Иван Р предлагает Вам запомнить сайт «Быть умным - это модно»
Вы хотите запомнить сайт «Быть умным - это модно»?
Да Нет
×

Основная статья: Физика

Ученые обнаружили новое, удивительное свойство воды

Одна из базовых вещей, которые мы узнаем на уроках естествознания в школе, это то, что вода может существовать в трех разных состояниях: в виде твердого льда, жидкой воды или газообразного пара. Но недавно международная группа ученых обнаружила признаки того, что жидкая вода на самом деле может существовать в двух разных состояниях.

Проводя исследовательскую работу — результаты были опубликованы потом в International Journal of Nanotechnology — ученые неожиданно обнаружили, что у воды температурой от 50 до 60℃ меняется ряд свойств. Этот признак возможного существования второго жидкого состояния воды разжег горячую дискуссию в научных кругах. Если это подтвердится, то открытие найдет применение во множестве областей, включая нанотехнологии и биологию.

Агрегатные состояния, которые еще называют «фазами», — ключевое понятие учения о системах атомов и молекул. Грубо говоря, система, состоящая из множества молекул, может быть организована в виде определенного числа конфигураций в зависимости от ее общего количества энергии. При высоких температурах (а значит, при большем уровне энергии) молекулам доступно большее число конфигураций, то есть они менее жестко организованы и двигаются относительно свободно (газовая фаза). При более низких температурах у молекул в распоряжении меньше конфигураций и они находятся в более организованной фазе (жидкой). Если температура опустится еще ниже, они примут одну определенную конфигурацию и образуют твердое тело.

Эта общее положение вещей для относительно простых молекул, таких как диоксид углерода или метан, у которых три ясно различаемых состояния (жидкость, твердое тело и газ). Но у более сложных молекул есть большее число возможных конфигураций, а значит и количество фаз возрастает. Прекрасная иллюстрация этого — двойственное поведение жидких кристаллов, которые формируются из комплексов органических молекул и могут течь, как жидкости, но сохраняют при этом твердую кристаллическую структуру.

Так как фазы вещества определяются его молекулярной конфигурацией, многие физические свойства кардинально меняются, когда вещество переходит из одного состояния в другое. В вышеупомянутом исследовании ученые измеряли несколько контрольных свойств воды температурой от 0 до 100 ℃ при нормальных атмосферных условиях (чтобы вода была жидкостью). Неожиданно они обнаружили резкие отклонения в таких свойствах как, например, поверхностное натяжение воды и коэффициент преломления (показатель, отражающий, как свет проходит через воду) при температуре около 50℃.

Особая структура

Как это возможно? Структура молекулы воды, H₂O, очень интересна и может быть изображена в виде своего рода стрелки, где атом кислорода располагается вверху, а два атома водорода «сопровождают» его с флангов. Электроны в молекулах стремятся распределиться ассиметричным образом, из-за чего со стороны кислорода молекула получает отрицательный заряд по сравнению со стороной водорода. Эта простая структурная особенность ведет к тому, что молекулы воды начинают определенным образом взаимодействовать друг с другом, их противоположные заряды притягиваются, образуя так называемую водородную связь.

Это позволяет воде во многих случаях вести себя иначе, чем это делают, согласно наблюдениям, другие простые жидкости. Например, в отличие от большинства других веществ определенная масса воды занимает больше места в твердом состоянии (в виде льда), чем в жидком, из-за того, что ее молекулы образуют специфическую регулярную структуру. Другой пример — поверхностное натяжение жидкой воды, которое в два раза больше, чем у других неполярных, более простых жидкостей.

Вода довольно проста, но не слишком. Это значит, что единственное объяснение проявившейся дополнительной фазе воды — то, что она ведет себя немного как жидкий кристалл. Водородные связи между молекулами поддерживают определенный порядок при низких температурах, но могут приходить и в другое, более свободное состояние при повышении температуры. Этим объясняются значительные отклонения, наблюдаемые учеными во время исследований.

Если все подтвердится, выводы авторов могу найти множество применений. Например, если изменения в окружающей среде (скажем, температуры) влекут за собой изменения в физических свойствах вещества, теоретически это можно использовать при создании аппаратуры зондирования. Или можно подойти более фундаментально — биологические системы состоят в основном из воды. То, как органические молекулы (например, протеины) взаимодействуют друг с другом, вероятно, зависит от того, как молекулы воды образуют жидкую фазу. Если понять, как молекулы воды в среднем ведут себя при разных температурах, можно прояснить, как они взаимодействуют в биологических системах.

Это открытие — отличная возможность для теоретиков и экспериментаторов, а также прекрасный пример того, что даже самое привычное вещество может скрывать в себе секреты.


Автор: Лев Дубров






3 янв, 05:00
0 0

Основные формулы по физике









19 дек 16, 05:00
0 0

10 поразительных фотографий, нарушающих законы физики


1 ноя 16, 05:30
0 0

Почему ада не существует?


Реальный вопрос на тесте по физике в NUI Maynooth (Kidare, Ireland). Ответ одного из студентов был настолько «глубоким», что профессор решил поделиться им в сети.

Вопрос: «Как бы Вы описали ад — как экзотермичную (отдает тепло), или как эндотермичную (абсорбирует тепло) систему?»

Большинство студентов пытались описать ад с помощью закона Бойля: газ при расширении охлаждается и температура при давлении падает. Один из студентов написал:

«Сначала мы должны выяснить, как изменяется масса ада с течением времени. Для этого нужно знать, сколько душ прибывает в аду и сколько душ его покидает. Я считаю, что если душа попадает в ад, покинуть она его не может. На вопрос, сколько душ прибывает в ад, нам помогут ответить различные религии, существующие сегодня в мире. Большинство из этих религий утверждает, что души людей, не принадлежащих их церкви, однозначно попадают в ад. Поскольку человек не может принадлежать больше чем к одной религии, можно однозначно утверждать, что все души попадают в ад. Приняв во внимание индексы рождаемости и смертности, можно предполагать, что число душ в аду растет экспоненциально.

Рассмотрим теперь вопрос изменения объема ада. Чтобы в аду поддерживать одинаковую температуру и давление, объем его должен увеличиваться пропорционально увеличению количества душ — согласно закону Бойля. Иначе говоря, мы имеем 2 варианта:

— если ад расширяется медленнее, чем растет число пребывающих душ, то температура и давление там будут расти до тех пор, пока ад просто не развалится;
— если же ад расширяется быстрее, тогда температура и давление падают — ад замерзнет.

Каков из вариантов правильный?
Взяв за основу высказывание Анжелы на первом курсе, что «в аду скорее настанет зима, чем я с тобой пересплю», а так же тот факт, что сегодня мы проснулись вместе — мы придем к однозначному выводу, что ад замерз. Из этого следует, что ад не в состоянии более принимать души. Остается только рай, что и подтверждает наличие Бога. Этим, видимо, и объясняется тот факт, что Анжела всю прошлую ночь кричала: «О, Боже!».


17 окт 16, 03:30
+1 0

"Ух ты, вы, ребята, должно быть реально любите физику"


Девушка моего друга зашла в мою комнату и сказала: "Ух ты, вы, ребята, должно быть реально любите физику"

26 июл 16, 04:30
0 0

Формулы по физике


8 июл 16, 04:00
+4 0

Физики из США приблизились к «математическому» определению килограмма

Исследователи из Национального института стандартов и технологий США заявили о готовности уточнить определение килограмма с помощью ватт-весов NIST-4. Об этом сообщает журнал Review of Scientific Instruments.

NIST-4 представляет собой прибор на базе сверхпроводников, измеряющий количество электрической энергии, которая необходима для уравновешивания гири или предмета определенной массы. С помощью новых ватт-весов ученые, в частности, вычислили постоянную Планка с погрешностью не более 34 частей на миллиард: 6,62606983·10−34 Дж·с. Результаты измерений уступили показателю других групп, которым Международный комитет мер и весов (CIPM) поручил определить эту физическую константу, и оказались втрое ниже требуемой погрешности в 12 частей на миллиард. 

В ближайшее время американские исследователи намерены снизить погрешность до 20 частей на миллиард, уравняв шансы на уточнение килограмма в рамках сотрудничества с русско-немецкой и канадской группами ученых, последняя из которых осуществляет замеры с помощью подсчета атомов в сверхчистой кремниевой сфере. По прогнозам CIPM, команды достигнут нужной точности замеров постоянной Планка и объединят расчеты к июлю 2017 года. Предполагается, что «математическое» определение килограмма посредством уточненной постоянной Планка и формулы E=mc2 будет сформулировано в 2018 году. 

Сейчас килограмм является единственной фундаментальной величиной Международной системы единиц (СИ), которая определяется через физический эталон — платиново-иридиевый цилиндр, изготовленный в 1889 году. Разработка новых определений основных единиц измерения, в том числе килограмма, была инициирована Международным бюро мер и весов в 2005 году.


23 июн 16, 03:30
+1 9

Российские физики доказали возможность двусторонней телепортации







Физики из Российского квантового центра показали, что телепортация в квантовом мире может идти не в одну, а сразу в две стороны, говорится в статье, опубликованной в журнале Physical Review A.

До недавнего времени физики предполагали, что квантовая телепортация возможна только в одну сторону. Алексей Федоров из Российского квантового центра в Москве и его коллеги показали, что на самом деле этот процесс может иметь двусторонний характер, передает РИА «Новости».

При использовании стандартной процедуры квантовой телепортации отправитель-«Алиса» и получатель-«Боб» обладают двумя частицами, «запутанными» между собой на квантовом уровне. Если «Алиса» хочет телепортировать какую-то другую частицу «Бобу», то она одновременно замеряет состояние, в котором находились обе ее частицы, и передает их по обычной линии связи «Бобу». 

Во время этого замера связь между «запутанными» частицами разрушается, и частица «Боба» переходит в те состояния, в которых находилась частица «Алисы» во время телепортации. Чтобы узнать, в каком именно состоянии она находилась, необходимы данные замеров, которые «Боб» может использовать для получения данных о свойствах частицы.

«В рамках нашего подхода мы предложили некоторые модификации этого протокола: теперь «Алиса» и «Боб» действуют более симметрично и «нежно», – поясняет Федоров.

Федоров и его коллеги обнаружили, что двухстороннюю телепортацию можно осуществить, если замерять состояния частиц при помощи техники так называемых «слабых» измерений, придуманной относительно недавно, в 90 годах прошлого века.

Этот тип измерений не обладает высокой точностью, но позволяет сохранить запутанность для двусторонней передачи и получения квантовой информации. Подобная передача не проходит бесследно для частиц – получатель и отправитель передают друг другу не полную информацию об этих частицах, а ее несовершенные копии.

По словам ученых, подобная двусторонняя телепортация будет интересна не только с точки зрения практики, улучшения работы систем квантовой связи и шифрации, но и теоретикам и ученым, занимающимся фундаментальной физикой.

Квантовая телепортация была впервые описана на теоретическом уровне в 1993 году группой физиков под руководством Чарльза Бенетта. По их идее, атомы или фотоны могут обмениваться информацией на каком угодно расстоянии в том случае, если они были «запутаны» на квантовом уровне. Для осуществления этого процесса необходим обычный канал связи, без которого мы не можем прочитать состояние запутанных частиц, из-за чего такую «телепортацию» нельзя использовать для передачи данных на астрономические расстояния.


10 июн 16, 04:30
0 0

Физика: Этому не учили в школе


25 май 16, 03:00
0 0

Занимательная физика


Исследования космического мусора показали, что на гиперзвуковых скоростях даже малые образцы могут привести к катастрофическим разрушениям

16 май 16, 04:00
+4 2
Темы с 1 по 10 | всего: 124
Самые обсуждаемые
5 вещей, которые наука до сих пор не может объяснить

5 вещей, которые наука до сих пор не может объяснить

Об окружающем мире современной науке известно практически все, однако до сих пор некоторые явления и вещи не имеют рационального объяснения. Мы сделали под

7 мар 15, 04:30
+69 50
Этот двигатель нарушает законы физики, и учёные не могут найти подвоха

Этот двигатель нарушает законы физики, и учёные не могут найти подвоха

В это трудно поверить… Если всё так, как пишет Wired, перед человечеством вот-вот откроется новая эра — Эра космических путешествий. EmDrive (сокр. «электром

10 май 16, 04:30
+40 38
7 веществ, нарушающих правила физики

7 веществ, нарушающих правила физики

В мире много удивительных вещей и необычных материалов, но эти вполне могут претендовать на участие в категории «самые удивительные среди придуманных людьми». Б

Иван Р 24 июн 14, 11:08
+34 8
6 крупнейших тайн физики, которые до сих пор не разгаданы

6 крупнейших тайн физики, которые до сих пор не разгаданы

  В 1900 году британский физик лорд Кельвин сказал: «В физике нет ничего нового, подлежащего открытию. Остается лишь выполнять все более и более точные измере

27 янв 16, 04:30
+20 7
Как выглядит звук

Как выглядит звук

Адам Коул — канонический нерд, который ведет научно-популярный блог «Росомаха» (Skunk Bear) на тумблере. Однажды он задался вопросом, можно ли использовать тех

Иван Р 30 авг 14, 14:24
+16 7
Минусовые
Вдувай и получай электроэнергию.

Вдувай и получай электроэнергию.

Пожалуй, именно, так в двух словах можно охарактеризовать новую совместную разработку китайских и американских учёных. На волне бума альтернативной энергетики, в

Иван Р 1 июл 14, 10:57
-1 1
Что если … бросить мяч со скоростью света?

Что если … бросить мяч со скоростью света?

Предметы не могут двигаться быстрее скорости света, поэтому пускай скорость мяча будет 90% от скорости света. И это уже является магией – такое просто невозможн

Иван Р 25 июн 14, 10:20
0 0
Моцарт от науки. Лев Давидович Ландау

Моцарт от науки. Лев Давидович Ландау

«Каждый имеет довольно сил, чтобы прожить жизнь достойно. А все разговоры о том, какое трудное время, — лишь хитроумный способ оправдать свою лень, бездейст

4 янв 15, 10:00
0 0
Что с вами случится, если вы попадёте в центр Земли

Что с вами случится, если вы попадёте в центр Земли

Некоторые интересные теоретические выкладки о том, как работает физика внутри нашей планеты Добраться до центра Земли и выжить при этом невозможно: температур

Иван Р 25 июн 14, 10:17
0 0
Физика: Этому не учили в школе

Физика: Этому не учили в школе

источник

25 май 16, 03:00
0 0

Сейчас онлайн

  • Julia Kovalenko
  • Галина Васильева
  • Светлана Гаврилова (Новосельская)
  • леонид галашев
  • Алмас Мухаметов
  • Людмила Филатова
  • Елена Тимофеева
  • Игорь Дмитренко
  • Алексей Киселёв
  • Жанна Шитова
  • Александр Чиркин
  • Нелли Вершинина
  • Юрий Лойк
  • Владислав Золин
  • Григорий Панков
Читать

Поиск по блогу

Последние комментарии