Przetestowali nietestowalne? Grawitacja nie powoduje utraty superpozycji?
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Astronomia i fizyka
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Politechnika Wrocławska koordynuje prace nad wykorzystującą siłę grawitacji nowatorską metodą przechowywania energii. Współfinansowany przez Unię Europejską projekt „GrEnMine – Gravitational Energy storage in the post-Mine areas” ma za zadanie wspierać system elektroenergetyczny korzystający z odnawialnych źródeł energii. Demonstracyjna instalacja powstanie zaś w Kopalni Węgla Brunatnego Turów. Zespół z Wrocławia, na czele którego stoi profesor Przemysław Moczko, otrzymał milion euro na opracowanie koncepcji, obliczenia, symulacje i stworzenie systemu RM-GES (Rail-Mounted Gravitational Energy Storage).
Najbardziej znaną i najpowszechniej stosowaną metodą grawitacyjnych magazynów energii są elektrownie szczytowo-pompowe. Gdy w sieci jest nadmiar energii, woda jest pompowana do wyżej położonego zbiornika, gdy zaś potrzebna jest dodatkowa energia, woda jest spuszczana i napędza turbinę. Projekt GrEnMine wykorzystuje podobną zasadę. Przy nadwyżce energii w sieci masę się unosi, gdy chcemy wykorzystać zgromadzoną w ten sposób energię, opuszczamy masę. Jeden z pomysłów zakłada wykorzystanie mechanizmu dźwigu podnoszącego dużą masę na wysokość nawet 100 metrów. Elementem przetwarzającym zgromadzoną energię potencjalną na prąd elektryczny może być generator z przemiennikiem częstotliwości.
Odnawialne źródła energii (OZE) odgrywają coraz większą rolę w produkcji energii na całym świecie. Jeszcze w 2015 roku ze źródeł odnawialnych pochodziło ok. 24% energii elektrycznej używanej na świecie. Obecnie ze źródeł odnawialnych świat produkuje 32% energii. Wzrosty widać we wszystkich najważniejszych regionach. Na przykład w 2022 roku w USA udział źródeł odnawialnych w produkcji energii energetycznej wynosił 21,4%, co oznaczało wzrost o 161% w porównaniu z rokiem 2000. W Chinach w roku 2022 było to 30,2% (wzrost o 82%). W Polsce zaś udział źródeł odnawialnych w produkcji energii elektrycznej w 2022 roku wynosił 21,1%, czyli o 1219% więcej niż w roku 2000.
Im większy udział mają OZE w produkcji energii, tym większym problemem staje się ich niestabilność i nieprzewidywalność. Konieczne jest przechowywanie energii w czasach jej nadpodaży i jej odzyskiwanie, gdy popyt jest większy.
Magazynowanie energii jest bardzo ważnym wyzwaniem w dobie zwiększającego się wykorzystania odnawialnych, mniej stabilnych źródeł energii. Zadanie, którego się podjęliśmy, jest złożone i wymaga precyzyjnych obliczeń, symulacji, konstrukcji odpornych na ekstremalne obciążenia. Cały projekt to także sposób na nadanie nowej funkcji terenom, które przez dekady służyły wydobyciu. Teraz mogą znów służyć gospodarce, chociaż już w inny sposób – mówi prof. Moczko.
Projekt potrwa do czerwca 2027 roku. Ma on zaowocować powstaniem gotowej instalacji demonstracyjnej oraz skalowalnym oodelem wdrożeniowym, dzięki któremu możliwe będzie zastosowanie opracowanego rozwiązania w całej Europie.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Łaziki pracujące na Marsie czy Księżycu, mierzą się z wieloma problemami. Jednym z nich jest ryzyko utknięcia w grząskim gruncie. Gdy tak się stanie operatorzy podejmują serię delikatnych manewrów, by pojazd wydobyć. Nie zawsze się to udaje. Łazik Spirit zakończył misję jako stacjonarna platforma badawcza po tym, jak utknął w luźnym piasku. Czy takim wydarzeniom da się zapobiec? Inżynierowie z University of Wisconsin-Madison informują o znalezieniu poważnego błędu w procedurach testowania łazików. Jego usunięcie może spowodować, że pojazdy na Marsie i Księżycu będą narażone na mniejsze ryzyko.
Błąd ten polega na przyjęciu zbyt optymistycznych i uproszczonych założeń co do tego, jak łaziki zachowują się poza Ziemią. Ważnym elementem testów naziemnych takich pojazdów jest sprawdzenie, w jaki sposób mogą się one poruszać po luźnym podłożu. Na Księżycu grawitacja jest 6-krotnie mniejsza niż na Ziemi, więc przez dekady, testując łaziki, naukowcy tworzyli prototypy o masie sześciokrotnie mniejszej niż łazik docelowy i testowali je na pustyni. Jednak ta metoda pomijała pewien istotny szczegół – wpływ grawitacji na piasek.
Profesor Dan Negrut i jego zespół przeprowadzili symulacje, które wykazały, że Ziemia przyciąga ziarenka piasku silniej niż Mars czy Księżyc. Dzięki temu piasek na Ziemi jest bardziej zwarty. Jest mniejsze prawdopodobieństwo, że ziarna będą się pod nimi przesuwały. Jednak na Księżycu piasek jest luźniejszy, łatwiej się przemieszcza, więc obracające się koła trafiają na mniejszy opór. Przez to pojazdowi trudniej się w nim poruszać.
Jeśli chcemy sprawdzić, jak łazik będzie sobie radził na Księżycu, musimy rozważać nie tylko wpływ grawitacji na pojazd, ale również wpływ grawitacji na piasek. Nasze badania pokazują, jak ważne są symulacje do badania możliwości jezdnych łazika na luźnym podłożu, wyjaśnia uczony.
Uczeni dokonali swojego odkrycia podczas prac związanych z misją łazika VIPER, który ma trafić na Księżyc. We współpracy z naukowcami z Włoch stworzyli silnik Chrono, służący do symulacji zjawisk fizycznych, który pozwala na szybkie modelowanie złożonych systemów mechanicznych. I zauważyli istotne różnice pomiędzy wynikami testów VIPERA na Ziemi, a wynikami symulacji. Po przeanalizowaniu problemu znaleźli wspomniany błąd w procedurach testowych.
Chrono to produkt opensource'owy, z którego skorzystały już setki firm i organizacji. Pozwala on lepiej zrozumieć najróżniejsze złożone mechanizmy, od mechanicznych zegarków po czołgi jeżdżące poza utwardzonymi drogami.
Źródło: A Study Demonstrating That Using Gravitational Offset to Prepare Extraterrestrial Mobility Missions Is Misleading
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Geoff Smith, emerytowany profesor fizyki stosowanej z Uniwersytetu Technologicznego z Sydney poinformował na łamach Journal of Physics Communications, że przyspieszające ocieplanie się oceanów, które nie pasuje do obecnych modeli klimatycznych, można wyjaśnić na gruncie fizyki kwantowej. Profesor Smith zauważa, że dane z ostatnich 70 lat pokazują, że oceny ogrzewają się coraz szybciej, rośnie więc ilość przechowywanej w nich energii. W bieżącym roku średnia globalna temperatura powierzchni oceanów przekroczyła 21 stopni Celsjusza, co nazwano złowróżbnym kamieniem milowym.
Obecne modele atmosferyczne uwzględniające wzrost gazów cieplarnianych w atmosferze, niże przewidują takiego przyspieszenia. Rozwiązaniem problemu jest przyjęcie, że energia w oceanach jest przechowywana w połączonej postaci ciepła z energią stanowiącą źródło informacji natury o właściwościach materiału. Gdy woda w oceanie jest ogrzewana przez promieniowanie słoneczne, przechowuje energię nie tylko w postaci ciepła, ale również w postaci hybrydowych par fotonów splątanych z oscylującymi molekułami wody. Te pary to naturalna forma informacji kwantowej, odmienna od informacji w komputerach kwantowych. Ten dodatkowy magazyn energii zawsze był obecny i pomagał stabilizować temperatury oceanów przed rokiem 1960, stwierdza uczony.
Profesor Smith wyjaśnia, że obecnie średnia ilość energii cieplnej emitowanej nocą po codziennym podgrzewaniu, nie jest stabilna, gdyż dodatkowa energia z atmosfery zwiększa ilość obu rodzajów energii w oceanach. I to właśnie ta druga, nietermiczna, energia jest odpowiedzialna, zdaniem uczonego, za ogrzewanie oceanów, którego nie uwzględniają modele klimatyczne.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Po raz pierwszy udało się bezpośrednio zaobserwować wpływ grawitacji na antymaterię. Fizycy z CERN eksperymentalnie wykazali, że grawitacja działa na antymaterię tak, jak i na materię – antyatomy opadają na źródło grawitacji. Nie jest to niczym niespodziewanym, różnica w oddziaływaniu grawitacji na materię i antymaterię miałaby bardzo poważne implikacje dla fizyki. Jednak bezpośrednia obserwacja tego zjawiska jest czymś, czego fizycy oczekiwali od dziesięcioleci. Oddziaływanie grawitacyjne jest bowiem niezwykle słabe, zatem łatwo może zostać zakłócone.
Naukowcy z CERN pracujący przy eksperymencie ALPHA wykorzystali atomy antywodoru, które są stabilne i elektrycznie obojętne, do badania wpływu grawitacji na antymaterię. Uczeni utworzyli antywodór łącząc antyprotony – uzyskane w urządzeniach AD i ELENA pracujących w Antimatter Factory – z pozytonami (antyelektronami) z radioaktywnego sodu-22. Atomy antywodoru umieszczono następnie w pułapce magnetycznej, która chroniła je przed wejściem w kontakt z materią i anihilacją. Całość umieszczono w niedawno skonstruowanym, specjalnym urządzeniu o nazwie ALPHA-g, które pozwala na śledzenie losu atomów po wyłączeniu pułapki.
Symulacje komputerowe wykazywały, że – w przypadku materii – około 20% atomów powinno opuścić pułapkę przez górną jej część, a około 80% – przez dolną. Naukowcy wielokrotnie przeprowadzili eksperymenty z użyciem antymaterii, uwzględniając przy tym różne ustawienia pułapki i różne możliwe oddziaływania poza oddziaływaniami grawitacyjnymi. Po uśrednieniu wyników eksperymentów okazało się, że antymateria zachowuje się tak, jak materia. Około 20% atomów antywodoru uleciało z pułapki górą, a około 80% – dołem.
Potrzebowaliśmy 30 lat by nauczyć się, jak stworzyć antyatomy, jak utrzymać je w pułapce, jak je kontrolować i jak je uwalniać z pułapki, by oddziaływała na nie grawitacja. Następnym etapem naszych badań będą jak najbardziej precyzyjne pomiary przyspieszenia opadających antyatomów. Chcemy sprawdzić, czy rzeczywiście atomy i antyatomy opadają w taki sam sposób, mówi Jeffrey Hangst, rzecznik prasowy eksperymentu ALPHA.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Inżynierowie z California Institute of Technology (Caltech) odkryli, że Leonardo da Vinci rozumiał i badał grawitację. Zajmował się więc tym przedmiotem na setki lat przed Newtonem. W artykule opublikowanym na łamach pisma Leonardo naukowcy przeanalizowali jeden z dzienników da Vinciego i wykazali, że słynny uczony zaprojektował eksperymenty dowodzące, że grawitacja jest formą przyspieszenia o określił stałą grawitacji z 97-procentową dokładnością.
Żyjący na przełomie średniowiecza i renesansu uczony wyprzedzał swoją epokę w wielu dziedzinach. Także, jak się okazuje, z dziedzinie badań nad grawitacją. Sto lat później grawitacją zajmował się Galileusz, a prawo powszechnego ciążenia zostało sformułowane przez Newtona w 170 lat po śmierci Leonardo. Tym, co przede wszystkim ograniczało badania słynnego Włocha był brak odpowiednich narzędzi. Nie był np. w stanie dokładnie mierzyć czasu, w jakim ciało spada na ziemię.
W 2017 roku profesor Mory Gharib omawiał ze studentami techniki wizualizacji przepływu cieczy wykorzystywane przez da Vinciego. W zdigitalizowanym i właśnie udostępnionym przez British Library Codex Arundel zauważył serię rysunków przedstawiających trójkąty tworzone przez podobne do ziaren piasku obiekty wysypujące się z dzbana. Moją uwagę zwrócił napis „Equatione di Moti” przy jednym z trójkątów równoramiennych. Zacząłem się zastanawiać, co Leonardo miał na myśli, wspomina uczony. Gharib poprosił o pomoc Chrisa Roha z Caltechu i Flavio Nocę z Uniwersytetu Nauk Stosowanych i Sztuki Zachodniej Szwajcarii (HES-SO). Wspólnie zasiedli do analizy diagramów.
Okazało się, że da Vinci opisał eksperyment, w którym dzban na wodę jest przesuwany w linii prostej równolegle do gruntu i wylatuje z niego albo woda albo piasek. Z notatek wynika, że włoski uczony zdawał sobie sprawę, iż wylatujący materiał nie spada ze stałą prędkością, ale przyspiesza oraz z tego, że gdy wyleci z dzbana, a zatem ten nie ma nań już wpływu, przestaje przyspieszać w kierunku horyzontalnym, a przyspiesza wyłącznie wertykalnie. Jeśli dzban przesuwa się ze stałą prędkością, linia tworzona przez wypadający materiał jest pozioma i nie tworzy się trójkąt. Gdy zaś przyspiesza ze stałą prędkością, linia opadającego materiału jest prosta, ale odchylona, tworząc trójkąt. W kluczowym diagramie da Vinci zauważa, że jeśli przyspieszenie dzbana jest równe przyspieszeniu opadającego materiału, tworzy się trójkąt równoramienny. To właśnie tam da Vinci napisał „Equatione di Moti” czyli „wyrównywanie ruchów”.
Da Vinci próbował opisać to przyspieszenie za pomocą matematyki. Naukowcy użyli modelowania komputerowego do sprawdzenia obliczeń wielkie uczonego i znaleźli błąd. Leonardo zmierzył się z tą kwestią i wyliczył, że droga spadającego obiektu była proporcjonalna do 2 do potęgi t (gdzie t reprezentuje czas), a powinna być proporcjonalna do t2, mówi Roh. To błąd, ale później zauważyliśmy, że swój błędny wzór wykorzystywał w prawidłowy sposób. "Nie wiemy, czy da Vinci prowadził kolejne eksperymenty, by dokładniej zbadać tę kwestię. Ale sam fakt, że zajmował się tym na początku XVI wieku pokazuje, jak bardzo w przyszłość wybiegał jego sposób myślenia, stwierdza Gharib.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.