Reprezentare grafică a modului de transmitere în spaţiu a undelor electromagnetice

James Clerk Maxwell a fost primul care a elaborat principiul inducției (inclusiv relațiile numerice și geometrice detaliate, pe care nu le vom prezenta aici). Legenda spune că, într-o noapte înstelată, el și-a dat seama pentru prima dată de cea mai importantă implicație a ecuațiilor sale: lumina este o undă electromagnetică, o ondulaţie care se răspândește în spaţiu, pornind de la o perturbare în câmpurile electric și magnetic. Apoi Maxwell a ieşit la plimbare cu soția sa, căreia i-a spus că este singura persoană din lume, cu excepţia lui, care știa cu adevărat ce este lumina stelelor.

Comentarii -


Materia curbează spaţiu-timpul, iar spaţiu-timpul curbat dictează mişcarea materiei în univers. credit: LIGO/T. Pyle

Ideea lui Einstein a fost că gravitația nu este o forță, ci este, în fapt, un efect generat de curbura spaţiu-timpului. Materia curbează spațiu-timpul în vecinătatea sa, iar această distorsiune afectează, la rându-i, modul în care materia se mișcă în univers. Aceasta înseamnă că, potrivit lui Einstein, spațiul și timpul sunt reactive. Ele se deformează în prezența materiei și a tuturor tipurilor de energie.

Einstein a numit teoria sa „relativitatea generală”, deoarece este o generalizare a teoriei relativității speciale. Ambele se bazează pe „independența observatorului”, adică ideea că legile naturii nu ar trebui să depindă de mișcarea unui observator. Diferența dintre relativitatea generală și relativitatea specială este că în relativitatea specială spațiu-timpul este plat, ca o foaie de hârtie, în timp ce în relativitatea generală poate fi curbat.

Comentarii -


Prima imagine a unei găuri negre. Imaginea nu este o fotografie, ci a fost creată cu ajutorul a multiple telescoape în cadrul proiectului EHT

Găurile negre exercită o mare fascinație deopotrivă asupra specialiștilor, simplilor iubitori de știință ori curioșilor din toată lumea. Ideea existenței unei regiuni din spațiu cu caracteristici atât de neobișnuite, cum ar fi existența unei linii (orizontul evenimentelor) care, odată trecute, nici lumina nu mai poate scăpa, ori care ar în centru o singularitate (un punct unidimensional care conţine o masă enormă într-un punct infinit de mic din spaţiu-timp) este spectaculoasă. Dar subiectul găurilor negre este însoțit de nenumărate mituri. Iată patru mituri privind găurile negre.

Comentarii -


Orbitalii atomici ai electronului în atomul de hidrogen, la energii diferite. Probabilitatea de a găsi electronul este dată de culoare (cu cât mai strălucitoare, cu atât mai mare probabilitatea). Credit: wikipedia.org

Iată o problemă reală: nu știm cum se efectuează o măsurare în mecanica cuantică. Subiectul este astăzi discutat mai degrabă de filozofi, fiind aproape ignorat de fizicieni. Mecanica cuantică predată astăzi este cunoscută sub numele de „Interpretarea Copenhaga”. Iată esența. Particulele sunt descrise de un obiect matematic numit „funcție de undă”, de obicei notat cu Ψ („Psi”). Funcția de undă este uneori ascuțită cu vârf și arată mai mult ca o particulă, alteori este întinsă și arată mai degrabă ca o undă. Ψ este, practic, întruchiparea dualității undă-particulă.

Comentarii -

Hidrogenul este elementul chimic în tabelul periodic al elementelor cu simbolul H și numărul atomic 1. Este un gaz ușor inflamabil, incolor, insipid, inodor, iar în natură se întâlnește mai ales sub formă de moleculă diatomică, H2. Hidrogenul este cel mai ușor element chimic.

Hidrogenul elementar are o pondere de 75% din masa universului. În starea de plasmă, se găsește ca element majoritar în alcătuirea stelelor. Hidrogenul elementar este foarte puțin răspândit pe Pământ.

Pentru necesități industriale există diferite procedee de fabricație. De exemplu, hidrogenul poate fi obținut prin electroliza apei (separarea atomilor de oxigen și hidrogen).

Cel mai răspândit izotop al hidrogenului este protiul, care este alcătuit dintr-un proton în nucleu și un electron în învelișul electronic. În compușii ionici poate avea sarcină negativă (anion cunoscut sub numele de hidrură, H-) sau sarcină pozitivă H+ (hidron).

Comentarii -

 
Mergi la minutul 1:50 pentru a vedea cum vibrează paharul

Rezonanţa este un fenomen care apare atunci când frecvenţa cu care este aplicată o forţă în mod periodic este egală ori aproape egală cu frecvenţa naturală a sistemului asupra căruia se acţionează. Două mari probleme apar în momentul în care se încearcă să se distrugă un obiect utilizând sunetul sau orice altă metodă. Prima problemă este că nimic în natură nu rezonează perfect, iar a doua este că aproape orice exemplu de mișcare armonică este de fapt o mișcare armonică atenuată.

Comentarii -

 

Am văzut deja cum câmpurile electrice și magnetice sunt strâns legate, căci ceea ce un observator vede ca fiind un tip de câmp, un alt observator, într-un sistem de referință diferit, vede ca fiind un amestec al ambelor câmpuri.

Dar relația merge chiar mai profund decât atât. Figura 1, de mai jos, arată un exemplu care nu implică nici măcar două sisteme de referinţă diferite. Acest fenomen al câmpurilor electrice induse, câmpuri care nu apar ca urmare a sarcinilor, a fost o realizare pur experimentală a lui Michael Faraday (1791-1867), fiul unui fierar care a trebuit să lupte împotriva structurii rigide a claselor sociale din Anglia secolului al XIX-lea.

Faraday, în 1831, nu avea decât o idee vagă că electricitatea și magnetismul erau legate între ele, pe baza demonstrației lui Oersted efectuate cu un deceniu înainte, conform căreia câmpurile magnetice sunt generate de curenții electrici.

Comentarii -

 
Orbitalii atomici ai electronului în atomul de hidrogen, la energii diferite. Probabilitatea de a găsi electronul este dată de culoare (cu cât mai strălucitoare, cu atât mai mare probabilitatea). Credit: wikipedia.org

Să luăm atomul cel mai simplu, atomul de hidrogen, alcătuit dintr-un proton (sarcină pozitivă) şi dintr-un electron (sarcină negativă), ultimul aflându-se în mişcare în jurul nucleului atomic. Atracţia electrică dintre cele două particule (sarcinile de semne opuse, "+" şi "-", se atrag) face ca electronul să se mişte circular în jurul nucleului, asemănător modului în care Pământul se mişcă în jurul Soarelui. Dar această descriere a deplasării electronului are o problemă gravă...

Comentarii -

Un electron are un câmp electric în jurul său (reprezentat în imaginea de mai sus prin cercul gălbui). Atunci când electronul este excitat (atomul primeşte energie externă), se creează şi un câmp magnetic. Cele două câmpuri, electric şi magnetic, formează câmpul electromagnetic, care are ca particulă purtătoare fotonul, particulă fără masă.


Imaginează-ţi o particulă elementară, precum fotonul ori electronul. Ce-ţi vine în minte? Dacă nu eşti fizician ori pasionat de fizică, atunci e posibil să-ţi imaginezi un fel de minge mică ori poate un punct. Această imagine nu e chiar corectă. Iată o metodă de a-ţi testa intuiţia: cum îţi imaginezi o particulă fără masă?

Comentarii -

Să ne imaginăm că săpăm un tunel prin centrul Pământului, unind două părţi diametral opuse ale planetei. Lungimea acestui tunel, dacă ne imaginăm că unim cei doi poli, unde raza este un pic mai mică decât la ecuator, va fi de circa 12.700 km. Pentru a simplifica lucrurile, trebuie să ne imaginăm că eliminăm inclusiv aerul din tunel, pentru ca un corp care va călători în tunelul nostru (cum ar fi un tren gravitaţional al viitorului) să nu întâmpine frecarea cu aerul.

Comentarii -

Cum ar trebui să definim câmpul magnetic? Atunci când două obiecte se atrag reciproc (prin intermediul forţei gravitaţionale), energia lor gravitaţională depinde doar de distanţa dintre ele; pare că are sens să utilizăm săgeţi prin care să spunem: "în această direcţie forţa gravitaţională devine din ce în ce mai slabă". Această idee se poate aplica şi în cazul câmpului electric.

Dar ce se întâmplă atunci când două particule se atrag magnetic? Interacţiunea dintre ele nu depinde doar de distanţă, ci şi de mişcarea lor.

Comentarii -

Aparent problema este simplă, dar cu certitudine mulţi dintre noi avem probleme în a şti să explicăm care e diferenţa fundamentală dintre mişcare şi repaus. Iată un exemplu: să ne imaginăm că aţi fi în spaţiul interstelar într-un vehicul spaţial. V-aţi trezit după o somn odihnitor şi nu ştiţi dacă nava spaţială în care vă aflaţi se află în mişcare către punctul final al călătorie ori este oprită. Vă uitaţi pe geam şi vedeţi în faţa voastră un asteroid care stă nemişcat în faţa geamului. Este asteroidul în mişcare ori este în stare de repaus? Cum puteţi răspunde la această întrebare?

Pentru a complica lucrurile putem întreba: cum puteţi şti dacă nava în care vă aflaţi este în mişcare ori în stare de repaus? Puteţi face diferenţa între starea de repaus şi o deplasare rectilinie uniformă (adică în linie dreaptă şi fără modificări ale vitezei)? Este imposibil. În spaţiul interstelar nu există nimic în jur la care la care să vă raportaţi pentru a detecta starea: doar spaţiu gol, iar acest spaţiu nu reprezintă un sistem de referinţă la care să vă raportaţi. Dar şi dacă ar fi, să spunem, o planetă, pe lângă care treceţi, cum puteţi spune cine se mişcă, voi sau planeta?

Şi atunci? Care e diferenţa dintre mişcare şi repaus? Pentru a stabili starea de repaus sau de mişcare a unui corp - trebuie să precizăm un reper, un sistem de referinţă la care ne raportăm.

 

 

Comentarii -

Magnetismul este o interacțiune între sarcini în mișcare. Dar cum poate fi astfel? Teoria relativității ne spune că mișcarea este o chestiune de opinie. Privește imaginile de mai jos (figura 1). Culoarea diferită a particulelor indică existența unor sarcini diferite. Observatorul din imaginea 1/2 vede două particule care se deplasează prin spațiu una lângă alta, așadar care vor interacționa din punct de vedere electric (pentru că sunt încărcate electric) și din punct de vedere magnetic (pentru că sunt sarcini în mișcare).



Un observator vede un câmp electric, pe când alt observator vede atât un câmp electric, cât și un câmp magnetic.

Comentarii -

 

Iată câteva exemple de mărimi fizice: lungimea (unui corp), viteza (de deplasare a unui corp), greutatea (unui corp), volumul ori densitatea. O mărime fizică este o proprietare măsurabilă a unui corp. Acest concept este foarte important în lumea reală. Iată un exemplu. Poţi măsura temperatura unui corp (cum ar fi atunci când eşti bolnav), dar nu poţi măsura "dezechilibrul energetic" (concept din pseudo-medicină cu care operează anumite domenii din medicina alternativă). Când ţi se va spune, de exemplu, că un mic magnet care se vinde la tarabă are proprietăţi tămăduitoare, poţi întreba: ce anume se măsoară pentru a observa aceste proprietăţi? Ceea nu este măsurabil nu poate fi evaluat!

Comentarii -

În cele două videoclipuri de mai jos vă puteţi familiariza cu Legea lui Ohm, explicată pe înţelesul tuturor.

 

Comentarii -

Ceasurile, de exemplu, pot rezista în apă, până la o anumită adâncime, după cum specifică producătorul. Dar de ce? Ce se întâmplă la adâncimi mari? Presiunea apei are capacitatea de a distruge ceasul. Iată ]n videoclipul de mai jos ce este presiunea hidrostatică şi cum acţionează în natură.

 

Comentarii -

Principiul fundamental al hidrostaticii... Dacă pui apă într-un furtun curbat, apa se deplasează către în sus în a doua parte a furtunului, până la un anumit nivel. Cum e posibil aşa ceva? Ştim, este un lucru pe care-l poţi observa în viaţa de zi cu zi, dar care este explicaţia? Ce face ca apa să urce?

 

Comentarii -

"Lucrul mecanic" este unul dintre conceptele dificile pentru o minte neantrenată în ale fizicii. În cele două videoclipuri de mai jos o să vedeţi ce înseamnă "lucrul mecanic", explicat într-o manieră simplă şi uşor de înţeles, şi cum se calculează aceasta.

 

 

Comentarii -

Sistemul de referinţă este un concept fundamental în fizică. Practic fizica nu este de imaginat fără acesta. De ce este aşa o să înţelegeţi după ce urmăriţi videoclipul de mai jos, unde "sistemul de referinţă" este explicat în câteva minute.

 

 

Comentarii -

Ce este inerţia? Este proprietatea corpurilor de a-şi păstra starea de repaus ori de mişcare. Iată o explicaţie pe înţelesul tuturor, cu câteva exemple din viaţa de zi cu zi.

 

Comentarii -

În acest articol este explicată diferenţa dintre viteză şi viteza medie.

 

Comentarii -

În univers nu există nicio diferenţă între starea de mişcare şi starea de repaus. Adică este imposibil să spui, la modul absolut, dacă un obiect se află în mişcare sau în repaus. Este nevoie de un punct de reper, de un sistem de referinţă. Doar raportat la ceva, mişcarea are sens. Dar în videoclipul de mai jos diferenţa dintre mişcare şi repaus este prezentată clar şi pe înţelesul tuturor.

 

Comentarii -

Înţelegerea acestui concept, al densităţii, este utilă nu doar la şcoală, dar şi în viaţa de zi cu zi. De exemplu, poţi înţelege de ce o barcă pluteşte pe apă. Ori, mai mult, de un vapor uriaş, încărcat cu sute de tone de mărfuri, pluteşte şi nu se scufundă. Înţelegerea densităţii explică şi de ce un balon pluteşte, iar un balon cu aer încălzit o ia repede către cer.

 

Comentarii -

 

Acum, după articolul anterior despre câmpuri de forţă, înţelegem despre clasificarea interacţiunilor cam cât înţelegeau fizicienii în jurul anului 1800. Par să existe trei tipuri fundamental diferite de interacțiuni: gravitaţională, electrică şi magnetică. Multe tipuri de interacţiuni care par, la o privire superficială, să fie distincte, precum capacitatea de a se lipi, interacţiunile chimice ori energia pe care un arcaş o stochează într-un arc - sunt toate acelaşi lucru: manifestări ale interacţiunilor electrice dintre atomi.

Comentarii -

 
În imagine: câmpul magnetic al Pământului, protejând Terra de radiaţia solară

În jurul anului 1900 fizicienii aveau o concepţie mecanicistă a universului. Newton arătase că sistemul solar este o colecţie de obiecte care interacţionează prin forţe care acţionează la distanţă. Pe la finalul secolului al XIX-lea începuseră să se acumuleze dovezi cu privire la existenţa reală a atomilor. Imaginea newtoniană a lumii macroscopice se transfera la nivelul lumii microscopice. Actorii pe scenă erau acum atomii, în locul planetelor, iar forţele erau electrice, nu gravitaţionale - dar părea să fie o variaţiune pe aceeaşi temă.

Comentarii -