Жизнь полна чудес, большинство из которых мы никогда не увидим. От квантового уровня до космических масштабов, существуют силы, действующие на весь окружающий мир и постоянно изменяющие его. Большинство из этих взаимодействий заметны в повседневной жизни, однако под поверхностным слоем реальности расположен огромный мир, кишащий странными карикатурами известных научных принципов. В этом списке мы погрузимся в царство странностей, где естественные законы физики превращаются в кипящую смесь чистого чуда и любопытства.
10. Квантовая левитация (Quantum Levitation)
Если охладить определённые вещества до критической температуры, они становятся сверхпроводниками, проводящими электричество с нулевым сопротивлением. Чуть менее половины известных металлов обладают «критической температурой перехода» - в момент, когда они охлаждаются ниже этой температуры, они становятся сверхпроводниками. Естественно, эта температура обычно достаточно низкая. Родий, например, совершает переход при -237,15 °C. Это на несколько десятков градусов выше абсолютного нуля. Другими словами, экспериментировать со сверхпроводниками достаточно сложно.
По крайней мере, так было ранее, до открытия высокотемпературных сверхпроводников. Эти вещества обладают сложными кристаллическим структурами и обычно получаются при смешении керамики и меди с другими металлами. Эти вещества переходят в сверхпроводники около -160,59 °C или выше. Не особо тепло, но всё же такой температуры достичь легче.
Учитывая то, что эта температура соответствует и точке кипения жидкого азота, мы можем заметить и другие странные черты сверхпроводников при комнатной температуре, как показано в видеоролике выше. Когда сверхпроводники расположены рядом со слабым энергетическим полем (например, магнитом), они образуют поверхностный барьер электрического тока, отталкивающего магнитные волны. Когда это случается, линии магнитного поля огибают сверхпроводник, закрепляя его в подвешенном состоянии. Если сверхпроводник подтолкнуть в одну из сторон, он автоматически компенсирует это электрическим полем, противодействующим магниту. Феномен известен как квантовая левитация, а опыт обычно называют «Гробом Магомета».
9. Бусы Ньютона (Newton’s Beads)
Если вы возьмёте банку и наполните её длинной цепочкой из бус, вы сможете воссоздать этот феномен прямо у себя дома. Заполните всю банку бусами, затем потяните за один из концов цепочки и бросьте конец на пол. Сначала вы заметите то, что и ожидали – цепь начинает выпадать из банки. Но затем следует что-то неожиданное – вместо того, чтобы продолжать выскальзывать через край банки, бусы поднимутся в воздух как фонтан и будут дальше падать на пол из подвешенного состояния.
Это достаточно простой опыт, но в реальности выглядит очень интересно. В данном случае взаимодействуют три силы. Гравитация, конечно же, тянет ведущий конец цепи к полу. Каждая бусинка, сдавшая на волю гравитации, тянет за собой следующую бусинку – это вторая сила.
Однако внутри банки существует третья сила – банка на самом деле выталкивает бусы в воздух. Звучит невероятно, даже глупо, ведь банка совсем не двигается, но это объясняется природой самой цепи.
На самом основном уровне, цепь является последовательностью жёстких стержней, соединённых подвижным стыком. Представьте себе последовательность вагонов поезда. Гипотетически, если вы потянете вверх за конец вагона, он наклонится в плоскости осевой линии – передняя часть поднимется, а задняя опустится. В реальной жизни этого не происходит из-за того, что прямо под ним находится плотный слой земли. Вместо этого его задняя часть поднимается. В этом случае сила, земля фактически толкает его наверх, препятствуя повороту вагона. Если сила, поднимающая вагон, была пропорциональна весу вагона, сила, отталкивающая его от земли, подбросила бы вагон в воздух. На сайте Королевского научного общества есть ещё одно видео, объясняющее этот концепт в деталях.
Таким образом, когда каждое звено цепи бус покидает своё пространство покоя, из-за того, что его тянет предшествующее звено, дно банки (или слой бус, на котором лежало звено) подбрасывает его в воздух, образовывая «нарушающую законы гравитации» петлю, после чего гравитация всё же становится сильнее и притягивает бусинку к земле.
8. Скульптуры из ферромагнитной жидкости (Ferrofluid Sculptures)
Феррофлюид в сочетании с магнитом является одним из самых поразительных веществ на всей планете. Сама жидкость, по сути, является намагниченными частицами, подвешенными в жидкости, обычно масле. Частицы являются наномасштабными – они настолько малы, что не могут магнитно воздействовать на другие частицы. В ином случае жидкость бы стала одним большим комком. Однако если жидкость поднести к мощному магниту, мы можем увидеть что-то волшебное.
Одно из самых распространённых зрелищ в данном опыте, это образование выступов и впадин в феррофлюиде. На самом деле в этом случае вы видите, как частицы пытаются установиться в направлении магнитного поля. Выступы образуются в местах, где мощность поля наиболее высока, но благодаря тому, что масло обладает поверхностным натяжением, две силы достигают равновесия на вершинах выступов. Эффект называется нестабильностью в нормально направленном поле – формируя эти «скульптуры», жидкость снижает общую энергию системы до минимума.
7. Индукционный нагрев кубика льда
Индукционный нагрев – это процесс, в ходе которого ток высокой частоты проходит через катушку, образуя электромагнит, после чего полученные в результате вихревые токи проходят через проводящее вещество. Когда вихревые токи взаимодействуют с сопротивлением вещества, вступает в дело закон Джоуля-Ленца (Joule effect) – вырабатывается джоулево тепло. В данном случае проводником служит кусочек металла внутри кубика льда и тепло вырабатывается настолько быстро, что установка загорается до того, как лёд полностью растает.
Насколько быстро вырабатывается тепло? В зависимости от типа металла, индукционный нагрев может разогреть что-либо до 871 °C всего за полторы секунды при помощи 0,6 кВт на квадратный сантиметр поверхности. Через четыре секунды после начала видеоролика, внутренняя часть куба льда уже раскалилась докрасна, поэтому можно предположить, что тут либо применяется меньше мощности, либо применённый метал обладает меньшим электрическим сопротивлением. В любом случае, через ещё несколько секунд мы видим глюк в матрице – горящий лёд.
Это вызывает ещё один вопрос: все знают, что лёд плавится при температуре выше 0 °C, так почему же он не превращается мгновенно в лужу воды при огромных температурах? Это происходит из-за того, что вещество принимает и излучает энергию только в дискретных энергетических «пакетах». Когда тепло передаётся от металла ко льду, это больше похоже на поезд, а не на волну, то есть для того, чтобы передать всю энергию потребуется больше времени.
6. Мост из жидкого кислорода (Liquid Oxygen Bridge)
Точка кипения кислорода составляет -183 °C и при любой температуре выше этой кислород находится в состоянии газа, который мы все знаем и любим. Однако при более низкой температуре кислород заполучает интересные свойства. Если точнее, более плотная конфигурация молекул в жидком состоянии позволяет скрытым естественным свойствам кислорода проявить себя.
Хорошим примером этого является парамагнетизм кислорода. Парамагнитное вещество является магнитным, только если на него действует внешнее магнитное поле. В состоянии газа молекулы кислорода находятся слишком далеко друг от друга, чтобы на них воздействовали магниты. Но в состоянии жидкости, кислород ведёт себя рядом с магнитом как кусочек железа – свирепо кипящий, жидкий кусочек железа. При двух противоположно направленных магнитах, жидкий кислород образует мост посередине, что и можно увидеть в видеоролике. К сожалению, за этим сложно наблюдать долго, так как жидкий кислород быстро выкипает обратно в газ, как только сталкивается с комнатной температурой.
5. Реакция Бриггса-Раушера (Briggs-Rauscher Reaction)
Реакция Бриггса-Раушера является одной из самой впечатляющих в визуальном плане химических реакций в мире. Реакция является химическим осциллятором – в ходе реакции, вещество постепенно меняет свой цвет от прозрачного до янтарного, затем внезапно становится тёмно-синим, а затем обратно прозрачным – всё за одно колебание. Реакция продолжается несколько минут, сменяя цвет каждые несколько секунд.
До 30 различных реакций может проходить одновременно в ходе каждого колебания. Список веществ похож на список ингредиентов замороженной еды: сульфат марганца (II), малоновая кислота, крахмал, серная кислота, перекись водорода и йодноватая кислота это один из примеров, как добиться реакции (можно изменить некоторые кислоты или йодиты для получения других реакций).
Когда все вещества смешиваются, йодат превращается в йодноватистую кислоту. Когда появляется эта кислота, другая реакция превращает её в йодид и в свободный йод. Это вызывает первую смену цвета, придавая смеси янтарный цвет. Затем вещество продолжает выделять йодид. Когда йодида становится больше йода, они образовывают трёхйодистое соединение. Соединение вступает в реакцию с крахмалом, что переводит смесь в тёмно-синий цвет.
В этом видео меньше объяснений, чем в первом, но можно намного лучше рассмотреть отдельные стадии.
4. Воины Катушки Тесла (Tesla Coil Warriors)
Большинство из нас слышали о Николе Тесла (Nicola Tesla), блестящем гении электрических инновации и жертвы мерзких случаев чёрного пиара со стороны конкурентов. Большинство из нас также знакомы с катушками Тесла – устройством, производящим высокое напряжение высокой частоты, сопровождая это всё красочными искрами.
Современные катушки Тесла зачастую вырабатывают ток напряжением в 250 000 – 500 000 Вольт. Большинство развлекательных устройств сдерживают сильное магнитное поле клеткой Фарадея, являющейся заземлённой клеткой, равномерно распределяющей ток. Из-за того, что электрическое напряжение характеризуется разностью потенциалов, внутри клетки Фарадея не будет тока. Любой внутри клетки может безопасно сесть на электрический стул и с ним ничего не случится.
Иногда люди бывают креативными. В видео вы можете увидеть двух «воинов», на костюмах которых расположена клетка из проводящего материала – фактически переносная клетка Фарадея. Ещё один всплеск творчества принёс нам «поющие» катушки Тесла, при помощи которых можно воспроизводить музыку, модулируя искровой разряд катушки.
3. Синусоида и кадровая частота (Sine Waves And FPS)
Акустические волны обладают невероятным свойством заставлять другие объекты соответствовать их частоте. Если вы когда-то слушали музыку с мощными басами в вашей машине, вы, скорее всего, заметили, как зеркала колеблются в такт со звуковыми волнами. То, что происходит в видео выше, фактически является тем же феноменом, хотя конечный результат намного более эффектный.
Синусоида 24 Гц проходит через спикер под водяным шлангом. Шланг начинает вибрировать со скоростью 24 раза в секунду. Когда вода выходит из него, она образует волны, соответствующие частоте 24 Гц. Однако, вот в чём трюк: в реальной жизни, вы бы увидели, что вода просто изгибается по пути к земле.
Настоящим трюком тут является камера – феномен смещённой перспективы. Снимая текущую воду с кадровой частотой 24 кадра в секунду, мы получаем картинку застывшего в воздухе потока воды. Каждая волна воды попадает в одно и то же место 24 раза в секунду. На видео создаётся ощущение, что одна и та же волна находится в воздухе без движения, хотя на самом деле каждый кадр на её место приходит новая порция воды. Если изменить частоту синусоиды до 23 Гц создастся впечатление, что вода течёт обратно в шланг из-за небольшого несоответствия между кадровой частотой камеры и синусоидами.
2. Капельница лорда Кельвина (Lord Kelvin’s Thunderstorm)
Капельница Кельвина или гроза Кельвина была впервые сооружена в 1867 году и это достаточно простое устройство. Вода из двух банок капает в два индуктора с различным зарядом – один с положительным, другой с негативным. Внизу собираются заряженные капли воды, после чего из текущей воды можно получить электрический потенциал. Дешёвая энергия, либо хотя бы маленькая искра, которой можно удивить своих друзей.
Каким образом это работает?
При изначальном состоянии, один из индукторов (медные кольца в видео) обладает небольшим естественным зарядом. Предположим, что индуктор справа обладает небольшим отрицательным зарядом. Когда через него проходит капля воды, позитивные ионы воды будут притягиваться к поверхности капли, а положительно заряженные ионы оттолкнутся в центр, благодаря чему капля получит положительный заряд на поверхности.
Когда положительная капля падает в коллектор справа, она немного заряжает воду и передаёт положительный заряд через проволоку в индуктор слева, давая ему положительный заряд. Теперь левая сторона создаёт отрицательные капли воды, которые далее подзаряжают отрицательный индуктор справа. Эти заряды постепенно накапливаются в обеих сторонах до тех пор, пока разность потенциалов не достигнет момента, необходимого для вызова разряда – искры между двумя коллекторами (или двумя медными шарами в видео).
Отбросив научную часть, самый забавный побочный эффект этого устройства случается в индукторах. С ростом заряда, они начинают притягивать противоположные ионы воды настолько сильно, что маленькие капли воды выпрыгивают и вращаются вокруг индуктора, как мотыльки вокруг лампы.
1. Разложение ртути (Decomposing Mercury)
Это самое странное явление, которое вы увидите за сегодня.
В профессиональном плане тиоцианат ртути имеет несколько применений. Его в небольших количествах применяют в ходе нескольких видов химического синтеза, а также с его помощью можно определять наличие хлора в воде. Но с другой стороны, тиоцианат ртути также является несдержанным эксгибиционистом. Когда вещество распадается, вырабатываются азотированный углерод и пары ртути – ужасающе токсичная смесь. В 1800-х годах его продавали в качестве фейерверков, пока несколько детей не погибло от того, что приняли вещество внутрь.
Однако его репутация сохранилась и по хорошей причине. Хорошего способа объяснить, что происходит в этом видео, не существует – тиоцианат ртути просто начинает разлагаться от тепла. При контакте огня с порошковым соединением начинается цепная реакцию, которая закончится только в ваших кошмарах. Наслаждайтесь.
