luni, 11 iunie 2012
Unde mecanice
Def : Unda mecanica reprezinta forma de propagare a perturbatiei im mediu.
Forma - unde plane
- unde sferice
Foarte important : Unda constituie transport de energie.Propagarea se face cu o anumita intarziere (nu se transmite instantaneu)
- unde intr-un mediu unidimensional
- Unde transversale (oscilatia se produce perpendicular pe directia de propagare)
Vt = √ T / μ ; μ = m / l
t = tensiunea ; μ=masa unitatii de lungime
- Unde longitudinale
Ve = √ E / φ
E – unde de elasticitate ; φ – densitate
Fenomenul de propagare depinde de sursa prin FRECVENTA si de mediu prin VITEZA.• viteza de propagare depinde de natura mediului
Mediu omogen si izotrop
Pentru mediu omogen unda se propaga cu viteza constanta.
In acest mediu unda se propaga identic dupa toate directile.
- Suprafata de unda. Front de unda
Def : Suprafata de unda reprezinta multimea punctelor care oscileaza in faza.
Def : Frontul de unda reprezinta locul geometric al punctelor la care perturbarea a ajuns la un moment dat.
Unde - plane
- sferice
Principiul lui huggens
Experiment.
Se considera o cuva cu mercur. d > λ
?-distanta dintre doua maxime consecutive
- in compartimentul 2 se inregistreaza perturbatii doar in conul cu varful in sursa si laturile delimitate la deschidere.
Consideram deschiderea fantei mai mare decat lungimea de unda.
a)
- d ~2
In acest caz in compartimentul 2 se inregis –treaza unde in intreg mediul ca si cand paravanul nu ar exista.
Def. : Difractia este fenomenul de ocolire aparenta a obstacolelor de catre unde.
Explicatie : Fiecare punct al frontului de unda constituie sursa secundara de la care perturbarea continua.
Obs. : Sursele secundare inlocuiesc sursa principala.
Obs. La suprafata de separare a 2 medii pot aparea fenomene specifice :
- unda se poate intoarce in mediul de provenienta cu schimbarea directiei de propagare.
- unda poate patrunde prin suprafata in celalalt mediu tot cu schimbarea directiei de propagare.
Obs. In functie de natura suprafetei de separare , fenomenele pot avea loc separat sau simultan.
Reflexia undelor
Definitie : intoarcerea undelor in mediul de provenienta, cu schimbarea directiei de propagare.
Consideram : 2 medii separate printr-o suprafata plana.Viteza de propagare a undei in acelasi mediu este aceeasi.
Deosebiri : 1) unda incidenta (inainte de reflexie)
2) unda reflectata (dupa reflexie)
i à< de incidenta ; r à < de referinta
? IBI` = ? IAI`
I I` - lat.comuna I I`B = I I`A
I A = I`B = V • t I = I`
Consideram o unda plana care intalneste suprafata de separare a 2 medii.
Legile reflexiei :
- Incidenta normala si reflectata se gasesc in acelasi plan.
- Unghiul de incidenta este egal cu unghiul de reflexie.
Refractia undelor
Definitie : Fenomenul de patrundere a undei in alt mediu cu schimbarea directiei de propagare.
Legi : 1) Unda incidenta, normala si refractata se gasesc in acelasi plan.
sin i / sin r = V1 / V2 =n21
2) Raportul dintre sinusul < de incidenta si sinusul < de refractie este o constanta, si este egal cu indicele de refractie relativ al mediului 2 fata de primul mediu.
n21 = n2/n1
?f = 2p / ? • ?x ; 2p / ? = K
y = Asin2p (t/T – x/?)
Consideram : suprafata de separare a 2 medii caracterizate prin indicii de refractie diferiti (n1,n2).Unda va avea viteze diferite de propagare in cele 2 medii.
ELECTRICITATEA NORILOR, PARATRASNETUL
Electricitatea atmosferica
Desi omul s-a intalnit cu electricitatea atmosferica inca din cele mai vechi timpuri, explicatia ei a intarziat mult, foarte mult in raport chiar cu fizica atomica. Intarzierea este explicata pe de o parte de inaccesibilitatea abordarii cercetariilor cu posibilitati modeste, iar pe de alta parte, de fluctuatiile extrem de variate ale fenomenelor, de la un moment la altul, de la o zona geografica la alta, fluctuatii dependente de altitudine etc. Mijloacele de investigare a electricitatii atmosferice sunt extrem de diverse si ele au evolat extrem de mult. In ordine istorica aceste mijloace pot fi clasificate astfel: observatie vizuala, sondaje prin baloane meteorologice, inregistrare fotografica folosirea rachetelor sonda, a satelitilor si, in sfarsit a rachetelor interplanetare. Se vede deci ca putine tari pot dispune astazi de conditii perfectionate de studiu a atmosferei folosind rachetele si satelitii, de aceea si electricitatea atmosferica a fost studiata in functie de mijloacele afectate.
Poate sa para ciudata includerea acestui capitol la electrostatica. Intradevar, desi avem de-a face mai degraba cu fenomene legate de miscarea sarcinilor electrice, prezentam aici electricitatea atmosferica pentru ca la scara umana, fenomenele care se deruleaza la nivelul globului sunt asemanatoare cu cele puse in evidenta in laboratorul de electrostatica: descarcarea condensatorilor, ionizarea produsa de varfuri, electrizarea prin influenta etc. In randurile care urmeaza ne vom referi pe scurt la trei aspecte: a) electricitatea norilor si unele fenomene adiacente; b) paratrasnetul.
a)ELECTRICITATEA NORILOR. Se poate afirma fara a gresi mult ca intemeietorul cercetarii sistematice a electricitatii norilor, mai bine zis a fenomenelor adiacente, a fost Franklin. El a elaborat metode speciale de studiere a descarcarilor produse in timpul furtunilor, a precautilor ce trebuie luate pentru a evita accidentele si, ceea ce este mai important, este inventatorul paratrasnetului. Electricitatea norilor a fost cunoscuta in special prin doua fenomene: fulgerul si trasnetul. Se afirma deseori ca fulgerul este o descarcare electrica intre nori incarcati cu sarcini de semn opus, afirmatie incorecta in general. De altfel, acest lucru poate fi stabilit si de dumneavoastra daca veti urmari cu atentie fulgerele in timpul furtunilor; in general ele se declanseaza pe directia verticala sau oblica si mai rar pe directie orizontala. Observatiile au aratat ca fulgerul apare ca o descarcare intre partea superioara si cea inferioara ale aceluiasi nor, sau intre doi nori diferiti situati la inaltimi diferite. Fulgeril poate sa fie si orizontal, dar numai in interiorul aceluiasi nor, intre regiuni cu densitati de sarcina diferita. Studiul distributiei sarcinilor in nori a aratat ca in general acestia sunt neutri in ansamblu, dar sunt polarizati. Exista trei tipuri de nori polarizati: nori polari-pozitivi, polari-negativi si nori tripolari. Primii sunt cei mai raspanditi, urmati de cei de-al treilea tip. Nu este inca pe deplin clar, de ce, in mod obisnuit, norul este polar-pozitv.
Cum are loc fulgerul? Se poate intui usor ca diferenta de potential favorabila unei descarcari electrice este plasata intre partea superioara si cea inferioara a norului astfel ca fulgerul nu este altceva decat o descarcare electrica intr-un nor intre cele doua extremitati incarcate diferit.
Cel de-al doilea fenomen mentionat –trasnetul- este tot o descarcare electrica ce are loc intre partea inferioara a unui nor si pamant. Dar trasnetul nu poate sa apara pentru orice fel de nori, el apare numai pentru norii cei mai apropiati de pamant, norii care produc aversele de ploaie. De ce nu pot genera trasnetul si norii mai indepartati? Exista mai multe explicatii, care cumulate furnizeaza o explicatie completa. Este vorba in primul rand de faptul ca pamantul este incarcat negativ(!) si deci nu s-ar produce o descarcare intre baza negativa a norului si solul incarcat cu acelasi tip de electricitate. In prezenta norului are loc insa o electrizare prin influenta a zonei terestre situata sub el. Sarcina pozitiva pe care o capata Pamantul este insa cu atat mai mica cu cat nori sunt situati la inaltime mai mare, ceea ce explica de ce fenomenul este produs mai frecvent de norii de joasa altitudine,
Sa examinam mai amanuntit mecanismul de producere a trasnetului. Se stie la ora actuala ca ploaia este in general “pozitiva”. O explicatie a acestui fenomen este legata de electrizarea picaturilor prin frecare cu stratele atmosferice, astfel ca pe sol soseste un transport de sarcina pozitiva, ceea ce face ca norul sa fie mai neutru(se negativeaza), deci poate sa apara o diferenta de potential intre baza lui inferioara si pamantul polarizat pozitiv, creeindu-se astfel un camp electric a carui intensitate este mai puternica in regiunea varfurilor. Intre varfuri si baza norului exista in schimb permanent de sarcini, dar cand intensitatea campului electric depaseste o anumita limitaare loc strapungerea aerului producandu-se o descarcare electrica intre varf si baza norului. Acesta este tipul de trasnet cel mai raspandit. Pe un teren neted si omul poate juca rolul de “varf”. In plus orice obiect metalic aflat asupra lui favorizeaza trasnetul.
Exista un trasnet insotit de scurgerea inversa de sarcini atunci cand avem de-a face cu un nor tripolar. Acest caz este insa mai putin frecvent. Pozitivarea unor regiuni din baza norilor nu poate fi explicata decat prin plecarea unor particule incarcate negativ, ceea ce se intampla in timpul grindinilor sau a ninsorii. Nu vom discuta nici problema diferentei deincarcare a precipitatilor lichide si solide, dar realitatea lor nu este astazi contestata si ea explica existenta celor doua tipuri de trasnete.
Vom prezenta in continuare o clasificare a formelor de descarcare a electricitatii acumulata in nori: a) descarcare intre nori (scaneie lugi de aproximativ 15 km ) ; b) descarcarea in interiorul norului,de sus in jos (descendenta)insotita de o iluminare a norilor ; c) descarcare in interiorul norilor de jos in sus (ascendenta), greu vizibila de pe Pamant ; d) trasnet linear, spre Pamant, sub forma de scanteie, care este insa de forma contorsionata analoga semnului “atentie, inalta tensiune(~)” ; e) trasnetul globular care apare ca o sfera incandescenta ; f) trasnetul perlat (succesiune de “perle” luminoase) ;
g) trasnetul racheta (punct luminos care inainteaza rapid si lasa in urma o trena luminoasa ca o cometa). Dintre acestea mentionam trasnetul globular ca fiind o sfera stralucitoare cu o durata de viata relativ ridicata. Apare neasteptat in locuri diferite, poate “intra” in casa in mod misterios. Marturisirile diferitilor observatori sunt la fel de diferite ca si ipotezele asupra naturii lui.
Mai mentionam, aici trasnetul indirect, care poate lovi un om sau un altobiect desi descarcarea a avut loc intrea baza norului si un alt punct de pe Pamant. Explicatia lui este legata de faptul ca obiectul situat la o oarecare distanta de punctul lovit este si el electrizat prin influenta si electricitatea suplimentara sosita prin Pamant serveste la neutralizarea partiala a sarcinii inmagazinata in el.
Credem ca ar fi interesant de retinut unele date suplimentare asupra acestor fenomene. Astfel, un fulger este un fenomen discontinuu care se deruleaza intr-un numar valabil de etape. In faza incipienta descarcarea “cauta” drumul cel mai convenabil prin ionizarea aerului si crearea unui “culoar” bun conductor.
Energia care se degaja este circa 10 la a 10-a J, iar timpul in care se epuizeaza fenomenuleste de 6-24ms. Intensitatea curuntului electric este in zona fulgerului atinge valori maxime de peste 200 000 de amperi, media situandu-se la 20 000 A.
b) PARATRASNETUL este o constructie care ajuta la protectia cladirilor impotriva trasnetelor, ferindu-le de incendii si se prezinta sub forma unor vergele metalice montate pe diverse consstructii inalte. Paratrasnetul este legat la pamant printr-o sarma groasa. Daca trece pe deasupra lui un nor baza negativa, paratrasnetul se electrizeaza prin influenta avand capatul pozitiv. Datorita punctului intens din zona varfurilor, sarcinile de la baza norilor sunt atrase, se scurg spre varf si apoi prin paratrasnet spre Pamant. Se evita astfel socul violent al lovirii. Cand norii au o regiune pozitiva la baza fenomenul este inversat, sarcinile negative se scurg de pe paratrasnet spre nor. Procesele astfel expuse sunt mai rare pentru ca ar trebui sa fie nor de joasa altitudine. In mod normal paratrasnetul canalizeaza trasnatul spre pamant. Zona protejata este o functie a paratrasnetului.
TEORIA GRAVITATIONALA A LUI NEWTON
Stiinta a luat un mare avant in anii Revolutiei Stiintifice , iar intre 1660 si 1734 si-a gasit formele de organizare care ii lipsisera pana atunci. Aceasta perioada a fost dominata in mare masura de ideile lui Issac Newton si, intr-un grad mai mic, de cele ale lui Gottfried Willhem Leibniz. 26847fpj23rzf4k
Metoda stiintifica
Cea mai importanta lucrare stiintifica din cea de-a doua jumatate a sec.XVI a fost Principia lui Newton. Nu numai ca aceasta a devenit fundamentul fizicii pentru urmatorii 200 de ani, dar a construit si baza metodologiei stiintifice, care si-a facut treptat intrarea in studiul fenomenelor naturale. In comparatie cu Descartes, care a pledat pentru deducerea legilor stiintifice din principiile metafizice, Newton si-a fundamentat teoriile pe cercetarea atenta a fenomenelor naturale. El si-a denumit metoda ca fiind a “analizei si sintezei”, adica o procedura care cuprindea atat o etapa inductiva, cat si una deductiva. Teoriile sale rezultau din observatii; apoi utiliza aceste teorii pentru a descrie alte fenomene. In practica, totusi, stiinta nu opereaza strict in conformitate cu metodologia stiintifica. Cele mai importante descoperiri ale lui Newton au fost probabil produsele intuitiei, pe care el le-a sustinut apoi cu ajutorul experimentelor, rationamentelor si matematicii.
Potrivit conceptiilor lui Newton, fiecare fenomen natural putea fi explicat in cele din urma prin legi matematice, modul acesta de abordare al problemelor stiintifice nefiind neaparat in contradictie cu religia. De fapt, atat Newton, cat si Leibniz erau profund credinciosi. De exemplu, Leibniz interpreta legile fizice ca o cale adoptata de natura pentru a dobindi maximum sau minimum din anumite calitati fizice. Existenta unei orientari in legile naturii implica, din punctul lui de vedere, prezenta unei “Fiinte Perfecte” care crease universul.
Totusi, in acea perioada a avut loc separarea fizicii de metafizica (sau filozofie).De exemplu, Newton a acceptat ideea ca gravitatia poate fi descrisa pe cale matematica, stiind perfect ca legile formulate de el in acest sens nu spuneau nimic despre natura sau cauza fenomenului. El a refuzat sa emita ipoteze neverificabile, spre deosebire de Rene Descartes care, pentru a explica prezenta fortelor gravitationale, a pornit de la supozitia existentei unor vartejuri de aer. pz847f6223rzzf
Treptat, observatia si experimentul au devenit stilpii activitatii stiintifice. Ideea ca intelepciunea si cunoasterea reala pot fi gasite numai in lucrarile anticilor a inceput sa piarda teren. Oamenii de stiinta au incetat sa se bazeze pe vechii dascali, cum ar fi Aristotel, si s-au apucat sa studieze rezultatele propriilor observatii si experimente, formuland teorii. Au inceput deci sa inregistreze fenomenele in termeni valorici, ca unitati de masa, volum, sau temperatura. Instrumentele necesare cercetarii s-au raspandit in toate marile orase.
Oamenii de stiinta, in lipsa conceptului actual de energie, au incercat sa priceapa proprietatiile de genul caldurii, electricitatii, magnetismului si energiei chimice, descriindu-le in termenii unor fluide materiale, dar fara greutate, capabile sa “curga” prin solide. Din multele experimente facute in acest domeniu au rezultat nenumarate observatii de fenomene care, pe atunci, nu erau intelese. Totusi, aceste observatii au alcatuit baza progreselor teoretice de la sfarsitul sec.XIX si inceputul sec.XX in domeniile fizicii si chimiei.
TEORIA GRAVITATIONALA A LUI NEWTON
Isaac Newton a fost primul care a demonstrat ca atat caderea obiectelor pe suprafata Pamantului , cat si miscarea de rotatatie a Lunii in jurul nostru, miscarea de rotatie a planetelor in jurul Soarelui sau traiectoriile ciudate ale cometelor sunt toate guvernate de una si aceeasi lege: a gravitatiei universale.
Totusi, ideea a fost formulata abia in jurul anilor 1680, iar spre sfarsitul vietii, Newton a spus ca incepuse sa se intrebe daca n-ar trebui luata in considerare posibilitatea prabusirii Lunii pe Pamant atunci cand observase caderea unui mar din pom.
In 1666, el a studiat miscarea circulara, sesizand ca forta care actioaneaza asupra unui corp ce se roteste este invers proportionala cu patratul distantei dintre acesta si punctul in jurul caruia se roteste.
Newton a incercat sa aplice principiu sistemului Pamant – Luna si celorlalte planete. A inteles astfel ca miscarea Lunii poate fi vazuta ca rezultatul a doua componente: tendinta de cadere pe Pamant si tendinta de a se deplasa in linie dreapta. Ambele miscari fiind simultane, rezultanta lor era traiectoria aproape circulara a Lunii. In absenta Pamantului, traiectoria acesteia ar fi fost rectilinie. Curbarea traiectoriei este consecinta atractiei gravitationale exercitate de Pamant.
In primul rand, Newton a determinat deviatia traiectoriei Lunii fata de o linie dreapta . Apoi a comparat forta ce actiona asupra ei cu forta ce acttiona asupra unui corp de pe Pamant. A stabilit ca un corp care cade pe suprafata Pamantului , parcurge in prima secunda o distanta de 490cm. (16 picioare), in timp ce Luna se abate de la traiectoria rectilinie – “cazand” spre Pamant cu peste 366cm (12 picioare) in decurs de o ora. Daca Luna s-ar fi aflat langa suprafata Pamantului, ar fi cazut intr-o ora cu 490 x 3600 cm (16 x 3600 picioare). Ajuns in acest punct, Newton a facut o paralela intre concluzia la care ajunsese si legea fortei invers proportionale cu patratul distantei, obtinuta din observarea corpurilor terestre aflate in miscarea de rotatie. Rezultatul a fost ca, din moment ce Luna se afla la o distanta de aproximativ 60 de raze pamantesti de Pamant, acceleratia gravitationala care actioneaza asupra ei este de 602 (3600) ori mai mica, ceea ce corespunde aproximativ rezultatelor bazate pe observatii.
Newton a ajuns la concluzia ca Luna si planetele sunt mentinute pe orbite de forte invers proportionale cu patratul distantei dintre ele si centrele lor de rotatie.
In aceasta perioada s-au realizat progrese importante in multe domenii de activitate. In Astronomie, teoria gravitationala emisa de Newton a furnizat mai tarziu baza teoretica pentru sistemul lui Copernic si legile lui Kepler. In domeniul matematicii, toate realizarile au condus la dezvoltarea calculului diferential si integral, rodul muncii lui Newton si a lui Leibniz. Progresul major din domeniul fizicii a fost reprezentat de formularea de catre Newton a legilor de miscare.
Cand a formulat teoria gravitationala, Newton a avut un concurent: Descartes, cu teoria vartejurilor de aer. Teoria newtoniana invoca existenta unei forte universale de gravitatie care actiona asupra oricarui corp din univers. Descartes a presupus ca fortele nu pot fi transmise prin spatiu si ca numai existenta unui vartej putea explica rotatia Pamantului in jurul Soarelui.
Totodata, teoria lui Descartes sustinea ca Pamantul este aplatizat la ecuator si tuguiat la poli, in timp ce Pamantul newtonian ar fi trebuit sa fie aplatizat la poli si mai bombat la ecuator.
O alta provocare la adresa teoriei lui Newton s-a ivit in secolul XVIII, cand s-a ridicat problema ca aceasta teorie n-ar explica miscarea Lunii. Pentru a calcula traiectoria acesteia, nu trebuia luata in considerare numai atractia dintre Luna si Pamant, ci si fortele dintre Luna si Soare, problema cunoscuta sub denumirea “problema celor trei corpuri”. Deoarece este imposibil sa solutionezi perfect ecuatiile care guverneaza miscarile a trei corpuri, oamenii de stiinta au introdus niste metode de aproximare succesiva a solutiilor acestor ecuatii. Toti au constatat ca apogeul lunar (punctul in care orbita Lunii este la distanta maxima fata de Pamant) calculat era complet diferit fata de cel observat.
Una din cele mai convingatoare dovezi ca teoria gravitatiei formulata de Newton era corecta a aparut in 1759. Edmund Halley prezisese intoarcerea in 1758 sau 1759 a Marii Comete, deja vazuta in 1682. Mai exact si folosindu-se de calcule mult mai precise, Clairaut a prezis, cu o marja de eroare de numai 30 de zile, ca aceasta cometa va aparea din nou in 1759. Asa-numita Cometa a lui Halley si-a facut, intr-adevar, aparitia la timpul prevazut
Energia nucleara
Cu peste cinci decenii in urma, la 2 decembrie 1942, intr-o aripa discret amplasata a Universitatii din Chicago, fizicianul italian Enrico Fermi eliberase certificatul de nastere al energiei nucleare prin construirea primei pile atomice. (in interiorul ei, nucleele de uraniu 235 fusionau printr-o reactie in lant degajand energie). Acest act deschidea o prima poarta spre un gigantic rezervor energetic. Progresele ulterioare ale stiintei in acest domeniu, succedate intr-un tempo surprinzator de alert, nu aveau din pacate sa fie puse in slujba omului; dimpotriva, ele au profilat la orizontul civilizatiei umane cea mai mare primejdie care a planat vreodata in istorie asupra sa. Lansarea primelor bombe atomice asupra oraselor japoneze Hirosima si Nagasaki, constructia bombelor cu hidrogen- atmosferice sau subterane- care nu au incetat sa se inmulteasca, s-au inscris ca episoade din cele mai putin glorioase in epopeea patrunderii tainelor atomului. Caracterul ambivalent al stiintei a capatat, si in acest domeniu, una din formele sale cele mai acute, antinomia creatie-distrugere atingand aici paroxismul. ,,Din timpul Renasterii si pana in zilele noastre- spune Gaston Bouthoul, presedintele Institutului francez de polemologie- progresul cunostintelor, al tehnicii si artelor, intr-un cuvant al civilizatiei, a fost continuu, in ciuda numeroaselor razboaie. Aceasta intrucat capacitatile de distrugere au fost mereu inferioare capacitatilor de creatie si constructie ale omului. Odata cu bomba atomica, pentru prima oara in istorie, acest echilibru este rupt in favoarea capacitatilor distructive”.
Marea dezbatere asupra atomului nu poate avea, asadar, un cadru de desfasurare pur teoretic, ea angajand insusi viitorul speciei umane si al vietii pe planeta noastra. Mai inainte de a se apleca asupra sirurilor nesfarsite de cifre ce ies din calculatoare, mai inainte de a imbraca echipamentul de protectie pentru a intra in laboratorul de cercetari nucleare, savantii isi pun rascolitoarea intrebare daca din rezultatele stradaniilor lor pentru descatusarea energiilor latente din sanul materiei, omul are mai mult de castigat sau de pierdut. Judecand in termeni asemanatori, Alfred Nobel, inventatorul dinamitei, evoca posibilitatea de a se descoperi ,,o substanta sau o arma distructiva de o eficacitate atat de ingrozitoare, incat toate razboaiele sa devina imposibile”. Amenintarea cosmarului atomic ii face pe unii savanti sa pledeze pentru sistarea cercetarilor nucleare si ignorarea cu buna stiinta a perspectivelor pe care aceasta sursa de energie le poate deschide progresului general al umanitatii. O dezbatere de rasunet in acest sens a avut loc, cu ani in urma, intre savantul Edward Teller, considerat drept ,,parintele bombei americane cu hidrogen”, si laureatul suedez al Premiului Nobel, Hannes Alfven. Savantul american, care dezvolta argumente in favoarea intensificarii ,,foamei de energie” a omenirii, fizicianul suedez ii contrapune ideea ca nu trebuie absolutizate posibilitatile energiei nucleare in raport cu alte surse energetice.
Lui Teller, care invoca ,,pactul cu diavolul” al lui Faust, din care eroul goethean iese in cele din urma invingator, Alfven ii amintea ca in aceasta lupta fantastica pentru triumful binelui au fost, in drama lui Goethe, si victime, iar omenirea nu-si poate permite ca acest lucru sa se intample o data mai mult in realitate.
Evident, mersul inainte al stiintei nu poate si nu trebuie sa fie oprit, nici in domeniul nuclear, ca de altfel in nici un alt domeniu al cunoasterii. Dar cercetarile si aplicatiile nucleare trebuie sa aiba, ca suprem comandament, garantarea utilizarii acestei uriase surse de energie exclusiv in folosul omului si al umanitatii, asigurarea tuturor conditiilor pentru ca fiecare tara sa poata beneficia, in deplina securitate si la adapost de orice pericol, de imensele avantaje ale folosirii energiei nucleare in vederea accelerarii progresului si prosperitatii sale.
In domeniul fisiunii nucleare, care in natura s-a realizat, de-a lugul istoriei Terrei, ca proces natural, in cazul aproape al tuturor nucleelor susceptibile de a fusiona, cu exceptia izotopului 235 al uraniului, posibilitatile stiintei si tehnologiei incep sa-si invedereze limitele. Este vorba, in primul rand, de faptul ca reactiile de fisiune produc deseuri radioactive, care, la nivelul unei productii de cateva miliarde de megawati/ora pe an, ar ridica mari probleme pentru protectia mediului si in general pentru securitatea vietii pe Pamant. Mult mai bogata in perspective este reactia termonucleara de fuziune. Cresterea cererii de energie a facut sa se apeleze la energia de origine nucleara. Sursele clasice de energie au inca un rol de jucat, dar ele trebuie sa isi probeze competitivitatea cu energia nucleara.
Ideile afirmate cu luciditatea, competenta si responsabilitatea proprii omului de stiinta in cadrul diverselor reuniuni internationale, oglindesc pregnant preocuparea tot mai marcata a savantilor de a contribui la solutionarea, in interesul fiecarui popor si al intregii umanitati, a problemei crearii unai lumi eliberate de spectrul catastrofei nucleare, a unei lumi in care singura ipostaza a atomului sa fie cea reprezentata de utilizarea pasnica a energiei nucleare.
Albert Einstein
Albert Einstein
Albert Einstein s-a nascut in anul 1880 in orasul Munich din Germania. In jurul anului 1886 a inceput scoala studiind vioara pana la varsta de 13 ani. Doi ani mai tarziu a intrat in scoala Luitpold. A studiat matematica si incepand cu anul 1891 calculul.
In anul 1894 familia sa s-a mutat in Milan dar Einstein a ramas in Munich. In 1895 a picat un examen care ii permitea sa studieze pentru o diploma de inginer-electrician la facultatea Eidgenossischen Technise din Zurich. Mai tarziu a picat si examenul de intrare in ETH, urmand scoala secundara Aarau unde a scris un esseu cuprinzand planurile sale pentru viitor:
“Daca voi avea noroc si voi trece cu bine examenele, voi merge la Zurich si voi sta acolo 4 ani pentru a studia matematica si fizica. Ma imaginez profesor printre marile ramuri ale stiintei naturale, alegand partile teoretice.”
In 1900 planul sau a avut succes. A absolvit facultatea si a devenit profesor de matematica si fizica. Dar de abia in anul 1901 a reusit sa obtina un post tempotrar ca profesor de matematica la liceul techinc din Winterthur. In acest timp si-a pierdut speranta de a ajunde la o universitate. In anul 1902 tatal unui fost elev l-a ajutat sa obtina un post temporar la Bern unde a fost numit expert tehnic de cls a III a. Abia in anul 1906 a devenit angajat permanent si a fost numit expert tehnic de cls. aIIa.
In anul 1907 a descoperit ca masa gravitatiei era identica cu masa inertiei.
In 1909 a devenit profesor de fizica la Universitate din Zurich, demisionand de la Bern. In 1911 a devenit profesor la Universitatea Karl-Ferdinant din Praga. De fapt, anul 1911 a fost foarte semnificativ pentru Einstein deoarece in acest an a fost capabil sa faca primele previziuni cuprinzand o raza de lumina venita de pe o stea indepartata vazandu-se trecand pe langa Soare. Acest lucru a fost foarte important deoarece a dus la primul experiment care sa-i dovedeasca teoria.
In anul 1912 Einstein incepe o noua serie de cercetari asupra gravitatie, ajutat de prietenul sau Marcel Grossman. S-a mutat din Praga in Zurich pentru a ocupa un post la Universitate de Techica Eidgenossische.
In 1914 s-a intors in Germania dar nu a cerut cetatenie. A acceptat un post de cercetare la Academia Prussiana de Stiinta si laUniversitate Berlinului. I s-a oferit si postul de director la Institutul de Fizica Kaiser Wilchem din Berlin.
In anul 1921 a facut prima sa vizita in Statele Unite ale Americii pentru a strange fonduri pt Universitatea Hebrew din Ierusalim. A primit acolo medalia Bernard.
In anul 1922 i-a fost oferit premiul Nobel dar nu afost prezent pentru a-l primi fiind plecat plecat intr-o calatorie in Japonia. Tot in acest an a vizitat parisul si Palestina.
In anii 1925-1926 a primit numeroase medalii printre care medalia Copley si medalia de aur din partea Societatii Astronomice.
In anul 1928 a suferit un colaps pshihic. In decembrie 1923 a parasit Germania plecand in Statele Unite ale Americii. In acelasi an a visitat in Europa Oxford, Glasgow si Bruxel.
In 1940 a devenit cetatean oficial al S.U.A. In anul 1949 Einstein a inceput sa se simta rau. A fost internat in spital o lunga perioada de timp unde a reusit sa se refaca partial. Apoi, in 1950, si-a pregatit moartea scriindu-si testamentul.
In 1952 o ocazie speciala s-a ivit pentru Einstein. Presedintele Israielului murise iar lui i se oferise postul de viceprsedinte pe care din pacate l-a refuzat.
Cu o saptamana inainte de moartea sa, Einstein a scris ultima scrisoare adresata lui Bertrand Russel.
Pe 18 aprile 1955 s-a stins din viata unul dintre cei mai mari matematicieni si fizicieni ai lumii, Alber Einstein. A fost incinerat la Trenton, la ora 16:00.
Forte nucleare si modele nucleare
Bariera de potential. Nucleul format din protoni si neutroni este o formatie stabila, ceea ce da de nota ca intre nucleoni se exercita forte atractive foarte puternice, care, cel putin la distante mici, compenseaza si intrec fortele de repulsie electrostatice dintre protoni. Experientele de difuzie a particulelor au aratat ca distente inferioare lui 10 cm nu se mai aplica riguros legea lui Colomb, intrucat peste fortele de repulsie se suprapun fortele de atractie. Cu acelesi rezultate s-au soldat si experientele de difuzie a protonilor si neutronilor rapizi. La distante mici apar forte atractive chiar si intre protoni. Fortele atractive dintre nucleoni care asigura coeziunea nucleului se numesc forte nucleare. Ele sunt forte de bataie scurta, se anuleaza foarte repede cu distanta, spre deosebire de fortele coulombiene care se resimt inca la distante considerabile (forte de bataie lunga). In consecinta fortele de atractie nucleare vor actiona numai intre nucleonii vecini, iar fortele de repulsie electrostatice intre toti protonii din nucleu. In campul electrostatic al nucleului protonul poseda energia potentiala.
Reprezentand in functie de distanta r, se capata o hiperbola echilaterala. Daca se tine cont si de fortele atractive, in apropierea nucleului energia potentiala totala nu va creste la infinit, ci numai pana la maxim, atins atunci cand fortele atractive echilibreaza pe cele repulsive. Fie R distanta la care acest lucru se realizeaza. La distantele r<R atractia predomina si Ep scade, devenind chiar negativa in pozitia de echilibru stabil.
Variatia lui E in functie de r ne arata ca nucleul se afla intr-o groapa de potential, impresmuita de o bariera de potential de inaltime E. Presupunand ca distanta R masoara raza nucleului si ca legea lui Coulomb s-ar aplica pana la varful barierei, se poate evalua inaltimea barierei punand r=R in relatia.
Dupa conceptia clasica, o particula ar putea parasi nucleul daca ar ajunge pe varful barierei de potential. Odata ajunsa acolo, fortele de repulsie electrostatica ar efectua un lucru asupra ei, particula s-ar "rostogoli" de pe bariera si ar primi o enrgie cinetica egala cu E. Datele experimentale contrazic insa aceasta conceptie clasica. Luand pentru raza nucleului de uraniu 9*10 cm, pentru inaltimea barierei de potential obtinem E=29MeV. Particulele emise de nucleul U au in schimb o energie de numai 4.15MeV. S-ar putea crede ca sa evaluat gresit raza nucleului. Dar razele emise de ThC', avand energia de 8.8 MeV, nu pot patrunde in nucleul U, Sunt reflectate de bariera de potential. Acest fenomen nu poate fi explicat cu ajutorul fizicii clasice. Lucrurile se petrec ca si cum particula din nucleu ar "sapa un tunel" prin bariera de potential si energia sa ar corespunde numai inaltimii la care a fost sapat acest tunel. Fenomenul a capatat denumirea de efect de tunel si a fost explicat doar de mecanica cuantica.
Modelul picaturii
Ca si in cazul atomului, vom cauta acum sa vedem cum este construit nucleul, cunoscand componentii si fortele ce sunt in joc. In interiorul nucleului, fortele nucleare sunt cele predominante si deci ele vor determina in prima aproximatie nodul de aranjare a nucleonilor in nucleu. Fiind forte de distanta scurta de actiune, fortele nucleare vor actiona practic numai asupra primilor vecini, pe cand fortele electrostatice vor actiona asupra totalitatii protonilor din nucleu. Aceste deosebiri vor conduce la o crestere mai rapida a numarului de neutroni decat de protoni pentru nucleele stabilite. Cu alte cuvinte neutronii joaca un rol de „ciment” in edificiul nuclear. Din cauza fortelor nucleare puternice, de atractie, particulele din nucleu sunt strans unite, astfel incat formeaza un sistem compact. Se poate spune de asemenea ca nucleonii de la periferia nucleului vor fi sub actiunea unor forte indreptate spre centrul nucleului asemanatoare fortelor de tensiune superficiala. Toate aceste observatii ne permit sa aproximam nucleul cu o picatura de lichid, in care fiecare particula la volumul total nuclear cu volumul sau propriu, care este aproximativ constant (vo). In acest caz putem scrie:
voA = 4R³/3, de unde:
R = ro(A) ³, cu ro = 1.5∙10 ³ cm,
unde A este numarul de masa, R- raza medie a nucleului sferic, ro- o constanta care este determinata experimental. Aceasta formula semi-empirica, se verifica bine experimental si dovedeste astfel corectitudinea acestei imagini simple asupra nucleului. Folosindu-ne de aceasta relatie, putem calcula densitatea „materiei nucleare” care este: 1.672∙10 ² A
ρ = M/V =---------------- ≈ 10¹ kg/m³.
4π/3∙ ro³ A
Rezulta de aici o valoare enorm de mare pentru densitatea „materiei nucleare”, cat si faptul ca densitatea nu depinde de tipul nucleului. Toate aceste concluzii, concordante cu experienta, ca si altele pe care nu le vom discuta, fac din modelul picaturii un ajutor pretios in intelegerea fenomenelor nucleare.
Modelul paturilor nucleare
Asemanator cu periodicitatea proprietatilor fizico-chimice ale elementelor, si in cazul nucleelor au fost descoperite unele proprietati de periodicitate. Se constata astfel, ca nucleele cu un numar de 2,8,20,50,82,126,..... protoni, au o energie de legatura mai mare ca celelalte nuclee si deci sunt mai stabile. Aceasta observatie, ca si multe altele, nu pot fi explicate prin modelul picaturii.
Periodicitatea unor proprietati nucleare, functie de numarul de protoni sau de neuroni, indica existenta in interiorul nucleului a unor paturi nucleare. Din cauza impachetarii stranse a nucleonilor, existenta acestor paturi nu mai este legata si de o grupare spatiala corespunzatoare a nucleonilor. Pe baza acestui model de paturi, se pot determina starile de energie ale nucleonilor din nucleu, care se dovedesc a fi cuantificate. Modelul paturilor nucleare pune in evidenta astfel caracterul individual al miscarii particulelor in nucleu, spre deosebire de modelul picaturii care scoate in evidenta comportarea colectiva a nucleonilor in nucleu.
Pe langa aceste doua modele nucleare, au mai fost dezvoltate si alte modele mai mult sau mai putin complete. Dintre toate, cel care in momentul de fata pare a descrie cel mai bine comportarea nucleonilor in nucleu, ca si proprietatile nucleelor, este modelul generalizat, care reuneste atat caracterul colectiv al miscarii nucleonilor, dat de modelul picaturii, cat si aspectele individuale ale miscarii lor, descrise in cadrul modelului paturilor nucleare.
Bateriile si acumulatorii
Baterii si celule de combustie
Bateriile constau dintr-un numar de pile electrice conectate intre ele, de obicei pentru a produce un voltaj (tensiune electrica) mai mare decat o singura pila electrica. In mod gresit, unii numesc baterii si pile electrice simple.
Broastele moarte au condus la inventarea pilelor si bateriilor electrice. In 1786, omul de stiinta italian Luigi Galvani a descoperit ca broastele disecate se contractau cand le atingea cu bisturiul sau. Apoi din intamplare el a descoperit ca picioarele puteau fi facute sa se miste doar prin atingerea lor de metal. Galvani era pus in incurcatura in ceea ce privea natura acestui fenomen, si sursa lui. 17753bcv86piz6y
Raspunsul a fost dat in anii 1790 de omul de stiinta italian Alessandro Volta. Picioarele broastelor se contactasera deoarece lichidele din interiorul lor reactionau la contactul cu doua metale diferite: alama si fierul. Aceasta combinatie forma o pila electrica simpla si curentul produs de aceasta facea sa se contracte muschii picioarelor broastei.
Volta a facut apoi o pila electrica punand o hartie umeda intre discuri de cupru si zinc. Aceasta pila era extrem de slaba, dar Volta a conceput curand pile si baterii practice. Una dintre baterii consta dintr-o coloana de pile electrice facute din placi de zinc si argint cu separatoare de hartie imbibate in saramura. Acest tip de baterie se numea pila voltaica.
ci753b7186piiz
Cum functioneaza celulele:
ci753b7186piiz
Dupa Volta, s-au inventat multe forme similare de pile electrice. Acum se folosesc substante variate pentru placi, sau electrozi, si pentru solutie, sau electrolit. Asemenea pilei electrice functioneaza prin transformarea energiei chimice in energie electrica. Electrolitul emite ioni (atomi sau grupuri de atomi incarcati electric) care sunt atrasi de electrozi. Un electrod atrage ionii incarcati negativ, care au un surplus de particule incarcate negativ numite electroni. Celalalt electrod atrage ionii incarcati pozitiv, care au o deficienta de electroni. Cand se conecteaza un circuit conductor intre placi, electronii curg prin circuit de la electrodul negativ la cel pozitiv. Acest flux formeaza un curent electric.
ci753b7186piiz
Tipuri de celule electrice:
ci753b7186piiz
Elementele galvanice primare trebuie inlocuite cand substantele lor chimice s-au transformat atat de mult incat ele nu mai pot produce un curent util. Elementele galvanice secundare sunt reincarcabile. Curentul electric de la o instalatie de incarcare, de obicei alimentata de la retea, este trecut prin celulele electrice descarcate. Substantele chimice initiale sunt refacute facand astfel celulele din nou utilizabile. Sarcina care intra in pile in timpul incarcarii este stocata ca energie chimica si se acumuleaza treptat. Din acest motiv bateriile din elementele galvanice secundare sunt adesea numite baterii de acumulare, sau acumulatoare. Ele se folosesc la masini si la unele aparaturi electrice de uz casnic, precum uneltele electrice reincarcabile.
Celulele de combustie nu necesita reincarcare, in ele se introduc substantele chimice de fiecare data cand se foloseste electricitatea. Acestea sunt mult prea costisitoare pentru aplicatiile uzuale si sunt folosite doar in unele statii spatiale.
Chimia pilei
Tipul cel mai simplu de element galvanic primar este bazat pe unul inventat de Georges Leclanché in anii 1860. Forma moderna are o teaca de zinc, care serveste drept electrod negativ, iar electrodul pozitiv este o tija de carbune. Desi se numeste pila uscata, electrolitul sau este o pasta groasa si umeda de clorura de amoniu.
In timpul utilizarii pilei, hidrogenul format pe tija de carbune trebuie inlaturat deoarece altfel ar reduce eficienta pilei. O substanta chimica numita polizator (in acest caz, dioxid de mangan) inlatura produsul nedorit. Bateriile reincarcabile ale celor mai multe masini au pile electrice bazate pe tipul cu Pb si acid, inventat in 1860 de Gaston Plante. Electrozii de Pb si dioxid de Pb sunt imersati in acid sulfuric diluat. In timpul utilizarii, ambii electrozi sunt inveliti in sulfat de Pb. Pb si dioxidul de Pb sunt reformati in timpul reancarcarii. Pilele au cadmiu-nichel reincarcabile au ca electrolit electrozi de hidroxid de nichel. Aceste pile pot inlocui pilele uscate obisnuite si sunt folosite la unele lanterne, unelte si alte aparaturi de uz casnic “fara cordoane”.
Astfel, o simpla observare a reactiei broastelor moarte la metal, a condus la o descoperire revolutionara pentru umanitate.
Motor Electric
- Generatoarele de curent continuu
Daca un rotor se invarte intre doi poli magnetici stationari, curentul din rotor circula intr-o directie pe parcursul unei jumatati de rotatie si in cealalta pe parcursul celeilalte jumatati. Pentru a produce o trecere constanta, intr-o singura directie a curentului dintr-un astfel de dispozitiv, este necesara furnizarea unui mijloc prin care curentul rezultat sa aiba acelasi sens pe parcursul intregii rotatii. La masinile mai vechi aceasta este realizata cu ajutorul unor placute colectoare, un inel de metal impartit in doua, montat pe axul rotorului. Cele doua jumatati sunt izolate si sunt bornele bobinei. Perii fixe de metal sau carbon sunt tinute pe placutele colectoare in timp ce acestea se rotesc, conectand electric bobina la fire exterioare. In timp ce rotorul se invarte, fiecare perie intra in contact alternativ cu placutele colectoare, schimbandu-si pozitia in momentul cand curentul din bobina isi schimba sensul. Astfel circuitul exterior la care generatorul este conectat este alimentat cu un curent continuu. Generatoarele de curent continuu sunt de obicei folosite la tensiuni mici pentru a evita scanteile dintre perii si placute care rezulta la tensiuni mari. Cel mai mare potential obtinut in general de astfel de generatoare este de 1500 de volti. In unele masini mai noi aceasta inversare se face folosind dispozitive electronice de mare putere, cum ar fi de exemplu diode redresoare.
Generatoarele moderne folosesc rotoare cilindrice care, de obicei sunt constituite dintr-un numar mare de bobinaje asezate longitudinal in lacasuri speciale si conectate la placute colectoare. Intr-un bobinaj in care este un numar mic de lacasuri, curentul produs va creste si scadea in functie de partea de camp magnetic prin care rotorul trece. Un bobinaj compus din mai multe segmente si un rotor circular conecteaza in permanenta circuitul aproape constant deoarece intotdeauna un bobinaj longitudinal se deplaseaza printr-o suprafata cu un camp magnetic intens. Campurile de la generatoarele moderne sunt de obicei din patru sau mai multi poli, pentru a creste marimea si puterea campului magnetic. Cateodata poli mai mici sunt adaugati pentru a compensa distorsiunile din fluxul magnetic cauzat de efectul magnetic al rotorului. 14466gvr77gjh7o
- Motoarele cu curent continuu
In general, sunt similare in constructie cu generatoarele de curent continuu. Ele pot, de fapt sa fie descrise ca generatoare care „functioneaza invers”. Cand curentul trece prin rotorul unui motor, este generat un camp magnetic care genereaza o forta electromagnetica, si ca rezultat rotorul se roteste. Actiunea periilor colectoare si a placutelor colectoare este exact aceiasi ca la generator. Rotatia rotorului induce un voltaj in bobinajul rotorului. Acest voltaj indus are sens opus voltajului exterior aplicat rotorului. In timp ce motorul se roteste mai rapid, voltajul rezultat este aproape egal cu cel indus. Curentul este mic, si viteza motorului va ramane constanta atat timp cat asupra motorului nu actioneaza nici o sarcina, sau motorul nu efectueaza alt lucru mecanic decat cel efectuat pentru invartirea rotorului. Cand asupra rotorului se aplica o sarcina, voltajul va fi redus si un curent mai mare va putea sa treaca prin rotor. Astfel, motorul este capabil sa primeasca mai mult curent de la sursa care il alimenteaza, si astfel sa efectueze mai mult lucru mecanic.
Deoarece viteza rotatiei controleaza trecerea curentului prin rotor, mecanisme speciale trebuie folosite pentru pornirea motoarelor cu curent continuu. Cand rotorul se afla in repaus, el, efectiv, nu are nici o rezistenta, si daca voltajul normal este aplicat, va trece un curent mare, ceea ce ar putea avaria periile colectoare sau motorul. Mijloacele obisnuite pentru prevenirea acestor accidente este folosirea in serie a unei rezistente, la inceput, impreuna cu rotorul, pentru a limita curentul pana cand motorul incepe sa dezvolte un curent suficient. Pe parcurs ce motorul prinde viteza, rezistenta este redusa treptat, fie manual ori automat.
Viteza cu care un motor cu curent continuu functioneaza, depinde de puterea campului magnetic care actioneaza asupra rotorului, cat si de curentul rotorului. Cu cat este mai puternic campul magnetic, cu atat este mai mica rata rotatiei necesare sa creeze un curent secundar necesar pentru a contracara curentul aplicat. Din acest motiv viteza motoarelor cu curent continuu poate fi controlata prin variatia campului curentului.
Motorul Diesel
Motorul diesel foloseste ciclul diesel (denumit dupa Dr. Rudolf Diesel).Motoarele diesel au cea mai mare eficienta termica,din cauza coeficientului de compresie.
Motoarele diesel sunt fabricate in versiuni de doi timpi si patru timpi.Ele au fost folosite mai demult pentru inlocuirea mai eficienta a motoarelor cu aburi stationare.De la inceputul anilor 1910 ele au fost folosite pentru propulsarea vapoarelor si a submarinelor.Apoi a urmat folosirea or in locomotive,camioane mari,si centrale electrice.Incepand din anii 1930 s-a raspandit folosirea lor si in automobile.In 2007,aproximativ 50% din masinile noi vandute in Europa sunt cu motor diesel.
Rudolf Diesel,de nationalitate germana,s-a nascut in anul1858 in paris,unde parintii lui erau imigranti Bavarezi.Educatia a primit-o la Munich Politechnic.Dupa absolvire s-a angajat ca si inginer frigotehnic,insa i-a placut foarte mult proiectarea de motoare.Diesel a proiectat multe motoare termice,inclusiv un motor cu aer,propulsat cu ajutorul caldurii soarelui.In anul 1893,a publicat un articol despre un motor care are combustia in interiorul cilindrului-motorul cu combustie interna.In 1894 a aplicat pentru patentarea unei noi inventii,motorul diesel.Motorul lui a fost primul care a dovedit faptul ca combustibilul se poate aprinde si fara scanteie.El a pus in functiune primul motor reusit in anul 1897.
In 1898,Diesel a primit patentul "U.S. Patent 608,845" pentru "motorul cu combustie interna".
- au la baza transferul de energie termica prin intermediul legilor si proceselor fizice;
- implica un design mecanic deosibit si creativ;
- si au fost motivate in special de conceptul inventatorului asupra nevoilor sociale;
Rudolf Diesel a conceput motorul diesel in special pentru a permite mestesugarilor si meseriasilor independenti sa tina pasul cu industria.
In data de 10 August,in Augsburg,Primul model al lui Rudolf Diesel,un cilindru de fier cu lungimea de 3 metri,cu un volant la baza,a functionat pentru prima data folosind compresia pentru a aprinde combustibilul.A| mai durat inca 2 ani pana Diesel a imbunatatind motorul,iar in 1896 a facut demonstratie cu un alt model,care avea eficienta de 75%,fata de cele 10% la motorul cu aburi.
In 1898,Diesel a devenit milionar.Motoarele lui au fost folosite pentru propulsarea centralelor electrice,pentru pomparea apei,masini,camioane,si nave maritime.La scurt timp dupa,au inceput sa fie folosite in industria miniera,extractia de petrol,fabrici,si in transportul maritim transoceanic.
Abonați-vă la:
Postări (Atom)