Fizyka LO Turek
Start
Nauczyciele
Nauczanie
Konkursy
Ciekawostki
Aktualności
Astronomia
Struktura materii
Doświadczenia domowe
Testy z fizyki
Spis treści i wyszukiwarka
Hosted by:
W kręgu fizyki LO Turek
« Poprzednia  Następna »
Czy wiesz, że..
pole magnetyczne Ziemi
Pole magnetyczne Ziemi
Ziemia zachowuje się tak jak magnes. O właściwościach magnetycznych decyduje będące w ciągłym ruchu (wynikającym z ruchu obrotowego) płynne jądro Ziemi składające się ze stopionego żelaza z niklem. Ziemia ma dwa bieguny magnetyczne, które nie pokrywają się z biegunami geograficznymi. Magnetyczny biegun południowy znajduje się w kanadyjskim rejonie Arktyki, około 1600 km od bieguna geograficznego północnego, a magnetyczny biegun północny leży na Antarktydzie, na Ziemi Adeli, około 2400 km od bieguna geograficznego południowego. Bieguny magnetyczne zmieniają swoje położenie od 15km do 50km rocznie. Kierunki linii pola magnetycznego na równiku są równoległe do powierzchni Ziemi, na biegunach biegną pionowo, zaś w strefie pośredniej biegną pod kątem zależnym od szerokości geograficznej. Na niezbyt wielkiej przestrzeni pole magnetyczne Ziemi można traktować jako jednorodne. Co jakiś czas następuje częściowy zanik pola magnetycznego i zamiana biegunów.

ptak w locie
Wędrówki ptaków
Niektóre ptaki odbywają corocznie dalekie wędrówki, najczęściej do ciepłych krajów i z powrotem. By w corocznych wędrówkach trafić do oddalonych czasem o tysiące kilometrów lęgowisk, kierują się pozycją Słońca, uwzględniając poprawki na zmianę stref czasowych, a nocą lecą według gwiazd, co potwierdziły doświadczenia wykonywane w planetariach. Jednak ich dominującym drogowskazem jest prawdopodobnie pole magnetyczne Ziemi. Taki zmysł magnetyczny musi być jednak wręcz niewiarygodnie czułym instrumentem. Dla porównania zwykłe magnesiki przyczepiane na lodówki są dwadzieścia tysięcy razy silniejsze od pola ziemskiego. Przypuszcza się, że zmysł magnetyczny zawarty jest w dziobie. W skórze wyściełającej dziób gołębi domowych wykryto sporo kryształków magnetytu (tlenków żelaza). Zauważono też, że zwierzęta poddane miejscowemu znieczuleniu dzioba traciły orientację. Oprócz tego uczeni podejrzewają, że zmysł magnetyczny pozwala również ptakom orientować się, na jakiej szerokości geograficznej się znajdują. W tym celu zwierzęta muszą wyczuwać orientację sił pola magnetycznego. Na równiku biegną one równoległe do powierzchni Ziemi, ale im dalej od niego, tym bardziej są nachylone, a na biegunach są skierowane prostopadle do powierzchni.
ptak w locie Ale każdego roku pozycja magnetycznego bieguna nieco się zmienia. Wobec tego same sygnały magnetyczne nie są dla ptaków wiarygodne, zwłaszcza na dużych szerokościach geograficznych. Okazało się, ptaki sobie doskonale z tym radzą, co potwierdziły ostatnie badania. Najprawdopodobniej poprawiają swoje wewnętrzne kompasy na podstawie zachodów Słońca. Codziennie "resetują" własne systemy nawigacji, porównując kierunek Słońca z wyczuwanym przez siebie polem magnetycznym. Potwierdza to eksperyment z wędrującymi drozdami. W czasie migracji na północ schwytano drozdy, po czym uwolniono je o zmroku, aby normalnie kontynuowały podróż. Jednak tuż przed samym wylotem umieszczono je w sztucznym polu magnetycznym, zorientowanym w inny sposób niż pole naturalne. Następnie przez sześć dni śledzono szlak ich lotu dzięki małym nadajnikom radiowym. Okazało się, że pierwszej nocy drozdy skierowały się na zachód, zmylone sztucznym polem magnetycznym. W kolejne noce zdołały jednak naprawić błąd i leciały na północ, w normalnym kierunku.

żółw
Wędrówki żółwi
Żółwie morskie migrują tysiące kilometrów po otwartym oceanie, dążąc do miejsc lęgu i żerowania. Kierują się w swoich migracjach swoistą "mapą" magnetyczną. Jak ostatnio wykazano jest to umiejętność ustalania pozycji geograficznej na podstawie subtelnych zmian pola magnetycznego Ziemi, podobnej w działaniu do GPS. Na podstawie informacji uzyskanych z pola magnetycznego mogą stwierdzić, gdzie są w stosunku do swojego celu wędrówki. Stwierdzono że zmysł magnetyczny oprócz ptaków i żółwi stosuje około pięćdziesiąt innych stworzeń, na przykład salamandry czy też niektóre owady.

węgorz elektryczny
Elektryczne zwierzęta
Niektóre zwierzęta potrafią wytwarzać napięcie elektryczne. Na przykład płaszczki elektryczne i węgorze elektryczne (żyjące w Ameryce Południowej i Środkowej) wykorzystują je do ogłuszania lub zabijania swych ofiar. Zapas energii, jaką węgorz ma nagromadzoną w ogonie, wystarczyłby do rozbłyśnięcia kilkunastu żarówek.

Elektrony w metalach
W metalach znajdują się swobodne elektrony, które bez zewnętrznego pola elektrycznego poruszają się ruchem chaotycznym. Średnia prędkość elektronów metalu w ich bezładnym ruchu cieplnym w temperaturze pokojowej jest rzędu 100000m/s. Gdy na końcach przewodnika pojawia się różnica potencjałów, powstaje pole elektryczne i wszystkie swobodne elektrony zaczynają się poruszać w jednym kierunku ruchem uporządkowanym. Pole elektryczne rozchodzi się z prędkością światła wynoszącą 300 000 km/s, tak więc wszystkie elektrony zaczynają się poruszać niemal jednocześnie. Średnia prędkość uporządkowanego ruchu (dryfu) elektronów w cienkim drucie wynosi tylko 0,01 m/s, gdyż elektrony zderzają się z jonami sieci.
kompas
Deklinacja i nawigacja
Najpowszechniej znane zastosowanie magnesu trwałego to igła magnetyczna w kompasie. Jak wiadomo, nie wskazuje ona północy geograficznej, ponieważ oś obrotu Ziemi, wyznaczająca bieguny geograficzne, nie pokrywa się z linią łączącą bieguny magnetyczne. W związku z tym wyznaczenie kierunku północy geograficznej za pomocą kompasu wymaga uwzględnienia poprawki zwanej deklinacją magnetyczną, która określa kąt pomiędzy płaszczyznami południków, geograficznego i magnetycznego (ten ostatni wyznacza linia na powierzchni Ziemi, w każdym punkcie styczna do składowej poziomej pola ziemskiego). Gdyby Krzysztof Kolumb był świadom istnienia zjawiska deklinacji magnetycznej, prawdopodobnie nie odkryłby Ameryki. Dziś nie jest to już tak istotne, bowiem kompasy żyroskopowe wskazują dokładnie kierunek północy geograficznej, a najbardziej nowoczesne urządzenia lokacyjne (rozmiarów telefonu komórkowego), korzystające z pomocy satelitów, pozwalają określić położenie w dowolnym punkcie kuli ziemskiej z dokładnością do jednego metra.

Nurkowanie pod wodą
Człowiek po specjalnym treningu, może bez szczególnych zabezpieczeń zanurzyć się w wodzie na głębokość 100m, na której panuje ciśnienie około 10000hPa (10 razy większe niż ciśnienie atmosferyczne - słup wody o wysokości 10 metrów wywołuje ciśnienie równe atmosferycznemu). Podczas zanurzania płuca człowieka zostają ściskane. Przy zanurzeniu na głębokość 30 metrów objętość ściśniętych płuc spada do jednej czwartej ich objętości w warunkach normalnych. Na większych głębokościach siła parcia wody może spowodować zgniecenie klatki piersiowej. Dlatego przy pracach prowadzonych pod wodą nurkowie stosują specjalne skafandry. Organizmy morskie potrafią przystosować się do warunków panujących na głębokościach. Najgłębiej mogą nurkować kaszaloty, które mogą zejść na głębokość aż 3200 metrów. Foka Weddela znakomicie przystosowana do nurkowania może zejść na głębokość 600 metrów, co zajmuje jej około dwóch godzin.
nurek Zanurzanie i wynurzanie nurka musi odbywać się powoli. Do oddychania używa się bowiem mieszaniny tlenu z azotem i wraz ze wzrostem głębokości na jakiej znajduje się nurek, gaz ten podawany jest przez automat oddechowy pod coraz wyższym ciśnieniem, równym ciśnieniu otaczającej wody. Wtedy tak jak w zamkniętej butelce pod wysokim ciśnieniem, gazy rozpuszczają się we krwi, tkankach i płynie ustrojowym. Ilość gazu zależy od czasu zanurzania. Po długim czasie zanurzenia, stężenie gazu jest duże. Podczas gwałtownego wynurzania ciśnienie maleje i tak jak po odkręceniu butelki z napojem gazowanym, we krwi i w płynach ustrojowych powstają pęcherzyki gazu, które mogą spowodować zatory i niedotlenienie. Takie wytrącanie się pęcherzyków gazu wywołane nagłym wynurzeniem nazywa się dekompresją, zespół negatywnych objawów chorobą dekompresyjną lub inaczej chorobą kesonową. Objawami są: świąd, skrzypienie skóry, bóle stawów, uszkodzenia układu nerwowego, paraliż lub śmierć.

Wpływ temperatury na organizm człowieka
Przemiana materii u człowieka wymaga udziału specyficznych katalizatorów zwanych enzymami. Aktywność enzymów w bardzo dużym stopniu zależy od temperatury. Jeśli spadnie ona lub wzrośnie poza dopuszczalny zakres (kilka stopni), wtedy enzymy przestają pracować prawidłowo, powodując zakłócenia metabolizmu. Normalna temperatura ciała człowieka wynosi 36,6°C, temperatura skóry 34°C. Gdy temperatura spada organizm broni się przed utratą ciepła skurczem naczyń, a dreszczami stara się wytworzyć go jak najwięcej. Przy ciągłym ochładzaniu mięśnie stopniowo tężeją i człowiek odczuwa ból. Jeśli nadal ciało jest oziębiane, mięśnie przestają funkcjonować, dochodzi do migotania komór, zatrzymania oddechu i śmierci. Powietrze jest złym przewodnikiem ciepła więc podczas przebywania człowieka w niskich temperaturach wystarczy dobrze izolujące ubranie aby nie wychłodzić ciała. Woda przewodzi ciepło 25 razy lepiej niż powietrze. Gdy człowiek bez specjalnej ochrony znajdzie się w wodzie o temperaturze 15°C to po 4 godzinach następuje śmierć, w wodzie o temperaturze 5°C śmierć następuje w czasie krótszym od jednej godziny. Nurkowie muszą więc nosić specjalne suche i ocieplane skafandry.
Groźny jest także proces odwrotny, czyli przegrzanie. Zachowanie równowagi cieplnej ustroju wymaga, aby temperatura otoczenia była niższa od temperatury skóry człowieka. Wtedy nadmiar ciepła na zasadzie przewodzenia może zostać odprowadzany w sposób ciągły do otoczenia. Organizm człowieka broni się przed przegrzaniem poprzez zwiększenie wydzielania potu (woda z powierzchni ciała paruje pobierając ciepło z naszego ciała, co powoduje chłodzenie) oraz zwiększenie przepływu krwi przez rozszerzone naczynia skórne. Najczęściej do przegrzania organizmu dochodzi w lecie, po ekspozycji na wysoką temperaturę i powietrze o dużej wilgotności, w warunkach, w których oddawanie ciepła do otoczenia jest ograniczone.

procesy w przyrodzie
Dążenie do chaosu
W przyrodzie wszystkie procesy zachodzą od stanów mniej prawdopodobnych do stanów bardziej prawdopodobnych. Stany o dużym nieuporządkowaniu mają duże prawdopodobieństwo, a stany uporządkowane małe. Im większy chaos tym większe prawdopodobieństwo, więc Świat zdąża ku chaosowi. Z życia codziennego wiemy, że nieporządek w naszym pokoju "robi się sam", sprzątanie natomiast wymaga pracy. Lokalnie możliwe jest zwiększanie porządku (co czyni człowiek), ale w dłuższym czasie i dużym układzie nieuchronne powstanie bałagan (wystarczy tylko przez jakiś czas zaniechać czynności). Miarą nieuporządkowania jest entropia. Fizycy twierdzą, że entropia całego zamkniętego układu zawsze rośnie. Ze wzrostem chaosu związane jest twierdzenie, że każde ciało dąży aby jego energia własna miała jak najmniejszą wartość.

« Poprzednia  Następna »
Czy wiesz, że..