10 научных принципов, которые мы видим в действии каждый день.

Эффект Доплера

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.

Принцип Бернулли

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.

Классические состояния вещества

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.

Магнетизм

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.

Сила Кориолиса

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.

Гравитационное притяжение

То, что поднимается наверх, обязательно опуститься. Обязательно. Так сказал сэр Иссак Ньютон, мастер на все руки, математик, астроном, физик и алхимик. Хотя существует прекрасная история о падении яблока на голову Ньютона, что и привело его к открытию силы притяжения. Однако, подлинность этой истории до сих пор оспаривается.

В итоге он пришел к выводу, что гравитация — это сила, которая притягивает к земле все объекты, в результате чего все они падают с одинаковой скоростью независимо от массы. Однако, гравитационные силы могут меняться в зависимости от воздействия на другие небесные тела. На Земле, сила всегда равна весу объекта, в отличие от Луны, где сила тяжести составляет около 1/6 от веса (это и объясняет тот факт, что астронавты всегда должны быть привязаны к лунной поверхности при ходьбе по ней).

Преломление

Оказывается, что сэр Исаак Ньютон знал кое-что и о свойствах света, поскольку он был первым, кто понял, что солнечный свет на самом деле состоит из всей гаммы цветов, которые в сочетании дают белый.

Эти цвета во всей своей красе можно увидеть во время такого природного явления, как радуга, поскольку это именно тот случай, когда в дело вступает преломление. Когда свет проходит через прозрачный материал, в данном случае капли дождя, его скорость замедляется, в результате чего мы видим изгиб. Угол изгиба немного отличается от длины волны, что и приводит к выявлению ярких цветов, из которых на самом деле и состоит свет.

Парниковый эффект

Вам не нужно быть внутри или возле парника для того, чтобы стать свидетелем парникового эффекта. На самом деле у парника в его физическом проявлении нет ничего общего с самим принципом. Концепцию можно увидеть на практике с гораздо более близкого расстояния, к примеру, когда ваша машина нагревается в достаточно холодный день в результате «захвата» солнечной энергии.

Термин «парниковый эффект» используется для описания повышения температуры, происходящей во время того, как атмосферные газы (или парниковые газы), такие, как водяной пар, углекислый газ или метан ловят солнечную энергию. На широкомасштабном уровне фраза часто используется в дискуссиях, связанных с Землей в целом. В данном случае имеется ввиду чрезмерное воздействие солнечных лучей на поверхность планеты, в результате чего при «переизлучении» они возвращается обратно в атмосферу.

Однако, не так много этого тепла в настоящее время фактически возвращается в атмосферу, сколько его возвращается благодаря человеческим действиям, таким как вождение автомобиля и обезлесение, что и вызывает производство большого количества парниковых газов в атмосфере.

Статическое электричество

Оно называется статическим по следующей причине: этот тип электроэнергии не перемещается по проводам, а накапливается на поверхности объектов, которые при контакте с другими объектами легко его передает. Как правило, в школе этот процесс демонстрируют при помощи воздушного шара, который трут о ткань.

Конечно, это не то, с чем сталкиваются на практике большинство людей, но принцип можно наблюдать, к примеру, при прикосновении к дверной ручке и получении удара. В этом случае статическое электричество представляет собой движение электронов, перешедших с коврового покрытия на ваше тело, тем самым «вооружая» вас дополнительным зарядом электронов, в результате которого вы и получаете отрицательный статический заряд.

Энтропия

Без помощи холодильника или любого другого устройства для охлаждения, ваш любимый напиток быстро станет теплым.

По сути, принцип говорит об усреднении энергии в результате движения молекул. В прямом смысле, однако, энтропия измеряет неполадки внутри системы, которые не могут самоустраниться.

В случае с напитком, к примеру с лимонадом, «неполадки» внутри стеклянной бутылки увеличиваются по мере нагревания жидкости до комнатной температуры, при этом молекулярное движение в окружающем бутылку воздухе также уменьшается вследствие воздействия тепла.

Термин «энтропия» часто ошибочно используют в дискуссиях о распаде, где, как правило, истинными виновниками являются бактерии.