атому в секунду. За первую секунду сосчитали бы 6 . 109 атомов, за две секунды — 12 . 109 атомов и т. д. Сколько времени потребуется человечеству в 1990 году, чтобы сосчитать все атомы в одном моле? Ответ ошеломляет: около 3 200 000 лет! Клаус Гофман. http://www.alhimik.ru/read/hoffman64.html

 

15. Френология

Френология была разработана в трудах Франца Галля в первой трети XIX века. Для своего времени она была очень прогрессивной. Какое из положений этой теории на сегодня считается лженаучным?

A. Психические отклонения связаны с физиологическими изменениями

B. Психика человека зависит от формы его черепа

C. Работа мозга представляет собой взаимодействие самостоятельных подсистем

D. За разные психические функции отвечают разные зоны мозга

Френология сыграла положительную роль в развитии науки о мозге. В первую очередь тем, что свела задачи объяснения психических явлений к физиологическим. Галль составил одну из первых карт мозга, и его предположения о различных зонах мозга, отвечающих за различные психические функции, оказалось в целом верными, хотя и крайне неточными. Но то, что о психике человека можно судить по форме черепа, конечно, было ошибкой.

Нобелевский лауреат-2010 Андрей Гейм — «Известиям»: Из графена пока рано делать деньги | Статьи

Самая престижная в мире премия в этом году присуждена двум физикам, которые родились, учились и начали свою научную работу в России. Почему их карьера сложилась не дома, каковы перспективы их открытия, обозревателю «Известий» Татьяне Батенёвой рассказал руководитель центра мезоскопической физики и нанотехнологий Манчестерского университета (Великобритания) Андрей Гейм.

известия: Андрей, когда мы договаривались об этом интервью, вы сказали, что еще только учитесь жить с Нобелевской премией. Чему именно приходится учиться?

андрей гейм: До премии моя жизнь была занята работой, как говорят англичане, «twenty four seven» («двадцать четыре часа семь дней в неделю». — Авт). А теперь почти каждый день нужно найти несколько дополнительных часов, чтобы поговорить с журналистами. Кроме того, приходит бесконечное число приглашений на всякие конференции, встречи и т.п. Ну и, конечно, всем вдруг стало нужно написать характеристику, все стали друзьями… Но с этим легко смириться.

и: А с чем сложнее?

гейм: Наше общество хочет хлеба и зрелищ, и последние тридцать лет на науку идет постоянное наступление. Поэтому приходится многое объяснять и простым людям, и правителям, которые только кажутся великими, недосягаемыми и всезнающими. А когда с ними встретишься, понимаешь: они тоже ничего не понимают в науке, да и в других областях вовсе не эксперты. А Нобелевская премия ставит на человеке некую печать — вроде как его мнение особенное, заслуживающее особого доверия. Поэтому я даже стал менее издевательски формулировать свои заявления.

известия: Да уж, ваше острословие широко известно. Значит, премия сделала вас более политкорректным?

андрей гейм: Нет, политкорректным я не стал, но перестал высказываться о том, в чем не так сильно уверен. Поэтому круг тем, по которым я могу высказываться с ехидством, сузился. Но количество странных дел, от которых невозможно отказаться, выросло. Приведу пример. Приходит послание от президента Буркино-Фасо с поздравлениями и просьбой подписаться под письмом в ООН. Цель письма — высказаться против… как же это по-русски… да, против женского обрезания в Африке. Что в таком случае делать?

и: И что же вы сделали?

гейм: Я подумал о многих своих знакомых, которых действительно нужно бы обрезать (смеется) — шутка, конечно! И подписываться не стал. Решил, что не являюсь экспертом или пророком в любой теме. А, например, на днях я полчаса разговаривал с Шимоном Пересом, президентом Израиля. Человек очень поддерживает науку в Израиле, один из организаторов того, что по-русски называется «Роснано», а у них будет «Израильнано», что ли? В науке и нанотехнологиях я что-то понимаю и от таких встреч отказаться не могу. Но это два дня жизни.

и: Тогда давайте о науке. Как вам вообще пришло в голову опровергнуть самого великого Ландау? Я читала, что он утверждал: одноатомного слоя углерода существовать не может в принципе, потому что это противоречит законам физики.

гейм: Здесь много чего не понято даже некоторыми моими коллегами. Ландау и все остальные считали, что невозможен рост таких двумерных материалов. То есть рост двумерного или одномерного слоя углерода требует высокой температуры, а высокая температура, согласно Ландау, делает невозможным рост таких материалов. Но наша идея заключалась в том, что если нельзя вырастить такой слой в свободном состоянии, то можно вырастить как трехмерную систему — то есть графит. А после того как графит уже выращен, при низкой температуре, очень далекой от точки плавления, никаких проблем со стабильностью этого материала нет. То есть мы вырастили трехмерную систему, а потом из трехмерной вытащили одноатомную плоскость- и все. По-английски, я перевод не знаю, если взять «bottom-up and top-down approaches», то «bottom-up» невозможен, а с «top-down» — никаких проблем (речь идет о двух подходах к решению любой технологической задачи: «снизу вверх» или «сверху вниз». — Авт.).

и: Значит, когда начинали эти работы, вас не смущало, что придется опровергать классиков?

гейм: Когда работаешь, про классиков не думаешь. Вопрос ставится по-другому: есть некая область, в которой осталось много чего несделанного. При этом условия изменились — появилось новое оборудование, новый взгляд на вещи. Можно ли привнести в эту область что-то новое? Идея совершенно простая — я, наверное, об этом буду рассказывать в своей нобелевской лекции. Пришел ко мне очередной аспирант, я ему говорю: существует область, которая выглядит довольно интересно, — это карбоновые нанотрубки. Мы в нее вдаваться не будем, но давайте попробуем сделать графит примерно такой же толщины, как нанотрубки, — не сотни слоев в один атом, а десятки и даже еще тоньше. Интересных работ по тонким слоям графита на то время не существовало. И это стало отправной точкой.

и: Что же было потом?

гейм: После этого мы стали делать слои все тоньше и тоньше, пока не дошли до одного атома. Вопроса, возможен ли в принципе один слой, у меня даже не возникало. Думал лишь о том, что это плохо исследованная система, а мы можем привнести в нее что-то новое и конкурировать с нанотрубками.

и: Подход оказался удачным. А позже вы использовали его как универсальный в поиске новых направлений?

гейм: Нет, на самом деле графен был последним шагом (Гейм произносит название материала «graphen» — «графин», как оно звучит по-английски, что для русского уха довольно забавно. — Авт.). В 1987 году я закончил свою кандидатскую диссертацию. Тема — «Исследования ультрачистых металлов методом геликонного резонанса» — столь же неинтересная, как и содержание работы. Тогда я для себя решил, что вещами, которые были мертвыми уже двадцать лет назад, больше никогда заниматься не буду, попытаюсь поискать новую экспериментальную систему и исследовать ее. Это удалось — работы того времени получили признание. Я был по сути дела в четырех местах — и в России, и в Копенгагене, и в Бате, и в Ноттингеме… Каждый раз, когда переходишь из одного университета в другой, естественно, приходится изучать новую технику, новые условия, брать новое направление работы. И я вновь попытался найти свою, уникальную нишу — тоже получилось вполне успешно. Опубликовал в престижных журналах несколько статей по теме «Микроскопическая сверхпроводимость». Но когда запас знаний и методик большой, хочется пробовать что-нибудь новое. Поэтому я придумал некую идеологию для самого себя: в свободное от работы время надо пробовать то-сё, пятое-десятое. И время от времени какие-то эксперименты ставил, обычно с помощью студентов-дипломников. Один из них получил известность — это левитация.

и: Да уж, ваша знаменитая парящая в магнитном поле лягушка прошла по всем мировым СМИ.

гейм: Я начал с исследования воды в сильных магнитных полях. Но когда увидел, что вода летает, а люди не верят, то понял: нужно им по носу щелкнуть и показать, что не только вода, но и все остальное способно летать, в том числе и они сами.

и: Это представляется совершенной фантастикой. Из курса школьной физики мы помним, как ведут себя в магнитном поле разные металлы. Но чтобы вода, лягушки, сухие кузнечики и прочее висели в воздухе…

гейм: Это явление известно уже 150 лет и называется «диамагнетизм». Им обладает все — от бумаги до камней, пластика, живых организмов, газа. И все примерно одинаково, поскольку это атомарная физика и не требует никаких специальных свойств. На самом деле уникально ведут себя в магнитном поле металлы, магниты. Все остальное слабо магнитно-отталкивающееся. Этот слабый магнетизм мы просто продемонстрировали наглядно.

Андрей Гейм, его супруга Ирина и Константин Новоселов (справа налево) в своей лаборатории (фото из личного архива Андрея Гейма)

и: Давайте вернемся к графену. Вы его создали, что и оценено по достоинству. Но как скоро человечество сможет воспользоваться практическими результатами? Мы действительно на пороге производства новых материалов, которые перевернут электронику и многие технологии, или до них еще далеко?

гейм: Честно? Мой ответ — и да, и нет. Уже существуют маленькие компании, и их много, которые продают определенные материалы из графена для научных исследований. Скажем, проводящие чернила и тому подобное. Объем продаж по всему миру — несколько миллионов долларов в год. И это потрясает, поскольку в истории еще не было материала, который в течение пяти лет из академической лаборатории перепрыгнул в индустриальное производство. Обычно это требует десятки лет, как было, например, с тефлоном. Кремнию вообще потребовалось столетие. Хотя много говорят о том, что это будет переворот в электронике — графен вместо кремния, но пока это мечта. Люди работают, но воплощение далеко за пределами сегодняшнего горизонта. Все обещания — пустые на сегодня. Но между начальной и конечной точками существует куча возможных применений.

и: Расскажите хотя бы о некоторых.

гейм: Недавно я был на Samsung, они мне показали свою графеновую карту — план по созданию устройств на основе графена. Между сегодняшним днем и 2025 годом у них проставлено 50-100 вариантов возможного применения. Один из первых, для которого, как они говорят, потребуется всего один-два года, — тачскрин на мобильных телефонах, покрытый графеном. Без сомнения, это материал широкого применения, но остается вопрос: сколько это даст? 10 миллиардов долларов или 100 триллионов долларов? Останется ли применение узким или все-таки каждая домохозяйка что-то получит от нашего открытия?

и: На форуме «Роснанотех» Константин Новосёлов заявил, что у вас нет патента на графен. У кого же он есть?

гейм: Патенты на графен, на разные вариации, наверное, существуют у сотни человек. Мы думали о том, чтобы запатентовать его, но патент был бы столь широким, что его невозможно защищать. Я как-то на конференции разговорился с представителем одной из крупнейших в мире компаний по электронике и сказал ему, что у нас есть практически готовый патент. Спросил, готова ли его компания поучаствовать, так как поддерживать патент и защищать — дело очень дорогое и сложное. А он ответил: «Да, мы следим за графеном, и, если вдруг лет через пятнадцать найдем, что это действительно важная система, мы посадим сто патентоводов, каждый из которых напишет сто патентов в день. И вы потратите всю свою жизнь, чтобы нас засудить». Тогда я понял, что патенты, особенно широкие, делают богатыми только патентоводов.

и: Ученые, которые уезжают из России, главным образом ищут за рубежом возможность работать, а уже потом материальное благополучие. В чем, по-вашему, главный плюс в организации научной деятельности в Европе?

гейм: Это зависит от того, на каком уровне находишься. Я подозреваю, что в России нобелевским лауреатам, скажем, живется лучше, чем в Англии и других странах. А если ты нормальный ученый и пытаешься сделать нечто новое, это, конечно, небо и земля. РФФИ (Российский фонд фундаментальных исследований. — Авт.) был единственной структурой, раздававшей деньги по конкурсу, то есть на основании научных заслуг. Все остальные деньги в России идут не по конкурсу, а по связям, должностям и т.п. В Англии система такая: если у меня нет грантов, которые получены по конкурсу, я себе ручку не могу за счет университета купить. Как говорила Алиса в Стране чудес, чтобы стоять на том же самом месте, надо все время бежать. В России этого нет. Тем, кто бежать не хочет, а хочет командовать, это очень выгодно. А тем, кто все-таки пытается что-то сделать, приходится плыть в очень вязкой среде. Меня недавно попросили охарактеризовать состояние российской науки двумя словами. Я вспомнил Карамзина и новое русское слово, которое узнал недавно, и произнес только одно слово — «откатывают».

и: Ваши друзья в России рассказывают, что вы — заядлый турист, альпинист. Эта часть жизни в Англии продолжается?

гейм: Я по-прежнему люблю высокие горы. К сожалению, в 2010-м никуда не ходил. А два года назад был в Эквадоре, поднимался на гору Котопахи. Есть надежда, что следующим летом схожу на самую высокую гору на Борнео.

и: Для этого надо быть в хорошей физической форме. Каким образом вы ее поддерживаете?

гейм: Когда 10 лет назад родилась моя дочка, это был настолько большой стресс для меня, что я набрал лишние десять килограммов, и сбросить до сих пор никак не получается. Но, несмотря на свой солидный вес — сто килограммов, в горы поднимаюсь. И там легко вхожу в форму. Ну и дважды в неделю хожу в спортзал, бегаю, занимаюсь на тренажерах. Если этого не делать, работоспособность жутко падает.

и: А по улицам бегать в Манчестере не принято?

гейм: Во-первых, не принято. А потом, природы, как в Подмосковье, нет. В Манчестере по улицам так же приятно бегать, как, может быть, по Садовому кольцу в Москве.

и: И сколько же вы пробегаете за одно занятие?

гейм: Пять километров. Это полчаса, и еще полчаса занимаюсь на тренажерах.

и: Да вы просто образец для большинства ученых. В научной среде это не очень-то принято.

гейм: Нет, в Черноголовке люди спортом занимаются.

Андрей Гейм (слева) с друзьями на вершине горы Килиманджаро в Африке

и: Как учится ваша дочка Александра?

гейм: Очень хорошо, и по математике, и по физике, да и по всем прочим предметам.

и: Говорит ли по-русски?

гейм: Ни по-русски, ни по-голландски не говорит. Сейчас считает себя голландкой, но это чтобы выделяться среди других (Андрей Гейм и его семья — граждане Нидерландов. — Авт.).

и: Дома вы разговариваете по-английски?

гейм: С женой по-русски, а с дочерью обычно приходится переходить на английский. По-русски она понимает, но быстро устает. Мы надеемся как-нибудь отправить ее к моему брату или другим родственникам. Они живут в Германии, но дома говорят по-русски. Там, где не будет возможности общаться на английском, русский язык сразу же всплывет. А в России друзья остались, но трудно туда попасть, в Россию.

и: Почему?

гейм: Я один раз пытался, так от меня потребовали, чтобы явился в посольство лично. Я для визы в любую страну — в Индию, Китай и т.п. — могу послать паспорт по почте. Только заполняй анкету, плати деньги — и все сделают. А там было черным по белому написано, что людям, которые раньше были гражданами России, визу по почте получить нельзя, только лично, тебя должны проверить. Посольство в Лондоне, а на поездку туда у меня нет и не будет времени.

и: А вы хотели бы приехать?

гейм: Это не от меня зависит. Если важное какое-нибудь мероприятие, то поеду.

и: Над чем будете работать завтра?

гейм: Графен — настолько большая область, что, оставаясь в ней, можно прыгать очень далеко. Я физик и никогда не думал, что когда-либо займусь химией. Но вот недавно прыгнул на флюорографин (информация об этом новом материале, созданном Геймом и Новосёловым, который по-русски называют фторографен, только что прошла по всем новостным каналам. — Авт.), а это чисто химическая тема. И в ближайшие пять-десять лет я графен бросать не собираюсь. Мне он напоминает произведения Джека Лондона об открытии Аляски. Возникает даже такая картина: вот идет цепочка золотоискателей, сотни и сотни людей поднимаются на перевал, и у каждого рюкзак, а в нем колышки. Этими колышками они начинают столбить землю. Графен — это Аляска с золотыми жилами. В нем еще много чего можно и нужно открыть. У меня колышков еще очень много, и есть надежда воткнуть их в землю.

* * *

СПРАВКА «ИЗВЕСТИЙ»

Андрей Константинович Гейм родился в 1958 году в Сочи, в семье инженеров. В 1975 году закончил с золотой медалью среднюю школу N 3 в Нальчике, столице Кабардино-Балкарии. В одном из интервью сказал, что чувствует себя европейцем, но на 25% — кабардинобалкарцем.

После школы поступал в МИФИ, но неудачно, считает, что помешало происхождение — он является этническим немцем. Работал около года на Нальчикском электровакуумном заводе, затем поступил в МФТИ, который закончил в 1982 году с отличием («четверка» была лишь одна — по политэкономии социализма).

Поступил в аспирантуру и через пять лет защитил кандидатскую диссертацию в Институте физики твердого тела Академии наук СССР. Работал там же, а с основанием Института проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов перешел туда.

В 1990 году получил стипендию Королевского научного общества Великобритании, работал в университетах Англии, Дании, Нидерландов.

С 2001 года — в Университете Манчестера. Почетный профессор Делфтского технического университета, Высшей технической школы Цюриха, Антверпенского университета.

В 2008 году получил предложение возглавить Институт Макса Планка в Германии, но отказался. Супруга Ирина Григорьева работает вместе с ним.

Среди научных достижений — создание особого клейкого слоя, который получил название «ленты геккона» (эта ящерица может ходить даже по вертикальной стене благодаря особому устройству подошв), эксперименты с магнитной левитацией, за которые вместе с известным физиком сэром Майклом Берри был удостоен Игнобелевской премии — шуточной «антинобелевки».

* * *

Прочнее стали в полтора раза

Графен, открытый Андреем Геймом и Константином Новосёловым, позволяет получать множество новых веществ на его основе. Недавно нобелевские лауреаты в соавторстве с большой группой ученых из Великобритании, Китая, Голландии, Польши и России сообщили о том, что синтезировали уже третье соединение графена с другими химическими элементами — фторографен. Как и прочие соединения, он является полупроводником, но отличается от них большей термической и химической устойчивостью. А по механической прочности уступает графену всего лишь в три раза.

Зачем нужны подобные материалы? Благодаря своим уникальным характеристикам графен лучше других полупроводников подходит для создания очень маленьких и очень быстрых транзисторов — главных элементов микроэлектроники.

Но чтобы перейти в ней от кремния к графену, нужно добиться в нем отличной от нуля ширины запрещенной зоны — минимальной величины энергии, которая требуется электрону, чтобы стать электроном проводимости. Запрещенную зону в самом графене создать сложнее, чем в новых веществах, синтезированных на его основе.

До сих пор удалось получить два его соединения — оксид и гидрид графена. Но у обоих есть недостатки, из-за которых их сложно будет применять в микроэлектронике: у них неоднородная структура и они недостаточно устойчивы. Ученые пытались найти вещество на основе графена, свободное от этих недостатков. Им оказалось соединение фтора и графена.

Примеры соединений углерода с фтором хорошо известны.

Например, политетрафторэтилен, или знакомый всем тефлон, который широко используется в пищевой промышленности и бытовой технике. На этот раз ученым удалось создать новую сложную технологию соединения графена с фтором. Оказалось, что оно обладает высокой термической и химической стабильностью, является полупроводником с большой шириной запрещенной зоны, а также прочнее стали в 1,5 раза. По мнению создателей, фторографен найдет применение не только в графеновой микроэлектронике, но и, например, как альтернатива тефлону в различных защитных покрытиях.

Проектная работа по физике «Левитация»

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа № 7»

307170, Курской обл. , г. Железногорск, ул. Курская, д.43. Тел. (47148) 4-81-33,

факс: 4-85-36 Электронный адрес: [email protected] ИНН: 4633009544 КПП:463301001 Банковские реквизиты: Лицевой счет 03443008440 в УФК по Курской области, расчетный счет 40204810400000000943 в ГРКЦ ГУ банка России по Курской обл., г. Курск, БИК 043807001 ОГРН 1024601215671

Проектная работа по физике.

Левитация как физическое явление. Виды левитации.

Выполнили: Сакова А., Зарецкая Е. 10 «А»

Руководитель: Лысых Л.А., учитель физики

г. Железногорск

2017

Содержание

2.1

Актуальность………………………………………………………….3

2.2

Цель проекта………………………………………………….…...……3

2.3

Задачи…………………………………………………………….…….3

2.

4Методы исследования………………………………………….…….4

5.1

Левитрон……………………………………………………….….…5

5.2

Магнитные подшипники…………………………………….…..…..6

5.3

Маглев………………………………………………………….….……6

6.1

Физика звуковой левитации………………………………….…..….7

7.1

Кинофильм «Назад в будущее»………………….……………….…8

2. Введение

Задумывались ли вы когда-нибудь над тем, каково это – без опоры парить в воздухе? А жить в доме, где вся мебель висит, не касаясь пола? Звучит скорее как сюжет из научной фантастики, нежели реальное настоящее или ближайшее будущее. Однако уже сейчас технологии позволяют нам реализовать эти футуристические мечты на практике, используя при этом один или несколько способов левитации.

2.1. Актуальность проекта

Актуальность данного проекта связана с перспективами, открывающимися при освоении еще недостаточно изученного явления левитации, а также с многообразием вариантов ее потенциального применения в науке и технике.

2.2. Цель проекта:

Целью данного исследовательского проекта является изучение левитации как физического явления, расширение представлений о ней и определение возможностей ее применения.

2.3. Задачи

Для достижения поставленных целей необходимо решить следующие задачи:

  • Исследовать явление левитации в физике;

  • Классифицировать виды левитации;

  • Объяснить явление левитации с точки зрения физических законов;

  • Установить потенциальные возможности применения левитации .

2.4. Методы исследования

При проведении исследовательской работы были задействованы следующие методы:

3. Определение левитации

Левитация в физике — это устойчивое положение объекта в гравитационном поле без непосредственного контакта с другими объектами. Необходимыми условиями для левитации в этом смысле является наличие силы, компенсирующей силу тяжести; и наличие возвращающей силы, обеспечивающей устойчивость объекта. Проще говоря, тело необходимо не только поднять над землей, но и зафиксировать его в устойчивом положении.

4. Виды левитации

В физике выделяют следующие виды левитации:

  • магнитная левитация;

  • электростатическая левитация;

  • аэродинамическая левитация;

  • оптическая левитация;

  • акустическая (звуковая) левитация;

  • плавучая левитация;

  • эффект Казимира.

На наиболее перспективных и широко используемых видах стоит остановиться подробнее.

5. Магнитная левитация

Магнитная левитация — это метод подъёма объекта с помощью магнитного поля.

То, что одноименные полюса магнитов отталкиваются, можно использовать для подъема с земли огромных тяжестей.

Можно левитировать сверхпроводники и другие диамагнитные материалы, если намагнитить их противоположным зарядом к магнитному полю, в котором они размещены.

Сверхпроводники совершенно диамагнитны — это означает, что их выталкивает само магнитное поле (эффект Мейснера-Оксенфельда).

Поскольку вода является диамагнитным материалом, это свойство было использовано для левитации капель воды и даже животных организмов, таких как кузнечики и лягушки.

5.1. Левитрон

Наиболее простым и наглядным способом демонстрации магнитной левитации служит создание левитрона.

Левитрон — это волчок, который вращаясь, способен зависать в воздухе над специальной коробкой, образующей магнитную подушку. Самый простой с точки зрения изготовления вариант левитрона — два постоянных магнита, один из которых большой (базовый), лежит горизонтально, а над ним висит, вращаясь, другой магнит.

Над центром большого магнита на определённом расстоянии образуется потенциальная яма, то есть небольшая зона, магнитное поле в центре которой несколько слабее, чем у краёв. Это не дает волчку отклониться от центра.

Момент инерции вращающегося тела, в соответствии с законом сохранения момента импульса, удерживает волчок в положении отталкивающим полюсом вниз. Так как волчок испытывает силу трения только о воздух, он может парить довольно долго.

5.2. Магнитные подшипники


На данный момент явление магнитной левитации активно применяется при изготовлении магнитных подшипников. Магнитные подшипники, как и остальные механизмы подшипниковой группы, служат опорой для вращающегося вала, соединение с которым у них является механически бесконтактным. Благодаря использованию явления левитации вращающий вал буквально парит в мощном магнитном поле.

К преимуществам таких подшипников относят отсутствие контакта и вытекающие из этого износостойкость и возможность использования в агрессивных средах при высоких или низких температурах, в том числе в космосе и на других планетах. Кроме того, преимущества магнитных подшипников включают очень низкое и предсказуемое трение, возможность работы без смазки и в вакууме. Они всё чаще используются в промышленных механизмах, таких, как компрессоры, турбины, насосы, моторы и генераторы. Магнитные подшипники используются при генерации электроэнергии, в переработке нефти, в работе станков и при передаче природного газа. Также они используются в газовых центрифугах, для обогащения урана и в турбомолекулярных насосах, где механические подшипники со смазкой были бы источником нежелательного загрязнения.

Недостатки же использования магнитных подшипников включают в себя опасность исчезновения магнитного поля, что может быть катастрофическим для целой механической системы; необходимость использования сложных и громоздких систем управления, а также нагревание обмотки подшипника вследствие прохождения через нее тока. Из-за этого возникает необходимость устанавливать дополнительные страховочные подшипники и обеспечивать довольно сложные системы охлаждения.

5.3. Маглев

Поезд на магнитной подушке, магнитоплан или маглев — это поезд, удерживаемый над полотном дороги, движимый и управляемый силой электромагнитного поля. Такой состав, в отличие от традиционных поездов, в процессе движения не касается поверхности рельса.

Скорость, достигаемая поездом на магнитной подушке, сравнима со скоростью самолёта и позволяет составить конкуренцию воздушному транспорту на ближне- и среднемагистральных направлениях.

К достоинствам маглева относят теоретически самую высокую скорость из тех, которые можно получить на серийном наземном транспорте, достаточно низкое потребление электроэнергии и, как следствие, большую экологичность; снижение эксплуатационных затрат в связи со значительным уменьшением трения деталей, а также низкое шумовое загрязнение

Недостатков же на данный момент тоже довольно много, к ним относят высокую стоимость создания и обслуживания колеи, сложную путевую инфраструктуру, потенциальный вред, наносимый электромагнитным полем проездным бригадам и местным жителям и необходимость в сверхбыстродействующих системах управления, позволяющих на высокой скорости контролировать зазор в несколько сантиметров между дорогой и поездом.

Наиболее активные разработки маглевов на данный момент ведут Германия и Япония

6. Акустическая левитация

Способ звуковой левитации основан на использовании звуковых волн для уравновешивания силы тяжести. На Земле это может привести к эффекту всплытия объектов и плавания над поверхностью Земли. В космосе это способ балансировки и стабилизации объектов в невесомости.

6.1. Физика звуковой левитации

Устройство акустической левитации состоит из двух основных частей:

  • преобразователя — вибрирующей поверхности, которая производит звуковые волны;

  • отражателя — пластины, от которой отражается звуковая волна.

Преобразователь и отражатель могут иметь вогнутые поверхности, чтобы фокусировать звук. Чтобы удерживать каплю воды, звуковая волна несколько раз проходит путь от источника к отражателю и обратно.

Когда звуковая волна отражается от поверхности, взаимодействие между ее сгущениями и разрежениями создает помехи. Сжатия звуковой волны встречают сжатия отраженной волны. Таким образом, создаются замкнутые области густого воздуха и области разреженного воздуха, называемые пучностями и узлами. Чтобы капля воды левитировала, необходимо поместить ее в узел звуковой волны, в этом случае создается постоянное давление на каплю снизу, что уравновешивает силу тяжести.

В космосе действует слабая гравитация. Плавающие частицы собираются в узлах звуковых волн и не разлетаются. В условиях земной гравитации частицы располагаются над пучностями, которые препятствуют падению частиц на землю.

Акустическая левитация может применяться в различных сферах: для управления взвешенными в воздухе частицами, поднятия тяжести, стабилизации и координации, позиционирования деталей, устройств на производстве, управления жидкими веществами.

7. Фильм «Назад в будущее»

Знаменитый на весь мир фильм “Назад в будущее“ запомнился зрителям интересным фантастическим сюжетом. В этом фильме был скейтборд или доска Hoverboard, который просто парил в воздухе. Недавно такую доску как бы сделали.

7.1. Ховерборд

Итак, как же устроен ховерборд? Внутри него располагаются сверхпроводники — специальные материалы, имеющие интересное свойство. При низких температурах сопротивление в них падает до нуля. Это, собственно, и называется сверхпроводимостью.

Если же мы помещаем сверхпроводник в магнитное поле, то оно будет полностью вытесняться из объема сверхпроводника. Таким образом у нас и получается та самая “магнитная подушка”, которая не дает сверхпроводнику падать, если мы поместим его вблизи магнита. Называется подобное явление эффектом Мейснера.

Чтобы достигать необходимых низких температур, используется жидкий азот. Температура его кипения составляет  −195,75 °C, так что в нормальных условиях жидкий азот активно кипит и испаряется. Именно так объясняется та самая белая дымка, которая выходит из ховерборда. Это испаряющийся жидкий азот, которым нужно “заправлять” сверхпроводник.

К сожалению, свобода передвижения на таком ховерборде весьма ограничена, так как он способен парить только над специальными рельсами. Парк, показанный на данном видео, был создан специально, рельсы спрятаны под его поверхностью. Однако, несмотря на все ограничения, уже сегодня можно утверждать, что данная технология может и должна использоваться в самых разных сферах.

8. Итоги работы

Подводя итог данной исследовательской работе, можно утверждать, что все ее цели и задачи были выполнены, а именно: было рассмотрено физическое явление левитации и классифицированы ее виды. Кроме того, мы обратили внимание на практические возможности применения левитации, узнали о преимуществах и недостатках технологий, основанных на этом физическом явлении.

9. Заключение

Различные методы физической левитации  используются уже давно и по мере развития техники они становятся все более и более распространенными в самых разных сферах. Существует множество перспективных проектов, основанных на том или ином способе левитирования. Возможно, уже в ближайшем будущем в каждом городе появятся поезда на магнитной подушке, левитирующие лифты, двигающиеся не только вверх и вниз, но и по горизонтали; парящие диваны и кресла, зависшие в воздухе без опоры аквариумы и вазы. Быть может, именно левитация поможет нам в изучении других планет или самых отдаленных морских глубин, а транспорт на магнитной подушке станет более комфортной и экологически чистой заменой уже существующим сейчас средствам передвижения. Научный прогресс стал столь стремительным, что мы давно перестали удивляться бесконечным техническим новинкам. Однако всегда следует помнить, что именно мы, увлеченные своим делом люди, двигаем его вперед. Поэтому не стоит останавливаться на достигнутом, мириться с невозможным; ведь невозможное – возможно, а возможным его делам мы.

10. Ресурсы, использованные при создании проекта:

Основные положения и факты:
https://en.wikipedia.org/wiki/Levitation

Магнитные подшипники:

http://podshipnikcentr.ru/spravochnik/magnitnye-podshipniki.html

Магнитоплан:

http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/7557


Акустическая левитация:

http://www.leforio.narod.ru/lt_acoustic_levitation.htm

Ховерборд:

http://www.theverge.com/2015/8/4/9091951/lexus-hoverboard-video

О летающих лягушках

Why does the frog fly?

(this explanation is written in response to numerous inquiries from children who have not studied physics yet . .. or even do not want to study it at all)

As you might well know, all matter in the universe consists of small particles called atoms and each atom contains electrons that circle around a nucleus. This is how the world is made.
If one places an atom (or a large piece of a matter containing billions and billions of atoms) in a magnetic field, electrons doing their circles inside do not like this very much. They alter their motion in such a way as to oppose this external influence.
Incidentally, this is the most general principle of Nature: whenever one tries to change something settled and quiet, the reaction is always negative (you can easily check out that this principle also applies to the interaction between you and your parents). So, according to this principle, the disturbed electrons create their own magnetic field and as a result the atoms behave as little magnetic needles pointing in the direction opposite to the applied field*.

As you probably saw many times when playing with magnets, magnets push each other away if you try to bring together their like poles, for example, two north or two south poles. Similarly, the north pole of the external field will try to push away the “north poles” of magnetized atoms.
Our magnet creates a very large magnetic field (about 100 to 1000 times larger than school or household magnets).
In this field, all the atoms inside the frog act as very small magnets creating a field of about 2 Gauss (although very small, such a field can still be detected by a compass). One may say that the frog is now built up of these tiny magnets all of which are repelled by the large magnet. The force, which is directed upwards, appears to be strong enough to compensate the force of gravity (directed downwards) that also acts on every single atom of the frog. So, the frog’s atoms do not feel any force at all and the frog floats as if it were in a spacecraft.

*) There are a few materials (such as iron) whose atoms are a bit crazy and love to be in a magnetic field. Their magnetic “needles” are oriented in the same direction. But those are exceptions from the general rule.

Почему лягушка летает?

(это объяснение написано в ответ на многочисленные вопросы детей, которые ещё не изучали физику или даже вообще не хотят её изучать).

Как вы может быть знаете, всё вещество во Вселенной состоит из маленьких частиц, называемых атомами, и каждый атом содержит электроны, которые вращаются вокруг ядра. Так устроен мир.
Если вы помещаете атом (или большой кусок вещества, содержащего миллиарды и миллиарды атомов) в магнитное поле, электронам, вращающимся там внутри по окружности, это не очень-то нравится. Они изменяют своё движение так, чтобы противостоять внешнему воздействию.
В этом находит своё отражение наиболее общий закон Природы: всякий раз, когда кто-то пытается изменить что-нибудь спокойное и устоявшееся, реакция будет всегда отрицательная (вы можете легко проверить, что этот принцип также применим к вашему общению с родителями).
Согласно этому закону, потревоженные электроны создают свое собственное магнитное поле, и в результате атомы ведут себя как маленькие магнитные стрелки, выстраивающиеся в направлении противоположном приложенному полю*.

Как вы, вероятно, видели много раз, играя с магнитами, магниты отталкиваются друг от друга, если вы пытаетесь свести их одноименные полюса, например, два северных или два южных полюса. Точно так же северный полюс внешнего поля будет пытаться оттолкнуть «северные полюса» намагниченных атомов.
Наш магнит создает очень большое магнитное поле (приблизительно в 100 — 1000 раз больше, чем школьные или домашние магниты). В этом поле все атомы в теле лягушки выступают как маленькие магнитики, создающие поле около 2 Гаусс (хотя оно маленькое, такое поле может, однако, быть обнаружено компасом). Можно сказать, что лягушка теперь состоит из этих крошечных магнитиков, и все они отталкиваются большим магнитом. Сила, которая направлена вверх, оказывается достаточно большой, чтобы скомпенсировать силу тяжести (направленную вниз), которая также действует на каждый атом лягушки. В результате атомы лягушки не испытывают вообще никакой силы, и лягушка плавает, как будто она в космическом корабле.

*) есть несколько материалов (таких как железо), чьи атомы являются немного сумасшедшими и любят пребывать в магнитном поле. Их магнитные «стрелки» ориентируются в том же самом направлении. Но это — исключение из общего правила.

Диамагнетики — это… Что такое Диамагнетики?

Диамагне́тики — вещества, намагничивающиеся против направления внешнего магнитного поля. В отсутствие внешнего магнитного поля диамагнетики немагнитны. Под действием внешнего магнитного поля каждый атом диамагнетика приобретает магнитный момент I (а каждая единица объёма — намагниченность M), пропорциональный магнитной индукции B и направленный навстречу полю. Поэтому магнитная восприимчивость = M/H у диамагнетиков всегда отрицательна. По абсолютной величине диамагнитная восприимчивость мала и слабо зависит как от напряжённости магнитного поля, так и от температуры.

История

В 1778 году C. Дж. Бергман стал первым человеком, заметившим, что висмут и сурьма отталкиваются магнитным полем. Однако термин «диамагнетизм» был введен позже (в сентябре 1845 года) Майклом Фарадеем, когда он понял, что все материалы в природе обладают в некоторой степени диамагнитным характером ответа на приложенное к ним магнитное поле.

Вещества — диамагнетики

Магнитная восприимчивость некоторых диамагнетиков (в нормальных условиях)
Вещество Магнитная восприимчивость[1], ·106
Азот, N2 −12,0
Водород, Н2 −4,0
Германий, Ge −7,7
Кремний, Si −3,1
Вода (жидкая), Н2O −13,0
Поваренная соль, NaCI −30,3
Ацетон, С3Н6О −33,8
Глицерин, С3Н8О3 −57,1
Нафталин, С10Н8 −91,8
Висмут, Bi, металл −170
Пиролитический графит, П, С −85
Пиролитический графит, ⊥, С −450

К диамагнетикам относятся инертные газы, азот, водород, кремний, фосфор, висмут, цинк, медь, золото, серебро, а также многие другие, как органические, так и неорганические, соединения. Человек в магнитном поле ведет себя как диамагнетик.

Диамагнитная левитация

Диамагнитная левитация имеет ту же природу что и эффект Мейснера (полное вытеснение магнитного поля из материала), она наблюдается при гораздо более сильных полях, но зато не требует предварительного охлаждения. Некоторые опыты доступны любителям. Например, редкоземельный магнит с индукцией около 1 Тл может висеть между двух пластин висмута[2][3][4]. А в поле с индукцией 11 Тл человеческие пальцы могут стабилизировать в воздухе маленький магнит, не касаясь его[5].

См. также

Примечания

Ссылки

Ученые намагничены левитирующей лягушкой | Independent

Возьмите один чрезвычайно мощный магнит и одну слегка удивленную, но послушную лягушку, положите одну на другую, и что вы получите? По словам британских и голландских ученых, проводивших эксперимент, это левитирующая лягушка.

Это может показаться ловкостью рук, но команда из Университета Ноттингема и Университета Неймегена повторила это с кузнечиками, рыбами и растениями — и они говорят, что это может работать и с людьми. Один ученый в США уже рассматривает проект тысячелетия по созданию магнита, достаточно сильного, чтобы поднять добровольца на 100 метров.

«Мы попробовали это, потому что думали, что это сработает», — сказал Питер Мэйн из физического факультета Ноттингема. «На самом деле это была идея Андре Гейма из Университета Неймегена. Мы видели сверхпроводники с магнитами, парящими над ними. Это тот же эффект».

Лягушка была поднята на два метра вверх по цилиндру магнитным полем в 16 тесла, в миллион раз более мощным, чем естественное магнитное поле Земли.

«Важным вопросом является ваша плотность — сила, которую вы чувствуете, связана с вашим объемом, поэтому чем меньше плотность, тем лучше», — сказал профессор Майн. «Лягушки имеют плотность, примерно равную плотности воды, как и люди. Это работает, потому что фактически искажает орбиты электронов в атомах лягушки. Это генерирует крошечный электрический ток, который создает магнитное поле в направлении, противоположном главному магниту».

Подобно противоположным магнитам, сила отталкивания раздвигает их.

Является ли механизм потенциально опасным для людей или лягушек? «Он действительно пытался убежать, карабкаясь в сторону.Но он вернулся к своим собратьям-лягушкам, которые выглядели совершенно счастливыми, — сказал профессор Мэйн. — Хотя невесомость, должно быть, очень странное ощущение. Это не поверхностный эффект, как плавание в воде, хотя вы можете почувствовать внутренние приливные эффекты ».

Чтобы поднять человека, потребуется магнит в несколько метров в поперечнике, хотя он не должен создавать более сильное магнитное поле. лежать, а не стоять. «Это может стоить около 1 миллиона фунтов стерлингов», — сказал профессор.

У открытия есть серьезные приложения.Он может стать недорогим испытательным стендом для химикатов и систем, которые будут использоваться в космосе. «Это намного дешевле, чем запуск ракеты», — сказал профессор Мэйн.

Маленькие животные левитируют со звуком: Nature News

Насекомые и рыбы появляются нетронутыми после подъема.

Летающие муравьи: ультразвук может удержать маленькое насекомое в воздухе. Вэньцзюнь Се

В северном Китае есть летающие рыбы и летающие муравьи, которых вы никогда раньше не видели. Ученые Северо-Западного политехнического университета в Сиане использовали звуковые волны, чтобы левитировать этих и других маленьких существ, пока они еще живы, не причинив им никакого видимого вреда.

Или почти так. Вэнь-Цзюнь Се и его коллеги признают, что «жизнеспособность рыбы снижается» из-за левитации, потому что ее нельзя было держать погруженной в левитирующий бассейн с водой, несмотря на их попытки распылить ее с помощью шприца. Но муравьи, божьи коровки, пауки и пчелы, казалось, не испортились.

Это не первый раз, когда живые существа испытывают такое воодушевляющее переживание. В 1997 году физики из Университета Неймегена в Нидерландах подняли лягушку в воздух, используя сильный магнит, чтобы вызвать слабый магнетизм в тканях лягушки, создавая отталкивающую магнитную силу.

Сверхпроводники также могут вызывать левитацию из-за своей способности отражать магнитные поля. Этот эффект использовался в Японии для поддержки парящей металлической пластины с борцом сумо, стоящим на ней. Тот же эффект исследуется для поездов с магнитной левитацией, хотя современные поезда на магнитной подвеске используют обычный электромагнетизм для создания силы отталкивания.

Крошечные рыбки могут попытаться уплыть, но у них не получится — не без воды. Wenjun Xie

Акустическая левитация менее экзотична.Он использует воздушное давление ультразвуковых волн (звук с частотами выше диапазона человеческого слуха), чтобы удерживать объект в воздухе. Эффект был признан теоретически, по крайней мере, с 1930-х годов, и Се и его коллега Бинг-Бо Вэй ранее использовали его для левитации очень плотных вольфрамовых шариков.

Размер маленький

Сила левитации наиболее велика, когда размер объекта примерно равен длине волны ультразвуковых волн. Китайские исследователи возбуждают ультразвук с помощью магнита, который быстро сжимается и восстанавливает свою первоначальную форму, когда помещается в колеблющееся электрическое поле, выталкивая импульсы воздуха с длиной волны 20 миллиметров — примерно того размера, который подходит для левитирующих животных, от муравьев до мелких рыб. .

Несмотря на то, что животные практически не пострадали, они, по понятным причинам, обеспокоены своим опытом плавания в воздухе. Муравей пытался уйти, молотя ногами в воздухе, в то время как божья коровка расправляла крылья, а рыба и головастик пытались плыть — все равно бесполезные жесты.

Божья коровка в воздухе: раздавлена, но не повреждена. Вэньцзюнь Се

«Я не удивлен, что никакого вреда не было», — говорит Питер Кристианен, который работает над магнитной левитацией в лаборатории Неймегена, где левитировала лягушка.«Силы гравитации очень малы», поэтому для их отрицания не требуется особого противодействия, — говорит он.

Се и его коллеги подсчитали, что давление, оказываемое на божью коровку, например, слегка сжимает центральную часть спины и живота. Они уже наблюдали этот эффект сплющивания у левитирующих капель жидкости. Но, по их словам, сила, вероятно, слишком мала, чтобы причинить вред.

Поднимите меня

Результат — больше, чем просто высокотехнологичный цирковой трюк. Кристаллы, которые образуются при левитации, могут быть более свободными от дефектов, а свободно плавающие материалы, которые не соприкасаются со стенками контейнера, могут избежать загрязнения или позволяют переохлаждать жидкости без внешнего стимула, переводящего их в замороженное состояние. .

ОБЪЯВЛЕНИЕ

Но зачем левитировать живые существа? В принципе, это могло бы имитировать некоторые эффекты невесомой среды, такие как те, которые возникают во время космических полетов человека, на кости и ткани.Было бы очень сложно увеличить масштабы акустической левитации для людей, но такие мелкие млекопитающие, как мыши, вероятно, могли бы удерживаться в воздухе таким образом.

На данный момент, однако, основная ценность работы, вероятно, состоит в том, чтобы произвести поразительные рекламные кадры. «Когда вы поднимаете в воздух что-то вроде лягушки или клубники, — говорит Кристианен, — люди знают, насколько оно велико, и могут почувствовать силу эффекта».

Посетите наш newslevitatedbysou. html «> блог, чтобы читать и оставлять комментарии об этой истории.

  • Список литературы

    1. Xie W. J., et al. . Прил. Phys. Lett., 89 . 214102 (2006). | Статья |

Левитирующие лягушки могут уничтожить все *

Итак, допустим, у вас есть магнитное поле высокой энергии.Вы можете многое сделать с этим — стереть жесткий диск, приклеить к нему несколько магнитов на холодильник, резко завершить пятый сезон сериала Lost (кхм) — но нет, исследователи из Нидерландов использовали свою ужасающую магнитную силу, чтобы левитировать Лягушка в воздухе . Вот он:

Хотя я представляю это как новость, для меня это просто новость. Согласно статье New Scientist , все это произошло в 1997 году. Престижность Kottke. org за популяризацию видео про лягушку; исходный пост обо всем этом бизнесе (включая некоторые спекуляции, связанные с Lost ) сейчас в восторге.

* = Уничтожение всего, основанное на нетипичных результатах в теоретической альтернативной вселенной.Ваши результаты могут отличаться.

Nerdfighteria Wiki — Диамагнетизм: как левитировать лягушку

Левитация — это проверенный временем элемент суперсил и магических заклинаний, но не полностью вымышленный.

В реальном мире мы можем использовать магниты, чтобы левитировать что угодно, от поездов до металлических настольных игрушек. И вы можете подумать, что левитация чего-то немагнитного, скажем, большого мешка с водой, предназначена только для Гермионы Грейнджер или Джин Грей, но это не так.

Это действительно может произойти благодаря явлению, называемому диамагнитной левитацией. И ученые не используют его, чтобы притвориться супергероями. У него много потенциальных применений как в промышленности, так и в исследованиях.

Мы часто классифицируем материалы как магнитные или немагнитные, но это не совсем верно. Видите ли, внутри атома электроны постоянно гудят, создавая маленькие петли тока. И из-за взаимосвязи между электричеством и магнетизмом этот ток создает магнитное поле для каждого электрона.

В большинстве случаев направление всех этих магнитных полей является случайным, поэтому они компенсируют друг друга. Но когда атом помещается внутрь другого магнитного поля, он добавляет дополнительную силу электронам. Это существенно изменяет их движение, так что атом получает крошечное чистое магнитное поле, которое противодействует внешнему.

Это взаимодействие называется диамагнетизмом, и поскольку магнитные поля, направленные в противоположных направлениях, отталкиваются друг от друга, оно создает крошечную силу отталкивания.Это испытывает каждый материал — от деревянного бруска до железного магнита, — но диамагнетизм — это только один из видов магнетизма, и он самый слабый. Есть также парамагнетизм, когда атомы слабо притягиваются к магниту во внешнем магнитном поле, и ферромагнетизм, о котором вы, вероятно, думаете, когда кто-то говорит «магнитный».

Ферромагнитные материалы, такие как железо, никель и кобальт, могут удерживать собственное постоянное магнитное поле долгое время после того, как они были удалены из внешнего.Хотя парамагнетизм все еще довольно слаб, и он, и ферромагнетизм намного сильнее диамагнетизма и преодолеют его. Но диамагнитные соединения по-прежнему хороши.

Поскольку они испытывают силу отталкивания только при воздействии магнитного поля, это позволяет им левитировать. По сути, они могут противодействовать нисходящему притяжению силы тяжести с помощью восходящего магнитного толчка. Впервые это было продемонстрировано Вернером Браунбеком в 1939 году, когда он использовал электромагнит — временный магнит, созданный путем пропускания электрического тока через спиральный провод — для левитации небольших кусочков графита и висмута.

Тогда ученые как бы забыли об этом до 1990-х годов. Тем временем исследователи также экспериментировали со сверхпроводниками — веществами, излучающими магнитные поля при сверхнизких температурах. Они тоже могут левитировать, но они используют причуды квантовой механики, чтобы физически «зафиксироваться» на месте относительно внешнего магнитного поля.

Выглядит действительно круто, но это не совсем то же самое, что диамагнитная левитация при комнатной температуре. Когда это исследование возобновилось, ученые поспешили проверить его на множестве, казалось бы, глупых предметов, включая фундук, крошечные кусочки пиццы и животных, включая лягушек и 10-граммовую мышь.Этим животным для плавания требовалось магнитное поле в 1000 раз сильнее, чем магнит на холодильнике, или около 16 или 17 Тл, и они вышли из опыта без отрицательных побочных эффектов.

Кроме того, в лаборатории очень весело наблюдать за тем, как что-то плавают вокруг. Если вы амбициозны, вы даже можете сами продемонстрировать диамагнитную левитацию, используя L-образный железный стержень, несколько неодимовых магнитов и кусок механического грифеля карандаша, сделанный из графита. Если вы все это разместите правильно, грифель карандаша будет парить примерно на миллиметр над магнитами.

Но давайте будем честными: настоящий вопрос здесь в том, можете ли вы использовать диамагнетизм, чтобы левитировать. И ответ — да. Теоретически.

По словам разработчиков магнитов из Национальной лаборатории сильного магнитного поля во Флориде, вам понадобится магнит лишь немного слабее, чем их рекордный гибридный магнит 45 Тесла, а также 1 гигаватт непрерывного энергопотребления, чтобы система оставалась достаточно холодной. работать. Это может показаться многообещающим, но все эти сверхмощные магниты имеют очень маленькое пространство для экспериментов — я говорю менее 10 сантиметров.Это было бы довольно уютно.

Так что вы, вероятно, в ближайшее время не будете плавать благодаря диамагнитной левитации, но у нее есть больше применений, чем просто круто выглядеть. Во-первых, его можно использовать вместо смазки или шарикоподшипников для действительно транспортировки без трения. Магнитные подшипники уже существуют и используются для поддержки таких вещей, как поезда на магнитной подвеске, но для них требуется сложная электроника и постоянная подача энергии.

Так что диамагнетики были бы более дешевым вариантом. Их также можно использовать для управления спутниками на орбите вокруг планет с магнитными полями.Ученые могут управлять диамагнитными свойствами графита с помощью лазерного излучения и разработать систему для управления ориентацией космического корабля относительно поля планеты.

А с точки зрения исследований, поскольку диамагнитная левитация действует на атомном и молекулярном уровне, ее можно использовать для моделирования невесомости в земных лабораториях. Это не идеальная копия, но ее можно использовать для моделирования таких вещей, как влияние микрогравитации на динамику жидкости, рост кристаллов или биологические ткани — или, для достаточно мелких животных, потерю костей и мышц, а также сердечно-сосудистые изменения.И это будет намного дешевле, чем запускать эксперименты в космос.

Ученые все еще думают, как они все это используют, но мы знаем, что для чего бы ни был использован диамагнетизм, это будет выглядеть довольно круто. Спасибо за просмотр этого выпуска SciShow, который представляют наши замечательные покровители на Patreon, такие как С.Р. Фоксли, наш президент космоса! Если вы хотите стать президентом космоса или просто помочь поддержать шоу, вы можете зайти на patreon.com/scishow.

Невероятное исследование

Я надеюсь, что с тех пор, как мы в последний раз общались, у вас все хорошо, и что у вас веселый сезон отпусков.Вы можете переслать или перепечатать любую из упомянутых ниже статей о Invincible Defense Technology (IDT). Соавтором некоторых из них является [лауреат Шнобелевской премии мира 2004 года] доктор Джон Хагелин.

В интересах быстрого предотвращения будущих террористических атак, а также для спасения жизней и предотвращения страданий мы одновременно отправляем наши редакционные статьи во многие места по всему миру. Вот список опубликованных статей, которые вы можете переслать или перепечатать:
Dr. David R.Леффлер, (26 октября 2008 г.). Проверенная мера просвещения. Muslim.net. Доступно по адресу: http://www.muslims.net/news/print.php?newid=174773

Д-р Дэвид Р. Леффлер (4 октября 2008 г.). Прозрачное, проверенное решение терроризма. Арабские новости. http://www.arabnews.com/?page=7&section=0&article=115116&d=4&m=10&y=2008

Д-р Дэвид Р. Леффлер (24 октября 2008 г.). Проверенная мера просвещения. Журнал Aljazeera. Доступно по адресу: http://www.aljazeera.com/news/newsfull.php? newid = 174773

Д-р Дэвид Р. Леффлер (22 октября 2008 г.). Проверенная мера просвещения. Ближний Восток Интернет. http://www.middle-east-online.com/english/opinion/?id=28440

Д-р Дэвид Р. Леффлер (3 ноября 2008 г.). Проверенный подход к непобедимости ВВС Пакистана. Стратегия и оборона Frontier India. Доступно: http://frontierindia.net/a-proven-approach-to-make-the-pakistan-airforce-invincible

Д-р Дэвид Р. Леффлер (29 октября 2008 г.). Attn: секретарь Гейтс, проверенный новый подход к искоренению экстремизма.Sentinel Review (Вудсток, Онтарио, Канада). Доступно: http://www.woodstocksentinelreview.com/ArticleDisplay.aspx?e=1270965

Д-р Дэвид Р. Леффлер (25 сентября 2008 г.). Глобальные взгляды: проверенное решение проблемы терроризма без внимания. The Seoul Times. Доступно по адресу: http://theseoultimes.com/ST/?url=/ST/db/read.php?idx=7334

Д-р Дэвид Р. Леффлер (4 сентября 2008 г.). ЛЕФФЛЕР — проверенное и недооцененное решение проблемы терроризма. Fiji Daily Post. Доступно на: http: //www.fijidailypost.ru / international-news-feature.php

Д-р Дэвид Р. Леффлер (4 декабря 2008 г.). Десять наиболее важных тенденций будущего терроризма: забытое и проверенное решение проблемы терроризма — комментарии о технологиях непобедимой защиты. Новости из Бангладеш. Доступно по адресу: http://newsfrombangladesh.net/view.php?hidRecord=234750

Генерал-майор Кулвант Сингх (индийская армия, в отставке), доктор Джон Хагелин, доктор Дэвид Р. Леффлер (4 декабря 2008 г.). Attn: Абдул Калам, Позитивный метод борьбы с терроризмом для Индии.Единая сеть новостей. Доступно по адресу: http://www.unnindia.com/english/story.php?Id=3591

Генерал-майор Кулвант Сингх (индийская армия, в отставке), доктор Джон Хагелин, доктор Дэвид Р. Леффлер (4 декабря 2008 г.). Проверенный подход к борьбе с терроризмом в Индии. News Wing. Доступно на: http://newswing.com/?p=2098

Д-р Дэвид Р. Леффлер (2008 г., декабрь). Проверенный подход к тому, чтобы сделать Бангладеш сильным и непобедимым. Southern Asian Outlook, Vol. 8-Нет. 6, доступно: http: //www.southasianoutlook.ru / issues / 2008 / декабрь / a_proven_approach_to_make_bangladesh_strong_and_invincible.html

Генерал-майор Кулвант Сингх (индийская армия, в отставке), доктор Джон Хагелин, доктор Дэвид Р. Леффлер (4 декабря 2008 г.). Проверенный подход к борьбе с терроризмом в Индии. Северные новостные ленты. Доступно по адресу: http://nintagelines.in/2008/12/04/a-proven-approach-to-counter-terrorism-in-india

Д-р Дэвид Р. Леффлер (28 ноября 2008 г.). Проверенный подход к тому, чтобы сделать Бангладеш сильным и непобедимым. Демократическая рабочая партия, Бангладеш.Доступно: http://democraticlabor.vox.com/library/post/a-proven-approach-to-make-bangladesh-strong-and-invincible.html

Д-р Дэвид Р. Леффлер (27 ноября 2008 г.). Проверенная просвещенная мера противодействия. Интересные новости. Доступно по адресу: http://obiwancanola.blogspot.com/2008/11/proven-enlighten-counter-measure.html

Д-р Дэвид Р. Леффлер (26 ноября 2008 г.). Проверенный подход к тому, чтобы сделать Бангладеш сильным и непобедимым. Медиа-сеть Южной Азии. Доступно: http: //www.southasianmedia.net / index_opinion.cfm? category = Politics & country = bangladesh # Проверенный подход к укреплению и непобедимости Бангладеш

Д-р Дэвид Р. Леффлер (26 ноября 2008 г.). Политика: проверенный подход к укреплению и непобедимости Бангладеш. Бангладеш Бизнес онлайн.
http://www.bdbusinessonline.com/index.php?option=com_content&view=article&id=635&catid=91:politics&Itemid=127

Д-р Дэвид Р. Леффлер (26 ноября 2008 г.). Проверенный подход к тому, чтобы сделать Бангладеш сильным и непобедимым.Блиц. Доступно: www.weeklyblitz.net/index.php?id=185

Д-р Дэвид Р. Леффлер (26 ноября 2008 г.). Проверенный подход к тому, чтобы сделать Бангладеш сильным и непобедимым. Dhaka Mails. Доступно: http://groups.yahoo.com/group/dhakamails/message/2149

Д-р Дэвид Р. Леффлер (25 ноября 2008 г.). Проверенный подход к тому, чтобы сделать Бангладеш сильным и непобедимым. Daily Online Alochona. Доступно: http://dailyalochona.blogspot.com/2008/11/alochona-proven-approach-to-make.html

Д-р Дэвид Р.Леффлер (2008, 23 ноября). Проверенный подход к тому, чтобы сделать Бангладеш сильным и непобедимым. Новости из Бангладеш. Доступно: http://newsfrombangladesh.net/view.php?hidRecord=232934

Д-р Дэвид Р. Леффлер (14 ноября 2008 г.). Реалистичные методы прекращения войны и терроризма. Консультанты по обороне Индии. Доступно: http://www.indiadefence.com/terrorsol1.htm

Д-р Дэвид Р. Леффлер (8 сентября 2008 г.). Никто не хочет получить Нобелевскую военную премию. The Fiji Daily Post. Доступно по адресу: http: // www.fijidailypost.com/opinion.php?date=20080908

Д-р Дэвид Р. Леффлер (14 ноября 2008 г.). Проверенный подход к тому, чтобы сделать силу непобедимой. Консультанты по обороне Индии. Доступно: http://www.indiadefence.com/terrorsol2.htm

Д-р Дэвид Р. Леффлер (14 ноября 2008 г.). Никто не хочет получить Нобелевскую военную премию. Консультанты по обороне Индии. Доступно: http://www.indiadefence.com/terrorsol3.htm

Генерал-майор Гуру Исрани (индийская армия) и д-р Дэвид Р. Леффлер (2008 г., 1 сентября).ЛЕФФЛЕР — Операция: Мир во всем мире. Fiji Daily Post. Доступно по адресу: http://fijidailypost.com/opinion.php?date=20080901

Джим Валлес | PhysicsCentral

Валлес и аспирантка Чженьи Лонг обсуждают изображения, полученные с помощью сканирующего туннельного микроскопа.


Валлес регулирует микроскоп для лучшего обзора яиц.

Физик из Университета Брауна, Валлес использует сильные магнитные поля, чтобы нейтрализовать влияние гравитации на эмбрионы лягушки, поэтому они плавают в воздухе.Затем он вместе с двумя биологами анализирует влияние невесомости и сильных магнитных полей на развитие лягушек. «Я считаю [видение] левитации магической вещью», — сказал Валлес. Ему также нравится работать над проектом по левитации, который включает элементы как физики, так и биологии. «Работать на стыке науки — это действительно весело, и это отличный способ понять, где ваша собственная работа как ученого подходит», — сказал Валлес.

Проект

Валлеса родился из разговора в коридоре 1994 года с коллегой Хамфри Марисом.Марис использовал мощные магниты, чтобы поднять в воздух капли жидкого гелия, и вскользь упомянул, что вода даже более магнитна, чем гелий. Валлес понял, что живые существа в основном состоят из воды, поэтому, если мощный магнит мог левитировать воду, он мог бы левитировать и живые существа. Валлес позвонил двум биологам из Брауна, Кимберли Моури и Джиму Денегре, которые изучали эмбрионы лягушек; Валлес рассказал им об этой идее. «Было легко увидеть, что левитация подействует на лягушек. Простой физический аргумент, который привел мне Марис, полностью убедил меня, — сказал Валлес.Они написали предложение о финансировании в НАСА. «Я понял, что они не поверят этому, пока не увидят это», — сказал он. Валлес и его сотрудники подняли эмбрион в воздух, сфотографировали его, парящий в воздухе, и представили снимок со своим предложением. После пары попыток они получили грант и продолжают изучать магнитную левитацию сегодня. «Я хотел бы знать, как фундаментальная вещь, эти магнитные поля, взаимодействуют с другой важной фундаментальной вещью вокруг нас, а именно с жизнью», — сказал Валлес.

Валлес родился в Уайт-Плейнс, штат Нью-Йорк. Ему нравилось учиться в старшей школе: «Мои сверстники были действительно умными людьми, с которыми было интересно общаться», — сказал он. Он поступил в Дартмутский колледж и аспирантуру по физике в Массачусетском университете в Амхерсте. После двух лет в Университете Орегона Валлес устроился на свою нынешнюю работу в Браун. Он преподавал уроки физики со времен аспирантуры, и его стиль преподавания нравился его ученикам. «Мне нравится понимать что-то достаточно ясно, чтобы я мог объяснить это другим… а если это что-то совершенно новое, это даже лучше.- сказал Валлес. «Это действительно связано с физикой», — добавил он. «Не спрашивайте меня, почему это физика. [Другие области] просто не имеют для меня такого же очарования. ”

У Валлеса трое детей, двое мальчиков и девочка. Он участвует в автомобильных гонках и тренирует детский футбол. «Забавно пытаться научить свое тело делать что-то новое, например, немного играть в футбол», — сказал он. «Очень унизительно пытаться научиться вести футбольный мяч, а потом смотреть, как девятилетний ребенок учится этому намного быстрее, чем вы.”

Лягушки и раньше работали подопытными в физических экспериментах. Фактически, одно из важнейших открытий в истории физики было сделано лягушкой.

В 1791 году изучение электричества было одним из самых горячих направлений физики. Физики собирают электрический заряд за счет статического электричества, но он всегда быстро рассеивается. У физиков было всего несколько секунд, чтобы провести свои эксперименты, прежде чем то, что они изучали, исчезло.

В тот год Луиджи Гальвани, профессор анатомии Болонского университета, вскрывал лягушку.Он прикоснулся металлическим скальпелем к нерву на лапе лягушки, и нога ударилась. Гальвани предположил, что его скальпель послал электрический импульс через нерв лягушки. Чтобы проверить эту идею, он повесил лягушачьи лапки на медные крючки на железных воротах в своем саду.

Ноги ударились только один раз, когда Гальвани впервые прикоснулся медными крючками к железным воротам. Об этом он рассказал своему другу Алессандро Вольта, профессору физики Университета Павии. Вольта предположил, что лягушачьи лапки не производят электричество; они просто служили детектором электрического импульса, вызванного контактом двух разных металлов, латуни и железа.

Вольта повторил эксперимент Гальвани со многими разными металлами и обнаружил, что самый сильный импульс исходит от пары серебра и цинка. Он сделал стопку из нескольких слоев серебряных и цинковых пластин, между которыми был мокрый картон. Получившееся в результате изобретение, «гальваническая батарея», произвело непрерывный поток электричества — это была первая в мире батарея. Впервые у физиков был постоянный источник электричества для своих экспериментов. Сегодня основная единица электрического потенциала, вольт, названа в честь Алессандро Вольта.Устройство, измеряющее ток, гальвонометр, названо в честь Луиджи Гальвани.

Правильная химия: от левитирующих лягушек до графена

Ссылки на Breadcrumb Trail

  1. Наука
  2. Мнение
  3. Колумнисты

Только один человек когда-либо выигрывал и индивидуальную Нобелевскую премию, и Шнобелевскую премию: сэр Андре Константин Гейм.

Автор статьи:

Джо Шварц • Специально для Montreal Gazette На фото из архива, сделанном 10 декабря 2010 г., голландский профессор Андре Гейм кланяется после получения Нобелевской премии по физике от короля Швеции Карла XVI Густава (не на фото) во время Церемония вручения Нобелевской премии в Концертном зале Стокгольма.Фото JONATHAN NACKSTRAND / GETPICS

Содержание статьи

Получение Нобелевской премии — это вершина научных достижений. Но сочетать это с Шнобелевской премией — это уникально! Фактически, только один человек когда-либо выигрывал и индивидуальную Нобелевскую премию, и Шнобелевскую премию. В 2010 году сэр Андре Константин Гейм разделил Нобелевскую премию по физике с Константином Новоселовым за выделение графена, замечательной формы углерода, самого тонкого и прочного из известных материалов. Десятью годами ранее Гейм получил Шнобелевскую премию по физике за левитацию маленькой лягушки с помощью мощного магнита!

Объявление

Это объявление еще не загружено, но ваша статья продолжается ниже.

Содержание статьи

Нобелевская премия считается самой престижной наградой в области химии, физики, медицины, литературы, экономики и мира. За исключением премии по экономике, которая была добавлена ​​в 1968 году, премии были учреждены в 1895 году по воле Альфреда Нобеля, разбогатевшего благодаря открытию динамита. Обеспокоенный тем, что его изобретение может быть использовано во вред человечеству, Нобель решил оставить свое состояние в доверительном управлении для финансирования премий, которые будут присуждаться за выдающиеся исследования.

Шнобелевские премии — это юмористический взлет на Нобелевскую премию и «почетные достижения, которые сначала заставляют людей смеяться, а затем заставляют задуматься. Призы предназначены для того, чтобы отмечать необычное, чествовать творческое и поощрять интерес людей к науке, медицине и технологиям ». Профессор Гейм с радостью принял Шнобелевскую премию с соответствующим самоуничижением, продемонстрировав способность понимать шутки. Он даже заявил, что одинаково ценит как Шнобелевскую, так и Нобелевскую премию.

Объявление

Это объявление еще не загружено, но ваша статья продолжается ниже.

Содержание статьи

Хотя левитация лягушки может показаться юмористической, особенно при просмотре видео, на котором изображена маленькая лягушка, плывущая в воздухе, у нее есть серьезная сторона. Гейм получил физическое образование в России, прежде чем занять должность доцента в Университете Радбаут в Голландии, где он проводил исследования сверхпроводимости. Эксперимент с лягушкой, который, кстати, не причинил вреда лягушке, был интересным и был разработан для демонстрации диамагнитных свойств вещества.

Диамагнетизм — это свойство любого вещества и описывает, что происходит, когда вещества подвергаются воздействию очень мощных магнитных полей. Эти поля заставляют электроны двигаться таким образом, что они сами создают крошечное магнитное поле, которое отталкивается внешним полем. Диамагнитные поля чрезвычайно малы и затмеваются ферромагнитными и парамагнитными полями. Ферромагнитные вещества, такие как железо, кобальт и никель, обладают постоянными магнитными свойствами и взаимодействуют с внешними полями.Вот почему магнит может собирать гвозди. Парамагнитные вещества также можно заставить выравниваться с внешним полем, но этот эффект проявляется только до тех пор, пока присутствует внешнее поле. Алюминий, платина и жидкий кислород являются примерами веществ, в которых сильное внешнее поле индуцирует магнитное поле, которое притягивается внешним полем, но эти вещества не сохраняют никаких магнитных свойств.

Объявление

Это объявление еще не загружено, но ваша статья продолжается ниже.

Содержание товара

Вода, как и любой другой материал, обладает диамагнитными свойствами и составляет значительную часть тела лягушки. Поскольку в лягушке нет веществ, которые проявляют значительные ферромагнитные или парамагнитные эффекты, диамагнитный эффект становится заметным при приложении мощного внешнего поля. Поскольку диамагнитное поле противодействует внешнему полю, лягушка плавает. Совершенно потрясающе.

Летающая лягушка не имела ничего общего с исследованиями, за которые Гейм получил Нобелевскую премию по физике.На самом деле он гордится тем, что много раз менял предмет своего исследования, в отличие от профессоров, которые продолжают уделять внимание той же области, в которой они получили свою докторскую степень.

Нобелевская премия была присуждена за работу с графеном, удивительной формой углерода, в которой каждый атом углерода связан с тремя другими, образуя узор из гексагональных колец, образуя слой толщиной всего в один атом. Гейм разработал систему использования клейкой ленты для отделения одного слоя от графита, другой формы углерода, а затем растворения ленты, чтобы оставить после себя микроскопически тонкий лист графена.С тех пор были разработаны различные другие методы для производства материала, который является прозрачным, является отличным проводником электричества, является эластичным, гибким, химически инертным и непроницаемым. Он имеет большой потенциал для использования в сенсорных экранах, спортивном оборудовании, электронике и системах фильтрации.

Объявление

Это объявление еще не загружено, но ваша статья продолжается ниже.

Содержание статьи

Помимо лягушек, Гейм интересуется гекконами, в частности, тем, почему они могут ходить вверх ногами по потолку.Оказывается, это связано с крошечными притягивающими «силами Ван-дер-Ваальса», которые создаются между поверхностями веществ в непосредственной близости. У геккона на ногах миллиарды крошечных волосков, которые создают огромную площадь для привлечения внимания. Гейму удалось имитировать этот эффект с помощью крошечных волокон полиимида, чтобы создать прототип «ленты геккона», которая чрезвычайно липкая, но ее можно снять, не повредив поверхность. Отлично подходит для художников! До сих пор никто не снимал видео с его использованием для нового способа левитации лягушек.

[email protected]

Джо Шварц — директор Управления науки и общества Университета Макгилла (mcgill.ca/oss). Он ведет шоу доктора Джо на CJAD Radio 800 AM каждое воскресенье с 15 до 16 часов.

Связанные

Поделитесь этой статьей в своей социальной сети

    Реклама

    Это объявление еще не загружено, но ваша статья продолжается ниже.

    Подпишитесь, чтобы получать ежедневные заголовки новостей от Montreal Gazette, подразделения Postmedia Network Inc.

    Нажимая кнопку «Зарегистрироваться», вы соглашаетесь на получение вышеуказанного информационного бюллетеня от Postmedia Network Inc. Вы можете отказаться от подписки в любое время, щелкнув ссылку для отказа от подписки в нижней части наших электронных писем. Postmedia Network Inc. | 365 Bloor Street East, Торонто, Онтарио, M4W 3L4 | 416-383-2300

    Спасибо за регистрацию!

    Приветственное письмо уже в пути. Если вы его не видите, проверьте папку нежелательной почты.

    Следующий выпуск Montreal Gazette Headline News скоро будет в вашем почтовом ящике.

    Комментарии

    Postmedia стремится поддерживать живой, но гражданский форум для обсуждения и поощрять всех читателей делиться своим мнением о наших статьях. На модерацию комментариев может потребоваться до часа, прежде чем они появятся на сайте.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *