Что тяжелее дерево или олово

Руководство по материалам электротехники для всех. Часть 3

Продолжение руководства по материалам электротехники. В этой части заканчиваем разбирать проводники: Углерод, Нихромы, термостабильные сплавы, припои — олово, прозрачные проводники.

Добро пожаловать под кат (ТРАФИК)

Хочу сказать спасибо всем за дельные комментарии к предыдущим частям, мой список TODO растет. Если тенденция сохранится, то итоговую версию руководства в формате pdf я опубликую не в 11 части, как планировал, а отдельно 12й частью вместе со списком доработок и улучшений. Оставляйте пожелания в комментариях какие места требуют более подробного обьяснения.

Эта часть посвящена «так себе проводникам» — материалам которые проводят ток, но делают это весьма паршиво, и с этим мирятся только благодаря каким-то особым свойствам материала, которого нет у других проводников.

Углерод

С — углерод. Не совсем металл, но тоже проводник. Графит, угольная пыль — не такие хорошие проводники как металлы, но зато очень дешевые, не подвержены коррозии.

Примеры применения

Компонент резисторов. В виде пленок, в виде объемных брусков в диэлектрической оболочке.

Добавка в полимеры для придания электропроводности. Для защиты от образования статического электричества достаточно ввести в состав полимера мелкодисперсный графит, и пластик из диэлектрика становится очень плохим проводником, достаточным, что бы статический заряд с него стекал. При работе с изделиями из такого пластика они не будут прилипать и искрить, что важно при пожароопасности или работе с электроникой.

Токопроводящий лак на базе суспензии графита.

На базе полимеров, заполненных мелкодисперсным графитом, основаны различные нагреватели — пленочные электронагреватели теплых полов, греющие кабели для систем водоснабжения, нагреватели для одежды и т.д. Высокий коэффициент расширения полимеров при нагреве приводит к отрицательной обратной связи, что делает такие нагреватели саморегулирующимися и потому безопасными. При пропускании тока через такой полимер, он нагревается, от нагрева расширяется, контакт между частичками углерода в матрице из полимера ухудшается, от этого увеличивается сопротивление — уменьшается протекаемый ток, уменьшается нагрев. В итоге, устанавливается некоторая температура полимера, стабильно поддерживающаяся этим механизмом обратной связи без каких либо внешних устройств.

Нагреватель от печки лазерного принтера. Основа — фарфор, проводники — серебро. Нагреватель — углеродная композиция, покрыта для защиты слоем глазури.

Аналогично устроены полимерные самовосстанавливающиеся предохранители. Если ток через такой предохранитель превысит номинальный, от нагрева полимер в составе расширяется, и резко увеличившееся сопротивление прерывает ток через предохранитель до некоторого небольшого значения. Такие предохранители обеспечивают медленную защиту, но не требуют замены предохранителя после каждой аварии.

Угольный сварочный электрод — используется для сварки, когда от электрода требуется только поддерживать дугу не плавясь. Уголь значительно дешевле вольфрама, но менее прочен и постепенно сгорает на воздухе.

Электроды от дуговой лампы, использовавшейся для киносъемок. Марка электродов КСБ — Уголь КиноСьемочный Белопламенный неомедненный.

Медно-графитовые материалы. Получают спеканием порошка меди и графита в разных пропорциях. В зависимости от состава могут быть от чёрных как уголь до темно красных с медным блеском. Используется как материал скользящих контактов — щеток электрических приборов. Такие щетки обеспечивают низкое сопротивление вращению — хорошо скользят по контактам коллектора. Кроме того их твёрдость заметно ниже твёрдости металла коллектора, так что в процессе работы истираются и подлежат замене дешевые щетки а не дорогой ротор.

Изношенные щетки от двигателя стиральной машины. Плохой контакт щеток с коллектором — причина повышенного искрения.

Источники

Если вдруг понадобился срочно угольный электрод, например сварить термопару, самый доступный способ — вытащить центральный электрод из солевой батарейки (маркировка которой начинается с R а не LR, щелочные («алкалиновые») не подойдут). Угольный стержень из батарейки содержит в себе следы электролита, поэтому перед применением не лишнем будет промыть и прокипятить его в воде для удаления остатков электролита.

Нихромы

Для изготовления нагревателей, мощных сопротивлений требуются сплавы со следующими требованиями:

• Относительно высокое удельное сопротивление — иначе нагреватель придется делать длинным и тонким, что отрицательно скажется на долговечности.
• Устойчивость к окислению на воздухе. Если в колбу лампы накаливания попадет воздух, то спираль очень быстро сгорит. При высоких температурах скорости химических реакций растут, и кислород воздуха начинает окислять даже стойкие при комнатной температуре металлы.
• Иметь приемлемые механические характеристики. Низкая пластичность и повышенная хрупкость негативно скажется на надежности изделия.

Нагреватели обычно изготавливают из следующих сплавов:

Нихром (55-78% никеля, 15-23% хрома) рабочая температура до 1100 °C хотя нихромы — это целый класс сплавов с небольшой разницей в составе.
Фехраль, название образовано от состава FeCrAl (12-27% Cr, 3.5-5.5% Al, 1% Si, 0.7% Mn, остальное Fe) рабочая температура до 1350 °C (Иногда называют канталом — kanthal, это не марка сплава, а торговая марка, которая стала нарицательной, как например «термос»).

Добавка хрома обеспечивает образование защитной пленки на поверхности сплава, благодаря чему нагреватели из нихрома могут длительное время работать на воздухе с высокой температурой поверхности.

Фехраль после нагрева становится ломким. Нихром после нагрева еще можно как-то гнуть. При этом фехраль дешевле нихрома, в рознице не так заметно, но ощутимо в оптовых партиях.

Нихромовая спиралька с фитилем внутри — испаритель электронной сигареты. Нихромовой струной, подогреваемой электрическим током, режут пенополистирол. Также из нихрома изготавливают термосьемники изоляции — на сегодняшний день самый надежный способ снять изоляцию с провода и не повредить токопроводящую жилу.

На удивление, достаточно трудно купить нихром в виде проволоки в небольших количествах, местные продавцы о количествах менее килограмма даже слышать не хотят. Так что, если понадобится изготовить нагревательный элемент — то проще перемотать нихром с какогонибудь неисправного тепловентилятора.

Концы нагревательных элементов обычно приваривают к тоководам или зажимают механически — винтом или опрессовкой.

Сплавы для изготовления термостабильных сопротивлений

У всех материалов есть ТКС — температурный коэффициент сопротивления, мера того, насколько изменяется сопротивление с изменением температуры. Он может быть положительным — как у металлов, с ростом температуры сопротивление растет, может быть отрицательным, как у полупроводников, с ростом температуры сопротивление падает. При изготовлении точных измерительных приборов необходимо иметь сопротивления с минимальным дрейфом номинала в зависимости от температуры. Для этого изобрели сплавы с минимальным ТКС:

Константан (59% Cu, 39-41% Ni, 1-2% Mn)
Манганин (85% Cu, 11.5-13.5% Mn, 2.5-3.5% Ni)

Таблица, с указанием температурного коэффициента (обозначается как α) для различных
металлов:

Материал	Температурный коэффициент α
Кремний	-0,075
Германий	-0,048
Манганин	0,00002
Константан	0,00005
Нихром	0,0004
Ртуть	0,0009
Сталь 0,5% С	0,003
Цинк	0,0037
Титан	0,0038
Серебро	0,0038
Медь	0,00386
Свинец	0,0039
Платина	0,003927
Золото	0,004
Алюминий	0,00429
Олово	0,0045
Вольфрам	0,0045
Никель	0,006
Железо	0,00651

Если упростить, то коэффициент α говорит, во сколько раз изменится сопротивление проводника при изменении температуры на один градус Цельсия.

Припои

Пайка — это процесс соединения двух деталей при помощи припоя, материала с температурой плавления меньшей, чем у соединяемых деталей. Например, соединение двух медных проводников при помощи олова. Именно использование припоя — основное отличие от сварки, когда детали соединяются расплавом из самих себя, например стальной крюк к стальной двери приваривается при помощи стального плавящегося сварочного электрода.

Припои чаще классифицируют на две группы — тугоплавкие (температура плавления 400°С и более) и легкоплавкие. Или, иногда, на твёрдые и мягкие. Учитывая, что мягкие припои обычно легкоплавкие, то часто твёрдые припои синоним тугоплавких, а мягкие припои — легкоплавких.

В электронной технике припои используют для создания надежного электрического контакта. Основные припои в электронной технике — мягкие, на базе олова и оловянно-свинцовых сплавов. Все остальные экзотические припои рассматриваться не будут.

Олово

Sn — Олово. Основной компонент мягких припоев. Олово — относительно легкоплавкий металл, что позволяет использовать его для соединения проводников. В чистом виде не используется (см. факты). Из-за дороговизны олова (а также других причин, см. ниже), его в припоях разбавляют свинцом. Припой из 61% олова и 39% свинца образует эвтектику, такой смесью, ПОС-61 (Припой Оловянно-Свинцовый — 61% олова) паяют радиодетали на платах, провода. В менее ответственных узлах (шасси, теплоотводы, экраны и т.п.) олово в припоях разбавляют сильнее, до 30% олова, 70% свинца.

Электронные устройства долгое время паяли оловянно-свинцовыми припоями. Затем набежали экологи и заявили, что свинец — металл тяжелый, токсичный, и проблемы бы не было, если бы все эти ваши айфоны, компьютеры и прочие гаджеты не оказывались на свалке, откуда свинец попадает в окружающую среду. Поэтому придумали серию бессвинцовых припоев, когда олово разбавлено висмутом, или вовсе используется в чистом виде, стабилизированное добавками, например, серебра. Но эти припои дороже, хуже по характеристикам, более тугоплавкие. Поэтому оловянно-свинцовые припои надолго останутся в ответственных изделиях военного, космического, медицинского применения.

Кроме того, бессвинцовые припои склонны к образованию «усов». Оловянные усы — длинные тонкие кристаллы, вырастающие из оловянного припоя — причина отказов и сбоев аппаратуры. К сожалению, присадки в припои не позволяют на 100% прекратить рост «усов», поэтому оловянно-свинцовые припои, как проверенные временем, используются в критичных системах — космос, медицина, военка, атомные применения. Подробнее про усы.

Факты об олове

Легкоплавкие припои

На базе сплавов с содержанием олова были разработаны легкоплавкие припои. И даже очень легкоплавкие припои, которые плавятся в горячей воде. Хороший список сплавов есть в Википедии.

Катушки и прутки оловянно-свинцовых припоев. Проволока из припоя содержит центральный канал с флюсом, облегчающим процесс пайки.

Основные припои для радиоаппаратуры

• ПОС-61 — 61% олова, остальное — свинец. Температура плавления (ликвидус) 183 °C. Есть множество сходных по составу и по свойствам импортных припоев, в которых пропорции компонентов отличаются на пару процентов, например Sn60Pb40 или Sn63Pb37.
• ПОС-40 — 40% олова. Остальное — свинец. Температура плавления (ликвидус) 238 °C Менее прочный, более тугоплавкий, неэвтектический (плавится не сразу, есть диапазон температур при котором припой больше походит на кашу). Но благодаря тому, что чуть ли не в два раза дешевле (олово дорогое), применяется для неответственных соединений — пайка экранов, шин. Аналогичны припои ПОС-33 (температура плавления 247С), ПОС-25 (температура плавления 260С), ПОС-15 (температура плавления 280С).
• Бессвинцовые припои. Для пайки медных водопроводных труб горелкой чаще всего используют мягкий припой с 3% меди (Sn97Cu3). Он не содержит свинца, потому пригоден для питьевой воды. По экологическим причинам современную электронику на заводах паяют в основном бессвинцовыми припоями. Хорошая статья.

Замыкают список совсем легкоплавкие припои:

• Сплав Розе: 25% Sn, 25% Pb, 50% Bi. Температура плавления +94 °C.
• Сплав Вуда: 12,5% Sn, 25% Pb, 50% Bi, 12.5% Cd Температура плавления +68,5 °C.

Применяются для лужения печатных плат любителями, так как плавятся в горячей воде, и можно резиновым шпателем под слоем кипящей воды быстро покрыть припоем медную фольгу печатной платы. В технике их используют для пайки деталей, не выдерживающих нагрева до обычной температуры припоев, или в тех случаях, когда зачем-то нужен очень легкоплавкий металл (например, для датчика температуры).

Если спаять подпружиненные контакты легкоплавким припоем, то получится простой и надежный термопредохранитель, при превышении температуры припой плавится и контакты разрывают цепь. Правда, предохранитель получится одноразовым. Во многих советских телевизорах в блоке строчной развертки была защита из обычной стальной спиральной пружинки, припаянной на легкоплавкий припой. При перегреве, в том числе от большого тока через пружинку, она отпаивалась и отрывалась. Предохранители такого типа очень хороши как защита от пожара.

Прочие проводники

Термопарные сплавы

Для изготовления термопар используют сплавы стойкие к высоким температурам, но при этом обладающие высокой ТермоЭДС. Подробнее про термопары можно прочитать в соответствующей литературе.

• Хромель (90% Ni, 10% Cr)
• Копель (43% Ni, 2-3% Fe, 53% Cu)
• Алюмель (93-96% Ni, 1,8-2,5% Al, 1,8-2,2% Mn, 0,8-1,2% Si)
• Платина (100% Pt)
• Платина-родий (10-30% Rh)
• Медь (100% Cu)
• Константан (59% Cu, 39-41% Ni, 1-2% Mn)

Соединяя два проводника из двух разных металлов получают термопары, например термопара типа K (ТХА — Термопара Хромель-Алюмель). Самые распространенные пары: хромель-алюмель, хромель-копель, медь-константан (для низких температур), платина-платинородий (для точных измерений и для высоких температур).

Оксид Индия-Олова

Оксид Индия — Oлова (Indium tin oxide или сокращённо ITO) — полупроводник, но обладает невысоким сопротивлением, а самое главное, пленка из оксида индия-олова прозрачна.

Это свойство используется при производстве ЖК дисплеев, сетка электродов на поверхности стекла нанесена именно из оксида индия-олова. Также резистивные touch панели имеют прозрачное проводящее покрытие.

Пленка ITO едва видна в отражении, чтобы хоть как то она была заметна пришлось разобрать ЖК дисплей:

Стекла от ЖК индикатора электронных часов. Индикатор подключался к электронной схеме через токопроводящую резинку, гребенка контактов видна в нижней части стекла.

На просвет проводящая пленка не видна

На удивление, сопротивление пленки довольно низкое.

На этом мы закончили проводники. В следующей части начнем обзор диэлектриков

Источник

Почему истинный вес тонны дерева больше тонны железа?

Общеизвестен шуточный вопрос: что тяжелее – тонна дерева или тонна железа? Не подумавши, обыкновенно отвечают, что тонна железа тяжелее, вызывая дружный смех окружающих.

Шутники, вероятно, еще громче рассмеются, если им ответят, что тонна дерева тяжелее, чем тонна железа. Такое утверждение кажется уж ни с чем не сообразным, – и однако, строго говоря, это ответ верный!

Дело в том, что закон Архимеда применим не только к жидкостям, но и к газам. Каждое тело в воздухе “теряет” из своего веса столько, сколько весит вытесненный телом объем воздуха.

Дерево и железо тоже, конечно, теряют в воздухе часть своего веса. Чтобы получить истинные их веса, нужно потерю прибавить. Следовательно, истинный вес дерева в нашем случае равен 1 тонне + вес воздуха в объеме дерева; истинный вес железа равен 1 тонне + вес воздуха в объеме железа.

Но тонна дерева занимает гораздо больший объем, нежели тонна железа (раз в 15), поэтому истинный вес тонны дерева больше истинного веса тонны железа! Выражаясь точнее, мы должны были бы сказать: истинный вес того дерева, которое в воздухе весит тонну, больше истинного веса того железа, которое весит в воздухе также одну тонну.
Так как тонна железа занимает объем в 1/8 куб. м, а тонна дерева – около 2 куб. м, то разность в весе вытесняемого ими воздуха должна составлять около 2,5 кг. Вот насколько тонна дерева в действительности тяжелее тонны железа!

Яков Исидорович Перельман — “Занимательная физика. Книга 1

Правдива ли история про английских лучников, средний палец и происхождение выражения f#ck you?

В соцсетях можно встретить забавную историю о том, что происхождение известного жеста и не менее распространённого ругательства берёт начало от битвы при Азенкуре, состоявшейся в 1415 году. Мы проверили, так ли это на самом деле.

(Спойлер для ЛЛ: неправда)

Контекст. Пользователи соцсетей рассказывают такую историю: в 1415 году в ходе Столетней войны состоялась битва при Азенкуре между французами и англичанами. Французы якобы договорились, что будут отрезать захваченным в плен лучникам средний палец — без него противники не смогут стрелять из длинного лука, представлявшего серьёзную опасность. Эти луки делались из тиса, а стрельбу из них якобы называли щипанием (по-английски pluck yew). После победы англичане якобы стали насмехаться над противниками, показывая средний палец и как бы говоря тем самым, что продолжат «щипать тис». Утверждается, что со временем фраза pluck yew трансформировалась в распространённое в современном английском языке ругательство fuck you. Эту байку можно обнаружить в популярных пабликах во «ВКонтакте» и Facebook, в Twitter, LiveJournal, на сайтах издания «Новые известия» и некоторых школ английского языка. Не миновала она и Пикабу FUCK YOU! Как возник жест , где была, отметим, довольно оперативно разоблачена.

Современные учёные придерживаются мнения, что демонстрация среднего пальца приобрела своё символическое значение задолго до Столетней войны. По словам антрополога Десмонда Морриса, «это один из самых древних из известных нам жестов». Специалист уверен, что он происходит из первобытных времён, а его символика довольно проста: средний палец — пенис, сжатые пальцы — тестикулы.

Использование подобного жеста можно встретить уже в античные времена. Так, в сочинениях Диогена Лаэртского упоминается история, связанная с Диогеном Синопским — якобы тот указал на Демосфена именно средним пальцем со словами:

«Вот вам правитель афинского народа». Там же описан другой эпизод: «Большинство людей, говорил он (Диоген Синопский. — Прим. ред.), отстоит от сумасшествия на один только палец: если человек будет вытягивать средний палец, его сочтут сумасшедшим, а если указательный, то не сочтут».

Жест сохранился и в Древнем Риме. Например, в эпиграмме Марциала говорится:

«Смейся, Секстилий, над теми, кто называет тебя педерастом, и показывай им средний палец».

В другой его эпиграмме рассказывается о старике, который хвастается отменным здоровьем и демонстрирует врачам «неприличный» палец. Использование этого жеста в Древнем Риме описывает и американский исследователь Энтони Корбелл.

Но вернемся к Столетней войне. Современные историки, занимающиеся этим историческим периодом, не согласны с популярной в интернете байкой. Энн Карри, профессор Университета Саутгемптона и бывший вице-президент Королевского исторического общества, посвятила целую книгу битве при Азенкуре. В ней исследовательница пишет:

«Ни в одной хронике или историческом сочинении XVI века нет сообщений о том, что английские лучники показывали какие-либо жесты французам после битвы, чтобы продемонстрировать тем, что у них всё ещё есть пальцы. Нет никаких доказательств тому, что при захвате лучника тем или иным способом противник отрезал ему пальцы».

Схожую оценку даёт и американский историк Джон Киган.

Возможный первоисточник популярной легенды — хроника XV века, написанная французом Жаном де Вавреном. В ней говорится, что в своей речи перед битвой английский король Генрих V якобы заявил:

«Французы хвастались, что они отрежут по три пальца с правой руки всех попавших в плен лучников, чтобы впоследствии ни один воин или конь не был убит с помощью их луков».

Подлинность этого утверждения весьма сомнительна — присутствие французского хрониста при выступлении английского короля в условиях войны представляется маловероятным.

Что касается связи между неприличным выражением fuck you и староанглийским словосочетанием pluck yew («щипание тиса»), то и это утверждение не находит подтверждения среди учёных. Хотя происхождение глагола fuck до сих пор не удалось установить однозначно, версия с причастностью английских лучников не входит в число сколько-нибудь вероятных. Наиболее популярные варианты, предлагаемые лингвистами, — развитие одного из древнеанглийских корней или заимствование из других германских языков. Возможное самое раннее упоминание глагола относится к началу XIV века — битва при Азенкуре состоялась спустя 100 лет.

Таким образом, все тезисы популярной в интернете истории не соответствуют действительности. Английские лучники точно не «изобрели» неприличный жест в 1415 году. О планах французов отрезать им средний палец доподлинно не известно — о подобной угрозе якобы рассказывал перед битвой английский король, причём зафиксировано это в единственной французской хронике. Наконец, самое раннее упоминание глагола fuck обнаружено в документе, составленном за более чем сто лет до битвы при Азенкуре, поэтому его связь со словом pluck крайне сомнительна.

Ещё нас можно читать в Телеграме, в Фейсбуке и в Вконтакте. Традиционно уточняю, что в сообществах отсутствуют спам, реклама и пропаганда чего-либо (за исключением здравого смысла), а в день обычно публикуем не больше двух постов.

Аудиоверсии проверок в виде подкастов c «Коммерсантъ FM» доступны в Simplecast, «Яндекс.Подкасты», Apple Podcasts, «ЛитРес», Soundstream.

Почитать по теме:

Молдавские учёные решили проблему, над которой 140 лет бились математики всего мира

Два математика из Молдовы первыми в мире решили алгебраическую проблему, над которой 140 лет размышляли великие ученые мира. Об этом на этой неделе сообщил Технический университет Молдовы (UTM).

«Доктор физико-математических наук Михаил Попа и доктор математических наук Виктор Прикоп первыми в мире нашли решение знаменитой проблемы центра и фокуса, поставленной выдающимся французским математиком Анри Пуанкаре, над которой великие математики мира размышляли более века», — говорится на сайте университета.

Этой проблеме посвятили тысячи работ математики из Франции, России, Беларуссии, Китая, Великобритании, Канады, США и других стран мира. Только в Молдове число работ, посвященных проблеме Пуанкаре, приближается к сотне, отметили в UTM.

Профессор университета Михаил Попа, основатель научной школы алгебры Ли и дифференциальных систем, предложил собственное решение проблемы центра и фокуса, которое привело его к результату, ставшему открытием.

Во время исследований к профессору присоединился его ученик Виктор Прикоп. Вместе они усовершенствовали первоначальную гипотезу в монографии «Проблема центра и фокуса. Алгебраические решения и гипотезы».

Работа была переведена на английский язык и представлена для издания в несколько зарубежных издательств. В итоге лучшие условия предложил издательский дом «Taylor & Francis Group», расположенный в Великобритании и специализирующийся на публикациях научной литературы и журналов.

Где-то всплакнул Гриша Перельман.

Панорама, да не та. И с такими лицами не шутят.

Они улетели и не вернутся никогда. Вояджеры

Проект «Вояджер» – один из самых масштабных и успешных космических проектов, созданных человечеством. Ученые до сих пор изучают данные, собранные в рамках миссии, а аппарат «Вояджер-1» является самым отдаленным объектом, который создал человек.

Но обо всем по порядку:

В середине 60-х годов в своей работе о гравитационных маневрах и полетах к дальним планетам один никому не известный студент-интерн указал на удачное сближение сразу четырех планет: Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Таким событием, конечно же, заинтересовались ученые из NASA, и уже в 1969 году был готов проект по запуску 4 автономных космических аппаратов, которые смогли бы максимально близко подлететь к планетам и изучить все их разом. Но финансирование урезали – денег хватило только на 2. Аппараты отправили в космос 20 августа и 5 сентября 1977 года, назвав проект «Вояджер» (с англ. «Путешественник») буквально за несколько дней до старта.

Чего только не было на борту Вояджеров: и камеры в высоком разрешении с разным углом обзора, и спектрометры с многочисленными настройками, детекторы плазмы, космических лучей, волн всяческих… В общем, вооружили их до зубов и на все случаи жизни.

«А как это все будет работать? Они же не от пальчиковых батареек энергию берут?» Как раз от батареек, только не от пальчиковых, а от космических батареек РИТЭГ (радиоизотопный термоэлектрический генератор). В них используется радиоактивный плутоний, который выделяет тепло при своем распаде, а генератор превращает ее в электричество. Это не ядерный реактор на атомной станции, конечно, и энергии от него гораздо меньше, зато размеры РИТЭГа весьма скромные и он не требует обслуживания на протяжении всего срока работы.

К борту каждого из аппаратов был прикреплен диск с посланием внеземным цивилизациям. На пластинке записаны приветствия на разных языках, звуки Земли, классическая музыка, изображения земных пейзажей и многое другое. До сих пор не утихают споры о целесообразности и безопасности таких посланий. Делались они с твердой верой во внеземной разум или чтобы «увековечить» себя во Вселенной – не ясно. На эту тему у меня есть отдельный пост «Золотое послание Вояджера».

В чем же значимость проекта?

Программа «Вояджер» создавалась для исследования Юпитера и Сатурна, о которых в то время было известно очень мало, а так же для исследования спутников этих планет. Но миссия не ограничилась только этим. Сбор данных начался уже через несколько дней после старта. Выйдя в открытый космос и встав на свой курс, «Вояджер-1» передал на Землю первую свою фотографию: Земля и Луна с расстояния 11 млн км.

К концу года оба аппарата вошли в Пояс астероидов и там, в бескрайней космической пустыне, «Вояджер-1» обогнал своего собрата, навсегда взяв лидерство в этой гонке. Ученые знали, что это произойдет, из-за этого «Вояджер-2» нарекли вторым номером, несмотря на то, что запустили его первым. В январе 1979 года «Вояджер-1» стал сближаться с Юпитером. Каждый день в одно и то же время аппарат делал несколько фотографий планеты, а ученые сложили из них занимательный «кинофильм». На нем видно как дуют ветра в атмосфере, как рождаются смерчи-воронки и как крутится Большое красное пятно. На фото Юпитер с расстояния 33 млн км.

Пролетая мимо Юпитера, «Вояджер-1» сделал примерно 19 тысяч снимков гигантской планеты и ее спутников, большинство из которых были удачными и четкими. Американский физик Эдвард Стоун сказал: «У нас набралось открытий почти на десятилетие вперед, за этот короткий двухнедельный период». Уже улетая от Юпитера, аппарат сделал финальные фото одного из спутников (Ио). Фильтр постобработки удалил белое пятно около поверхности, распознав в нем бесполезный шум, а вот ученые увидели совершенно иное – облако вулканического пепла. Это открытие просто взорвало научный мир! Впервые ученые увидели извержение вулкана вне Земли.

Следующим на очереди был Сатурн. Исследования этой планеты показали, что Сатурн холодный и совсем не спокойный уголок Солнечной системы. Температура атмосферы опускалась ниже -190°С, а скорость ветра достигала 1800 км/ч. Кроме всех прочих красот Сатурна, настоящий фурор вызвал снимок одного из его спутников – Мимаса. Он удивительно схож со Звездой смерти из фильма «Звездные войны», который на тот момент только вышел на экраны.

«Вояджер-2» тоже не отставал. Вслед за своим «напарником» он продолжил изучать атмосферу Сатурна, систему его колец, а так же пролетел на бреющем полете мимо Энцелада – спутника Сатурна. На этом месте пути двух «братьев» разошлись. В 1981 году «Вояджер-2» круто поменял траекторию, направившись к Урану и Нептуну. Уже в 1986 году аппарат передал на Землю тысячи снимков Урана. Кстати, для этого на Земле пришлось модернизировать принимающие антенны, ведь расстояние до аппарата стремительно увеличивалось.

Прощание с Ураном

До 1986 года ученые знали про Уран лишь то, что он вращается на боку, у него есть 9 колец и 5 спутников. Уже первые снимки аппарата позволили открыть еще 2 кольца, а количество известных спутников увеличилось в 3 раза. При этом кольца были значительно моложе самой планеты. Вероятнее всего, Уран разрушил часть своих спутников приливными силами.

На очереди был Нептун и пока «Вояджер-2» летел к этой далекой планете, на нашей Земле вовсю проходила подготовка для приема слабеющего с каждым днем сигнала. Ранее модернизированные антенны приходилось дорабатывать вновь, причем существенно. Для лучшего приема антенны в разных частях света (Калифорния, Испания, Автралия) связали в одну единую сеть, а их диаметр расширили.

Нептун был последней планетой, с которой должен был встретиться Вояджер-2. Было решено пройти невероятно близко рядом с планетой — всего в 5 тыс. км от его поверхности (это было менее трех минут полета при скорости аппарата). Ювелирная работа, что сказать. Все маневры были заложены в аппарат заранее, ведь сигнал от Нептуна до Земли идет больше 4 часов! За это время «Вояджер-2» преодолеет свыше 200 тысяч километров и любая команда, направленная учеными, станет бесполезной. В декабре 1989 года камеры «Вояджера-2» были отключены навсегда. Позже были произведены несколько корректировок курса. На сегодняшний день часть приборов находится в рабочем состоянии. Ученые прогнозируют, что энергии батареи хватит до 2025 года.

В это же время «Вояджер-1», закончивший свою миссию, удалялся прочь от Солнца со скоростью 17 км/с. В феврале 1990 года Вояджер делает совместное фото всех планет Солнечной системы, среди которых есть и Земля. Фото, сделанное с расстояния 6 миллиардов километров, до сих пор остается самым удаленным снимком нашей планеты. Астрофизик и популяризатор науки Карл Саган много лет просил руководство проекта сделать это фото. С его легкой руки оно получило название «Бледно-голубая точка» (Pale Blue Dot). Снимок облетел весь мир и стал философским символом хрупкости нашего мира. Мира, который мы называем домом.

Сам Карл Саган сказал про этот снимок:

«Взгляните еще раз на эту точку. Это здесь. Это наш дом. Это мы. Все, кого вы любите, все, кого вы знаете, все, о ком вы когда-либо слышали, все когда-либо существовавшие люди прожили свои жизни на ней. Множество наших наслаждений и страданий, тысячи самоуверенных религий, идеологий и экономических доктрин, каждый охотник и собиратель, каждый герой и трус, каждый созидатель и разрушитель цивилизаций, каждый король и крестьянин, каждая влюбленная пара, каждая мать и каждый отец, каждый способный ребенок, изобретатель и путешественник, каждый преподаватель этики, каждый лживый политик, каждая «суперзвезда», каждый «величайший лидер», каждый святой и грешник в истории нашего вида жили здесь — на соринке, подвешенной в солнечном луче».

На сегодняшний день оба Вояджера удаляются прочь из Солнечной системы. Они уже пересекли гелиопаузу и вышли в межзвездное пространство. «Вояджер-1» остается самым удаленным рукотворным объектом. Расстояние до него 23 млрд километров (154 расстояния между Землей и Солнцем) и оно увеличивается каждую секунду! В 2027 году он должен удалиться от нас на один световой день. После 2030 года оба аппарата перейдут в режим радиомаяков из-за нехватки мощности, а к 2040 году умолкнут навсегда. Через 300 лет они приблизятся к внутренней границе облака Оорта, а после этого отправятся вечно странствовать по галактике Млечный путь.

Читайте также:  Соли олова как называются

Посмотреть за Вояджерами в реальном времени можно здесь.

Понравилась статья? Ставьте лайк и подписывайтесь, если еще не с нами.

Космос – это интересно!

Иррациональные число «Пи»

Вы знали, что математика, это не просто мир постоянных чисел, непонятных выражений и формул? Что это не однотонное полотно серых, или черных букв, которые сливаются в предложения и тексты?

Наука, это интересно! Как-то раз, я залез в пучины интернета, в поисках чего-нибудь интересного, я не знал куда движусь, и каждый шаг удивлял меня. В результате путешествия стало греческое иррациональное число «Пи» (π).

Сверху, одна из множества замечательных визуализаций иррационального числа, которое выглядит примерно так, и начинается со всем известного 3.14: «3,1415926535 8979323846 2643383279 5028841971. » — вид в десятичной системе исчисления, а если быть проще, нашими обыденными цифрами «0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9». Правда, заметили те «. » (Три точки в конце)? Это и есть самое интересное — оно бесконечно!

Огромная работа, которую можно увидеть выше, была проделана Крживинским (учёный), который соединял струны друг с дружкой разноцветными нитями. К примеру тройку с единицей, затем с четвёркой, напомню что это начало числа «π» (Пи) — «3.14. «. И каждый раз, он менял цвет, как многие из называют «струн». Довольно красиво, не правда ли?)

В следующей визуализации процесс был очень похож на предыдущий, просто цифры, или точки, были изображены на краях изображения у виде кругов. Чем больше точка, тем более большой диаметр у круга.

Фиолетовые большие круги представляют собой девятки, которые в одном десятичном ряду повторяются шесть (6) раз. Это как раз те точки именуемые «точками Фейнмана», которые говорят, что: повторение происходит намного раньше, чем предсказывает вероятность.

Про число π (Пи) можно много чего рассказать даже не забираясь в графику. Довольно известный факт, что по нему можно легко узнать длину окружности, которая обозначается большой буквой C, по формуле C = 2πR, где R — радиус окружности. Или формулирование такого обозначения тоже возможно: Константа, которая отражает отношение длины окружности к ее диаметру.

Так-же это число, можно сказать «вхоже» в любую формулу, ведь хоть при описании окружности, хоть при повторении биения сердца, или орбиты Земли вокруг солнца, оно работает! Это удивительно!

Существует даже Международный День числа Пи (π) — 14 Марта. А в американском культуре, эта дата даже записывается в формате «3.14».

Последовательность цифр числа Пи (π) кажется случайной, но это и обозначает, что любая цифра начиная от 0, до 9, имеет равные шансы появится в одном десятичном ряду.. но действительно ли это так?

На иллюстрации выше, Вы можете видеть ещё одну из визуализаций этого загадочного числа. И вроде как исходя из работ астронома и аналитика Надие Бремера, где он изобразил, как число Пи (π) преодолевает барьеры 100, 1000, 10 000 и 100 000 тысяч цифр, можна сделать вывод, что оно случайно.

Но вот уже с 1706 года, когда Уильям Джонс ввёл число Пи (π), математики всего мира не могут прийти к одинаковому решению, ведь представьте, Вы стоите перед огромной мозаикой, вернее необратимо большой мозаикой — бесконечной. Но не на расстоянии хотя-бы 10-15 метров, а прямо лицом к лицу. Вы видите закономерность? Нет! С вашей точки зрения, в прямом и переносном смыслах её нет.

Но что скажет человек, глядя на эту же мозаику но уже с другого расстояния? Допустим метров 100. То же самое, ведь число бесконечно. Куда двигаться как увидеть то, что заполняет собой всё, и субъект, находящийся даже в любой точке этого пространства, всё время в объекте, и ничего не видит?

«Противоречие между порядком и случайностью – самый изысканный аспект Пи», — высказал интересную точку зрения Строгац.

Если сходу показать эти картинки, для многих людей они будут, и останутся просто картинками, но на самом деле, это визуализация того, как цифры могут «поместится» в графическом пространстве, и мощный инструмент для понимания математических закономерностей, правил.

Отбор эмбрионов, направленный на обеспечение интеллекта детей. Реальная услуга с сомнительными результатами

В специальном отчете, опубликованном в New England Journal of Medicine, возникают серьезные вопросы о преимуществах, рисках и этичности новой услуги, которую авторы называют «отбор эмбрионов на основе полигенных оценок» или ESPS. Услуга позволяет пациентам с экстракорпоральным оплодотворением отбирать эмбрионы с целью выбора более здоровых и даже более умных детей.

В отчете под названием «Проблемы с использованием полигенных оценок для отбора эмбрионов» многонациональная группа исследователей описывает ограничения услуги. Они также предупреждают, что пациенты и даже клиницисты по экстракорпоральному оплодотворению могут подумать, что эта услуга более эффективна и менее рискованна, чем она есть на самом деле.

Авторы подчеркивают, что, поскольку один и тот же ген часто влияет на множество разных признаков, выбор одного признака может привести к непреднамеренному отбору неблагоприятных признаков. Они также предупреждают, что использование сервиса может изменить демографические характеристики населения, усугубить социально-экономическое неравенство и обесценить определенные черты характера.

Если ESPS по-прежнему будет доступен для пациентов с ЭКО, исследователи призывают Федеральную торговую комиссию США разработать и обеспечить соблюдение стандартов ответственного обмена информацией об услуге. Авторы также призывают к общественному обсуждению этичного использования технологии и необходимости ее регулирования.

Несовершенный способ обеспечить здоровых детей

Полигенные оценки – это прогнозы индивидуального здоровья и других признаков, полученных в результате исследований генома. Было показано, что у взрослых полигенные оценки частично предсказывают эти исходы. Однако их предсказательная сила значительно снижается при сравнении эмбрионов друг с другом, поясняют авторы отчета.

«Полигенные оценки являются лишь слабыми предикторами большинства индивидуальных результатов у взрослых, особенно социальных и поведенческих черт, и есть несколько факторов, которые еще больше снижают их предсказательную силу в контексте отбора эмбрионов», – сказал соавтор отчета Патрик Терли. «Полигенные оценки предназначены для работы в иных условиях, чем клиника ЭКО. Эти слабые предикторы будут работать еще хуже при выборе эмбрионов».

Терли, который является директором Центра поведенческой и медицинской геномики в Центра экономических и социальных исследований Дорнсайф при Университете Южной Калифорнии, и его коллеги по исследованию изучали, является ли ESPS более эффективным для обеспечения здоровья в будущем, чем случайный отбор эмбрионов. Для этого они смоделировали ожидаемую разницу в риске будущего человека для нескольких заболеваний, сравнивая использование ESPS для выбора эмбриона с выбором одного жизнеспособного эмбриона случайным образом из 10. Они обнаружили, что в большинстве случаев снижение риска заболеваемости, который предлагает услуга, очень мал и весьма неопределенен.

В настоящее время несколько компаний работают с клиниками ЭКО, чтобы предложить услуги пациентам, которые хотят выбрать эмбрион с меньшими рисками развития диабета, рака, сердечных заболеваний, болезни Альцгеймера, воспалительного заболевания кишечника и шизофрении. Одна компания также предлагает услугу по отбору эмбрионов в соответствии с их прогнозируемым уровнем образования, семейным доходом и когнитивными способностями.

Недостатки службы подбора

Чтобы ESPS работал, полигенные оценки должны давать, по крайней мере, умеренно точные прогнозы относительно того, разовьются ли у выбранных эмбрионов определенный признак или нет. Исследования, в которых генерируются полигенные оценки, иногда предполагают умеренные или даже большие различия в фактических результатах между людьми с высокими и низкими оценками, но эти различия основаны на выборке людей из разных семей. Как отмечают Терли и его коллеги, ESPS обычно включает в себя сравнение членов одной семьи, что значительно снижает его прогностическую способность.

Кроме того, в исследованиях, которые производят полигенные оценки, участвуют люди со схожим происхождением и в основном европейские предки. В результате большинство построенных сегодня полигенных оценок будут менее предсказуемыми для людей других предков.

Наконец, оценки предсказательной силы полигенных показателей обычно предполагают очень похожие среды для поколения, включенного в исходное исследование, и поколения, которое родится в результате ESPS. Но к тому времени, когда эмбрион, выбранный службой, станет взрослым, человек может оказаться в совершенно ином окружении.

Широкое использование ESPS сопряжено и с другими рисками. Например, исследователи предупреждают, что использование услуги может усугубить существующие проблемы со здоровьем и другие диспропорции, поскольку она в основном доступна только относительно богатым и в настоящее время лучше всего работает среди тех, кто имеет европейское происхождение. Это также может усилить предрассудки и дискриминацию, сигнализируя о том, что существующие люди с чертами, против которых делают отбор родители, менее ценны.

«В некоторых странах есть органы власти, которые решают, на какие признаки эмбрионов можно тестировать», – сказала Мишель Н. Мейер, доцент кафедры биоэтики и юрист Geisinger Health System и соавтор специального доклада. «Но в США существует сильная юридическая и этическая традиция рассматривать репродуктивные решения как вопрос личного индивидуального выбора. В краткосрочной перспективе FTC должна помочь установить, что считается адекватным доказательством в поддержку заявлений об ожидаемых преимуществах ESPS и что считается адекватным раскрытием информации в данном контексте».

Исследователи также призывают профессиональные медицинские сообщества разработать политику и рекомендации, а сами компании – продемонстрировать, что информация, которую они предоставляют различным клиентам, является полной, точной и понятной.

Они также говорят, что в обществе необходимо обсудить, могут ли существующие правовые рамки адекватно обеспечивать точную информацию о ESPS, и следует ли принять ограничения на использование услуги.

«Многие индивидуальные репродуктивные решения, принимаемые на протяжении поколений, могут иметь глубокие социальные последствия», – сказал соавтор отчета Дэниел Дж. Бенджамин,. «В совокупности эти решения могут изменить демографические характеристики населения, усугубить неравенство и обесценить черты, против которых отбираются».

Источник