metron - lme.is.edu.rolme.is.edu.ro/continut/proiecte/metron/nr_1_2013_continut.pdf · metron, nr....

METRON, nr. 1 / ianuarie 2013

1

MMEETTRROONN

Revista de fizică a elevilor din Colegiul Național „Mihai Eminescu”, Iași

Nr. 1 / ianuarie 2013


2

Coordonare științifică:

Profesor Luiza GRINDEI Profesor Duța OUATU Profesor Cristian BELEI Colegiul de redacție:

Letiția-Ioana BÎRNOSCHI (XI A), redactor-șef Elisabeta IOAN (XI A), redactor Andrei Tudor IONESCU (XI A), redactor

Date de contact:

Colegiul Național „Mihai Eminescu” Str. Mihail Kogălniceanu nr. 10 700454, Iași, România [email protected] Coperta: Letiția-Ioana Bîrnoschi


3

CCoolleeggiiuull NNaațțiioonnaall „„MMiihhaaii EEmmiinneessccuu””,, IIaașșii

CCUUPPRRIINNSS

AACCTTUUAALLIITTĂĂȚȚII DDIINN FFIIZZIICCĂĂ …………………………………………………………………………………….. 4

CCOONNVVOORRBBIIRREE DDEESSPPRREE FFIIZZIICCĂĂ ŞŞII VVIIAAŢŢĂĂ …………………………………………………… 6

IISSTTOORRIIAA OOPPTTIICCIIII …………………………………………………………………………………………………………...... 8

FFIIZZIICCIIEENNII DDEE SSEEAAMMĂĂ:: NNiikkoollaa TTeessllaa …………………………………………………………………… 11

IITTEERR –– CCAALLEEAA SSPPRREE EENNEERRGGIIAA DDEE FFUUZZIIUUNNEE NNUUCCLLEEAARRĂĂ …………...... 14

EEXXIISSTTĂĂ AAPPĂĂ PPEE MMAARRTTEE?? …………………………………………………………....…………………………....

CCIIUUDDAATT,, DDAARR EEXXPPLLIICCAABBIILL

19

DDee ccee aalluunneeccăămm ppee gghheeaațțăă?? ……………………………………… 21

SSăăbbiiiillee llaasseerr:: mmiitt vveerrssuuss rreeaalliittaattee ………………………………... 22

FFIIZZIICCAA DDIISSTTRRAACCTTIIVVĂĂ ……………………………………………………………………………………………….. 25

RREEBBUUSS …………………………………………………………………………………………………………………………………….. 26


4

AACCTTUUAALLIITTĂĂȚȚII DDIINN FFIIZZIICCĂĂ

–– iinnffoorrmmaațțiiii pprreelluuaattee ddee ppee ppoorrttaalluull pphhyyss..oorrgg ––

UUnn nnoouu ttiipp ddee mmaaggnneettiissmm

Cercetătorii de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts (MIT) au descoperit un al treilea tip de magnetism (pe lângă fero-magnetism şi antiferomagnetism), care se manifestă între particulele unei substanţe lichide. Astfel, ei au creat un cristal numit QSL (Quantum Spin Liquid), în care particulele fluctuează continuu, precum moleculele care trec una pe lângă alta într-un lichid (deşi cristalul este, în mod fundamental, un solid). Noul tip de magnetism va fi folosit în stocarea datelor pe calculator şi în comunicaţii, datorită unui fenomen numit long-range entanglement (reţea de mare întindere), în care două particule aflate la mare distanţă una de cealaltă îşi influenţează reciproc stările. Totodată, proprietăţile QSL ar putea fi folosite şi pentru superconductori, utilizaţi astăzi în aparatele RMN, în staţiile de telefonie mobilă sau pentru dezvoltarea de trenuri foarte rapide.

„„PPeelleerriinnăă ddee iinnvviizziibbiilliittaattee”” iinntteelliiggeennttăă

O nouă „pelerină de invizibilitate”, maleabilă, care ascunde obiectele chiar și atunci când acestea își schimbă forma, a fost prezentată de către cercetătorii din SUA și din Coreea de Sud. Alcătuită din metamaterial, invenţia funcţionează într-un interval de frecvenţe de microunde, suportând schimbări de până la 8 mm a formei corpurilor. Descoperirea marchează un progres semnificativ faţă de precursoarele

sale, care trebuie să fie repro-iectate pentru a compensa chiar și cele mai mici schimbări în forma unui obiect. Termenul de „pelerină” poate induce în eroare, întrucât invenţia nu ascunde fiinţe umane (aşa cum vedem prin filme). Totuşi, noua „pelerină de invizibilitate” se dovedeşte foarte utilă în domeniul militar.


5

CCeellee 550000 ddee ssttăărrii ddee aaggrreeggaarree:: îînncceeppuuttuull uunneeii nnooii eettaappee

Uitaţi de solide, lichide sau gaze: există de fapt mai mult de 500 de stări de agregare. Folosind matematica modernă, Wen Xiao-Gang, cercetător la Institutul Perimeter pentru Fizică Teoretică din Canada, a reuşit să clasifice toate aceste stări, ceea ce va contribui la îmbunătăţirea proiectării de superconductori sau calculatoare

cuantice. Aceasta nu înseamnă că vechiul sistem de împărţire (în solide, lichide, gaze şi mai rar întâlnita plasmă) este greşit, ci doar inexact din perspectiva mecanicii cuantice, o ştiinţă în care se pune accent pe amănunte. Astfel, departe de a releva existenţa a 496 de tipuri noi de materie, Xiao-Gang şi colaboratorii săi doar au elaborat un sistem mai exact de clasificare a stărilor de agregare existente în Univers.

LLeevviittaațțiiee ccoonnttrroollaattăă ccuu lluummiinnăă Levitaţia magnetică a fost demonstrată pentru o diversitate de obiecte, de la

trenuri la broaşte, dar până acum nimeni nu a dezvoltat o practică pe bază de acţionare Maglev, care converteşte o sursă externă de energie în mişcare. Acum, într-un nou studiu, cercetătorii au folosit pentru prima dată un laser pentru a controla mişcarea unui disc de grafit ce levitează. Prin schimbarea temperaturii discului, laserul poate ajusta înălţimea levitaţiei şi poate muta controlat obiectul. Lumina laser sau lumina solară poate determina, de asemenea, şi rotirea discului, ajungând la peste 200 de rotaţii pe minut, fapt ce demonstrează că sistemul poate converti energia luminoasă în energie de rotaţie. Această descoperire deschide o nouă perspectivă către posibilităţile de utilizare a luminii; astfel, în viitor, aceasta poate constitui baza unui nou tip de mijloace de transport levitante.

Letiția-Ioana Bîrnoschi (XI A) Antonela Ceremuș (XI A)


6

CCOONNVVOORRBBIIRREE DDEESSPPRREE FFIIZZIICCĂĂ ŞŞII VVIIAAŢŢĂĂ Domnul conferenţiar dr. Sebastian Popescu, decanul Facultăţii de Fizică din cadrul Universităţii „Alexandru Ioan Cuza” din Iaşi, a avut amabilitatea să ne acorde o întrevedere în care am discutat despre… fizică, fireşte, dar într-un context mai larg, mai generos, „rezultanta” fiind fizica în viaţa noastră, în viitorul nostru, al tuturor. Ce reviste de fizică (din România şi din străinătate) vă sunt cunoscute şi care

dintre ele v-au impresionat?

Multe reviste m-au impresionat, dar, dintre revistele celebre din străinătate, aş aminti acum The PHYSICS Teacher, publicaţie care propune câte o problemă foarte interesantă, iar dezlegarea acesteia apare în numărul următor. Dintre revistele româneşti de profil îmi place în special renumita Gazeta, care acum, din păcate, se află într-un con de umbră. Îmi mai place şi Evrika.

Spuneaţi (glumind) că nu aţi mai vizitat Colegiul Naţional „Mihai Eminescu”

„din secolul trecut”. Adevărat, era anul 1995 când aţi fost aici. Cum vi s-au părut elevii de atunci ai colegiului?

Ei bine, trebuie să fac un efort serios ca să-mi aduc aminte (surâs autoironic)! Să ştii că boala Alzheimer afectează memoria recentă, nu pe cea de lungă durată. Pe vremea când mergeam eu la liceul respectiv, era un liceu serios, avea profesori foarte buni, avea elevi interesaţi şi îmi plăcea la ei foarte mult faptul că erau relaxaţi. Nu erau tensionaţi, se vedea acest lucru după cum interacţionau cu profesorul, după cum răspundeau la ore, după cum învăţau.

Ce credeţi despre elevii care învaţă fizica astăzi? Vorbim, bineînţeles, despre

elevii care au acest obiect inclus în programul de studii şi, mai ales, vorbim despre elevii care sunt interesaţi ori chiar pasionaţi de fizică.

Eu cred că elevii de acum găsesc o mare savoare în pierderea timpului şi fac o mare greşeală că nu se pregătesc intens în domeniul ştiinţelor. În mod clar, viitorul (ca şi prezentul, de altfel) este al ştiinţei şi tehnologiei. A trecut vremea gândirii confuzionate. În câţiva ani, lumea va arăta diferit faţă de cum o vedem acum, iar cei nepregătiţi vor rămâne mult în urmă. Când se vor trezi, se vor vedea într-un alt film, cu o altă distribuţie, şi ei nu vor mai face parte nici măcar din figuraţie. Evident, va fi necesar ca membrii comunităţii să ocupe toate meseriile din toate nomenclatoarele posibile stabilite de o anume societate. Noi avem o societate în care economia este la pământ… Nu trebuie să uităm, de asemenea, că trăim într-o societate globală.

Aţi făcut referire la cartea T h e W o r l d I s F l a t şi aţi afirmat că aceasta

este „o lectură chiar recomandabilă”. Atunci, problema importantă pe care trebuie să şi-o pună copiii şi tinerii – precum şi părinţii lor – este alegerea unei profesii, mai cu seamă alegerea unei profesii cât mai p o t r i v i t e fiecăruia, căci „a face ceva cu plăcere” nu e totuna cu „fac ce-mi place”. În lumea aceasta mare fiecare îşi poate găsi un rost dacă ştie să pună în valoare ceea ce ştie şi poate să facă, dacă are inspiraţia să aleagă un domeniu în care poate fi competitiv. Ajung tinerii de astăzi să renunţe la visul de a face în viaţă ceva care le place?

Eu cred că nu. Eu cred că cei mai mulţi tineri nu şi-au descoperit încă punctele tari, nu şi-au descoperit încă talentele. Dar nici nu şi le vor descoperi dacă îşi umplu


7

ziua cu lucruri mărunte, care nu au relevanţă în economia problemei. Este şi o vârstă la care este puternică tentaţia de a irosi timpul – chiar cu plăcere. Apoi, ca să fii inventiv trebuie să te plictiseşti şi să cauţi o cale de a evita plictiseala. Or, acum toţi copiii sunt extrem de ocupaţi, oamenii se simt obosiţi de mici. Părinţii nu-şi lasă copiii să se plictisească şi n-au cum să afle dacă aceştia sunt talentaţi la ceva – şi la ce anume. Bine, nu înseamnă că toţi ar trebui să năvălească acum la show-uri şi concursuri care să le demonstreze talentul la muzică, pentru că, de cele mai multe ori, un astfel de succes nu e decât un miraj. Nu mai departe decât ieri, am aflat din presă că o cunoscută vedetă nu mai are bani de chirie…

Ce părere aveţi despre olimpicii ieşeni la fizică?

Îmi sunt toţi foarte dragi pentru că îndrăgesc şi ei fizica. Rezultatele lor deosebite lasă să se întrevadă faptul că ei vor ajunge în viaţă exact ce-şi doresc să fie. Nimic nu le poate sta în cale. De ce? Ei bine, fizica le oferă un mare avantaj celor care o frecventează: le ordonează gândirea într-un anume fel. Astfel, indiferent spre ce domeniu profesional se vor îndrepta, aceşti tineri premianţi la fizică vor putea rezolva orice problemă (în general, nu mă refer doar la fizică). Şi atunci ei vor fi preferaţi în multe locuri, chiar şi înaintea celor cu studii strict de specialitate în domeniul respectiv. Un exemplu foarte interesant: aproape toate poziţiile de pe Wall Street sunt ocupate mai întâi de fizicieni şi abia apoi de economişti. Nu intru acum în detalii, dar pot spune că fizicienii sunt preferaţi de angajatori pentru că ei sunt deprinşi să facă mai multe corelaţii şi pot face predicţii mai exacte despre ceea ce se va întâmpla pe piaţă.

Viaţa bate filmul. Din nefericire pentru cei care consideră fizica mai puţin (sau deloc) importantă, ei vor avea de-a face cu ea iar şi iar în timpul vieţii. De la mânuirea celui mai insignifiant gadget, până la necesitatea de a da răspunsuri unui copil care întreabă neobosit: „De ce ninge?”, „De ce e cerul albastru?”, „De ce apa e udă?”. Un părinte insuficient pregătit nu poate face faţă unor asemenea situaţii. Nu poate da decât un singur răspuns: „Lasă că te dau la şcoală şi afli tu…”.

Ca decan al unei facultăţi de fizică, cum credeţi dumneavoastră că ar fi posibil

ca elevii să-şi schimbe părerile nefavorabile şi reticenţa faţă de fizică, faţă de ştiinţe (în general)?

Fiecare trebuie – şi e bine – să afle ce-i place. Eu aş fi bucuros să meargă elevii la toate olimpiadele, dar nu acelaşi elev la mai multe (prea multe!) concursuri.

Participarea la olimpiade şi la alte competiţii de acest fel, studiul aprofundat într-un domeniu ştiinţific reprezintă un cadru propice în care, pe lângă alte beneficii, se poate exersa lupta cu emoţiile; aşa se poate câştiga anduranţa în condiţii de stress. Când viaţa îţi lansează provocări şi te supune la încercări, una este să ai psihicul robust, şi cu totul alta este să fii (complet) nepregătit. Olimpiadele te deprind să dai randament în condiţii de presiune. Te ajută să-ţi dai seama dacă – şi în ce măsură – eşti inventiv, ingenios în găsirea unei soluţii.

Apoi, un mare atu al unui concurs (ca, de altfel, al oricărei experienţe) este că întâlneşti oameni care au aceleaşi pasiuni ca şi tine. Poţi astfel discuta despre lucruri care te interesează, poţi discuta cu oameni care, cine ştie, îţi vor influenţa viaţa. Participând la competiţii alături de cei de-o vârstă cu tine, poţi lega prietenii cu oameni care trăiesc în alt colţ al ţării (ori al lumii). Cunosc asemenea cazuri – sunt prietenii bazate pe afinităţi personale şi pe pasiuni comune, prietenii care pot dura o viaţă întreagă.

A consemnat Andrei Tudor Ionescu (XI A).


8

IISSTTOORRIIAA OOPPTTIICCIIII

Optica este ramura fizicii care studiază proprietăţile şi comportamentul luminii.

Corectarea vederii, studierea spaţiului, precum şi multe activităţi simple din viaţa noastră de zi cu zi sunt posibile datorită opticii. Dar cum a început totul şi de cât timp studiază oamenii lumina?

Cele mai vechi lentile descoperite sunt făcute din cuarţ şlefuit şi datează din anul 700 î. Hr., una din ele fiind descoperită în palatul asirian Nimrud, pe teritoriul Irakului de astăzi. Se crede că a fost folosită pe post de lupă sau ca parte dintr-un telescop, întrucât asirienii aveau cunoştinţe de astronomie. Romanii şi grecii umpleau sfere de sticlă cu apă pentru a crea lentile. Deşi sticla era cunoscută încă de pe vremea mesopotamienilor, obţinută probabil accidental în urma proceselor de prelucrare a metalului, ideea de lentile făcute din sticlă a apărut abia in Evul Mediu.

În secolul V î. Hr., filosoful grec Empedocle susţinea ideea că totul este compus din patru elemente: foc, aer, pământ şi apă. Credea că Afrodita a creat ochiul uman din acestea, aprinzând înăuntru foc, care strălucea şi făcea vederea posibilă. De asemenea, a făcut o legătură între razele din ochi şi cele de la o sursă precum soarele, pentru a explica incapacitatea omului de a vedea noaptea. În scrierea lui Aristotel intitulată Problemata (350 î. Hr.), apar primele idei în legătură cu camera obscură, care prefigurează aparatul de fotografiat.

În lucrarea sa Optica, matematicianul grec Euclid studiază efectele perspectivei folosind principiile geometriei, pornind de la un set de axiome evidente, legate de dimensiunile unui obiect raportate la distanţa şi la unghiul din care este privit. De asemenea, el observă faptul că lumina se propagă în linie dreaptă. În timp ce Euclid analizează doar vederea simplă, directă, Heron din Alexandria studiază şi chestiuni de reflexie şi refracţie, iar Ptolemeu tratează refracţia razelor de lumină la trecerea dintr-un mediu în altul şi stabileşte raportul dintre unghiul de incidenţă şi unghiul de refracţie.

Contribuţii de seamă vin şi din lumea islamică. Alhazen (965-1040 d. Hr.) a studiat oglinzile sferice şi parabolice şi a scris multe lucrări ce au avut mare importanţă mai târziu în Europa. Persanul Avicenna a susţinut faptul că lumina are o viteză finită, iar în secolele XIII şi XIV, Qutb al-Din al-Shirazi şi elevul său Kamāl al-Dīn al-Fārisī au continuat munca lui Alhazen, fiind primii care au explicat corect fenomenul curcubeului.

În Europa, franciscanul Roger Bacon, studiază lentilele convexe şi capacitatea acestora de a mări imagini şi sugerează folosirea lor pentru corectarea vederii. Alt franciscan, John Pecham, utilizează toate scrierile de până atunci pentru a realiza Perspectiva communis, cel mai utilizat manual de optică din Evul Mediu.

Lentilă din Nimrud


9

Savantul Leonardo da Vinci studiază de asemenea optica şi scrierile de până atunci, aplicând cele observate în picturi ca Cina cea de taină sau Doamna cu hermină. În jurul anului 1600 este construit primul telescop, de refracţie, de către Hans Lippershey, iar Galileo Galilei realizează unul capabil să mărească imaginile de până la 30 de ori şi îl utilizează în observaţiile sale astronomice. De asemenea, Galilei a creat primul instrument ce avea să poarte numele de microscop, compus dintr-o lentilă concavă şi una convexă.

Astronomul german Johannes Kepler, contem-poran cu Galilei, observă umbrele neobişnuite, culoarea roşie a eclipselor de Lună şi haloul luminos în cazul eclipselor de Soare şi le atribuie refracţiei atmosferice. În lucrarea sa Astronomiae pars Optica, el descrie legea variaţiei intensităţii luminii, reflexia prin oglinzi plane şi curbe şi efectul de paralaxă (variaţia direcţiei unui obiect la deplasarea observatorului). De asemenea, studiază ochiul uman şi este primul care observă modul în care se proiectează imaginea pe retină. Astăzi, lucrarea lui Kepler este considerată fundamentul opticii moderne.

Olandezul Willebrord Snellius (1580-1626) a formulat legea matematică a refracţiei, cunoscută azi ca legea lui Snell. Francezul René Descartes a descoperit-o independent, legea fiind publicată pentru prima dată în lucrarea sa Discours de la méthode (1637). Olandezul Christiaan Huygens a inventat primul proiector de imagini, denumit lanterna magică.

Şi Isaac Newton s-a ocupat, între anii 1670 şi 1672, cu probleme de optică. A observat că lumina albă se

descompune într-un spectru de culori atunci când trece printr-o prismă şi se poate recompune cu ajutorul unei lentile şi al altei prisme. Newton a afirmat că orice telescop de refracţie ar suferi din cauza dispersiei luminii în culori şi a rezolvat problema construind unul care foloseşte o oglindă drept obiectiv. De asemenea, a susţinut că lumina este făcută din corpusculi.

Francezul Augustin Jean Fresnel (1788-1827) afirmă că lumina este formată din unde, care sunt transversale şi nu longitudinale, cum se credea până atunci. Demonstrează acest fapt în colaborare cu Dominique François Jean Arago (1786-1853), observând că două raze de lumină polarizate pe direcţii perpendiculare nu interferează. Siméon Denis Poisson, susţinător al teoriei că lumina era compusă din particule, încearcă să distrugă teoria lui Fresnel,

Microscopul lui Galilei

Lanterna magică


10

deducând din calculele matematice ale acestuia un fapt aparent imposibil: în centrul unei umbre circulare apare un punct luminat. A înscris această teorie în competiţia organizată de Academia Franceză de Ştiinţe, care dorea să premieze cel mai bun eseu despre natura luminii. Arago, aflat în juriu, a realizat un experiment pentru a verifica existenţa acelui punct luminat, care s-a dovedit real. Astfel, fără să vrea, Poisson a întărit teoria luminii sub formă de undă.

Utilizând conceptul camerei obscure, omul a dorit să realizeze o proiecţie permanentă a unei imagini care să nu necesite desenarea manuală. După ce a fost creată prima cameră obscură portabilă, în anii 1660 de către englezii Robert Hooke şi Robert Boyle, francezul Joseph Nicéphore Niépce a creat prima fotografie, ce a utilizat un ecran acoperit cu o serie de substanţe fotosensibile.

În 1850, Léon Foucault a determinat viteza luminii în aer folosind o oglindă rotativă, şi a ajuns la valoarea de 298 de mii de km/s-1. Apoi a calculat viteza luminii în apă şi a constatat că este mai mică. În 1865, scoţianul James Clerk Maxwell a găsit că viteza unei unde electromagnetice este egală cu viteza luminii, de aceea lumina este un fel de undă electromagnetică. Iar în final, trecând peste calculele complicate, Albert Einstein a demonstrat ca lumina este şi undă, şi este compusă şi din particule.

În 1926, americanul Albert Abraham Michelson a calculat viteza exactă a luminii, obţinând valoarea de 299.793 km/s. În 1948, ungurul Dennis Gabor a descoperit şi descris hologramele, iar in 1953, urmând o idee a lui Einstein, fizicianul Charles Townes, împreună cu Arthur Schawlow, a produs primul maser, un dispozitiv asemănător cu laserul, dar care emite microunde. În 1960 a fost creat şi primul laser, de către americanul Theodore Maiman.

În prezent, cunoştinţele şi instrumentele de care dispunem sunt rodul tuturor acestor descoperiri, iar evoluţia opticii continuă, din dorinţa omului de a înţelege cât mai bine lumina şi interacţiunea acesteia cu natura şi de a o utiliza pentru a-şi perfecţiona modul de viaţă.

Elisabeta Ioan (XI A)

Punctul lui Poisson

Prima fotografie, realizată de Niépce


11

FFIIZZIICCIIEENNII DDEE SSEEAAMMĂĂ NNIIKKOOLLAA TTEESSLLAA

Cel mai mare om de ştiinţă şi inventator al lumii, Nikola Tesla, s-a născut în data de 9 iulie 1856 pe ţărmul Mării Adriatice în satul Smilian, comuna Gospici, din provincia austro-ungară Lika (aflată acum în Croaţia), într-o localitate populată de istro-români. Tatăl său, Milutin Tesla, a fost preot ortodox. Mama sa, Gheorghina (Gica) Tesla (născută Mandici), de origine aromână, se pare, era de o inteligenţă sclipitoare, după cum o demonstrează capacitatea extraordinară de a memora poezii în limba sârbă, deşi nu avea nici un fel de studii, ea neştiind nici măcar să citească.

SSttuuddiiii În 1861, Nikola urmează cursurile şcolii primare din Smilian, unde studiază

germana, aritmetica şi religia. După ce familia se mută la Gospici, el finalizează ciclul primar şi continuă cu ciclul gimnazial.

În 1870, Tesla se mută din nou, de această dată la Karlovac, Croaţia, pentru a-şi continua studiile. Este un elev model, cu capacităţi ieşite din comun. Efectuează calcule matematice mintal, fără a fi nevoie să le scrie pe hârtie, fapt ce îi miră pe profesori, care îl bănuiesc că trişează. Astfel, el este capabil să termine ciclul liceal în numai trei ani, absolvind în 1873.

După ce iese de pe băncile şcolii, tânărul Tesla se întoarce acasă, unde se îmbolnăveşte de holeră şi zace la pat nouă luni, fiind în pericol să moară de câteva ori. Tatăl său, într-un moment de disperare, îi promite băiatului că îl va trimite la cea mai bună şcoală de ingineri dacă se însănătoşeşte, în ciuda dorinţei lui iniţiale de a-l îndrepta spre preoţie.


12

În anul 1875, Nikola devine student la Universitatea Politehnică austriacă din Graz, unde nu numai că nu lipseşte la nici un curs şi ia cele mai mari note, dar trece cu brio de cele nouă examene. Profesorii îl lăudă tatălui spunând că este un băiat de prima clasă. Munca nu îl speria, mărturie stând nenumăratele ore pe care le petrecea la birou chiar şi la sfârşitul săptămânii sau în zilele de sărbătoare. Cu toate acestea, după moartea tatălui, Nikola găseşte un teanc de scrisori de la profesorii săi în care toată familia era îndrumată să-l tempereze pentru a nu fi doborât de prea multă muncă.

În ultimii ani de studii la Politehnică, Tesla este cuprins de patima jocurilor de noroc, pierde mulţi bani, dar este şi nepregătit pentru examene. Când vine timpul să le susţină, cere o amânare, respinsă însă, şi astfel tânărul student nu ajunge să termine niciodată facultatea. Profund afectat de situaţia sa, decide să rupă orice legătură cu familia şi cu prietenii şi pleacă în Maribor (acum în Slovenia), unde lucrează ca proiectant pentru 60 de forinţi pe lună.

Se întoarce acasă, apoi se mută la Budapesta pentru a lucra la compania de telegraf The Budapest Telephone Exchange, pe care o ajută să prospere, aducând multe îmbunătăţiri echipamentului central. De asemenea, el inventează un amplificator care însă nu va fi niciodată patentat sau prezentat publicului.

AAccttiivviittaattee şşttiiiinnţţiiffiiccăă Mutat în New York, Nikola Tesla se angajează la compania Edison Machine

Works. La început un simplu muncitor, ajunge mai târziu să discute cele mai mari probleme cu care se confruntă gigantul producător şi i se propune să reconstruiască toate generatoarele de curent ale companiei. În 1885, el susţine că poate să regândească motoarele şi generatoarele electrice spre a deveni mai eficiente funcţional şi economic. Edison este de acord cu această idee şi îi promite 50,000$ dacă reuşeşte să îşi pună în aplicare planul. După luni de muncă, Tesla duce la bun sfârşit proiectul şi îşi cere răsplata. Cum Edison nu îşi respectă promisiunea, el demisionează.

Un an mai târziu, Nikola Tesla îşi înfiinţează propria companie, Tesla Electric Light & Manufacturing. În următorii ani, dezvoltă numeroase maşinării pe baza descoperirilor sale despre curentul alternativ şi câmpul magnetic rotativ, obţinând peste 40 de brevete pentru invenţiile realizate. În 1895, devine operaţională, la Cascada Niagara, prima hidrocentrală de curent electric alternativ din lume. Emblemele masivelor generatoare instalate acolo poartă numele lui Nikola Tesla.

Chiar în zilele noastre, marea majoritate a motoarelor electrice inductive aflate în uz au avut ca punct de plecare proiectele iniţiale ale fizicianului. Invenţiilor lui Tesla îşi datorează existenţa radarul, ciclotronul, televizorul, reţelele de radio, roboţii, Internetul, pagerele, telefoanele celulare şi programul spaţial Războiul Stelelor, lansat de americani în timpul Războiului Rece. Tot el a pus bazele primului accelerator de particule din lume, bazându-se nu pe teoria relativităţii, emisă mai târziu de Einstein, ci pe principiul fulgerului globular.

Deşi a fost un geniu sclipitor al umanităţii, pe 7 ianuarie 1943 Nikola Tesla moare singur şi uitat într-o camera mică din hotelul Newyorker.


13

CCââtteevvaa ppaarrttiiccuullaarriittăăţţii aallee ggeenniiuulluuii NNiikkoollaa TTeessllaa În timpul gimnaziului, Nikola Tesla era pasionat de studiul matematicii. Până

la un anumit grad de dificultate, îi era indiferent dacă scria simbolurile pe tablă sau le invoca nici un.

După vârsta de 17 ani, Tesla putea să vizualizeze, cu cea mai mare uşurinţă, un obiect, neavând nevoie de modele, desene sau alte experimente propriu-zise. Din acest motiv, băiatul avea capacitatea de a pune la lucru o piesă nici un, fără a fi necesară construirea ei efectivă, astfel încât să îşi dea seama dacă va funcţiona sau nu, atunci când va fi materializată. Fără excepţie, toate dispozitivele concepute de Tesla lucrează exact aşa cum le-a conceput el.

Până la 8 ani, Tesla a fost un copil cu un caracter slab, temător, superstiţios. A depăşit însă acest prag şi a suferit o transformare extraordinară de personalitate. A găsit puterea autocontrolului şi a depăşirii de sine. Dovadă stă faptul că, deşi devine peste noapte adept înflăcărat al jocurilor de noroc, el reuşeşte să le abandoneze într-un timp record.

Sănătatea şi forma fizică ale lui Tesla s-au menţinut în limite de invidiat până la o vârstă foarte înaintată. La 60 de ani, îşi mai putea încă angaja trupul în acrobaţii accesibile numai marilor atleţi, iar ochii îi erau la fel de vioi că ai unui copil. Mai mult de atât, se pare că, de la împlinirea vârstei de 18 ani până la moarte, lui Nikola nu i-a variat nici măcar cu un kilogram greutatea corpului şi, dacă în copilărie era stângaci, la maturitate devenise ambidextru, folosindu-şi cu aceeaşi îndemânare ambele membre superioare.

Tesla avea o adevărată manie de a termina orice începea, fapt care adesea îl punea în situaţii dificile. De pildă, după ce a început să citească opera lui Voltaire, a aflat că existau aproximativ o sută de volume tipărite mărunt ale celebrului scriitor. A trebuit să termine ceea ce începuse, dar după ce a lăsat jos ultima carte şi-a spus că acest maraton al lecturilor nu avea să se mai repete. Mai mult, urechea lui Tesla era un instrument extraordinar de captare a semnalelor acustice. Acest simţ era în cazul său de-a dreptul paranormal, fiind de 14 ori mai dezvoltat decât al unui om obişnuit. Putea auzi ticăitul unui ceas aflat la trei camere distanţă, iar aşezarea unei muşte pe masă din încăperea în care se afla putea provoca un sunet aproape insuportabil de puternic pentru urechea sa. O trăsură ce trecea la o distanţă de câţiva kilometri avea deseori efectul de a-i cutremura întregul corp. Uneori, i se părea că pământul de sub el trepidează continuu, aşa încât a trebuit să-şi pună patul pe tampoane de cauciuc pentru a amortiza şocurile resimţite şi pentru a reuşi să doarmă.

În jurul originii lui Tesla, din motive mai mult sau mai puţin lesne de înţeles, planează destule controverse, câteva naţiuni diferite din fostul Imperiu Austro-Ungar revendicându-l pe genialul inventator. Colonelul Corso îl consideră sârb, Jan van Helsing îl crede croat. Dar e foarte posibil ca în fiinţa lui să se fi manifestat cu strălucire şi o moştenire genetică apropiată de a locuitorilor din spaţiul carpato-danubiano-pontic. Aşadar, poate că există suficientă îndreptăţire să considerăm că Nikola Tesla a fost, măcar în parte, descendent din proto-români, ca şi noi.

Teodor-Mihail Costică (XI A)


14

IITTEERR –– CCAALLEEAA SSPPRREE EENNEERRGGIIAA DDEE FFUUZZIIUUNNEE NNUUCCLLEEAARRĂĂ Populaţia este într-o

continuă creştere şi se estimează că va ajunge la 10 miliarde de locuitori în 2050. Însă nu doar populaţia este cea care creşte, ci şi cererea pentru energie, în special pentru cea electrică. Astăzi, cea mai mare parte din energia electrică este asigurată de consumul de combustibili fosili. Cum bine ştim, aceştia au un efect devastator asupra mediului înconjurător, datorită gazelor cu efect de seră produse, care constituie principala cauză a încălzirii globale. Provocarea majoră a acestui secol este aceea de a asigura populaţiei suficientă hrană, apă şi energie, într-un mod echitabil şi durabil. Fără energie, însă, este imposibilă asigurarea unei vieţi adecvate. În aceste condiții, căutarea unor surse alternative de energie şi îmbunătăţirea celor existente este imperativă pentru a ne putea asigura un viitor luminos.

Acum mai bine de 50 de ani au fost introduse centralele electrice pe bază de fisiune nucleară (centrale atomice, pe scurt), care contribuie, în prezent, la 35% din producţia de energie a Europei.

CCee eessttee ffiissiiuunneeaa nnuucclleeaarrăă?? În procesul de fisiune, o moleculă mai grea (cu

masa mai mare) se descompune în molecule mai uşoare (cu masa mai mică). Această reacţie produce energie. Un exemplu concret de dispozitiv pe bază de fisiune nucleară este bomba atomică. Ea foloseşte ca material de bază izotopul radioactiv al uraniului (235U). Bombardat cu neutroni, acesta se descompune în Kripton (92Kr) şi Bariu (141Ba), totodată eliberându-se foarte multă energie şi o cantitate semnificativă de raze gamma (γ), deosebit de dăunătoare organismului.

Însă, datorită deşeurilor radioactive produse în centralele atomonucleare şi a riscului mare de accidente (cum a fost cel de la Cernobîl), noi surse regenerabile de energie sunt în curs de dezvoltare. Acestea trebuie să ţină cont de 3 factori importanţi: impactul asupra mediului, disponibilitatea materialelor şi folosirea în condiţii de siguranţă. Ţările membre ale UE, împreună cu statele participante proiectului EURATOM (Comunitatea Europeană pentru

Punctele acestea sunt neutroni.

Vaporii care se văd sunt de apă, nu de altceva.


15

Energia Atomică) sunt conştiente de acest lucru şi investesc sume uriaşe în dezvoltarea unor astfel de surse. Europa, lider mondial în acest domeniu, a ajuns la concluzia că cea mai fiabilă sursă alternativă de energie, atât din punct de vedere științific, cât şi tehnologic, şi care să fie durabilă şi să nu emită gaze cu efect de seră, este fuziunea nucleară.

CCee eessttee ffuuzziiuunneeaa nnuucclleeaarrăă?? Fuziunea este reacţia datorită căreia soarele nostru străluceşte şi emite căldură.

În interiorul acestei bile imense de foc, la temperaturi de peste 15 milioane °C, atomii de hidrogen sunt descompuşi în particule fundamentale: nucleoni şi electroni, care „plutesc”, independent unii de alţii, sub formă de plasmă (a IV-a stare a materiei, din care este alcătuit 99% din universul vizibil). Problema este că doi nuclei atomici au ambii sarcini electrice pozitive, ceea ce face ca ei să se respingă. Însă, datorită forţelor gravitaţionale foarte mari ale stelei, nucleii de hidrogen ajung să se unească (să fuzioneze), dând naştere unui nou element: heliu (4He). În această contopire, nucleonii se rearanjează, proces în care se eliberează o cantitate uriaşă de energie, circa 17,6 MeV (mega electron-volţi).

În concluzie, fuziunea nucleară se referă la procesul de unire a doi nuclei atomici de hidrogen pentru a forma un atom de heliu. Iar pentru a face posibilă reacţia de fuziune, aici, pe Pământ, trebuie găsită o cale de a „imita” condiţiile din Soare.

OOKK,, ccuumm ssee ppooaattee ffaaccee aassttaa?? Dacă ar fi să reproducem

acest proces pe Pământ, ar fi nevoie de temperaturi nu de 15 milioane °C, ci de 150 de milioane °C. Deci, cum atingem aceste temperaturi? Să luăm, de exemplu, un tub de sticlă plin cu gaz şi să-l încălzim cu ajutorul unui cuptor cu microunde mai special. Gazul, încălzit la o temperatură suficient de mare (cca. 15000°C), se transformă în plasmă.

Acesta este primul pas pentru a face posibilă fuziunea pe Pământ: încălzirea unui gaz, cu ajutorul unei surse externe, până când acesta devine plasmă. În experimentul cu cuptorul cu microunde, gazul a fost încălzit până când atomii s-au descompus în particule încărcare electric, care emit lumină în mod constant. Din păcate, aceste particule se ating de tub şi se răcesc. Aşadar, trebuie găsită o metodă prin care să împiedicăm particulele să atingă tubul. În acest sens, vom descrie un nou experiment, în care este utilizat un magnet pentru a controla mişcarea plasmei.

Plasmă formată dintr-un amestec de neon (10Ne) şi argon (18Ar).


16

Deci, următorul pas este acela de a împiedica dispersia şi răcirea plasmei. În Soare, această tendinţă este echilibrată de forţele gravitaţionale ale stelei. Cum pe Pământ nu avem aceleaşi condiţii, soluţia este restrângerea magnetică: utilizarea mai multor magneţi foarte puternici pentru a genera un câmp magnetic de 10 000 mai puternic decât cel natural, pentru a putea controla cu uşurinţă plasma. Acum, trebuie să facem ca aceasta să plutească, la propriu, pentru că altfel pereţii reactorului s-ar topi instantaneu. În acest caz, soluţia este levitaţia magnetică.

Magnetul influenţează în mod vizibil

comportamentul plasmei. Un pix, care levitează datorită câmpului

magnetic de sub el, poate fi „închis”, fără să atingă nimic.

Acelaşi lucru îl facem şi în reactor, cu plasma. Cum nu mai are contact cu pereţii vasului, aceasta poate fi acum încălzită la temperaturi mari. S-a ajuns la concluzia că forma cea mai potrivită pentru un reactor de acest tip (v. imaginea alăturată) este cea inelară (sau de gogoaşă americană), numită Torus. În această formă, plasma are nivelul cel mai mare de stabilitate.

CCaarree ssuunntt aavvaannttaajjeellee ffuuzziiuunniiii?? A avea un reactor nu este, însă, de ajuns. Acesta are nevoie de combustibil pentru

a funcţiona. S-a constatat că cel mai eficient combustibil pentru reacţia de fuziune este un amestec de doi izotopi ai hidrogenului: deuteriu (2D) şi tritiu (3T) (chimie, clasa a VII-a). Acesta din urmă este obţinut din litiu (Li), un metal foarte abundent în scoarţa terestră. Deuteriul, sau apa grea (folosită şi la reactorul nuclear de la Cernavodă), este prezent în apa de mare (ce-i drept, în cantităţi mici). Cu alte cuvinte, aceste două resurse sunt, practic, inepuizabile, de aici şi unul dintre avantajele majore ale fuziunii nucleare. Un alt avantaj este acela că nici un gaz cu efect de seră nu este produs. În plus, pericolul de explozii sau de producere a altor reacţii neaşteptate este aproape nul, dat fiind faptul că toate procesele din reactor pot fi oprite aproape instantaneu. Nu în ultimul rând, radioactivitatea pe termen lung nu constituie o problemă decât în foarte puţine cazuri. Singura substanţă radioactivă este tritiul intermediar, obţinut din

Reactor Tokamak, pe bază de fuziune


17

descompunerea litiului, celelalte substanţe (hidrogen, deuteriu, heliu) fiind stabile. În plus, radiaţiile beta (β) emise de tritiu nu pot nici măcar penetra straturile exterioare ale pielii. Trebuie menţionat faptul că, în timpul reacţiei de fuziune, reactorul devine şi el radioactiv, motiv pentru care pereţii sunt schimbaţi periodic.

EExxiissttăă aapplliiccaaţţiiii pprraaccttiiccee aallee aacceessttuuii pprroocceess?? Europa, lider mondial

în acest domeniu, a întreprins deja câteva pro-iecte care au de-a face cu fuziunea nucleară. Printre acestea se află şi JET sau Joint European Torus, cel mai mare experiment de tip Tokamak din lume.

Reactorul este localizat în Oxfordshire, Marea Britanie. Scopul principal al acestui experiment este acela de a înțelege şi îmbunătăţi modul în care este controlată plasma, aşa încât producerea energiei de fuziune nucleară să fie din ce în ce mai eficientă. În 1991, JET a fost primul reactor care a reuşit performanţa de a produce 2 MW (megawaţi) din amestecul de deuteriu şi tritiu. Acest eveniment a fost unul important, deoarece a arătat posibilitatea obţinerii de energie din procesul de fuziune. Astfel, JET pregăteşte proiecte mai mari, cum ar fi ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), un experiment unic ce îşi propune să demonstreze fezabilitatea din punct de vedere tehnologic şi ştiinţific a procesului de fuziune.

JET a mai demonstrat, pe lângă manevrabilitatea în condiţii de siguranţă a tritiului, şi întreţinerea de la distanţă a Tokamak-ului.

CCaarree eessttee vviiiittoorruull ffuuzziiuunniiii nnuucclleeaarree?? Cheia acestei probleme este ITER. Termenul în sine înseamnă, în latină,

„calea”, ITER reprezentând „drumul” către energia de fuziune nucleară. Acest proiect unic are ca participanţi Uniunea Europeană (gazdă) şi ţări precum India, Rusia, China, Japonia, Coreea de Sud şi Statele Unite ale Americii. Toţi participanţii au ajuns la un consens şi au hotărât ca experimentul să se desfăşoare în regiunea Cadarache din sudul Franţei. Obiectivul ITER este acela de a demonstra că fuziunea poate fi considerată o sursă de energie fiabilă. Reactorul va fi construit cu ajutorul rezultatelor obţinute de la JET, având aceleaşi concepte, principii şi aceeaşi formă toroidală (de gogoaşă), însă la o scară mult mai mare: camera reactorului din JET măsoară 100 m3, pe când cea din ITER va avea 800 m3. Această dimensiune a fost aleasă pentru ca reactorul să utilizeze cât mai puţină energie externă pentru a încălzi plasma (energia internă, rezultată din reacţia de fuziune, este suficientă pentru a păstra plasma fierbinte).

Aşa arată în realitate un reactor pe bază de fuziune.


18

Robert Aymar, directorul general al CERN (Organizaţia Europeană pentru Cercetarea Nucleară) afirmă: „În cazul lui JET, dimensiunile sunt de aşa natură încât pierderile de energie sunt compensate de o sursă de energie externă. ITER se bazează pe compen-sarea acestor pierderi prin energia internă rezultată din reacţiile de fuziune. Cu alte cuvinte, ITER nu va depinde în mod exclusiv de surse de

energie externe.” Cu cât este mai multă plasmă, cu atât

temperaturile înalte necesare reacţiei de fuziune sunt menţinute mai uşor. „Noi credem că, la ITER, putem controla procesul de fuziune astfel încât, prin alimentarea reactorului cu 50 MW (megawaţi), să putem obţine 500 MW. Există posibilitatea de a mări acest raport până la 30:1 (din 1 MW de putere introdusă, să rezulte 30 MW) pentru un reactor ce produce electricitate”, conchide Robert Aymar.

Proiectul ITER va fi implementat pe parcursul a 35 de ani, timp în care se va realiza atât construcţia şi exploatarea reactorului, cât şi dezactivarea acestuia. La momentul actual, ITER este în plin proces de construcţie, etapă ce va continua încă aproximativ 5 ani. Astfel, se preconizează că producerea primei plasme în cadrul reactorului va avea loc în 2018. Acest proiect a adunat şi încă adună oameni de ştiinţă şi ingineri din toată lumea, care caută să exploateze posibilităţile fuziunii nucleare de a compensa nevoia urgentă de energie ecologică.

Până de curând, se credea că primul KW (kilowatt) de electricitate generat de o centrala electrică pe bază de fuziune nu va putea fi produs decât după a doua jumătate a secolului. Din fericire, sunt şanse mari ca această dată să fie adusă mai aproape de prezent. Chris Llewellyn Smith, director al Autorităţii de Energie Atomică din Marea Britanie (UK AEA) afirmă: „ITER este un dispozitiv experimental care testează tehnologii de ultimă oră şi le îmbină astfel încât el nu va avea nevoie de turbine pentru a produce electricitate. Presupunând că ITER este funcţionabil, odată ce înţelegem toate aspectele funcţionării lui, este posibil ca, în 15-20 de ani, să construim o centrală electrică în adevăratul sens al cuvântului. În 30 de ani, sperăm să avem câteva prototipuri funcţionabile (proiectul DEMO), care vor face posibilă, după jumătatea secolului, producţia de energie din fuziune nucleară la nivel industrial.”

Fuziunea nucleară, o noua sursă de energie pentru omenire, sigură, durabilă, competitivă, cu zero emisii de gaze, poate deveni, curând, o parte a vieţii noastre de zi cu zi.

Teodor Chirileanu (XI A)

ITER – camera reactorului


19

EEXXIISSTTĂĂ AAPPĂĂ PPEE MMAARRTTEE??

Se poate spune că fără apă viața nu se poate dezvolta și nu se poate ajunge

nici pe departe la ceea ce vedem astăzi pe planeta noastră. Dacă nu ar fi fost apa, nu ar mai fi apărut moleculele care au format primele „organisme”, iar dacă acestea nu ar fi existat, ei bine, rasa umană ar fi avut o cu totul altă soartă. Putem să ne considerăm norocoși, așadar. În schimb, undeva în universul apropiat, la câteva sute de milioane de kilometri de noi, se află o planetă care a fascinat omenirea încă de când a fost descoperită. Aceasta planetă, uneori socotită ca planeta roșie datorită oxizilor de fier din compoziția solului ei, poartă numele lui Marte, zeul războiului din mitologia greacă.

Putem afirma că planeta Marte a purtat un război îndelungat cu timpul și asta datorită faptului că, în doar 2 miliarde de ani, această planetă, cu raza egală cu o treime din cea a Terrei, a trecut prin schimbări geografice și climatice majore. Dacă acum câteva zeci de milioane de ani Marte avea mări și oceane și, probabil, viață acvatică din belșug, astăzi ea a rămas pustie, înghețată parțial, ascunzându-și misterios trecutul îndepărtat. Mai mult, se pare că Marte a fost chiar cu un pas înaintea planetei noastre în ce privește apariția apei și, prin urmare, dezvoltarea vieții a avut loc mai repede acolo. În schimb, când totul părea să meargă perfect, a survenit un dezastru întâlnit peste tot în univers: colapsul ecosistemului planetei. Din cauza faptului că planeta se afla prea departe de soare pentru a menține apa lichidă, aceasta ori a înghețat, ori s-a evaporat și s-a risipit în spațiu. Aceasta s-a întâmplat în urmă cu aproximativ un miliard de ani, iar de atunci Marte a rămas aproape la fel. Și atunci de ce suntem așa interesați de această planetă?

La întrebarea „Există apă pe planeta Marte?” aflați că răspunsul este DA. De ce suntem așa de siguri? În imaginea de alături, care înfățișează planeta roșie în toată splendoarea ei, se poate observa că la fiecare pol un strat de gheață acoperă solul. Gheața din imagine nu este exact ca aceea de pe planeta noastră, ci este compusă din dioxid de carbon și apă în stare solidă într-un raport de 3:1. Judecând după legile fizicii, putem spune că am rezolvat problema apei în stare solidă aproape imediat.

Nu trebuie să fii expert ca să îți dai seama de acest lucru.


20

Însă apa în stare lichidă este extrem de greu de depistat pe Marte de către un amator. De fapt, șansele ar fi aproape nule, dacă nu ar fi cercetătorii de la NASA și ESA. Aceste două agenții spațiale au investit miliarde de dolari în construirea și lansarea unor rover-i (roboței de mici dimensiuni) capabili să analizeze solul, atmosfera, compoziția chimică a tuturor substanțelor din jur. Totodată, s-a investit și în telescoape de mari dimensiuni, amplasate atât pe Terra, cât și în spațiul cosmic pentru a fotografia cât mai detaliat suprafețele planetelor din sistemul solar – implicit, suprafața planetei Marte. Ei bine, aici vine rezolvarea celui de-al doilea mister legat de apa în stare lichidă.

În 2011, satelitul Mars Reconnaisance Orbiter a făcut cele mai uimitoare fotografii de până acum ale solului marțian care s-ar putea să ilustreze ape curgătoare. S-a deslușit, în sfârșit, misterul existenței apei curgătoare – sau a unui alt lichid conținând apă – pe o altă planetă în afara celei pe care locuim noi. În imaginea de alături se pot vedea clar albiile unor șiroaie de apă provenite din zăpada topită. Fotografia este făcută în timpul celor mai călduroase luni din anul marțian, iar echipa MRO (Mars Reconaissance Orbiter) afirmă: „Cea mai bună explicație a acestor imagini este curgerea unor cantități de apă foarte sărată care nu pot îngheța instantaneu la contactul cu atmosfera. Dârele negre care se pot vedea sunt destul de mari, au o lățime de peste 5 metri și o lungime de câțiva kilometri. De asemenea, dârele sunt negre nu din cauză că solul marțian este ud în urma contactului cu apa, ci pentru că este vorba de o alta influență asupra solului, pe care încă nu o cunoaștem. ” În fine, putem spune că această descoperire nu este interesantă numai pentru cercetători, ci și pentru public, deoarece răspunde la întrebarea: „Există apă pe alte planete?”

Dar niciodată nu putem fi siguri de anumite răspunsuri, iar în spațiu nimic nu este 100% sigur. Alfred McEwen, profesor în Departamentul de Științe Planetare din cadrul NASA și cercetător în proiectul MRO, ne asigură că se vor face teste ample de laborator pentru a demonstra ca acele râuri conțin apă și nu alte substanțe. Dacă testele vor fi pozitive (probabilitate de validare: circa 90%), aceasta va fi una din cele mai mari descoperiri ale secolului nostru.

Andrei Tudor Ionescu (XI A)


21

CCIIUUDDAATT,, DDAARR EEXXPPLLIICCAABBIILL De ce alunecăm pe gheaţă?

Una dintre problemele întâmpinate de fiecare acum, în plină iarnă, este reprezentată de accidentele care pot avea loc pe gheaţă. „Mergi mai încet, nu vezi că-i gheaţă? Ai să aluneci...” sunt cuvinte deja cunoscute celor care practică mersul pe jos prin oraş, chiar şi în condiţiile vitrege „oferite” de anotimpul rece.

Şi totuşi, ce anume face gheaţa (care nu e altceva decât forma solidă a apei) atât de alunecoasă? Pe ciment (care e şi el un solid) nu alunecă nimeni; parchetul, chiar dacă e proaspăt lustruit, nu prezintă nici un pericol dacă mergem pe el purtând încălţăminte de iarnă. Cheia dezlegării acestui mister este o noţiune despre care sunt convinsă că aţi auzit la orele de fizică: coeficientul de frecare.

Cum nu cred că va sta nimeni să-şi caute caietul de clasa a VI-a pentru a afla ce este această mărime fizică, să facem o mică trecere în revistă a celor mai importante aspecte. Forţa de frecare apare la contactul dintre două suprafeţe şi se opune deplasării acestora una faţă de cealaltă . Există două tipuri de astfel de forţe:

1) forţa de frecare statică (între două corpuri aflate în repaus unul faţă de celalalt): un exemplu „de sezon” este o maşină blocată în nămeţi. Asupra maşinii acţionează forţa de tracţiune (deci există tendinţa de deplasare), care este însă anulată de frecarea cu zăpada, rezultatul fiind repausul. Forţa de frecare statică este întotdeauna egală şi de sens contrar cu forţa care tinde să deplaseze corpul (maşina, în acest caz).

2) forţa de frecare dinamică / de alunecare (între două corpuri care se mişcă unul faţă de altul): este opusă ca sens mişcării şi direct proporţională cu apăsarea normală.

Ff – forţa de frecare la alunecare N – apăsarea normală μ – coeficient de frecare Revenind la problema dezbătută, s-a constatat că, în cazul gheţii, coeficientul de

frecare (μ) este foarte mic. Care sunt consecinţele acestui fapt? Să ne gândim, mai întâi, ce forţe acţionează asupra noastră când mergem:

- pe verticală avem forţa gravitaţională , anulată de apăsarea normală , dar numai dacă centrul nostru de greutate se află deasupra ariei determinate de suprafaţa de contact cu solul (în cazul poziţiei bipede, aria determinată de tălpi) – vom vedea mai jos ce se întâmplă în caz contrar;

- pe orizontală avem forţa de frecare şi o forţă (notată de mine cu F1) cu care călcâiul nostru „împinge” solul înapoi, pentru a face posibilă deplasarea.

Ff = μN


22

Pe ciment, de exemplu, forţa de frecare mare ar anula forţa F1, iar călcâiul ar deveni un punct de sprijin, asigurând echilibrul în timp ce este deplasat celălalt picior. Însă coeficientul de frecare mic al gheţii implică o forţă de frecare mică; în acest caz, forţa F1 nu mai este anulată, călcâiul se deplasează în sensul imprimat de aceasta („alunecă”) şi, prin urmare, nu mai avem punct de sprijin.

Cu toate acestea, lipsa frecării nu este direct responsabilă de căderi. Cădem din cauza dezechilibrului rezultat în urma schimbării bruşte, dar accentuate, a centrului de greutate.

Atunci când acest punct nu se mai află deasupra ariei de contact cu solul (vezi mai sus), greutatea nu mai poate fi anulată de apăsarea normală şi se produce dezechilibrul. Această situaţie este facilitată pe gheaţă: alunecarea determină deplasarea centrului de greutate şi tot alunecarea împiedică orice încercare de a ne recăpăta echilibrul. Astfel, motivul pentru care se recomandă deplasarea cu paşi mici pe suprafeţele alunecoase este menţinerea centrului de greutate cât mai constant, reducând la minim riscul unei căderi.

Acestea fiind spuse, de acum şi până la venirea primăverii veţi şti că puteţi da vina pe forţa de frecare de fiecare dată când maşina nu se mişcă din loc sau când „gheţuşul” vă determină să susţineţi un număr acrobatic în faţa trecătorilor. Ţineţi minte, însă, că din acelaşi motiv există patinoare.

Săbiile laser: mit versus realitate

Filmele Star Wars au introdus în 1977 un nouă armă în arsenalul specific Science Fiction: săbiile laser. Chiar şi astăzi, mulţi visează să transforme această invenţie a imaginaţiei în realitate. Dar sunt aceste săbii cu adevărat posibile?

CCee eessttee llaasseerruull?? Laser (L ight Amplif ication by S t imulated Emission of Radiation)

se traduce prin: amplificarea luminii prin emisia stimulată de radiaţii. Razele laser sunt radiaţii monocromatice coerente în regiunea infraroşie, vizibilă sau ultravioletă – aceasta este definiţia „de dicţionar”, pe care o vom clarifica.

După cum ştiţi, lumina albă obişnuită este alcătuită din unde de diferite frecvenţe şi lungimi (lungime de undă = culoare; amintiţi-vă de culorile curcubeului). Spre deosebire de aceasta, lumina laser are doar o singură culoare / lungime de undă (este monocromatică). Apoi, undele au toate aceeaşi frecvenţă (sunt „în fază”), proprietate numită coerenţă . Datorită acestor caracteristici, întreaga energie a laserului poate fi concentrată într-un singur punct, găurind, adesea, materialul cu care intră în contact.

Centrul de greutate reprezintă punctul în care acţionează forţa gravitaţională.


23

LLaammaa ssaabbiieeii llaasseerr Pare o maşinărie simplă la prima vedere: un mâner uşor manevrabil; apeşi un

buton şi voila! Apare „lama” sabiei, un fascicul de lumină laser care poate tăia în metal sau în carne vie, după necesitate. Fanii Star Wars susţin că sabia are o lungime de aproximativ 1.3 metri – aici încep contrazicerile cu legile fizicii.

Orice fascicul de lumină (fie ea lumină obişnuită sau laser) este continuu şi nu „se opreşte” decât dacă întâlneşte o suprafaţă impenetrabilă sau una reflectoare. Desigur, o soluţie la îndemână ar fi poziţionarea unei mici oglinzi la capăt, dar sabia nu ar mai putea „înţepa”. Totuşi, să presupunem că facem această concesie. Cum oglinda nu poate pluti pur şi simplu în aer, trebuie să existe măcar o

tijă care să o lege de mâner. Acest mic detaliu este însă suficient pentru a reduce considerabil posibilităţile de atac – şi prin „considerabil” vreau să spun că utilitatea sabiei noastre devine puţin mai mică decât cea a unui cuţit de bucătărie.

Conform filmului, o sabie laser are proprietatea de a bara altă sabie – nimic mai fals: două fascicule laser trec unul prin altul fără vreun sunet sau efect vizual, transformând duelul într-un spectacol plictisitor. Dacă luăm în calcul şi prezenţa tijei, cele două arme (mai mult sau mai puţin periculoase) e posibil să se încurce una în alta, situaţie destul de jenantă chiar şi (ori mai ales) pentru luptători de renume.

MMâânneerruull –– ggeenneerraattoorr Lumina de tip laser nu se găseşte în natură, aşa că este necesară construirea

unei instalaţii care să o creeze şi care să încapă în mânerul sabiei. Pentru ca raza laser să poată trece prin diferite suprafeţe (şi nu să funcţioneze doar ca un pointer), are nevoie de o cantitate mare de energie. Aşadar, arma nu poate funcţiona pe bază de simple baterii; conectarea prin cablu la un generator nu este o opţiune, iar o sursă potrivită de energie încorporată în mâner ar ocupa destul de mult spaţiu. În plus, în lipsa unui sistem de răcire, întreaga instalaţie s-ar supraîncălzi. Puse la un loc (fără a lua în considerare şi alte componente, precum o serie de lentile care ajută la focalizarea razei), toate acestea ar constitui un mâner care cu greu ar putea fi ridicat la nivelul capului, ca să nu mai vorbim de mânuirea unei asemenea arme într-un duel.

Raza laser – to infinity and beyond!


24

EEffeecctteellee ssppeecciiaallee Nu în ultimul rând, să ne îndreptăm atenţia către efectele speciale vizuale şi

sonore care fac săbiile cu laser atât de populare printre entuziaştii SF. Din păcate, nici acestea nu au susţinere din partea legilor fizicii.

În primul rând, razele laser sunt invizibile când sunt privite lateral, cu excepţia cazului în care există mult praf sau fum în aer.

În al doilea rând, laserul nu produce nici un sunet în mişcare, în ciuda faptului că fanii Star Wars susţin cu tărie că o sabie laser nu e o sabie laser fără „swoosh”-ul caracteristic.

Aşadar, cu tehnologia din prezent, construirea unei săbii laser este imposibilă. Totuşi, dacă scopul ţine strict de aparenţe, o companie americană a creat un aparat ce reproduce exact imaginea săbiilor din Star Wars. Este vorba, practic, de o lanternă de dimensiuni mari; într-o luptă ar fi nefolositoare, întrucât fasciculul laser este închis într-un tub de sticlă umplut cu dioxid de carbon (pentru vizibilitate).

Cât despre cei care îşi doresc o armă de duel, aceştia vor trebui în cel mai bun caz să mai aştepte câţiva ani. Poate, cine ştie, viitorul ne va aduce o tehnică şi mai avantajoasă decât laserul.

Letiția-Ioana Bîrnoschi (XI A)

Cum facem să încapă toate acestea într-un mâner?!


25

FFIIZZIICCAA DDIISSTTRRAACCTTIIVVĂĂ Cu ajutorul unor cunoștințe de bază din domeniul fizicii ne putem explica mult

mai repede și mult mai ușor fenomenele din natură. În plus, putem realiza diferite experimente cu care să îi uimim pe cei din jurul nostru.

Migrarea lichidelor Primul experiment pe care vi-l propunem implică noțiuni din domeniul densității. Materiale necesare: un pahar cu gura largă, vin roșu, o sticluță transparentă

plină cu 100 ml apă. Cum procedăm? Aşezaţi pe un loc plan paharul plin cu vin

roşu. Încercaţi să rezolvaţi următoarea problemă: trebuie să umpleţi sticluţa cu vin şi, respectiv, să treceţi apa în pahar, fără a mişca deloc paharul şi fără a folosi nici un alt obiect în afară de sticla plină. Astupaţi gura sticluţei cu degetul, întoarceţi-o cu gura în jos şi cufundaţi-o cam 2 cm în vinul din pahar, după care luaţi degetul, continuând să mențineți poziția sticluței.

Ce observăm? După puţin timp, vinul începe să urce în sticluţă, iar apa va trece în locul său în pahar. Astfel, sticluța se va umple cu vin, iar paharul, cu apă.

Apa cea lacomă Cel de-al doilea experiment din acest număr al

revistei poate fi înțeles cu ajutorul unor cunoștințe legate de tensiunea superficială. Materiale necesare: un pahar curat, umplut până la gură cu apă, agrafe de birou (100 buc.) sau ace cu gămălie (200 buc).

Cum procedăm? Începeți să introduceți încet, una câte una, agrafele in apă. Câte agrafe vor încăpea în pahar fără ca apa să se verse? Adresați-le această întrebare celor care vă asistă, iar răspunsul cu siguranță va fi eronat. Nu este vorba de șapte-opt sau zece agrafe. Continuați experimentul și veți afla! Este important ca fiecare agrafă să fie introdusă în apă de foarte aproape şi în poziție verticală, ținută de un capăt și plasată în apă cu celălalt. Între timp, numărați agrafele; veţi observa că, deși părea imposibil, apa „va înghiţi” aproximativ 100 de agrafe de birou!

Cum ne explicăm acest lucru? Suprafața apei se va comporta ca o peliculă invizibilă, care se va bomba, dar nu se va vărsa. Priviți paharul dintr-o parte, în linie dreaptă cu marginea gurii sale: veți putea observa suprafața umflată a apei, sub forma unui menisc convex situat deasupra sticlei paharului. Fenomenul apare datorită tensiunii superficiale, forță care se exercită tangențial la suprafața unui lichid şi se datorează interacțiunii dintre moleculele de la suprafață și cele din interiorul lichidului.

Surse: Claudiu Vodă, Nicolae Predescu, Amuzamente științifice, Editura Ceres, 1975 http://resources.teachnet.ie http://www.youtube.com/watch?v=TjjJoVqL8tE

Maria Voicu (XI A)


26

RREE BB UUSS

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

OOrriizzoonnttaall:

1. Unitatea de măsură a greutății (SI) 2. Transformare simplă a gazului ideal în cursul căreia cantitatea de substanță și

temperatura gazului rămân constante 3. Primul timp al Ciclului Otto 4. Ramură a fizicii care se ocupă cu studiul mișcării corpurilor 5. Unitatea de măsură pentru timp (SI) 6. Forța ce apare la contactul dintre două corpuri aflate în mișcare 7. Unitatea de măsură pentru lucru mecanic (SI) 8. Timpul al doilea al Ciclului Otto 9. Motor care transformă căldura în lucru mecanic

10. Variația vectorului de poziție pentru un corp 11. Timpul astronomic adevărat, definit ca unghi orar al Soarelui 12. Forța ce apare în corpul deformat elastic


27

SOLUȚII VVeerrttiiccaall: TRANSFORMARE

OOrriizzoonnttaall: 1. NEWTON

2. IZOTERMA

3. ADMISIE

4. DINAMICA

5. SECUNDA

6. FRECARE

7. JOULE

8. COMPRESIA

9. TERMIC

10. DEPLASARE

11. SOLAR

12. ELASTICA

Daria Logofătu (X A)

metron - lme.is.edu.rolme.is.edu.ro/continut/proiecte/metron/nr_1_2013_continut.pdf · metron, nr....

Documents