Текст книги "Юный техник, 2013 № 03"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 6 страниц)

ВЕСТИ ИЗ ЛАБОРАТОРИЙ
Кипяток по-новому

Американские химики сообщают, что придумали новый способ кипячения воды. Технологию можно использовать при создании недорогих компактных устройств для очистки питьевой воды, стерилизации медицинских инструментов и дезинфекции сточных вод, сообщает журнал ACS NANO – одно из изданий Американского химического общества, которое насчитывиет ныне более 164 000 членов.

Открытие состоялось, можно сказать, случайно. Доктор наук Нноми Халлас и профессор Питер Нордлендер вместе с коллегами из Университета Уильяма Марша Раиса в Хьюстоне вообще-то исследовали воздействие света на мелкие частицы металла.

При этом неожиданно выяснилось, что наночастицы металла, ширина которых в 1000 раз меньше толщины человеческого волоса (приблизительно 40 нанометров), поглощают аномально большое количество световой энергии, что заставляет их быстро нагреваться.

Дальнейшие исследования показали, что если частицы металла поместить в воду и сфокусировать на ней солнечный свет, то она закипит через считаные секунды. Каждая частица в растворе при нагревании формирует кромочный пузырек пара, который отрывается от частицы и всплывает на поверхность жидкости. Процесс визуально мало чем отличается от обычного кипения воды в кастрюле.

Таким способом можно производить не только водяной пар, но и дистиллировать спирт, получая очищенный этанол. Кроме того, для повышения эффективности процесса металл можно заменить наночастицами диоксида кремния или золота. Пузырьки пара начинают образовываться через 5… 20 секунд после начала облучения. КПД процесса впечатляет: 82 % поступающей солнечной энергии поглощается наночастицами.

Схема солнечного нагрева наночастиц.

«Это исследование открыло революционные методы использования наночастиц в солнечной энергетике, – сказал профессор химии и биохимии Калифорнийского университета Пауль Вейс, главный редактор журнала ACS NANO. – Разработка может быть очень полезна. Например, с помощью нее можно опреснять и очищать воду, создавать компактные солнечные источники пара для стерилизации и поддержания нормальных санитарных условий в малообеспеченных водой районах».

Сейчас разработку хотят использовать для создания компактной установки по очистке питьевой воды. В ближайшем будущем планируется создать компактные устройства для дистилляции сточных вод, поскольку в процессе могут быть задействованы растворы, различные по своему составу. Разработчики также полагают, что мощности струй пара будет достаточно для того, чтобы привести в движение турбину, так что новую технологию можно будет применять и в энергетике.

Кстати…

КИПЯТОК В МЕТАЛЛУРГИИ

Вряд ли кто мог предположить, что кипение воды можно использовать для изменения физических свойств поверхности металлов. Но именно такую идею выдвинули и успешно осуществили ученые Рижского политехнического института, где родилась технология, названная микротермоциклированием. Суть ее такова. Как показали исследования, когда над какой-то точкой поверхности детали при кипении возникает паровой пузырек, металл в данной области мгновенно расходует тепло и охлаждается на несколько градусов. Такие непрерывные перепады температуры, длящиеся сотые или тысячные доли секунды, вызывают термические напряжения в материале, приводящие к сдвигам на атомно-молекулярном уровне.

В результате на 30–40 процентов возрастает твердость наружного слоя металла, повышается устойчивость к износу деталей машин и механизмов.

Если же кипятить особые химические растворы, состава которых исследователи не сообщают, то можно образовать на детали покрытие, способное предохранять металл, например, от образования трещин. Микротермоциклирование также позволяет менять теплопроводность и электрические свойства металлической поверхности.

ДАВАЙТЕ РАЗБЕРЕМСЯ
Часы без стрелок

По радио говорили, что сдвинутое примерно год назад время могут снова вернуть. Как перевод времени отражается на человеческом организме?

Алевтина Толкалина, Санкт-Петербург

Необходимость в переводе часовых стрелок возникла из-за того, что с ноября по февраль люди, живущие в средней полосе России, вынуждены собираться утром на работу или учебу, а также возвращаться домой в темноте.

Это плохо отражается на самочувствии, поскольку у каждого живого организма есть свои собственные часы без стрелок биологические часы, работающие на клеточном уровне и синхронизирующие свой ход с Солнцем.

С первыми его лучами живой организм начинает переходить из режима сна в режим бодрствования, предполагающий активизацию многих систем.

Сейчас же естественный порядок вещей нарушен.

Началось это в нашей стране в 1918 году. Тогда время особым декретом советского правительства сдвинули на час вперед. В 1937 году этого показалось мало и стрелки еще раз перевели вперед.

Логика здесь просматривалась такая: чем раньше люди будут вставать, тем больше они успеют сделать за день. В итоге получилось, что Россия уже дважды «брала взаймы» у природы по часу и теперь нужно просто отдать занятое. Но, если перевести стрелки сразу на 2 часа, то, например, в Москве зимой темнота будет наступать примерно в три часа дня.

В общем, надо искать разумный компромисс.

Между тем, еще в 30-е годы XX века американским летчиком Вилли Постом, первым в мире совершившим кругосветный перелет, было отмечено резкое ухудшение самочувствия. Практически здоровый человек после перелета потерял сон и аппетит. Понадобилось более месяца, прежде чем его здоровье более-менее восстановилось.

Врачи назвали эту своеобразную болезнь «болезнью коммивояжеров», или десинхрозом. Многие люди, вынужденные часто совершать путешествия через несколько часовых поясов, страдают от бессонницы и резкого ухудшения самочувствия.

Это понятно; во время сна в живом организме происходят очень важные процессы. По мнению специалистов по исследованию сна – сомнологов, ночью, когда большинство сигналов внешнего мира перестают поступать в организм, головной мозг перерабатывает информацию от внутренних органов. Это обеспечивает координацию всех систем организма – сердечно-сосудистой, дыхательной, пищеварительной… Если же сон нарушен, то согласованная работа всех этих систем рушится, человек заболевает. Даже продолжительность жизни хронически не высыпающихся людей сокращается на 10–15 лет.

«Все предки «хомо сапиенс» родом из Экваториальной Африки, где 12 часов светит солнце и еще 12 часов стоит ночь, – пояснил заведующий лабораторией Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН доктор биологических наук Владимир Дорохов. – И наши биологические часы эволюционно приспособлены именно к такому ритму. Он, этот ритм, закреплен даже генетически, несмотря на то что ныне люди живут в разных климатических поясах. Так что ломать его не стоит…»

Биологические часы представляют собой особую структуру, скрытую глубоко в головном мозге – в гипоталамусе. Причем в сутках, которые они отмеряют, 25 часов, а не 24. Видимо, когда-то, в доисторические времена, планета наша вращалась медленнее. В итоге мы каждое утро должны «подводить» наши биологические часы с помощью солнечного света, а значит, для нормального самочувствия человеку надо вставать после восхода солнца.

Насилие же над природой приводит к тому, что первые два урока в школе ученики практически спят, очень плохо воспринимают объяснения учителей. У учеников, особенно в младших классах, ухудшаются внимание и память. А хирурги признаются, что они стараются не делать утром особо сложных операций, поскольку количество врачебных ошибок в эти часы увеличивается. Стало больше и автомобильных аварий в утренние часы.

Но если десинхроз – это своего рода болезнь, то, быть может, от нее есть лекарства? С помощью каких манипуляций можно бороться с бессонницей, улучшить адаптацию организма к смене часовых поясов. Этой проблемой занимаются специалисты во всем мире.

«Мы вели в течение двух лет исследования, целью которых было получение фундаментальных знаний о так называемых циркадных ритмах у таких простых организмов, как фруктовые мушки – дрозофилы, – рассказал адъюнкт-профессор кафедры биологии Нью-Йоркского университета Джастин Блау. – В итоге мы выяснили, каким образом биологические часы контролируют активность нейронов в организме, выявили ген, с помощью которого можно бороться с расстройствами сна и со сбоем биологических часов…»

Однако люди все-таки не мухи, хотя в нашем геноме и много общих генов. Кроме того, воздействие на организм на генетическом уровне чревато многими неожиданностями, поскольку наши знания о геноме еще недостаточно глубоки и возможны всякие неожиданности.

Поэтому переводить внутренние часы специалисты ныне советуют таким образом. Если вам предстоит перелет через несколько часовых поясов, постарайтесь заранее, постепенно приучить свой организм к новому ритму. Если вам надо лететь на восток, то начинайте ложиться пораньше, сначала на час, потом на два… Если же лететь придется на запад, то и ложиться спать надо соответственно позднее.

Ну, а пока суд да дело, надо бы прежде привести законодательство в соответствие с законами природы. Однако и здесь следует соблюдать осторожность, говорят специалисты. По их данным, вернуть зимнее время хотят в основном жители Москвы и Санкт-Петербурга, районов Нечерноземья. А вот жителям части уральских регионов, Сибири и Дальнего Востока удобен и нынешний порядок. А потому, наверное, жители каждого региона должны выбрать для себя тот часовой пояс, который наиболее удобен.

И. ЗВЕРЕВ

Подробности для любознательных

БУДИЛЬНИК БИО

К концу XX века было установлено, что биологические ритмы прослеживаются на всех уровнях, начиная от простейших реакций в клетке и кончая сложными комплексами поведения всего организма. Исследования выявили в организме человека около 500 биологических ритмов. Длятся они от долей секунды до 33 суток.

А некоторые исследователи даже указывают на существование биоритма, который имеет период в 22 года – удвоенный цикл солнечной активности.

Управляют всем этим сложным хозяйством около 20 тысяч нейронов, сосредоточенных в основном в гипоталамусе. Поддерживается ход этих живых часов жизнедеятельностью всего организма примерно так же, как ход механического будильника обеспечивается заводной пружиной. Правильность показании будильника надо время от времени проверять по сигналам точного времени. Ход живых часов тоже надо корректировать. Таким корректирующим сигналом является восход солнца.

Как показали опыты на растении арабидопсис, с первыми солнечными лучами активизируется деятельность, по крайней мере, трех генов СО, FKF1 и G1. В этом комплексе ген FKF1 играет роль фото рецептора. Он запускает цепочку химических реакций, которая через 4 часа приводит к началу синтеза белка СО. Синтез этот продолжается весь световой день и останавливается в темноте.

Синтезированный белок за ночь разрушается, и с утра все начинается сначала. Таким образом, необходимая для цветения растения концентрация белка достигается только в условиях долгого летнего дня.

Нечто подобное происходит в организмах животных, а также человека. У нас с вами свет воздействует на зрительные рецепторы. Те. в свою очередь, посылают сигнал в гипоталамус, в так называемое супрахиазмальное ядро. Оттуда по цепочке нейронов сигналы распространяются в различные органы, что приводит к выработке гормонов и активизации деятельности сердца, печени, почек…

Одновременно световой сигнал, поступающий в шишковидную железу, вызывает синтез и выделение в кровоток вызывающего сонливость нейрогормона мелатонина.

И к вечеру активность организма падает – человека начинает клонить ко сну.

Так выглядит работа биологических часов в самых общих чертах. В тонкостях этого «механизма» ученые все еще продолжают разбираться. Но и без этого ясно, что искусственный сдвиг часовых поясов вызывает сбой в работе биочасов, что для организма совсем не здорово.

У СОРОКИ НА ХВОСТЕ

СКОЛЬКО НУЖНО ДРУЗЕЙ? Австралийские психологи выяснили, что круг друзей в идеале должен представлять собой нечто вроде команды супергероев. И выявили шесть типов друзей, которых хорошо бы иметь каждому.

Друг, который решительнее вас, должен быть ориентиром, не позволяющим увязнуть в повседневности. Он обогащает жизнь и показывает вещи, которые незаметны изначально.

Друг, легкий на подъем, должен все время вас тормошить, заставлять периодически пересматривать и менять свои планы, быть открытым для восприятия всего нового.

Друг, на которого вы бы хотели быть похожими, будет вдохновлять и заставлять работать над собой.

Друг, не знакомый с остальными вашими знакомыми, служит как бы спасательным кругом. С ним можно говорить о личном, не опасаясь, что все сказанное потом будут обсуждать за вашей спиной.

Безжалостно правдивый друг полезен в критических ситуациях, поскольку способен дать наиболее удачный совет в трудный период. Честность такого друга не нужно воспринимать с обидой. Наоборот, это признак того, что вы ему небезразличны.

И наконец, необходим давний друг, знающий вас лучше вас самих.

В силу длительности отношений, он принимает вас таким, какой вы есть, поэтому с ним не нужно притворяться.

МАМОНТЫ БЫЛИ РЫЖИМИ?! Интересную деталь выяснили ученые, исследовавшие найденную в Сибири тушу молодого мамонта. Мамонтенок, которого назвали Юка, погиб, когда ему было 3–4 года, и пролежал в огромной ледяной глыбе более чем 10 тысяч лет, пока его не обнаружили. Туша очень хорошо сохранилась, поэтому ученые и узнали, что цвет шерсти Юки – светло-рыжий, а не бурый, как считали ранее.

ВЕЧНЫЙ ХЛЕБ. Трудно найти человека, который, не выбросил бы зачерствевший или покрывшийся плесенью хлеб, купленный всего 2–3 дня назад.

Недавно специалисты американской компании Microzар из Техаса разработали технологию, позволяющую хлебу оставаться свежим в течение двух месяцев!

Одна из самых опасных угроз для хлеба и для едоков – грибок Rhizopus stolonifer, который и образует плесень, способную вызывать кишечные заболевания, к счастью, не очень опасные. Образуется же плесень так. Хлеб после выпечки обычно заворачивают в пленку. При этом влага, находящаяся в нем, испаряется и осаждается на поверхности.

Это, в свою очередь, создает прекрасные условия для образования грибка Rhizopus stolonifer.

Суть новой технологии Microzap состоит в том, что хлеб после выпечки помещают в специальные микроволновые печи, которые убивают не только бактерии, но и споры, вызывающие плесень. Причем, для того чтобы защитить хлеб от плесени, достаточно держать его в печах всего лишь 10 секунд!

Новая технология позволит избавиться от огромного количества отходов. Считается, что в развитых странах выбрасывается до трети засохших хлебобулочных изделий.

ПО СЛЕДАМ СЕНСАЦИЙ
Лед рядом с Солнцем?

Здесь и в самом деле есть чему удивиться. На планете, которая находится ближе всех других к Солнцу, обнаружен водяной лед! Как он мог уцелеть на поверхности, температура которой в районе экватора достигает 120 °C? Вот что пишет по этому поводу журнал Science.

Оказывается, все дело в том, что Меркурий – не совсем обычная планета. Полагают, что некогда он был спутником одной из планет-гигантов Солнечной системы.

А потом сорвался с гравитационной привязи. И, как сказочный колобок, не стал потом ни спутником Марса, ни Земли, ни Венеры…

Но все же выйти за пределы Солнечной системы ему не удалось. Его не выпустило мощное гравитационное поле Солнца, сделав планетой номер один в Солнечной системе.

И теперь прошлое напоминает о себе лишь несколько необычным поведением Меркурия. Все остальные планеты не только обращаются вокруг светила, но еще и вращаются вокруг собственной оси. Меркурий тоже вращается. Но весьма своеобразно. Оказалось, что сутки на Меркурии всего лишь в полтора раза короче тамошнего года и длятся 58,65 земных суток. Причем речь здесь идет о звездных сутках, определяемых тем временем, за которое планета совершает полный оборот вокруг своей оси. Если же говорить о сутках солнечных, то есть мерить их, как мы привыкли, по восходу и заходу светила, то солнечные сутки на Меркурии получаются вдвое длиннее звездных.

Происходит так вот почему. Сам Меркурий – невелик, его средний диаметр около 5000 км, чем больше похож на спутник, а не на планету. Находится же он довольно близко от светила – в 58 млн. км – и движется по вытянутой орбите.

Все, вместе взятое, по мнению некоторых ученых, привело к тому, что движение Солнца по меркурианскому небу должно выглядеть весьма своеобразно. Светило время от времени останавливается на меркурианском небосклоне, а то и вообще пятится назад… В итоге по утрам и вечерам оно должно всходить или заходить по нескольку раз подряд. А вот такое понятие, как времена года, на планете начисто отсутствуют, поскольку собственная ось вращения планеты не наклонена к плоскости эклиптики, как на Земле, а строго перпендикулярна плоскости обращения планеты вокруг Солнца.

В итоге Меркурий никогда не показывает светилу свои «макушки»-полюса. А потому и температура на них может быть существенно ниже, чем на экваторе, близкой к абсолютному нулю. А коли так, то вода, если таковая на Меркурии имеется, может там существовать лишь в виде льда, укрывшегося от жарких лучей Солнца в кратерах, оставшихся в местах падения астероидов.

Таковы были предположения теоретиков, высказанные ими несколько десятилетий тому назад. Теперь они подтверждены данными, полученными с меркурианского орбитального аппарата MESSAGER. Датчики, установленные на нем, зарегистрировали чрезвычайно высокую концентрацию водорода в кратерах полярных районов. А водород этот мог сохраниться в составе воды, точнее, водяного льда.

«Казалось бы, невероятно, что на ближайшей к Солнцу планете сохранился лед, – говорит Метью Сиглер, сотрудник Лаборатории реактивного движения НАСА, автор статьи в журнале Science. – Но из-за низкого наклона Меркурия кратеры близ полюсов остаются в тени круглый год, и там чрезвычайно холодно».

На компьютерном изображении северного полярного региона Меркурия желтым цветом показаны кратеры, где обнаружен лед.

ВЕСТИ ИЗ ЛАБОРАТОРИЙ
«Фрегат Экоджет»

Так называется новый гражданский авиалайнер, аэродинамические испытания модели которого начаты в ЦАГИ специалистами ОАО ФПГ «Росавиаконсорциум».

Первые испытания были проведены в одной из аэродинамических труб Центрального аэрогидродинамического института имени Н.Е. Жуковского и показали, что основные характеристики будущего самолета соответствуют расчетным. Новый самолет может превзойти многие из ныне существующих.

Основная особенность нового самолета – эллиптическое сечение фюзеляжа, которое позволяет сэкономить до 20 % горючего, по сравнению с существующими моделями. Хитрость не только в том, что в эллипсовидном фюзеляже может разместиться больше пассажиров, но и в том, что он, как и крылья, тоже обладает некой подъемной силой.

Авиалайнер проектируется для осуществления полетов на расстояние до 4500 км и предназначен для использования на маршрутах ближней и средней дальности.

В разработке был использован опыт проектирования так называемого самолета интегральной схемы (ИС-1), работы над которым начались в начале 2000 года.

У «Фрегата Экоджет» два турбореактивных двигателя, расположенных на пилонах под крылом. При выборе силовой установки рассматриваются варианты с росгийскими двигателями типа ПД-18Р и ПС-90А20, а также с моторами зарубежного производства Rolls-Royce и Pratt&Whitney.

Выбранная фома обеспечивает минимальные габариты самолета при условии размещения в фюзеляже 300–350 пассажиров в трех салонах с тремя главными проходами шириной не менее 500 мм и шагом кресел не менее 810 мм. При экономической компоновке число пассажирских мест может быть увеличено до 400.

В стандартном варианте самолет будет брать на борт 302 пассажира, которые разместятся в трех салонах бизнес-класса, премиального экономического и экономического классов.

Выбранное сечение позволяет уменьшить площадь так называемой омываемой поверхности фюзеляжа, приходящейся на одного пассажира, на 4 – 14 % (в зависимости от компоновки салона), по сравнению с современными широкофюзеляжными самолетами типа Boeing 777–200, Ил-86, Ил-96, Airbus 340–300, что и дает выигрыш в расходе горючего. Новым элементом концепции «Фрегат Экоджет» является также конструктивно-силовая схема с использованием пола пассажирской кабины для восприятии избыточного давления.