Что общего между спортсменами и черными дырами
К Олимпиаде в Рио-де-Жанейро NASA и Гарвардский университет подготовили необычный проект «Астролимпиада». Ученые сравнили спортсменов со звездами, туманностями и черными дырами. Оказывается, шесть центральных понятий астрофизики (вращение, скорость, расстояние, давление, время и масса) можно легко объяснить как на примере небесных тел, так и на примере атлетов.
Вращение — это поворот объекта вокруг центральной оси. Скорость вращения определяется количеством поворотов за единицу времени.
Идея вращения широко используется в детских игрушках, например, волчках и юле, а также в бытовой технике. Мы можем измерить количество оборотов (или циклов) за единицу времени и сравнить скорость вращения разных предметов.
Единицы измерения: обороты в минуту, герц (один оборот в секунду).
Олимпийский пример: гимнастка, делающая сальто назад — 90 об/мин (1,5 герца).
Космический пример: пульсар в Крабовидной туманности — 1800 об/мин (30 герц). Крабовидная туманность испускает поток высокоэнергетических частиц. Источник помогла засечь космическая рентгеновская обсерватория «Чандра».
Бытовой пример: стиральная машинка — 1200 об/мин (20 герц).
Скорость
Скорость — это расстояние, пройденное за определенное время.
Мы часто замечаем, что одни вещи движутся быстрее или медленнее других. В физике различают две скорости: скалярную и векторную величину. Первая просто измеряет расстояние, пройденное за время, вторая добавляет направление. Два объекта могут двигаться одинаково быстро, однако для физика значение их скорости (векторной величины) будет различно.
Единицы измерения: мили в час, километры в час, метры в секунду.
Олимпийский пример: самый быстрый спринтерский бег — 44,6 км/ч.
Космический пример: ударная волна от взрыва сверхновой Кассиопеи А — 16 миллионов км/ч. Остатки сверхновой в созвездии Кассиопеи — это самый яркий галактический радиоисточник. Взрыв произошел около 300 лет назад, расстояние до источника — 11 световых лет.
Бытовой пример: ограничение скорости в большинстве городов США — 60 миль в час, примерно 96 км/ч.
Расстояние
Расстояние обозначает, как далеко до объекта или насколько переместился объект в процессе движения.
Мы часто спрашиваем: как далеко тот или иной предмет? Понятие расстояния широко используется, когда мы определяем положение предметов на Земле. В других масштабах встречаются чрезвычайно малые и очень большие расстояния.
Единицы измерения: метр, километр, фут, миля, световой год (расстояние, которое свет проходит за год, около 9,5 триллионов километров).
Олимпийский пример: дистанция между стрелком и мишенью — 70 метров.
Космический пример: расстояние до скопления Пуля — около 3,4 миллиарда световых лет (3,2x1022 км). Скопление Пуля — результат столкновения двух галактических скоплений. Исследование этого объекта помогает получить свидетельства существования темной материи.
Бытовой пример: расстояние от одного конца Бруклинского моста до другого — 1797 метров.
Время
Время — характеристика последовательной смены состояний объектов.
Течение времени мы испытываем постоянно, но дать ему точное определение непросто. В науке время — это что-то, что можно измерить на примере достаточно устойчивых физических систем, таких как вращение Земли, колебания маятника или вибрации атомов при определенных условиях.
Единица измерения: секунды.
Олимпийский пример: время, за которое можно пройти 50 километров в спортивной ходьбе, — 13,059 секунд, или 3:35:59. Это олимпийский рекорд Сергея Кирдяпкина, установленный на Олимпиаде в Лондоне в 2012 году. В 2014 мировым рекордом стало достижение француза Йоанна Дини — 3:32:33.
Космический пример: возраст шарового скопления 47 Тукана — около 13 миллиардов лет, или 4x1017 секунд. 47 Тукана — второе по яркости шаровое скопление после Омеги Центавра. Это старейшие объекты в Млечном пути.
Бытовой пример: одна минута — 60 секунд, один час — 3600 секунд.
Давление
Давление — это сила, действующая на единицу площади.
В современном языке «давление» имеет много значений. Физическое определение давления указывает на то, насколько велика сила, действующая на предмет. Твердые, жидкие и газообразные тела испытывают и оказывают давление.
Единицы измерения: бар, миллиметр водяного столба, атмосфера, в зависимости от области науке. В астрономии чаще всего используется паскаль (ньютон на квадратный метр), равный примерно 0,0000102 килограмма на квадратный сантиметр.
Олимпийский пример: давление, оказываемое на олимпийского претендента, чтобы он хорошо выступил, — огромно!
Космический пример: давление в центре нейтронной звезды — 10 дециллионов, или 10x1033 паскалей. Нейтронные звезды настолько плотны, что давление в их центре намного превышает всё, что встречается на Земле.
Бытовой пример: кровяное давление в наших сосудах — около 15 000 паскалей, атмосферное давление на уровне моря — 1000 паскалей.
Масса
Масса определяет, как много материи содержит объект.
Масса, которой обладает предмет, зависит от типа атомов и их общего количества (это касается обычной, но не темной материи, которой во Вселенной большинство). В бытовом языке слова «масса» и «вес» взаимозаменяемы, но в физике это две разные величины. Вес — это масса предмета плюс действующие на него силы. Масса человека на Земле и в космосе одинакова, а вот вес — разный.
Единицы измерения: килограммы, фунты, солнечные массы.
Олимпийский пример: масса ядра у мужчин — 7,26 кг.
Космический пример: масса черной дыры Стрелец А* — 4 миллиона солнечных масс, или 8x1036 кг. В центре Млечного пути находится сверхмассивная черная дыра, которая весит в 4 миллиона раз больше, чем наше Солнце.
Бытовой пример: масса взрослого золотистого ретривера — 36 кг.
Комментарии