Merkelig vann. Stoff i farten. Fysikkåret 2005

Transkript

1 Fysikk

2 Merkelig vann Stoff i farten TEKST: TERJE STENSTAD TEKST: TERJE STENSTAD Alle stoffer kan opptre i tre forskjellige former: fast, flytende og gassform. Vanligvis oppfører stoffene seg slik at de utvider seg når de blir varmet opp, mens de krymper når vi avkjøler dem. Vann, derimot, utvider seg når det fryser, og går over i fast form. Det har du helt sikkert også fått oppleve når du har lagt en flaske brus i fryseren og glemt den igjen. Brus inneholder vann, og kan få hele flasken til å sprekke på grunn av plassmangel. De minste delene av et stoff er hele tiden i bevegelse. Når et stoff varmes opp, beveger disse delene seg raskere og raskere og trenger større plass. Derfor utvider stoffer seg når de blir varmet opp. Dette har du kanskje opplevd selv, hvis du har prøvd å åpne et glass syltetøy, og lokket sitter dønn fast. Uansett hvor hardt du tar i, lar det seg ikke åpne. Men du vet råd: Du tar glasset under springen med varmt vann, og plopp! så er lokket åpent. Det som skjer, er altså at partiklene i metallet i lokket beveger seg mer og trenger større plass når de blir oppvarmet. Slik blir lokket ørlite større enn det var. Glass utvider seg også ved oppvarming, men ikke så mye som metallokket. Fysikkåret er det internasjonale fysikkåret. I anledning feiringen, gir Nysgjerrigper ut dette bilaget om fysikk. Det spennende bildet på forsiden av bilaget viser et mønster som er blitt til når elektroner beveger seg i et såkalt «elektrisk landskap». FOTO: SPL/GV-PRESS

3 Korleis fungerer mobiltelefonen? Du er på ferie i Stockholm når tante Anne ringjer frå ein drosje midt i New York. Korleis har mobiltelefonen hennar funne din, og korleis kan de snakke saman? TEKST: BJØRN H. SAMSET Ein mobiltelefon er ein avansert radio som både kan sende og ta imot svake signal. Tante Annes telefon sender eit radiosignal til ein sterk sendar i nærleiken, som så sender det opp til ein satellitt i bane rundt jorda. Derfrå går signalet til Noreg, til ein datamaskin som kan fortelje at du for tida er i Stockholm. Så går det opp igjen til ein satellitt, og til slutt når det din telefon. Den ringjer, og alt dette skjer på berre nokre få sekund. Faktisk går signala med same fart som lyset, og det er fordi radiosignala frå telefonen din er akkurat det same som lys. Heldigvis er dei av ein type som auget vårt ikkje kan sjå, for hadde vi kunna sjå mobilstråling, så hadde lufta snart vorte heilt ugjennomsiktig. Så seier du «hallo». Mikrofonen i din telefon tek opp lyden og gjer han om til radiosignal, som så blir sende den same lange vegen tilbake til New York med lysfart. Til slutt gjer tante Annes telefon signala om til lyd igjen, og ho kan høyre kva du seier, nesten samtidig med at du seier det. Er det mulig å teleportere? Har du lang vei til skolen? Hadde det ikke vært kjekt om du kunne gå inn i en maskin i gangen, trykke på en knapp, og så befant du deg på skolen? Dette kalles å teleportere, og mange forskere har drømt om å lage en slik maskin. TEKST: BJØRN H. SAMSET I filmer og tegneserier finnes det ofte teleport-maskiner. Petter Smart har lagd ganske mange varianter av dem, men i virkeligheten har vi ikke hatt slike maskiner. Men for et par år siden klarte noen fysikere å «teleportere» en bitte liten partikkel fra ett sted til et annet. De fikk dette til ved å bruke en maskin med laserstråler og veldig nøyaktige speil. Men det betyr ikke at vi snart kan kjøpe vår egen teleport-maskin i butikken. Fysikerne klarte å teleportere partikkelen fordi så små ting oppfører seg helt annerledes enn det vi er vant til at større ting gjør. For eksempel kan bitte små partikler hoppe gjennom en solid vegg, eller være flere steder på én gang. Dette høres veldig rart ut, men det er bare fordi vi mennesker er altfor store til å kunne teleporteres. Men kunne vi ikke da teleportere en og en av partiklene vi er lagd av? Kanskje, men vi består av så enormt mange partikler! Selv med de raskeste maskinene vi kan forestille oss, trengs det flere millioner år å overføre all den informasjonen som trengs for et helt menneske så da er det kanskje like greit å bare gå til skolen allikevel?

4 Raskere enn torden Bli med Nysgjerrigpers utsendte på tur i jagerfly. Det går raskt for seg raskere enn torden! TEKST: MICHAEL BAZILJEVICH Foto av et F18 fly som bryter lydmuren og lager en sky. FOTO: SPL/GV-PRESS FOTO: J.B. SAVOSNICK/M. BAZILJEVICH G-buksa må sitte riktig Fallskjermen er på Pilot og baksetepassasjer Ombordstigning Klart for start

5 Jeg står bak jagerflyet jeg snart skal sitte i. I enden av flyet stirrer jeg inn i to store, gapende og runde hull. Hullene er jetmotorenes dyser. Det er der de glohete gassene fra motorene snart skal sprute ut med enorm kraft. Gassene som kommer ut av dysene, vil dytte det 7,5 tonn tunge flyet motsatt vei akkurat som flammen på en nyttårsrakett skyver raketten av gårde. Et slikt fly skal bevege seg så kjapt som mulig, både når det går rett fram, og når det svinger. Et jagerfly er et kampfly, og jo bedre flyet er til å bevege seg, desto større sjanse har piloten til å vinne en luftkamp. Samtidig er jagerflyene fantastiske eksempler på avansert teknologi. Grensene tøyes både når det gjelder pilot, motor, materialer og evne til å fly. Flytypen jeg skal være med i, heter F-5 og er bygd i USA. Toppfarten til F-5- flyet er på 1500 km/t, og det kan svinge så brått at jeg nesten kan besvime. Til sammenlikning kjører vi i 80 km/t på norske landeveier. Det er kanskje ikke rart at jeg er ganske spent! Piloten heter Kjetil Hjerpås, har masse erfaring med å fly både F-5 og det enda raskere F-16-flyet. Jeg får være det piloten kaller baksetepassasjer. I cockpiten, der vi skal sitte, vil det ikke være nok luft til å puste i når vi kommer opp i høyden. Derfor må vi puste inn luft gjennom en maske. Jeg må også ha på meg en hjelm og en spesiell bukse som blåses opp med luft slik at den strammer rundt beina. Denne kalles for en G-bukse og gjør at blodet i beina presses tilbake mot hodet når flyet svinger brått. Det gjør at vi tåler bråere svinger. Etter å ha fått på meg en nød-drakt og fallskjerm klatrer jeg inn i cockpiten. Jeg får hjelp til å feste belter og slanger riktig, og senker ned glasstaket over meg. Alt er klart for take-off fra Rygge flystasjon. Pilot Kjetil kjører flyet ut på rullebanen og gir full gass. Vi kommer raskt opp i 320 km/t, og flyet stiger opp i luften. Det oppleves omtrent som å ta av med et passasjerfly, selv om utsikten er mye bedre. Glasstaket gir fri utsikt både framover og til sidene. Vi krysser først Oslofjorden og kommer inn over Luftforsvarets lavt-flygningsområde på Luksefjell. Flyet er bare 60 meter over bakken når vi suser fram i en fart på nesten 800 km/t. Det går vanvittig fort! Piloten fører jagerflyet opp langs fjelltoppene og snur det over slik at vi nesten kommer på hodet når flyet svinger ned langs fjellsidene. Dette er viktig for at vi skal presses inn i setet i svingen og ikke dras ut av setet. Kroppen tåler nemlig bedre å bli presset ned i setet, enn å bli presset ut av det. Jeg kjenner at jeg trykkes kraftig ned i stolen i svingene. Det føles som om jeg blir tyngre, og det er vanskelig å løfte på armene. På det meste blir jeg fire ganger så tung. Dette kalles for 4G. Ved 2G begynner G-buksa å fylles med luft. Jeg kjenner tydelig hvordan den blåses opp når vi svinger. Flygningen minner litt om å kjøre i en berg-og-dalbane, bare hundre ganger kulere. Når jagerflypilotene trener, opplever de 5 6G mye av tiden, og de kan komme opp i hele 9G. Vi fortsetter over Sør-Norge og ut mot åpent hav. Flyet går opp i over meters høyde, og piloten øker farten. Fartsmåleren foran meg viser at vi passerer Mach 1. Det betyr at vi nettopp har brutt lydmuren. Inne i flyet merker jeg ingen forskjell, men vi beveger oss nå raskere enn torden. I denne høyden er det omtrent 1070 km/t eller 300 meter i sekundet. Det er rart å tenke på at lyden flyet lager nå, ikke rekker å bre seg foran flyet, men blir hengende etter. Når lyden som henger etter flyet, når ned til noen som står på bakken, vil de høre et kraftig drønn, et overlydssmell. Derfor bryter vi lydmuren høyt oppe over åpent hav. Flyet bremser ned til lavere fart, og vi drar inn over land igjen. Etter en loop, hvor vi både flyr rett opp og så rett ned, drar vi tilbake til Rygge flystasjon. Jeg er tilbake etter min drømmetur, og kan ikke la være å misunne dem som ofte får muligheten til å svinge seg mellom skyer og fjell. Jeg kunne allerede tenkt meg en tur til... Take off Fantastisk utsikt På vei ned i loop Luftforsvarets Flygeskole: Norsk Luftfartsmuseum: Norsk Aero Klubb: Verdens raskeste fly (SR-71). FOTO: NASA 17

6 Robotbilane på Mars kjører vidare TEKST: EIRIK NEWTH Dei to robotbilane på Mars, «Spirit» og «Opportunity», held fram kjøreturen sin over den raude planeten. Bilane landa på Mars i januar Eigentleg vart dei konstruerte for å kjøre i berre tre månader. Men fordi dei lagar energi med solceller, kan robotbilane halde på til viktige delar blir utslitne, til bilane kjører seg fast eller veltar, eller til støv i atmosfæren legg seg på solcellene og sperrar for lyset. Spirit utforskar ein åsrygg i eit kjempesvært krater som heiter Gusev. Her har han mellom anna teke fleire flotte bilete av utsikta over krateret. Opportunity har kjørt rundt i det vesle krateret Endurance i fleire månader. Han har bora hol i 21 steinar for å finne spor etter vatn, men no er han ferdig og har sett kursen mot kanten av krateret. Forskarane er spente på om sanden er så laus at bilen kan bli ståande og spinne utan å kome seg ut av Endurance-krateret. Dette biletet er teke av Opportunity på Mars. Hjulspora viser tydeleg korleis roveren har streva seg gjennom stein i Endurance-krateret. FOTO: NASA/JPL Saturns måne utforskes I slutten av oktober 2004 fløy romsonden Cassini forbi Saturns måne Titan og tok nærbilder av planeten. Cassini ble sendt opp fra jorda i 1997, og har reist mer enn tre milliarder kilometer for å komme fram. Det er ikke lett å fotografere Titan, den eneste månen i solsystemet som har en atmosfære med tette skyer. Men blant de mange hundre bildene som ble tatt, var det også noen som tyder på at Titan kan ha kratre og fjell. Forbiflygningen var en del av forberedelsene til at romsonden Huygens skulle kunne lande på Titan. Huygens landet på Titan i januar. Romsonden fulgte med Cassini på ferden ut til Saturn. Det er første gang et romfartøy har landet på en annen planets måne. Forskerne håper på å finne kjemiske stoffer på Titan som fantes for milliarder av år siden da solsystemet ble dannet. Disse stoffene kan ha vært viktige da livet oppsto på jorda. Foto av Saturns måne Titan. Bildet er satt sammen av ni bilder tatt fra romsonden Cassini. FOTO: NASA/JPL/SPACE SCIENCE INSTITUTE

7 Den rare tyngdekraften Skulle ønske ingen ting hadde tyngde, tenker du kanskje mens du sleper en steintung sekk hjem fra skolen. Men egentlig bør du være glad. Uten tyngdekraften kunne du lett ramlet av planeten og forsvunnet ut i verdensrommet! TEKST: INGRID SPILDE Gravitasjonen, tyngdekraften som holder deg fast på jorda, er en ganske så merkelig greie. Den får alle ting i hele universet til å hale og dra i hverandre, som om alle kjemper mot hverandre i en gedigen tautrekkingskonkurranse. Jorda drar til seg sola og månen, som igjen trekker tilbake av alle krefter. Alle tre haler i deg, og du suger til deg både jorda og Nysgjerrigper-bladet. Men hvorfor merker du bare dragsuget fra jordkloden? Gravitasjonskraften blir sterkere hos ting som har stor masse. Jo mindre avstand det er mellom to ting, desto hardere trekker de på hverandre. Du og Nysgjerrigper-bladet er så små at dere ikke kan kjenne hverandres kraft, selv når du holder det i hendene dine. Klodens kraft er derimot en milliard ganger sterkere enn din, og kan holde både folk, biler og hus på plass. Jordas gravitasjon er faktisk så kraftig at den kan holde månen fast i banen sin, selv om den svever så langt unna. Vektløs Visste du at det er tyngdekraften som bestemmer hva du veier? Når du går på badevekta, viser tallene i virkeligheten hvor hardt kloden klarer å trekke deg ned. Flytter du til en mindre planet, veier du plutselig flere kilo mindre. På månen veier du bare en sjettedel av det du veier her på jorda. Der oppe kan du hoppe rundt som en kenguru, selv med haugevis av tungt utstyr på ryggen. Og slår du deg ned på en bitte liten asteroide, veier du så lite at du kan ta skikkelig sats og hoppe ut i bane. Ute i tomrommet blir du til slutt helt vektløs. Einstein og rommadrassen Det er fortsatt mye forskerne ikke vet om tyngdekraften. For hundre år siden tenkte forskeren Albert Einstein at gravitasjonen slett ikke var noen usynlig kraft, men noen merkelige groper i verdensrommet. Tenk om universet virker som en slags myk madrass? funderte han. Når man legger en tung stein oppi, lages det en fordypning. Og alle småting som kommer trillende forbi, vil bøye av og rulle nedover mot steinen, akkurat som om de blir trukket mot den. I dag tror de fleste fysikere på Einsteins teori, som også kalles for Den spesielle relativitetsteorien. Nå har NASA sendt opp romsonden Gravity Probe B for å finne beviser. Den har superavansert utstyr som skal jakte på groper i verdensrommet helt fram til i mai i år. Romsonden Gravity Probe B. ILLUSTRASJON: KATHE- RINE STEPHENSON, STAN- FORD UNIVERSITY AND LOCKHEED MARTIN COR- PORATION Bildet av fysikeren Albert Einstein speiler seg i en kvartsrotor, som er del av det superavanserte utstyret i romsonden Gravity Probe B. Deler av romsonden ser du også over. FOTO: GRAVITY PROBE B, STANFORD UNIVERSITY tema eller tittel 19

8 Supre superledere Svevetog som bruker superledende elektromagneter, blir testet i Japan. Toget har en foreløpig toppfart på 581 km/t! FOTO: GETTY IMAGES NEWS En magnet svever i løse luften over en superleder. FOTO: MO-LAB I superlederen møter ikke strømmen motstand. Dermed kan strømmen gå og gå i millioner av år i en superleder, uten at den blir det minste varm. Men da er det vel bare å bytte ut alle ledninger med superledere? Det er verken tryllekunst eller science fiction: Snart kommer lydløse tog som svever. TEKST: MICHAEL BAZILJEVICH/TERJE STENSTAD Lynraske, svevende tog er snart virkelighet ved hjelp av superledere. For å forstå hvordan en superleder virker, må du først vite litt om strøm: Strøm er elektroner som beveger seg i et stoff. I en vanlig strømledning møter elektronene motstand når de beveger seg. Dette gjør ledningen varm, og varmen er ofte bortkastet energi. Hvis vi lar det gå for stor strøm gjennom ledningen, smelter den. Det er derfor vi har sikringer i huset vårt. Sikringen går i stykker før ledningen smelter, og stopper strømmen. Så enkelt er det ikke. Superledere må nemlig kjøles kraftig ned for å virke. Da snakker vi ikke om temperaturen på en kald vinterdag, for superlederen må kjøles ned til nesten minus 200 grader Celsius, for eksempel ved hjelp av flytende nitrogen. Superledere egner seg derfor ikke til husbruk. En superleder blir heller brukt når vi trenger å sende veldig mye strøm, for eksempel gjennom mange viklinger. Viklinger brukes til å lage motorer, transformatorer og elektromagneter. Jo flere og tettere viklingene er, desto sterkere blir motoren eller elektromagneten. Med superledere kan vi kjøre sterkere strøm og få bedre motorer. Det er i Japan man nå lager et tog som svever i løse lufta ved hjelp av superledende elektromagneter. Toget har foreløpig en toppfart på 581 km/t. (Det hurtigste toget i Norge går i 220 km/t.) Kanskje er det ikke lenge til du kan suse behagelig av gårde på et superraskt, lydløst svevetog? Ansvarlig utgiver: Norges forskningsråd Redaktør: Marianne Løken Redaksjon: Terje Stenstad Design og illustrasjon:melkeveien Designkontor Bilag til Nysgjerrigper 1 05 Produsert med støtte fra Naturfagsenteret 20 tema eller tittel