Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №2 - Журнал «Домашняя лаборатория»

Насколько можно судить по геологическим данным, за последние 2–4 млрд. лет было не более одного события такого масштаба в истории Земли.

Гинзбург И.Ф.

• ВОПРОС № 73: На чем основан эффект "Звук вокруг"(3D-sound)?

ОТВЕТ: Стереофония — эффект объемного звучания, при котором у слушателей создается впечатление о пространственном расположении источников звука. Звук воспроизводится несколькими (до 5) разнесенными в пространстве источниками звука (громкоговорителями, звуковыми колонками), каждый из которых получает сигналы по независимому каналу от соответствующего микрофона. Эффект стереозвучания возникает при определенном расположении громкоговорителей в месте воспроизведения и микрофонов в месте передачи звука.

Человек воспринимает пространственное расположение источников звука с помощью ушей, разнесенных на расстояние d около 20 см (это возможно для звука, длина волны которого λ < d; это соответствует частотам звука более 1 кГц). Таким образом, благодаря высокочастотной составляющей звука, можно хорошо ориентироваться по звуку в пространстве. Различие в фазе низкочастотных составляющих воспринятого ушами звука воспринимаются человеком гораздо хуже. Поэтому для усиления эффекта объемного звучания искусственно увеличивают запаздывание между низкочастотными составляющими звука, достигающими разных ушей.

Для создания эффекта 3D-sound:

• из звукового сигнала от каждого микрофона выделяется его низкочастотная составляющая,

• электронным образом увеличивается разность фаз между низкочастотными составляющими сигналов, подающихся на разные звуковые колонки.

Потеряев B.C.

• ВОПРОС № 74: Скорости теплового движения многих молекул близки к скорости пули. Почему же даже очень чуткое обоняние диких животных не улавливает запах охотника, если он подкрадывается к ним против ветра?

ОТВЕТ: Молекулы в воздухе, действительно, летают с очень большими скоростями, но на очень маленькие расстояния. Длина свободного пробега λ молекул воздуха в воздухе при нормальных условиях менее 0,1 мкм, а у больших органических молекул пахучих веществ — еще меньше. Из-за многочисленных столкновений молекулы движутся хаотично. Такой процесс называется броуновским движением. При этом молекула после N столкновении сместится в среднем на расстояние L ~ N1/2λ. Если молекула движется со скоростью v, то за время t произойдет N = tv/λ столкновений. Тогда L ~ (vλt)1/2. Сделаем несколько оценок. Свободно летящая в вакууме молекула азота преодолеет L = 10 м за время tc ~ L/v — 0,02 с, а диффундирующая в воздухе молекула азота преодолеет то же расстояние За время ~ L2/vλ ~ 2∙106 с ~ 20 суток.

Реально запахи распространяются быстрее, благодаря ветру и конвективному движению воздуха. Т. е. запахи распространяются по ветру.

Источник: И. Ш. Слободецкий, Л. Г. Асламазов «Задачи по физике», Библиотечка «Квант», выпуск 5, М., Наука, 1980, стр.84–86.

• ВОПРОС № 75: Почему из хаоса всегда рождается порядок (космос)?

ОТВЕТ: А кто, собственно, вам сказал, что так оно есть? Из второго начала термодинамики вытекает, так называемый, закон возрастания энтропии (очень тесно связано с понятием необратимости направленности процессов во времени). В ваших терминах это означает, что из порядка всегда рождается хаос. Что бы мы ни делали, в результате мы увеличиваем энтропию, а, следовательно, и хаос. Например, если каждый отчет требует трех черновиков, то созданием строгого и точного отчета вы увеличиваете порядок на единицу, но при этом увеличиваете хаос на три единицы, сделав три черновика. Следовательно, хаос всегда в выигрыше.

Наука, изучающая закономерности возникновения порядка в разнообразных системах, называется синергетикой.

Балдин Е.М.

• ВОПРОС № 76: Какую массу и скорость должен иметь метеорит, чтобы разрушить Землю?

ОТВЕТ: Правильнее ожидать катастрофического по последствиям столкновения Земли с кометой или астероидом.

Будем считать, что с Землей сталкивается комета, которая приближается к Земле с относительной скоростью v. Тогда, по закону сохранения импульса, после удара система Земля-комета имеет скорость u = mv/(M + m), где М — масса Земли, m — масса кометы. Видно, что на разрушение остается количество энергии, равное Q = mv2/2 — (M + m)∙u2/2 = (mv2/2)∙(M/M + m).

Если считать, что m << М, то Q << mv2/2.

Известно, что при образовании больших кратеров почти все вещество, перемещаемое при образовании кратера, переходит в состояние расплава и пара (Г.Мелош «Образование ударных кратеров», М., Мир, 1994, стр.174–175).

Сделаем оценку: может ли комета своим ударом испарить Землю? Для этого необходимо, чтобы Q ~ МсΔТ + Mr,

где с — средняя удельная теплоемкость материала Земли, ΔТ — средняя температура испарения материала Земли, r — удельная теплота испарения материала Земли. Легко получить, что m/М ~ (сΔТ + r)/v2.

Считая с ~ 103 Дж/(кг∙К), ΔТ << 3∙103 К, r << 6∙106Дж/ (кг∙К), получим m/М ~ 107/v2. Если комета прилетела издалека, то она имеет скорость порядка 2-ой космической скорости Земли относительно Солнца, что дает на встречных курсах v ~ 70 км/с. Т. е. m/М ~ 1/500. Поскольку масса тела пропорциональна его объему, а объем шара пропорционален кубу радиуса шара, то радиус кометы, которая могла бы испарить Землю, должен быть не меньше, чем 1/8 от радиуса Земли, т. е. около 800 км.

Сделаем другую оценку: может ли комета своим ударом распылить Землю, т. е. распределить все земное вещества по сфере с бесконечным радиусом. Затрачиваемая при этом работа равна энергии гравитационного поля W ~ γМ2/R,

где γ — гравитационная постоянная, R — радиус Земли.

Положив Q ~ W, найдем m/М ~ γМ/(Rv2) ~ (vI/v)2, где vI — первая космическая скорость относительно Земли. Окончательно, m/М ~ 1/80. Такая комета должна иметь радиус не меньше, чем 1/4 от радиуса Земли, т. е. около 1600 км (кстати, это радиус Луны).

Шелест В.И.

• ВОПРОС № 77: Как работает лазерный принтер?

ОТВЕТ: На непроводящую (в темноте) селеновую поверхность фотобарабана коронным разрядом наносится заряд. Модулированный растром луч лазерного диода разворачивается в горизонтальной плоскости четырехгранным вращающимся зеркальцем и попадая на фотобарабан генерирует неосновные носители в полупроводниковом слое селена, порождая фотопроводимость, при помощи которой засвеченный участок барабана разряжается. На заряженные участки барабана налипает красящий порошок, который контактным способом переносится на бумагу, где и запекается при температуре 200 °C соответствующей барабанной печкой.

Балдин Е.М.

• ВОПРОС № 78: Почему зимой становится теплее, когда идет снег?

ОТВЕТ: Атмосфера нагревается:

• поглощая солнечную радиацию (около 15 % всего ее количества, приходящего к Земле),

• поглощая собственное излучение земной поверхности,

• получая тепло от земной поверхности путем теплопроводности,

• получая тепло при испарении и последующей конденсации водяного пара. Будучи нагретой, атмосфера излучает сама. Большая часть атмосферной радиации приходит к земной поверхности, которая поглощает это встречное излучение почти целиком. Встречное излучение возрастает с увеличением облачности, поскольку облака сами сильно излучают. Средняя полуденная энергетическая освещенность составляет около 1 кВт/м2. Встречное