Béke, Természet, Szeretet

Hogyan készítik fel az űrhajósokat a súlytalansági állapotra?
ASB, Chiapas, Mexico
A Föld körül keringő űrhajós valójában nem súlytalan. A Föld nehézségi ereje továbbra is a Föld középpontja felé húzza. Az űrhajós súlya majdnem akkora, mint amekkora a Föld felszínén lenne. Az asztronauta azért érzi magát súlytalannak, mert állandóan szabadon esik. Pontosan úgy esik, mintha trambulinról vagy szikláról ugrott volna le. Ha nem lenne óriási oldalirányú sebessége, egyre gyorsabban zuhanna a Föld felé, és hamarosan "becsapódna" a felszínbe. De az oldalirányú sebesség olyan gyorsan röpíti a horizont mentén, hogy esés közben mindig "kiszalad" alóla a Föld. Az űrhajós nem csapódik be, hanem a Föld körül kering.
Keringés közben azért érzi magát súlytalannak, mert összes "darabja" egyszerre esik. Ezeknek a részeknek nem kell egymást lökdösniük, hogy esés közben megtartsák egymáshoz viszonyított helyzetüket, ezért az űrhajós nem érzi azokat a belső erőket, amelyeket súlyként érzékel, amikor a földön áll. Esés közben az űrhajós nem érzi a súlyát.
A súlytalanság érzésére az asztronauták úgy készülnek fel, hogy sokat esnek. A trambulin és a hullámvasút segíthet, de a bevált eszköz az a repülőgép, amely parabola ívet ír le a levegőben, miközben a belsejében minden szabadon esik. A repülőgép íve pontosan olyan, mint egy szabadon eső tárgy pályája, és a belsejében minden - még az űrhajós is - szabad esésben lebeg. A repülőgép fölfelé indul el az íven. Emelkedés közben lassul, amíg el nem éri a csúcsmagasságot, majd egyre gyorsabban halad lefelé az ív mentén. Az egész út nem tart tovább 20 másodpercnél, de ezalatt az űrhajós súlytalannak érzi magát a gépben.

Lesülhetünk vagy leéghetünk az ablaküvegen át?
SD, Farmington, Utah
Igen, de nem olyan gyorsan, mint üveg nélkül. Az üveg elnyeli ugyan a rövid hullámhosszú ultraibolya fényt, de a 350-400 nm-es ultraibolya sugárzást átengedi. Ez a hosszabb hullámhosszú ultraibolya sugárzás kevésbé káros, mint a rövidebb hullámhosszú, de elegendő idő múlva ettől is lesülhetünk vagy leéghetünk. Az üveg olyan, mint a napernyő - jól véd, de nem tökéletes.

Miért nem hűl le a víz zuhanyozás közben, ha a villanybojlerbe azonnal hideg víz áramlik a meleg víz helyére?
NG, Golden, Colorado
A villanybojlerből fönt távozik a meleg víz és alul folyik ki a hideg. Mivel a meleg víz kisebb sűrűségű a hideg víznél, a hideg víz tetején úszik, és alig keveredik vele. Amikor zuhanyozni kezdünk, lassan fogyasztjuk a meleg vizet a tartály tetejéről, és a hideg víz szintje emelkedni kezd. De a magunkra folyatott víz csak akkor lesz hideg, ha már majdnem minden meleg vizet kiengedtünk, és a hideg víz szintje elérte a tartály tetejét.

Megfagyasztottam két pohár vizet úgy, hogy az egyikbe sót tettem, a másikba cukrot. Kíváncsi voltam, melyik fagy meg előbb. Háromszor is próbát tettem, és mindig a cukros víz győzött. Miért?
AM
A vízben oldott szilárd anyagok mindig az oldott részecskék sűrűségével arányosan csökkentik a víz fagyáspontját. Ha kétszer annyi részecske van a vízben, mint korábban, kétszer annyit csökken a fagyáspont.
A só is, a cukor is oldódik a vízben, ezért mindkettő csökkenti a fagyáspontot, de a só jobban. Ennek az az oka, hogy a só sokkal több oldott részecskét juttat a pohár vízbe, mint a cukor. Először is a konyhasó sűrűsége csaknem 40%-kal nagyobb, mint a répacukoré (kristálycukoré), ezért egy kanál só nehezebb, mint egy kanál cukor. Másodszor, a "sómolekula" (NaCl) súlya csak 8,5%-a a répacukor-molekuláénak (C12H22O11), ezért egy kiló sóban sokkal több sómolekula van, mint ahány cukormolekula van egy kiló cukorban. Végül, amikor a só feloldódik a vízben, nátrium- és kloridionokká bomlik (Na+ és Cl-). Emiatt a só oldásakor a kétszeresére nő a részecskék sűrűsége. A cukormolekulák nem bomlanak fel a vízben. Végső soron sokkal több oldott részecske kerül a pohára, ha egy kanál sót oldunk fel, mint amikor egy kanál cukrot oldunk. A só tehát jobban csökkenti a fagyáspontot, és sós víz lassabban fagy meg.

Honnan tudja a kóla-automata, hogy a pohár tele van?
MB
A kitöltött kóla térfogatát méri, és egy pohárnyi ital után zár le. A pontos áramlásmérőkben - ilyeneket használnak az automaták is - bonyolult, lapátkerekes szerkezet van, amelyet a csőben áramló folyadék forgásba hoz. Amikor a lapátkerék elegendő számú fordulatot tesz meg, egy elektronikus szelep lezár, hogy ne folyjon ki több ital.

Hogyan hat a víznyomás a halakra, a tengeralattjárókra és a búvárokra?
Mind a három szilárd, folyékony és gáz halmazállapotú anyagból áll, ezért azzal kezdeném, hogyan hat a nyomás erre a három anyagra. A szilárd anyagok és a folyadékok lényegében összenyomhatatlanok, ami azt jelenti, hogy a rájuk ható nyomás növekedésével nem sokat változik a térfogatuk. Különleges eszközök nélkül nem nyomhatunk össze egy liter vizet vagy egy liternyi réztömböt a felére. A gázok azonban összenyomhatók. Ha a gázra ható nyomást növeljük, a gáz egyre kisebb térfogatot foglal el. A búvárok oxigénpalackjába például egy szobányi levegőt is bepréselhetünk.
Ha ezeket a megfigyeléseket alkalmazzuk a halakra, a tengeralattjárókra és a búvárokra, világos, hogy szilárd és folyékony részeikre alig hat a nyomás. Az egyre mélyebbre süllyedő halak és búvárok gázzal töltött részeire (a halak úszóhólyagjára és a búvár tüdejére) egyre nagyobb nyomás nehezedik. A tengeralattjáró hajtóteste ellenáll a külső nyomásnak, ezért a tengeralattjáró belsejében nem nő a levegő nyomása. Ha a nyomás a tengeralattjáró belsejébe zárt levegőre is hatna, a levegő mind kisebb térfogatra zsugorodna, és a tengeralattjáró összeroppanna. Ezért olyan erős a hajótest - távol kell tartania a hatalmas külső víznyomást a belső levegőtől.
A mechanikai hatásokon kívül egy másik érdekes jelenséget is számba kell vennünk. Ha a nyomás nő, a gázok jobban oldódnak a folyadékokban. Tehát a mélyebb vízben (ahol a nyomás nagyobb) a halak és a búvárok vérében és szöveteiben több gáz oldódik. Ha a búvárra nehezedő nyomás a gyors felemelkedés miatt hirtelen csökken, "keszonbetegség" alakul ki. Azok a gázok, amelyek a mélyben, a nagy nyomáson feloldódtak a búvár szöveteiben, kevésbé oldódnak a fönti kisebb nyomáson. Ha a gázok kijutnak a szövetek oldataiból, kárt okoznak a szervezetben és fájdalmat idéznek elő.

Azt olvastam egyszer, hogy ha egy csónakból kidobnánk egy ágyúgolyót a vízbe, a vízszint süllyedne. Elmagyarázná egy laikusnak, hogy mi történik ilyenkor?
MJB, Lafayette, LA
Amíg az ágyúgolyó a csónakban van, a súlya mélyebbre nyomja a csónakot a vízben. Ahhoz, hogy a csónak az ágyúgolyót megtartsa, a golyó súlyának megfelelő vizet ki kell szorítania - ahogyan Archimedész törvényéből tudjuk. Mivel az ágyúgolyó nagyon sűrű, a csónak talán nyolc ágyúgolyó térfogatának megfelelő vizet is kiszorít, hogy létrejöjjön az a felhajtóerő, amely az ágyúgolyót megtartja. Ez a kiszorított víz a tó felszínén jelenik meg, tehát a víz szintje emelkedik.
Tegyük föl, hogy az ágyúgolyót kidobjuk a vízbe. A golyó gyorsan lesüllyed a tó fenekére. A csónak most magasabban úszik, mint korábban, mert nem kell nyolc ágyúgolyó-térfogatnyi vizet kiszorítania. Bár maga a golyó kiszorít egy ágyúgolyó térfogatának megfelelő vizet, a vízben levő tárgyak hét ágyúgolyó-térfogatnyival kevesebb vizet szorítanak ki. Tehát a tó vízszintje egy picit csökken, ha a golyót a csónakból behajítjuk a vízbe.

Ha egy fénysebességgel haladó busz végéről valaki a busz elejére futna, gyorsabban mozogna, mint a fény, vagy energiává alakulna át?
TM, Ft. Bragg, NC
Először is a busz nem haladhat fénysebességgel. Még az is fantasztikus energiába kerülne, hogy megközelítse a fény sebességét.
De tegyük fel, hogy a busz a fénysebesség 99,999999%-ával száguld, és valaki a fénysebesség 0,000002%-ával (kb. 20 km/óra sebességgel) előrerohan. Mi történik?
A busz sebességét egy külső megfigyelőhöz képest adtam meg, a benne ülő utasok nem tudják meghatározni a sebességét. Ha a függönyöket elhúzzák, és a busz állandó sebességgel mozog, senki sem tudja megmondani, hogy a busz mozog-e egyáltalán. Tegyük tehát fel, hogy a busz sebességét egy álló haverhoz képest adtam meg, aki kivülről figyeli, hogy a busz elhúz előtte.
Ha valaki a fénysebesség 0,000002%-ával fut a busz elejére, akkor a sebességét a többi utashoz képest adjuk meg, aki látja, hogy a futó előreszalad. A nagy kérdés az, hogy az álló haver mit lát. Látja, hogy valaki előrefut, de a sebességét csak kicsivel érzékeli többnek a fénysebesség 99,999999%-ánál. A két sebesség nem úgy adódik össze, ahogy várnánk. Miért?
A választ a speciális relativitáselmélet adja meg, de itt csak egy egyszerű, bár furcsa képpel érzékeltetjük, hogy mi történne. Az álló haver torzult buszt lát elsuhanni maga előtt - olyan buszt, amely haladtában szinte palacsinta vastagságúra lapul össsze. A palacsintában olyan közel van a busz vége az elejéhez, hogy a futó sebessége a buszban csak nagyon kicsi lehet. Hogy a busz miért zsugorodik ennyire össze, arra szintén a speciális relativitáselmélet ad választ.

Lelassíthatjuk-e a molekulákat, hogy az ételt gyorsan lehűtsük?
A hő a melegebb testek felől áramlik a hidegebbek felé. Ezért ha az ételt meleg helyre tesszük, felmelegszik, ha hidegbe tesszük, lehűl. Az ételt azonban úgy is felmelegíthetjük, ha egy energiafajtát hőenergiává alakítunk - az étel belsejében. A mikrohullámok például behatolnak az ételbe, és energiájuk az étel belsejében hőenergiává alakulhat át; így gyorsíthatják fel a főzést.
Az ételből azonban nem tudjuk kivenni a hőenergiát ehhez hasonló módszerrel. Meg kell várnunk, amíg a hőenergia az étel belsejéből az étel felületére vándorol, és átadódik a hidegebb környezetnek. Ez a kitétel a termodinamika törvényeiből következik, amelyek leírják, hogy a munka és a hő miként alakítható át egymásba. A mechanikai munkát nagyon egyszerű hővé alakítani (elég, ha összedörzsöljük a kezünket), de a hő nagyon nehezen alakítható át munkává. Nem készíthetünk "mikrohullámú fridzsidert", amely a hőenergiát mikrohullámokká alakítja az étel belsejében.

Negyedikes kislányom nemrég fagylaltot csinált az iskolában. Hogyan lesz a tejből, a jégből és a sóból keveréssel fagylalt?
DH
A krémszerű fagylaltban nagyon kicsi jégkristályok vannak. A legegyszerűbben úgy válnak ki apró jégkristályok, ha a masszát fagyasztás közben erősen keverjük. Itt jut szerephez a jég és a só.
Az olvadó jég hőmérséklete 0 oC. Ha ezen a hőmérsékleten melegítik a jeget, nem emelkedik a hőmérséklete, hanem 0 oC-os vízzé változik. A jég vízmolekuláinak szétválasztásához energia szükséges, ezért kell meleg az olvasztáshoz.
De ha sót is adunk a jéghez, elősegítjük az olvadást, mert a jég a saját belső energiáját is arra fordítja, hogy vízzé alakuljon át. A jég hőmérséklete jóval 0 oC alá süllyed, mégis tovább olvad. A hőmérséklet-csökkenés végül megáll, a jég és a sós víz egyensúlyba kerül, de a keverék ekkor már hideg, kb. -10 oC-os. Ha még több jeget akarunk megolvasztani, tovább kell melegíteni a keveréket. Amikor a fagylaltmasszát beletesszük a jeges edénybe, a masszából hő áramlik a jégbe és a sós vízbe. Újabb jégdarabok olvadnak meg, és a massza hidegebb lesz: megindulhat a fagylaltképződés. A keverés hatására apró jégkristályok keletkeznek a fagylaltban és a folyadék egyenletesen fagy meg.

Ha a fénynek nincs tömege, hogyan hat rá a gravitáció? A fénynek melyik tulajdonságára hat a gravitáció?
DM
Kis sebességek esetén a tömeg és az energia két különböző mennyiségnek tűnik. A tömeg a tehetetlenség mértéke. Az energia a munkavégző-képesség mértéke. Nagyon kényelmes, hogy a tárgy súlya - a rá ható gravitációs erő - pontosan arányos a tárgy tömegével; az emberek ezért kevereik a "tömeg" és a "súly" szót, noha más-mást jelentenek.
Ha azonban egy tárgy sebessége megközelíti a fénysebességet, a tömeg és a mozgási energia nem választható könnyen szét. A relativisztikus mozgásegyenletek bonyolultabbak, mint a lassú tárgyak mozgását leíró egyenletek, és a gravitáció hatása sem intézhető el egyszerűen azzal, hogy "súlyt" rendelünk a tárgyakhoz.
A fény pályájának gravitáció hatására bekövetkező elhajlását kétféle nézőpontból szemlélhetjük. Tekinthetjük úgy, hogy a gravitáció nem a tömegre, hanem az energiára hat, és a fény azért "esik", mert energiája olyasmivel ruházza fel, ami a "súly" megfelelője. De azt is mondhatjuk, hogy a fény pályájának elhajlását a nehézségi erő hatása alatt álló tárgy körüli téridő alakjának változása okozza. A tér görbült, ezért a fény nem haladhat egyenes pályán a nehézségi erő hatása alatt álló tárgyak mellett - a tér görbületét követi. A második kép helyesebb, de ez is furcsa egy kicsit. Ezért telt egy kis időbe, amíg az általános relativitáselméletet elfogadták.

Jelentős energiát takarítunk-e meg a fénycsövekkel az izzólámpákhoz képest, ha figyelembe vesszük a világítótestek összes komponensének előállításához szükséges energiát is?
AB, San Antonio, TX
Igen. Először is a fénycsövek sokkal tartósabbak az izzólámpáknál - élettartamuk sok ezer óra, a foglalatuké több tízezer óra. Az izzólámpa alacsony előállítási költsége megtévesztő - jó sok izzót kell ahhoz gyártani, hogy egyetlen fénycső energiáját elérjük.
Másodszor pedig a fénycső alkatrészeinek előállítási energiája feltehetően nem haladja meg a néhány kilowattórát - körülbelül ennyi energiát fogyaszt szokásos használat esetén egy 100 wattos izzó egy hét alatt. A fénycső készítéséhez szükséges energia árát tehát egy-két hétig fizetjük, de azután évekig energiát takarítunk meg.

Miben különbözik a dióda egy közönséges huzaldarabtól?
R
A közönséges huzal mindkét irányban szállítja az elektromosságot, míg a dióda csak az egyikben. A diódában az úgynevezett p-n átmenet miatt alakul ki egyirányú közlekedés. A töltések csak az egyik oldalról közelíthetik meg az átmenetet, és a másikon távozhatnak. Ha a rossz oldalról érkeznek, rá kell jönniük, hogy nincsenek olyan könnyen elérhető kvantummmechanikai utak vagy "állapotok", amelyen haladhatnának. A rossz oldalról csak akkor juthatnak át a p-n átmeneten a töltések, ha valahonnan energiát nyernek ezeknek a kvantummechaniai állapotoknak az eléréséhez. Ezt az energiát szolgáltathatja például a fény. Sok dióda ezért fényérzékeny - ha fény éri őket, "rossz irányban" vezetik az áramot. Sok fényérzékeny elektronikus eszköz és a legtöbb fotoelektromos vagy napelem működése ezen az elven alapszik.

Hogyan bizonyosodhatunk meg arról, hogy a modern fizika a Földtől nagy távolságban is érvényes? Nem kellene megvárnunk, hogy a tudósok az űrben is elvégezzék a kísérleteket?
JS
Szerencsére nem. A csillagászati megfigyelések alapján igen biztosak vagyunk abban, hogy a fizika általunk ismert törvényei a látható univerzumban mindenhol érvényesek. Nem kellene nagyon megváltozniuk a fizikai törvényeknek, hogy az atomok, molekulák, csillagok és galaxisok gyökeres változáson menjenek át. Az, hogy a fény és a többi részecske, amely nagy távolságból érkezik hozzánk, annyira hasonlít ahhoz, amit a közeli forrásokból látunk hozzánk érkezni, jól bizonyítja, hogy a fizika törvényei nem változnak a távolsággal. És hogy a távoli forrásokból érkező fényt olyan hosszú idő múlva látjuk, azt jelenti, hogy a fizika törvényei feltehetően nem változnak sokat (ha egyáltalán) az idő múlásával sem. Noha vannak olyan elméletek, amelyek a fizikai törvények apró, de kiszámítható változásait jósolják a hely és a az idő függvényében, senki nem gondolja komolyan, hogy a fizika törvényei sokat és össze-vissza változnának az univerzum különböző helyein.

Miért nem működnek az elemek hidegben?
KS
Az elemek elektrokémiai folyamatokkal termelik az energiát az áram fenntartásához. Ez azt jelenti, hogy ha egy töltést küldünk át az elemen "menetirányban", a töltés az elemből több energiával lép ki, mint amennyivel belépett. Azt hihetnénk, nem számít, hogy hány elektromos töltés halad át az elemen másodpercenként, miközben minden töltés szokásos nagyságú többletenergiára tesz szert az áthaladás során - de nem így van. Nézzük meg, hogyan haladnak át a töltések az elemen és hogyan vesznek fel energiát.
Az elektrokémiai folyamatok szétválasztják a töltéseket az elem belsejében, és a szétválasztott töltéseket az elem kivezetéseire, az elektródokra "ültetik": az egyik elektród negatív, a másik pozitív töltésű lesz. Ez a töltésszétválasztási folyamat véletlenszerűen, statisztikus módon játszódik le egészen addig, amíg annyi töltés nem gyülemlik fel az elektródokon, amennyi megakadályozza a további töltésszétválást. Mivel az azonos töltések taszítják egymást, a töltések - ha elegendően sokan vannak - egyik elektródon sem engedik, hogy újabbak érkezzenek oda.
Ha azonban egy huzalon át pozitív töltést küldünk az elem negatív elektródjára, csökkentjük az ottani negatív töltések számát, és gyengítjük a taszítóerőket. Az elemben levő vegyszerek ezért újabb töltéspárt választanak szét. Az elem negatív elektródja visszatér a "normális" állapotba, de a pozitív elektródon eggyel több pozitív töltés lesz. Ez a töltés egy huzalon keresztül távozik az elektródról. Végső soron úgy tűnik, hogy a pozitív töltés "végighaladt" az elemen: belépett a negatív elektródon, és a pozitívon nagyobb energiával távozott, mint amennyivel a negatívra érkezett. Valójában az elemben lévő vegyszerek választottak szét egy újabb töltéspárt.
Ha az elem meleg helyen van, a belsejében lévő vegyületek gyorsan szétválasztják a töltéseket, és elég nagy áram fenntartására képesek. A hideg elemben lelassulnak az elektrokémiai folyamatok. Ha túl nagy áramot küldünk a hideg elem felé, az elem nem tud elég gyorsan töltéseket küldeni az elektródokra, és a feszültség leesik: nincs elég szétválasztott töltés az elektródokon ahhoz, hogy a töltések a korábbi energianövekedéssel "átlahadjanak" elektródon. Ha hideg elemet használunk, vigyáznunk kell arra, hogy ne küldjünk át rajta túl sok áramot, mert nem tud vele megbirkózni, és a szokásosnál kisebb lesz a feszültsége.

Mi a hő? Tulajdonképpen mi áramlik a meleg testekből a hidegekbe?
AW, Pakisztán
A hő energia. Néhány évszázada úgy gondolták, hogy a hő légnemű anyag, caloricum. Ma már tudjuk, hogy energia, amely a testek között áramlik. Hőátadás például hővezetés, keveredés, sugárzás révén jöhet létre. A vezetés szemléltethető a legkönnyebben - a melegebb tárgy gyorsabban "rángatózó" atomjai és molekulái energiájuk egy részét átadják a hidegebb tárgy lassúbb atomjainak, ha a két tárgyat összeérintjük. Az atomok vagy a molekulák nem cserélődnek ki, az energiájuk igen. Keveredéskor a mozgó folyadék vagy gáz szállítja a hőenergiát a tárgyak között. Ebben az esetben anyagcsere is lejátszódik, de ez általában ideiglenes. Sugárzáskor az atomok és molekulák úgy cserélnek energiát, hogy ide-oda küldik a hősugárzást. A hősugárzás elektromágneses hullám, ilyen például az infravörös fény is. A meleg tárgy több infravöröst fényt küld a hidegebb felé, mint fordítva, és így a melegebb tárgy hőenergiát ad át a hidegebbnek.

Van valami matematika az inga mozgásában? Ha készítenék egy ingát, aztán a kétszeresére vagy a háromszorosára "nagyítanám fel", lenne valamilyen matematikai összefüggés az eredmények között?
Igen, a három inga lengésideje között nagyon egyszerű összefüggés áll fenn. Ennek az az oka, hogy az inga lengésideje csak az inga hosszától és a gravitáció nagyságától függ. Mivel a lengésidő az inga hosszának négyzetgyökével arányos, ahhoz, hogy a lengésidőt megduplázzuk, négyszer akkora modellt kell készíteni. A nagypapák órájának ingája általában 0,996 méter hosszú és az inga lengésideje 2 másodperc, míg a mostani faliórák ingája 0,248 méteres, és az inga lengésideje 1 másodperc. Ne felejtsük el, hogy az inga "effektív" hossza a felfüggesztési pont és a tömegközéppont közötti távolság. A precíziós ingának különleges hőmérséklet-kiegyenlítő komponensei vannak, amelyek arról gondoskodnak, hogy az effektív hossz akkor se változzon, ha a szoba hőmérséklete változik.

Miért égnek le könnyebben a világos bőrűek, mint a barnábbak, ha a világos színek több fényt vernek vissza?
Azt a színt, amit látunk, a felület által elnyelt látható fény határozza meg. Noha a világos bőr sok látható fényt ver vissza és fehérnek tűnik, elnyeli az ultraibolya fényt, amelyet nem látunk. De a bőrt éppen az ultraibolya fény károsítja, "égeti le". A sötétebb bőr több ultraibolya fényt nyel el, mielőtt a fény az érzékeny bőrsejtekhez jutna, míg a világosabb bőrbe könnyebben behatolhat az ultraibolya fény.

Egy munkahelyi ünnepség után az egyik barátom héliummal töltött léggömböt kötött az autója sebváltójára és elhajtott. Ahogy elindult, a lufi előbb előre szállt, aztán visszatért. Más tárgyak nem így viselkednek. Mi történik a léggömbbel?
S
A héliummal töltött léggömb a legkisebb sűrűségű tárgy az autóban. Nézzük meg, mi történik velünk, a levegővel és a léggömmbel, ha az autó elkezd előregyorsulni.
Amikor az autó elindul előre, a tehetetlenség igyekszik megakadályozni, hogy az autóban levő tárgyak előre mozduljanak el. A nyugalomban levő tárgyak igyekeznek nyugalomban maradni. Ezért az autónak előre kell bennünket löknie, hogy előregyorsuljunk, és az autóval együtt mozogjunk. Amikor az autóülés előrelök bennünket, mi visszalökjük az ülést (Newton harmadik törvénye), és mélyedést nyomunk a felületébe. Úgy érezzük, mintha visszafelé mozognánk, pedig nem ez a helyzet. Előre mozdulunk el, de nem olyan gyorsan, mint az autó.
Mivel a hélium nagyon könnyű, a héliummal töltött léggömb majdnem olyan, mint egy súlytalan buborék, amely kiszorítja a körülötte lévő levegőt. Amikor az autó előregyorsul, az autóban lévő levegő tehetetlensége miatt igyekszik az autó hátuljában felhalmozódni. Ha el tud valamit lökni az útjából, hogy több helye legyen hátul, megteszi. A héliummal töltött léggömböt el tudja lökni. Amikor a levegő a tehetetlenség miatt a gyorsuló autó hátulja felé sodródik, a csekély tömegű és tehetetlenségű léggömb az autó eleje felé lökődik, hogy helyet adjon a levegőnek. Amikor az autó előregyorsul, vízszintes nyomásradiens alakul ki az autóban; a nyomás hátul nagyobb, mint elöl. Végsősoron a nyomáskülönbség gyorsítja előre a levegőt az autóval, és ez hajtja a léggömböt az autó elejébe.
Végül, amikor az autó elérte az utazási sebességet és már nem gyorsul tovább, a nyomásgradiens megszűnik, és a levegő felveszi szokásos eloszlását. A léggömböt semmi sem nyomja előre, és újra a sebváltó fölött lebeg.

Mi történik az állandó mágnes mágneses terével, ha csökkentjük a hőmérsékletet? Mi lesz a mágneses térrel abszolút nulla fokon?
A hőenergia nem tesz jót az állandó mágnesnek, mert csökketi, vagy akár tönkre is teszi a mágnesezését. A hőenergia a véletlenszerű elrendezéssel, az állandó mágnesség a renddel kapcsolatos. Ezért nem meglepő, hogy az állandó mágnes hűtése növeli a belső rendet és erősíti a mágnességet (vagy legalábbis csökkenti annak a valószínűségét, hogy idővel gyengébb legyen a mágnes). Abszolút nulla fokon az állandó mágnes mágneses tere csúcsformában lesz - feltéve, ha a mágnes nem szenved mechanikai károsodást a hűtés során.

Miért esnek le a különböző nagyságú labdák egyszerre?
Képzeljünk el két labdát: az egyik tömege legyen 1 kilogramm, a másiké 10 kilogramm. A 10 kilogrammos labdát sokkal nehezebb gyorsítani - próbáljuk csak meg dobálni, mindjárt kiderül. Azt várnánk, hogy ha a két labdát leejtjük, a 10 kilogrammos sokkal lassabban mozog, mint az 1 kilogrammos. De nem így van. A 10 kilogrammos labda súlya 10-szer nagyobb, mint az 1 kilogrammosé, ezért ez a labda 10-szer nagyobb lefelé irányuló erőt "érez". A két labda egyszerre esik. A nagy labdát 10-szer nehezebb felgyorsítani, de 10-szer nagyobb erő húzza lefelé, mint az 1 kilogrammost. Ugyanakkora sebességgel mozog, mint az 1 kilogrammos labda.

Tanár úr azt mondta, a mikrohullám az ételt úgy melegíti fel, hogy a vízmolekulákat jobbra-balra csavarja, és az egymáshoz dörzsölődő vízmolekulák súrlódásfélét érzékelnek. Mivel a rezgő molekulák a hő alapvető megnyilvánulásai, miért van egyáltalán szükség a súrlódásra?
GS, Kanata, Canada
Bár a mikrohullám a vízmolekulákat valóban jobbra-balra csavargatja, a csavarás önmagában nem melegíti fel őket. Hogy miért? Figyeljük meg a gőzben a vízmolekulákat: a mikrohullám ezeket is csavargatja, mégsem melegszenek fel. Azért nem, mert a molekulák ugyan elkezdenek jobbra-balra csavarodni, ahogy a mikrohullám megérkezik, de abba is hagyják, amint a mikrohullám távozik. A mikrohullámot csak ideiglenesen nyelik el, majd újra kibocsátják anélkül, hogy a vízmolekulák állandó változáson mennének át. A vízmolekulák csak akkor nem bocsátanak ki újra mikrohullámot, ha csavarodás közben valamihez hozzádörgölődnek, mint a folyékony halmazállapotú vízben. Ekkor a mikrohullám elnyelődik - a molekulák nem sugározzák ki újra -, hőenergiává alakul át és a vízben marad.
Képzeljünk el egy csónakat, amelyet felkap a hullám: a csónak föl-le hánykódik, amint a hullám odaér, de a hánykódás abbamarad, ha a hullám távozik. A csónak végül is nem vesz fel energiát a hullámtól. De ha a csónak hánykódás közben a kikötőhöz dörzsölődik, a hullám energiájának egy részét hőenergiává alakítja át: a hullám ezt az energiát nemcsak ideiglenesen adja át a csónaknak és a kikötőnek.

Igaz, hogy nem szabad a mikrohullámú sütő közelébe hangszórót tenni?
A jó minőségű és ép mikró olyan kis elektromágneses sugárzást bocsát ki, hogy a hangszórónak meg sem szabad éreznie. A hangszóró dobozán kívül lehet egy kis mágneses tér, és ez hathat a mikrohullámú sütőre. De a mikróknak többnyire acélházuk van, és az acél a mikró belsejét árnyékolja a hangszóróból származó mágneses tér ellen, tehát a két berendezésnek egymástól függetlenül kell működnie.

Hogyan alakítja át a hangot a mikrofon?
PB, Marion, MA
A hangot a levegő nyomásának apró ingadozásai hozzák létre. Azért halljuk, mert ezek a légnyomásváltozások ingadozó erőkkel hatnak a fülünkben levő csontocskákra. A mikrofon alkatrészei is érzékelik a változó erőket, és az erőknek megfelelő elektromos áramot állítanak elő.
A leggyakrabban kapacitív és elektromágneses mikrofonokat használnak. A kapacitív mikrofon két, egymáshoz közeli felületén ellentétes elektromos töltéseket halmoznak fel. Az egyik felület rendkívül vékony, és a levegő nyomásának változásai könnyen mozgásba hozzák. A másik felület merev, mozdulatlan. Ha hang kerül a mikrofonba, a nyomásingadozások a vékony lemezt megrezgetik. A felületeken levő elektromos töltések a felületek távolságától függő erővel vonzzák egymást. Ha tehát a vékony lap rezeg, a töltések ingadozó erőhatást érzékelnek, amitől mozgásba jönnek. Mivel mindkét felületet huzalok kapcsolják a hangszóróhoz (vagy a telefonkagyló fülhallgatójához, a magnetofonhoz stb.), a töltések ide-oda mozognak a felületek és a hangszóró között. A hang elektromos áramot indít el, amelynek segítségével a hangszóró (magnetofon stb.) feldolgozza vagy rögzíti a hangot.
Az elektromágneses mikrofonban az ingadozó légnyomás hatására egy dróttekercs mozog előre-hátra egy mágnes közelében. Mivel a változó vagy mozgó mágneses terek elektromos teret keltenek, a tekerecs elektronjai áramként kezdenek mozogni. A tekercset hangszóróhoz (magnetofonhoz stb.) csatlakoztatják, amely ismét feldolgozza a hanggal keltett áramot.

Kiszivároghat-e a mikrohullám a mikrohullámú sütőből? Igaza van-e a mamámnak, ha nem engedi, hogy a mikró elé álljak, ha be van kapcsolva?
A jó minőségű és rendesen karbantartott mikró olyan kevés mikrohullámot sugároz ki, hogy nem kell miatta aggódni. A szivárgásvizsgáló készülékekkel meg is győződhetünk arról, hogy minden rendben van-e. Csak akkor érdemes vigyázni a mikró közelében, ha leejtettük, vagy megrongáltuk az ajtaját. Ha mikrohullám szivárogna ki, elsősorban a szöveteinket melegítené fel - de ezt éreznénk.

Milyen hőmérsékleten ég a papír?
KR
Ha a "451 fok Fahrenheit" könyvcím helyes, 451 oF-on (233 oC-on). De biztos vagyok benne, hogy a gyulladási hőmérséklet függ a papír fajtájától.

Miért pattog az egyik labda jobban, mint a másik?
JM
Amikor a labda merev felületen pattan, behorpad. A horpasztás energiát igényel, és a labda mozgási energiája szinte teljesen erre fordítódik. A labda a felületen egy pillanatra megáll, majd visszapattan. A horpadás megszűnése közben energia szabadul fel, és ez lesz a labda új mozgási energiája.
A pattogás szempontjából az a fontos, hogy a labda felszíne hogyan tárolja és bocsátja ki az energiát. Az ideális labda csak rugalmas deformációt szenved - a labda molekulái egyáltalán nem rendeződnek át, csak egymáshoz viszonyított távolságuk változik meg. Ha a molekulák átrendeződnek - például elcsúsznak egymás fölött -, a horpadási energia egy része elvész a belső súrlódásszerű jelenségek miatt. Ha a molekulák visszacsúsznak is eredeti helyzetükbe, nem nyerik vissza az összes energiát, és a labda nem pattan vissza az eredeti magasságba.
A kemény gumi általában jobban pattan, mint a puha, mert a kemény gumiban a molekulák nehezebben mozdulnak el. De néhány merevnek látszó gumiban ravasz hőhatások is megjelenhetnek, és a gumiban tárolt energia egy részét felemészthetik.

Hogy működik a repülőgép? Mitől repül?
ZJ, Bangalore, India
A repülőgép azért marad fenn a levegőben, mert a teste mellett elhaladó légáramot lefelé téríti el. A szárnyak lefelé tolják a légáramot, és ennek hatására a légáram fölfelé tolja a szárnyakat. Ez a hatás/ellenhatás (akció/reakció) Newton harmadik mozgástörvényének egyik példája: az erők mindig ellentétes irányú párként ébrednek; ha az egyik tárgy tolja a másikat, a másik ugyanakkora, ellentétes irányú erővel tolja vissza az első tárgyat. Még a levegő is engedelmeskedik ennek a törvénynek: amikor a repülőgép szárnyai lefelé tolják a levegőt, a levegőnek fölfelé kell tolnia a szárnyakat. Amikor a repülő vízszintesen halad, az eltérített légáram olyan nagy erőt fejt ki fölfelé, hogy a repülő teljes súlyát megtartja. Az, hogy a repülőgép szárnyai miként térítik úgy el a légáramot, hogy létrejöjjön ez a felfelé ható erő, a fluidumok (folyadékok, gázok) dinamikájának csodája. A jelenséget két szemszögből is vizsgálhatjuk: a Newton-féle nézőpont szerint az elhaladó légáram gyorsítása, a Bernoulli-féle nézőpont szerint a levegőáramban fellépő sebesség és nyomás játssza a főszerepet.
Kezdjük a Newton-féle megközelítéssel. A szárny elejéhez érkező légáram két áramra válik szét, és ezek a szárny fölött, illetve alatt haladnak tovább. A szárny alakját és dőlésszögét úgy tervezik, hogy ez a két áram igen eltérő gyorsulásra tegyen szert a szárny körül. A szárny alatt áramló levegő lefelé lejtő felület mentén halad, amely lefelé löki az áramot, tehát a levegő lefelé gyorsul. Válaszként a levegő fölfelé tolja a szárny alját, és hozzájárul a repülőt megtartó erőhöz.
A szárny fölött áramló levegő bonyolultabb útvonalon halad. Először fölfelé lejtő felülettel találja magát szembe, tehát fölfelé lökődik és fölfelé gyorsul. Válaszként a levegő lefelé tolja a szárny fölső felületének elülső darabját. A szárny fölső felületnek lejtése azonban megfordul. A levegőnek most lefelé kell gyorsulnia, hogy továbbra is érintkezhessen a szárnnyal. Szívás jön létre: a szárny fölső felületének hátsó része lefelé szívja a levegőt, míg a levegő - válaszként - fölfelé szívja a szárnyat. Ez a fölfelő irányuló szívóerő nagyobb a szárny elején ható, lefelé irányuló erőnél, ezért a szárny fölött áramló levegő végeredményben fölfelé irányuló erővel hat a szárnyra.
Tehát mindkét légáram fölfelé irányuló erővel hat a szárnyra, és együttes hatásuk megtartja a repülőgép súlyát.
A Bernoulli-féle megközelítés szerint a szárnyak lejtős felületei mentén áramló levegő sebessége és nyomása úgy változik, hogy a szárnyakra végső soron fölfelé irányuló erő hat. Minden sebességváltozás nyomásváltozással jár együtt, ami annak az energiamegmaradásnak az eredménye, amely az álló felület fölött elhaladó levegőben érvényesül: ha a levegő sebessége és mozgási energiája nő, a levegő nyomása és nyomási energiája csökken, hogy az energianövekedést kiegyenlítse. Röviden: ha a szárny körül áramló levegő fölgyorsul, csökken a nyomása, ha lelassul, nő a nyomása.
A szárny alatt áramló levegő lefelé irányuló felülettel találkozik, és lelassul. Ezért a nyomása megnő, és fölfelé irányuló erőt fejt ki a szárnyra. Amikor a szárny fölött elhaladó levegő fölfelé és lefelé lejtő felületet érzékel, először lelassul, aztán felgyorsul. A levegő nyomása először nő, aztán rendkívül lecsökken, és végső soron nagyon kis lefelé irányuló erőt fejt ki a szárny tetejére. Mivel a szárny aljára ható, fölfelé irányuló erő sokkal nagyobb a szárny tetejére ható, lefelé irányuló erőnél, a szárnyra fölfelé irányuló nyomóerő hat. Ez az erő elég nagy lehet ahhoz, hogy a repülő súlyát megtartsa.
A repülőgép mozgását leíró két különböző megközelítés valójában ugyanazt mondja: a Bernoulli-féle fölfelé irányuló erő ugyanaz, mint a newtoni megközelítés fölfelé irányuló reakcióereje. Mindössze arról van szó, hogy az eltérített légáram hajtóerejét kétféle nézőpontból szemléljük.

Milyen gyorsan áramlanak az elektronok a rézben, amikor a rézen áram folyik át?
LH
North Hollywood
A rézben az elektronok elég lassan haladnak, noha az "elektromosság" majdnem a fény sebességével terjed. A rézben (és minden más vezetőben) olyan sok mozgékony elektron van, hogy ezek az elektronok akkor is nagy elektromos áramot jelentenek, ha csak egy-két centimétert tesznek meg másodpercenként. Helyettesítsük az elektronokat képzeletben olyan vízzel, amely egy csövön vagy egy folyómederben áramlik, és most gondoljunk a Mississippire. Ha a Mississippi csak néhány centit tesz is meg másodpercenként, minden másodpercben rengeteg vizet szállít el St. Loiusnál.
Az, hogy az elektromosság majdnem a fény sebességével terjed, mindössze azt jelenti, hogy ha az elektronokat mozgásra késztetjük egy hosszú huzal egyik végén, a huzal másik végén levő elektronok is szinte azonnal mozgásba jönnek. De ez nem jelenti azt, hogy a tőlünk elinduló elektron ilyen gyorsan jut el a huzal távolabbi végére. Az elektronok inkább úgy viselkednek, mint a hosszú locsolócsőben áramló víz. Amikor kinyitjuk a csapot, a kiáramló víz meglöki az előtte levő vizet, az pedig az előtte levőt és így tovább, és a locsolócső végén szinte azonnal kibuggyan a víz. A víz esetében a mozgás hangsebességgel halad előre. A huzalban a mozgás a huzalbeli fénysebességgel terjed (azzal a sebességgel, amellyel az elektromágneses hullámok terjednek a huzalban), s ez alig kisebb a vákuumbeli fénysebességnél.

Mi történik az összenyomott fémrugó energiájával, ha a rugót olyan savba merítjük, amelyik feloldja? (Feltételezzük, hogy az egész rugó egyszerre oldódik fel).
BR, Mount Pleasant, SC
A rugó energiája hőenergiává alakul át a fém/sav oldatban. Mielőtt a rugó feloldódik, energiáját a szomszédos fématomok közötti erők "tárolják". A fém kristályszerkezete kissé torzul, a kristályban lévő atomok a rugó összenyomása miatt kissé közelebb kerülnek egymáshoz vagy kissé elrtávolodnak egymástól a nyugalmi állapothoz képest. Mivel ezek az elcsúszott atomok egy kis potenciális energiatöbblettel rendelkeznek, könnyebben vesznek részt kémiai reakcióban, mint egyébként. Amikor a sav megtámadja az egyik atomot és elhúzza a kristályból, az atom könnyebben hagyja ott a kristályt, mint amikor a rugó nyugalmi állapotban van, mert egy kis többletenergiát visz magával. Ez az energia bekerül az oldatba, és egy kicsit felmelegíti.

Mi a reverz ozmózis és hogyan használják fel a tengervíz sótalanítására?
CS
A víz sótalanításakor a reverz ozmózishoz membránt használnak, amely a vízmolekulákat átengedi, a sóionokat azonban nem. Ha a vízmolekulák szabadon mozoghatnak két olyan térfogatrész között, amely vizet tartalmaz, arrafelé mozdulnak el, amerre csökken a kémiai potenciális energiájuk. A kémiai potenciál statisztikus fizikai fogalom - a fizikának ez az ága sok részecske együttesével foglalkozik. A kémiai potenciál részben energiától, részben valószínűségtől függ. A vízmolekulák kémiai potenciálját befolyásolja a víz tisztasága és a víz nyomása. A víz sótartalmának növelése csökkenti a vízmolekulák kémiai potenciálját, a víznyomás növelése a molekulák kémiai potenciálját is növeli.
Mivel a sós vízben a vízmolekulák kémiai potenciálja kisebb, mint a tiszta vízben, a vízmolekulák inkább a tiszta vízből vándorolnak a sósba. Ezt az áramlást ozmózisnak nevezik. Az ozmózis lelassításához vagy megállításához a sósabb rész kémiai potenciálját nyomással kell megnövelnünk. Minél nagyobb nyomás nehezedik a sósabb oldalra, annál inkább megnő ott a kémiai potenciál, és annál lassabban jutnak át a vízmolekulák a tisztább oldalról a sósabbra. Ha elég nagy nyomást fejtünk ki, a vízmolekulákat vissza is fordíthatjuk a tisztább oldal felé! Ezt a folyamatot, amelynek során a vízmolekulák a sósabb vízből a tisztább felé áramlanak a külső nyomás hatására, reverz ozmózisnak nevezik.
Sótalanításkor a nagy nyomású tengervizet kocsonyás anyagon, féligáteresztő membránokon préselik át. A sós víz nyomása olyan nagy, hogy a vízmolekulák a sós vízből a tiszta vízbe áramlanak. A tiszta vizet ivóvízként használják.

Az ozmózisról lásd még: A sátán kertje

Amikor a sós vízről és a főzésről beszéltünk, nem említette meg a sózás legfontosabb okát: a só megnöveli a víz forrási hőmérsékletét, így az étel gyorsabban fő.
L
Tökéletesen igaza van. Az ember az első pillanatban azt hinné, hogy a só megkönnyíti a forrást, pedig ennek éppen az ellenkezője igaz. A sós víz jobban felmelegszik, mielőtt forrni kezdene, mint a sótlan. Ezért a sós vízben az élelmiszer (például a tojás vagy a tészta) magasabb hőmérsékletre melegedhet fel, és gyorsabban főhet. A főzést többnyire az ennivalóban vagy a lábosban levő víz forráspontja szabályozza. Minden, ami csökkenti a forráspontot, például a nagy magasság, a legtöbb főzési folyamatot lelassítja, és minden, ami növeli a víz forráspontját, például a só vagy a kukta, a főzési folyamatok többségét felgyorsítja.

Tudjuk, hogy a légkörben sokféle emberi tevékenység miatt csökkenhet az ózon mennyisége. Mi történne, ha a nitrogéné csökkenne? Csökkentheti-e egyáltalán az ember a nitrogén koncentrációját?
BS, Los Angeles
Az ózon három oxigénatomból álló, bomlékony molekula. Az oxigén és az ózon is kölcsönhatásba léphet a fénnyel, de az ózon szélesebb hullámhossz-tartományú sugárzásra reagál, és a káros ultraibolya fényt is elnyeli. A légkör fölső rétegében levő ózon védi a földi életet.
A bomlékony ózonmolekulákat azonban a levegő szennyezései is fogyasztják. Az ózon más molekulákkal, molekulatöredékekkel is reagálhat, ezért hasznos fehérítő- és fertőtlenítőszer. A klórt tartalmazó molekulák nagy pusztítást vihetnek végbe az ózonban, mert egyetlen klóratom sok ózonmolekula bomlását indíthatja el.
A nitrogénmolekula rendkívül stabil. A molekulát alkotó két nitrogénatomot csak néhány mikroorganizmus tudja szétválasztani, hogy az atomokból szerves nitrogénvegyületeket készítsen. Mivel a nitrogénmolekulák nehezen bomlanak el, szinte minden kémiai szennyezésnek ellenállnak.

Ha a harmadik emeleti lakásom erkélyén állva ledobok egy csövet az alattam levő uszodába, semmi vizet sem tudok felszívni a csövön át a számba. Hogy lehet ez?
Noha úgy tűnik, hogy szíváskor valahogy a szánkba "vonzzuk" a vizet, valójában azt segítjük elő, hogy a légnyomás tolja föl. Amikor a levegő jó részét eltávolítjuk a csőből, csökkentjük a csőben uralkodó légnyomást. A cső alsó végénél nyomáskülönbség keletkezik: a csövön kívül a nyomás nagyobb, mint belül. Ez a nyomáskülönbség hajtja föl a vizet a csőben a szánk felé.
A légnyomás azonban nem tolhatja föl akármeddig a vizet. Ahogy a csőben emelkedik a vízoszlop, nő a súlya. A légnyomás csak addig emelheti a vízoszlopot, ameddig a vízre ható, fölfelé irányuló erőt ki nem egyenlíti a víz lefelé irányuló súlya. Ha az összes levegőt eltávolítjuk is a csőből, a légnyomás csak kb. 10 méter magas vízoszlopot tarthat meg. Ha az erkély ennél magasabban áll, akármilyen erősen próbálkozunk, a víz nem ér el hozzánk. Csak úgy emelkedhet a víz magasabbra, ha a cső alsó végére szivattyút szerelünk. Ez erősebben nyomja fel a vizet, mint a légnyomás, és magasabb vízoszlopot is megtart. Ezért van a mély, házi kutak alján szivattyú - föl kell pumpálniuk a vizet, egyébként a víz nem emelkedne 10 méter fölé.

Ha a víz alatt kinyitjuk a szemünket, minden homályosan jelenik meg, de ha úszószemüveget veszünk fel, tisztán látunk. Miért csak akkor tud a szem a víz alatt fókuszálni, ha a szemüveg jóvoltából levegőréteg van előtte?
DW
Cork City, Írország
A jó fényképezőgépekhez hasonlóan a szemben is több optikai elem van. A szem külső felülete görbült, és maga is lencseként viselkedik. Enélkül a szem nem tudná a fényt a retinára fókuszálni. Az az elem, amelyet szemlencsének nevezünk, valójában csak a "hangolásban", a beállításban vesz részt.
A vízben a szem külső felülete nem működik lencseként. Ennek az az oka, hogy a fény körülbelül ugyanolyan sebességgel terjed a vízben, mint a szemben, és a fény nem törik meg, amikor belép a szembe. Minden homályosnak tűnik, mert a fény nem fókuszálódik a retinára. Ha azonban a szem és egy üveg- vagy műanyag lap közé légréteget zárunk be, a fény újra megtörik a szem felületén, és ismét élesen látunk.

Be lehet-e tenni a hőmérőt a mikrohullámú sütőbe? A mikrohullámok az elektronikus hőmérőt is működésbe hoznák? És a higanyos hőmérőt?
R
Érdekes kérdés, mert azt feszegeti, hogy milyen a hőmérséklet a mikrohullámú sütőben. A mikróban valójában nincs meghatározott hőmérséklet, mert a mikrohullám nem hőhatással főz. A mikrohullámok nem adott hőmérsékletű, meleg tárgyból lépnek ki, hanem vákuumcsőből. A lézerből kisugárzott fényhez hasonlóan a mikrohullám annyira felmelegítheti az útjába eső tárgyakat, amennyire csak akarjuk, vagy legalább addig melegíthet, amíg a hő olyan gyorsan nem kezd távozni az anyagból, amilyen gyorsan beáramlott.
Ezért nem a mikró hőmérsékletét mérjük, hanem az ételbe helyezzük a hőmérőt, és az étel hőmérsékletét állapítjuk meg. Ez mindaddig jól működik, amíg a hőmérő nem lép kölcsönhatásba a mikrohullámmal és nem válik pontatlanná. A drága mikrókba elektronikus hőmérőket építenek be. Ezek egyáltalán nem különleges hőmérők, csak gondosan árnyékolják őket, hogy a mikrohullám ne hamisítsa meg a leolvasott értékeket. Az árnyékolás azt jelenti, hogy a hőmérőt fémtok veszi körül, amely visszaveri a mikrohullámot. A tok a mikró belső falától a hőmérő hegyéig húzódik, hogy a mikrohullám ne léphessen be a mérést végző elektronikus szerkezetbe. Mivel a tok visszaveri a mikrohullámot, a hőmérőt a mikrohullám nem melegíti fel, és a műszer csak a vele érintkező étel hőmérsékletét méri.
Egyébként nem túl jó ötlet higanyos hőmérőt tenni a mikróba. Bár a higany fém, és a becsapódó mikrohullám nagy részét visszaveri, a mikrohullám egy csomó elektromos töltést lökdös föl-le a keskeny higanyoszlopban. Ez az áram felfűti a higanyt, mert az oszlop túl keskeny ahhoz, hogy felmelegedés nélkül viseljen el jelentős áramot. A higany könnyen túlhevülhet, elpárologhat, és felrobbanthatja a hőmérőt. Ráadásul, amikor a töltések föl-le mászkálnak a higanyoszlopban, időről időre felgyülemlenek a fölső végén. Mivel efölött a fölső felület fölött csak kevés higanygőz van, a felgyülemlett töltések valószínűleg ionizálják a gőzt, és fényes higanykisülést idéznek elő. A hőmérő ekkor higanygőzlámpává alakul át, és ultraibolya fényt bocsát ki. Ehhez hasonló, mikrohullámmal táplált higanylámpákat használtam a kutatásaimhoz, amikor a disszertációmat írtam tiznöt évvel ezelőtt - remekül működtek.

Mi a szupravezető?
PG
A szupravezető olyan anyag, amely energiaveszteség nélkül szállítja az elektromos áramot. A szokásos huzalokon folyó elektromos áram energiát veszít. Ez az energiaveszteség az anyag mentén feszültségesében nyilvánul meg: amikor az áram belép az anyagba, az áramhoz tartozó feszültség nagyobb, mint amikor az áram kilép az anyagból. A szupravezetőben nem tapasztalhó feszültségesés. Ezért az áramok hurkokban is folyhatnak megállás nélkül. Az áramok mágnesesek; a szupravezető mágnesek azon alapulnak, hogy ha áram indul meg egy szupravezető hurokban, vég nélkül fennmarad, és ugyanez vonatkozik a mágneses hatásra is.

Hogyan hat a légellenállás (hat egyáltalán)? Ugyanúgy esik le a tégla, mint a madártoll?
Ha a labdák nagyok és nem esnek túl gyorsan, a légellenállás nem sok vizet zavar. De ha a labda nagyon magasról esik, vagy nem labdát, hanem madártollat engedünk el, a légellenállás is szerephez jut. A toll persze lemarad a tégla mögött, ha levegőben ejtjük le; annyira "beleakaszkodik" a levegőbe, hogy alig esik. De ha a téglát és a tollat légmentes szobában vagy légkör nélküli bolygón engednénk el, egyszerre esnének.

Milyen kapcsolatban van egymással a sötét anyag és a hő? Miért nyelnek el több hőt a sötét anyagok, mint a világosak?
AR
A hősugárzás elektromágneses hullámokból áll. Ezeket a hullámokat mozgó, elektromos töltésű részecskék, rendszerint elektronok bocsátják ki és nyelik el. Mivel minden anyag tartalmaz elektromosan töltött részecskéket, bármelyikük kölcsönhatásba léphet a hősugárzással. Ezek a kölcsönhatások azonban minden anyag esetében mások. Vannak olyan anyagok, amelyekben az elektronok sok hősugárzást nyelnek el és bocsátanak ki; ezeket az anyagokat feketének látjuk. Ha a Nap hőenergiája fekete anyagra kerül, az anyag elnyeli a napfényt és nem veri vissza. Ezért tűnik feketének. A felhevített fekete anyag nagyon sok hőenergiát bocsát ki - például a felforrósított fekete széndarab a saját hősugárzásától ragyog fényesen.
Azok az anyagok, amelyek nem nyelnek el vagy bocsátanak ki hősugárzást, a következő, jól ismert tulajdonságok valamelyikével rendelkeznek. Néhányuk átlátszó, vagyis a hősugárzás áthatol rajtuk. Mások fehérek, ami azt jelenti, hogy a rájuk eső hősugárzás egyenletesen szóródik szét minden irányban. A tükörszerű tárgyakról a hősugárzás adott irányokba verődik vissza. Ezek az anyagok nem bocsátanak ki saját hősugárzást: az átlátszó üveg, a fehér homok, a tükröző alumínium akkor is kevés hőt sugároz, ha vörösen izzik.
Mivel a fekete tárgyak sugározzák ki és nyelik el a legjobban a hősugárzást, ők adják át a legjobban a hőt sugárzás útján. A fekete tárgyak több hőt kapnak a Napból, mint az azonos méretű és hőmérsékletű fehér tárgyak. A fekete tárgyak több hőt sugároznak ki a hidegebb környezetnek, mint az azonos méretű és hőmérsékletű fehér tárgyak.

A videolejátszók ugyanolyan elven működnek, mint a magnók? Ha igen, hogy állít elő a videolejátszó jelet "pause" állapotban?
Igen, a videolejátszók ugyanolyan elven működnek, mint a magnók: a lejátszófej előtt elhaladó mágnesszalag változó mágneses tere ingadozó elektromos teret kelt. Ez a tér előre-hátra löki az áramot egy dróttekercsben, s ebből a változó áramból hangot, vagy képet és hangot állítanak elő a magnóban, illetve a videolejátszóban.
A magnó és a videolejátszó között azonban van egy nagy különbség. A magnóban a szalag álló lejátszófej előtt halad el, a videolejátszóban forgó fej előtt. Amikor a magnón megnyomjuk a "pause" gombot, a szalag megáll, és nem hallunk hangot. Ha azonban a videolejátszón nyomjuk le a "pause" gombot, a lejátszófej továbbforog. Amikor a fej (valójában 2 vagy 4 fej működik felváltva) a szalag néhány centiméterét végigsöpri, érzékeli a video- és hangjel előállításához szükséges változó mágneses teret és ingadozó elektromos teret. Ezért látunk akkor is képet, ha a videolejátszót leállítjuk a "pause" gombbal. Az ilyenfajta leállás körülbelül öt percig tarthat, a gép azután kikapcsol, nehogy a forgó fejek elkoptassák a szalagot.

Becsaphat-e a villám a repülőgépbe?
DC, Denver, CO
A villám nemcsak a földön álló tárgyakba csaphat be. A villámcsapások többsége nem is éri el a Földet, hanem a felhők között játszódik le. Két tárgy között akkor üt át a villám, ha elektromos potenciáljuk különböző, mert a feszültség (potenciálkülönbség) miatt energia szabadul fel, ha a tárgyak között elektromos áram folyik.
Abból, hogy a repülőgép potenciálja jelentősen eltér a környezete potenciáljától, nagy baj származhat. A gép előbb-utóbb találkozik valamivel, ami elektromos töltést cserél vele, s ez katasztrofális eredménnyel járhat. A repülőgép potenciálját tehát a környezete potenciáljához hasonló értéken kell tartani. Ezért vannak a szárnyak végén hegyes fémtüskék, amelyek a koronakisülés nevű jelenséget használják fel, hogy a nemkívánatos elektromos töltéseket a repülőgép mögé, a levegőbe "szórják szét". Minden kóbor töltés, amelyet a repülő a levegőhöz súrlódva vagy a felhők mellett elhaladva felvesz, gyorsan a levegőbe kerül, hogy a gép potenciálja ne térjen el jelentősen a környezete potenciáljától, és a repülő ne váljon a villámcsapások célpontjává. Kedvezőtlen esetben a repülőgépet is érheti az a villámlás, amely két másik tárgy között zajlik. A fémtüskék ilyenkor is jelentősen csökkentik a közvetlen villámcsapás veszélyét.

Milyen színűek lennének a tárgyak napfény nélkül?
Mrs. P. képzőművészeti osztálya
A tárgyak többsége nem világít, és csak azért látható, mert visszaveri a rá eső fény egy részét. Napfény (vagy más fényforrás nélkül) ezek a tárgyak feketének látszanának. Ha egy adott irányból nem érkezik fény a szemünkbe, feketeséget "látunk".
A piros tárgyak csak a piros, a kékek csak a kék fényt verik vissza. De mi történik, ha a piros tárgyat kék fénnyel világítjuk meg? A tárgy feketének látszik! Mivel a tárgy csak a piros fényt tudja visszaverni, a kék fényt elnyeli, és a szemünkbe nem érkezik fény. Ezért olyan fontos a megvilágítás a művészetben. Ha megváltoztatják egy kiállítóterem világítását, a fényvisszaverődéseket, színeket is megváltoztatják.
Csak a fluoreszkáló tárgyak képesek arra, hogy más színű fényt bocsássanak ki, mint amilyen éri őket. A fluoreszkáló kártyák és tollak általában kék fényt nyelnek el, és zöld, narancssárga vagy piros fényt bocsátanak ki. Próbáljuk ki, mi történik, ha fluoreszkáló és közönséges tárgyakat világítunk meg kék színnel. Az utóbbiak kéknek és feketének látszanak, de a fluoreszkáló tárgyak színesebbek, mert saját világító színeiket is elő tudják állítani.

Miért ég a tűz?
PJ
A tűz kémiai reakció, amelynek során egy éghető anyag reagál az oxigénnel és sok hőenergiát bocsát ki. Sok atom nagyon erősen kötődik az oxigénhez, és a kötés kialakulásakor az éghető anyagok atomjai energiát adnak le. Az égési reakció megindításához rendszerint hőenergiát kell befektetni. Ezt a "kezdőenergiát" aktivációs energiának nevezik. A tüzet azért kell meggyújtani, hogy aktivációs energiát szolgáltassunk az égéshez. Ezután már az oxidációs reakciók termelik a következő oxidációk aktiválási energiáit, és a tűz addig tartja fenn magát, amíg az éghető anyag el nem fogy.

Honnan tudja az automata ajtó a szupermarketben, hogy mikor kell kinyílnia és becsukódnia?
KL
Azok a berendezések, amelyek a jelenlétünket érzékelik, vagy kibocsátanak ránk valamilyen hullámot és annak a visszaverődését vizsgálják, vagy - passzívan - az általunk kibocsátott vagy a rólunk visszaverődő hullámokat detektálják. Az előbbiek nagyfrekvenciás (ultra)hangot vagy rádióhullámokat bocsátanak ki, és a visszaverődött hullámokat "figyelik". Ha ezeknek a hullámoknak megváltozik az intenzitásuk vagy a frekvenciájuk, a berendezések "tudják", hogy valami elmozdult a közelben, és kinyitják az ajtót. A passzív eszközök a detektort érő infravörös vagy látható fény változásakor nyitják ki az ajtót.

Miért látunk át az üvegen és néhány ásványon?
KH, Newport Beach, CA
A fény elektromágneses hullámokból áll - olyan ingadozó elektromos és mágneses terekből, amelyek óriási sebességgel terjednek a térben. Ha a fény szigetelőn halad át, például üvegen, gyémánton, kvarcon vagy són, ingadozó elektromos és mágneses terei arra késztetik a szigetelő töltéseit, hogy előre-hátra rezegjenek. A fény és az anyag töltött részecskéi közötti kölcsönhatás az első lépés a fényelnyeléshez - az anyag "megpróbálja" elnyelni a fényt. De a fény energiát visz magával, és minden anyagnak, amely fényt nyel el, készen kell állnia a fény energiájának felvételére. A szigetelő töltött részecskéinek általában nincsenek olyan kvantumállapotai, amelyek lehetővé tennék bizonyos fényenergiák felvételét. Ezért a szigetelő töltött részecskéi "válaszolnak" az áthaladó fényre, de nem tudják elnyelni a fényt. A fény egyszerűen átmegy a szigetelőn. A szigetelő töltött részecskéivel lejátszódó kölcsönhatás miatt azonban késleltetést szenved (az anyagokban a fény sebessége kisebb, mint a vákuumban), és az egyenetlenségek miatt meg is változtathatja az irányát (visszaverődik vagy szóródik). Az üveg és a többi szigetelő tehát nem nyeli el a fényt, és gyakran átlátszó. Az átlátszatlan szigetelők rendszerint fehérek - minden irányban szórják a fényt.

Mitől van a bolygóknak horpadt gömb alakjuk?
DB
A gravitációtól. A gravitáció nyomja össze a bogygókat gömbbé. Képzeletben próbáljunk meg egy hatalmas hegyet építeni a Földre. Amint elkezdjük felhalmozni a hegyet, a csúcson levő anyag súlya kezdi összemorzsolni az alul levő anyagot. Végül a súly és a nyomás akkora lesz, hogy a lent levő anyag szétnyomódik, és nem magasíthatjuk tovább a hegyet. Minden egyes alkalommal, amikor új anyagot viszünk fel, az alsó anyag lesüllyed és "szétkenődik". Néhány tucat kilométernél magasabb "halmokat" nem emelhetünk a Földön, mert semmilyen anyag nem visel el nagyobb nyomást. Tulajdonképpen a Föld folyékony magja nem is támasztana meg a Himalájánal sokkal magasabb hegyet - a magasabbak besüllyednének a folyadékba. Ha egy bolygó nem gömb alakú kezdetben, a kitüremkedések súlya akkor is belapítja a kiálló részeket, és a bolygó lényegében gömb alakú lesz.

Miért van az, hogy az izzólámpa fényében simára borotváltnak látszó arc a neonfényben egyáltalán nem látszik simának? A nők milyen fényben készítsék ki magukat?
JE
A megvilágítás azért fontos, mert a bőrünk csak visszatükrözi a ráeső fényt. Ha egy olyan szobába lépünk be, amelyet piros fény világít meg, a bőrünk is pirosnak látszik a fényvisszaverődés miatt.
A szokásos izzólámpák olyan termikus fényspektrumot bocsátanak ki, amelynek a "színhőmérséklete" 2800 oC körüli. A termikus fényspektrum a színek keverékének széles, jellegtelen sávja. Azt a hullámhosszat, amelynél a spektrum csúcsa jelentkezik, a fényt kibocsátó tárgy hőmérséklete szabja csak meg. Mivel a villanykörte színhőmérséklete sokkal hidegebb a Napénál (5800 oC), a körte sokkal vörösebbnek látszik a Napnál, és elég kevés kék fényt bocsát ki. A neon fényspektruma többféle fluoreszkáló "világító anyag" fényéből jön létre. A spektrum széles, de jellegzetes szerkezetű, és szerkezetét a világító anyagok határozzák meg. A négy legfontosabb világítóanyag-keverék a hideg fehér, a "deluxe" hideg fehér, a meleg fehér és a "deluxe" meleg fehér. Ezek a keverékek több kék fényt bocsátanak ki, mint az izzólámpák, de a meleg fehér és különösen a "deluxe" meleg fehér keverék a kék rovására - egy kis hatásfokcsökkenés árán - melegebb, teltebb fényt áraszt.
A bortoválkozáshoz visszatérve: ha nem éri az arcot kék fény, nem könnyen vesszük észre a szakállt a bőrön. Mivel az izzólámpa kevés kék fényt sugároz, akkor is simának látszik az arc, ha nincs rendesen megborotválva. A neonfényben azonban elválik egymástól a szakáll és a bőr színe, s előtűnnek a rosszul borotvált foltok. Az arc kikészítésekor olyan fényt célszerű használni, amilyen az arcot megvilágítja majd. Az izzólámpák fénye nem emeli ki a kék színt, ezért előfordul, hogy valaki túl sokat használ belőle. A kék fényben gazdag neonlámpák alatt kevés kék is soknak tűnhet. Egyes tükrökbe mindkét megvilágítást beépítik, hogy az ilyenfajta hibák ne forduljanak elő.

Hogy működik a számítógép "csip"-je?
JM, Austin, Texas
A csipet digitális integrált áramkörnek is nevezik. Vékony szilíciumlapka, amelyet szilícium egykristályból vágnak le. A lapka felületét kémiai úton módosítják, alumíniumhuzalok bonyolult mintájával hálózzák be, és más anyagokat is felvisznek rá fényképészeti úton, hogy óriási mennyiségű tranzisztort és más elektronikus elemet alakítsanak ki. Minden tranzisztor elektronikusan vezérelhető kapcsoló. Ha a tranzisztor vezérlő részén, a kapun, egy kicsit megváltozik az elektromos töltés, rendkívüli módon megváltozhat a tranzisztor áramvezető képessége. A tranzisztorok egymással együttműködve feladatokat látnak el, például emlékeznek egy információbitre, vagy összeszoroznak két nagy számot. A csipeken rendszerint több millió tranzisztor van, és ezek borzasztó nehéz feladatokat hajtanak végre - amint nap mint tapasztaljuk a számítógépek használatakor.

A gravitációs erő csökken a Föld középpontja felé haladva, és a Föld középpontjában nulla lesz. Miért nő akkor a nyomás a mélység függvényében - például a tengerben?
HN, Vancouver, Brit Columbia
Igaz, hogy a gravitációs erő csökken a mélység függvényében, ezért ha a Föld közepén egy üregben találnánk magunkat, teljesen súlytalanok lennénk. A nyomás azonban nemcsak az adott helyen uralkodó nehézségi erő függvénye; attól a súlytól is függ, amely fölöttünk van alátámasztva. Tehát miközben súlytalanok lennénk, hatalmas nyomás nehezedne ránk. A tesünk mindent kifelé tolna, ami körülöttünk van: megpróbálná megakadályozni, hogy a "külvilág" benyomuljon és betöltse azt az teret, amelyet elfoglalunk. A testünk nem tudna ellenállni, és a befelé irányuló nyomás összeroppantaná.
A mindennapi életben előforduló nyomásokkal sokkal jobban elboldogulunk. A testünk is részt vesz a légkör súlyának megtartásában, amikor a szárazföldön vagyunk, vagy a légkörtől és a tenger egy kis rétegétől származó súly megtartásában, amikor a tengerben úszunk. Minél mélyebbre süllyedünk a tengerben, annál nagyobb súly nehezedik ránk, és annál nehezebben lökjük föl magunkat. Tehát az a nyomás, amelyet a fölöttünk levő vízre kifejtünk, és az a nyomás, amellyel a víz visszahat ránk, nő a mélység függvényében. Annak ellenére, hogy a gravitáció lefelé haladva egyre csökken, a nyomás folyamatosan növekszik. A növekedés azonban lassul egy kicsit a gravitáció csökkenése miatt.

Milyen háztartási vegyi anyagok (tisztítószerek, festékek stb.) tartalmaznak annyi foszfort, hogy a sötétben világítsanak?
A fluoreszcens festékben és sok mosószerben is van fluoreszcens anyag. Ezek a vegyületek ultraibolya fényt nyelnek el, és ennek energiáját használják fel látható fény kibocsátására. A fluoreszcens festékeket pontosan erre a célra tervezik, ezért annyi "foszfort" kevernek hozzájuk, hogy a sötétben világítsanak. A mosószerekben azért van fluoreszcens festék, hogy a ruha fehérebbnek tűnjön. A régebbi textíliák sárgásnak látszanak, mert kék fényt nyelnek el. A hiányzó kék fény pótlására használt "fehérítők" láthatatlan ultraibolya fényt nyelnek el, és ennek az energiáját sugározzák vissza kék fény formájában.

Hogyan szabadíthatjuk meg a hajunkat a sztatikus elektromosságtól?
Ha kondicionálót teszünk a hajunkra, elegendő nedvességet szív magába ahhoz, hogy a sztatikus töltések eltávozzanak.

Van hang az űrben? Ha igen, milyen sebességgel terjed?
MH
Nincs hang az űrben. Azért nincs, mert a hang rezgésként rejed valamilyen anyagban, például a levegőben, a vízben vagy akár a kőben. Mivel az űr lényegében üres, nem továbbíthat hangot, legalábbis olyan hangot nem, amilyenhez szokva vagyunk.

Mi a poliészter és miért hőszigetelő?
PGF, Seabrook, SC
A poliészterek a polimerek családjába tartozó, rendkívül hosszú molekulák. Miden poliészter molekula több ezer atom hosszú, ezért a poliészter szál olyan kis kötélhez hasonlítható, amelyet mikroszkopikus, egymásba gabalyodott spagettiszálakból készítenek. Az elektromos szigetelők többségéhez hasonlóan a poliészter rosszul vezeti a hőt. A ruha azonban főként azért hőszigetelő, mert magába zárja a levegőt. Noha a levegő rossz hővezető, könnyen keveredik, s a keveredés jól szállítja a hőt. Ha a levegőt a sok apró szál "fogva tartja", nincs mód a keveredésre, és a levegő szigetel.

Hogyan tartja a hőszigetelő a hőt?
PR, Brooklyn, NY
A hő szállításának három legfontosabb módja a vezetés (a hő áthaladása álló anyagon), a keveredés (a hő áthaladása mozgó gázban vagy folyadékban) és a sugárzás (a hő haladása elektromágneses hullámként vagy fényként). A jó szigetelés nem vezeti jól a hőt, nem segíti elő a keveredést és útját állja a sugárzásnak. A gyapjú nagyon jó példa: a gyapjúszálak és a köztük fogva tartott levegő nem vezetik jól a hőt, a bezárt levegő nem keveredhet jól és a hősugárzás nem juthat előre egyenes vonal mentén a gyapjúban. Mindezek eredményeként a gyapjúpulóver megakadályozza, hogy gyorsan elveszítsük a hőnket - tehát melegen tart bennünket. A gyapjú még azzal az előnnyel is jár, hogy elszállítja a nedvességet a bőrünkről.

http://www.ch.bme.hu/chemonet

Miért viselkedik az alumíniumfólia az étellel szemben hőszigetelőként, ha a fémek vezetik a hőt?
Az alumínium jó hőszigetelő, de nagyon rossz hősugárzó és hőelnyelő. Amikor az ételt alumíniumfóliába csomagoljuk, nagymérétkben megakadályozzuk, hogy az élelmiszer sugárzással hőt veszítsen, ha melegebb a környezeténél, vagy hőt vegyen fel sugárzás révén, ha hidegebb a környezeténél. Az alumíniumfólia nem befolyásolja nagyon az élelmiszertől vezetéssel vagy konvekcióval távozó (vagy az élelmiszerhez érkező) hőt, mert jó hővezető.

Miért van idő?
KD, McMinnville, Oregon
Az idő a negyedik dimenzió, hasonlít a három térbeli dimenzióhoz, de nem ugyanaz. A négydimenziós világegyetemben négy értékre van szükségünk, hogy egy esemény pontos helyét megadjuk: három érték határozza meg az esemény helyét a térben és egy határozza meg a helyét az időben. A tér és az idő szoros kapcsolatban áll; az időt gyakran a tér segítségével, a teret az idő segítségével érzékeljük. Egy távoli város távolságát például úgy mérjük fel, hogy milyen gyorsan juthatunk el oda. Két, egymástól elég távoli pillanat közötti időt pedig azzal becsülhetünk meg, hogy milyen messzire juthatunk el a két pillanat között. De arra a kérdésre, hogy "miért van idő", csak azt válaszolhatom, hogy az idő hozzátartozik a világegyetemhez.

Lehet, hogy az idő nemcsak absztrakció, hanem valamilyen rezonanciaerő, amely szabályozott környezetbe bezárható és ott befolyásolható?
SK, Cape Town, Dél-Afrika
Az idő - a térbeli dimenziókhoz hasonlóan - dimenzió. A tárgyak és az események - ugyanúgy, ahogy a térben - időben is elhelyezkednek. Mivel az idő annak a keretnek a része, amelyben a tárgyak és az események léteznek, és nem tárgy vagy esemény, nem befolyásolható könnyen. A kérdésre tehát a rövid válasz: nem. A tér és az idő azonban kapcsolatban áll egymással, és érzékelésük a sebességünktől függ (ahogy a speciális relativitáselmáletből tudjuk). Sőt a tér és az idő tömeg/energia hatására el is görbülhet (ezt az általános relativitáselméletből tudjuk). De az az ábránd, hogy a téridőt úgy huzigáljuk és hajlítgassuk, mint a gumicukrot, csak ábránd. A téridő legkisebb érzékelhető deformációjához is óriási tömeg/energia szükséges, és még az égitestek is csak korlátozottan hatnak a téridőre. Végül a "rezonanciaerőről": a rezonancia olyan mozgás vagy hatás, amely spontán módon, ciklikusan ismétlődik, míg az erő lökés vagy húzás - olyan hatás, amely a dolgokat gyorsulásra készteti. Tehát a "rezonanciaerő" talán jól hangzó kifejezés, de semmi értelme sincs.

Hogy működik az analóg óra? Miért kell hozzá elem?
HB
Az "analóg" óra olyan óra, amelynek kis- és nagymutatója van. Húsz évvel ezelőtt szinte minden óra analóg volt, de újabban az elektronika miatt az időt inkább számok (digitek) jelzik a "digitális" órán. Most is vannak azonban olyan fali- és karórák, amelyeken a mutatók mozgásából olvassuk le az időt. Ezekben rendszerint kvarckristály oszcillátorok szabályozzák azokat az elektronikus eszközöket, amelyek a kart mozgató villanymotorokat hajtják meg. Az oszcillátorok és a motorok működtetéséhez szükséges energiát elemek szolgáltatják.
Van olyan analóg óra is, amelynek mutatója számítógép-kijelzőn mozgó vonal - ezt elég zavaros megoldásnak tartom. Régen az analóg elektromos órának két érdekes típusa volt. Az egyik a hálózati váltakozó feszültséggel hajtotta meg a mutatót mozgató szinkron villanymotort. A másikat az autókban használták; valójában mechanikus órák voltak, de a rugóikat elektromágneses eszközök mozgatták. Ezek egy-két percenként meghúzták egy kicsit a rugókat - az ember hallotta a kattanást.

Amikor az emberek kanalakat hajlítanak meg vagy asztalokat mozgatnak a gondolataikkal (ha ez nem szemfényvesztés), milyen erőt fejtenek ki a tárgyakra? Kelthetünk erőket az agyunkkal?
Azt kell mondanom, hogy a kanálhajlítás szemfényvesztés. Bár az agyban zajlanak elektrokémiai folyamatok, amelyek kimutatható erőket fejtenek ki a fejen kívül elhelyezett, speciális mérőeszközökre, ezek az erők nagyon kicsik ahhoz, hogy egy kalanalat meghajlítsanak. A kanálhajlítási trükkel csak a hiszékeny nézőket csapják be.

Hogy lehet, hogy a nagymamám rázogatással húzta fel az óráját?
A nagymamának "automata" órája volt, amelyben egy kar végén egy nehéz fémdarabot helyeztek el. Amikor a nagymama keze a napi tevékenységek során mozgott, a fémdarab ide-oda lendült, és a kart ide-oda csavarta. A kar csavarodó mozgása ugyanúgy felhúzta az óra rugóját, mint ahogy a szokásos karórát felhúzhatjuk az oldalsó tárcsa előre-hátra forgatásával. Néhány automata órában érezhetjük és hallhatjuk is az ide-oda lengő súlyt, ha az órát mozgatjuk.

Ha tudnám a kockadobás kezdeti (pontos) feltételeit, tudnék biztosan 6-ost dobni? Hogyan befolyásolja a Heisenberg-féle határozatlansági reláció azt, hogy én dönthessem el a dobás kimenetelét?
TW
A klasszikus világszemlélet - a kvantumelmélet megjelenése előtti időben - a természetet determinisztikusnak és mechanikusnak tekintette. Ha valaki pontosan tudta, hogy az egyes atomok és molekulák hol vannak és milyen gyorsan mozognak, tökéletesen megjósolhatta, hogy hol lesznek később. A klasszikus világ elvben megengedné, hogy mindig 6-ost dobjunk. Persze mindent kellene tudnunk a légmozgásról, a kocka hőenergiájáról, és még a szoba megvilágításáról is. Az óriási mennyiségű információ igénye azonban csak azt jelenti, hogy a kockát hihetetlenül nehéz irányítani - de nem lehetetlen. Egyszerű dobások esetében valószínűleg nem is kell olyan sokat tudni a kezdeti feltételekről. De ha a dobások bonyolultabbak és érzékenyebbek a kezdeti feltételekre, egyre több információra van szükség.
A kvantumechanika szerint azonban a kocka irányítása lehetetlen. A probléma abból ered, hogy kvantummechanikai világunkban a hely- és sebességinformáció egyszerre nincs pontosan definiálva. Dióhéjban: egyszerre nem tudjuk pontosan megmondani, hol van a kocka és milyen gyorsan mozog. Ez nem azt jelenti, hogy nem tudunk elég pontosan mérni, hanem azt, hogy a pontos értékek nem léteznek egyszerre. A Heisenberg-féle bizonytalansági reláció korlátozza a pontosságukat. A kvantummechanika tehát már a dobás előtt alapvető határt szab a kezdeti feltételek ismeretének, ezért a dobás kimenetelének irányítását is korlátozza. Hogy a kvatummechanika mennyire befolyásolja a "6-os dobási képességünket", az a dobás bonyolultságától függ. Ha a kockát néhány centiről ejtjük az asztalra, többnyire valószínűleg 6-ost kapunk a kvantummechanika ellenére, és nagyon sok klasszikus információra sincs szükségünk. De ha messzebbről dobáljuk a kockát, a kvantummechanika és a bizonytalanság miatt elveszítjük fölötte az uralmunkat. A valóságban a klasszikus fizika annyira korlátozza az irányításunkat, hogy valószínűleg egyáltalán nem vesszük észre a kvantummechanikai problémát. Még a klasszikus világegyetemben sem valószerű, hogy mindent tudjunk egy rendszerről. A kvantummechanikából eredő probléma csak hab a tortán.

Nemrégiben egy teherautóban utaztam, és egy légy röpködött körülöttünk. Miközben megpróbáltam lecsapni, azon tűnődtem, hogy a légy miért mozog ugyanolyan, 70 mérföld/órás sebességgel, mint a teherautó? Miért nem kenődik a hátsó szélvédőre, ahogy a rovarok szoktak az elülsőre?
DS
A légy a körülötte levő levegőhöz képest mérsékelt sebességgel repül. Mivel a teherautón kívüli levegő a földhöz képest (rendszerint) mozdulatlan, a kinti légy is szinte mozdulatlan. Amikor a rohanó teherautó összeütközik a csaknem mozdulatlan léggyel, a legyet a tehetetlensége a helyén tartja, miközben a teherautó szétnyomja.
De ha a légy a teherautóban van, a teherautóval együtt mozgó levegőben utazik. Ha az autó sebessége 70 mérföld/óra, a benne levő légyé és levegőé is annyi. Tulajdonképpen a teherautóban többé-kevésbé minden együtt mozog, s az autó és tartalmának szemszögéből nézve a külső világ mozog - tekinthetjük úgy, hogy a teherautó áll, és ekkor a tartalma is áll.
Amíg a légy és a levegő be van zárva a teherautóba, a külső világ mozgása érdektelen. A légy kering a maga kis zárt világában. De ha kinyitjuk a teherautó ablakát, és a légy akkor repül ki, amikor egy jelzőtábla halad el az autó mellett, szétkenődhet rajta a "mozgó" táblával lejátszódó ütközés miatt. Minden relatív, és ha a teherautót tekintjük állónak, nem szeretnénk, ha az autó tartalma a külső világ mozgó elemeinek (fáknak, hídfőknek, járműveknek) ütközne.

Biztonságos-e a mikrohullámú sütő, ha a belső faláról lejön egy kis festék?
Igen. A festék csak dísznek van a fémen. A mikrohullámú sütő belső fala azért készül fémből, hogy befelé verje vissza a mikrohullámot. A vastag fémlapok a mikrohullámmal szemben tükörként viselkednek. Akkor is tökéletesen működnek, ha van rajtuk nem vezető, vékony festékréteg, de akkor is, ha nincs.

Mi történik, ha a mikrohullámú sütő nyitott ajtóval működik? Árthatt nekünk?
JP

A mikrohullámok ugyanúgy kiáramlanának a sütőből, mint a fény egy jól megvilágított, tükrös dobozból. Ha a közelében lennénk, a mikrohullámok áthatolnának rajtunk, és a testünk egy részüket elnyelné. Ennek hatására felmelegednének a szöveteink, amit persze éreznénk. Azokon a testrészeinken, ahol a vérkeringés gyors, a hő gyorsan eljutna a távolabbi részekre, és valószínűleg nem szenvednénk gyors sérülést. De ott, ahol nem túl jó a véráramlás, például a szem szaruhártyájában, a szövet elég gyorsan felmelegedhet és tartósan károsodhat. A meleget érezve azonban hamarabb rájönnénk, hogy valami nincs rendben, és valószínűleg semmilyen tartós sérülést nem szenvednénk.

Este láttam a tv-ben egy adást a mikrohullámú sütőben túlhevített vízről - és épp tegnap történt nálunk is valami hasonló. A kolléganőmmel a főzőfülke környékén álltunk, amíg ő a kávéját melegítette a mikróban. Hirtelen egy hangos pukkanást hallottunk, amitől mindketten összerezzentünk. Nem tudtunk pontosan mi történt, ezért leállítottuk a mikrót és kinyitottuk az ajtaját. A kávé szétspriccelt a dobozban, a csészében alig maradt valami.
A tv-ben azt mondták, hogy a túlhevítettt folyadék felületét meg kell valaminek sértenie ahhoz, hogy a robbanás bekövetkezzen. A mi esetünkben a csészén és a kávén kívül semmi sem volt a mikróban. Mi okozta a robbanást, ha semmi sem sértette meg a folyadék felszínét?
MM, Denver, CO
A túlhevített víz magától is felrobbanhat. Egy "buborékmag" képződése is elég hozzá. Néha az edényben már minden együtt van buborékmag képződéséhez, és csak a víznek kell még felmelegednie a folyamat megindulásához. Sok buborék apró levegőzárványként indul. Ahogy a víz melegszik, a pici légzsák növekedni kezd, és valódi buborékmaggá válhat. Ha a víz eléggé túlhevül, egyetlen buborékmag is megindíthatja a robbanást, és teljesen kiürítheti az edényt. Az Önök esetében is ez történt.
Ezek a balesetek igen gyakoriak, és ritkán gondolkozunk el rajtuk, amikor a mikróban feltöröljük a szétfröccsent folyadékot. De ha a kollégája egy-két másodperccel a pukkanás előtt hagyja abba a kávé melegítését, meg is sebesülhetett volna, amíg a kávét kiveszi a mikróból. Ha forrón szereti a kávét, figyeljen oda, hogy ne melegítse túl sokáig és hagyja egy percig állni, amikor a mikró kikapcsol.

Véletlenül az ételben hagytam a kanalamat, és úgy tettem be az egészet a mikróba. Veszélyes olyan ételt enni, amelyet fémtárggyal együtt tettünk be a mikróba? Nem sugároz, ha kivettük?
S. K, Santa Monica, Kalifornia
A kanál semmilyen hatást nem gyakorol az ételre. A mikróban hagyott fém csak akkor okoz bajt a főzés során, ha a) nagyon vékony, b) éles vagy hegyes. A mikrohullámok ide-oda lökdösik az elektromos töltéseket a fémben, ezért ha a fém túl vékony, uganúgy felmelegszik, mint a villanykörte izzószála, és tüzet okozhat. Ha pedig a fém éles vagy hegyes, a töltések összegyűlhetnek az hegyes részeken, és szikraként pattanhatnak ki. De mivel a kanál vastag volt, és a széleit lekerekítették, a rajta átaramló töltések semmilyen bajt nem okoztak.
Ami az ételt illeti, a kanál valamennyire visszairányította a mikrohullámokat, de valószínűleg anélkül, hogy a főzésben észrevehető változást okozott volna. Amikor kivette az ételt, biztosan nem maradt benne semmilyen sugárzás. Általában nem okoz bajt, ha kanalat hagyunk egy csésze kávéban, amikor felmelegítjük. A fémkanál még csökkentheti is a folyadék túlhevülésének a valószínűségét. A túlhevített folyadékok heves forrásba kezdenek, ha megzavarjuk őket, és komoly sérüléseket okozhatnak.

Ha kifagyasztunk egy ételt a mikróban, a magnetron ki-be kapcsol. Akkor is rohangálnak a mikrohullámok, amikor a magnetron ki van kapcsolva, vagy az étel csak fekszik és magától melegszik?
LEA
Kifagyasztáskor a mikrohullámú sütő periodikusan kikapcsolja a magnetronját. Ilyenkor a hő természetes módon terjed szét az ételben a meleg helyektől a hidegebbek felé haladva. Ezekben a csendes periódusokban az étel fagyott részei ugyanúgy olvadnak meg, mint a meleg vízbe dobott jégkockák. Amikor a magnetron ki van kapcsolva, nem bocsát ki mikrohullámot, az étel meg csak fekszik, és terjeszti a hőenergiáját.

Úgy gondolom, hogy a mikrohullámú sütőt azért zárják le, hogy a hullámok bent maradjanak. Miért érezzük mégis az étel szagát főzés közben?
E
A mikrohullámú sütő főzőtere körül fémháló van, amely lehetővé teszi a levegő ki- és belépését. A fémhálóban levő lyukak elég kicsik ahhoz, hogy a mikrohullámok ne haladjanak át rajtuk, hanem verődjenek vissza a főzőtérbe. A lyukak azonban elég nagyok ahhoz, hogy a levegő vagy (az ablak esetében) a fény könnyen áthaladjon rajtuk. Mivel levegő juthat be, a főzőtér nem lesz olyan, mint a szokásos, meleg sütő, és a szagok kiszivároghatnak a konyhába.

Hogy működik a notebook számítógépek monitora?
Ezekben a kijelzőkben folyadékkristályok vannak - olyan folyadékok, amelyek hosszú láncú vagy korong alakú molekulákat tartalmaznak. A molekulák a külső elektromos tér vagy az egymással lejátszódó kölcsönhatás nyomán rendezett alakzatot vehetnek fel: innen származik a "folyadékkristály" elnevezés. A molekulák rendezettségének mértéke határozza meg optikai tulajdonságaikat. A notebook számítógép elektromos térrel rendezi vagy "zilálja szét" a folyadékkristályt és szabályozza optikai tulajdonságait. Más optikai eszközök segítségével blokkolhatja vagy "felszabadíthatja" ezeket a folyadékkristályokat, hogy sötétnek vagy világosnak látszódjanak. Színes szűrők segítségével színes ábrák is megjelenhetnek a képernyőn.

Mi a különbség a szikragyújtásos és a dízelmotor között?
JC
Közvetlenül az üzemanyag elégetése előtt mindkét motor levegőt nyom össze egy zárt hengerben. Ez a komperssziós folyamat energiát táplál a levegőbe, és nagyon magasra növeli a hőmérsékletét. A szikragyújtásos motorban az összenyomott levegő már tartalmaz üzemanyagot, ezért a hőmérséklet emelkedése gondot okozhat. Ha az üzemanyag és a levegő véletlenszerűen gyullad meg, a motor "kopog", és nem a legmagasabb hatásfokkal működik. A levegő-üzemanyag keveréknek "várnia" kell addig, amíg a megfelelő pillanatban a gyújtógyertya meg nem gyújtja. Ezért alakítják úgy a benzin összetételét, hogy ne gyulladjon meg egy adott hőfok alatt. Minél nagyobb a benzin oktánszáma, annál magasabb a gyulladási hőmérséklete.
A dízelmotorban nincs szikragyújtás; a rendkívül nagy kompresszió miatt kialakuló magas hőmérséklet gyújtja meg az üzemanyagot. A dízelmotor a tiszta levegőt nyomja össze, és az üzemanyag csak a magas hőmérsékletű levegővel érintkezik. Ha megfelelő időben érkezik, lángra lobban, és gyorsan elég a túlhevült, összenyomott levegőben. A benzinnel ellentétben a dízelmotor üzemanyaga könnyen meggyullad, amint a meleg levegőbe juttatják.

Hogyan fejt ki erőt a padló?
Amikor a padlón állunk, a padló két különböző erővel hat ránk - egy felfelé irányuló támasztóerővel, amely kiegyenlíti a lefelé irányuló súlyunkat, és vízszintes súrlódási erőkkel, amelyek megakadályozzák, hogy elcsússzunk a padlón. Végső soron mindkét erő a padlóban és a lábunkban levő, töltött részecskék közötti elektromágneses erőkre épül. A támasztóerő úgy jön létre, hogy a padló atomjai megakadályozzák, hogy a lábunk atomjai beléjük "csússzanak". A súrlódási erők is hasonló okokra vezethetők vissza, bár ezekben a felületek mikroszkopikus szerkezete is szerepet játszik.

Miért nem pattan vissza az ember, amikor ugrál?
A labda azért pattan vissza, mert rugalmas a felszíne, és az ütközés rövid ideje alatt - amikor a labda és a padló erősen egymásnak ütődik - energiát gyűjt. A tárolt energia nagy része visszapattanáskor szabadul fel. Az ember nem tárolja jól az energiát ütközéskor, ezért alig pattan vissza. Az az energia, amelyet tárolnunk kellene, hőenergiává alakul át - ahelyett, hogy visszapattannánk, felmelegszünk.

Tudom, hogy a pezsgős pohár oldalán felemelkedő buborékok az üveghibák vagy a porszemek miatt képződnek. De mitől keletkeznek buborékfüzérek a folyadék közepén?
BM, Tehachapi, Kalifornia
Ha a pezsgős pohárban nem lennének hibák vagy szennyezések, csak statisztikus ingadozások nyomán keletkeznének buborékok. Ezek az ingadozások olyan véletlenszerű események, amelyek nyomán elegendő gázmolekula gyűlik össze ahhoz, hogy buborék képződjék. De ezek a spontán buborékképződések nagyon ritkák, és véletlenszerűen következnek be a folyadékban, ezért nem vezetnek állandó buborékfüzérekhez. A szennyezésektől mentes folyadékban olyan ritkák lennének a buborékok, hogy észre sem vennénk őket - a pezsgő csak a gázmolekulák felszíni párolgásától veszítené el az "erejét".
Az igazi pezsgőben a buborékláncokat a folyadék közepén is megfigyelhetjük. Ezek a buborékok a folyadékban eloszló szennyeződések miatt alakulhatnak ki. Már egy pici porszem is elindíthatja a buborék fejlődését. Ha gengén megkeverjük a pezsgőt, láthatjuk, hogy a buborékfüzérek mozognak, ami azt jelzi, hogy a buborékokat keltő szennyezések is a folyadékkal együtt mozognak.

Hogyan működik a lézernyomtató? Miből van a festék és hogyan kerül a papírra?
PC, Brüsszel, Belgium
A lézernyomtató a lézer fénysugarával szabályozza, hogy egy fényelektromos vezető felületén hová kerüljenek elektromos töltések. A fényelektromos vezető csak akkor vezeti az áramot, ha fény éri. A nyomtatóban koronakisüléssel visznek fel töltéseket a sötétben tartott fényelektromos vezetőre, és lézersugárral mozdítják el a töltéseket bizonyos helyekről. Végül az elektromos töltések a nyomtatási képnek megfelelő mintázatba rendeződnek. A fekete műanyag festékrészecskéket szintén feltöltik, hogy a részecskék a fényelektromos vezető töltéseihez "tapadjanak". A festékrészecskék mintázatát ezután elektromosan töltött papírra viszik át, majd hővel és nyomással a papírra olvasztják.

Honnan állapítják meg az órások, hogy igazi vagy hamis Rolex órát tartanak a kezükben?
Az igazi Rolex óra másodpercmutatója egyenletesen suhan a számlapon. A hamis órák másodpercmutatója ugrál egy picit: akkor lép előre, amikor a balanszkerék befejez egy fél ciklust. Egy olvasó azonban arról számolt be, hogy az igazi Rolex óra másodpercmutatója is apró lépésekben mozog: egy másodperc alatt öt lépést tesz meg. A mutatómozgató mechanizmus tehát nagyobb frekvenciával (5 Hz) működik, mint az órák többségében (1 Hz). Ezeket az apró lépéseket nehéz észrevenni, ezért úgy tűnik, mintha a mutató egyenletesen mozogna. Ürültem ennek a hírnek, mert a balanszkerék eleve szaggatottan mozog, így nehezen képzelhető el olyan balanszkerekes óra, amelyben nyoma sincs a szaggatott viselkedésnek.

Mi tárolódik a read-only memóriában és mi tárolódik a merevlemezen?
Amikor bekapcsolunk egy számítógépet, a gépnek le kell futtatnia egy programot, hogy "felélessze" az operációs rendszert. Ennek a programnak már azelőtt is futnia kell, hogy a számítógép "érintkezésbe lépne" a merevlemezzel, ezért a programnak már akkor rendelkezésre kell állnia, amikor a számítógépet bekapcsoljuk. Ehhez az indításhoz használják a read-only (csak olvasható) memóriát (ROM-ot). A véletlen hozzáférésű memóriától (RAM-tól) eltérően, amely elveszíti a tárolt információt, ha az áramot kikapcsoljuk, a ROM áram nélkül is megőrzi az információt. Amikor a számítógépet bekapcsoljuk, a read-only memória szolgáltatja azokat az utasításokat, amelyekkel a számítógép a merevlemezről betölti az operációs rendszert.

A kislányom egyszer azt kapta házi feladatként, hogy mérje meg különböző színű ruhát hőmérsékletét. A fekete volt a legmelegebb, azután következett a kék, a piros és végül a fehér. Mi ennek az oka?
Mivel a fény energiát visz magával, a ruha a fénnyel együtt energiát is elnyel. Az esetek többségében az elnyelt energia hőenergiává alakult át a ruhában. E miatt a többlet hőenergia miatt a ruha felmelegszik, és a hőenergiát hő formájában sugározza ki a környezetének. Ha a ruha ugyanannyi hőenergiát kap a fénytől, mint amennyit a környezetének lead, nem növekszik tovább a hőmérséklete. Ez a végső hőmérséklet attól függ, hogy az anyag mennyi fényt nyel el: ha sokat, akkor magas hőmérsékletet ér el, mielőtt az energiáramlás egyensúlyba jutna.
A ruha színe attól függ, hogy az anyag hogyan nyeli el és bocsátja ki a fényt. A fekete ruha lényegében minden fényt elnyel, ami ráesik, ezért olyan magas a hőmérséklete. A fehér ruha szinte semmi fényt nem nyel el, ezért marad hideg. A színes ruhák a feketék és a fehérek közé esnek. A kék ruha a spektrum zöld és vörös részében nyeli el a fényt, és a kék részében veri vissza. A vörös ruha a spektrum kék és zöld részében nyeli el és a vörösben veri vissza a fényt. Mivel a fényforrások többnyire több energiát juttatnak a vörös tartományba, mint a kékbe, a kék ruha több energiát nyel el, mint a vörös. Az a hőmérséklet-sorrend, amelyet megfigyeltek, tehát megfelel a várakozásnak.
Még egy megjegyzés: A fényforrások általában láthatatlan infravörös fényt is kibocsátanak, amelynek szintén van energiája. Az izzólámpák fényének túlnyomó része az infravörös tartományba esik. Ránézésre nem tudjuk megállapítani, hogy egy ruha mennyi infravörös fényt nyel el vagy ver vissza. Az infravörös fény azonban befolyásolja a ruha hőmérsékletét. Előfordulhat, hogy egy fehér ruha, amely elnyeli az infravörös fényt, meglepően felmelegszik, míg egy fekete, amelyik visszaveri az infravörös fényt, nem melegszik fel annyira, mint várnánk.

Hogyan melegíti (vagy hűti) az ember fejét a sapka?
A sapka szigetelőként viselkedik a konvektív hőátadással szemben. Mivel levegőréteget "rögzít" a bőrünkhöz, lelassítja a levegőmozgást és a fejünknél lejátszódó hőleadást. A sapka ezenkívül a hősugárzást is gátolja. Ahogy a fejünk fölötti fa felénk sugározza a hőt, és nem engedi, hogy a sötét éjszakai égboltnak adjuk át a hőnket, a sapka is felénk sugározza a hőt, és nem engedi, hogy lehűljünk. Napos időben azért hűt, mert megakadályozza, hogy a napból a hő közvetlenül a fejünkhöz jusson.

Meleg vagy hideg levegővel jobb leolvasztani a jeget a szélvédőről?
A meleg levegő gyorsabban melegíti fel az ablakot, és gyorsabban olvasztja le a jeget. A gyors fűtésnek az az egyetlen hátránya, hogy feszültségeket ébreszthet az üvegben és a keretben, mert a hőmérsékletük nem egyenletesen emelkedik, és ezért a hőtágulásuk sem lesz egyenletes. Elvben ezek a termikus feszültségek eltörhetik az ablakot. Ennek ellenére még soha nem hallottam arról, hogy egy hideg ablak azért tört volna el, mert meleg levegővel melegítették. De ha olyan forró levegőt használunk, amilyen pédául a hegesztőpisztolyból áramlik ki, vagy forró vizet öntünk az ablakra, előfordulhat, hogy az üveg nagyon gyorsan és egyenetlenül melegszik fel, s eltörik.

Hogyan működik a fényérzékeny szemüveg?
A szemüveg úgynevezett fotokróm üvegből készül, amely 0,01-0,1% ezüst-halogenid kristályt tartalmaz. A kristályok átlátszóak, és olyan kicsik, hogy az üveg is csaknem tökéletesen átlátszó. Ha a szemüveget erős napfény éri, amelyben sok ultraibolya fény van, a kristályok ezüstionjai ezüstatomokká redukálódnak, és az üvegben kis ezüstszemcsék képződnek. A fekete-fehér fényképezéskor keletkező szemcsékhez hasonlóan ezek is olyan egyenetlenek, szabálytalanok, hogy nem fénylenek, hanem inkább elnyelik a fényt. A napfény hatására tehát a szemüveg elsötétedik. Ha az üveg újra sötétbe kerül, a halogéngáz újra egyesül az ezüstatomokkal és újra ezüst-halogenid kiristályok képződnek. A szemüveg ismét átlátszó. Az üveget melegítéssel is átlátszóvá tehetjük. Ha a sötét nem tenné meg a hatását, néhány perce berakhatjuk a szemüveget a sütőbe. Persze vigyázni kell, hogy ne olvasszuk meg a keretet, ne hevítsük túl vagy ne melegítsük fel hirtelen az üveget.

Sok drótnélküli telefon 2,4 GHz-en működik, mint a mikrohullámú sütő. Telefonáláskor "megsütjük" a fülünket, vagy túl kicsi ahhoz a teljesítmény, hogy a telefon hasson ránk?
R
Eddig már mindenki megtapasztalhatta: a teljesítmény olyan kicsi, hogy ez a mikrohullámú sugárzás nem hat ránk. Nem minden sugárzás egyforma. A kis intenzitású rádió- vagy mikrohullámú sugárzás különösen nem roncsoló hatású. Nem okoz közvetlen kémiai károsodást és kis teljesítmény esetén nem okoz jelentős rádiófrekvenciás felmelegedést sem. Jelenleg nem tudunk olyan plauzibilis fizikai mechanizmusól, amellyel ezek a telefonok károsítanák az egészséget. Nem hinném, hogy találnak ilyet valaha is, ettől tehát még jól érezhetjük magunkat.

Hogy működik a termosz?
MA, Altamonte Springs, Forida
A termosz kettős falú edény, amelynek két fala között vákuum van. Tulajdonképpen palack a palackban úgy, hogy csak a két edény nyílása érintkezik. Mivel a palackok között nincs levegő, a hő se vezetéssel, se konvekcióval (keveredéssel) nem áramolhat közöttük, csupán hősugárzással juthat át az egyikből a másikba. De ez a hatás is csaknem teljesen kiküszöbölhető, ha a palackok felületét olyan anyaggal, például alumíniummal borítják, amely erősen visszaveri a sugárzást. Mivel a nyílás kivételével sehol sem juthat ki a hő a termoszból (és nem juthat bele), a meleg vagy a hideg ételek nagyon sokáig megtartják benne a hőmérsékletüket.

Azt olvastam, hogy a nagyon régi ablaküvegek alul vastagabbak, mint fölül. Ez azt jelenti, hogy az üveg folyékony?
MJ
Bár néha írnak arról, hogy a templomok régi üvegeinek alja vasatagabb, mint a teteje, a jelenséget nem az üveg folyékonysága okozza. A középkorban az üveg úgy készült, hogy az üvegfúvó-pipával nagy üvegbuborékot fújtak, ezt a pipával átellenes részén megnyitották és lemezzé pörgették. Amikor a lemez lehűlt, levágták a pipáról, és lapokra "szabdalták". A lapok vastagsága nem volt egyenletes amiatt a feszültség miatt, amelyik az üvegben ébredt, amikor az üveget lemezzé pörgették. A lapokat természetesen a vastagabbik felükkel lefelé illesztették a keretbe.
Az üveg tanulmányozása során kiderült, hogy az átmeneti hőmérséklet alatt, amely jóval meghaladja a szobahőmérsékletet, lényegében megszűnik a molekuláris átrendeződés. Az üveg nem viselkedik viszkózus folyadékként, hanem megszilárdul. Hőkapacitása és többi tulajdonsága is a szilárd állapotra jellemző.

Hogyan működik a hangszigetelő és a golyóálló üveg?
DH
A hangszigetelő üvegben több üvegréteg van, hogy a hang nehezebben juthasson át egyik szobából a másikba. Amikor a hang áthalad egy felületen és megváltozik a sebessége, egy része viszaverődik. A hang a levegőben lassabban terjed, mint az üvegben, ezért amikor az üvegbe belép vagy az üvegből kilép, jelentős része visszaverődik. Ha két szobát 3-4 üveglap választ el, és mindegyik lap szorosan illeszkedik a helyére, alig jut át hang a másik helyiségbe.
A golyóálló üveg üveg- és műanyag lapokból álló, többrétegű "szendvics"-szerkezet. Olyan, mint az autó elülső szélvédője, de sokkal több rétegből áll. Ha golyó ütközik a szendvics felületének, elkezdi átszakítani a rétegeket. De mielőtt az utolsó rétegig hatolna, jelentős impulzus veszít. A golyó energiáját és impulzusát az üveg- és műanyagrétegek veszik át.

Néha a filmekben egy magas hang betöri az ablakokat. Tudom, hogy a hengeres tárgyak, péládul a boros poharak eltörhetnek, ha a hang frekvenciája megegyezik az üveg saját frekvenciájával, de a lapos ablaküveg is így viselkedik?
RF, Jackson, Michigan
A valóságban csak a robbanás töri be a közönséges ablaküveget. Ennek az az oka, hogy a közönséges üveg alig rezeg, és nincs erős természetes frekvenciája. Ha megkopogtatunk egy ablakot vagy egy poharat, csak tompa hangot hallunk.
A tárgyak akkor jönnek erős rezgésbe egy hang hatására, ha erős saját frekvenciájuk van, és a hang rezgési frekvenciája megegyezik ezzel a rezonanciafekvenciával. A kristály boros pohár jól rezeg, és tiszta hangot hallat, amikor megkocogtatjuk. Ha meghallgatjuk ezt a hangot, majd hangosan énekeljük, rezgésbe hozhatjuk a poharat. A kristály ablaküveg is rezgésbe jönne a megfelelő magasságú hangok hatására. De ahhoz nagyon erős és a rezonanciafrekvenciával pontosan egyező frekvenciájú hang kellene, hogy a kristály ablaküveg eltörjön. Erősítés nélkül az emberi hang nem tudja eltörni se a kristálypoharat, se a kristály ablaküveget.

Mennyire szigetel a ritkított levegő? Például mennyire szigetel a fél atmoszféra nyomású levegő az egy atmoszféráshoz képest?
Talán furcsa, de a levegő hővezető képessége nem változik sokat nyomásának és sűrűségének csökkentésekor, ha a nyomást és a sűrűségt nem csökkentjük a szokásos érték egyezrede alá. Ennek az az oka, hogy a levegő sűrűségének csökkentése nyomán kevesebb részecske szállíthat ugyan hőt, de ezek messzebbre juthatnak, mielőtt másik molekulával ütköznének. A molekulák számának csökkenését csaknem teljesen kompenzálja annak az átlagos szabad úthossznak a növekedése, amelyet a molekulák az ütközések között megtehetnek - tehát kevesebben szállíthatnak hőt, de könnyebben mozoghatnak. A levegő hővezető képessége csak akkor kezd csökkenni a kis légnyomás és sűrűség hatására, ha a nyomás és a sűrűség olyan kicsi, hogy az átlagos szabad úthossz kezdi megközelíteni a gázt tartalmazó edény méretét. Ez az oka annak, hogy a termosz hőszigetelése már egy kis gáz beszivárgásától is leromlik. A "levegő" hővezető képességét a molekulák tömegének növelésével is csökkenthetjük - a nehezebb részecskék, például a szén-dioxid és a kripton, lassabban mozgnak, mint a levegőben levő többi molekula, ezért kevésbé jó "hőszállítók".

A világegyetem tágulására abból következtetünk, hogy minden távolodik egymástól. Ha az egész úgy viselkedik, mint a léggömbre ejtett tintapöttyök, ki kell tudnunk jelölnünk a világegyetem középpontjának irányát. Merre van ez a középpont?
BS
A léggömbös modell magában hordozza a választ. Ebben az egyszerű analógiában a tintapöttyök jelentik a csillagokat és a galaxisokat, a léggömb felülete a világegyetemet. A léggömb felfújása a világegyetem tágulásának felel meg. Amikor a lufit felfújjuk, a csillagok és a galaxisok széttolódnak, ezért a léggömb felszínén járkáló hangyának nagyobb utat kell megtennie egyik "csillagtól" a másikig. Hasonló jelenség játszódik le a valódi világegyetemben is: minden széttolódik.
A hangya a léggömb felszínén él, egy kétdimenziós világban. Nem tud arról a harmadik dimenzióról, amelyet mi látunk, amikor a léggömböt nézzük. A hangya csak a léggömb felszínén mozoghat. Nem mutathat a lufi középpontja felé, mert a középpont nincs az általa érzékelhető felszínen. A hangya számára a léggömbnek nincs középpontja. A hangya folytonos, homogén világban él, amely azzal a furcsa tulajdonsággal rendelkezik, hogy ha a hangya elég messzire megy az egyik irányban, visszatér a kiindulási helyhez.
A világegyetemet háromdimenziós világnak tekintjük. Elképzelhető, hogy háromnál több térbeli dimenzió is létezik, de ezekről nem tudunk. Csak a világegyetem általunk érzékelt három dimenziója mentén mozoghatunk. A világegyetem szerkezetét még nem ismerjük teljesen, de tegyük fel, hogy a világegyetem egyszerű zárt szerkezet, mint például a háromdimenziós léggömb felszíne. Ebben az esetben nem mutathatunk a középpont felé, mert a középpont olyan dimenzióban van, amelyet nem érzékelünk. Számunkra a világegyetem folytonos, homogén rendszer, amely az előbbi furcsa tulajdonsággal rendelkezik: ha elég messzire mennénk az egyik irányban, visszaérnénk oda, ahonnan elindultunk.

Mindig azt hittem, hogy a tiszta víz csak akkor lépheti túl a 100 oC-ot légköri nyomáson, ha már gőzzé alakult. Hogy hevülhet túl és haladhatja meg a 100 oC-ot a mikrohullámú sütőben?
AC

A folyékony és a gáz halmazállapotú víz relatív stabilitása a hőmérséklettől és a nyomástól is függ. Ennek megértéséhez nézzük meg, mi történik egy pohár víz felületén. A folyékony víz molekulái elhagyják a víz felszínét, hogy gázzá váljanak, a gőzmolekulák pedig a felszínre ereszkedve folyékony vízzé alakulnak át. Olyan az egész, mint egy forgalmas repülőtér a sok le- és felszállással. Ha a pohár víz zárt térben van, a folyamat egyensúlyt ér el: ekkor annyi vízmolekula van a gázfázisban, hogy a molekulák ugyanolyan gyakran "landolhatnak", mint ahogy felszállnak.
A molekulák távozási sebessége (az a sebesség, kilszabadulnak a folyékony vízből) a hőmérséklettől függ. Minél melegebb a víz, a molekulák annál könnyebben lépnek át a gázfázisba. A molekulák landolási sebessége (az a sebesség, amellyel a molekulák a víz felszínére leszállnak és "odaragadnak"), a molekulák gázbeli sűrűségétől függ. Minél nagyobb sűrűségű a vízgőz, annál gyakrabban ütköznek a vízmolekulák a folyadék felszínébe, annál gyakrabban landolnak.
Ha megmelegítjük a vizet a poharunkban, megnő a felszállási sebesség, az egyensúly pedig a nagyobb gőzsűrűség és a folyadék csökkenése felé tolódik el. Mire elérjük a 100 oC-ot, az egyensúlyi gőznyomás a légköri nyomás lesz, ezért forr (képez gőzbuborékokat) a víz ezen a hőmérsékleten. Efölött a hőmérséklet fölött az egyensúlyi gőznyomás meghaladja a légköri nyomást. A folyékony víz és a gáz csak akkor érhet el egyensúlyt, ha engedjük, hogy a zárt rendszer nyomása a légköri nyomás fölé nőjön. Ha azonban kinyitjuk a zárt rendszert, a vízgőz szétterjed a légkörben és a poharat a gáznemű vízmolekulák véget nem érő árama hagyja el. 100 oC fölött a folyékony víz nem lehet egyensúlyban a légköri nyomású gázzal akkor sem, ha ez a gáz csak vízmolekulákból áll.
Hogyan hevíthetjük tehát túl a vizet? Ne várjunk az egyensúlyig! Az egyensúlyig vezető út lassú lehet; talán percekbe vagy órákba telik, amíg a folyékony víz elpárolog. Közben a rendszer nem lesz egyensúlyban, de ez így van rendjén. A hóember nincs egyensúlyban nyáron, de ez nem jelenti azt, hogy nem maradhat meg a tengerparton... egy ideig. A túlhevített víz sincs egyensúlyban, de ha türelmesek vagyunk, valami majd megváltozik. Rövid távon azonban az előbbihez hasonló furcsaságok is könnyen előfordulhatnak.

Most már tudom, hogy miért kék az ég, de miért vörös a naplemente?
AB, Oak Ridge, Tennessee
Amint korábban megbeszéltük, az ég azért kék, mert a légköri apró részecskék (a por, a levegőmolekulákból keletkező "csomók", a mikroszkopikus vízcsöppek) jobban eltérítik a rövidebb hullámhosszú kék fényt, mint a nagyobb hullámhosszú vöröset. Amikor a napfény áthalad a légkörön, ezek a részecskék elegendő kék fényt térítenek el (szakszerűbben: elegendő kék fény szenved Rayleigh-szórást) ahhoz, hogy a légkör kék színben tűnjön fel. A Nap egy kissé pirosabbnak látszik, mert kék fényének egy része eltérül, mielőtt a szemünkbe érne.
Napkeltekor és napnyugtakor azonban a napfény kis szög alatt lép be a légkörbe, és nagy távolságot tesz meg, mielőtt a szemünkhöz érne. Hosszú útja során a kék fény jelentős része kiszóródik, és azt látjuk, hogy szinte csak a vörös és narancssárga sugarak érkeznek hozzánk a Napból. A hiányzó kék fény napkeltekor a tőlünk messze keletre eső vidékeket, napnyugatkor a nyugatra eső területeket világítja meg. Amikor rendkívül sok kék fény hiányzik, például egy vulkánkitörés után, olyan kevés kék fény juthat el hozzánk, hogy még az ég is vörösnek tűnik. A levegő részecskéi nem térítik jól el a vörös fényt, de ha csak ilyen fény van, a fényszóródás miatt az ég halvány vörösen fénylik.

Milyen intenzitású és milyen hullámhosszú a fénymásológépek lámpáinak fénye, és mekkora az expozíciós idő? Mennyire tér el ez a fény a napfénytől?
A fénymásológép fényérzékeny felülete félvezető vagy "fényelektromos vezető" réteg, amelyet fémdobon vagy fémszalagon alakítanak ki. A fény hatására ez a réteg szigetelőből áramvezetővé válik. Végül is ennek a változásnak köszönhető, hogy a másolt kép létrejön. Az átalakításhoz azonban a fény részecskéinek, a fotonoknak megfelelő energiával kell rendelkezniük. Mivel a kék fény fotonjai nagyobb energiát hordoznak, mint a vörös fény fotonjai, a kék fény alkalmasabb a fénymásoláshoz, mint a vörös. A távoli vörös és az infravörös fény nem is hat a fényelektromos vezetőre. Az évek során azonban sokat dolgoztak azon, hogy a fénymásolóban használt fényelektromos vezetők a látható fény minden hullámhosszára nagyon érzékenyek legyenek. Ma már a mindennapi életben használt lámpákkal is készíthetnénk fénymásolatot. A bonyolult gépek az eredeti példányt izzólámpa, fluoreszcens lámpa vagy xenon/kripton villanólámpa látható fényével világítják meg, és megmérik, hogy a lapról mennyi fény verődik vissza. Ennek alapján állítják be az expozíciós időt és/vagy azt a blendét, amelyen át a lencse leképezi a lapot a fényelektromos vezetőre. A másolóban használt fényben kevesebb az ultraibolya sugárzás, mint a napfényban, de a különbség nem lényeges a másolás szempontjából. Az intenzitást és az expozíciós időt mi is figyelemmel kísérhetjük másolás közben.

Ha egy készülékhez két elemet használunk, mért kell az egyik pozitív sarkát a másik negatív sarkával összekötni? Van kivétel ez alól a szabály alól?
MS
Az elem elektromos töltést "pumpál" az áramkörbe. Az elektromos áram (a mozgó töltés) az elem negatív sarkán lép be, és az elem az áramot a pozitív sarkához "pumpálja". A folyamat során az elem energiát ad az áramnak és megnöveli a feszültségét (a feszültség az elektromos töltés egységére eső energia mértéke). Az elemek általában 1,5 voltot adnak a rajtuk áthaladó áramnak. Az elem a "pumpálás" közben a kémiai potenciális energiáját fogyasztja, tehát végül "kifogy".
Ha fordított iranyban küldünk át áramot az elemen, az elem energiát vesz fel az áramból, és csökkenti a feszültségét. Ez az energia növeli az elem kémiai potenciális energiáját: az elem újratöltődik. Az elemtöltő készülékek is így működnek: fordított irányban nyomnak át áramot az elemen, hogy újratöltsék. Az újratöltés azonban csak akkor járható út, ha az elemet erre tervezték, hiszen sok közönséges elem belseje megfordíthatatlan változást szenved, miközben az elem felemészti az energiáját.
Amikor több elemet használunk egy készülékben, úgy kell elrendeznünk őket, hogy mindegyik ugyanabban az irányba pumpálja a töltést. Különben az egyik energiát ad át az áramnak, a másik energiát von el az áramtól. Ha az elemek pozitív és negatív sarkai váltakozva helyezkednek el, akkor ugyanabban az irányban "pumpálnak", és az áram egy-egy elemen áthaladva (általában) 1,5 volt feszültségnövekedést észlel.

Miért párosával fordulnak mindig elő a mágneses pólusok?
A világegyetemben nincsenek magányos mágneses pólusok, legalábbis eddig még egyet sem találtak. Ilyen a világ. Emiatt csak az elektromosság és a mágnesség között fennálló kapcsolat teremt lehetőséget arra, hogy mágnességet keltsünk. Amikor az elektromos árammal mágneses teret hozunk létre, valójában póluspárok keletkeznek - ugyanannyi északi és déli pólus képződik.

Azt olvastam egy fizikakönyvben, hogy a mikrohullámú sütő olyan lézerrel működik, amelyik a víz sajátfrekvenciáján rezonál. Tényleg van ilyen lézer?
Gyakori félreértés, hogy a mikrohullámú sütő mikrohullámai sajátrezgéseket keltenek a vízben. A mikrohullámú sütő frekvenciája sokkal kisebb, miny az egyes vízmolekulák bármelyik rezonanciafrekvenciája, s a folyékony vízben ezek a frekvenciák úgy "szétkenődnek", hogy alig ismerhetők fel. Olyan az egész, mintha víz alatt hegedülnénk - a húrok nem adnak jól definiált hangokat a vízben, mert a víz akadályozza a rezgésüket. A vízmolekulák rezgéseit a beléjük kapaszkodó szomszédos vízmolekulák akadályozzák.
A mikrohullámú sütő tehát nem sajátrezgéseket kelt a vízben, hanem erős elektromágneses térnek teszi ki a vizet. A mikrohullámú sütők frekvenciája (2 450 000 000 rezgés másodpercenként, vagyis 2,45 GHz) ésszerű, de nem egyedül lehetséges választás. Az ilyen frekvenciájú hullámok eléggé behatolnak a "sütőnyi" mennyiségű ételbe, s viszonylag egyenletesen melegítik fel. Mivel a mikróból kiszivárgó hullámok zavarják a 2,45 GHz körüli rádióhullámokat, részben azért választották ezt a frekvenciát, hogy a szivárgás ne zavarja a kommunikációs rendszereket.
Ami pedig a lézert illeti: a mikróban nincs ilyen. A lézer nem jó mindenre, ezért a mikróban a mikrohullámokat magnetronnal keltik. Ez a vákuumcső ugyanúgy koherens mikrohullámokat bocsát ki, mint ahogy a lézerből is koherens (azonos fázisú) fényhullámok lépnek ki. A lézer azonban sokkal nagyobb frekvenciájú hullámokat kelt, mint a magnetron. Mindkettő nagyszerű találmány, de másképp működik.
A fizikakönyvben megjelenő, téves információ persze bosszantó. De arra legalább megtanít, hogy nem kell mindent elhinni, amit a könyvekben és a Weben olvasunk (még itt sem, mert én is követek el hibákat.)

Gyengülnek a levegőben a mikrohullámok?
Nem jelentősen. A levegő nem nyeli a mikrohullámot - ezért nem forrósodik fel a levegő a mikrohullámú sütőben és ezért működnek olyan jól a műholdas kommunikációs rendszerek. A levegőben levő molekulák rossz antennák ehhez a hosszú hullámú elektromágneses sugárzáshoz. Alig törődnek vele.

Egy történetet köröznek elektronikus postán, amely szerint egy 26 éves férfi mikrohullámú sütőben melegített egy csésze vizet, és amikor kivette, az egész az "arcába robbant". A férfi súlyos égési sérüléseket szenvedett. Igaz lehet-e a történet, és hogyan fordulhatott elő?
JJ, Kirksville, Missouri
Igen, előfordulhat ilyen baleset. A víz túlhevült, és amikor meglökték, élénk forrásba kezdett. A következő történt.
A víz mindig párolog a száraz levegőbe, de általában csak a felületéről párolog. Amikor a vízmolekulák gyorsabban hagyják el a felületet, mint ahogy visszatérnek, a folyékony víz mennyisége fokozatosan csökken. Ez a közönséges párolgás. Ha azonban a vizet forráspontjára melegítjük, nemcsak a felületéről párolog, hanem a belsejéből is. Ha a forró vízben gőzbuborék keletkezik, a vízmolekulák belepárologhatnak ebbe a gőzbuborékba, és növekedésre késztetik. Magas hőmérsékletre azért van szükség, mert a buborék belsejében levő nyomás függ a hőmérséklettől. Alacsony hőmérsékleten a buboréknyomás túl kicsi, és a külső légnyomás összeroppantja a buborékot. Ezért forr a víz csak a forráspontja fölött. Mivel a nyomás is szerephez jut, a forráspont függ a légnyomástól. Nagy magasságban a forrás alacsonyabb hőmérsékleten következik be, mint a tengerszint magasságában.
De figyeljen oda az előző bekezdésben a "Ha a forró vízben gőzbuborék keletkezik" kifejezésre. Ezt könnyebb mondani, mint csinálni. Ahhoz, hogy gőzbuborék képződjék, amelybe a vízmolekulák belepárologhatnak, igen sok vízmolekulának kell magától, egyszerre elszakadnia egymástól. Ez ritka esemény. Előfordulhat, hogy egy csésze vízben több fokkal a forráspont fölött is percekig kell várni erre a ritka eseményre. Rendszerint a csésze egyik hibás helyén vagy a víz szennyeződésén történik meg - ott, ahol valami segít az első néhány vízmolekulának a buborék kialakításában. Amikor a tűzhelyen forraljuk a vizet, az edény forró pontjai vagy az edény alján levő hibák rendszerint elősegítik a buborékképződést, és a forrás megindul a forrpont fölött. De ha egy sima csészében melegítjük a vizet a mikrohullámú sütőben, jóformán semmi sem segíti a buborékképződést. A víz a forráspontja fölé hevül anélkül, hogy megindulna a forrás. A víz túlhevül - a hőmérséklete a forráspontja fölé emelkedik. Amikor meglökjük a csészét, vagy szórunk bele valamit, például cukrot vagy sót, megindítjuk a buborékképződést, és a víz heves forrásba kezd.
A mikrohullámú sütővel kapcsolatos, súlyos túlhevülési balesetek szerencsére ritkák - most hallottam ilyenről először. Csökkenthetjük a balesetveszélyt, ha szándékosan indítjuk meg a buborékolást, mielőtt kivesszük a csészét a mikróból. Ha egy kanalat vagy valamilyen ételt teszünk a vízbe, megindul a forrás. Gyakran látom, amikor a teámat melegítem, hogy egy kis cukor is jót tesz.

Hogyan szívja fel a papírtörölköző a vizet?
A papírtörölköző kis cellulózszálakból áll. A cellulóz a gyapot, a fa és sok más növény szerkezeti anyaga. A cellulóz polimer, amely a műanyagokhoz hasonlóan sok kis molekula összekapcsolódásából keletkező óriásmolekula. A kis molekulák - a monomerek - cukormolekulák. A cellulóznak azért nincs számunkra tápértéke, mert nincs olyan enzimünk, amely a cukrokat lehasítaná. A tehenek gyomrában vannak olyan mikroorganizmusok, amelyek előállítják a szükséges enzimeket, ezért a tehenek megemészthetik a cellulózt.
Bár a cellulóz nem olyan finom, mint a cukor, egy fontos szempontból hasonlít hozzá: mindkét vegyület erősen kapaszkodik a vízmolekulákhoz. A cukor és a cellulóz sok hidroxidcsoportja (-OH) miatt ezek a vegyületek elég erős kötést alakítanak ki a vízzel. Ezért oldódik fel jól a vízben a cukor, és ezért igyekszik a víz a cellulózszálak közé. Amikor a papírtörölközőt vízbe mártjuk, a vízmolekulák (részben a hajszálcsövesség miatt) "beszaladnak" a törölközőbe, a cellulózszálakhoz kötődnek, és a törölköző felszívja a vizet.
A víz és a cellulóz szoros kapcsolata miatt megy össze és gyűrődik össze a pamut- vagy vászonruha a mosásban. A gyapot olyan sok vizet szív fel, hogy a szálacskák nagyon megduzzadnak, amikor az anyag nedves. Ez a duzzadás megváltoztatja a ruha aalkját. A hirtelen szárítás gyorsan kiűzi a vizet a szálakból, s a víz- és cellulózmolekulák közötti erők összenyomják a szálakat a száradás közben. A ruha ekkor összemegy és összegyűrődik.

Hogyan "emlékszik" a rugó a helyzetére? Amikor egy rugót megfeszítünk vagy összenyomunk, lényegében az eredeti méretére ugrik vissza. Miért?
JH
Csaknem minden fém kristályos, ami azt jelenti, hogy az atomjai rendezett halmokat alkotnak, mint a konzervdobozok a boltban vagy a gúlába rakott narancsok a piacon. Amikor egy fémet meghajlítunk, a kristályai deformálódnak: vagy az atomok közötti távolságok változnak meg, vagy az atomok - mint a lapok - elcsúsznak egymáson. Amikor az atomok megtartják egymáshoz visoznyított helyzetüket, csak a közöttük levő távolság változik, a deformációt rugalmasnak nevezzük. Amikor az atomok síkjai csúsznak el egymáson, a deformációt plasztikusnak, képlékenynek nevezzük.
Azok a fémek, amelyek meghajlása maradandó, képlékeny deformációt szenvednek. Atomjaik egymáshoz viszonyított helyzete megváltozik a hajlás során, és az atomok nem "emlékeznek" rá, hol voltak korábban. A fém nem tud visszatérni eredeti állapotába.
Azok a fémek, amelyek csak egy időre hajolnak meg, és a feszültség megszűnése után felveszik az eredeti alakjukat, rugalmas deformációt szenvednek. Atomsíkjaik nem csúszkálnak, és atomjaik könnyen visszatérnek eredeti helyzetükbe a feszültség elmúltával. A rugókat természetesen olyan anyagokból készítik, amelyek normális körülmények között csak rugalmas deformációt szenvednek. Az edzett fémet, például a rugóacélt, úgy készítik és olyan hőkezelésnek vetik alá, hogy az atomsíkok elcsúszását megakadályozzák. A meghajlított fém, ha magára hagyjuk, visszaugrik. De ha túlságosan meghajlítjuk, képlékeny deformációt szenved vagy eltörik.
A nem kristályos anyagok, például az üvegek is jó rugók. Mivel ezekben az amorf anyagokban nincsenek rendezett atomsorok, nem is szenvedhetnek képlékeny deformációt. Nagyszerű rugóként viselkednek, amíg túlságosan meg nem hajlítjuk őket. Ekkor összetörnek.
Még egy megjegyzés: van néhány olyan egzotikus anyag, amely bonyolult - nem állandó, de nem is ideiglenes - deformációkat szenved. A hőmérséklet változtatásának hatására ezek az "alakmemóriával" rendelkező anyagok elhagyják a képlékeny deformációt és erdeti alakjukba ugranak vissza.

Vissza a kezdethez