Сучасні освітні технології (штучний інтелект, імерсивні технології, STEM-освіта, змішане навчання), корисні матеріали, практичні онлайн-інструменти, фізика. Дізнались про щось нове? Одразу реалізуймо в роботі!
Леонід Верозуб "Чорні діри або об'єкти без горизонту подій?"
20 квітня 2021 р., вівторок, 15:15 ZOOM
Анотація: У доповіді обґрунтована можливість того, що об'єкти, які ми зазвичай ототожнюємо з чорними дірами
є повністю або частково виродженим фермі-газом, що самогравітує. Недавнє виявлення магнітного поля у супермасивного об'єкта
в галактиці М87 можливо підтверджує це.
Mars Perseverance Rover. Обирайте найкращі фотографії самостійно
Ця
фотографія була відібрана публічним голосуванням і представлена як
"Like" для 3-го тижня (01 лютого - 07 березня 2021) місії марсохода
Perseverance на Марсі.
Mars Perseverance Rover. Обирайте найкращі фотографії самостійно
Ця фотографія була відібрана публічним голосуванням і представлена як "Like" для 2-го тижня (21 лютого - 27 лютого 2021) місії марсохода Perseverance на Марсі.
У сферичну колбу наливають трохи води і доводять її до кипіння. Необхідно, щоб весь простір колби заповнилося водяною парою, а стінки колби як слід нагрілися. Колбу закривають пробкою з трубкою (як на відео), швидко перевертають і опускають трубку в ємність з водою. (Бережись опіку!)
Закрийте гарячу колбу твердою гумовою пробкою, і більше повітря не може потрапити, тому тиск всередині падає, коли повітря охолоджується, утворюючи те, що фізики називають частковим вакуумом. Тиск всередині колби залишатиметься нижчим за тиск повітря зовні.
Скляна трубка забезпечує більш цікавий спосіб вирівнювання тиску всередині та зовні колби. Коли тепле повітря всередині охолоджується, тиск, що падає, негайно вирівнюється водою, що піднімається в скляну трубку. Більш високий атмосферний тиск поза колбою змушує воду підніматися, що зменшує об’єм повітря всередині.
Але фонтан справді запускається, коли холодна вода торкається скла. Це тому, що вода охолоджує колбу трохи швидше, що приводить до того, що тиск повітря всередині падає дещо швидше, що в свою чергу приводить до того, що ще більше холодної води надходить ще швидше.
Коли температура повітря всередині пляшки досить охолоне, тиск всередині перестає падати і фонтан перестає працювати.
Те саме явище приводить до того, що деякі дверцята холодильника стає неймовірно важко знову відкрити одразу після того, як ви щось вийняли або втупились у вміст, роздумуючи, що їсти. Поки дверцята відчинені, частина холодного повітря всередині виливається на підлогу і тепле вливається в холодильник, щоб замінити його. Як тільки ви закриваєте двері, тепле повітря, що потрапило всередину, охолоджується, викликаючи падіння тиску. Спробуйте незабаром відчинити двері, і вам здається, що ангел-охоронець, який піклується про вашу лінію талії, намагається вас зупинити. Це насправді лише зовнішній тиск повітря, що штовхає двері. Залиште це на кілька хвилин, і тиск усередині прийде в норму, і двері відчиняться без проблем. Ніяких ангелів-охоронців.
Необхідною умовою існування гейзерів є їх живлення в приповерхневих частинах каналу перегрітими водами з температурою понад 100 °C. При підніманні води вгору по каналу тиск її меншає і вода закипає;
при цьому швидко зростає пружність пари, яка, долаючи тиск води в
каналі, викидає воду. З початком фонтанування гейзера вся вода в каналі
закипає і вивергається за рахунок значного збільшення об'єму пароводяної
суміші. Викинута вода, дещо охолоджена, частково падає в чашу гейзера. і
попадає в його канал. Більша частина води просочується в канал з бічних
порід, нагрівається (а в нижніх частинах каналу перегрівається), і знов
відбуваються утворення пари і викид пароводяної суміші.
Гейзери в Україні зосереджені в гористій сейсмічно активній місцевості, зокрема у Берегово, Закарпаття, Мукачево. Найвідоміші гейзери поблизу моря — в Залізному Порту та на Арабатській стрілці в селі Щасливцеве.
Посадка марсоходу Perseverance ("Наполегливість") на Марсі
Марсохід «Персеверанс» або «Персі» — марсохід, що виготовлений Лабораторією реактивного руху для використання у місії НАСА «Марс 2020». Його створено на основі існуючого ровера «К'юріосіті». Має сім наукових приладів, 23 камери та два мікрофони для вивчення поверхні марсіанського кратера Єзеро. Знаходити нові локації для дослідження марсоходу допомагатиме роботизований гвинтокрил «Індженьюйті». Посадка на Марс відбулася 18 лютого 2021 року
U.S. Geological Survey склали інтерактивну карту місця посадки Perseverance. Це 45-кілометровий кратер Єзеро
на західній околиці рівнини Ісіди в північній півкулі Марса.
Вважається, що 3,5-3,9 мільярда років тому там розташовувалися дельта
річки і озеро.
Карта польоту Perseverance
Схема посадки
Перша фотографія поверхні Марса
На борту Perseverance є зразки матеріалів, з яких планують робити
скафандри для висадки людей на поверхню Місяця і, в подальшому, Марса.
Інженери перевірять, як на зразки вплине марсіанська середовище.
Повідомляється, що апарат укомплектований 23 спеціалізованими
камерами, вдосконаленою навігаційною системою, екстремальною установкою,
яка зможе зібрати зразки марсіанського повітря, а також - 2 мікрофони,
завдяки яким людство зможе вперше почути, як звучить Марс.
Також вперше у складі місії на Марс буде безпілотник – 1,8-кілограмовий міні-гелікоптер Ingenuity (Винахідливість).
Міні-гелікоптер Ingenuity (Винахідливість).
До сих пір в рамках марсіанських місій не використовувалися апарати,
здатні літати в атмосфері. За допомогою дрона планують відпрацювати
технологію таких польотів.
Борис Гриньов, завідувач кафедри фізики кристалів фізичного факультету ХНУ імені В.Н. Каразіна, директор Інституту сцинтиляційних матеріалів НАН України, академік НАН України, доктор технічних наук, професор
Матінка-природа розпорядилася укласти кристали в різноманітні творіння. Серед них кристали солі у сталактитових печерах або кристалів гіпсу на глибині 300 м, кристали льоду - сніжинки, окаменілі — в скелетах коралів, білкові — у сплетіннях павутини, а також рідкі кристали оболонок людських нервових клітин чи у екранах гаджетів, навіть кожна піщинка на пляжі — також кристал, часто ми зустрічаємося із кристалами дома на кухні: сіль, цукор, лимонна кислота.
Робота науковців полягає у визначенні, поясненні та змозі відтворити те, що зробила природа, задля поліпшення людського життя. Так само, як скульптор ретельно відтворює певний образ, вкладаючи у статую частинку свого унікального творчого потенціалу для досягнення еталона краси і загального задоволення, так і матеріалознавці створюють за законами природи нові матеріали, що мають своєрідну красу у повсякденному житті, яку треба не тільки побачити, а й відтворити як дещо нове та корисне.
Печера кристалів гіпсу,розташованунаглибині300метрівврудникуНайка,виявилив2000 році. Фото: SPL/EAST NEWS
Вочевидь кожен із нас неодноразово спостерігав веселку. Але хіба хтось замислювався над тим, що під час утворення веселки відбувається процес заломлення й відбиття світла у краплях води, які містяться в повітрі? Краплі, через які проходить світло, по-різному заломлюють різні кольори, відтак біле світло розкладається на спектр, який ми і бачимо. Проте це лише видима частина оптичного спектра, вона мізерна на шкалі електромагнітного спектра.
Шкала електромагнітних хвиль
А як щодо невидимої для нашого ока частини? Наприклад, іонізуюче випромінювання. Чи можемо ми його побачити? Якщо так, тоді як саме? Відповідь на питання: так, це можливо, але не прямо, а опосередковано. Для цього знадобиться речовина, яка зможе поглинати енергію від іонізуючого випромінювання та перетворювати її на світло. Багато хто чув, а хтось і бачив полярне сяйво. Це явище — наочний приклад такого перетворення у природі. Заряджені частинки потрапляють в атмосферу з космосу і під дією магнітного поля Землі прямують до магнітних полюсів, де входять у верхні шари атмосфери, зіштовхуються з її молекулами або атомами газів, збуджують їх і зрештою змушують випромінювати видиме світло. Червоно-зелена гама полярного сяйва створюється через переважне випромінювання ліній атомарного кисню та молекулярного азоту. (Світіннякиснюобумовленовипромінюваннямзбудженихатоміввметастабільнихстанахздовжинамихвиль557,7нм(зеленалінія,часжиття0,74с)ідублетом630і636,4нм(червонаобласть,часжиття110с). )
Людству притаманна допитливість, тому нас завжди цікавило щось нове та непізнане. Заряджені частинки і радіація не стали винятком. Одним із перших пристроїв для реєстрації слідів заряджених частинок стала камера Вільсона. Вона була заповнена насиченими парами води, спирту або ефіру. Заряджена частинка, проходячи крізь камеру, залишає на своєму шляху ланцюжок іонів, після цього перенасичений пар конденсується на іони, роблячи видимим слід частинки. Але це не єдиний спосіб побачити заряджені частинки.
Скажімо, чи знали ви, що існують такі кристали, які дають змогу побачити іонізуюче випромінювання і заряджені частинки завдяки світловому спалаху, що виникає? Такі матеріали називають сцинтиляторами. Перший сцинтиляційний детектор був у вигляді екрана, покритого шаром ZnS. Спалахи, що виникали під час проходження через нього заряджених частинок, фіксували за допомогою мікроскопа. Згодом світлові спалахи від сцинтиляторів почали реєструвати фотоелектронними помножувачами та фотодіодами. Сполучення цих первинних перетворювачів і стало найважливішим критичним принципом роботи приладів з реєстрації іонізуючих випромінювань.
Нині сцинтиляційні матеріали слугують невід’ємною частиною великого адронного колайдера (ВАК), про який так багато пишуть у сучасній науковій літературі. Саме за допомогою сцинтиляційних детекторів вдалося відкрити й уперше зареєструвати екзотичні частинки. Інститут сцинтиляційних матеріалів НАН України відіграв важливу роль у створенні сцинтиляторів для ВАК. У масштабах міжнародних проєктів необхідні сцинтиляційні детектори можуть перевищувати декілька тонн.
Для ВАК за лічені роки розроблено методики з вирощування великогабаритних кристалів PbWO4 та зроблено поставки в необхідній кількості. У найближчому майбутньому планується модернізація та розширення комплексу ВАК, відтак посилення діючих елементів приладів для нових експериментів. Тому необхідні нові радіаційно-стійкіші сцинтиляційні кристали, витонченіші вдосконалення приладів.
Перехід від лабораторного вирощування та дослідництва до масового застосування можливий лише за спонсорської підтримки та цілеспрямованого розподілу трудових ресурсів на конкретні задачі, що під силу тільки найбільшим міжнародним дослідним організаціям. Проте існує потреба у приладах, здатних реєструвати іонізуюче випромінювання в інших галузях діяльності людини, скажімо, в медицині, геологорозвідці, системі безпеки тощо. Для кожної задачі необхідні особливі кристали з унікальними механічними, оптичними та сцинтиляційними властивостями. Наприклад, для медичних сканерів, у контрасті до потреб для ВАК, насамперед важлива ефективність, яка забезпечить зниження дози опромінення пацієнта, тобто для позитрон-емісійних томографів необхідні кристали з найвищим світловим виходом та найкращим енергетичним розділенням, а не підвищена радіаційна стійкість. Нині щороку з’являється дедалі більше напрямів і можливостей застосування сцинтиляторів окремо від традиційних напрямів, пов’язаних із розробкою та вдосконаленням пристроїв — складних багатокомпонентних детекторів іонізуючих випромінювань. На відміну від досліджень до 2000-х, нині існує сформульований прагматичний підхід до створення приладів для найважливіших задач, що сприяє закріпленню позицій національного матеріалознавства на сучасному планетарному рівні науки.
Упродовж останніх десятиліть пошук нових сцинтиляційних матеріалів не втрачає своєї актуальності. Розроблення сучасних та оновлення існуючих детекторів у фізиці високих енергій у зв’язку зі збільшенням світимості в прискорювачах елементарних часток, розвиток техніки візуалізації від екранів до медицини та розширення галузі використання реєструючих систем потребує створення сцинтиляційних матеріалів із поліпшеними характеристиками. Особливе місце серед таких матеріалів посідають неорганічні оксидні сцинтиляційні кристали, що леговані додатковими елементами. Завдяки своїм фізичним властивостям оксиди металів третьої групи технічно досить перспективні системі. Тому багато уваги приділяють як створенню нових сцинтиляційних систем (монокристалів, композиційних матеріалів, тонких плівок), так і їх дослідженню, адже необхідно не лише мати матеріал, а й добре розуміти його властивості.
Молодим ученим Харкова та Львова (Інститут сцинтиляційних матеріалів НАН України, Львівський національний університет імені Івана Франка) вдалось не лише розробити методики створення нових унікальних матеріалів, а й усебічно дослідити й експериментально довести їхні покращені експлуатаційні характеристики: надвисоку радіаційну стійкість (понад 500 Мрад), надчутливість сцинтиляційних матеріалів, поліпшену просторову рівномірність реєстрації катодолюмінесценції (з використанням екранів, що побудовані на спеціально розроблених наночастинках) тощо. Вони вперше отримали рівномірні тонкі плівки Y2O3:Eu (від 16 до 353 нм), створили нові об’ємні монокристали та монокристалічні волокна, розробили радіаційно-стійкі композиційні сцинтилятори. Розроблені новітні функціональні матеріали закладають підґрунтя для конструювання детектуючих приладів нового покоління.
Міжнародний день жінок і дівчаток у науці: інтерв’ю з професоркою фізичного факультету ХНУ імені В.Н. Каразіна астрономом Іриною Бельською
Ірина Миколаївна Бельська — український астроном, спеціаліст зі спектроскопії та поляриметрії малих тіл Сонячної системи, керівниця відділу фізики астероїдів і комет НДІ астрономії Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна, лауреатка Державної премії України в галузі науки і техніки
Щорічно 11 лютого у світі відзначають Міжнародний день жінок
і дівчаток у науці, встановлений резолюцією Генеральної Асамблеї ООН від
15 грудня 2015 року. Свято засновано з метою досягнення повного
й рівного доступу жінок і дівчаток до науки, а також забезпечення
гендерної рівності й розширення прав і можливостей жінок і дівчат.
Упродовж 216-річної історії Каразінського університету чимало
талановитих жінок-вчених зробили значний особистий внесок у розвиток
вітчизняної та світової науки. Вони є взірцем невтомної енергії,
інтелекту, працьовитості та наполегливості, яких вистачає не лише
на родину, а ще й на заняття улюбленою справою, проведення наукових
досліджень та здійснення приголомшливих відкриттів.
З нагоди свята ми поспілкувалися з керівником відділу фізики
астероїдів і комет науково-дослідного інституту астрономії Каразінського
університету, професоркою кафедри астрономії та космічної інформатики
фізичного факультету, лауреатом Державної премії України Іриною Бельською.
Чим вас свого часу зацікавила астрономія? Саме ця наука.
Моїми улюбленими предметами в школі були математика, фізика і хімія,
і я вирішила, що астрономія — саме те, що об’єднує ці науки. Такий вибір
привів до професії, якою я досі захоплююся.
Коли й за яких обставин ви вирішили займатися наукою? Яка ваша наукова спеціалізація?
У підлітковому віці я вже твердо знала, що хочу займатися науковими
дослідженнями. Бачила приклад свого батька: він був лікарем, кандидатом
медичних наук, мав глибокі знання в різних сферах, невтомно відповідав
на всі мої запитання, заохочував аналізувати, експериментувати, критично
мислити. Науковою роботою я почала займатися на третьому курсі
університету, разом зі своїм науковим керівником, професором Дмитром Федоровичем Лупішком розпочали новий напрям — дослідження фізичних
властивостей астероїдів, який тільки-но почав розвиватися у світі.
Ми були серед перших дослідників, досі харківська астероїдна команда
є однією із найбільш потужних в Європі.
Чи є у вас люди, на яких хочеться рівнятися?
Серед вчених, з якими мені пощастило спілкуватися, є багато
прикладів, що надихають. Уже понад 20 років я співпрацюю з Антонеллою Баруччі, лідером команди дослідників астероїдів у Паризькій
обсерваторії, і не перестаю захоплюватися її енергією, ентузіазмом,
здатністю швидко та креативно розв’язувати проблеми, готовністю завжди
прийти на допомогу.
Чи важко вам конкурувати з чоловіками в обраному вами шляху?
У шкільні роки я справді конкурувала з хлопцями. І на предметних
олімпіадах, і на спортивних змаганнях — усюди хотіла бути на рівних.
Спортивні розряди в шахах отримувала в чоловічих турнірах, причому чим
більше подобався мені хлопець, тим більше зусиль докладала, щоб виграти
в нього. На професійному шляху я не конкурую, а співпрацюю. Мені
пощастило працювати в чудових наукових командах і в Україні,
і за кордоном, навіть у таких, де я іноді була єдиною жінкою
в колективі. Ми разом йшли до мети, підтримували одне одного, раділи
досягненням кожного. Я впевнена, досягти вершини легше й приємніше разом
з командою однодумців.
Які, на вашу думку, основні переваги жінок у науці?
Не можу сказати, які переваги. Я не вважаю, що стать має значення
в характеристиці науковців. Але я точно знаю, що жінкам набагато важче
підійматися кар’єрними сходами, що є якесь чоловіче братство, коли
за рівних умов перевагу віддадуть чоловікові, а не жінці. Крім того,
у жінки завжди на першому плані діти, і вона відмовиться від «золотих
гір», якщо буде знати, що це не на користь її дитині.
Як вам вдається гармонійно поєднувати всі сфери життя?
Не знаю, чи справді мені вдалося все гармонійно поєднати. А якщо
вдалося, то тільки завдяки підтримці близьких людей: батьків, чоловіка,
доньки. Вони вірили в мене, завжди підтримували й допомагали.
Ваші поради дівчатам, які вирішать обрати схожий напрям наукової роботи?
Завжди ставити високі цілі, розуміти, що для досягнення професійних висот треба багато працювати й дуже любити свою професію.
Перше в історії відео з атомною роздільною здатністю, що демонструє формування кристалів солі в режимі реального часу
Дві нові техніки: відео в реальному часі з атомною роздільною здатністю та утримання атомів на вібруючих вуглецевих нанотрубках дозволяють дослідникам переглядати ніколи раніше не бачені деталі зародкоутворення кристалів.
Спостереження підтверджують теоретичні прогнози про те, як утворюються кристали солі, і можуть дати інформацію загальним теоріям про те, як утворюються різні впорядковані структури з невпорядкованої хімічної суміші.
Кристалічну структуру мають багато звичайних речей, таких як сніжинки, сіль на кожному столі, метали і навіть діаманти.
Кристали мають регулярні впорядковані структури і повторюють розташування молекул (атомів, йонів) із яких вони складаються.
Процес зростання з цього невпорядкованого стану до впорядкованого відомий як зародкоутворення кристалів, і хоча він вивчався століттями, точний перебіг на атомному рівні ніколи не було підтверджено експериментально до цього часу. Річ у тому, що зародкоутворення кристала полягає в тому, що це динамічний процес, і спостереження за його розвитком є настільки ж важливими, як і спостереження за його структурою. На щастя, дослідники хімічного факультету Токійського університету вирішили цю проблему за допомогою електронної мікроскопії в режимі реального часу або SMART-EM.
"Одна зі студенток нашого магістра, Масая Сакакібара, використовувала SMART-EM для вивчення поведінки хлориду натрію (NaCl) - солі", - сказала доцент проекту Такаюкі Накамуро. «Щоб утримувати зразки на місці, ми використовуємо вуглецеві наногорби товщиною атомів - одне з наших попередніх винаходів. З приголомшливими відео, знятими Сакакібарою, ми відразу помітили можливість вивчити структурні та статистичні аспекти зародження кристалів у деталях».
Відео, записане у внутрішній частині вібруючої конічної вуглецевої нанотрубки при 20–40 мс (1/кадр) з точністю локалізації <0,1 нм.
Стаття: Takayuki Nakamuro, Masaya Sakakibara, Hiroki Nada, Koji Harano, Eiichi
Nakamura, "Capturing the Moment of Emergence of Crystal Nucleus from
Disorder," Journal of the American Chemical Society: January 21, 2021, doi:10.1021/jacs.0c12100. Link
Основи теорії росту кристалів: навч. посіб. / В. В. Богданов ; Харк. нац. ун-т ім. В. Н. Каразіна. - Х. : ХНУ ім. В. Н. Каразіна, 2010. - 313 с. : рис., табл. - Бібліогр.: с. 312.
