10 научных принципов, которые мы видим в действии каждый день

Когда вы слышите машину скорой помощи, полицейскую машину или другие специальные транспортные средства, которые используют сирену, вы когда-нибудь замечали, как именно меняется звук сирены? По мере приближения звук становится более высоким, а по мере отдаления его тональность заметно снижается, не так ли? То, что вы слышите, является результатом сдвига частоты звуковых волн вокруг определенного объекта, более широко это явление известно как эффект Доплера, и свое имя оно получило после того, как австрийский математик и физик Кристиан Доплер (Christian Doppler) впервые открыл этот принцип в середине 1800-х годов.

Когда что-то движется по направлению к вам, звуковые волны «сбиваются в кучу», тем самым из-за сжатия шаг волны увеличивается. Когда объект проходит мимо вас и начинает отдаляться, волны начинают расширяться, а звук тем временем становится более приглушенным и низким.

Слово «Доплер» часто напоминает выражение «доплеровский радар», термин, который часто употребляют, когда речь идет о метеорологии. Большинство метеорологов полагаются на системы доплеровского радара, чтобы получить точные результаты о времени прихода дождя и его направленности. Эффект Доплера является частью этого процесса. Радиолокационная система использует мощную антенну для отправки импульсов радиоволн. Необходимое количество импульсов улавливает в верхних слоях атмосферы предпосылки к дождю и возвращается к источнику с точными данными.

Задумывались ли вы, как такие тяжелые объекты, как, к примеру, самолеты, могут находиться в воздухе? На этот вопрос вы быстро можете найти ответ, если вам знаком принцип Бернулли. Открытый в 1700-х годах швейцарским физиком и математиком Даниэлем Бернулли (Daniel Bernoulli), этот закон физики гласит, что давление жидкости или газа уменьшается с увеличением его скорости.

Но что же здесь общего с самолетами? Форма крыла при рассечении воздуха создает более низкое давление над крылом, чем под ним. Именно этот перепад давления и помогает самолету взлететь и держаться в воздухе. Чем быстрее движется крыло, тем большая подъемная сила создается, при этом самолет поднимается все выше и выше.

Всем известно, что вещество бывает в трех видах: в твердом, жидком и газообразном. Хотя некоторые ученые утверждают, что плазму тоже следует рассматривать, повсеместно, как правило, используются именно эти три варианта.

Каждый из них определен физическими характеристиками, которые в значительной степени зависят от кинетической энергии молекул, которая отделяет их друг от друга, а также от силы притяжения, которая притягивает их друг к другу. Температура и энергия определяют, какая именно сила победит. Чем выше температура молекул, тем больше вырабатывается кинетической энергии, и тем быстрее они будут двигаться.

Вы можете увидеть это в действии, наблюдая за кубиками льда в стакане, которые представляют собой твердое состояние, когда молекулы находятся в вибрирующей позиции. Когда лед начинает таять, молекулы набирают достаточно кинетической энергии для преодоления силы, пока лед полностью не растает.

При кипячении воды, молекулы чрезвычайно энергичны и их кинетической энергии намного больше, чем сила притяжения между ними. Таким образом, вода становится газом и распространяется за пределы сосуда, в котором она содержалась. В конечном счете, вода будет испаряться.

Фраза «противоположности притягиваются» часто используется при обсуждении социальных отношений, но корни ее чисто научные, и имеют прямое отношение к концепции магнетизма. Наблюдение и признание существования этих сил происходило на протяжении многих веков. Однако, наиболее часто открытие магнетизма в 1600 году приписывают врачу и ученому Уильяму Гилберту (William Gilbert).

Магнетизм — это сила, которая возникает, когда материалы притягивают или отталкивают другие материалы на расстоянии. Наиболее распространенным примером этого явления выступает магнит на вашем холодильнике. Магнит обладает сильнейшим магнитным полем, поэтому он притягивает к себе железо, которое присутствует в дверце вашего холодильника. У магнита есть два полюса (северный и южный), причем он будет притягиваться к противоположному полюсу другого магнита и отталкиваться от аналогичного полюса. Магнит не сможет держаться на дверце холодильника, выполненной из нержавеющей стали, поскольку она содержит никель в различных пропорциях, который, как правило, перекрывает атомы железа.

Как это возможно, что ветер может дуть по искривленной траектории или даже против часовой стрелки? Научные следы объяснения уходят в математическое уравнение, рассказывающее о силе Кориолиса, и, как вы можете себе представить, оно немного сложнее, чем 1+1=2. Впервые обнаруженная в 1835 году французским ученым Гюставом-Гаспаром Кориолисом (Gustave-Gaspard Coriolis), она демонстрирует, что объекты, движущиеся внутри вращающейся системы координат, на самом деле не отклоняются от своего пути, а просто, по всей видимости, делают это из-за изменения координат.

Вот тут это объяснение является попаданием в точку: как только воздух начинает дуть, при этом наблюдается давление разного уровня, Земля вращается под ним, и выступает в качестве объекта или вращающейся системой отсчета. Однако, движение по его поверхности, что и представляет собой ветер, не может происходить без ускорения. На экваторе сила Кориолиса равна нулю, в северном полушарии ветер «поворачивает» вправо от направления своего движения, а в южном полушарии он «поворачивает» налево, что делает силу Кориолиса тем, с чем приходится считаться, когда речь заходит об анализе штормов и океанских течений.

То, что поднимается наверх, обязательно опуститься. Обязательно. Так сказал сэ