physfrompobed

Название его происходит от аббревиатуры VANTA, которая означает vertically aligned carbon nanotube arrays – то есть углеродные нанотрубки, ориентированные перпендикулярно поверхности подложки. Такие структуры имеют сверхнизкую отражательную способность, и человеческий глаз воспринимает их не как цвет, а как отсутствие цвета – иными словами, абсолютную пустоту.

Так, например, трёхмерный объект, покрытый Vantablack, выглядит как двумерный и не имеющий глубины:

У супер-чёрных материалов находится множество инженерных применений. Их используют как поглотители рассеянного света в разнообразных оптических устройствах, от микроскопов до телескопов на земной орбите. Покрытия на основе VANTA могут увеличить поглощение света в системах концентрированной энергии или стать высокоэффективным камуфляжем для военной техники.

Необычные свойства Vantablack привлекают художников и дизайнеров. Британский скульптор Аниш Капур даже выкупил эксклюзивные права на использование его в качестве художественного материала. А компания BMW выпустила шоу-кар BMW Vantablack X6, покрытый облегчённой версией Vantablack с чуть более высоким показателем отражения. Даже так автомобиль воспринимается как чёрная дыра в пространстве и навряд ли стал бы безопасен на дорогах. Странно, что не закрасили поворотники — будто на BMW ими пользуются :)

Как именно производится Vantablack, разработчики не сообщают. Однако известно, что в качестве основы материала берутся нанотрубки, выращиваемые при 430 ºC методом парового осаждения. Эти нанотрубки имеют толщину около 20 нм, что в тысячи раз тоньше человеческого волоса. Эффект абсолютной черноты достигается благодаря рассеиванию и поглощению света света между миллиардами таких трубок.

В 2019 году учёные Массачусетского технологического института создали материал CNT, ещё более чёрный, чем Vantablack. Утверждается, что он поглощает не менее 99,995% падающего на него света. Для демонстрации его свойств художники Центра искусств, науки и технологий МТИ покрыли CNT 16,78-каратный натуральный жёлтый бриллиант стоимостью 2 миллиона долларов. Плоская чёрная пустота на месте бриллианта получила название “Искупление тщеславия”. Неизвестно, используется ли CNT в инженерных или коммерческих целях: купить его через интернет или заказать для исследований невозможно, т.к. это лабораторная технология, требующая роста нанотрубок прямо на детали.

Приобрести Vantablack в личное пользование, чтоб покрасить стену в спальне, тоже пока не получится. Компания Surrey Nanosystems, разработчик материала, предоставляет его только производителям аэрокосмических приборов и систем, автомобилей и оптики, а также для единичных дизайнерских решений.

Смотрите новые видео на youtube.com/@PhysFromPobed

Приобретайте наши конструкторы на fizikits.ru и ozon.ru

Бетельгейзе – яркая звезда в созвездии Ориона, ближайший к земле красный сверхгигант, то есть массивная и очень яркая звезда. Видимый блеск Бетельгейзе меняется со временем, но в последние несколько лет это изменение особенно сильно. Значит ли это, что с Бетельгейзе что-то не так?

Почему вообще светятся звёзды?

Ядро звёзд обычно состоит из двух самых лёгких элементов – водорода и гелия. При этом в ядре постоянно происходят термоядерные реакции синтеза: из более лёгких элементов синтезируются более тяжёлые. Так, в результате реакции ядерного горения водорода четыре протона превращаются в ядро гелия-4. Потом начинается ядерное горение гелия, углерода, неона, кислорода и кремния – в этих реакциях синтезируются другие элементы, вплоть до железа. Благодаря процессу термоядерного синтеза высвобождается большое количество тепла и света, который мы наблюдаем как свет звёзд.

По мере старения звезды у неё заканчивается водород, и термоядерные реакции постепенно прекращаются. Внутри звёзд, чья масса составляет больше десяти масс Солнца (в том числе и Бетельгейзе, чья масса примерно в 13-17 раз больше солнечной), образуется ядро, в котором не идут реакции горения и которое становится всё тяжелее и тяжелее. В какой-то момент оно за несколько секунд рушится под тяжестью своего веса, это называют гравитационным коллапсом. На него падает оболочка, разгоняется до бешеной скорости, и когда материя многократно уплотняется, происходит взрыв.

В центре остаётся нейтронная звезда или чёрная дыра, а внешняя оболочка разлетается во все стороны и выделяет огромное количество световой энергии – в миллиарды раз больше, чем светимость Солнца. Такой процесс называется взрывом сверхновой II типа.

Таким образом, момент взрыва звезды зависит от того, что происходит внутри неё, от того, сколько у неё осталось топлива и насколько она близка к коллапсу.

Что происходит внутри Бетельгейзе?

Точно неизвестно. Некоторые учёные считают, что изменение блеска Бетельгейзе означает, что она находится на поздней стадии сжигания углерода в ядре – то есть может взорваться в течение ближайших нескольких сотен тысяч лет, а возможно, даже десятков тысяч.

Впрочем, другие учёные полагают, что мы не можем точно предсказать время взрыва, а поэтому любые оценки –лишь приблизительные прогнозы, предназначенные для широкой аудитории.

Не уничтожит ли Бетельгейзе нашу планету?

Нет. Она расположена примерно в 600 световых годах от Земли, то есть выброшенному веществу звезды потребуется несколько миллионов лет, чтобы долететь до нас. За это время вещество рассеется, а скорость ударной волны сильно снизится.

Последствия взрыва будут видны на небе невооружённым глазом: в случае взрыва Бетельгейзе увеличит яркость до −9…−12 звёздных величин, что гораздо больше, чем все наблюдавшиеся до этого сверхновые. Она будет светить ярко, как полная Луна! Потом светимость звезды будет постепенно уменьшаться, и в течение нескольких месяцев или лет она перестанет быть видима.

Иными словами, если Бетельгейзе взорвётся, вы точно успеете сделать эффектное селфи на фоне ночного неба. Однако те, кто любит смотреть на Бетельгейзе как на яркую красную звезду в созвездии Ориона, будут скучать по ней, когда она исчезнет!

Смотрите новые видео на youtube.com/@PhysFromPobed

Приобретайте наши конструкторы на fizikits.ru и ozon.ru

Слово sorbere по-латыни значит хлебать, поглощать, вбирать, всасывать. От этого корня происходят и термины абсорбция и адсорбция, которые часто путают. В чём же между ними разница?

Абсорбция и абсорбенты

Абсорбция – это растворение одного вещества в объёме другого вещества. Чаще всего встречается поглощение газов жидкостями, например, растворение углекислого газа в шампанском. Встречается и поглощение жидкостей твёрдыми телами: скажем, впитывание воды в тряпку или в губку для мытья посуды.

Мы видим, что впитывание происходит по всему объёму поглощающего вещества. Оно называется абсорбентом. Как правило, абсорбировавшиеся вещества могут быть вновь извлечены из абсорбента его нагреванием, механическим воздействием или иным способом: мокрую тряпку можно выжать, а бутылку с шампанским открыть. Вода отожмётся, а углекислый газ выйдет наружу.

Часто в процессе абсорбции происходит увеличение массы абсорбирующего материала или существенное увеличение его объёма. Например, атмосферная влага, впитавшаяся в деревянную мебель, приводит к её набуханию и расслоению.

Адсорбция, адсорбенты и десорбция

Адсорбция – это поглощение одного вещества (газа или жидкости) в поверхностном слое другого материала, так называемого адсорбента (твёрдого тела или жидкости). Поглощения по всему объёму в этом случае не происходит. Например, жир из сковородки оседает на металлической сетке кухонной вытяжки. Жир не пропитывает металл насквозь — лишь образует липкую плёнку снаружи.

Процесс, обратный адсорбции, называется десорбцией. Если вы сидите у костра, ваша одежда пропитывается дымом. Это адсорбция. Если вы повесите одежду на балконе, а на следующий день запах дыма исчезнет, это будет десорбция.

Адсорбция широко применяется там, где нужно удалить откуда-либо вредные примеси или загрязнители: например, в химической и нефтеперерабатывающей промышленности для очистки продуктов, в пищевой промышленности при переработке кофе, рыбы и других продуктов с сильным запахом.

Интенсивность адсорбции зависит от площади поглощающей поверхности, поэтому в медицине и технике используются микропористые поглотители с большой площадью поверхности: цеолиты, силикагели и знакомый всем активированный уголь.

Итого: при абсорбции поглощаемое вещество улавливается всем объёмом материала, а при адсорбции — только его поверхностью.

Смотрите новые видео на youtube.com/@PhysFromPobed

Приобретайте наши конструкторы на fizikits.ru и ozon.ru

P.S.

Мы задумались: почему адсорбция и абсорбция так похожи по звучанию? Физики всех хотели запутать?
Корень sorbere нам уже знаком. А в чём разница между приставками?
ad- — «к», «при», «на поверхность»
ab- — «от», «внутрь», «прочь от поверхности»

И оказывается, это не какие-то сложные научные термины. Слова с такими приставками знакомы нам всем!

С приставкой ad- (направление к): адрес, адреналин, адекватный

С приставкой ab- (удаление, отдаление): абонент, абстракция, аббревиатура, абсурд.

Первые бумеранги появились более десяти тысяч лет назад. Первоначально они использовались австралийскими аборигенами для охоты и ведения боевых действий.

Сейчас бумеранг – популярная во всём мире игрушка. Но почему он возвращается назад?

Дело в его форме. Прежде всего, каждая лопасть бумеранга в сечении имеет форму, схожую с крылом самолёта. Такая форма называется аэродинамическим профилем. Она напоминает вытянутый овал: нижняя сторона более плоская, а верхняя — изогнутая.

Воздух, который проходит над верхней стороной аэродинамического профиля, движется быстрее, чем воздух, проходящий под ним. Быстро движущийся воздух имеет меньшую плотность, чем воздух под крылом, что создаёт разницу в давлении воздуха. И, соответственно, подъемную силу, благодаря которой и самолёты, и бумеранги могут долго находиться в полёте.

Но это объясняет, почему бумеранги летают. Чтобы понять, почему они возвращаются, нужно понять, как правильно бросить бумеранг. Перед броском бумеранг держат вертикально, и бросают, сильно закручивая в воздухе – со скоростью несколько оборотов в секунду.

Правильно брошенный бумеранг в течение всего полета совершает два разных движения. Первое — это поступательное движение (вперёд, точно так же, как теннисный мяч). Второе — это вращение. Однако по ходу он меняет характер своего движения, так что разобьем весь полет на два этапа:
- на первом этапе он переходит из вертикального положения в горизонтальное;
- на втором - движется по дуге и возвращается обратно.

Первый этап. Верхняя часть бумеранга движется быстрее, потому что её скорость состоит из поступательного движения плюс скорость вращения. Нижняя часть движется медленнее, потому что она движется со скоростью поступательного движения минус скорость вращения.

Поэтому верхнее крыло создает бо́льшую подъёмную силу, чем нижнее. Возникает поворачивающий момент, вот только бумеранг вращается очень быстро, как гироскоп. Поэтому приложенный момент сил довольно необычно поворачивает ось бумеранга, и он переходит в горизонтальное положение, ложится.

Начинается второй этап полета. По-прежнему разные стороны бумеранга движутся с разными скоростями и на разные части действует разная подъемная сила. Но теперь это приводит к небольшому крену бумеранга, так что он начинает закруглять свою траекторию так же, как поворачивающий самолет (или как наклоненный велосипед, когда едешь на нем без рук). В итоге бумеранг описывает полный круг и возвращается в то же место.

Нужно понимать, что один этап плавно переходит во второй. Это мы только для упрощения разбили весь полет на две разных части.

Резюме
Возврат бумеранга — результат неравномерной подъёмной силы на его лопасти и гироскопического эффекта вращения. Именно их сочетание сначала кладёт бумеранг горизонтально, затем заставляет его плавно «заворачивать» по дуге и возвращаться к точке броска.

Смотрите новые видео на youtube.com/@PhysFromPobed

Приобретайте наши конструкторы на fizikits.ru и ozon.ru