Albert Einstein

Biografia

Albert Einstein urodził się w 1879 r. w Ulm w Niemczech. Uczęszczał do szkoły średniej w Szwajcarii, został obywatelem szwajcarskim w 1901 r. Otrzymał stopień doktorski w 1905 r. na uniwersytecie w Zurychu, ale wówczas nie udało mu się uzyskać posady na jakiejś wyższej uczelni. W tym samym roku opublikował swoje prace na temat szczególnej teorii względności, zjawiska fotoelektrycznego i teorii ruchów Browna. W ciągu paru lat prace te, a zwłaszcza praca na temat względności, sprawiły, że zaczął być uważany za jednego z najwybitniejszych i najbardziej oryginalnych uczonych na świecie. Jego teorie były wysoce kontrowersyjne. Żaden z nowożytnych uczonych, z wyjątkiem Darwina, nie wzbudził tylu sporów co Einstein. Mimo to w 1913 r. został mianowany profesorem na uniwersytecie w Berlinie i w tym samym czasie został dyrektorem Instytutu Fizyki Cesarza Wilhelma i członkiem Pruskiej Akademii Nauk. Stanowiska te dały mu możliwość poświęcenia tyle czasu na badania naukowe, ile sam pragnął. Rząd niemiecki nie miał żadnych powodów, by żałować, iż tak niezwykle hojnie obdarzył Einsteina stanowiskami: już dwa lata później Einsteinowi udało się sformułować ogólną teorię względności, a w 1921 . przyznano mu nagrodę Nobla. W drugiej połowie życia Einstein cieszył się światową sławą. Był prawdopodobnie najsłynniejszym uczonym historii. Ze względu na żydowskie pochodzenie Einsteina jego sytuacja w Niemczech po dojściu Hitlera do władzy stała się niebezpieczna. W 1933 r. przeniósł się więc do Princeton w stanie New Jersey, gdzie pracował w Instytucie for Advanced Study, a w 1940 r. został obywatelem Stanów Zjednoczonych. Pierwsze małżeństwo Einsteina zakończyło się rozwodem, drugie było chyba szczęśliwe. Z pierwszą żoną miał dwoje dzieci, chłopców. Zmarł w 1955 roku w Princeton. Einstein interesował się zawsze sprawami otaczającego go świata i często zabierał głos w kwestiach politycznych. Był konsekwentnym przeciwnikiem politycznej tyranii, zagorzałym pacyfistą i zdecydowanym stronnikiem syjonizmu. W sprawach ubrania i zwyczajów towarzyskich był wyraźnym indywidualistą. Miał wielkie poczucie humoru, cechowała go skromność. Był także dość utalentowanym skrzypkiem. Treść napisu, jaki widnieje na nagrobku Newtona, zapewne w jeszcze większym stopniu pasowałby do Einsteina: “Niech cieszą się śmiertelnicy, że istniała tak wielka ozdoba rasy ludzkiej!”. Teoria względności Alberta Einsteina Nazwa ta obejmuje właściwie dwie teorie. Pierwsza to szczególna teoria względności, sformułowana w 1905 r., druga zaś to ogólna teoria względności, sformułowana w 1915 r. Tę ostatnią byłoby chyba lepiej nazwać Einsteina prawem grawitacji. Obie teorie są bardzo skomplikowane. Nie zamierzam tu ich wyjaśniać, ale chciałbym poświęcić kilka uwag szczególnej teorii względności. Powszechnie znana maksyma mówi, że “wszystko jest względne”. Teoria Einsteina nie jest jednak powtórzeniem tego filozoficznego banału, ale precyzyjnym matematycznym twierdzeniem, określającym względność pomiarów naukowych. Oczywiste jest, że subiektywne postrzeganie czasu i przestrzeni zależy od obserwatora. Jednakże przed Einsteinem większość ludzi uważała, że za tymi subiektywnymi wrażeniami kryje się czas absolutny i rzeczywiste odległości, które można mierzyć w sposób obiektywny za pomocą dokładnych przyrządów pomiarowych. Einstein odrzucił pojęcie czasu absolutnego, co spowodowało rewolucję w nauce. Poniższy przykład ilustruje, w jak radykalny sposób jego teoria zmieniła nasze pojęcia czasu i przestrzeni. Wyobraźmy sobie statek kosmiczny X, oddalający się od Ziemi z szybkością 100 000 kilometrów na sekundę. Szybkość tę mierzą dwaj obserwatorzy, z których jeden znajduje się na statku kosmicznym, a drugi na Ziemi. Wyniki ich pomiarów są identyczne. Drugi statek kosmiczny Y leci dokładnie w tym samym kierunku co statek X, ale ze znacznie większą szybkością. Mierząc prędkość statku Y, obserwator znajdujący się na Ziemi stwierdza, że statek ten oddala się od niego z szybkością 180 000 kilometrów na sekundę. Obserwator lecący na statku Y otrzymał ten sam wynik. Skoro oba statki poruszają się w tym samym kierunku, to wydaje się, że różnica ich szybkości wynosi 80 000 kilometrów na sekundę i szybszy statek oddala się od wolniejszego z tą właśnie szybkością. Jednak z teorii Einsteina wynika, że jeśli odpowiednie pomiary wykonają obserwatorzy podróżujący na statkach kosmicznych X i Y, to stwierdzą oni zgodnie, że odległość między nimi wzrasta z szybkością 100 000, a nie 80 000 kilometrów na sekundę. Na pozór wydaje się, że wynik ten jest w oczywisty sposób błędny. Wynik ten nie ma nic wspólnego ze szczegółami budowy obu statków ani ich silników. Nie jest również wynikiem błędnej obserwacji czy wady przyrządów pomiarowych. Rzecz nie polega też na jakimś triku. Zgodnie ze szczególną teorią względności rezultat ten (który możemy z łatwością obliczyć ze wzoru Einsteina na składanie prędkości) wynika jedynie z zasadniczej natury czasu i przestrzeni. Wszystko to wydawać się może czystą teorią – i rzeczywiście, przez lata wielu ludzi nie traktowało poważnie teorii względności, uważając ją za oderwaną od życia akademicką hipotezę bez żadnego praktycznego znaczenia. Oczywiście, po roku 1945, kiedy to rzucono bomby atomowe na Hirosimę i Nagasaki, nikt już nie popełnił tego błędu. Z teorii względności Einsteina wynika między innymi, że materia i energia są w pewnym sensie równoważne, przy czym ich zależność opisuje wzór E=mc2 , w którym E oznacza energię, m- masę, a c- prędkość światła. Skoro c wynoszące 300 000 kilometrów na sekundę jest już bardzo dużą wielkością, to c2 (tzn. c mnożone przez c) jest po prostu wielkością olbrzymią. Wynika z tego, że nawet częściowa przemiana małej ilości materii wyzwala ogromną ilość energii. Oczywiście, nie można zrobić bomby atomowej ani zbudować elektrowni jądrowej opierając się wyłącznie na wzorze E=mc2 . Należy sobie uświadomić, że w pracach nad wykorzystaniem energii atomowej odegrało ważną rolę wielu innych ludzi, ale znaczenie wkładu Einsteina jest bezdyskusyjne. Co więcej, to właśnie list Einsteina przekazany prezydentowi Rooseveltowi w 1939 r., wskazując na możliwość skonstruowania broni atomowej i podkreślający wagę, jaką ma wyprzedzanie Niemców przez Stany Zjednoczone w budowie takiej broni, przyczynił się do rozpoczęcia prac nad projektem Manhattan, które doprowadziły do zbudowania pierwszej bomby atomowej. Szczególna teoria względności budziła ostre kontrowersje, ale wszyscy zgadzali się, że jest to najbardziej zdumiewająca teoria naukowa, jaka była i będzie kiedykolwiek stworzona. Pod tym względem wszyscy się mylili, albowiem punktem wyjścia ogólnej teorii względności Einsteina jest założenie, że przyciąganie grawitacyjne nie wynika z działania sił fizycznych w normalnym rozumieniu tego pojęcia, ale jest rezultatem zakrzywienia samej przestrzeni. Trudno o bardziej zdumiewający pomysł! Jak można zmierzyć zakrzywienie przestrzeni? Co to w ogóle znaczy, że przestrzeń jest zakrzywiona? Einstein nie tylko wysunął taką teorię, ale nadał jej jasną formę matematyczną, dzięki czemu jego teoria pozwala wysuwać dokładne i nadające się do doświadczalnego sprawdzenia przewidywania. Przeprowadzone obserwacje -z których najdonioślejsze zostały zrobione w czasie całkowitego zaćmienia Słońca -wielokrotnie potwierdziły prawidłowość równań Einsteina. Ogólna teoria względności pod wieloma względami różni się od innych teorii naukowych. Po pierwsze, Einstein nie oparł swojej teorii na dokładnych eksperymentach, lecz przy jej formułowaniu kierował się raczej względami symetrii i matematycznej elegancji -a więc pozostawał na gruncie rozumowym, racjonalistycznym (racjonalizm rozumiany tu jest jako przeciwieństwo empiryzmu), podobnie jak usiłowali to uczynić filozofowie greccy i średniowieczni scholastycy. Tak postępując Einstein przeciwstawił się empirycznemu nastawieniu nowożytnej nauki. O ile jednak szukającym piękna i symetrii Grekom nie udało się znaleźć teorii dynamicznej, która wytrzymałaby decydujący sprawdzian eksperymentu, o tyle teoria Einsteina, jak do tej pory, przechodzi z powodzeniem każdy test. Wskutek takiego podejścia Einsteinowska ogólna teoria względności jest powszechnie uznana za najpiękniejszą, najbardziej elegancką i intelektualnie zadowalającą ze wszystkich teorii naukowych. Ogólna teoria względności wyróżnia się także pod innym względem. Większość praw naukowych ma charakter przybliżony, tzn. sprawdzają się one w wielu okolicznościach, ale nie we wszystkich. O ile nam wiadomo, od teorii względności nie ma wyjątków. Nieznane są warunki, teoretyczne lub doświadczalne, w których przewidywania ogólnej teorii względności sprawdziłyby się tylko w przybliżeniu. Przyszłe doświadczenia mogą jeszcze zepsuć ten wspaniały bilans, ale na razie ze wszystkich teorii naukowych ogólna teoria względności jest najbliższa ostatecznej prawdy. Inne dokonania Alberta Einsteina Najlepiej znanymi osiągnięciami Einsteina są dwie teorie względności, ale inne dokonania oczywiście też zapewniłyby mu sławę naukową. W istocie, Einstein uzyskał nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki przede wszystkim za pracę wyjaśniającą ważne zjawisko fotoelektryczne, które stanowiło do owego czasu zagadkę dla fizyków. W swoim opracowaniu założył, że istnieją fotony, czyli cząstki światła. Ponieważ na długo przedtem stwierdzono w doświadczeniach poświęconych interferencji, że światło składa się z fal elektromagnetycznych, fale zaś i cząstki uznawano za pojęcia w sposób oczywisty przeciwstawne, wobec tego hipoteza Einsteina stanowiła radykalne i paradoksalne zaprzeczenie klasycznej teorii. Okazało się jednak, że jego wyjaśnienie efektu fotoelektrycznego ma duże znaczenie praktyczne, a hipoteza istnienia fotonów wywarła istotny wpływ na rozwój teorii kwantów i stanowi obecnie jej integralną część. Przy ocenie znaczenia Einsteina nasuwa się porównanie z Isaakiem Newtonem. Teorie Newtona są w zasadzie łatwe do zrozumienia, a jego geniusz wyraził się w tym, że to on pierwszy je sformułował. Natomiast teorie względności Einsteina są bardzo trudne do zrozumienia, nawet gdy ktoś korzysta ze szczegółowych objaśnień. O ile zatem trudniej było je stworzyć! niektóre koncepcje Newtona stały w radykalnej sprzeczności z panującymi ówcześnie poglądami naukowymi, jednak jego teoria nigdy nie wydawała się wewnętrznie sprzeczna. Inaczej jest w przypadku teorii względności, która obfituje w paradoksy. Geniusz Einsteina polegał między innymi na tym, że na samym początku, kiedy jego koncepcje wciąż jeszcze były nie sprawdzonymi hipotezami początkującego badacza, w obliczu jawnych sprzeczności nie poddał się i nie zrezygnował. Zamiast tego pracował usilnie, dopóki nie zdołał wykazać, że sprzeczności są jedynie pozorne i w każdym przypadku istnieje subtelny, ale poprawny sposób rozwiązania paradoksu. Dziś uważamy, że teoria Einsteina jest w istocie bardziej “poprawna” niż teoria Newtona. Dlaczego zatem Einstein znajduje się niżej na naszej liście? Przede wszystkim dlatego, że teorie Newtona położyły podwaliny pod nowożytną naukę i technologię. W większości dziedzin techniki osiągnięty obecnie poziom wcale by się nie zmienił, gdybyśmy wciąż znali jedynie odkrycia Newtona, nie zaś Einsteina. Istnieje jeszcze inny czynnik, który wpłynął na takie właśnie usytuowanie Einsteina na liście. W większości wypadków do rozwoju jakiejś ważnej idei przyczyniło się wielu ludzi. Tak było z pewnością z historią socjalizmu czy rozwojem elektromagnetyzmu. Powstanie teorii względności nie było stuprocentową zasługą samego tylko Einsteina, ale to on poczynił się do tego w największym stopniu. Należy uczciwie powiedzieć, że teorie względności dziełem jednego, wybitnego geniusza w stopniu daleko większym niż jakiekolwiek inne idee o porównywalnym znaczeniu. Uczony ten jest jednym z największych fizyków wszystkich czasów. Olbrzymią jego zasługą jest wkład, jaki wniósł w dziedzinie astrofizyki i mechaniki nieba. (E = mc2) gdzie c oznacza prędkość światła w próżni. Wzór ten wskazuje źródło olbrzymich ilości energii promienistej wydzielanej przez gwiazdy kosztem ich masy. Teorie Alberta Einsteina są źródłem dwudziestowiecznej fizyki. Jego szczególna i ogólna teoria względności stanowią podstawę zrozumienia praw natury i takich pojęć, jak przestrzeń, czas, masa i energia. Szczególna teoria względności, sformułowana w 1905 r., jest nieodzowna, aby zrozumieć oddziaływania cząstek elementarnych. Ogólna teoria względności, która powstał dziesięć lat później, otworzyła drogę do nowoczesnej kosmologii.
“Wpływ prac Einsteina na różne dziedziny fizyki jest tak ogromny i różnorodny – napisał Gerard Hol ton – że naukowiec, który starałby się to prześledzić, miałby duże trudności z ustaleniem, od czego zacząć”. Prace Einsteina stanowią podstawę odkryć naukowych XX wieku i, podobnie jak odkrycia Izaaka Newtona, znalazły zastosowanie w technice, co pozwoliło manipulować zjawiskami przyrody. Tranzystory, mikroskopy elektronowe, komputery, komórki fotoelektryczne – to zaledwie kilka przykładów olbrzymiego skoku w dziedzinie informatyki i komunikacji, który nastąpił dzięki einsteinowskiej rewolucji.
Albert Einstein urodził się w Ulm, w Niemczech, 14 marca 1879 roku. Był synem Hermanna i Pauliny z domu Koch. W rok po jego urodzeniu rodzina przeniosła się do Monachium. Einstein był milczącym chłopcem; uważano go raczej za dziecko dziwne niż utalentowane. Od dziesiątego roku życia uczył się w Leopold Gymnasium. Nie znosił sztywnej, niemieckiej dyscypliny szkolnej i bez entuzjazmu uczył się łaciny i greki. Jego droga do nauki rozpoczęła się od matematyki, do której zachęcił go wuj, inżynier Jakub Einstein. W wieku około 12 lat Einstein samodzielnie nauczył się geometrii i postanowił, że pewnego dnia rozwiąże zagadki świata. Jego historia to raczej niecodzienny przypadek realizacji młodzieńczych marzeń.
Dalsza kariera szkolna Einsteina była równie powikłana, jak jego edukacja w szkole podstawowej. W 1894 roku rodzina Einsteinów przeniosła się Mediolanu, gdzie po wcześniejszych niepowodzeniach w interesach osiadł jego ojciec. Albert pozostał w Monachium, by zakończyć naukę w gimnazjum, ale porzucił je, nie uzyskawszy końcowego świadectwa, by dołączyć do rodziny. Mając 17 lat, został przyjęty na politechnikę w Zurychu; rok wcześniej nie zdał egzaminu wstępnego. W szkole nabrał przekonania, że jego dziedziną będzie nie matematyka, lecz fizyka, dlatego studiował prace Hermana von Helmholtza, Jamesa Clarka Maxwella i innych. Nie był wybitnym studentem, miał poczucie, że uczelnia krępuje go. Później pisał, iż “to cud, że współczesne metody kształcenia nie zdusiły całkowicie świętego zapału i dociekliwości. W 1900 roku otrzymał dyplom.
Na początku 1902 roku Einstein uzyskał stanowisko młodszego inspektora w szwajcarskim urzędzie patentowym. Przypuszczano, że właśnie ta praca – szczegółowe badania i wyjaśnianie zastosowania różnego rodzaju wynalazków – rozbudziła jego zainteresowanie czasem i przestrzenią. Z pewnością był to jedyny okres, kiedy Einstein pozostawał w izolacji od środowiska fizyków, ale śledził najnowsze osiągnięcia fizyki.
W roku 1905 – zwanym często annus mirabilis Einsteina – opublikował w XVII tomie Annalen der Physik trzy bardzo ważne prace, w których, jak pisze Emilio Segre: “jego geniusz zapłonął z niedościgłą jasnością”. Każda praca była poświęcona odrębnemu zagadnieniu:

1. W artykule na temat ruchów Browna Einstein wykazał, zygzakowaty taniec cząsteczek zawieszonych w cieczy jest wymiernym i przewidywalnym skutkiem kinetyki cząsteczek. Stwierdzenie to było niepodważalnym dowodem istnienia cząsteczek, nadal jeszcze kwestionowanych w pewnych kręgach naukowych; kilka lat później słuszność obliczeń Einsteina potwierdziły doświadczenia.

2. W swojej pierwszej pracy na temat teorii kwantów Einstein wykazał, że założenie matematyczne, które pozwoliło rozwiązać problem promieniowania “ciała doskonale czarnego”, odpowiada pewnemu fundamentalnemu zjawisku fizycznemu. Udowodnił, że światło to strumień cząstek, których energię można obliczyć korzystając z liczby znanej jako stała Placka ( “foton” jako określenie cząstki światła powstało później ). Doświadczalne uzasadnienie tego twierdzenia w zakresie światła widzialnego uzyskano w ciągu następnej dekady. Hipoteza kwantów pozwoliła Einsteinowi wyjaśnić zjawisko fotoelektryczne, za co w 1921 roku otrzymał Nagrodę Nobla.

3. Obie wspomniane prace, szczególnie druga, miały rewolucyjny charakter, ale pod tym względem przewyższyła je trzecia Zur Elektrodynamik bewegter Korper ( O elektrodynamice ciał ruchu ). W pracy tej po raz pierwszy została sformułowana teoria, znana później jako szczególna teoria względności.

Szczególna teoria względności odnosi się do całej fizyki, ale pod pewnymi względami stoi w poważnej sprzeczności z intuicyjnym rozumowaniem czasu i przestrzeni. Krótko mówiąc, Einstein, rozważając ruch w przestrzeni, sformułował postulat, że prędkość światła ma stałą wartość we wszystkich układach odniesienia – niezależnie od ruchu źródła światła lub jego detektora. Czyli inaczej – obliczona już wcześniej prędkość światła nie zależy od prędkości ruchu obserwatora. Jeżeli jednak tak jest, to dla dwóch obserwatorów poruszających się z różną prędkością równoczesne są różne zdarzenia. Jeśli przyjmujemy, że prędkość światła ma taką samą wartość w każdym układzie odniesienia, to czas i przestrzeń łączą się i razem tworzą arenę zdarzeń fizycznych.
Łatwo zrozumieć, dlaczego teoria Einsteina stanowiła rewolucję. Prowadzi ona do sytuacji, w której zwykły rozsądek i koncepcje filozoficzne ustępują przed nowymi pojęciami naukowymi – to jest takimi, które można potwierdzić doświadczalnie. Być może trudniej zrozumieć, dlaczego teoria ta stosunkowo łatwo zyskała uznanie fizyków. Gdy Einstein ogłosił szczególną teorię względności, jego celem było rozwikłanie poważnych zagadnień, z jakimi borykała się szybko rozwijająca się elektrodynamika. James Maxwell, fizyk należący do poprzedniego pokolenia, odkrył równania, z których wynikało, że fale elektromagnetyczne rozchodzą się z prędkością światła. W celu mechanicznego wyjaśnienia tego zjawiska – rozchodzenie się fal w przestrzeni ze stałą, określoną prędkością – wysunięto teorię niewidzialnego eteru. Jednak eteru nigdy nie udało się wykryć, a tym samym ta niezwykle popularna teoria względności pozwoliła zrezygnować z eteru, co było istotnym uproszczeniem. Teoria Einsteina wyjaśniała również pewne wyniki doświadczalne, jak na przykład przyrost masy obiektów poruszających się z dużą prędkością, co już wcześniej sugerował holenderski fizyk Hendrik Lorentz.
Inną przyczyną akceptacji szczególnej teorii względności było pojawienie się w 1900 roku teorii kwantów. Pewne zjawiska zachodzące w jądrze atomu dawało się wyjaśnić za pomocą teorii względności, fizyka newtonowska natomiast nie mogła ich wytłumaczyć. Max Planck, jeden z twórców teorii kwantów, natychmiast docenił znaczenie szczególnie teorii względności – porównał ją do rewolucji kopernikańskiej. Podobną ocenę wyraził później Niels Bohr. Zgodnie z teorią względności – jak stwierdził Einstein – “Masa ciała jest miarą jego energii”. Wkrótce potem Einstein opublikował bardziej szczegółową pracę, w której podał swoje słynne równanie: energia E jest równa masie ciała m, pomnożonej przez kwadrat prędkości światła
( E=mc2 )
Po opublikowaniu prac z 1905 roku Einstein stał się znany w środowisku fizyków. W 1909 roku Einstein opuścił szwajcarski urząd patentowy i rozpoczął karierę uniwersytecką. W 1909 roku zaczął pracować na uniwersytecie w Pradze, ale czuł się tam źle z powodu antysemickich nastrojów panujących w Austrii. W 1912 roku wrócił do Zurychu. W 1914 roku otrzymał nominację na specjalne dla niego utworzone stanowisko w Pruskiej Akademii Nauk i równocześnie został profesorem Uniwersytetu Berlińskiego. Od tego czasu mógł poświęcić większość swego czasu na badania naukowe.
Teoria, znana dziś jako ogólna teoria względności, jest przede wszystkim teorią grawitacji. Einstein pracował nad nią od roku 1907 do 1916. Teoria ogólna jest rozwinięciem szczególnej teorii i stosuje się do układów poruszających się ruchem przyśpieszonym. Ogólna teoria względności stanowi podstawę całej dwudziestowiecznej kosmologii – między innymi wyjaśnia przesunięcie ku czerwieni widma galaktyk, które dowodzi, iż wszechświat się rozszerza, oraz tłumaczy powstanie czarnych dziur.
Aby zrozumieć ogólną teorię względności, należy od zasady równoważności. Jak stwierdził Galileusz W swym słynnym doświadczeniu, ciała spadają na Ziemię z jednakowym przyspieszeniem, niezależnym od ich masy. W tym sensie spadające ciała, duże i małe, są “nieważkie” – ich masa nie wpływa na to, jak reagują na przyciąganie ziemskie. W rzeczywistości astronauci na orbicie nieustannie “spadają” na Ziemię, dzięki czemu są w stanie nieważkości. Gdy jednak ich statek kosmiczny opuszcza orbitę i przyspiesza w kierunku odległej gwiazdy, astronauci czują ciężar. Przyczyną jest wtedy przyspieszenie, a nie grawitacja. Zasada równoważności Einsteina mówi, że siły grawitacyjne i inercjalne, związane z przyspieszeniem układu, są nieodróżnialne.
Z zasady równoważności wynika, że przyciąganie grawitacyjne nie jest po prostu siłą, z jaką przyciągają się wzajemnie wszystkie ciała. Ciążenie należy uważać za skutek zakrzywienia czasoprzestrzeni przez masę. Masa powoduje, że przestrzeń ma geometrię nieeuklidesową. Wprawdzie w warunkach, z jakimi spotykamy się na co dzień, ogólna teoria względności i prawo powszechnego ciążenia Newtona dają w zasadzie takie same wyniki, ale teoria Einsteina nie tylko opisuje eliptyczne orbity planet, lecz również tłumaczy pewne anomalia, takie jak precesja orbity Merkurego wokół Słońca.
Kilka lat po tym, jak Einstein opublikował ogólną teorię względności, została ona potwierdzona przez obserwacje astronomiczne. Już w 1911 roku Einstein przewidział, że promień światła gwiazdy, przelatując w pobliżu dużej masy – na przykład Słońca – ulega ugięciu. Ugięcie można zaobserwować porównując położenie gwiazdy na niebie, gdy leży z dala od Słońca i gdy jej promienie przelatują tuż obok Słońca. Z ogólnej teorii względności wynika, że kąt ugięcia powinien być dwa razy większy, niż przewiduje teoria klasyczna, w której przestrzeń uważamy za płaską.
Przewidywania Newtona i Einsteina można porównać, obserwują położenie gwiazd podczas zaćmienia Słońca. Pierwsze próby zakończyły się niepowodzeniem, ale w 1919 roku za namową astronoma Arthura Eddingtona wyruszyły dwie ekspedycje angielskie, jedna do Brazylii, a druga na Wyspę Książęcą, u wybrzeży Afryki Zachodniej. Wyniki były jednoznaczne: analiza zdjęć dowiodła, że położenie gwiazd jest zgodna z przewidywaniami ogólnej teorii względności. Einstein uzyskał z dnia ba dzień międzynarodową sławę. 7 listopada 1919 roku londyński “Times” ogłosił: “Rewolucja w nauce. Nowa teoria wszechświata. Idee Newtona obalone”. Dwa dni później swoją własną wersję wydarzeń przedstawił “New York Times”. Późniejsze badania Einsteina – poszukiwanie jednolitej teorii pola, która łączyłaby teorię ciążenia z teorią elektromagnetyzmu – nie doprowadziły do jasnych wyników. Wydaje się, że zachował przekonanie o istnieniu jakiejś ostatecznej rzeczywistości, czemu zaprzeczała teoria kwantów, do której powstania wniósł poważny wkład swymi pracami, m.in. na temat fotonów i zjawiska fotoelektrycznego. Prowadził wieloletnią dyskusję z Nielsem Bohrem, kiedy to napisał: “Nadal wierzę w możliwość [ opracowania ] modelu rzeczywistości – to znaczy teorii, która opisuje rzeczy, a nie jedynie prawdopodobieństwo ich wystąpienia”. Mniej więcej po 1928 roku, w szczytowym okresie rozwoju teorii kwantów, czas dominacji Einsteina w jej rozwoju dobiegł końca.
W 1933 roku książki Einsteina znalazły się wśród książek palonych w Berlinie przez hitlerowców. Jego osobisty majątek skonfiskowano, a wkrótce potem Einstein opuścił Niemcy i wyemigrował do Stanów Zjednoczonych. Otrzymał dożywotnie stanowisko w Instytucie Studiów Zaawansowanych w Princeton. W obliczu narastającego zagrożenia zarzucił swoje pacyfistyczne przekonania i w 1939 roku, jakkolwiek ociągają się, napisał list do Franklina Roosevelta, w którym zalecał podjęcie prac nad budową bomby atomowej. Nie uczestniczył w pracach przy projekcie bomby również dlatego, że uważano, iż jego lewicowe sympatie mogą zagrażać bezpieczeństwu prac. Po wojnie Einstein był rzecznikiem rozbrojenia nuklearnego. Nie stał się patriotą amerykańskim, był przeciwny prowadzonym w latach pięćdziesiątych przesłuchaniom w Kongresie na temat tzw. działalności antyamerykańskiej. W 1952 roku nie zgodził się objąć stanowiska prezydenta Izraela, choć była to jedynie funkcja honorowa.
Późniejsza kariera Einsteina wiąże się z jego ogromnym prestiżem. Stał się osobą publiczną, był pożądany jako mówca na publicznych zgromadzeniach. Out of My Later Years, jedna z jego popularnych, często wznawianych książek zawiera artykuły na najrozmaitsze tematy, takie jak socjalizm, stosunki między białym a czarnymi czy upadek moralny. Einstein podobnie jak Freud, z którym korespondował, głosił polityczne i społeczne poglądy zgodne z liberalnym duchem tego okresu. Jego eseje nadal godne są uwagi. Często cytuje się powiedzenie Einsteina: “Bóg nie gra w kości”. Odnosi się ono do statystyki kwantowej. Einstein był agnostykiem. Na pytanie, czy wierzy w Boga, odpowiedział: “Nie można o to pytać kogoś, kto z coraz większym zadziwieniem próbuje zbadać i zrozumieć nadrzędny porządek wszechświata”.
Trudno scharakteryzować osobowość Einsteina, zwłaszcza z lat późniejszych, gdy prowadził na ogół życie samotnicze. Nie wypowiadał swoich uczuć w stosunku do innych ludzi, choć skłonny był do wyrażania swego głębokiego oddania ludzkości. W okresie największej sławy ciężkim przeżyciem stał się dla niego rozwód z pierwszą żoną, Milevą Marić, z którą miał dwóch synów. Jeden z nich cierpiał na schizofrenię. Jego córeczka, która urodziła się jeszcze przed małżeństwem, została oddana do adopcji. Ożenił się po raz drugi z Elsą Löwenthal, daleką kuzynką, która zmarła w 1936 roku.
11 kwietnia 1953 roku, w proteście przeciw zbrojeniom jądrowym. Albert Einstein podpisał pacyfistyczny manifest rozpowszechniany przez Bertranda Russella. Kilka dni później doznał pęknięcia tętniaka aorty, ale mimo to jego życie nie było bezpośrednio zagrożone. Nie zgodził się na operację, mówiąc: “Chcę odejść wtedy, kiedy sam zechcę. Sztuczne przedłużanie życia jest niesmaczne”. Zmarł spokojnie 18 kwietnia 1955 roku. Albert Einstein był namiętnym palaczem. W młodości palił przeważnie cygara, zresztą liche. Potem zaczął palić fajkę i bardzo się do niej przywiązał. Podobno nie wypuścił jej z rąk nawet wtedy, gdy pewnego razu wywróciła się jego żaglówka i wpadł do wody. Wśród licznych, także dziwacznych, wyróżnień i honorów Einsteina znalazło się dożywotnie członkostwo Klubu Palaczy Fajek w Montrealu. Przyjmując to wyróżnienie, Einstein miał powiedzieć, że: Palenie fajki zapewnia spokojny i obiektywny osąd spraw ludzkich.
Nadużywanie tytoniu odbiło się w końcu na zdrowiu uczonego, któremu lekarze zalecili ograniczenie palenia. Einstein jednak próbował stale obchodzić te zalecenia. Często więc odbywała się taka wymiana słów między nim a jego żoną Elsą:
- Albercie, i znów zapalasz fajkę.
- Ależ to dziś moja pierwsza! – odpowiadał najczęściej Einstein.
- Nie oszukuj, sama widziałam, że to już chyba czwarta!
- Ależ skąd – bronił się Einstein. No, może to nie pierwsza, ale najwyżej druga fajka. Przecież nie powiesz, moja droga, że jesteś ode mnie lepsza w matematyce.
Abraham Pais wspomina zabawny incydent, którego był świadkiem. Było to w 1948 roku w Princeton, w czasie gdy przyjechał tam na pewien czas Niels Bohr. Jego pokój w instytucie sąsiadował z pokojem Einsteina, który od wyjazdu z Niemiec w 1933 roku był zatrudniony w tamtejszym Instytucie Studiów Zaawansowanych.
Bohr miał zwyczaj głośnego myślenia w towarzystwie swoich współpracowników. Tym razem poprosił więc Paisa, żeby notował jego sentencje. Najczęściej jednak zdarzało się, że Bohr chodził długo po pokoju, mruczą wielokrotnie pod nosem jakieś słowo, podczas gdy zastanawiał się nad sformułowaniem swych myśli. Tego dnia Bohr wprost biegał po pokoju, mrucząc: Einstein, Einstein.
W tej właśnie chwili cichutko otworzyły się drzwi i do pokoju wszedł na palcach Einstein. Zobaczywszy Paisa położył palec na ustach i z uśmiechem zaczął się skradać do stolika, gdzie stało pudełko Bohra z jego tytoniem do fajki. W tym okresie stan zdrowia Einsteina był już tak zły, że lekarze zabronili mu w ogóle kupować tytoniu. Ale niezdolny do pokonania nałogu Einstein doszedł do wniosku, że owszem, że owszem zabroniono mu tytoń kupować, ale nikt jeszcze nie zakazał mu go kraść. Właśnie w tym celu zajrzał do pokoju Bohra.
Pais siedział nieruchomo, a nieświadomy niczego Bohr nadal powtarzał: Einstein, Einstein… W pewnym momencie nagle się odwrócił i zamarł ze zdziwienia, stanąwszy twarzą w twarz z Einsteinem, bo wyglądało to tak, jakby wywołał go mruczeniem jego nazwiska. Za moment wszyscy wybuchnęli śmiechem, kiedy Einstein wyjaśnił gospodarzowi cel swojej nie zapowiedzianej wizyty.

>”W lutym 1919 roku otrzymał rozwód, a już w czerwcu brał ślub z Elsa (…) Jeśli Elsa łudziła się, ze uda jej się sprawić, by Einstein stal się częścią jej burżuazyjnego świata, musiała się bardzo rozczarować (…) Sypialnia Einsteina, na jego życzenie, przypominała cele mnicha: bez dywanu, bez jednego obrazu na ścianie.” Żył zgodnie ze swym przekonaniem, ze każda własność stanowi obciążenie, i dlatego nie posiadał niczego, co miało jakakolwiek wartość. (…) Jego kuzynka Alice Steinhard wspomina pewna podroż pociągiem, która odbyła wraz z Einsteinami. Dzień był mroźny i Albert w pewnym momencie dostał dreszczy. Elsa szybko domyśliła się, w czym tkwi przyczyna. Włożyła palec za pasek u jego spodni, po czym zbeształa go: “Zapomniałeś włożyć bieliznę”.O wielkim uczonym napisano około czterystu książek, ale niewiele w nich o nim powiedziano. Po śmierci Einsteina w 1955 roku, wykonawca jego testamentu, a zarazem przyjaciel Otto Nathan, wraz z Helen Duks, sekretarka, zrobili absolutnie wszystko, co było w ludzkiej mocy, aby wykreować te postać na kogoś w rodzaju laickiego świętego, człowieka bez skazy, w najgorszym razie pięknie roztargnionego.Sytuacja ulęgła zmianie, gdy w 1987 roku wyrokiem sadu nakazano Nathanowi udostępnienie Einsteinowskich archiwaliów. I tak się stało, oryginały powędrowały do Uniwersytetu Hebrajskiego w Jerozolimie, kopie pozostały w Stanach Zjednoczonych, w Bostonie i Princeton. Mimo ze utajniona pozostaje jeszcze cześć korespondencji
Albertaz synami i Elsa, jego druga żona, poważni biografowie dysponują już teraz poważnym materiałem do stworzenia pełnego wizerunku człowieka, a może raczej wizerunku pełnego człowieka.Z możliwości tej skorzystał Denis Brian. Sięgnął po nie wykorzystywane dotychczas źródła, po relacje ludzi bliskich uczonemu, którzy zdecydowali się mówić otwarcie, w przekonaniu, ze ci, których taka otwartość mogłaby dotknąć, już nie żyją. Rezultat jest bardzo dobry, zamiast pomnika z brązu otrzymaliśmy wizerunek człowieka z krwi i kości, choć niekoniecznie taki, jak sobie dotychczas wyobrażaliśmy.Okazuje się, ze Einstein budził skrajne emocje, jedni uważali go za największego Żyda od czasów Chrystusa, a nawet Mojżesza, natomiast inni traktowali go jako największego szalbierza świata podkradającego pomysły naukowe innym.Był liberałem uznającym konieczność utworzenia rządu światowego i z tego powodu zarówno władze amerykańskie, jak i nazistowskie Niemcy traktowały go jako wroga państwa. Z relacji obydwu jego małżonek wynika oczywista prawda, ze jako mąż spisywał się źle, cokolwiek by to miało oznaczać. Miał nieślubną córkę. Jego naukowe wywody rozumiało zaledwie kilku ludzi na kuli ziemskiej, ale jego osoba, paradoksalnie, interesowali się wszyscy.Życie Einsteina upłynęło zgodnie z tym, co sam kiedyś powiedział o losie człowieka w ogóle: “Istnieje zbyt duża dysproporcja pomiędzy tym, kim człowiek jest, a tym, za kogo inni go uważają”. Uważano go za zagorzałego pacyfistę, a przecież to on walnie przyczynił się do skonstruowania bomby atomowej. Uważano go za najgłębszy umysł epoki, a tymczasem jego syn był – to trzeba powiedzieć – ograniczony, chory na schizofrenie, niezdolny nie tylko do samodzielnego życia, ale i poruszania się po ulicy. Einstein jawił się wszystkim jako humanista ogarniający spojrzeniem cala ludzkość, ale nie dostrzegał smutnego losu zaniedbywanych przez niego własnych dzieci. Obnosił się ze swoim upodobaniem do samotnictwa, ale w gruncie rzeczy zawsze i wszędzie otoczony był kobietami:”Małżonkowie bardzo się różnili – czytamy. – Elsa starała się zachowywać pozory, Albert zaś na pozory gwizdał. Był spontaniczny i szczery, ona ostrożna i pojednawcza. Była wierna i kochająca żona, on zaś wskutek pozamałżeńskich romansów zyskał wśród nielicznych osób, które o tym wiedziały, opinie kobieciarza.”Twierdził, ze nie znosi rozgłosu, ale z udzielonych przez niego wywiadów można by ułożyć gruby tom. Cenił skromność lecz, nie całkiem w zgodzie z nią, dawał się portretować. Deklarował się jako demokrata, ale posądzano go o komunizm. Nie milknie wrzawa wokół jego osoby, gdy tymczasem nie wiadomo, gdzie rozsypano jego prochy. Czy książka stawiająca takie znaki zapytania może być nieciekawa, zwłaszcza ze mało w niej komentarzy, a dużo faktów, listów, relacji naocznych świadków. Przy czym, i to trzeba wyraźnie podkreślić, ta książka nie zmierza do “zohydzenia” obrazu wielkiego człowieka, nie przedstawia go w złym świetle, lecz jedynie w świetle prawdziwym.Prace Denis Brania kończy aneks zatytułowany “Mózg Einsteina”. Aż trudno uwierzyć, co się działo i dzieje po śmierci z tym organem autora teorii względności. Przechowywany w słoju w prywatnym domu, poddawany sekcji, a wszystko to w nadziei, ze jego analiza pozwoli uchwycić istotę geniuszu. Jak dotąd, nadzieja ta spełza na niczym, natomiast prezentowana książka pozwala uchwycić istotę człowieczeństwa. Nawet u geniusza.Einstein uchodził zawsze za człowieka bardzo skromnego, pogodnego i mającego ogromne poczucie humoru.Początki jego kariery naukowej nie były łatwe. Kiedyś sekretarz naukowy Towarzystwa Przyrodników w Zurychu poprosił jednego z profesorów, aby przejrzał pracę pewnego młodego asystenta, mówiąc o niej, że nie jest to nic szczególnie ciekawego, “ale chciałbym mu pójść na rękę” – powiedział. Tym młodym asystentem był właśnie Albert Einstein, a zgłoszona przez niego praca – pierwszą wiadomością o teorii względności. Wśród uczonych swojego pokolenia Einstein uważany był często za człowieka – delikatnie mówiąc – dość oryginalnego w swym zachowaniu, a nawet i dziwnego. Świadczyć o tym może opinia dziekana Wydziału Fizyki w Pradze. Gdy kiedyś przyjmował do pracy nowego kierownika Katedry Fizyki, którą opuścił właśnie Einstein. Zażądał mianowicie od nowego kandydata jednej rzeczy – normalnego zachowania się. Ten zdziwił się niepomiernie. “Czy to taka rzadka cecha u fizyków?” Na to oburzony nieco dziekan: “Chyba nie zechce pan wmówić we mnie, że pański poprzednik Einstein był człowiekiem normalnym?”No tak, to by się zgadzało. Einstein bowiem otrzymał właśnie fotografie wykazujące odchylenie promieni świetlnych pod wpływem grawitacji, które obejrzał z dużym zdziwieniem i radością, wołając: “To nadzwyczajne, to po prostu nadzwyczajne!” Wszyscy myśleli, że tak bardzo ucieszył się swoim naukowym zwycięstwem, a to był tylko zachwyt uczonego nad tak wielką i wspaniałą doskonałością techniczną fotografii.Einstein nie tylko odznaczał się wielką skromnością, ale także bywał często krytyczny wobec samego siebie, doskonale znając zresztą swoje słabości i śmiesznostki, z których potrafił kpić po swojemu.Kiedyś, podczas pierwszego pobytu uczonego w Nowym Jorku, obwożono go autem po ulicach, witano ogromnym transparentem z napisem: “This is the famous professor Einstein”, obrzucano kwiatami i serpentynami. Einstein powiedział wtedy śmiejąc się do żony: “Mimo wszystko oglądanie słonia czy żyrafy w cyrku musi być bardziej zabawne od widoku starego profesora”. wielkiej skromności Einsteina może świadczyć także następująca anegdota. Dwaj amerykańscy studenci założyli się, że list zaadresowany jedynie: “Profesor Einstein – Europa” dojdzie do rąk adresata. Oczywiście doszedł w normalnym terminie, a Einstein bez cienia chełpliwości po prostu powiedział: “Poczta funkcjonuje u nas doskonale”.Einstein, podobnie zresztą jak i wielu innych uczonych, pochłonięty pracami naukowymi nie przywiązywał wielkiej wagi do spraw życia codziennego. Po co np. czyścić buty, gdy ciągle pada deszcz, lub nosić w tym czasie kapelusz, kiedy schnie on o wiele wolniej niż jego włosy?A na zakończenie jeszcze jedna anegdota. Einstein jest na przyjęciu u pewnych Amerykanów. Pani domu chcąc pochwalić się przed nim swoją wiedzą, prowadzi go do okna i wskazuje jakąś gwiazdę mówiąc: “To jest Wenus. Poznaję ją, bo lśni zawsze tak, jak piękna kobieta.” “Przykro mi” – odpowiada Einstein – “To nie jest Wenus, lecz Jowisz”. “Ach, drogi profesorze – pan jest naprawdę niezwykły! Z tak olbrzymiej odległości potrafi pan odróżnić płeć gwiazdy!”
Twórca teorii względności, Albert Einstein, uznany został najwybitniejszym człowiekiem XX wieku.Einstein nigdy nie chciał zdradzać szczegółów swojej biografii. Historykom powinna wystarczyć informacja, że się urodziłem – głosił człowiek, którego równanie E=mc2 zrewolucjonizowało naukę. Genialny fizyk w 1921 roku uhonorowany został Nagrodą Nobla.
Kalendarium 1879 14 marca Albert Einstein przychodzi na świat w niemieckim mieście Ulm w domu rodziców: Hermanna Einsteina (1847-1902) i Pauliny Einstein z domu Koch (1858-1920).
1880 Rodzina Einsteinów przenosi się do Monachium.
1881 18 listopada – Narodziny siostry Alberta, Mai
1884 Pięcioletni Albert dostaje od ojca kompas, który wywiera na nim wielkie wrażenie
1885 Jesienią zaczyna uczęszczać do Petersschule, katolickiej szkoły elementarnej; jest w swojej klasie jedynym uczniem pochodzenia żydowskiego; domowe lekcje judaizmu rozbudzają jego zainteresowanie religią, które ustanie w wieku 12 lat; zaczyna pobierać lekcje gry na skrzypcach.
1888 Wstępuje do gimnazjum Luitpolda w Monachium.
1889-1895 Rozwija zainteresowania fizyką, matematyką i filozofią.
1894 Einsteinowie przenoszą się do Włoch, pozostawiając Alberta w Monachium, aby mógł ukończyć gimnazjum. Pod koniec roku Albert porzuca szkołę i dołącza do rodziców.
1895 Jesienią próbuje wstąpić na Politechnikę Związkową w Zurychu (ETH – Eidgenössische Technische Hochschule), dwa lata przed osiągnięciem normalnego wieku rekrutacji na studia, lecz oblewa egzamin wstępny; zapisuje się do Szkoły Kantonalnej Kantonu Aargau w Aarau i zamieszkuje w domu jednego z nauczycieli Josta Wintelera.
1896 Pogardzając pruską wojskową mentalnością zrzeka się obywatelstwa Niemiec i przez następne pięć lat pozostaje bezpaństwowcem; jesienią kończy szkołę w Aarau, co upoważnia go do rozpoczęcia studiów na Politechnice Związkowej; pod koniec października przenosi się do Zurychu.
1899 W wieku 20 lat ubiega się o obywatelstwo szwajcarskie.
1900 Kończy studia na Politechnice, lecz nie udaje mu się uzyskać w semestrze zimowym posady asystenta na tej uczelni; latem, ku niezadowoleniu matki oznajmia, że zamierza poślubić koleżankę ze studiów, Milevę Marić; pod koniec roku przesyła do “Annalen der Physik” swą pierwszą pracę naukową.
1901 Uzyskuje obywatelstwo Szwajcarskie; poszukuje pracy; w maju publikuje swą pierwszą rozprawę naukową “Zjawisko włoskowatości i wynikające zeń wnioski”; latem bierze zastępstwo w Wintherthur, a jesienią pracuje jako korepetytor na pensji w Schaffausen; przez cały czas pozostaje w kontakcie z Milevą i odwiedza ją regularnie; zaczyna przygotowywać rozprawę doktorską o oddziaływaniach cząsteczkowych w gazach, którą w listopadzie składa na Uniwersytecie w Zurychu; ubiega się o posadę w Szwajcarskim Urzędzie Patentowym w Bernie.
1902 Narodziny Lieserl, nieślubnej córki Einsteina, przypuszczalnie w styczniu; Einstein wycofuje rozprawę doktorską z Uniwersytetu w Zurychu; w czerwcu zostaje zatrudniony na okres próbny jako rzeczoznawca trzeciej kategorii w Urzędzie Patentowym w Bernie; w październiku w Mediolanie umiera jego ojciec.
1903 6 stycznia – Żeni się z Milevą Marić w Bernie, gdzie oboje zamieszkują po ślubie; we wrześniu rejestruje Lieserl jako swoją córkę, co mogłoby wskazywać na zamiar oddania jej do adopcji w przypadku, gdyby fakt posiadania nieślubnego dziecka zagrażał jego karierze jako urzędnika państwowego; wszelkie wzmianki o Lieserl urywają się po tym, jak we wrześniu, podczas pobytu Milevy w Budapeszcie, dziewczynka zapada na szkarlatynę. (wygląda na to, że Lieserl nigdy nie mieszkała z rodzicami, potem wszelki słuch po niej zaginął); Mileva jest ponownie w ciąży.
1904 14 maja – Einsteinowi rodzi się w Bernie syn Hans Albert (zmarły w 1973 roku w Berkeley, Kalifornia); we wrześniu Einstein zostaje zatrudniony na stałe w Urzędzie patentowym.
1905 “Cudowny rok” w życiu Einsteina pod względem publikacji naukowych; 30 kwietnia składa do druku rozprawę doktorską “Nowe wyznaczenie rozmiarów cząsteczkowych”; poza tym publikuje trzy ze swoich najważniejszych artykułów naukowych; są to: “Heurystyczny punkt widzenia w odniesieniu do wytwarzania i transformacji światła”(opublikowany 9 czerwca), w którym zajmuje się hipotezą kwantów, wykazując, że promieniowanie elektromagnetyczne oddziałuje z materią, jak gdyby miało strukturę nieciągłą (tak zwane zjawisko fotoelektryczne), “O ruchu drobnych cząsteczek zawieszonych w cieczach stacjonarnych w świetle wymagań kinetycznej teorii ciepła”, opublikowany 18 lipca, pierwsza z jego prac o ruchach Browna, prowadząca do eksperymentów potwierdzających kinetyczną teorię ciepła, oraz “o elektrodynamice ciał w ruchu” opublikowany 26 września – pierwsza praca dotycząca szczególnej teorii względności, stanowiąca kamień milowy w rozwoju współczesnej fizyki; druga, krótsza praca poświęcona szczególnej teorii względności, opublikowana 21 listopada, zawiera słynne równanie E=mc 2 w jego oryginalnej postaci.
1906 15 stycznia – uzyskuje oficjalnie stopień doktora Uniwersytetu w Zurychu; 10 marca – otrzymuje w Urzędzie Patentowym awans na rzeczoznawcę drugiej kategorii.
1907 Pracując wciąż w Urzędzie Patentowym poszukuje innego zajęcia między innymi w szkole kantonalnej w Zurychu i na Uniwersytecie Berneńskim.
1908 Zostaje zatrudniony jako “Privatdozent” (wykładowca) na Uniwersytecie Berneńskim; siostra Maja uzyskuje doktorat z romanistyki na tymże uniwersytecie.
1909 7 maja zostaje mianowany profesorem nadzwyczajnym w katedrze fizyki teoretycznej Uniwersytetu w Zurychu; zaczyna tam pracować 15 października; rezygnuje z etatów w Urzędzie Patentowym i na Uniwersytecie Berneńskim; Uniwersytet Genewski przyznaje mu pierwszy doktorat honoris causa.
1910 Marzec – siostra Maja wychodzi za mąż za Paula Wintelera, syna byłego nauczyciela Einsteina z Aarau; 28 lipca – rodzi się drugi z synów Einsteina, Eduard (zmarł w 1965 r. w szpitalu psychiatrycznym w Burghölzli); październik – Einstein kończy pracę o zjawisku opalescencji, w której wyjaśnia, dlaczego niebo jest niebieskie – jest to ostatnia z jego najważniejszych prac z klasycznej fizyki statystycznej.
1911 1 kwietnia obejmuje stanowisko dyrektora Instytutu Fizyki Teoretycznej na Uniwersytecie Niemieckim w Pradze, rezygnując z katedry na Uniwersytecie w Zurychu; przenosi się wraz z rodziną do Pragi; 29 października – Bierze udział w I Kongresie Solvayowskim w Brukseli.
1912 Małżeństwo z Milevą zmierza ku rozpadowi. Einstein zawiera znajomość ze swoją rozwiedzioną kuzynką Elsą Löwenthal i zaczyna pisywać do niej listy miłosne; w październiku obejmuje stanowisko profesora fizyki teoretycznej na ETH w Zurychu rezygnując z posady w Pradze.
1913 Wrzesień – synowie Albert i Eduard zostają ochrzczeni w obrządku prawosławnym w pobliżu serbskiej miejscowości Novi Sad, rodzinnego miasta swej matki; listopad – Einstein zostaje wybrany członkiem Pruskiej Akademii Nauk i otrzymuje z Berlina, gdzie mieszka Elsa Löwenthal, propozycję obejmującą etat badawczy bez obowiązków dydaktycznych na Uniwersytecie Berlińskim oraz stanowisko dyrektora stworzonego właśnie Instytutu Fizyki im. Cesarza Wilhelma; rezygnuje z pracy w ETH.
1914 Kwiecień – Einstein przyjeżdża do Berlina, by objąć swe nowe stanowisko; Mileva z dziećmi dołącza do niego, lecz wkrótce powraca do Zurychu, gdyż nie odpowiada jej atmosfera panująca w Berlinie; sierpień – wybucha pierwsza wojna światowa.
1915 >Wraz z innymi osobistościami Einstein podpisuje “Manifest di Europejczyków” broniący zagrożonej kultury europejskiej – jest to prawdopodobnie jego pierwsze publiczne wystąpienie polityczne; w listopadzie kończy pracę nad logiczną strukturą ogólnej teorii względności.
1916 Zamieszcza w “Annalen der Physik” rozprawę zatytułowaną “Zasady ogólnej teorii względności (która zostaje później opublikowana jako jego pierwsza książka); w maju zostaje przewodniczącym Niemieckiego Towarzystwa Fizycznego; publikuje trzy prace o teorii kwantów.
1917 Luty – pisze pierwszą pracę z kosmologii; zapada na zdrowiu, cierpi na chorobę wrzodową i dolegliwości wątroby; opiekuje się nim Elsa. 1 października otrzymuje stanowisko dyrektora Instytutu Fizyki im. Cesarza Wilhelma; po zakończeniu pierwszej wojny światowej posiada podwójne obywatelstwo, niemieckie i szwajcarskie.
1919 14 lutego – Einstein otrzymuje rozwód z Milevą; umowa rozwodowa przewiduje, że pieniądze z ew. Nagrody Nobla przypadną Milevie i jej synom; 29 maja – sir Arthur Eddington przeprowadza podczas zaćmienia słońca eksperymentalne pomiary zakrzywienia promieni świetlnych, w pełni potwierdzające teoretyczne przewidywania Einsteina; rośnie sława Einsteina jako postaci publicznej; 2 czerwca – poślubia Elsę, która mieszka z dwiema niezamężnymi córkami: Ilse (22 lata) i Margot (20 lat); pod koniec roku pod wpływem jednego z przyjaciół, Kurta Blumenfelda, zaczyna interesować się syjonizmem.
1920 Marzec – w Berlinie umiera matka Einsteina, Paulina; w Niemczech szerzy się antysemityzm, nasilają się też ataki na teorię względności, Einstein nie zamierza jednak opuścić Berlina; w coraz większym stopniu pochłaniają go sprawy pozanaukowe.
1921 Kwiecień i maj – odbywa pierwszą podróż do Stanów Zjednoczonych; wygłasza cztery wykłady o teorii względności na Uniwersytecie w Princeton i otrzymuje doktorat honoris causa tej uczelni; towarzyszy Chaimowi Wiezmannowi w podróży po Stanach Zjednoczonych w celu zbierania funduszy na utworzenie Uniwersytetu Hebrajskiego w Jerozolimie.
1922 Kończy pierwszą pracę dotyczącą jednolitej teorii pola; październik-grudzień – odbywa podróż do Japonii, odwiedzając po drodze różne kraje; listopad – otrzymuje Nagrodę Nobla z fizyki za 1921 rok za “zasługi w dziedzinie fizyki teoretycznej, a w szczególności za odkrycie zjawiska fotoelektrycznego”; niektórzy uważają to za rodzaj nagrody pocieszenia, ponieważ w uzasadnieniu została pominięta budząca wciąż znaczne kontrowersje teoria względności; Princeton University Press w Stanach Zjednoczonych i Methuen and Company w Wielkiej Brytanii wydają książkę “The meaninh of relativity” (istota teorii względności) opartą na Stafford Little Lectures wygłoszonych na Uniwersytecie w Princeton w 1921 roku.
1923 Podróż do Palestyny i Hiszpanii.
1924 Ilse, pasierbica Einsteina, wychodzi za mąż za Rudolfa Kaysera.
1925 Podróż do Ameryki Południowej; solidaryzując się z Gandhim, Einstein podpisuje protest przeciwko powszechnej służbie wojskowej; staje się gorliwym pacyfistą; otrzymuje medal Copleya; do 1928 roku jest członkiem Rady Nadzorczej Uniwersytetu Hebrajskiego.
1926 Otrzymuje złoty medal brytyjskiego Royal Astronomical Society.
1928 Einstein ponownie zapada na zdrowiu, tym razem trapią go dolegliwości sercowe; przez wiele miesięcy pozostaje przykuty do łóżka, a ogólne osłabienie trwa ponad rok; kwiecień – zatrudnia jako swą sekretarkę Helen Dukas, która bądzie pełnić tę funkcję do końca życia.
1929 Początek dozgonnej przyjaźni z belgijską królową Elżbietą; czerwiec – otrzymuje medal Plancka.
1930 Rodzi się pierwszy wnuk Einsteina, Bernard, syn Hansa Alberta i Friedy; pasierbica Margot poślubia Dmitri Marianoffa (małżeństwo to zakończy się później rozwodem); Einstein podpisuje apel o ogólnoświatowe rozbrojenie; grudzień – odwiedza Nowy Jork i Kubę, a następnie (do marca 1931) przebywa w California Institute of Technology (Caltech) w Pasadenie.
1931 W maju jedzie do Oksfordu, a potem spędza kilka miesięcy w swym letnim domku w Caputh na południowy zachód do Berlina; grudzień – ponownie wyjeżdża do Pasadeny.
1932 Styczeń – marzec – kolejny pobyt w Caltech; po powrocie do Berlina przyjmuje propozycję objęcia stanowiska profesora w Institute for Advanced Studies w Princeton, gdy zostanie ukończona budowa jego siedziby; kolejna wizyta w Stanach Zjednoczonych.
1933 Narodowi socjaliści dochodzą do władzy w Niemczech; Einstein zrzeka się członkostwa Pruskiej Akademii nauk i obywatelstwa niemieckiego (pozostaje nadal obywatelem szwajcarskim); nie wraca już ze Stanów Zjednoczonych do Niemiec, lecz udaje się wraz z Elsą do Belgii i zamieszkuje tymczasowo w Coq-sur-Mer, gdzie dołączają do nich Ilse, Margot, Helen Dukas i Walther Mayer, pełniący funkcję asystenta; rząd belgijski wyznacza im oficjalną ochronę; Einstein podróżuje do Oksfordu i Szwajcarii, gdzie odwiedza – jak się okaże, po raz ostatni – swego syna Eduarda; Rudolfowi Kayserowi, mężowi Ilse, udaje się wydostać archiwum domowe Einsteina z Berlina i przesłać do Francji, a następnie do Stanów Zjednoczonych; wrzesień – wraz z Elsą, Helen Dukas i Waltherem Mayerem Einstein opuszcza Europę na pokładzie statku “Westmoreland”, by 17 października przybyć do Nowego Jorku; publikuje, wraz z Sigmundem Freudem, traktat “Why War?”; obejmuje profesurę w Institute for Advanced Studies w Princeton.
1934 10 lipca – po długich i ciężki ch cierpieniach umiera w Paryżu Ilse; Margot i Dmitri przenoszą się do Princeton.
1935 Jesienią rodzina Einsteina zamieszkuje pod numerem 112 na Mercer Street; Einstein, Elsa, Margot i Helen Dukas dożyją tam końca swoich dni; Einstein otrzymuje medal Franklina.
1936 Hans Albert doktoryzuje się z nauk technicznych na ETH w Zurychu; 20 grudnia – po długich zmaganiach z chorobą serca i nerek umiera Elsa.
1939 Maja Einstein-Winteler, siostra Alberta zamieszkuje na Mercer Street; 2 sierpnia Einstein wysyła słynny list do prezydenta Roosevelta na temat możliwości wykorzystania energii atomowej do celów wojskowych; w Europie wybucha II wojna Swiatowa.
1940 Otrzymuje obywatelstwo Stanów Zjednoczonych (do śmierci zachowa podwójne obywatelstwo: amerykańskie i szwajcarskie).
1941 Stany Zjednoczone przystępują do wojny.
1943 Zostaje konsultantem wydziału amunicji i materiałów wybuchowych Zarządu uzbrojenia Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych.
1944 Przepisany na nowo rękopis pracy o szczególnej teorii względności z 1905 roku sprzedano na aukcji za 6 milionów dolarów, które zostały przeznaczone na wspomożenie udziału Stanów Zjednoczonych w wojnie.
1945 Koniec drugiej wojny światowej; Einstein przechodzi na emeryturę, lecz aż do śmierci zachowuje swój gabinet w Institute for Advanced Study.
1945 Maja doznaje wylewu i zostaje przykuta do łóżka; Einstein obejmuje funkcję przewodniczącego Nadzwyczajnego Komitetu Uczonych Atomistów; apeluje do ONZ o utworzenie Rządu Światowego, twierdząc, że jest to jedyny sposób utrzymania trwałego pokoju na świecie.
1948 4 sierpnia – w Zurychu umiera Mileva; lekarze oznajmiają Einsteinowi, że ma dużego tętniaka aorty brzusznej.
1950 18 marca – sporządza testament, wyznaczając Otto Nathana na jego wykonawcę oraz Otto Nathana i Helen Dukas na zarządców spuścizny. Po śmierci Otto i Helen całość spuścizny piśmienniczej ma zostać przekazana Uniwersytetowi Hebrajskiemu w Jerozolimie.
1951 Czerwiec – w Princeton umiera Maja.
1952 Einstein odrzuca propozycję zostania prezydentem Izraela.
1954 Zapada na anemię hemolityczną.
1955 11 kwietnia – w ostatnim własnoręcznie napisanym liście, skierowanym do Bertranda Russella, wyraża zgodę napodpisanie wspólnego apelu, wyzywającego wszystkie państwa świata do wyrzeczenia się broni jądrowej; 13 kwietnia następuje pęknięcie tętniaka; 15 kwietnia – zostaje hospitalizowany w szpitalu w Princeton; 18 kwietnia – o godzinie 1:15 w nocy Albert Einstein umiera w następstwie pęknięcia tętniaka aorty brzusznej o podłożu arteriosklerotycznym.

Posted in Uncategorized | Leave a comment

Energia jądrowa

Energia jądrowa-Substancje promieniotwórcze wydzielają ciepło w sposób naturalny. Ciepło wykorzystywane jest do wytwarzania elektryczności.
Źródłem energii jest paliwo jądrowe. Niekiedy stosuje się paliwo jądrowe w postaci uranu metalicznego w specjalnych koszulkach ze stopu magnezowego. Jednak zwykle paliwem jest granulowany tlenek uranu zamknięty w długich metalowych rurach (prętach paliwowych). Pełny wsad paliwa do przeciętnego reaktora składa się z kilkuset takich prętów. Pręty pozostają w reaktorze 4-5 lat. Po tym czasie wypalone paliwo jądrowe jest przesyłane do jego dostawcy, który składuje je, odzyskując zwykle wcześniej wytworzony pluton i nie spalony uran.
Wykorzystanie energii

ZA
-mała ilość
paliwa jądrowego daje duże ilości energii
-zwiększenie
liczby elektrowni jądrowych jest konieczne, ponieważ wyczerpują się światowe zasoby ropy, węgla i gazy ziemnego

PRZECIW
-promieniowanie jądrowe jest niezwykle niebezpieczne
-konieczne są wyjątkowe środki bezpieczeństwa
-materiały odpadowe z elektrowni będą promieniotwórcze jeszcze przez tysiące lat

Promieniowanie jądrowe- Śmiercionośny ładunek. Odpady z elektrowni jądrowej. Materiały w każdym pojemniku wysyła promieniowanie jądrowe (jest promieniotwórczy).Pojemniki są wystarczająco grube, żeby pochłonąć to promieniowanie i wystarczająco mocne żeby wytrzymać każde uderzenie. To właśnie jest niezwykle ważne. Gdyby nastąpił jakikolwiek wyciek odpadów promieniotwórczych, mógłby spowodować skażenie powietrza, zbóż oraz okolicznych źródeł wody. A to mogło by spowodować liczne wypadki śmiertelne.
Atomy promieniotwórcze są atomami nietrwałymi. Każde jądro rozpada się po pewnym czasie, wyrzucając z siebie maleńkie cząsteczki lub porcje fal energii.
Energia ta „promieniuje” z jądra, jest więc nazywana promieniowaniem jądrowym.
Materiały promieniotwórcze można znaleźć nie tylko w elektrowniach jądrowych. Małe ich ilości znajdują się w ziemi, w atmosferze, a nawet w organizmach żywych. Dzieje się tak, ponieważ pierwiastki są mieszaniną izotopów, a niektóre izotopy są niewytrwałe.
Promieniowanie jądrowe może zniszczyć żywe komórki w ludzkim ciele. Nadmierna dawka promieniowania może spowodować choroby nowotworowe lub nieuleczalną chorobę promienną. Szczególnie niebezpieczny jest promieniotwórczy gaz i pył, ponieważ może dostać się do organizmu z powietrzem, jedzeniem lub piciem. Kiedy substancje promieniotwórcze zostaną wchłonięte przez organizm, nie można już ich usunąć, a ich promieniowanie powoduje uszkodzenie komórek w głębi ciała.
Wpływ na środowisko- Napromieniowanie żywności ma wiele zalet, a przynajmniej tak twierdzą jej producenci. Promieniowanie zatrzymuje kiełkowanie warzyw w czasie przechowywania, niszczy pleśń powodującą psucie się żywności i zabija bakterie zatruwające żywność, takie jak Salmonella. Wiele sklepów chce sprzedawać owoce poddane działaniu promieniowania, sądząc, że będzie to oznaczało mniejsze straty, a dla klienta lepsza jakość i niższe ceny.
Nie wszystkim jednak podoba się ten pomysł. Promieniowanie może spowodować rozłożenie ważnych witamin i zmienić niektóre związki chemiczne w żywności tak, że będą działać jak niebezpieczne dodatki. Napromieniowanie żywności ma rzeczywiście większą trwałość. Ale czy świeże owoce rzeczywiście są świeże?
Poszukiwanie jądrowego śmietniska- Miasteczko Elstow w pobliżu Bedford w Wielkiej Brytanii wydało się specjalistom spraw jądrowych idealnym miejscem na składanie odpadów z reaktorów jądrowych. Podłoże z mocnych skał zapewniało, że zbiorniki nie będą przeciekać, a miękka glina na wierzchu powinna pochłaniać promieniowanie.
Kiedy plan składowania odpadów zostały ogłoszone, mieszkańcy Elstow natychmiast zdecydowanie zareagowali. Nastąpiła burza protestów, plany zostały zaniechane. Teraz specjaliści szukają innych miejsc. Rozważano projekt wiercenia tunelu pod Morzem Północnym. Przeciwko temu pomysłowi ostro wypowiedziały się Norwegia i Dania. Państwa te obawiają się, że materiały promieniotwórcze mogłyby wyciekać i zanieczyszczać ich wybrzeża. Tymczasem rośnie sterta odpadów z brytyjskich elektrowni jądrowych. Odpady będą promieniotwórcze przez setki lat i ostatecznie gdzieś trzeba je składować…
Technika- Zespół naukowców pod kierownictwem włoskiego fizyka Enriko Fermiego zdołał przeprowadzić zdołał przeprowadzić kontrolowaną reakcję jądrową. Wydarzenie to miało miejsce 2 XII 1942r. Fizykom udało się rozszczepić jądro ciężkiego atomu uranu, złożone z protonów oraz neutronów, na dwa jądra pierwiastków lżejszych. Podsumowując masy substratu i produktów reakcji okazuje się, że pewna część materii znikła wydzielając wielką porcję energii. W bombie atomowej proces rozszczepienia zachodzi bardzo szybko, w ten sposób jest niekontrolowany. W reaktorze jądrowym reakcja jest starannie kontrolowana i zachodzi dużo wolniej. Produkowana energia zamienia wodę w parę, która porusza olbrzymie turbiny napędzające generatory.
Enriko Fermi- był kierownikiem zespołu, który 2 XII 1942 roku przeprowadził pierwszą kontrolowaną reakcję jądrową. Fermi urodził się w 1901 roku w Rzymie. W 1927 roku został profesorem fizyki teoretycznej na uniwersytecie w Rzymie. 1938r. otrzymał nagrodę Nobla i jeszcze tego samego roku wyjechał do USA. Zmarł w 1954 roku.

Rekcja łańcuchowa- Reakcja rozszczepienia jądra uranu zachodząca pod wpływem powolnego neutronu. Neutron krążący z prędkością odpowiadającą prędkości ruchów cieplnych (ok. 2 km/s)zwany neutronem termicznym, łączy się z jądrem substancji rozszczepialnej, czyniąc je niestabilnym. Jądro deformuje się, przewęża, a w końcu rozpada się na dwa jądra stabilne, emitując przy tym kilka neutronów oraz porcję energii. Wyemitowane neutrony mogą trafić w inne jądra, które ulegną rozszczepieniu. W rezultacie powstaje coraz więcej swobodnych neutronów i coraz więcej jąder rozszczepia się. Reakcja ta nosi nazwę reakcji łańcuchowej. W bombie atomowej pozwala się na pełne rozwinięcie łańcucha, by wszystkie powstające przy jednostkowym akcie rozpadu neutrony powodowały rozszczepienie innych jąder. Dlatego następuje bardzo gwałtowne przyspieszenie tempa reakcji owocujące nagłym uwolnieniem wielkiej energii-eksplozją. W reaktorze natomiast część powstałych neutronów jest wychwytywana przez substancję dobrze pochłaniającą neutrony, np.: kadm lub bor

Posted in Uncategorized | Leave a comment

Ultradźwięki – wytwarzanie i zastosowanie

Ultradźwięki, fale akustyczne o częstotliwości wyższej niż 16 kHz (tj. przekraczającej górny próg słyszalności dla człowieka) i niższej od 100 MHz (hiperdźwięk). W naturze ultradźwięki emitowane są przez niektóre ssaki (m.in. nietoperze i delfiny) i wykorzystywane przez nie do echolokacji.
Analogiczne zastosowanie znajdują ultradźwięki w technice. Ponadto, ze względu na silną zależność właściwości rozchodzenia się ultradźwięków w danym ośrodku od jego budowy, służą one do badania struktury różnych ciał, m.in. organizmów żywych (tzw. ultrasonografia). Zogniskowanych wiązek ultradźwięków używa się do odrywania ciał stałych z bardziej elastycznego podłoża (usuwanie kamienia nazębnego, rozbijanie kamieni nerkowych, oczyszczanie powierzchni metali przed lutowaniem itd.).
Energia drgań ultradźwięków może być też wykorzystana do rozpylania aerozoli i emulsji, a nawet do spawania.

I.Wytwarzanie ultradźwięków:

1.Metody mechaniczne:

Tradycyjne mechaniczne układy drgające, jak płytki, struny oraz wszelkiego rodzaju gwizdki i syreny (wykorzystujące przepływ płynu lub gazu) były używane jako pierwsze generatory fal ultradźwiękowych. Mechaniczne układy przepływowe do wytwarzania ultradźwięków stosuje się w powietrzu i cieczach, i są to zazwyczaj syreny i piszczałki umożliwiające wytworzenie dużych mocy akustycznych przy częstotliwościach nie przekraczających kilkudziesięciu kHz. Tradycyjnymi generatorami w ośrodkach gazowych tego typu są np. syreny ultradźwiękowe, generator Hartmana, używane do koagulacji dymów, czy też piszczałka Pohlmana-Janowskiego, używana do tworzenia emulsji (np. homogenizacji śmietanki). Wszystkie te układy wytwarzają ultradźwięki o określonej rezonansowej, związanej z ich konstrukcją częstotliwości, która może być przestrajana w pewnym zakresie, jednakże widma generowanych sygnałów są wąskie.

Jedną z ciekawszych metod mechanicznego wytwarzania ultradźwięków o stosunkowo szerokim widmie częstotliwości jest metoda udarowa polegająca na wytworzeniu deformacji przy zderzeniu stałych ciał sprężystych np. uderzenie małej kuli stalowej o bryłę (płytę, blok, itp.) ciała stałego powoduje powstanie fal sprężystych, których częstotliwości mogą sięgać 100kHz. Szerokość widma częstotliwości rośnie ze zmniejszeniem masy uderzającej kulki. Na takiej udarowej zasadzie polega np. wytwarzanie sygnałów ultradźwiękowych o bardzo szerokim ciągłym widmie sięgającym 1-1,5 MHz w konstrukcjach stalowych przez strumień cząsteczek, np. ziaren piasku niesionych przez strumień sprężonego powietrza i uderzających o powierzchnię konstrukcji. Udarowe metody wytwarzania ultradźwięków o jeszcze większych częstotliwościach polegają na ich wzbudzaniu w ciałach stałych przez strumień cząsteczek i atomów (jonów), a także cząsteczek elementarnych, np. elektronów. Mechanizm generacji ultradźwięków polega tutaj na powstawaniu (przy uderzeniach cząstek) makronaprężeń i lokalnych nagrzewań ośrodka, które stają się źródłem deformacji ośrodka, a więc fal sprężystych.

Do mechanicznych metod wytwarzania ultradźwięków szerokopasmowych należy także wykorzystanie zjawiska tarcia między ciałami stałymi. Generowane sygnały zależą od prędkości poruszania się i stanu trących o siebie powierzchni .

2.Metody termiczne:

Metody termicznego wytwarzania ultradźwięków do niedawna używano za przestarzałe i poza stosowaniem wybuchów w morzu jako impulsowych źródeł dźwięków, a także ultradźwięków wykorzystywano bardzo rzadko.

Od kilkunastu lat, gdy Rozenzweig, a potem i inni rozwinęli spektroskopię fotoakustyczną opartą na wykrytym w latach 80. ub. wieku przez Bella efekcie wytwarzania dźwięku przez światło za pośrednictwem zamiany energii fali elektromagnetycznej na ciepło i następnie na energię sprężystą, metody termicznego wytwarzania znów spotkały się z dużym zainteresowaniem.

Źródłem fal ultradźwiękowych o dużym natężeniu jest zwykle ciepło wytwarzane przez silne źródło światła, np. laser impulsowy. Ze względu na to, że pierwotnym źródłem w zjawisku fotoakustycznym jest światło można te metody klasyfikować jako optyczne, jest jednak uzasadnione zaliczać je do termicznych włączając do optycznych tylko te, w których następuje wytworzenie energii sprężystej bezpośrednio w formie strumienia fonów koherentnych.

Klasycznymi źródłami termicznymi ultradźwięków są wyładowania elektryczne w płynach. Stosując periodyczne lub impulsowe nagrzewania przewodników, a także wyładowania iskrowe można uzyskiwać w cieczach stosunkowo duże natężenia dźwięków i ultradźwięków. Wydajność takich źródeł nie jest duża (około 1%), jednakże przy wytwarzaniu bardzo krótkich impulsów uzyskiwane moce mogą być znaczne.

Jako metodę termicznego wytwarzania ciągłej fali akustycznej wykorzystuje się ciepło Joule’a-Lenza wytwarzane przez przewodnik, przez które płynie prąd stały zmodulowany prądem zmiennym o określonej częstotliwości. Przewodnik taki może stanowić także łuk elektryczny, który jest strumieniem jonów. Płynący prąd jonowy modulowany z dużą częstotliwością stanowi drgające źródło promieniujące ultradźwięki. Urządzenie takie zaopatrzone w odpowiednią tubę nazywa się jonofonem. Metodami tego rodzaju wytwarzano ultradźwięki o częstotliwościach sięgających kilkuset kHz.

3.Magnetostrykcja:

Jest to zmiana długości rdzenia magnesu pod wpływem zmiennego prądu przepuszczanego przez solenoid nawinięty na ten rdzeń. Zjawisko to znalazło zastosowanie w licznych urządzeniach przemysłowych, w których drgania ultradźwiękowe są wytwarzane zazwyczaj w zakresie niskich częstotliwości.

4.Odwrócenie efektu piezoelektrycznego:

Efekt ten zachodzi w różnych minerałach, np. kryształach kwarcu lub turmalinu. Polega na doprowadzeniu do przeciwległych płaszczyzn kryształu kwarcu lub innego minerału szybko zmiennego napięcia elektrycznego. Powoduje to do rozszerzenia lub skurczenia grubości płytki i do powstania drgań o odpowiedniej częstotliwości. Sposób ten jest wykorzystywany w generatorach mających zastosowanie w lecznictwie.

5.Metody optyczne:

W zależności od własności światła laserowego i sposobu jego oddziaływania z materialnym ośrodkiem można w nim wytworzyć fale sprężyste w szerokim zakresie częstotliwości ultradźwiękowych aż do zakresu hiperdźwiękowego. Metoda ta jest bezkontaktowa i umożliwia wzbudzanie bardzo krótkich impulsów o nano- i pikosekundowych czasach trwania, przy czym amplitudy impulsów sprężystych mogą być bardzo małe oraz bardzo duże w zależności od mocy użytych laserów. W zależności od uformowania wiązki laserowej wzbudzania mogą być zlokalizowane nawet na bardzo małych powierzchniach, co także ma duże znaczenie praktyczne.
öMetody magnetyczne:

Ciekawą metoda generowania i odbioru fal ultradźwiękowych w metalach (w zakresie częstotliwości do kilku MHz) jest bezpośrednia metoda ich wzbudzenia za pomocą pola magnetycznego bez jakiegokolwiek przetwornika pośredniego. Miniaturowy, ale silny elektromagnes umieszcza się, aby jego pole było równoległe do powierzchni metalu, żeby wytworzyć fale ultradźwiękowe podłużne, albo aby jego pole było prostopadłe do powierzchni, żeby wytworzyć fale poprzeczne.
öMetody naturalne:

Wytwarzane są przez niektóre zwierzęta (np. nietoperze, delfiny, owady) i wykorzystywane między innymi do echolokacji. Echolokacja, sposób ustalania przez niektóre organizmy żywe swego położenia względem otaczających je przedmiotów, polegający na wysyłaniu (do 150 kHz a czasem więcej, są to tzw. piski ultradźwiękowe) i odbieraniu sygnałów akustycznych odbitych od otoczenia.

Zdolność echolokacji, pozwalającą na swobodne poruszanie się między przeszkodami, a także na zdobywanie pokarmu, posiadają niektóre zwierzęta prowadzące nocny tryb życia lub żyjące w niekorzystnych warunkach oświetlenia, np. delfiny, nietoperze.

Nietoperze w czasie lotu wydają średnio 20-30 ultradźwięków na sekundę, natomiast gdy zbliżają się do przeszkody ok. 200/sekundę. Potrafią bezbłędnie odróżnić echo własnych dźwięków od innych, nawet o tej samej częstotliwości. Odbioru własnych sygnałów nie zakłócają nawet hałasy otoczenia.

U niektórych ptaków np. tłuszczaków i jerzyków, występuje podobny system echolokacji, z tym, że wydają one dźwięki o częstotliwości dużo mniejszej ok. 7kHz, więc słyszalnej dla człowieka.

II.Zastosowanie ultradźwięków

1.Bierne zastosowania ultradźwięków polegają na wytwarzaniu i detekcji fal sprężystych o takich natężeniach, które nie niszczą struktury ośrodka za ich pomocą badanego, mierzonego, kontrolowanego. Rozumieć przez to należy zastosowanie ultradźwięków: do badań strukturalnych, w diagnostyce materiałowej i medycznej, do sterowania procesami technologicznymi, w hydrolokacji i innych. W tych zastosowaniach wykorzystuje się zarówno sygnały ultradźwiękowe ciągłe, jak i impulsowe o różnych charakterystykach częstotliwościowo- czasowych odpowiednio dobranych do sposobu wykorzystania i rodzaju materiału badanego.

2.Silniki i sterowniki ultradźwiękowe.

Istotnymi i coraz częściej stosowanymi urządzeniami są precyzyjne, mało gabarytowe, często miniaturowe silniki i sterowniki ultradźwiękowe używane do napędu mechanicznego. Ich zasada działania polega na wytworzeniu siły posuwistej (sterowniki liniowe) lub momentu obrotowego za pomocą odpowiednio wygenerowanych modów drgań ultradźwiękowych w elementach piezoelektrycznych. Istnieje wiele możliwości konstrukcji takich urządzeń. Sterowniki i silniki liniowe możemy podzielić np. na:
-skokowo – pełzające
-mikropopychowe
-bezwładnościowo – posuwne
-wykorzystujące falę biegnącą
-wykorzystujące zjawisko akustycznej lewitacji w polu bliskim.

3.Mycie i czyszczenie ultradźwiękami.

Wykorzystanie ultradźwięków do mycia i czyszczenia jest jedną z typowych dziedzin zastosowań laboratoryjnych i przemysłowych, w których korzysta się zarówno z działania chemicznego , jak i dyspergującego do usunięcia niepożądanych substancji zanieczyszczających dany obiekt.

Urządzenia do mycia i czyszczenia ultradźwiękami, zwane myjkami lub płuczkami ultradźwiękowymi, stanowią określonej objętości zbiorniki (wanny), do dna których są zamocowane przetworniki ultradźwiękowe (magnetostrykcyjne lub piezoelektryczne) promieniujące energię akustyczną do cieczy stanowiącej kąpiel dla mytego obiektu. Powstają wówczas drgania cieczy o szybko zmieniającym się rytmie, wywołując zjawisko kawitacji. Działanie pęcherzyków kawitacyjnych jest tak silne, że warstwa brudu osadzona na mytych elementach zostaje szybko oderwana.

Za pomocą myjek ultradźwiękowych usuwa się zanieczyszczenia, które nie poddają się zwyczajnemu myciu czy szorowaniu, a których rozmiary są często mikroskopowe. Skuteczność mycia ultradźwiękowego zależy nie tylko od natężenia , ale również częstotliwości fal. Do usuwania mikroskopowych zanieczyszczeń zwykle stosuje się częstotliwości w zakresie 20-50 kHz. Zanieczyszczenia submikroskopowe wymagają ultradźwięków o większych częstotliwościach, do 150 kHz.

Istotną sprawą dla dobrych warunków mycia ultradźwiękami jest równomierny rozkład pola ultradźwiękowego (gęstości energii) w całej objętości myjki. W wielu przypadkach wytwarzają się wewnątrz cieczy fale stojące i wtedy obserwuje się wyraźne obszary o większej energii w strzałkach i mniejszej energii w węzłach ciśnienia akustycznego. W takich przypadkach skuteczność mycia jest też zależna od miejsca, w którym znajduje się obiekt czyszczony.

Myjki ultradźwiękowe stosuje się w różnych gałęziach przemysłu, jak na przykład w przemyśle elektrycznym i elektronicznym do czyszczenia płytek obwodów drukowanych, elementów scalonych itp., w przemyśle precyzyjnym do mycia elementów zegarmistrzowskich i wielu innych (np. mycie naczyń chirurgicznych). Szczególne zastosowanie znalazły myjki do procesów galwanizacyjnych, które ulegają znacznemu przyśpieszeniu w polu ultradźwiękowym, a także umożliwiają uzyskanie pokryć galwanicznych znacznie lepszej jakości.

4.Obróbka i formowanie ośrodków twardych ultradźwiękami.

Już od wielu lat ultradźwięki o dużych natężeniach są używane do plastycznej obróbki materiałów twardych i kruchych, gdzie konwencjonalna obróbka jest bardzo trudna lub niemożliwa. Można tu wymienić takie materiały jak: stopy trudno topliwe, stopy tytanowe, półprzewodniki takie jak german czy krzem, stopy magnetyczne, ferryty, materiały ceramiczne, szkło kwarc, diamenty (naturalne i sztuczne) i inne.

Obróbka ultradźwiękowa materiałów polega na tym, że narzędzie obrabiające (odpowiednia kształtka do zrobienia na przykład otworu, czy wycięcia o dowolnym profilu) jest pobudzane do drgań ultradźwiękowych i przez proszek
szlifierski (korundowy) odpowiednio zwilżony zetknięte z materiałem obrabianym. Ziarna proszku przejmują energię ultradźwiękową i z wprost niewiarygodną skutecznością w precyzyjny sposób, niszczą lokalnie obrabiany materiał „wiercąc” otwór i szlifując go jednocześnie. Lokalne siły działają na tak małych odległościach, że nawet kruchy materiał nie pęka. Narzędzie drga z częstotliwością ultradźwiękową (stosunkowo małą 16-30 kHz) i amplitudą drgań w zakresie 0,01-0,06 mm. Proszek szlifierski jest dostarczany z płynem chłodzącym do obszaru obrabianego, drgania jego ziaren tną materiał.

5.Spajanie i lutowanie ultradźwiękami.

Bardzo szerokie zastosowanie znalazły ultradźwięki w procesach spajania metali i mas plastycznych oraz w procesach lutowania i metalizacji, szczególnie w przypadku trudno łączących się metali (np. aluminium). Stosuje się tu ultradźwięki o częstotliwościach w zakresie 20-100 kHz.
Ultradźwiękowe spajanie metali polega na łączeniu części tego samego (np. aluminium- aluminium) lub różnych metali (np. aluminium-złoto) bez ich roztapiania.

6.Ekstrakcja i suszenie ultradźwiękami.

W silnym polu ultradźwiękowym w cieczach w obecności kawitacji następuje znaczne przyśpieszenie procesów ekstrakcji (przechodzenia określonych substancji z wnętrza ciał stałych do cieczy drogą rozpuszczania i wypłukiwania). Substancje wyekstrahowane tworzą roztwór lub zawiesinę, które stanowią albo pożądany produkt końcowy (np. herbaty czy leki wyekstrahowane z ziół), albo pośredni w celu uzyskania substancji przez strącenie, odparowanie i suszenie, czy krystalizację i rafinację itp. Do ekstrakcji stosuje się ultradźwięki o częstotliwościach od 20 kHz aż do 500 kHz.

Procesy suszenia polegające na usunięciu cieczy (najczęściej wody) zawartej w materiałach zachodzą w gazach (zwykle w powietrzu) i mogą również być skutecznie przyśpieszane przez zastosowanie ultradźwięków o stosunkowo niedużych częstotliwościach (rzędu 16-30 kHz), natomiast dużych natężeniach (140-160 dB).

Ultradźwiękowa ekstrakcja jest szeroko stosowana w przemyśle farmaceutycznym (np. ekstrakcja alkaloidów z roślin), perfumeryjnym, spożywczym (np. intensyfikacja wydobycia cukru z buraków albo tranu z wielorybów i ryb) i innych.

7.Ultradźwięki w technice kosmicznej.

Ultradźwięki są wykorzystywane również w badaniach superwysokiej jakości materiałów i konstrukcji przeznaczonych na statki kosmiczne. W wielu układach sterowania i kontroli w aparaturze kosmicznej są również niezastąpione.

Własności mechaniczne skał księżycowych przywiezione przez amerykańskich lunonautów czy też pobrane przez radzieckie pojazdy księżycowe, były określane także metodami ultradźwiękami.

Jednym z przykładów zastosowań kosmicznych było wykorzystanie ultradźwięków do badania komety Haleya w czasie jej ostatniego zbliżenia do Ziemi w 1986 roku. Czujniki ultradźwiękowe o średnicy 10 mm i częstotliwości 200 kHz zostały wykorzystane do pomiaru oddziaływań cząstek pyłu w ogonie Komety na satelitę Giotto, który w swojej misji zbadania Komety przelatywał przez jej ogon w niewielkiej odległości od jądra.

8.Ultrasonografia

W ultrasonograficznym (a właściwie należałoby powiedzieć ultrasonicznym, zastrzegając przyrostek “graficzny” dla obrazów zarejestrowanych na papierze) sposobie obrazowania wykorzystywane są ultradźwięki. Informacje o strukturze i czynności ruchowej narządów uzyskuje się na podstawie odbicia wiązki fal ultradźwiękowych (efekt echa) od różniących się własnościami fizycznymi struktur tkankowych lub zmiany ich częstotliwości (efekt Dopplera) od ruchomych części narządów w penetrowanym obiekcie. Istnieją także metody transmisyjne, lecz nie mają one większego znaczenia w diagnostyce medycznej. Warto przypomnieć, że powstanie i rozwój ultrasonografii medycznej był stymulowany osiągnięciami wojskowymi, w tym wypadku w dziedzinie radarów i sonarów.

Częstotliwości stosowane w obrazowaniu medycznym mieszczą się w zakresie od 0,5 (w badaniach leżących głęboko narządów jamy brzusznej) do 15 MHz (w okulistyce i badaniach zmian tuż pod skórą np. guzów sutka ). Trwają jednak obiecujące badania dotyczące możliwości wykorzystania także wyższych częstotliwości aż do 70 MHz, które mogą znaleźć zastosowanie do wizualizacji mikroobiektów, na przykład struktury powierzchniowej tkanek.

9.Inne zastosowania ultradźwięków w medycynie.

Medycyna stosuje ultradźwięki m.in. tam gdzie promienie X nie dają efektu jak w diagnozie wczesnych stadiów nowotworowych. Metodą echa impulsów można określić położenie tkanki nowotworowej. Ultradźwięki impulsowe stosowane są również w diagnostyce ginekologicznej oraz w badaniach schorzeń serca. W przypadku choroby Parkinsona przeprowadzono w Illinois próby w zakresie neurosonochirurgii, w których działając skupionymi odpowiednio wiązkami promieni ultradźwiękowych zniszczono tkankę nowotworową w mózgu bez widocznego uszkodzenia tkanek zdrowych. W podobny sposób kruszy się kamieni fizjologiczne.

Ultradźwięki umożliwiają wytworzenie aerozolu zawierającego rozpylone odpowiednie środki lecznicze wprowadzane do organizmu w drodze inhalacji, w postaci niezwykle drobnych cząsteczek, co umożliwia przenikanie ich do drobnych oskrzelików, a nawet pęcherzyków płucnych.

W stomatologii znalazły zastosowanie wiertła ultradźwiękowe, dzięki którym plombowanie zębów jest bezbolesne.

Ultrasonoterapia, leczenie ultradźwiękami. Ich wpływ leczniczy polega na działaniu przeciwbólowym, zmniejszaniu napięcia mięśni, rozszerzeniu naczyń krwionośnych, hamowaniu procesów zapalnych, przyspieszaniu wchłaniania tkankowego. Działają na autonomiczny układ nerwowy. Stosowane w leczeniu choroby zwyrodnieniowej stawów, zapaleń okołostawowych, nerwobólów oraz zespołów bólowych.

10.Ultradźwięki w rolnictwie.

Ultradźwięki znalazły nader cenne zastosowanie w rolnictwie. Nasiona pomidorów, marchwi, cebuli, kapusty, melonów i szeregu innych roślin poddane krótkotrwałemu nadźwiękowieniu wykazywały przyśpieszony i wzmożony wzrost. Podobny efekt spowodowało ultradźwiękowe oczyszczanie nasion bawełny. Stosując te fale można usunąć z liści herbaty błonki powłoki zwiększając w ten sposób efektywność przemian biochemicznych, co z kolei prowadzi do polepszenia jakości herbaty. Buraki cukrowe naturalnie zainfekowane przez Phoma betae, Cercospora beticola lub Fusarium zostały odkażone dzięki nadźwiękowieniu w ośrodku wodnym. Nie można tu pominąć wykorzystywania ultradźwięków przy sporządzaniu niektórych środków ochrony roślin.
öUltradźwięki w architekturze

Ultradźwięki wykorzystywane są również w zupełnie nieoczekiwanych dziedzinach, np. badania akustyki projektowanych sal teatralnych i koncertowych przeprowadza się w architekturze niejednokrotnie za pomącą ultradźwięków. Obserwuje się mianowicie rozchodzenie się tych fal w odpowiednio małych modelach planowanych pomieszczeń.

11.Ultradźwięki w nawigacji.

Ultradźwięki stosuje się również w nawigacji na- i podwodnej dla celów łączności, a z kolei już niemal wyłącznie do wykrywania przeszkód i okrętów podwodnych. Każdy okręt wojenny oraz większe statki pasażerskie i handlowe wyposażone są w stacje hydroakustyczne umożliwiające m.in. bezpieczną żeglugę we mgle lub w obszarach nawiedzonych przez góry lodowe.

Posted in Uncategorized | Leave a comment

Różnorodność zjawisk elektrycznych ponad chmurami burzowymi

Już od najdawniejszych czasów ludzie interesowali się wyładowaniami atmosferycznymi. Starożytni wierzyli, że piorunami władają bogowie i zsyłają je na ziemię z powodu swojego niezadowolenia (np. grecki Zeus, czy w mitologii wikingów- Thor). Teraz, chociaż naukowcy odkryli ich mechanizm, nadal uważamy wyładowania atmosferyczne za nieco tajemnicze zjawisko. Po przeanalizowaniu błyskawic widzianych w dolnej części chmury burzowej zaczęto zastanawiać się nad wyładowaniami w obszarze miedzy górną częścią chmury a jonosferą. Chociaż dochodziły informacje (w szczególności od pilotów) o świetlistych błyskach wysoko na nocnym niebie, naukowcy podchodzili to tego sceptycznie. W roku 1990 John R. Winckler, wraz ze swoimi współpracownikami z University of Minnesota, jako pierwszy zarejestrował te zjawisko za pomocą kamery wideo.
Błyskawice są powodowane różnicą potencjałów. Występują zarówno pomiędzy chmurami a ziemią, oraz chmurami burzowymi a jonosferą. W normalnych warunkach powietrze jest izolatorem elektrycznym, lecz czasami tworzy się przebicie umożliwiające przepływ prądu elektrycznego. Na wysokościach od 50km do 90km powietrze jest bardzo rozrzedzone i wyładowania napotykają na swojej drodze tylko nieliczne cząsteczki gazu. Dzięki temu błyskawice na tej wysokości mają nietypową barwę, najczęściej czerwoną i bardzo słabo widoczną. Dlatego do zaobserwowania takiego zjawiska potrzebne są specjalistyczne kamery wideo.
Naukowcy zajmujący się rozwikłaniem tajemnicy wyładowań atmosferycznych ponad chmurami, badali je zarówno z ziemi jak i z powietrza. Dzięki temu, po wielu próbach, zarejestrowano fale radiowe, które umożliwiły sformułować pierwszy teoretyczny model tego zjawiska. Odkryte dotąd zjawiska elektryczne towarzyszące wyładowaniom uczeni podzielili na cztery kategorie:
 „Krasnoludki” (ang. Sprites) – są to rzadko występujące błyski świetlne. Można je zaobserwować w części atmosfery zwanej mezosferą, ponad chmurami burzowymi (50-90km). W porównaniu do zwykłych piorunów „krasnoludki” przebijają się przed górną, dodatnio naładowaną część chmury bezpośrednio do ziemi. W kanale wyładowania tego zjawiska towarzyszy przepływ prądu o bardzo dużym natężeniu. Około jeden na dwadzieścia piorunów z górnej warstwy chmury, jest wystarczająco silny aby utworzyć „krasnoludka”;
 „Elfy” (ang. Elves) – podobnie ja u „krasnoludków” ich źródłem jest pole elektryczne wytwarzane na bardzo dużej wysokości przez bardzo silne wyładowania skierowane do ziemi. „Elfy” są świetlistymi płaszczyznami, kształtem przypominającymi naleśnika. Zjawiska te mogą towarzyszyć „krasnoludkom”, ale pojawiają się pierwsze i pierwsze znikają. „Elfy” występują około 75-100km nad ziemią;
 „Błękitne fontanny” (ang. Blue jets) – po raz pierwszy zostały zarejestrowane w 1994r przez E. M. Wescotta i D. D. Sentmana podczas lotu samolotem nad silną burzą w Arkansas. Zjawisko to występuje wyłącznie poniżej 40 km i ma charakterystyczny, w odróżnieniu do „ elfów” i „krasnoludków”, intensywny niebieski kolor. Świetliste stróżki „błękitnej fontanny”, wystrzeliwują z górnych partii chmur burzowych z prędkością 120km/s. Naukowcy jeszcze nie uzgodnili teorii najlepiej wyjaśniającej ich powstawanie;
 Impulsy promieniowania gamma (ang. Gamma-ray events) – są najbardziej zagadkowymi zjawiskami elektrycznymi zachodzącymi w górnych warstwach atmosfery. Ich istnienie potwierdził satelita Compton Gamma Ray Observatory, który zarejestrował promieniowanie biegnące od strony Ziemi. Promieniowanie gamma pochodzi ze źródeł jądrowych lub kosmicznych, dlatego nie oczekuje się jego powstawania w ziemskiej atmosferze. Do wytworzenia promieniowania gamma potrzebna jest energia około 1000000 eV (elektronowoltów). To zjawisko jak i „błękitne fontanny” dopiero zaczynają być przedmiotem badań naukowców. Więcej szczegółów dotyczących impulsów promieniowania gamma, mogą przynieść prowadzone obserwacje satelitarne.
Jak do tej pory naukowcom udało się sformułować definicje przyczyn ich powstawania „krasnoludków” i „elfów”. Teoria powstawania pozostałych dwóch zjawisk nie jest jeszcze zbyt pewna. Uczeni całego świata nadal zbierają informacje na ich temat. Nam, zwykłym śmiertelnikom, pozostało jedynie przyglądanie się wyładowaniom atmosferycznym o tak fantazyjnych nazwach, o których w przyszłości będziemy wiedzieć znacznie więcej.

Bibliografia:
1. „Wyładowania atmosferyczne ponad chmurami” Stephen B. Mende, Davis D. Sentman i Eugene M. Wescott
Tłumaczył Mirosław Łukaszewski („Świat nauki” październik 1997)

Posted in Uncategorized | Leave a comment

Rola fal dźwiękowych w przyrodzie

Rozważając rolę, jaką w przyrodzie odgrywają fale akustyczne (inaczej zwane dźwiękowymi), musimy wyjaśnić sobie, czym są takie fale. Otóż w fizyce FALA, to nic innego jak przenoszące energię zaburzenia pola fizycznego, rozchodzące się ze skończoną prędkością. Jeśli kierunek takiego zaburzenia pola jest prostopadły do kierunku rozchodzenia się fali, to taka fala nazywa się poprzeczną (takie są na przykład fale elektromagnetyczne).
Ale jeśli kierunek zaburzenia jest zgodny z kierunkiem rozchodzenia się fali, to mówimy wtedy o FALI PODŁUŻNEJ i właśnie przykładem takiej fali jest fala dźwiękowa.
Warto wiedzieć, że o falach akustycznych mówi się często także „fale sprężyste” a to dlatego, że obok niektórych innych rodzajów fal rozchodzą się one wyłącznie w ośrodkach sprężystych (np. powietrze lub woda). Polega to na tym, że dochodzi do drgań cząsteczek, które tworzą dany ośrodek i te drgania rozchodzą się. Wynika z tego, że gdybyśmy przebywali w próżni (oczywiście to czysta teoria) nie moglibyśmy do siebie mówić, a właściwie nie słyszelibyśmy się wzajemnie, bo głos, czyli fale dźwiękowe nie mogły by się tam rozchodzić.
W ten sposób dochodzimy do sedna sprawy, czyli chyba najważniejszej roli, jaką spełniają w przyrodzie fale akustyczne. Dzięki nim większość ludzi może się ze sobą porozumiewać. Słyszymy głos innych ludzi, ale także głosy zwierząt, różne sygnały generowane przez rozmaite urządzenia. Takie sygnały mogą być dla nas informacją bądź ostrzeżeniem i mogą mieć duże znaczenie dla ludzi i ich środowiska.
Nie zastanawiamy się nigdy, jak to się dzieje, że słyszymy różne odgłosy natury i potrafimy odpowiednio i z korzyścią dla siebie na nie reagować. A sprawa jest dosyć prosta. Każdy ruch w przyrodzie, nawet zwykłe uderzenia kropli deszczu w powierzchnię liści na drzewach powoduje, że w powietrzu zaczynają rozchodzić się fale dźwiękowe. Pamiętamy, że innymi słowami możemy te fale nazwać ruchem cząsteczek powietrza – rozchodząc się, prędzej czy później (trzeba przy tej okazji zaznaczyć, że raczej zdecydowanie bardzo prędko) fale te trafią do naszego ucha, a ono jest organem doskonale przystosowanym do odbioru takich fal.
Warto w tym miejscu dodać informację dotyczącą właśnie prędkości, z jaką rozchodzą się fale dźwiękowe. Otóż dla powietrza w normalnych warunkach prędkość ta wynosi 331,8 m/s, a na przykład w wodzie te same fale mkną z prędkością 1497 m/s. Z jak wielkimi szybkościami mamy do czynienia możemy sobie wyobrazić, kiedy zastanowimy się przez moment nad ciekawym zjawiskiem zwanym uderzeniem akustycznym lub dźwiękowym. Polega ono na tym, że w danym ośrodku, zaburzenia tego ośrodka (fale) rozchodzą się z prędkością większą od prędkości dźwięku. Wewnątrz takiego ośrodka wzrasta wtedy także ciśnienie. Właśnie tu trafiamy na ciekawostkę. Otóż wystarczy aby ciśnienie wzrosło o 0,1 promila, a już powstający przy tym dźwięk człowiek odbiera jako przykry dla ucha hałas. Przy wzroście ciśnienia atmosferycznego w ośrodku o 1 promil uderzenie dźwiękowe powoduje już, że pękają szyby, a nawet ściany budynków. Ale to jedynie ciekawostka.
Wracając do roli, jaką fale akustyczne odgrywają w przyrodzie warto wspomnieć, że mają one bardzo duże znaczenie nie tylko dla życia ludzi, ale i zwierząt.
Przyjmuje się, że człowiek słyszy dźwięki o częstościach od 16 Hz do 20 kHz.
Przypomnę, że 1 Hz oznacza jedno drganie w ciągu sekundy.
Drgania dźwiękowe o częstotliwości większej jak 20 kHz nazywamy ultradźwiękami.
Nieco podobne do bodźców wzrokowych jest wykorzystywanie przez nietoperze i walenie ultradźwięków, które rozprzestrzeniają się prostoliniowo i prawie nie uginają się za przeszkodami. Głosy w szczególny sposób służą porozumiewaniu się, ponieważ szybko zanikające sygnały mogą prędko następować po sobie; nad wzrokiem i słyszeniem ultradźwięków słuch ma tę przewagę, że dźwięki mogą, dzięki uginaniu się fal głosowych, omijać nawet duże przeszkody, co pozwala na nadawanie ich we wszystkich kierunkach, a odbieranie kierunkowe, zaś z natężenia dźwięku można ocenić odległość nadawcy. Te cechy odnoszą się też do ludzkiej mowy.
Ssaki naczelne za pomocą głosu nie tylko się alarmują i przekazują sobie informację o własnym położeniu w przestrzeni; ich okrzyki mają również aspekt semantyczny — niektóre z nich coś oznaczają, np. nadchodzący deszcz lub niebezpieczeństwo zbliżającego się węża. Porozumiewanie się międzygatunkowe, oparte na podłożu genetycznym, dotyczy przede wszystkim wzajemnego ostrzegania się głosami alarmowymi.
Podsumowując trzeba stwierdzić, że rola fal dźwiękowych w przyrodzie jest kapitalna. Fale te pozwalają przede wszystkim na komunikowanie się ludzi między sobą za pomocą głosu, ale także na taką samą komunikacje pomiędzy zwierzętami oraz w wielu przypadkach na porozumiewanie się ludzi i zwierząt ze sobą.
opracował Dariusz Winniicki
Zespół Szkuł Ekonomiczno – Administracyjnych Wrocław :))) 06.01.2003

Posted in Uncategorized | Leave a comment

Charakterystyka tworzyw sztucznych

Tworzywa sztuczne – zwane także plastomerami, są tworzywami na podstawie polimerów syntetycznych, otrzymywanych w wyniku polireakcji z produktów chemicznej przeróbki węgla ropy naftowej i gazu ziemnego lub polimerów naturalnych, uzyskiwanych przez chemiczną modyfikację produktów pochodzenia naturalnego (celuloza, kauczuk, białko). Zwykle zawierają określone dodatki barwników lub pigmentów, katalizatorów, napełniaczy, zmiękczaczy (plastyfikatorów), antyutleniaczy .

Podział tworzyw sztucznych:

1) Tworzywa z surowców naturalnych – (drewno,bawełna,mleczko kauczukowe, mleko).
Substancje te zawierają związki chemiczne potrzebne do wyrobu tworzyw sztucznych. Mleko zawiera dużo kazeiny którą wykorzystuje się do produkcji klejów białkowych i niebiałkowych. Kauczuk jest wykorzystywany do wyrobu gum. Coraz częściej kauczuk zastępuje się kauczukiem syntetycznym który zachowuje cechy fizyczne kauczuku, różniąc się pod względem chemicznym. Ebonit jest materiałem otrzymywanym z kauczuku naturalnego lub niektórych kauczuków syntetycznych, zawierających 20-33%siarki. Stosuje się go na antykorozyjne wykładziny, naczynia akumulatorowe, części aparatury chemicznej, wyroby elektrotechniczne. Głównym składnikiem przemysłowym drewna jest celuloza. Zamieniamy ją na polimery (spęczanie w solach nieorganicznych a następnie prasowanie w celu uzyskania arkuszy). Dodatkowo możemy otrzymać celafon, włókna wiskozowe itp. Estryfikacja odpowiednim kwasem (bezwodnikiem) da nam np. nitrocelulozę która z kamforą tworzy folię fotograficzną .

2) Klasyczne tworzywa kondensacyjne – inaczej zwane duroplastami (żywice utwardzalne). Duroplasty stosuje się w postaci mieszanek do tłoczenia (żywica +napełniacz), laminatów, tworzyw piankowych, tworzyw wzmacnianych (np. włóknem szklanym), żywic technicznych, klejów, lakierów. Nieodwracalne przejście ze stanu plastycznego w utwardzony zachodzi podczas formowania wyrobów, bądź podczas stosowania w postaci klejów, lakierów itd. Do najważniejszych duroplastów należą: fenoplasty, aminoplasty, polimery nienasycone, żywice epoksydowe i niektóre żywice silikonowe. Cechuje je sztywność, stabilność wymiarowa, nie rozpuszczalność i nietopliwość i nietopliwość oraz doskonałe własności elektroizolacyjne.
Wyróżniamy także takie surowce jak ropa naftowa, gaz ziemny, gaz koksowniczy i węgiel. Jeżeli ropą czy węglem podziałamy na te gazy to otrzymamy izobutan, propan. Z nich otrzymujemy alkohol: izobutylen, propylen, etylen, acetylen.

3) Tworzywa z produktów wielofunkcyjnych: najbardziej popularnymi tworzywami tego typu są poliamidy. Są odporne na działanie wielu rozpuszczalników organicznych, olejów i tłuszczów, nie są odporne na działanie kwasów i zasad. Poliamidy są wytwarzane w postaci różnie barwionych tłoczyw do wtrysku, folii, włókien, żyłek, bloków do obróbki mechanicznej oraz proszku do pokrywania metali przez natrysk płomieniowy. Innym bardzo popularnym polimerem jest poliuretan. Jego podstawową zaletą jest możliwość występowania w różnych postaciach (twardej, miękkiej, sprężystej itp.). Najczęściej spotykany w postaci pianki. Do polimerów zalicza się także silikon. Jest on bazą dla smarów, które dobrze przewodzą ciepło. Substraty tych produktów to olej rycynowy, smoła z węgla kamiennego, nienasycone węglowodory, krzemionka.

Polimery :
- elastomery ( w temp. pokojowej dobrze się odkształcają, można je wydłużyć o 300% )
- plastomery ( w temp. pokojowej są twarde, nieplastyczne )
Elastomery:
- wulkanizujące ( dużo siarki od której zależy twardość )
- niewulkanizujące ( występują bez siarki )
Plastomery :
- termoplasty ( podgrzane do wysokiej temp. są rozciągliwe )
- duroplasty termoutwardzalne (twardnieją w zależności od temp. )
- duroplasty chemoutwardzalne (twardnieją przez utwardzacz )

Przyporządkowanie polimerów

Elastomery wulkanizujące – kauczuk butadienowo – sterynowy (GRS ), kauczuk naturalny (IR), polizobutylen (PIB ), kauczuk butylowy (GRI), kauczuk nitrylowy (GRN), polichloroprent (CR), poliuretany niesieciowane (PU), silikony (SL)

Elastomery niewulkanizujące – poliuretany liniowe (PUR), PVC zmiękczony, elastomery polietroamidowe

Elastomery termoplastyczne – politlenek fenylenu (PPO), tworzywa celulozowe (azotan celulozy AC )

Termoplasty – poliolafiny, polietylen (PE), polichlorek winylu (PVC), styreny (BP), polisulfony (PSF), poliamidy (PA), polimetakrylan metylu, poliacetale (PF), poliwęglany celulozy (OC), tworzywa fluorowe, politetrafluoroetylen (PTFE), politrifluoroatylen (PCTFE), kopolimery

Duroplasty chemoutwardzalne – żywice epoksydowe (EP), poliestry nienasycone (PN), żywice poliuretanowe (PV)

Duroplasty termoutwardzalne – żywice fenolowoformaldehydowe, żywice aminowe, mocznikowoformahydowe, melaminowoformaldehydowe, żywice alkilowe, poliamidy

Przykładowe struktury tworzyw sztucznych

- struktura rozgałęziona – struktura liniowa
- struktura ukierunkowana

Dzięki właściwością fizycznym i chemicznym tworzywa sztuczne mają szerokie zastosowanie w przemyśle. Są coraz częściej stosowane zamiast innych droższych materiałów, dzięki czemu nowoczesne produkty są tańsze, lżejsze i często mają lepsze własności wytrzymałościowe. Technologie tworzyw sztucznych podobnie jak technologie krzemowe stają się coraz bardziej skomplikowane, a co się z tym wiąże wydajniejsze. Mają coraz większy wpływ na rozwój cywilizacji . Znalazły szerokie zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym, elektronice, urządzeniach gospodarstwa domowego i innych. Materiały z tworzyw sztucznych są materiałami XXI wieku. Wypierają przedmioty i części wykonane z innych materiałów .

Tarcie i zużycie tworzyw sztucznych.

Posted in Uncategorized | Leave a comment

Rola promieni jonizujacych w przechowywaniu żywnosci

Promieniowanie jonizujące jest to krótkofalowe promieniowanie elektromagnetyczne
(promieniowanie rentgenowskie lub gamma) oraz każde promieniowanie składające się z cząstek jonizujących bezpośrednio lub pośrednio. Cząstki jonizujące bezpośrednio są to cząstki naładowane (elektron, proton), mające wystarczającą energię, aby wywołać jonizację atomu przez zderzenie. Cząstki jonizujące pośrednio są to cząstki nie naładowane (neutron, foton), które mogą wyzwolić w ośrodku cząstki jonizujące lub wywołać przemianę jądrową.
Roczny obrót w handlu międzynarodowym napromieniowaną żywnością , głównie przyprawami szacuje się na ok. 450 tys. ton, w Polsce – ok. 250 ton. Ponad 20 krajów stosuje na skalę przemysłową napromieniowanie żywności.
Kraje UE uzgodniły, iż najdalej do 2005 r. zrezygnują ze stosowania tlenku etylenu do wyjaławiania przypraw ze względu na jego kancerogenność.
W Instytucie Chemii i Techniki Jądrowej wybudowano Stację Radiacyjnego Utrwalania Płodów Rolnych we Włochach pod Warszawą. Stacja wyposażona jest w dwa urządzenia radiacyjne. Są to liniowe akceleratory elektronów “Pilot” i “Elektronika”.
Akcelerator Pilot o energii elektronów 8-10 MeV (megavolt) i średniej mocy wiązki 1 kW jest urządzeniem o małej mocy i przewidziany jest do prób modelowych z napromienianiem produktów w małej skali.
Akcelerator Elektronika posiada dużą moc. Pozwala uzyskać wiązkę elektronów o energii 10 MeV i o mocy średniej 10 kW. Parametry te pozwalają na prowadzenie procesu w skali komercyjnej. Promieniowanie jonizujące znalazło praktyczne zastosowanie w wielu krajach do utrwalania i higienizacji żywności. W 1976 r. Zespół Ekspertów ds. Napromieniowania Żywności (FAO) zarekomendował metodę radiacyjną do stosowania w praktyce przetwarzania żywności, a w 1980 r. ogłosił tzw. normę ogólną dla napromieniowanej żywności – standard światowy.
W UE produkty utrwalane radiacyjnie są etykietowane.

- W Polsce, podobnie jak w wielu krajach, ze względu na znaczny stopień zanieczyszczenia mikrobiologicznego najczęściej obróbce radiacyjnej poddawane są przyprawy, które przyjeżdżają na nasz rynek z krajów zamorskich.
Na zlecenie przemysłu rolno-spożywczego w stacji pod Warszawą poddaje się działaniu promieniowania elektronowego lubczyk, tymianek, kminek, cząber, seler, paprykę czerwoną i zieloną. By wyjałowić je z bakterii, zapobiec kiełkowaniu i aby wyeliminować starzenie się grzybów.
W Danii, Finlandii i Norwegii napromieniowywane są nie tylko przyprawy, ale też zioła i suszone owoce (które są często zanieczyszczone drobnoustrojami).
W krajach przodujących pod względem napromieniowania żywności na skalę przemysłową – w Holandii, Belgii, Francji, Izraelu, USA, Kanadzie, Japonii, ostatnio w Chinach – działaniu promieniowania poddawane są warzywa, owoce, dania mrożone, przyprawy i masy jajeczne.
Lista produktów, które mogą być poddane radiacji, obejmuje 40 pozycji i stale się powiększa. Należą do nich ponadto drób, krewetki i niektóre “owoce morza”, ryby, truskawki, owoce jagodowe, a także ziarno kakaowe, ryż i pszenica.
Nie we wszystkich krajach wolno napromieniać wszystkie te produkty. Najmniej wątpliwości co do napromieniania budzą zioła i przyprawy.
Zagrożenie skutkami promieniowania zależy od wartości dawki pochłoniętej. Miarą dawki pochłoniętej przez materię jest energia pochłonięta przez tę materię w procesie napromieniowania, w przeliczeniu na jednostkę masy. Jednostką dawki pochłoniętej jest Grej [Gy] (ilość promieniowania, która przekazuje jednemu kilogramowi materii energię 1 J ; 1 Gy=1J/1kg .
Na podstawie badań okazało się, że żywność utrwalana radiacyjnie nie jest toksyczna ani też radioaktywna, jednak podobnie jak i inne procesy utrwalające radiacja powoduje pewne zmiany chemiczne w żywności. Ich rodzaj i zasięg zależą od chemicznego składu produktu, dawki promieniowania, temperatury oraz dostępu światła i tlenu podczas napromieniania. Pod wpływem promieniowania jonizującego tworzą się między innymi wolne rodniki i zmniejsza się o 20-60% zawartość witamin A, B1,C i E. Trzeba jednak pamiętać, że podobne zmiany zachodzą w żywności pod wpływem termicznej obróbki lub długotrwałego jej przechowywania.

Zakres dawek dla różnych zastosowań napromieniowania produktów rolno – spożywczych

Cel napromieniowaniaDawka (Gy)Produkty
1. Hamowanie kiełkowania0,05 – 0,15Ziemniaki, cebula, czosnek
2. Zwalczanie szkodników i pasożytów (dezynsekcja)0,15 – 0,50Ziarno zbożowe, warzywa strączkowe, suszone owoce
3. Opóźnienie procesów fizjologicznych (np. dojrzewania)0,50 – 1,0Świeże warzywa i owoce
4. Przedłużenie okresu przechowywania1,0 – 3,0Świeże ryby, truskawki, pieczarki, itd.
5. Inaktywacja mikroorganizmów patogennych i powodujących psucie się żywności1,0 – 7,0Świeże i mrożone produkty morskie, świeży lub mrożony drób, mięso, pasze dla drobiu, itd
6. Obniżenie zawartości mikroorganizmów (wyjaławianie)2,0 – 10,0Przyprawy i zioła, preparaty białkowe i enzymatyczne, żelatyna, kazeina, glukoza, plazma krwi, guma arabska

Poza tym utrwalana radiacyjnie żywność może być napromieniana w trwałym opakowaniu, co skutecznie zapobiega jej wtórnemu skażeniu. Zastosowanie odpowiednich opakowań pozwala napromieniać żywność w różnych warunkach, między innymi w atmosferze beztlenowej, w próżni i niskiej temperaturze. Dobierając odpowiednio warunki w jakich dokonuje się proces napromieniania można np. zmniejszyć straty witaminn lub uniknąć niekorzystnych zmian smakowych w produktach o dużej zawartości tłuszczów. Do napromieniania żywności wykorzystuje się promieniowanie g, przyspieszone elektrony, a niekiedy promieniowanie X.
Najkrócej rzecz ujmując promieniowanie jest to wysyłanie i przekazywanie energii na odległość. Promieniowanie dzieli się na dwie zasadnicze grupy: jonizujące oraz niejonizujące. Do tej ostatniej możemy zaliczyć promieniowanie radiowe, mikrofalowe, podczerwone, a także światło widzialne. Promieniowanie jonizujące natomiast powstaje gdy od niestabilnego atomu odłączają się niektóre nukleony przy jednoczesnym wydzieleniu się energii. Nie każdy jednak pierwiastek jest zdolny do takiego rozpadu. Taką cechę posiadają jedynie izotopy, o nieodpowiedniej liczbie neutronów w jądrze.
Jednostki fizyczne charakteryzujące promieniowanie.
Jedną z cech substancji promieniotwórczej jest jej intensywność promieniowania zwana aktywnością promieniotwórczą. Aktywność materiału promieniotwórczego jest równa co do wartości liczbie jąder atomowych, które ulegają rozpadowi w czasie 1 sekundy. Jednostką aktywności jest bekerel [Bq]. (Wcześniej używaną jednostką był kiur Ci. Określano jego wartość przyjmując za wzorzec aktywność 1g radu, co odpowiada 3,7 * 1010 rozpadów promieniotwórczych w ciągu sekundy). Przykłady: 1 litr mleka- ok. 60 Bq, 1 gram radu-37 mld Bq, pięcioletnie dziecko-ok. 600 Bq, dorosły człowiek o wadze 70 kg-ok. 10 tys. Bq, 1 tona skały granitowej-ok. 7 mln Bq, 1 litr wody morskiej-ok. 12 Bq.
Zagrożenie skutkami promieniowania zależy od wartości dawki pochłoniętej. Miarą dawki pochłoniętej przez materię jest energia pochłonięta przez tę materię w procesie napromieniowania, w przeliczeniu na jednostkę masy. Jednostką dawki pochłoniętej jest Grej [Gy] (ilość promieniowania, która przekazuje jednemu kilogramowi materii energię 1 J ; 1 Gy=1J/1kg . Wcześniej używaną jednostką był rad rd. Odpowiada on 100 ergom (10-5 J) energii pochłoniętej przez 1g substancji ).
Biologiczne działanie promieniowania zależy nie tylko od energii pochłoniętej przez każdy kilogram ciała, ale też od rodzaju promieniowania (np. 1 Gy promieniowania a jest 20 razy bardziej niebezpieczny niż 1 Gy promieniowania b lub g). Dlatego też wprowadzono dawkę równoważną. Jej jednostką jest sievert [Sv]. W przypadku promieniowania b, g, X (rentgenowskiego) współczynnik do przeliczeń jest równy jedności. Czyli 1 Gy odpowiada praktycznie 1 Sv. W przypadku promieniowania a czy neutronowego współczynnik jest wyższy i wynosi 10 a nawet 25. Czyli w tym przypadku odpowiednikiem 1 Sv jest już 1/20 Gy.

Autor: Tomasz Przepióra (tomek.san@wp.pl)

Posted in Uncategorized | Leave a comment

Zjawiska świetlne nr 1

Jeśli jesteś miłośnikiem cudownego i zniewalającego, ale jakże nieuchwytnego zjawiska, jakim jest wyładowanie atmosferyczne, to Twoja wędrówka po przeciążonej informacjami sieci właśnie się skończyła…
Zapierające dech w piersiach błyskawice, złowrogie grzmoty , ulewne deszcze, gwałtowne szkwały a nawet “opady” zwierząt – ze wszystkimi tymi niezwykłymi zjawiskami przyrody możemy spotkać się w czasie burz. Powstają one w sytuacji, gdy w ciągu niespełna godziny wstępujący prąd ciepłego, wilgotnego powietrza zmienia niewielkie chmury kłębiaste (cumulusy) w ciężkie, gęste chmury burzowe (cumulonimbusy) wysokości 10-16 kilometrów i szerokości około 8 kilometrów. Z potężnymi prądami wstępującymi sąsiadują zstępujące prądy chłodniejszego powietrza, które razem tworzą w chmurze wyjątkowo silne zawirowania. Szybko wznoszące się powietrze porywa w górę duże krople wody, kryształki lodu i grad. Ich zderzenia wytwarzają potężne ładunki elektryczne, stanowiące “paliwo” gwałtownych błyskawic.
Nie do końca rozumiemy jeszcze ten proces, wiemy jednak, iż dodatnie ładunki elektryczne gromadzą się w górnej części chmury, a ujemne – w dolnej i środkowej części. Skutkiem tych zjawisk jest sięgająca milionów woltów różnica potencjałów między poszczególnymi poziomami w chmurze oraz między chmurą a ujemnie naładowaną Ziemią.

Piorun – wyładowanie elektr. w atmosferze ziemskiej zachodzące wewnątrz chmury burzowej, między chmurami lub między chmurą a powierzchnią ziemi. Do najczęściej występujących i najlepiej znanych należą wyładowania liniowe w postaci rozgałęzionej iskry o długości od kilku do kilkudziesięciu km. Wyładowanie jest widoczne w postaci błyskawicy spowodowanej wypromieniowaniem energii przez wzbudzone podczas wyładowania atomy, której towarzyszy przedłużony huk-grzmot, powstający przy rozprężaniu nagrzanych mas powietrza w otoczeniu kanału wyładowania; piorun liniowy sięgający ziemi stanowi zagrożenie dla ludzi i budynków oraz urządzeń naziemnych; jako ochronę przed uderzeniem pioruna stosuje się piorunochrony.
Rzadko występują: piorun kulisty (jaskrawo świecąca kula zjonizowanego gazu o średnicy kilkudziesięciu cm) piorun paciorkowaty, zw. też łańcuchowym (łańcuszek złożony z oddzielnych punktów świetlnych), których mechanizm nie jest dokładnie znany.
Na podstawie Encyklopedii PWN

Tajemnicę błyskawic rozwikłał amerykański uczony i polityk Benjamin Franklin (1706-1390), który udowodnił, iż jest to wyładowanie elektryczne. W lipcu 1752 roku wypuścił w kierunku chmury burzowej sporządzony z jedwabnych chusteczek latawiec. Do końca jego linki przymocował metalowy klucz, a gdy przybliżał do niego rękę, między nią a kluczem przeskakiwała iskra elektryczna. W roku 1909 szwedzki uczony Engelstad stracił życie próbując powtórzyć eksperyment Franklina.

Kiedy z przerażającym hukiem błyskawica dosięga ziemi, stapia wszystko, co tylko znajduje się obok. Temperatura w miejscu uderzenia sięga 30.000 stopni Celsjusza. Czy człowiek potrafi opanować tę moc?
Wyładowanie podczas burzy wyzwala moc zbliżoną do mocy… bomby atomowej. Jego niszczycielska siła, podobnie jak bomby, tkwi w ogromnym impecie energii wyzwolonej w bardzo krótkim czasie (ułamki sekund). Gdyby jednak tę energię “rozciągnąć” w czasie, nie wystarczyła by do zasilania żarówki małej mocy nawet przez miesiąc.
Gdy ciepłe powietrze wewnątrz chmury burzowej wznosi się, spada jego temperatura. Unoszona przez nie para wodna zamarza w kryształki lodu. Pod wpływem grawitacji lód spada, zderzając się z kropelkami wody z obłoku. Podobnie jak pocierany wełną bursztyn elektryzuje sie, tak i kryształki lodu uzyskują ładunek elektryczny. Jako najcięższe zbierają się w dolnej części chmury, wytwarzając sięgającą setki milionów woltów różnicę potencjałów pomiędzy chmurą a gruntem. Gdy różnica potencjałów, czyli napięcie, osiągnie dostatecznie wysoką wartość, powietrze znajdujące się poniżej obłoku – działające dotychczas jako izolator – zaczyna przewodzić prąd elektryczny i następuje wyładowanie. Jest ono “błyskawiczne” – trwa tysięczne części sekundy.

Ale jak to możliwe, że nie przewodzące prądu elektrycznego powietrze nagle staje się drogą dla pędzących ładunków elektrycznych? Powietrze jest mieszaniną kilku gazów. Najwięcej jest w nim azotu, na drugim miejscu znajduje się tlen (około 20%). Cząsteczki każdego z tych gazów zbudowane są z dwóch atomów. Z kolei w centrum każdego atomu leży dodatnio naładowane jądro. Wokół niego, utrzymywane na niewidzialnych smyczach, krążą elektrony. Tyle, ile wewnątrz jądra jest cząstek dodatnich – protonów, tyle też wokół niego musi krążyć ujemnych elektronów. Dopóki taki układ jest stabilny, dopóty powietrze jeszcze prądu nie przewodzi.
Jednak kiedy w okolicy pojawi się duża różnica potencjałów – np. naładowana elektrycznie chmura albo nawet elektrody łuku węglowego, porządek zaczyna się łamać. Zgodnie z regułami fizyki, w polu elektrycznym ujemne elektrony zaczynają się przesuwać się w kierunku źródła ładunków dodatnich, zaś dodatnio naładowane jądra wolą np. elektrodę, ziemię lub część chmury naładowaną ujemnie. Uwolnione z uścisków macierzystych atomów elektrony śmigają więc w swoją ulubioną stronę. Jeżeli po drodze pędzący elektron uderzy w inny atom, może z niego również wybić kolejne elektrony, niczym rozpędzona kula na bilardowym stole.
I to właśnie te swobodne elektrony są nośnikami prądu elektrycznego błyskawic. Obserwując burzę na zdjęciach w zwolnionym tempie prof. Schonland z uniwersytetu w Kapsztadzie zauważył, ze wyładowanie zaczyna się jako tzw. zstępujący przewodnik – prawie niewidoczna błyskawica schodząca zygzakiem w kierunku gruntu. Kiedy znajdzie się około 50 metrów nad ziemią, drugi, dużo jaśniejszy “przewodnik” wyrasta z gruntu, pędząc na spotkanie swojemu towarzyszowi. Gdy się połączą, powstaje pomost przewodzący prąd i powietrze rozdziera błysk pioruna przelatującego z prędkością 100 000 km/h. Natężenie płynącego prądu może sięgać dziesiątek tysięcy amperów. Błyskawica może także przebiec wewnątrz chmury, a nawet pomiędzy różnymi chmurami. Wyładowanie nie dociera wtedy do ziemi i jest określane mianem płaskiej błyskawicy.

W każdym momencie nad światem szaleje 1800 burz, między którymi istnieją związki powodujące że jeśli jedna burza cichnie to druga rodzi się w odległości 1500 km.
Co minutę razi Ziemię 6000 gromów, a każdego dnia co 1sek. w ziemię uderza do 100 piorunów. Każdy z nich może być wywołany różnicą potencjałów równą 100 mln V….
Średnia długość trwania burzy w Polsce to 2,5 godziny. W kilometr kwadratowy gruntu rocznie trafiają średnio 2 pioruny na rok. Kanał błyskawicy, o szerokości ołówka, zostaje ogrzany do temperatury 30.000°C w czasie niespełna tysiącznej części sekundy. Gwałtownie rozprężające się powietrze w tym kanale wytwarza falę uderzeniową, potężny odgłos grzmotu.
Rocznie w powierzchnię ziemi trafia miliard piorunów. Dziennie na świecie zostaje przez nie zabitych ok 20 osób, a 80 porażonych. W naszym klimacie jest przeważnie 14 do 36 dni burzowych w roku zależnie od regionu. Jeżeli błyskawica uderza w wilgotny przedmiot – na przykład drzewo czy ścianę – wówczas natychmiastowe wrzenie wilgoci powoduje tak gwałtowne rozszerzanie się pary, że wydaje się, iż przedmioty te eksplodują, jak gdyby uderzył w nie masywny pocisk lub piorun.

Błyskawice trafiają w miejsca o najmniejszym oporze elektrycznym, najczęściej w drzewa, wzgórza i wysokie budynki. Dlatego najgorszym miejscem schronienia przed burzą jest wysokie, odosobnione drzewo! Nie jest ono tak dobrym przewodnikiem elektryczności, jak ludzkie ciało, więc gdy błyskawica uderza w nie, może porazić chroniącą się pod nim osobę.
Na poważne niebezpieczeństwo narażeni są również ludzie pracujący lub uprawiający sporty pod gołym niebem. Trzymając w rękach metalowy przedmiot – kij golfowy, parasol, strzelbę czy grabie – zwiększają prawdopodobieństwo trafienia przez błyskawicę. Może ona spowodować straszliwe oparzenia, poważnie uszkodzić ważne organy, a nawet zatrzymać serce. Na szczęście ginie tylko co czwarty człowiek porażony gromem.

Czy wiesz jak należy się chronić przed porażeniem pioruna ?
·należy pozostać w domu ,nie wychodzić chyba że jest to naprawdę konieczne,
·trzymać się z daleka od otwartych okien, drzwi, kominków, piecy, umywalek, wentylatorów i innych urządzeń elektrycznych podłączonych do prądu,
·nie używać telefonu,
·nie używać przedmiotów takich jak wędki, kije golfowe,
·nie przenosić łatwopalnych materiałów w otwartych pojemnikach,
·nie przebywać w wodzie jak i w małych łódkach,
·zostać w samochodzie gdy jest się w trakcie podróży (samochody są jednymi z bezpieczniejszych miejsc do ukrycia się),
·poszukać schronienia w budynku, jaskini, kanionie,
·jeśli nie ma w pobliżu schronienia należy unikać wysokich obiektów w okolicy,
·kiedy czujesz ładunki elektryczne w powietrzu, gdy włosy stają ci dęba, przykucnij szybko na ziemę, ponieważ błyskawica może cię trafić.
·poszukaj obniżeń terenu (wąwóz, dolina). Trzymaj się z dala od obiektów metalowych, jak np. siatki, słupy i pozbądź się metalowych przedmiotów, jakie masz ze sobą. Natomiast osoby przebywające w większej grupie powinny się rozproszyć
·w żadnym wypadku nie kładź się na ziemi
·schroń się w samochodzie. W przypadku uderzenia pioruna prąd spłynie po karoserii, nie penetrując wnętrza
Najbezpieczniej jest pozostawać w czasie burzy w budynku lub w pojeździe. Kiedy na przykład błyskawica uderzy w samochód, prądy bezpiecznie płyną wokół siedzącego w nim człowieka przez metal karoserii, by spłynąć do ziemi przez mokre opony. W roku 1979 piorun zabił trzech pasażerów siedzących w otwartej skrzyni ciężarówki, podczas gdy trzy osoby znajdujące się we wnętrzu kabiny nie doznały żadnych obrażeń.

Zawirowane powietrze wewnątrz burzy unosi kropelki wody i kryształki lodu w górę, po czym opuszcza je w dół. Kiedy kryształki te na przemian opadają i unoszą się, mogą na nich narosnąć warstwy przejrzystego i matowego lodu: tak tworzy się grad. Na gradzinie wielkości pomarańczy naliczono 25 takich warstw. Kiedy stanie się ona zbyt ciężka, by wstępujący prąd mógł ją porwać w górę, opada jako śmiertelnie niebezpieczny pocisk. Od uderzeń takich pocisków zginęło wielu ludzi, zostało uszkodzonych wiele budynków i zniszczonych wiele pól uprawnych.
Czasami bardzo wielka gradzina tworzy się wokół niezwykłego jądra. Dwie takie gradziny spadły w Dubuque w stanie Iowa w roku 1882. Zawierały żaby, które jeszcze żyły, gdy lód stopniał. W wyjątkowo wielkiej gradzinie, która spadła w roku 1894 w Vicksburgu w stanie Mississipi, znajdował się żółw norowy o rozmiarach cegły. W angielskim mieście Bournemouth spadły w roku 1983 setki gradzin o średnicy 5-8 centymetrów, wewnątrz których znajdowały się kawałki węgla. Meteorolodzy drogą błyskotliwej dedukcji ustalili pozycję składu opałowego, z którego potężny prąd wstępujący porwał ów węgiel w niebo.
Gradziny miewają czasami wręcz kolosalne rozmiary. W roku 1973, w angielskim mieście Manchester, u stóp pewnego meteorologa wylądował po pojedynczej błyskawicy potężny lodowy pocisk. Zbudowany był z 51 warstw lodu na przemian czystego i zawierającego bąbelki. Wprawdzie gradzina pękła, ale jej fragmenty ważyły łącznie 1,5 – 2,0 kilogramy. Nie było w niej zanieczyszczeń, które mogłyby sugerować, iż powstała z wody wyrzuconej przez samolot. Wydaje się, że w jakiś nieznany sposób ten olbrzymi, lodowy meteoryt powstał za sprawą błyskawicy. Pogoda może nas zaskakiwać, a czasami naprawdę zadziwiać. Zdarza się, że z nieba spadają zwierzęta, często w znacznej odległości od miejsca, z którego mogą pochodzić. Takie wypadki coraz częściej przypisywane są burzom i zrodzonym w nich tornadom lub trąbom wodnym, których potęga i kapryśne zachowanie pozostaje nadal w znacznym stopniu tajemnicą.

DESZCZE ZWIERZĄT
Z nieba spadały już deszcze żab, ryb, krabów, węgorzy, kijanek, muszli, orzechów laskowych, ślimaków, dżdżownic, a nawet larw. Dla oszołomionych ludzi, na których głowy spadały, stanowiły zdumiewającą tajemnicę.
Uczeni próbujący wyjaśnić takie zjawiska coraz częściej przypisują je burzom. Burzowy prąd wstępujący o prędkości blisko 100 kilometrów na godzinę czy też straszliwe ssanie zrodzonego w burzy tornada lub trąby wodnej wytwarza czasami olbrzymią siłę unoszącą. Kiedy burza przechodzi nad płytkim stawem lub strumieniem. cała jego zawartość może zostać wessana do wnętrza chmury i przeniesiona na dużą odległość, po czym opada na ziemię.
Niektóre wydarzenia trudno jednak wytłumaczyć. Dzięki swej niezwykłości przechodzą do legendy. W XIV wieku kronikarze zanotowali trzydniowy opad ryb w pobliżu Cherson w Grecji. Ryb było tak wiele, że zablokowały drogi i ludzie nie mogli otworzyć drzwi od swych domów. Nic dziwnego, że jeszcze wiele tygodni później w mieście panowała specyficzna woń.
PIORUN KULISTY
Do najbardziej zatrważających doświadczeń, jakich może nam dostarczyć przyroda, należy bez wątpienia spotkanie ze zjawiskiem znanym jako piorun kulisty.
Ta ognista kula pojawia się bez żadnego wyraźnego powodu i często wędruje powoli dookoła pokoju lub nawet przechodzi przez szybę okienna – albo z chirurgiczna precyzja wypalając w niej otwór, albo, dziwna rzecz pozostawiając ja niekiedy nietknięta.
Istnieje wiele przekazów, świadków, którzy obserwowali pioruny kuliste, wiele faktów potwierdzanych jest przez różne osoby, a jednak są naukowcy, którzy odrzucają możliwość istnienia piorunów kulistych i uważają je za złudzenia optyczne.
Kula, która pojawiła się w 1968 roku w miejscowości Crail w Szkocji, posuwając się wzdłuż plaży wzbudziła popłoch wśród dzieci i psów, a także przeraziła świadka tego zdarzenia panią Kitty Cox. Kula ta zabłądziła do płazowej kawiarenki pani Evelyn Murdoch, uderzyła w pierś jej córkę Jean, rozbiła żeliwny piec, po czym opuściła lokal i sycząc znikła w morzu.
Pani Clara Greenlee z większym spokojem potraktowała ognista kule, która wtargnęła na werandę jej domku w Crystal River na Florydzie. Trzepnęła ja packa na muchy, po czym kula eksplodowała z głośnym hukiem, lecz nie spowodowała żadnych szkód.
Brytyjski profesor R.V.Jennison obserwował ognista kule o średnicy 20 centymetrów wędrująca przejściem, miedzy rzędami siedzeń w samolocie Eastern Airlines, który odbywał lot z Nowego Yorku do Waszyngtonu podczas gwałtownej burzy.

Relacje o piorunach kulistych pojawiły się już przed wiekami – Diana ce Poitriers została prawdopodobnie poparzona przez taki piorun w swa noc poślubna w roku 1557 a w ciągu czterech stuleci, jakie minęły od tego czasu, przedstawiono wiele setek opisów tego zjawiska. Próby wyjaśnienia go podejmowano tez conajmniej od stu lat. Ekscentryczny uczony Nikola Tesla w 1899 roku przeprowadzał eksperymenty na szczycie jednej z gór w Kolorado, starając się odtworzyć kule ogniste. ( Badania te zostały ostatnio jeszcze raz przeanalizowane. ) Od tego czasu wiele wybitnych uczonych próbowało swych sil, dążąc do rozwikłania owej tajemnicy.
Profesor James Tuck, jeden z konstruktorów bomby atomowej, wykorzystał zbędne baterie z lodzi podwodnych do realizacji w Los Alamos eksperymentu, wykraczającego poza zakres jego obowiązków. Profesorowi i jego współpracownikom udało się wysadzić w powietrze barak, w którym dokonywali prob. Jednakże udało się im także zarejestrować na taśmie filmowej kule ogniste, wytworzone za pomocą wymyślonego przez nich urządzenia generującego wielkie moce. Ponadto Tuck podjął próbę określenia charakterystycznych cech piorunów kulistych, SA to: niezwykle wysoka temperatura, barwa czerwona lub żółta, promień często równy 15 lub 20 centymetrom oraz wysyłanie syczącego dźwięku. Inne teorie, jakie pojawiły się w ostatnich latach, oparte były na takich pomysłach, jak istnienie meteorytów z antymaterii lub zwykle złudzenie optyczne.

Jednakże w 1990 roku dwoje uczonych z Ohio, K.L. Corum i J.F.Corum, przeanalizowało ponownie prace Tesli z 1899 roku, a także zapoznało się z badaniami, jakie w Związku Radzieckim przeprowadzał B.M. Smirnow. Profesor Tuck trzydzieści lat temu wysunął teorie, ze może tu wchodzić w grę pewien rodzaj magazynowania energii chemicznej a rosyjscy uczeni zgodzili się z tym. Od 1988 roku Corumowie zaczęli wytwarzać małe pioruny kuliste ” na zamówienie “, stosując prąd o wysokim napięciu i częstotliwości radiowej. Fotografowali je i zarejestrowali na filmie video. Ponadto wykazali oni, ze fotografie wykonane przez Tesle przed dziewięćdziesięciu laty także zdają się przedstawiać małe pioruny kuliste.

Piorun kulisty o swej wizycie nie uprzedza. Czasami można go spotkać w domu, czasami nad brzegami

Posted in Uncategorized | Leave a comment

Pomiar prędkości światła

Prędkość światła jest to prędkość rozchodzenia się fal elektromagnetycznych. Prędkość światła w próżni w swobodnej przestrzeni jest jedną z podstawowych stałych fizycznych. Na podstawie obecnych danych prędkość światła C=299792,5 +/-0,4 km/s. Znaczenie prędkości światła jako stałej fizycznej jest związane z jej niezmienniczością przy zmianie układu odniesienia. Prędkość światła w próżni stanowi maksymalną prędkość rozprzestrzeniania się oddziaływań fizycznych. Prędkość światła w ośrodku zależy od częstotliwości (dyspersja światła). W tym wypadku należy rozróżniać prędkość fazową v=c/n, gdzie n to współczynnik załamania, i prędkość grupową wyrażającą prędkość rozprzestrzeniania się energii w fali quasi-monochromatycznej.
Metody pomiaru prędkości światła:

Metody pomiaru prędkości światła dzielą się na bezpośrednie i pośrednie.
Już rzymski poeta i filozof Lukrecjusz przekonywał w I wieku p.n.e., że światło biegnie z ogromna prędkością.
Po raz pierwszy prędkość światła próbował zmierzyć włoski fizyk Galileo Galilei, zwany dziś Galileuszem, na początku XVII wieku. Wybrał się mianowicie nocą za miasto ze swym pomocnikiem i dwoma latarniami. Sam stanął z jedną na jednym wzgórzu, zaś jego pomocnik, z drugą latarnią, wspiął się na inne wzgórze. Po zasłonięciu obu latarni Galileusz odsłonił swoją. Na ten sygnał jego pomocnik miał również odsłonić swoją latarnie. Gdyby światło biegło ze skończoną prędkością – rozumował Galileusz – to zanim dobiegłoby od jego latarni do pomocnika, a następnie, po odsłonięciu jego latarni, od jego latarni do niego, musiałby upłynąć pewien okres czasu. Niestety, za każdym razem Galileusz dostrzegał błysk latarni pomocnika równocześnie z odsłonięciem swojej latarni. Stąd wypływa wniosek, że: albo światło biegnie nieskończenie szybko, albo jego prędkość jest skończona, ale tak wielka, ze metoda zastosowana przez Galileusza jest za mało dokładna. Od czasu Galileusza wyznaczanie wartości prędkości światła było podmiotem prac wielu fizyków.
Sprawę rozstrzygnął już w 1676 roku duński astronom Olaf Romer, opierając się na swych obserwacjach zaćmień księżyców Jowisza. Planeta Jowisz, największa planeta Układu Słonecznego, ma 12 księżyców. Cztery największe spośród nich: Io, Europę, Ganimedesa i Callisto odkrył w 1610 roku Galileusz. Obiegają one planetę na płaszczyźnie bardzo bliskiej płaszczyzny Jowisza w jego ruchu dookoła Słońca. Wskutek tego podczas każdego obiegu dookoła planety księżyce wchodzą w cień Jowisza, ulęgając tym samym regularnym zaćmieniom. Romer zauważył, że obserwowane z Ziemi odstępy czasu miedzy dwoma kolejnymi zaćmieniami maleją, gdy Ziemia w swym ruchu po orbicie zbliża się do Jowisza, rosną natomiast, gdy Ziemia się oddala. Zaćmienia możemy uważać za sygnały świetlne wysyłane w różnych odstępach czasu, a więc – jako wskazania swego rodzaju zegara. I oto z Ziemi stwierdzamy, że zegar ten chodzi nie regularnie: śpieszy się, gdy Ziemia się do niego zbliża, opóźnia natomiast, gdy Ziemia się od niego oddala. W sytuacji, gdy Ziemia zbliża się prawie wzdłuż linii prostej łączącej ją z Jowiszem obserwowane z Ziemi przyśpieszenie naszego „zegara” wynosi niespełna 2 sekundy dla Io i prawie 15 sekund dla Callisto. Gdy Ziemia oddala się, tyleż wynoszą opóźnienia naszego zegara. Są to wartości maksymalne, bowiem w sytuacjach pośrednich, gdy Ziemia biegnie ukośnie względem prostej łączącej ją z Jowiszem, różnice są mniejsze. Obserwując nasz zegar w ciągu całego roku zarejestrować można globalne skutki tych efektów. Na podstawie pierwszych wielomiesięcznych obserwacji Romer oszacował w ten sposób sumaryczne opóźnienie na około 22 min. Tyleż powinno wynosić sumaryczne przyspieszenie. Z tego wynika, że: gdyby światło biegło z nieskończenie wielką prędkością, to żadnych opóźnień, ani przyśpieszeń byśmy nie stwierdzili. Skoro, bowiem regularnie wysyłane sygnały docierają do nas raz nieco za późno, raz nieco za wcześnie, wobec tego muszą one stracić nieco czasu, by nas dogonić. Zatem sygnały biegną ze skończoną prędkością. Jakościowo problem został rozstrzygnięty: światło biegnie ze skończona prędkością. Można to obliczyć: Trzeba dokładnie znać ów czas opóźnienia, ( który Romer oszacował na ok. 22 min., czyli 1320 s.) i Średnicę orbity Ziemi w jej ruchu wokół Słońca. Na podstawie współczesnych pomiarów wiemy, że ów czas opóźnienia wynosi ok. 1000 s, a średnia odległość Ziemi od Słońca ok. 150 milionów kilometrów.
Wykorzystując te dane dochodzimy do wniosku, że prędkość światła wynosi:
C= 3.02*108 m/s.
Metoda Romera pomiaru prędkości światła ma swe zalety, ale też i wady. Zaletą jest jej prostota. Do wad należy zaliczyć natomiast żmudną procedurę obserwacji, która wymaga wielkiej systematyczności, oraz konieczność znajomości rozmiarów orbity Ziemi, co wymaga przeprowadzenia odrębnych pomiarów. Nie znając dokładnej średnicy orbity Ziemi możemy na podstawie obserwacji zaćmień księżyców Jowisza dojść jedynie do wniosku, że prędkość światła jest skończona, choć niesłychanie wielka. Po raz pierwszy prędkość światła (w powietrzu) w warunkach całkowicie ziemskich zmierzył w 1849 roku francuski fizyk Armand, H.L. Fizeau, stosując własną i bardzo dowcipną metodę wirującego koła zębatego. Światło ze źródła biegnie ku płytce pół-odbijającej (i jednocześnie pół-przezroczystej), po czym odbija się od płytki (częściowo, bo część światła przechodzi przez płytkę). Płytką częściowo odbijającą, a częściowo przepuszczając jest na przykład szyba okienna.
Po odbiciu się od płytki wiązka biegnie dalej, przechodząc przez obszar, gdzie obracające się koło zębate tworzy swego rodzaju bramę dla światła, otwierającą się i zamykającą na przemian. Jeśli wiązka przejdzie między zębami, pobiegnie dalej ku zwierciadłu. Po odbiciu się od niego zawróci. I teraz, jeśli światło musiało przebyć długą drogę, a jednocześnie koło wystarczająco szybko się obracało, to wracająca wiązka trafi już na bramę zamkniętą. W tej sytuacji obserwator nic nie zobaczy. Ale jeśli wiązka zdąży wrócić, zanim brama się zamknie, to znowu część jej odbije się od płytki, część natomiast przejdzie na wylot, ku obserwatorowi.
Należy, więc odpowiednio ustawić wszystko, po czym zakręcić koło. Z początku, kiedy koło kręci się wolno, wiązka za każdym razem zdąży powrócić do obserwatora. Zwiększając szybkość ruchu obrotowego koła uzyskamy wreszcie, przy dostatecznie wielkiej szybkości obrotów koła, pierwsze zaciemnienie pola widzenia. Oznaczać to będzie, że wiązka już nie zdążyła z powrotem przed zamknięciem bramy. Mierząc odległość między kołem, a zwierciadłem odbijającym (światło przebywa drogę dwa razy większą-tam i z powrotem), oraz liczbę zębów na obwodzie koła, oraz mierząc szybkość ruchu obrotowego koła, możemy wyznaczyć prędkość światła. W układzie Fizeau odległość między kołem zębatym a zwierciadłem zawracającym wynosiła 8 630 m, koło miało na obwodzie 720 zębów (wszystkie zęby miały jednakową szerokość, równą szerokości przerw między nimi). Pierwsze zaciemnienie pola widzenia zaobserwował, gdy koło wykonywało 12,6 obrotu na sekundę. Obliczona z tych danych prędkość światła (w powietrzu) wyniosła:
C=315000 km/s.
W 1862 roku J. Foucault opracował metodę, w której zastosował wirujące zwierciadło, co pozwoliło na zmniejszenie odległości między zwierciadłem płaskim, a kołem do kilku metrów. Odległość ta w metodzie Fizeau wynosiła 8630 m. To udoskonalenie pozwoliło na pomiar prędkości światła nie tylko w powietrzu, ale również w innych ośrodkach materialnych, na przykład przeźroczystych cieczach, jak również i w próżni. Michelson w 1924 roku prędkość światła zmierzył dzięki: L=(35410 +/- 3)m. Wytworzone za pomocą łuku elektrycznego światło biegło pomiędzy dwoma szczytami, Mt. Wilson i Mt. San Antonio w Kalifornii, pokonując odległość 2L. Padając na wirujący układ zwierciadeł, odbijało się od zwierciadła 1, przebywało drogę 2L i po odbiciu od zwierciadła 2, które w tym czasie znalazło się w miejscu zwierciadła 3, docierało do obserwatora. Znając częstotliwość, z jaką wirował układ zwierciadeł oraz drogę L można było z dużą dokładnością wyznaczyć prędkość światła. Wyniosła ona
C= (299796 +/- 0,4) km/s · Najdokładniejszy wynik pomiaru prędkości światła w próżni (C = 2,99792 • 108 m/s) otrzymał w 1956 roku szwedzki fizyk Edge za pomocą urządzenia, zwanego geodymetrem. We współczesnych metodach bezpośredniego pomiaru prędkości światła zachowana jest zasada klasycznej metody Fizeau, lecz światło moduluje się komórką Kerra, a odbiornikiem promieniowania nie jest oko, lecz foto-komórka lub fotopowielacz. Rysunek przedstawia podstawowy schemat układu tego typu. Światło ze źródła I przechodzi przez komórkę Kerra K, a następnie przebiega dość znaczną odległość do zwierciadła S. Odbity sygnał rejestrowany jest przez fotokomórkę Φ, której czułość moduluje się generatorem w czasie zasilającym także komórkę Kerra. Fotoprąd, mierzony przyrządem A, zależy od różnicy faz modulacji światła i modulacji czułości przyrządu. Przy zmianie odległości do zwierciadła S można obserwować maksimum lub minimum fotoprądu w zależności od tego, czy maksimum światła jest zgodne z maksimum lub minimum czułości. Jeśli znana jest częstotliwość modulacji i odległość (do zwierciadła), to można znaleźć prędkość światła. Na odwrót, jeżeli prędkość światła uważa się za znaną, to przyrząd taki stosuje się w geodezji do dokładnego pomiaru odległości. Do pośrednich metod pomiaru prędkości światła zalicza się: pomiar abberacji światła, wyznaczenie wartości stosunku jednostek elektrycznych do magnetycznych, a także wyliczenia prędkości światła na podstawie pomiarów częstotliwości i długości fali. Ostatni sposób jest najdokładniejszy. Polega on na wyznaczeniu rezonansu fal centymetrowych w rezonatorze wnękowym o dokładnie znanych rozmiarach lub na pomiarze długości fali interferometrem mikrofalowym, analogicznym do optycznego interferometru Michelsona.

Posted in Uncategorized | Leave a comment

Ognista kula, zjawisko świetlne

schwytać piorun kulisty ???
by Krystyna Forowicz
Od ćwierć wieku fizycy w różnych krajach badają to rzadkie zjawisko przyrodnicze. Od wielu lat zbierają opisy świadków, którzy na własne oczy widzieli pojawienia się kuli ognistej. Naukowcy budują modele matematyczne każdego opisu pioruna kulistego i za pomocą komputera odtwarzają jego wygląd.
Prof. Zdobysław Lisowski z Politechniki Warszawskiej, specjalista od ochrony odgromowej o piorunach wie wszystko, ale jak się wyraził “lekceważy piorun kulisty ” . Przyznał jednak, iż także polscy badacze zgłębiają w laboratoriach naturę pioruna kulistego. Można to robić na różne sposoby. Najczęściej wykonuje się sztuczny ulot z linii elektroenergetycznej w laboratorium, i fotografuje to, co powstaje. Nie udało się jak dotąd odtworzyć pioruna kulistego w laboratorium. W przyrodzie o ile zwykły piorun nie żyje dłużej niż ok. 1 sek., kulisty trwa kilkanaście sekund, a nawet kilka minut. Niektórzy fizycy uważają pioruny kuliste duże i małe, za oderwane części kanału pioruna liniowego. Czasem piorun liniowy, ten który najczęściej towarzyszy burzom, składa się z odcinków jasnych poprzedzielanych ciemnymi. Nosi wtedy nazwę perełkowego lub paciorkowego, dzięki pewnemu podobieństwu do naszyjników.
- Pioruny się bada, bo są dla nas zagrożeniem – mówi prof. Zdobysław Lisowski. W ciągu minuty uderza gdzieś na świecie ok. 2 tysięcy piorunów. Rocznie trafia ich miliard w całą kulę ziemską. 20 osób zostaje zabitych dziennie, a 80 porażonych. Historia badań piorunowych ma kartę bardzo dramatyczną.
Pioruny – to iskry elektryczne wywołane napięciem rzędu setek milionów woltów. Wysokie napięcie między chmurami a ziemią powstaje samoczynnie bez udziału człowieka.
MA KSZTAŁT KULI LUB GRUSZY
W 1753 r. piorun kulisty zabił fizyka G. Richmana, współpracownika wybitnego rosyjskiego uczonego M. Łomonosowa. Do wypadku doszło w czasie burzy przy badaniu wyładowań wybiegających z przechodzącego przez dach długiego, pionowego, izolowanego pręta metalowego. Piorun kulisty, który przeskoczył z pręta na badacza i spowodował jego śmierć, jest pierwszym naukowo opisanym piorunem tego rodzaju. Prof. Janusz Lech Jakubowski w swej książce “Piorun ujarzmiony” przytacza relację Łomonosowa podaną na podstawie zeznań świadków. “… gdy prof. Richman, stojąc w odległości stopy od żelaznego pręta, patrzył na wskaźnik elektryczny, nagle z pręta bez dotknięcia wyskoczył w kierunku profesora bladobłękitny kłąb ognisty, wielkości pięści. Profesor w tej chwili, bez wydania głosu, upadł w tył na stojący za nim kufer… Jednocześnie rozległ się huk, jakby wystrzał z małego działa”.
Mimo to przez wiele lat wielu poważnych uczonych powątpiewało o istnieniu pioruna kulistego, uważając opisy przygodnych świadków za złudzenia wywołane przestrachem. Dziś nie ma wątpliwości co do realności tego zjawiska.
Z różnych opisów naocznych świadków wiadomo było, iż piorun kulisty ma kształt kuli lub gruszy. Może swobodnie poruszać się w powietrzu lub tkwić nieruchomo na jakimś przedmiocie albo poruszać się po nim. Na ogół jest barwy czerwonej z niebieską aureolą. Osiadły ma postać oślepiająco białych lub niebieskich kul. Ich średnica wynosi ok. 10-12 cm. Późniejsze badania nieco zweryfikowały ten opis.
Prof. Jakubowski podaje: piorun swobodny jest skupieniem ładunku elektrycznego pod wysokim napięciem, ale o małej gęstości: dlatego jest niezbyt niebezpieczny dla życia i otoczenia. Piorun osiadły natomiast ma większą gęstość i może spowodować rozgrzanie albo spalenie powierzchni przedmiotów, na których osiadł.
Średnica wynosiła 13 metrów
Zachowanie się pioruna kulistego jest niezwykle różnorodne. Potrafi wpaść przez komin, a wylecieć przez okno, i na odwrót, krążyć po mieszkaniu, zabić ludzi, rozbić mur, wreszcie pęknąć z hukiem i rozsypać się na deszcz iskier.
Naukowcom udało się kilka razy sfotografować piorun kulisty z dużej odległości. Wartość naukową ma jednak tylko zdjęcie amerykańskiego badacza J.C. Jensena dokonane z całą dokładnością naukową. Piorun ten – jak podaje prof. Jakubowski (za Jensenem) był barwy różowej i przypominał gigantyczny fajerwerk. Zdjęcie udało się zrobić przypadkowo w czasie badań burzowych i zostało dokonane jednocześnie dwoma aparatami fotograficznymi. Piorun – pod postacią kilku kul – zbliżył się do linii elektrycznej, można było zatem określić jego odległość, a z wielkości fotografii i odległości – średnicę. I tutaj okazała się niespodzianka – średnica pioruna wynosiła 13 metrów, a nie jak w opisach naocznych świadków, gdzie kula dochodziła tylko do wielkości głowy ludzkiej.
Występowanie piorunów kulistych o średnicy wielu metrów nasunęło swego czasu niektórym badaczom myśl o tzw. latających talerzach które rzekomo często zjawiają się w Ameryce Północnej.
SKORO JEST TO PLAZMA
Przez wiele lat badaniami piorunów kulistych zajmowali się tylko amatorzy. Wiadomo było, iż wysyła on fale elektromagnetyczne, może porazić prądem elektrycznym, może zniknąć w uziemionych przewodach elektrycznych. Nie znano jednak jego właściwości – barwy, wymiarów, czasu istnienia. Dziś wydaje się jedna słuszna hipoteza odnośnie budowy pioruna kulistego – jest to dość trwała plazma, która powstaje z powodów, których jeszcze, niestety, naukowcy nie znają…
Skoro jest to plazma, a czas jej życia sięga kilku minut, to czyż nie jest to droga do najtańszego powszechnego źródła energii – zwrócili na ten fakt uwagę fizycy zajmujący się wyładowaniami gazowymi z Akademii Nauk w Moskwie. Na razie są to tylko dywagacje, domysły i przypuszczenia. Ale w urządzeniach doświadczalnych, nawet najnowocześniejszych, można utrzymać plazmę najwyżej tysiączne ułamki sekundy. Być może wyjaśnienie natury pioruna kulistego przyczyni się do rozwiązania tego ważnego problemu technicznego. Takie doświadczenia się prowadzi. Próbuje się otrzymać piorun kulisty sztucznie w laboratoriach. Czasem się to udaje, lecz niestety przypadkowo.
Jeśli fizykom uda się odkryć prawa rządzące powstawaniem i zachowaniem się pioruna kulistego, to wówczas zostanie on ujarzmiony. Zapewne to nastąpi. Ale na razie największe prawdopodobieństwo spotkania się z czerwoną kulą istnieje podczas burzy.
cdn…
Tęcza – pierwsze naukowe wyjaśnienie powstawania tęczy było dziełem Arystotelesa. Zakładało ono, że zjawisko to jest powodowane załamaniem się promieni świetlnych na kroplach deszczu. Jednak w r. 1253 Robert Grosseteste prowadzący badania w Oxfordzie wykazał, że Arystotelesowskie wyjaśnienie jest niewystarczające. Tłumaczyło ono sferyczną formę tęczy, ale nie jej kolor. Eksperymenty Grossetesta z wypełnionymi wodą szklanymi sferami pokazywały, jak promienie Słońca rozszczepiały się na kropli wody i jak towarzyszył temu zanik białego światła na rzecz kolorowych warstw. Doświadczenie kontynuował franciszkanin Roger Bacon (ok. 1292), który studiował formowanie się obrazów oglądanych przez naczynia z wodą, co odpowiadało działaniu soczewki. Pod koniec stulecia prace te zaowocowały poprawną jakościowo teorią wyjaśniającą tęczę, opracowaną przez niemieckiego dominikanina Dietricha z Fryburga. Tęcza powstaje przez rozszczepienie światła białego i odbicie go wewnątrz kropel deszczu. Łuk pierwszy to wynik jednokrotnego, a drugi dwukrotnego odbicia rozszczepionego światła wewnątrz kropli (stąd odwrócona kolejność barw i mniejsze natężenie światła). Zazwyczaj widoczny jest jedynie pierwszy łuk o promieniu zewnętrznym 42,5 stopnia, ułożony symetrycznie wokół przedłużenia prostej łączącej obserwatora ze Słońcem (barwa czerwona na zewnątrz, fioletowa wewnątrz). Drugi łuk ma promień zewnętrzny 54 stopnie i odwróconą kolejność barw.

Tęcza w poezji:
Maria Konopnicka (prawdopodobnie)
TĘCZA
A kto Ciebie śliczna Tęczo, siedmiobarwny pasie Namalował na tej chmurce jakby na atłasie? Słoneczko mnie malowało po deszczu, po burzy Pożyczyło sobie farby od tej polnej róży. Pożyczyło sobie farby od kwiatów z ogroda, Malowało Tęczę na znak, że będzie pogoda.
Galeria:

Światło zorzy polarnej bez wątpienia należy do najwspanialszych widowisk w przyrodzie dostępnych ludzkim oczom. Ciemność nocy polarnej rozdzierają drżące łuki i wstęgi fioletu oraz błękitu, niebo przecinają jasne, zielone promienie z błyszczącymi czerwonymi końcówkami. Wspaniałe białe draperie o fantastycznej wewnętrznej strukturze zmieniają swe kształty i łączą się wielokrotnie w ciągu minuty. W tym samym czasie pasma pulsującego światła tworzą widok dający się porównać jedynie ze wspaniałym zachodem Słońca, lecz pozostający w nieustannym ruchu.
Aczkolwiek mechanizmy powodujące zorzę są dość dobrze i przekonywająco wyjaśnione, to jednak pozostawała ona naukową zagadką przez wiele stuleci, a jej istnienie do dziś otoczone jest fascynującą mgiełką tajemniczości. W przeciwieństwie do tęczy, której usytuowanie pozornie zmienia się w zależności od pozycji obserwatora, zorza polarna zawsze umiejscowiona jest w określonych miejscach w górnych warstwach atmosfery. Ma ona postać podobnych do płomieni łuków czy promieni. jednakże jej zadziwiający, nieziemski blask nie jest poświatą jakiegoś płomienia, lecz przypomina raczej światło wytwarzane przez wyładowania elektryczne w lampie neonowej.
Zorze polarne – północna i południowa – najczęściej pojawiają się w dwóch pasach otaczających odpowiednio Biegun Północny i Biegun Południowy, w tak zwanych “strefach zorzowych”. Zwykle rozciągają się z zachodu na wschód. Fakt, iż są niemal prostopadłe do kierunku wskazywanego przez igłę kompasową, każe przypuszczać, że mogą mieć coś wspólnego z polem magnetycznym Ziemi.
Arktyczne niebo, zwłaszcza w północnej Kanadzie, północnej Norwegii i na Szpicbergenie, stanowi znakomite tło dla najwspanialszych widowisk, gdyż jest ciemniejsze i czystsze niż niebo nad gęsto zaludnionymi obszarami Europy. Najlepszym okresem do obserwacji zorzy polarnej północnej jest luty, gdy nad północnymi regionami polarnymi przez całe tygodnie nieprzerwanie zalegają układy wysokiego ciśnienia barometrycznego.
W tym okresie zorze można obserwować niemal podczas każdej nocy, gdy niebo jest czyste, chociaż w świetle Księżyca bywają one mniej wyraźne. Najjaśniejsze gwiazdy mogą być widoczne podczas trwania zorzy, ale jej blask jest dostatecznie silny, by móc przy nim czytać.
Zorza pojawia się zwykle jako długa, pofalowana wstęga lub kurtyna, aczkolwiek czasami wygląda niczym rozmyta, bezkształtna, lecz świecąca masa. Jeżeli widoczna jest niemal nad głową, to patrząc na jej dolną krawędź odnosi się wrażenie, iż jest niezwykle cienka i wysoka; czasami rozciąga się w górę na wysokość 650-800 kilometrów, choć niektóre zorze mają wysokość zaledwie 30-50 kilometrów.
Najwyższe zorze występują zwykle w tych warstwach atmosfery, które są oświetlane promieniami słonecznymi, nawet jeżeli dla obserwatora na powierzchni Ziemi Słońce znajduje się pod widnokręgiem. Z powodu krzywizny naszego globu zorze takie, widziane w pobliżu widnokręgu, wydają się niskie. W rzeczywistości sięgają jednak wysoko w niebo, tyle że oddalone są o setki kilometrów.
Poszczególne zorze mogą wyglądać tak, jakby składały się z przypadkowo następujących po sobie pięknych i delikatnie zabarwionych form, lecz typowy spektakl zorzy – zazwyczaj związany z burzami magnetycznymi – odbywa się na ogół według pewnego scenariusza, w którym można rozróżnić pięć stadiów.
Pierwszą zapowiedzią rozpoczęcia się zorzy jest zwykle pojawienie się w północnej części nieba, wkrótce po zachodzie Słońca, łuku zielonego światła (zwanego “cichym łukiem”). Tworzą go pionowe warstwy lub kurtyny świetlne o grubości zaledwie kilkuset metrów, które biegną wzdłuż linii o tej samej szerokości geomagnetycznej. Może się rozciągać na przestrzeni setek, a nawet tysięcy kilometrów i zwykle utrzymuje się bez większych zmian mniej więcej przez godzinę
Jeżeli zaburzenie magnetyczne zanika, ginie również łuk; jeżeli jednak jego intensywność wzrasta, wówczas następuje stadium wzmożonej aktywności. Dolna krawędź łuku staje się wtedy ostrzejsza i gwałtownie jaśnieje, przybierając barwę błękitnawą i przesuwając się szybko na południe. W tym samym czasie łuk rozpada się na równoległe promienie lub wiązki promieni, rozciągając się w górę ku zenitowi. Zwykle przesuwają się one na zachód wzdłuż linii łuku.
Dalszy wzrost intensywności zorzy stanowi oznakę, że zbliża się trzecie stadium. Jest to korona zorzy polarnej, czyli najbardziej widowiskowa – choć krótkotrwała – część całego spektaklu. Kurtyna świetlna znajduje się wówczas niemal ponad obserwatorem i patrząc w nią można dostrzec okrągłe, przypominające koronę obiekty, z promieniami i pasmami zbiegającymi się w jeden punkt. Czasami korona łączy się, tworząc na niebie łuk lub obraz świetlnej flagi; bywa też, że pulsuje gwałtownie i emituje tysiące promieni przypominających strugi deszczu lub spadające strzały.
Po zaniknięciu korony następuje okres gwałtownej aktywności zorzy, zwany na Wyspach Szetlandzkich, na północ od Szkocji, “Mewy Dancers” (Weseli tancerze). Widowisko składa się w tym stadium z wstęg lub pasów świetlnych, które w pulsującym rytmie zanikają i pojawiają się znowu. Czasami towarzyszą temu rozbłyski w kształcie płomieni – najbardziej fascynujące zjawisko zorzy polarnej.
Fakt, iż zorza polarna jest związana z polem magnetycznym Ziemi, nie wyjaśnia jeszcze przyczyn jej powstawania. Podziwiający jej jasne, pulsujące barwy grecki filozof Arystoteles stwierdził, że powietrze zmienia się w płynny ogień. Od wielu jednak lat wiadomo już, że zorze polarne wytwarzane są przez cząsteczki emitowane przez Słońce. Poruszają się one z tak olbrzymią prędkością, iż są zdolne przeniknąć głęboko w górne warstwy atmosfery ziemskiej, do jonosfery. Inwazja tych szybko poruszających się cząsteczek pobudza drobiny powietrza, które zaczynają wydzielać światło i w ten sposób powstaje zorza polarna. Rozmaite jej postacie są wytwarzane przez różnego rodzaju cząsteczki.
Jasne zorze, rozciągające się na całym niebie i przechodzące przez wszystkie stadia rozwoju, wywoływane są przez rozwijające się na aktywnych obszarach powierzchni Słońca rozbłyski słoneczne. Dlatego ich natężenie zmienia się wraz z cyklem pojawiania się plam na Słońcu – najczęstsze i najwspanialsze zorze pojawiają się w dwa lub trzy lata po okresie największej aktywności plam słonecznych.
Wielu problemów związanych z zorzami polarnymi nie zdołano jeszcze objaśnić teoretycznie. Powodów niezliczonych zmian delikatnie zabarwionych kształtów oraz finezyjnej struktury polarnego widowiska można się jedynie domyślać. Współczesna nauka nie potrafi również wyjaśnić wielokrotnie stwierdzonego, zadziwiającego zjawiska: pojawiania się zórz między obserwatorami a odległymi górami.
Zorze nabrały istotnego znaczenia praktycznego w latach dwudziestych naszego wieku, gdy po raz pierwszy wykorzystano odbicie fal radiowych od jonosfery w celu zwiększenia zasięgu komunikacji radiowej. Stwierdzono wówczas, że zorze pochłaniają niektóre sygnały radiowe i powodują niekorzystne odbicia innych. Jednakże dzisiaj sygnały radiowe są transmitowane z krążących na wysokich orbitach satelitów; przechodzą zatem prostopadle przez jonosferę i w znacznie mniejszym stopniu ulegają zaburzeniom.
Wiele pytań dotyczących zórz polarnych do dziś pozostaje jednak bez odpowiedzi. Na przykład zorzy często towarzyszą krótkotrwałe pola elektryczne w górnych warstwach atmosfery, które indukują prądy na powierzchni Ziemi. Prądy te zaburzają pracę dalekopisów i telefonów, wykorzystujących długie linie komunikacyjne, a także powodują błędne odczyty aparatury używanej do poszukiwań ropy naftowej lub minerałów. Silne prądy mogą nawet uruchomić wyłączniki awaryjne, powodując przerwy w dostawie prądu, jak to się wydarzyło w marcu 1968 roku w Quebec, w Kanadzie.
Jeszcze dziwniejsze jest to, że podczas gwałtownych seansów zorzy polarnej wiele ludzi skarży się na występowanie trzaskających lub szeleszczących dźwięków. Hałasy te nie są powodowane falami generowanymi przez zorzę polarną, lecz mogą być wytwarzane na poziomie ziemi w efekcie jeszcze nie odkrytych zjawisk elektrycznych lub magnetycznych towarzyszących seansom. Zorza polarna zazdrośnie strzeże swych tajemnic.
Wiadomości o cząsteczkach opuszczających Słońce i docierających do atmosfery ziemskiej są dość wiarygodne. Problemem jednak jest to, dlaczego i jak docierają do Ziemi tylko w określonych szerokościach. Obecnie tłumaczy się to za pomocą teoretycznego “modelu równowagowego”. Magnetosfera (część ziemskiego pola magnetycznego, która rozciąga się w kosmos) działa niczym gigantyczny oscyloskop, skupiający słoneczne cząsteczki w promienie, które są kierowane do regionów okołobiegunowych. Magnetosfera jest zniekształcona przez wiatr słoneczny, czyli złożoną z elektrycznie naładowanych cząstek atomowych – elektronów, protonów i jonów – plazmę. Większość tych cząsteczek jest odchylana przez zewnętrzne granice magnetosfery. Niektóre wnikają jednak do niej przez znajdujące się po ,,dziennej” – skierowanej ku Słońcu – stronie szczeliny w pasach Van Allena. Łatwo docierają one do górnych warstw atmosfery, wywołując równocześnie zorzę polarną północną i południową. Podczas ,.dziennych” godzin w okresie nocy polarnej cząsteczki te powodują czerwone zorze polarne. Część plazmy zostaje uwięziona w magnetosferze i odkształca ją, aż niektóre linie jej pola sił załamują się. Wyrzucają wówczas słoneczne protony i elektrony do jonosfery, około 100 kilometrów ponad powierzchnią Ziemi. Protony te reagują z cząsteczkami atmosfery i wytwarzają zorzę polarną. “Cichy łuk” wskazuje prawdopodobnie, w którym miejscu słoneczne elektrony przenikają w dół, wzdłuż linii sił ziemskiego pola magnetycznego, do górnych warstw atmosfery naszej planety.
Całkowite zaćmienie Słońca należy niewątpliwie do najpiękniejszych i najbardziej niezwykłych zjawisk w przyrodzie. Wywołuje je nasz najbliższy kosmiczny sąsiad – Księżyc, który obiegając nasz glob raz na jakiś czas – który można precyzyjnie obliczyć, zasłania podczas nowiu swą wówczas ciemną tarczą oślepiająco jasną tarczę Słońca. Jeśli akurat Księżyc będzie dostatecznie blisko Ziemi aby jego tarcza zasłoniła całą tarczę słoneczną, wówczas w danym miejscu na Ziemi gdzie pada właśnie cień Księżyca zapadają ciemności i na chwilę robi się noc.
“I stała się rzecz okropna:
w miarę jak głos mówił, słońce traciło blask.
A wraz z ostatnim słowem zrobiło się ciemno jak w nocy.

Na niebie zaiskrzyły się gwiazdy, a zamiast słońca stał się czarny
krąg otoczony obrączką płomieni.”

B. Prus “Faraon”

Ponieważ rozmiary cienia księżycowego na powierzchni Ziemi zazwyczaj nie przekraczają 100 km, dlatego całkowite zaćmienie Słońca w jednym i tym samym miejscu na Ziemi występuje średnio co 180 lat. Chociaż co roku na świecie dochodzi do kilku takich zaćmień to jednak z powodu mocno ograniczonego zasięgu widoczne jest ono na bardzo ograniczonym obszarze stanowiącym mały ułamek procenta powierzchni lądów. Dlatego też statystycznie, szansę zobaczenia całkowitego zaćmienia Słońca przez przeciętnego mieszkańca Ziemi są znacznie mniejsze niż 50%. Ostatnie takie zaćmienie w naszym kraju miało miejsce 30 czerwca 1954 roku w północno-wschodnim krańcu – między innymi w Sejnach koło Augustowa. gdzie wczesnym rankiem na około dwie minuty zapadły ciemności.

Najbliższe takie zaćmienie w Polsce ponownie będzie widoczne dopiero w XXII wieku – tak… tak … – dokładnie 7 października 2135 roku.
Ale nie musieliśmy czekać aż 136 lat aby zobaczyć to niezwykłe zjawisko, gdyż w środę 11 sierpnia 1999, bardzo blisko południowych granic naszego kraju, doszło właśnie do całkowitego zaćmienia Słońca. Było ono widoczne w pasie szerokości od 107 do 118 km na terenach Wielkiej Brytanii, Francji, Belgii, Luksemburga, Niemiec, Austrii, Węgier, Rumunii i Bułgarii. Niemal w samo południe na tym o obszarze zapadły prawie całkowite ciemności rozświetlane jedynie blaskiem korony słonecznej przetykanej jęzorami protuberancji (wybuchów słonecznych) oraz niezwykle pięknej tęczowej poświaty zmierzchowej rozpościerającej się wzdłuż linii horyzontu. Na niebie rozbłysnęły najjaśniejsze planety i gwiazdy. W miejscu Słońca był widoczny Księżyc i to do tego całkowicie czarny – zwrócony był do nas nieoświetloną przez Słońce stroną. Na około czarnej tarczy Księżyca rozpościerał się na duże odległości w różnych kierunkach – jasny wieniec – wspomniana już wcześniej korona słoneczna, czyli bardzo rozrzedzona ale i niezwykle gorąca – najbardziej zewnętrzna warstwa atmosfery Słońca. To wszystko e można było podziwiać jedynie w pasie widoczności fazy całkowitej – ale pod jeszcze jednym ważnym warunkiem – przy sprzyjających warunkach atmosferycznych. W przypadku zachmurzonego nieboskłonu, zapadną co prawda znacznie głębsze ciemności ale nic poza chmurami rzecz jasna nie da się zobaczyć. Jest na to co prawda jedna rada ale tylko teoretyczna – polecieć ponad chmury najlepiej samolotem odrzutowym i to w dodatku w kierunku przemieszczania się księżycowego cienia co daje jeszcze jedną korzyść – nawet kilkukrotne wydłużenie w czasie obserwowalnej fazy całkowitej. W praktyce wymaga to na ogół rezerwacji miejsca na pokładzie specjalnie do tego celu przystosowanego samolotu, na kilka lat naprzód i to ze “słoną” przedpłatą.
Zaćmienia Słońca mają miejsce w momencie gdy Księżyc przechodzi bezpośrednio pomiędzy Słońcem a Ziemią. Nie zdarzają się one jednak cyklicznie co miesiąc w skutek nachylenia orbity Księżyca, która jest o lekko eliptycznym kształcie. Orbita Ziemi wokół Słońca jest także eliptyczna. Stąd też biorą się różnice w wielkości Księżyca na niebie o różnych porach roku. Średnio raz w roku Księżyc przechodzi bezpośrednio przed Słońcem. Gdy jest w tym czasie tej samej wielkości bądź większy niż Słońce, na Ziemi obserwujemy wówczas zaćmienie całkowite Słońca.
Cień Księżyca, widok korony słonecznej na zaciemnionym lecz nadal dziennym niebie stanowią niebywałe przeżycie dla obserwujących te zjawiska ludzi. Istnieje także dość duża grupa miłośników zaćmień, którzy są jakby uzależnieni od obserwacji tego zjawiska. Spędzają oni lata i tysiące dolarów na podróżowaniu szlakiem kolejnych zaćmień. Zeszłoroczne zaćmienie z 11 sierpnia było nawet bardziej atrakcyjne z tego względu, że słońce było wówczas u progu wzmożonej aktywności. Co 11 lat Słońce przechodzi taki właśnie stan wzmożonej aktywności i na jego powierzchni roi się wówczas od plam słonecznych, korona rozrasta się osiągając stan kilkakrotnie większy od stanu normalnego. Zaćmienie nastąpiło zaledwie 9 miesięcy przed przewidzianym stanem maksymalnej aktywności, który ma nastąpić w połowie roku 2000.

Na obrazku: Dnia 11 sierpnia 1999 zaćmienie było widoczne w wielu krajach europejskich (Anglia, Niemcy, Austria, Węgry, Bułgaria), a także w Pakistanie, Indiach, północno-wschodniej części Ameryki Północnej oraz na niektórych terenach Azji. Pas całkowitego zaćmienia jest zaznaczony żółtą i niebieską linią. Mapa autorstwa: F. Espenak, GSFC/ NASA.
Poza obserwacją korony słonecznej ważnym elementem każdego zaćmienia jest cień rzucany przez Księżyc. Obliczono że podczas zbliżania się pełnego zaćmienia cień Księżyca przemierza Ziemię z prędkością wynoszącą ponad 1600 kilometrów na godzinę. Michael Maunder i Patrick Moore w swojej książce The Sun in Eclipse napisali: Odnosi się wrażenie jakby rozległy ciemny płaszcz gnał w twoim kierunku, otaczając cię: ogólne wrażenie może być opisane tylko jednym słowem “niesamowite”.
Natychmiastowe nadejście księżycowego cienia ma silny wpływ na przyrodę. Ciemności całkowitego zaćmienia przypominają noc. Roślinność i zwierzęta reagują zgodnie z rytmami biologicznymi, to znaczy tak jakby zbliżała się noc. Ptaki przestają śpiewać i wracają do gniazd, dzienne kwiaty zamykają się, a temperatura opada na skutek chłodu niesionego przez cień Księżyca. Odnosi się wrażenie jakby cała przyroda robiła sobie przerwę na ten krótki czas dziennych ciemności.
Ponieważ promienie słoneczne nie dochodzą bezpośrednio do Ziemi, są one w pewny sposób blokowane przez Księżyc, niektóre jaśniejsze gwiazdy i planety są widoczne na niebie. Zeszłoroczne zaćmienie wystąpiło jeden dzień przed maksimum aktywności roju meteorów Perseidó przed
Maksymalny czas trwania pełnego zaćmienia wynosił 2 minuty i 22 sekundy dla obserwatorów z południowej i centralnej części Rumunii. Jedno z najdłuższych zaćmień trwające około 6 minut nastąpi w roku 2009 na obszarze Oceanu Spokojnego.
Jedno z najciekawszych badań związanych z zaćmieniem Słońca nie ma nic wspólnego z astronomią. Biolodzy i zoolodzy czasami przeprowadzają badania nad rytmami biologicznymi organizmów żywych podczas zaćmienia. W latach 1954 i 1975, dwóch polskich zoologów – R. Wojtusiak i Z. Majlert przeprowadzili zestaw unikalnych eksperymentów w których poddali obserwacji zachowanie ssaków, ptaków i owadów podczas siedmiu zaćmień różniących się stopniem zakrycia tarczy słonecznej, wliczając także całkowite zaćmienie. Odkryli że dzienne zwyczaje ssaków zostały w niewielkim stopniu zachwiane na skutek zaćmienia, lecz ptaki a jeszcze bardziej owady odczuły to zjawisko w znacznym stopniu. Ptaki jak i owady wykazywały silny niepokój, traktując zaćmienie jako noc. Zaobserwowano że najbardziej wyczulone gatunki pszczół powracały do swoich pasiek nawet przy zakryciu tarczy słonecznej wynoszącym jedynie 19%.
Ziemia jest jedyną planetą układu słonecznego mogącą się poszczycić tak widowiskowymi zaćmieniami Słońca. A to dzięki temu że Słońce i Księżyc są prawie tego samego rozmiaru gdy są oglądane z Ziemi. Słońce jest 400 razy większe niż Księżyc, przy czym znajduje się ono 400 razy dalej od Ziemi niż Księżyc. Tabela na dole pochodzi z książki Maunder’a i Moore’a pod tytułem The Sun in Eclipse, a obrazuje ona fakt, że nie ma innej planety która byłaby w tak dogodnym położeniu, w sensie odległości od Słońca i wielkości oraz orbity Księżyca, jak nasza Ziemia i aby możliwa była obserwacja zjawiska takiego jak zaćmienie Słońca.

Na obrazku: Pełne zaćmienie Słońca, z widoczną koroną słoneczną otaczającą Księżyc. Zdjęcie to jest połączeniem różnych fotografii przedstawiających zaćmienie które nastąpiło 11 lipca 1991. Autorzy: Steve Albers, Dennis di Cicco (Sky & Telescope Magazine), Gary Emerson (E. E. Barnard Obs.) Prawa autorskie – Copyright: Steve Albers. Udostępnienie Astronomy Picture Of the Day.
Często zadawano pytanie czy podobieństwo średnicy pozornej Księżyca i Słońca jest czystym przypadkiem. W wyniku braku dalszych danych dotyczących rozmiarów, układu i rozmieszczenia gwiazd, księżyców i planet w innych układach słonecznych, jedyną odpowiedzią jest “tak”. Jednakże dla mieszkańców Ziemi jest to szczęśliwy zbieg okoliczności.

11 sierpnia 1999 o godzinie 11:31 na Atlantyku, 300 km na południe od wybrzeży Nowej Szkocji, zaczęło się całkowite zaćmienie Słońca, które następnie było widoczne w zachodniej i środkowej Europie. Niestety Polskę ominęło, choć w południowej części naszego kraju Księżyc zakrył ponad 90% tarczy słonecznej (patrz tabela poniżej). We Wrocławiu moment maksymalnego zaćmienia przypadł na 12:46 (91%). Chcąc obejrzeć częściowe zaćmienie na polskich terenach, najlepiej było wyjechać do Kotliny Kłodzkiej, Beskidu Żywieckiego albo w Tatry. Przystępując do obserwacji, pamiętajmy, że nigdy nie wolno patrzeć na Słońce gołym okiem (ani tym bardziej przez lornetkę lub teleskop). Zlekceważenie tej zasady grozi uszkodzeniem lub nawet utratą wzroku. Patrząc w Słońce, pamiętajcie o odpowiednich filtrach chroniących oczy.
MIEJSCEStartMAXKoniecJak widać?
BIAŁYSTOK11:35.812:53.914:10.682.4%
BYDGOSZCZ11:28.112:46.514:04.585.4%
GDAŃSK11:29.712:46.814:03.581.9%
KATOWICE11:28.612:49.014:10.092.0%
KIELCE11:31.312:51.814:11.289.4%
KOSZALIN11:26.212:43.414:00.783.7%
KRAKÓW11:30.012:51.314:11.591.9%
LUBLIN11:34.512:54.614:13.087.2%
ŁÓDŹ11:29.812:49.514:08.387.8%
OLSZTYN11:32.112:49.714:06.482.3%
POZNAŃ11:26.112:45.214:04.187.8%
RADOM11:32.412:52.314:10.987.4%
SZCZECIN11:23.512:41.313:59.686.4%
TORUŃ11:29.012:47.414:05.485.3%
WAŁBRZYCH11:24.512:45.014:05.492.4%
WARSZAWA11:32.212:51.514:09.685.9%
WROCŁAW11:25.912:46.114:06.191.0%
ZAKOPANE11:29.912:51.514:11.992.6%
ZIELONA GÓRA11:23.912:43.314:02.989.8%

W ciągu 3 godz. i 5 min plama cienia księżycowego pokonała dystans około 14 tys. km i okryła 0.2% powierzchni Ziemi. Następne zaćmienie będzie możnaobserwować z Namibii, 21 czerwca 2001r.
W Polsce natomiast najbliższe zaćmienie całkowite będzie widoczne dopiero w 2135 roku!
O 12:10 szeroki na 103 km cień Księżyca padł na pierwszy skrawek Europy na położone na zachód od Kornwalii wyspy Scilly. Poruszając się z prędkością 3300 km/godz., dotarł minutę później do wybrzeży Kornwalii. Przesunął się po Plymouth, gdzie maksymalny czas całkowitego zaćmienia wyniósł 1 min 39 s, ominie od południa Londyn, padł na jedną z Wysp Normandzkich i o 12:17 osiagnął terytorium Francji. Ominąwszy od północy Paryż, przemknął następnie nad winnicami Szampanii (w której maksymalny czas trwania zaćmienia całkowitego będzie już o 34 s dłuższy niż w Kornwalii), po czym, zaczepiając o Belgię i Luksemburg, przesunął się nad Niemcy. W pasie całkowitego zaćmienia znalazły się m.in. Karlsruhe, Stuttgart, Augsburg i Monachium. W pobliżu Monachium prędkość cienia zmniejszyła się do 2700 km/godz.; jego szerokość wzrosła do 109 km. O 12:41 Księżyc zasłonił Słońce na granicy niemiecko-austriackiej. Tuż za nią padł na Salzburg, po czym musnął Linz i Graz.
O 12:47 Słońce zostało całkowicie zakryte nad granicą austriacko-wegierską. Na Węgrzech pas całkowitego zaćmienia objął miasta Szombathely i Szeged oraz całe jezioro Balaton, nad którym ciemność zapadła na 2 min 22s.

W Rumunii, zaćmienie rozpoczęło się o 13:03 osiągając maksimum w pobliżu miasta Rimincu-Vilcea, gdzie Słońce zostało najdłużej zasłonięte, bo aż na 2 minuty i 23 sekundy. Poruszający się z prędkością 2450 km/godz. cień Księżyca miał wtedy 112 km szerokości. Oprócz Rimnicu Vilcea w pasie calkowitego zaćmienia znalazły się miasta Arad, Timi-Soara, Petro-Sani, Pite-Szti, Ploeszti i Bukareszt (to ostatnie niemal dokładnie w jego środku).
Wkrótce potem, zaczepiwszy o pólnocno-wschodnią Bułgarię, cień Księżyca przesunął się między Konstancą i Warną nad Morze Czarne.
O 13:21 Słońce schowało się za Księżyc w Turcji, na której terenie pas całkowitego zaćmienia rozciągnął się na długości niemal 1000 km wzdłuż linii wyznaczonej przez miasta Kastamonu, Turhal i Batman. Cien Księżyca opuścił Turcję o 13:45, po czym przesunął się nad Syrią, Irakiem, Iranem, Pakistanem i Indiami. Całkowite zaćmienie zakończyło się o 14:36 na wodach Zatoki Bengalskiej.

Widok zaćmienia Słońca nad horyzontem w Polsce centralnej.
Fazy zaćmienia zaznaczono co 10 min, począwszy od godz. 11:00
(tarcza Słońca została powiększona)
Uwaga, uszkodzeniu siatkówki spowodowanemu przez zbyt intensywne światło nie towarzyszą żadne sygnały ostrzegawcze w postaci pieczenia lub bólu! Nie szarżujmy więc i nie patrzmy wprost na Słońce, póki zza Księżyca wystaje choćby wąziutki rąbek jego tarczy. Mrużenie oczu nie uchroni nas przed obrażeniami. Zagrożenie znika jedynie podczas całkowitego zaćmienia, które nie tylko może, ale nawet powinno być oglądane gołym okiem. Jednak zarówno przed fazą całkowitego zaćmienia, jak i po niej musimy posługiwać się odpowiednim filtrem. Skuteczny filtr nie może przepuszczać więcej niż 0.0003% słonecznego światła widzialnego i nie więcej niż 0.5% słonecznego promieniowania podczerwonego.
Jak oglądać zaćmienie?
Jeżeli mamy jakiekolwiek wątpliwości co do jakości dostępnych filtrów, lepiej zdecydować się na obserwacje pośrednie. Oglądamy wtedy nie samo Słońce, lecz jego obraz rzutowany na niewielki ekran, którym może być zwykła kartka papieru trzymana za okularem lornetki lub teleskopu. Komfort obserwacji wzrośnie, gdy ekran przymocujemy do naszego przyrządu obserwacyjnego, a sam przyrząd osadzimy na statywie z przegubem kulowym.

Nie mając lornetki lub teleskopu, możemy posłużyć się własnoręcznie wykonanym przyrządem typu camera obscura. Można go zrobić z rury o długości co najmniej 1 m. Jeden z jej końców zaklejamy białym papierem lub pergaminem, który będzie pełnił rolę ekranu. Na drugim końcu mocujemy folię aluminiową, w której na osi rury wykłuwamy niewielką dziurkę. Następnie rurę kierujemy na Słońce, w taki jednak sposób, aby przy tym nie patrzeć na nie. Można to osiągnąć, obserwując cień rury, który przy jej właściwym ustawieniu ma najmniejsze rozmiary.
Zmontowanie przyrządu czy zestawu obserwacyjnego i nabranie wprawy w jego obsłudze zabiera jednak trochę czasu, toteż i w tym przypadku nie warto odkładać przygotowań na ostatnią chwilę.
Zaćmienie w fotografii
Słońce świeci tak jasno, tak bardzo jaskrawa jest jego tarcza, że nie ma mowy o dostrzeżeniu gołym okiem jakichś szczegółów. Dlatego fotografowanie słońca nawet podczas jego zaćmienia nie należy do zadań łatwych. Od razu trzeba sobie uzmysłowić, że żadne aparaty automatyczne nie będą w stanie ustawić prawidłowego czasu ekspozycji, ponieważ ich światłomierze zbyt uśredniają pomiary, a do tego obiektywy montowane w takich aparatach nie pozwolą na uchwycenie obrazu Słońca w przyzwoitej wielkości.
Do fotografowania Słońca trzeba używać klasycznych aparatów z możliwością manualnego ustawiania czasu migawki i wielkości przysłony. Jendnak to zadanie nie jest wcale proste. Oczywiście można zrobić przyzwoite zdjęcie zaćmienia używając aparatu małoobrazkowego i filmu o czułości ISO 400 lub wyższej. Dobrze jest zaopatrzyć się również w statyw, na którym umieścimy nasz aparat.
Na początku trzeba zdecydować o jakie zdjęcie nam chodzi. Czy chcemy zrobić zaćmienie w tle budynków, drzew albo ludzi? Czy może chcemy fotografować jedynie samo zaćmione Słońce? Jest to o tyle ważne, że musimy przygotować odpowiedni osprzęt optyczny (obiektywy, filtry itp.)
Nowe technologie produkcji błon fotograficznych i elektronika zaszyta w nowoczesnych aparatach sprawiają, że fotografowanie zaćmienia jest o wiele łatwiejsze niż kiedyś. Nawet początkujący i słabo zaawansowani fotoamatorzy mogą zrobić dobre zdjęcie pod warunkiem, że szczegółowo zaplanują całe zadanie. Musimy pamiętać, że zaćmienie będzie trwało jedynie kilka minut i nie będzie czasu na eksperymenty. Następna szansa pojawi się dopiero za kilka lat.

FILM Jeśli będziesz miał do dyspozycji tylko jeden aparat i jedną rolkę filmu proponujemy użyć czulszej błony (np. ISO 400 lub więcej z nowych propozycji renomowanych firm fotograficznych). Czulszy film wymaga krótszego czasu naświetlania i łatwiej wykonać poprawne zdjęcie przy gorszych warunkach oświetleniowych. Filmy o niższej czułości (np. ISO 100 lub mniej) wymagają dłuższego czasu ekspozycji i nadają się dla bardzo dobrych warunków oświetleniowych. Dlatego uniwersalnym rozwiązaniem będzie użycie filmu o dostatecznie wysokiej czułości, który pozwoli na pracę w różnych warunkach.
FILTRY Kiedy oglądamy bądź fotografujemy poszczególne fazy zaćmienia Słońca musimy używać specjalnego słonecznego filtra. W odpowiedni zestaw filtrów możemy się zaopatrzyć w sklepach fotograficznych.
OBIEKTYW Jeśli zdecydowaliśmy się na fotografowanie samego zaćmienia Słońca i jego poszczególnych faz to powinniśmy zaopatrzyć się w obiektyw z długą ogniskową (teleobiektyw). Zadowalającym rozwiązaniem może być już obiektyw o ogniskowej 200 mm, a takie obiektywy są często dodawane do nowych zestawów fotograficznych. Warto więc przy zakupie wybrać zestaw z wieloma obiektywami, które pozwolą nam na lepsze wykorzystywanie naszego aparatu. Oczywiście im dłuższa ogniskowa naszego obiektywu tym lepiej – tym większe zbliżenia będziemy w stanie uzyskać.

PERSEIDY
Dodatkową atrakcją w czasie zaćmienia Słońca 11 sierpnia 1999 był rój meteorów zwanych Perseidami – poinformował PAP Arkadiusz Olech z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego.
W pierwszej połowie sierpnia Ziemia przechodzi przez rój Perseid. Kulminacja przypada 8-13 sierpnia, co zbiegło się z terminem zaćmienia Słońca. Być może uda się w czasie zaćmienia zobaczyć też błyski płonących w górnej atmosferze meteorów.
Perseidy (nazwane tak, gdyż nadlatują z kierunku gwiazdozbioru Perseusza) są niewielkiej wielkości okruchami – pozostałością komety odkrytej w 1862 roku, utożsamionej później z kometą Swift-Tuttle. Pojawia się ona w pobliżu Ziemi co 20-30 lat. Ostatnio obserwowano ją w 1992 roku.
Perseidy – to jeden z najbardziej efektownych rojów meteorów – w okresie kulminacji można przy bezchmurnym niebie obserwować w ciągu godziny nawet kilkadziesiąt płonących meteorów, widocznych w postaci niewielkich błysków.
Pojawiają się one regularnie co roku w sierpniu. Pierwsze obserwacje Perseid prowadzono już w XII wieku. Nie można jednak przewidzieć koncentracji meteorów. W poszczególnych latach można trafić na zgęszczenia lub rozrzedzenia roju.
W tym roku Perseidy powinny być szczególnie intensywne. Kometa, która stosunkowo niedawno przeleciał koło Ziemi naniosła wiele materiału. Spotkanie z Perseidami nie stwarza dla Ziemi żadnego niebezpieczeństwa. Są to bardzo drobne gramowe okruchy, które momentalnie spalają się w górnych warstwach atmosfery – wyjaśnił Olech.

Materiały zostały zaczerpnięte ze stron:
·http://www.nasa.warka.pl/eclipse.html
·http://www.proszynski.com.pl/WiedzaiZycie/1999/luty/zacmienie/index.html
·http://www.rumunia.wizards.pl/zacmienie.htm
·http://sunearth.gsfc.nasa.gov/eclipse/TSE1999/T99animate.html
·http://www.wiz.pl/wiedzaizycie/1999/sierpien/zacmienie/index.html

Posted in Uncategorized | Leave a comment