5 ежедневни неща и явления, които озадачават физиците

Физиците са проумели изключително фини детайли на Вселената, от радиуса на черните дупки до поведението на субатомните частици, които дори не можем да видим. Може би ще се изненадате да научите, че след всичко това те не разполагат с обяснения или едва наскоро са попаднали на тях за много често срещани явления, които наблюдаваме в ежедневието си.

Ето някои от най-загадъчните от тях, които на пръв поглед изглеждат банално.

Ядки

^{Източник: Melchoir, Creative Commons}

Може би сте забелязали, че в купичка смесени ядки, бразилският орех винаги е най-отгоре. Това на пръв поглед банално явление е известно като "ефект на бразилския орех" и е всъщност една от най-големите неразкрити загадки на физиката на насипните тела, която описва големи количества от взаимодействащи си обекти.

Независимо дали са ядки, наноси или други предмети с различни размери, във всякакви смеси по-големите парчета изплуват на повърхността с течение на времето, въпреки по-голямата им гравитация, докато по-малките обекти потъват по-ниско в купчината. Може би най-малките парчета спадат надолу през пукнатините? Конвекционните потоци могат също да играят роля, като силата на кондензация на малките частици. Всички тези възможности и още няколко такива вероятно допринасят за ефека на бразилския орех, но никой не знае кои от тях или до каква степен влияят, така че няма досега успешни компютърни симулации на този феномен.

Не само производителите на ядки, но и физици, астрономи и геолози ще се възползват, ако се разбере явлението, така че следващия път, когато ровите в купичката с ядки или събирате трохите от дъното на пакета чипс, опитайте се да видите физиката, която участва в случващото се.

Пяна

 ^{Източник: PhysicsWorld}

Взехте ли вана днес? Ако не сте, то вероятно сте се бръснали, мили чинии, пили сте бира или (ако имате късмет) сте хапнали торта със сметана.

Ние срещаме пяна толкова често, че едва ли оценяваме напълно колко странно нещо всъщност е тя.

Като начало да помислим върху това - твърда, течна или газ е сметаната?

Според Дъглас Дуриан (Douglas Durian), професор по физика в Калифорнийския университет, Лос Анджелис, пяната обикновено е 95% газ и 5% течност. Но има някои характеристики на твърдо тяло. Газът в пяната разделя течността, за да образува мозайка от малки мехурчета, а пяната може понякога да запази формата си.

Но не съществува формула, която да предскаже колко точно ще е твърда пяната в зависимост от размера на мехурчета или количеството течност в нея. "Физиката на пяната е слабо проучена" - заяви Дуриан пред NASA Science.

Лед

^{Източник: Creative Commons, Kafubra} 

Век и половина научни изследвания все още не са определили защо ледът ни кара да падаме. Учените знаят, че има тънък слой от течна вода върху твърдия лед, който го прави хлъзгав и че течността затруднява ходенето, дори и ако слоят й е тънък. Но няма консенсус за това, защо ледът, за разлика от повечето други твърди тела, има такъв слой.

Теоретиците разсъждават, че може при самото действие на подхлъзване в контактната зона ледът да се топи на повърхността. Други смятат, че течният слой е там, преди някой да е стъпил и по някакъв начин се създава от присъщото на молекулите движение на повърхността.

Когато паднем на леда, ни се иска някой или нещо да ни е виновно, но за съжаление физиката няма окончателен отговор на този въпрос.

Магнитите

 ^{Източник: Kabl00ey, Creative Commons}

Обикновено магнитните полета на електроните в материята сочат в различни, взаимно унищожаващи се посоки. Но когато магнитните полета на електроните в даден обект се подредят в една и съща посока, което се случва в много метали (и очевидно, те са магнити), се генерира нетно магнитно поле. То въздейства върху други магнитни предмети като или ги привлича, или отблъсква в зависимост от посоката на техните собствени магнитни полета.

За съжаление, опитът да разбере магнетизма на по-дълбоко ниво е по същество без резултат. Въпреки че физиците имат на разположение квантовата механика, която много точно обяснява поведението на частиците, включително техния магнетизъм, няма начин да се разбере интуитивно какво всъщност означава теорията на магнетизма.

Физиците се питат: защо частиците излъчват магнитни полета и защо те винаги се изравняват в две посоки, образувайки магнити със северен и южен полюс?

"Ние само констатираме, че когато се движат заредени частици, те създават магнитно поле и два полюса. Но наистина не знаем защо. Това е просто функция на Вселената и математическите обяснения са само опити да решим задачите си, дадени от природата за "домашно" и да получим отговорите", разказва Джеърл Уокър, професор по физика в Държавния университет в Кливланд.

Статично електричество

^{Източник: sxc.hu} 

Статичните разряди са загадъчни и неприятни. Това, което знаем, е следното: Те се появяват, когато излишък на положителен или отрицателен заряд се натрупва върху повърхността на тялото ни и се разтоварва, когато докоснем нещо и така ставаме неутрални. Те могат да се появят също, когато статично електричество се натрупа върху нещо друго като дръжка на врата, да речем, които след това докоснем. В този случай, ние сме пътят, по който преминава излишният заряд.

Но защо става натрупването? Не е ясно. Обичайното (и вероятно частично вярно) обяснение гласи, че когато два обекта се трият взаимно, триенето избутва електроните извън атомите в един от обектите, а те след това преминават към другия, оставяйки първият обект, с излишък от положително заредени атоми и  вторият с излишък от отрицателни електрони. И двата обекта (косата и вълнената шапка, например), ще бъдат след това статично натоварени. Но защо електроните текат от единия обект към другия, вместо да се движат и в двете посоки?

Това никога не е било задоволително обяснение и едно скорошно изследване на Бартош Гржибовски (Bartosz Grzybowski) от Северозападния университет установи, че то дори не е възможно да се случи. В юнския брой на списание Science Гржибовски разкрива, че участъци с излишък на положителен и отрицателен заряд  съществуват едновременно в статично натоварените обекти. Той също така установи, че цели молекули мигрират между обектите, докато се трият взаимно.

Обясненията се променят.

Още по темата

26/12/2017

Физика

10-те най-невероятни открития на квантовата физика през 2017 година