Чердак. Только физика, только хардкор! - Дмитрий Побединский

Так что, если вам будут делать МРТ, задумайтесь, что вы окружены жидким гелием, ядра в ваших атомах водорода поворачиваются, и по сути вы сами являетесь радиоизлучателем! И все это позволяет разглядеть вас изнутри!

7.8. На что способны Apple Watch?

9 сентября 2014 года корпорация Apple презентовала новое устройство. Это часы, которые обладают просто миллиардом функций: они могут измерять пульс, количество пройденных шагов, совершать звонки, оплачивать покупки и многое-многое другое. В основе этих функций лежат просто фантастические технологии и уникальные сенсоры, о которых и пойдет речь.

И первое – это измерение пульса. На самом-то деле пульсометр есть во всех смартфонах. Для этого используется встроенная вспышка, которая просвечивает палец, и камера, которая улавливает малейшее изменение яркости отраженного света, связанное с пульсацией крови в сосудах. Но в представленных часах все немного по-другому. В них используется принцип оксиметрии, который давно применяется во всех медицинских учреждениях. На внутренней поверхности часов располагаются светодиоды, которые излучают в ближнем инфракрасном диапазоне и в очень узком диапазоне видимого света. Инфракрасное излучение человек не видит (однако его может увидеть, например, фотокамера, если мы направим на нее пульт от телевизора).

Принцип действия в точности такой же: фотоэлемент улавливает пульсации отраженного света и рассчитывает пульс. Ну а зачем нужны светодиоды двух типов? Дело в том, что в крови свет отражает гемоглобин, который переносит кислород. Гемоглобин может брать на борт 4 молекулы кислорода или вообще обходиться без него. И в случае с кислородом он отражает больше видимого излучения, меньше инфракрасного. Благодаря двум светодиодам мы можем узнать, какого гемоглобина содержится больше, и тем самым рассчитать процентное содержание кислорода в крови. Так что действительно эти часы поумнее обычных.

Что же еще? С помощью Apple Watch можно оплачивать покупки простым прикосновением. Это уникальная технология, которая используется в том числе и в домофонах, и в карточках метро. Если разобрать карточку метро, то внутри вы можете обнаружить маленький-маленький чип, окруженный большой спиральной антенной. И эта антенна принимает не только сигнал, но и энергию для того, чтобы этот чип работал. В любом устройстве, которое считывает информацию с карточки, есть похожая спираль, внутри которой протекает переменный электрический ток. Он создает вокруг себя переменное магнитное поле.

И под действием этого магнитного поля электроны в карточке тоже начинают двигаться, тем самым создавая электрический ток, необходимый для питания устройства. Это не что иное, как электромагнитная индукция. В смартфонах эта технология называется NFC, и благодаря ей можно узнать, например, количество поездок, просто приложив карточку. Но это пока работает только на «Андроиде».

Также с помощью Apple Watch можно измерять количество пройденных шагов, благодаря встроенному акселерометру. Вообразите, что у вас в руке пружинка с грузиком. Когда вы идете, грузик совершает небольшие движения в такт вашим шагам. В точности такая же штука есть в любом смартфоне. Но самое интересное – то, как это движение преобразуется в полезные электрические сигналы. Это можно сделать двумя способами. Первый способ: прикрепить к грузу конденсатор – две пластины с заряженными противоположными знаками. Между ними возникает электрическое поле. И при изменении расстояния напряжение между пластинами меняется. Это производит к изменению электрического тока, которое считывает процессор, и таким образом он распознает шаги. Второй способ – это использовать пьезоэффект. Мы можем присоединить к нашему грузу диэлектрик с асимметричной кристаллической решеткой. Тогда при его сжатии или растяжении с одной стороны будут выпирать положительные заряды, а с другой стороны – отрицательные. Это приведет к возникновению напряжения между сторонами диэлектрика, которое сможет обрабатывать процессор и отсчитывать каждый шаг.

Конечно же, в Apple Watch еще море технологий, о которых можно долго рассказывать. Но самое главное, конечно, – эти часы показывают время.

8. Удивительные штучки

8.1. Как сделать реальный джедайский меч?

Киноэпопея «Звездные войны» существует уже 39 лет. И за семь фильмов, это 15 с половиной часов суммарного времени, нигде, никем не сказано, как работают эти гребаные джедайские мечи! Не, ну конечно, в интернете полно домыслов и предположений, мол, божественная сила, фокусирующий энергию кристалл в рукоятке, энергетические поля, направляемые неведомой силой, и прочие… сказочки.

Выдумки выдумками, но согласитесь, хочется же собрать такой меч в реальности? Как же это сделать?

Самое интересное то, что световой меч состоит не из света. И правда, если бы из рукоятки выходил световой луч, он был бы бесконечен. К тому же световой луч не виден сбоку, его можно увидеть только в торец! Ну, или когда он рассеивается на мелких пылинках или тумане. Реально, попробуйте увидеть луч лазерной указки. Вряд ли получится.

Джедайские мечи все-таки светятся, их видно даже в вакууме, к тому же они имеют ограниченные размеры, так что, как ни странно, использовать именно свет не получится.

Поэтому фанаты предлагают другую технологию – использование плазмы. Плазма – это уже осязаемое вещество, а точнее, его особое состояние. Частицы, из которых состоит плазма, не нейтральны, а электрически заряжены (положительно или отрицательно). Плазма имеет высокую температуру, и в ней выделяется много энергии в виде света! Так что для создания джедайского меча она нам отлично подходит.

Самое классное, что сделать плазму нетрудно. Нужно всего лишь подать нужное напряжение на пару электродов, при этом происходит пробой газа между ними, то есть электрическое поле вырывает электроны из атомов, тем самым образуя месиво из положительных и отрицательных частиц. Это и есть плазма, плазменная дуга. Раз она состоит из зарядов, то хорошо проводит электричество. И плазма – это не диковинка, она встречается нам повсюду: в лампах дневного света, неоновых огнях рекламы, в пикселях плазменных экранов, на производстве в сварочных аппаратах…

Но на этом хорошие новости заканчиваются. Дело в том, что размеры дуги в современной технике оставляют желать лучшего. К тому же она обязательно должна заканчиваться на электродах. Поэтому, чтобы придать ей форму клинка, необходимо ее каким-то хитрым образом загнуть. Как это сделать?

На форму плазменной дуги можно повлиять с помощью электрических и магнитных полей, ведь она состоит из плюсов и минусов. Именно это делают в огромных установках по термоядерному синтезу, где удерживают высокотемпературную плазму вдалеке от стенок камеры, иначе она бы их мгновенно расплавила.

Ну допустим, мы все-таки создадим такую плазменную дугу, такое магнитное поле, которое удерживало бы ее в стабильной форме, да так, чтобы она еще не разлеталась каплями. Но тогда на это потребуется просто неимоверное количество энергии! Правда, таких батареек, размером с рукоятку, пока не изобрели, так что заставить меч работать можно, только подключив его толстенными ка́белями к настоящей электростанции!

Например, в первом эпизоде показано, как световой меч разрезает стальную дверь. Для такого трюка мощность меча должна быть порядка 20 МВт! Такую мощность может потреблять целый район города!

И вы только представьте, какая температура должна быть при такой мощности (около 20000 ℃)! После включения меч сразу спалит все вокруг!

Нужно понимать, что при ударах друг о друга мечи, если они целиком из плазмы, будут проходить насквозь! То есть для реального боя нужен какой-то твердый сердечник, который не плавится. Таких тугоплавких материалов еще не изобретено (самый тугоплавкий 4215 ℃), вся надежда на будущее. Ну и конечно, сердечник должен быть телескопическим и при выключении быстренько полностью прятаться в рукоятке.

Кстати, вот еще что интересно. Огонь – это не что иное, как низкотемпературная плазма. Попробуйте зажечь спичку и посмотрите на тень от нее. Пламя тени отбрасывать не будет. То есть плазма беспрепятственно пропускает свет от внешних источников и тени не дает. Но в фильмах то тут, то там видна пресловутая тень… Какие-то уж совсем странные законы физики в этой вселенной звездных войн! А может, это тень от твердого сердечника?

Несмотря на то, что световые мечи – это фантазия, нельзя отрицать, что рано или поздно технологии позволят создать их. Фантастика сильно влияет на ученых, ведь в чем-то наука может реализовать их мечты! И много устройств, описанных писателями-фантастами в прошлом, уже есть в наши дни (скайп, мобильник, огромные плазменные панели и т. д.). Вполне может быть, такая участь уготована и световым мечам.