Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Jak wytworzyć naddźwiękową falę?
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Ciekawostki
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Po raz pierwszy zaobserwowano, w czasie rzeczywistym i skali molekularnej, jak powstaje woda. Naukowcy z Northwestern University zarejestrowali łączenie się atomów wodoru i tlenu. Obserwacji dokonano w ramach badań, w czasie których uczeni chcieli zrozumieć działanie palladu jako katalizatora reakcji prowadzącej do powstawania wody.
Uzyskanie wody za mocą palladu nie wymaga ekstremalnych warunków, zatem może być wykorzystane w praktyce do pozyskania wody tam, gdzie jest trudno dostępna. Na przykład na innych planetach. Przypomnijmy sobie Marka Watneya, granego przez Matta Damona w „Marsjaninie”. Spalał paliwo rakietowe, by uzyskać wodór, a następnie dodawał do niego tlen. Nasz proces jest bardzo podobny, ale nie potrzebujemy ognia i innych ekstremalnych warunków. Po prostu zmieszaliśmy pallad i gazy, mówi jeden z autorów badań, profesor Vinayak Dravid.
O tym, że pallad może być katalizatorem do generowania wody, wiadomo od ponad 100 lat. To znane zjawisko, ale nigdy go w pełni nie rozumieliśmy, wyjaśnia doktorant Yukun Liu, główny autor badań. Młody uczony dodaje, że do zrozumienia tego procesu konieczne było połączenie analizy struktury w skali atomowej oraz bezpośredniej wizualizacji. Wizualizowanie całego procesu było zaś niemożliwe.
Jednak w styczniu 2024 roku na łamach Science Advances profesor Dravid opisał nowatorką metodę analizowania molekuł gazu w czasie rzeczywistym. Uczony wraz z zespołem stworzyli ultracienką membranę ze szkła, która więzi molekuły gazu w reaktorach o strukturze plastra miodu. Uwięzione atomy można obserwować za pomocą transmisyjnego mikroskopu elektronowego w próżni wysokiej.
Za pomocą nowej metody uczeni zaobserwowali, jak atomy wodoru wnikają do próbki palladu, rozszerzając jej sieć atomową. Po chwili – ku zaskoczeniu uczonych – na powierzchni palladu pojawiły się krople wody. Myślę, że to najmniejsze kiedykolwiek zaobserwowane krople. Tego się nie spodziewaliśmy. Na szczęście nagraliśmy to i możemy udowodnić, że nie oszaleliśmy, cieszy się Liu.
Po potwierdzeniu, że pojawiła się woda, naukowcy zaczęli szukać sposobu na przyspieszenie reakcji. Zauważyli, że najszybciej zachodzi ona, gdy najpierw doda się wodór, później tlen. Atomy wodoru wciskają się między atomy palladu, rozszerzając próbkę. Gdy do całości zostaje dodany tlen, wodór opuszcza pallad, by połączyć się z tlenem, a próbka kurczy się do wcześniejszych rozmiarów.
Badania prowadzone były w nanoskali, ale wykorzystanie większych kawałków palladu pozwoliłoby na uzyskanie większej ilości wody. Autorzy badań wyobrażają sobie, że w przyszłości astronauci mogliby zabierać ze sobą pallad wypełniony wodorem. Gdy będą potrzebowali wody, dodadzą tlen. Pallad jest drogi, ale nasza metoda go nie zużywa. Jedyne, co jest tutaj zużywane, to gaz. A wodór to najpowszechniej występujący gaz we wszechświecie. Po reakcji pallad można wykorzystywać ponownie, mówi Liu.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy z Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie i Katedry Ogrodnictwa Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu badają dźwięki wydawane przez rośliny. Naukowcy chcą sprawdzić, czy w warunkach stresowych – jak susza lub atak szkodników – rośliny informują dźwiękiem o swoim stanie. To nie tylko zwiększy naszą wiedzę o roślinach, ale pomoże też lepiej dbać o uprawy wielkopowierzchniowe. Dotychczas na świecie prowadzono niewiele badań nad tym zagadnieniem.
Pierwsze eksperymenty przeprowadzono w szklarni doświadczalnej Centrum Innowacyjnych Technologii Produkcji Ogrodniczej Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu. Badaniu poddano tam małe sadzonki pomidorów. Okazało się, że rośliny emitowały impulsy w ultradźwiękach, a ich częstotliwość zmieniała się wraz ze zmianą pory dnia. Więcej impulsów generowane było za dnia niż w nocy.
Kolejny etap badań prowadzono w komorze bezechowej Laboratorium Akustyki Technicznej AGH. Użyty tam specjalistyczny sprzęt pozwolił na rejestrowanie dźwięków o częstotliwości powyżej 200 kHz. Tak duża czułość jest potrzebna, gdyż różne rośliny emitują dźwięki o różnej częstotliwości. O ile zakres dźwięków emitowanych przez pomidory wynosi 20–50 kHz, to z literatury wiadomo, że zboża czy winorośl wydają dźwięki o częstotliwości 80–150 kHz.
Badania w komorze bezechowej trwały kilka tygodni. Umieszczona w niej roślina została otoczona przez 8 specjalistycznych mikrofonów, dzięki czemu można było też sprawdzić kierunek emisji dźwięku. W ten sposób przebadano kilka sadzone pomidorów. Najpierw były one prawidłowo nawożone i podlewane, następnie je przesuszano, aż do całkowitego wyschnięcia. Okazało się, że gdy rodzina schła, emitowała coraz bardziej intensywne impulsy dźwiękowe. Teraz naukowcy zajmują się analizą zmian zachodzących w dźwiękach wydawanych przez wysychającą roślinę.
Badania akustyczne mogłyby znaleźć zatem zastosowanie w kolejnym, bardzo nieoczywistym, obszarze jakim są hodowle kontrolowane roślin, a te jak wiemy zyskują na coraz większej popularności na świecie. Oprócz danych związanych z wilgotnością czy temperaturą otoczenia hodowcy mogliby na podstawie sygnału bezpośrednio od rośliny decydować o wzmocnieniu nawożenia, intensywniejszym podlewaniu czy ochronie przed szkodnikami, bez fizycznej obecności na miejscu, stwierdzają naukowcy.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy z Queen Mary University, University of Cambridge oraz Instytutu Fizyki Wysokich Ciśnień z Troicku określili górną granicę prędkości dźwięku. Okazało się, że wynosi ona około 36 100 m/s (129 360 km/h), czyli trzykrotnie więcej niż prędkość dźwięku w diamencie. Przypomnijmy, że w powietrzu prędkość dźwięku to ok. 340 m/s (1225 km/h).
Fale dźwiękowe znacznie szybciej przenoszą się w ciałach stałych niż w gazach. Dlatego też, np. pociąg szybciej usłyszymy przykładając ucho do szyn niż nasłuchując z powietrza. Ze szczególnej teorii względności wiemy, że maksymalna prędkość światła wynosi ok. 300 000 km/s. Dotychczas jednak nie wiedzieliśmy, czy istnieje i jaka jest górna granica prędkości dźwięku w gazach czy ciałach stałych. Teraz z artykułu opublikowanego na łamach Science Advance dowiadujemy się, że maksymalna prędkość dźwięku w danym ośrodku zależy od stałej struktury subtelnej oraz stosunku masy protonu do elektronu.
Nie od dzisiaj wiemy, że te dwie stałe odgrywają ważną rolę w naszym rozumieniu wszechświata. Od nich zależą różne procesy, takie jak rozpad protonu i synteza jądrowa zachodząca w gwiazdach. To od równowagi pomiędzy nimi zależy istnienie ekosfery wokół gwiazd, gdzie mogą pojawić się pierwsze molekuły życia.
Naukowcy przetestowali swoje teoretyczne obliczenia na bardzo wielu materiałach. Szczególnie skupili się na sprawdzeniu jednego szczególnego zjawiska. Otóż z ich wyliczeń wynikało, że prędkość dźwięku powinna spadać wraz ze wzrostem masy atomów, z których zbudowany jest ośrodek. To zaś oznaczało, że dźwięk najszybciej rozprzestrzenia się w zestalonym wodorze atomowym. Jednak materiał taki można uzyskać przy ciśnieniu powyżej 1 miliona atmosfer. To ciśnienie porównywalne z tym, jakie istnieje w jądrze Jowisza. Wtedy też wodór staje się metalicznym ciałem stałym, świetnie przewodzi elektryczność i prawdopodobnie jest nadprzewodnikiem w temperaturze pokojowej. Dlatego też naukowcy wykonali obliczenia dla rozprzestrzeniania się dźwięku w takim zestalonym wodorze i zauważyli, że jego prędkość jest bliska teoretycznej granicy.
Szczegóły badań opublikowano w pracy Speed of sound form fundamental physical constants.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Ponad połowa największych jezior na świecie traci wodę, wynika z badań przeprowadzonych przez międzynarodowy zespół naukowy z USA, Francji i Arabii Saudyjskiej. Przyczynami tego stanu rzeczy są głównie globalne ocieplenie oraz niezrównoważona konsumpcja przez człowieka. Jednak, jak zauważają autorzy badań, dzięki opracowanej przez nich nowej metodzie szacunku zasobów wody, trendów oraz przyczyn jej ubywania, można dostarczyć osobom odpowiedzialnym za zarządzanie informacji, pozwalającymi na lepszą ochronę krytycznych źródeł wody.
Przeprowadziliśmy pierwsze wszechstronne badania trendów oraz przyczyn zmian ilości wody w światowych jeziorach, wykorzystując w tym celu satelity oraz modele obliczeniowe, mówi główny autor badań, Fangfang Yao z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Boulder (CU Boulder). Mamy dość dobre informacje o słynnych jeziorach, jak Morze Kaspijskie, Jezioro Aralskie czy Salton Sea, jeśli jednak chcemy dokonać szacunków w skali globalnej, potrzebujemy wiarygodnych informacji o poziomie wód i objętości jeziora. Dzięki tej nowej metodzie możemy szerzej spojrzeć na zmiany poziomu wód jezior w skali całej planety, dodaje profesor Balaji Rajagopalan z CU Boulder.
Naukowcy wykorzystali 250 000 fotografii jezior wykonanych przez satelity w latach 1992–2020. Na ich podstawie obliczyli powierzchnię 1972 największych jezior na Ziemi. Użyli też długoterminowych danych z pomiarów poziomu wód z dziewięciu satelitów. W przypadku tych jezior, co do których brak było danych długoterminowych, wykorzystano pomiary wykorzystane za pomocą bardziej nowoczesnego sprzętu umieszczonego na satelitach. Dzięki połączeniu nowych danych z długoterminowymi trendami byli w stanie ocenić zmiany ilości wody w jeziorach na przestrzeni kilku dziesięcioleci.
Badania pokazały, że 53% największych jezior na świecie traci wodę, a jej łączny ubytek jest 17-krotnie większy niż pojemność największego zbiornika na terenie USA, Lake Meads. Wynosi zatem około 560 km3 wody.
Uczeni przyjrzeli się też przyczynom utraty tej wody. W przypadku około 100 wielkich jezior przyczynami były zmiany klimatu oraz konsumpcja przez człowieka. Dzięki tym badaniom naukowcy dopiero teraz dowiedzieli się, że za utratą wody w jeziorze Good-e-Zareh w Afganistanie czy Mar Chiquita w Argentynie stoją właśnie takie przyczyny. Wśród innych ważnych przyczyn naukowcy wymieniają też odkładanie się osadów. Odgrywa ono szczególnie ważną rolę w zbiornikach, które zostały napełnione przed 1992 rokiem. Tam zmniejszanie się poziomu wody jest spowodowane głównie zamuleniem.
Podczas gdy w większości jezior i zbiorników wody jest coraz mniej, aż 24% z nich doświadczyło znacznych wzrostów ilości wody. Są to głównie zbiorniki znajdujące się na słabo zaludnionych terenach Tybetu i północnych części Wielkich Równin oraz nowe zbiorniki wybudowane w basenach Mekongu czy Nilu.
Autorzy badań szacują, że około 2 miliardów ludzi mieszka na obszarach, gdzie w zbiornikach i jeziorach ubywa wody, co wskazuje na pilną potrzebę uwzględnienia takich elementów jak zmiany klimatu, konsumpcja przez człowieka czy zamulanie w prowadzonej polityce. Jeśli na przykład konsumpcja przez człowieka jest ważnym czynnikiem prowadzącym do utraty wody, trzeba wprowadzić mechanizmy, które ją ograniczą, mówi profesor Ben Livneh. Uczony przypomina jezioro Sevan w Armenii, w którym od 20 lat poziom wody rośnie. Autorzy badań łączą ten wzrost z wprowadzonymi i egzekwowanymi od początku wieku przepisami dotyczącymi sposobu korzystania z wód jeziora.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Przed 75 laty, 14 października 1947 roku nad pustynią w Kalifornii rozległ się pierwszy sztuczny grom dźwiękowy. Wtedy to Chuck Yeager, pilotujący eksperymentalny samolot Bell X-1, przekroczył prędkość dźwięku. Pierwszy ponaddźwiękowy lot był olbrzymim osiągnięciem inżynieryjnym. Teraz NASA znowu chce przekroczyć prędkość dźwięku, ale znacznie ciszej. Jeśli się uda, być może na niebie zagoszczą naddźwiękowe samoloty pasażerskie.
Catherine Bahm z Armstrong Flight Research Center, kieruje projektem Low Boom Flight Demonstrator. Zadaniem jej zespołu jest zbudowanie i przetestowanie eksperymentalnego samolotu X-59, który stanowi główny element prowadzonego przez NASA programu Quesst. Ma on umożliwić naddźwiękowe loty nad lądem, znacznie skracając czas podróży lotniczych.
W 1962 roku Francja i Wielka Brytania ogłosiły projekt budowy naddźwiękowego samolotu pasażerskiego. Niecały rok później prezydent Kennedy zaproponował rozpoczęcie podobnego projektu SST. W 1971 roku prace nad projektem zakończono, a w roku 1973 w USA zakazano lotów naddźwiękowych nad lądem. Właśnie z powodu gromu dźwiękowego pojawiającego się przy przekraczaniu prędkości dźwięku. Badania nad lotem ponaddźwiękowym kontynuowano na potrzeby wojska oraz z powodów czysto naukowych.
Dzięki dekadom badań i nowoczesnym komputerom naukowcy lepiej zrozumieli, jak tworzy się grom dźwiękowy i rozpoczęli prace nad samolotem o takim kształcie, by zmniejszyć intensywność gromu. W latach 2003–2004 NASA prowadziła program Shaped Sonic Boom Demonstration. Używano wówczas samolotu odrzutowego Northrop F5E o zmodyfikowanym kształcie. Testy wypadł pomyślnie. Generowany grom dźwiękowy był cichszy.
Teraz NASA ma nadzieję, że dzięki eksperymentom z udziałem X-59 opracuje taki kształt kadłuba, który pozwoli na loty z prędkością naddźwiękową nad lądem. Przez ostatnich 50 lat prędkość samolotów pasażerskich utknęła na około 0,8 macha. Znacznie szybsze loty to wciąż niespełnione marzenie, mówi Peter Coen, jeden z menedżerów projektu Quesst. Myślę, że dzięki X-59 i misji Quesst znowu będziemy w stanie pokonać barierę dźwięku, dodaje.
Pierwsze naddźwiękowe loty X-59 nad terenami zabudowanymi zaplanowano na początek przyszłego roku. Po lotach wśród mieszkańców zostaną przeprowadzone ankiety, z których dowiemy się, czy słyszeli głośne dźwięki, a jeśli tak, to na ile były one uciążliwe.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.