Изобретения автор: shotlandec | 11-03-2008, 12:46

Теперь предметы можно поднимать с помощью света

2

Теперь предметы можно поднимать с помощью света
Недавно американские ученые смогли поднять небольшой предмет с помощью… луча света. Оказалось, он, как и воздух, может давать телам тяжелее его подъемную силу. Исследователи уверены, что открытый ими принцип сможет помочь сконструировать совершенные "солнечные паруса" для космических кораблей, которые полетят к планетам далеких звезд.

Собственно говоря, ученые из Технологического института Рочестера в Нью-Йорке не открыли ничего принципиально нового, поскольку уже давно физики предполагали, что свет может поднимать предметы тяжелее его. Однако экспериментально это было доказано впервые. Правда, свет в данных опытах поднимал предметы не в воздушной, а в водной среде.

Прежде всего ученые создали при помощи компьютера модель того, как свет преломляется внутри тел различной формы и как излучение покидает данные тела. При анализе получившихся моделей их внимание привлекла ситуация с преломлением света в прозрачных объектах, немножко напоминающих своей формой крыло самолета. Возникло предположение, что подобное "световое крыло" должно работать так же, как обычное: при облучении такого объекта под определенным углом возникает перекос в направлении света, прошедшего сквозь материал, что создает разницу давлений, подобную разнице в давлении воздуха над и под самолетным крылом.

Оставалось лишь проверить данное предположение экспериментально. И вот исследователи сконструировали из прозрачного полимера изогнутые стержни с полукруглым сечением, длина и ширина которых не превышала несколько микрометров, затем поместили их в воду и осветили снизу милливаттным лазером.

Как и было предсказано, стержень не только поднимался вверх, но и, что более важно, двигался в направлении, перпендикулярном направлению лазерного света. Это подтвердило гипотезу одного из исследователей, Гровера Шварцлендера, согласно которой угол, под которым свет падает на материал и выходит из него, должен определять направление движение объекта.

Проанализировав результаты эксперимента, ученые пришли к выводу, что действительно оптическая подъемная сила создается внутри прозрачного объекта из-за создаваемой преломлением света разницы давлений. Примечательно, что во время опытов физики получили рекордные оптические подъемные углы — около 60 градусов. "Если бы вы взлетали при таких условиях, ваш желудок точно бы оказался в пятках", — так прокомментировал эти достижения Шварцлендер. Результаты исследования были опубликованы в декабрьском номере журнала Nature Photonics (http://www.nature.com/nphoton/journal/vaop/ncurrent/full/nphoton.2010.266.html).

Теперь исследователям предстоит проверить, может ли свет поднимать предметы в воздухе. В последующих экспериментах также предполагается использовать материалы с различными коэффициентами отражения и преломления и проверить, как различается подъемная сила, создаваемая световыми пучками с различной длиной волны. На их основе физики планируют сконструировать идеальный "светоподъемник".

Ученые считают, что открытый ими принцип может применяться в приводах микромашин, а также осуществлять направленный транспорт микрочастиц в жидкости. Однако их самая заветная мечта — разработка совершенных солнечных парусов для космических кораблей. (Солнечным парусом называется приспособление, использующее давление солнечного света или лазера на зеркальную поверхность для приведения в движение космического аппарата.)

Идея создания таких парусов принадлежит одному из пионеров отечественной космонавтики Фридриху Цандеру, впервые высказавшему ее в 1927 году. Он исходил из того, что частицы солнечного света — фотоны — имеют импульс и передают его любой освещаемой поверхности, создавая давление. Получается, что если оснастить космический корабль такими приспособлениями, то он сможет дрейфовать в межзвездном пространстве, подталкиваемый светом подобно тому, как скользит фрегат по поверхности моря с помощью ветра.

Впрочем, уже тогда было известно, что давление солнечного света чрезвычайно мало, на Земной орбите оно составляет около 5·10-6 Н/м2. Кроме того, оно уменьшается пропорционально квадрату расстояния от Солнца. Поэтому больших скоростей корабль под солнечными парусами вряд ли достигнет (а ведь именно они и являются решающим фактором в межзвездных экспедициях).

Однако солнечный парус совсем не требует ракетного топлива и может действовать в течение почти неограниченного периода времени, поэтому в некоторых случаях его использование может быть вполне оправдано. Например, для того, чтобы выводить летательный аппарат на орбиту планеты, не загрязняя при этом атмосферу. Или для того, чтобы корабль мог выключить двигатели задолго до подлета к требуемому объекту и мягко затормозить, используя солнечные паруса.

Наверное, поэтому эффект солнечного паруса уже использовался несколько раз для проведения малых коррекций орбиты космических аппаратов. Правда, там в роли паруса использовались солнечные батареи или радиаторы системы терморегуляции. И лишь 21 мая 2010 года Японское космическое агентство (JAXA) запустило в космос ракету-носитель H-IIA, на борту которой находились космический аппарат IKAROS с солнечным парусом. Так в космическое пространство вышел первый аппарат, у которого солнечные паруса были основным двигателем.

Этот солнечный парус был изготовлен из полиамидной пленки толщиной 7,5 мкм и представлял собой четыре лепестка трапециевидной формы. Внутри лепестков были вшиты солнечные батареи и солнечные рули. Раскрытие такого паруса произошло 3 июня нынешнего года за счет вращения "космического парусника" вокруг своей оси со скоростью 20 оборотов в минуту. Под силой инерции четыре грузика вытянули лепестки паруса, и, таким образом, IKAROS стал похож на квадрат стороной 14 метров.

Однако самые первые этапы полета "космического парусника" показали, что руля эта шхуна слушается плоховато. Поэтому Шварцлендер и его коллеги предлагают изменить сам принцип работы парусов — делать их из такого материала, который будет не отражать фотоны, а пропускать их через себя. Тогда угол, под которым свет падает на материал и выходит из него, будет определять направление движение "парусника" и он станет лучше слушаться своих "рулей".

Шварцлендер также утверждает, что в этом случае движением солнечного паруса можно будет полностью управлять в 3D-формате, если использовать два поперечных набора полукруглых стержней. Эта система представляется ему наиболее надежной. Правда, эту идею уже раскритиковал Дин Альхорн, ведущий инженер недавно запущенного экспериментального парусника НАСА. Он считает, что солнечный свет слишком слабый, чтобы осуществить этот проект на практике.

Однако время и эксперименты, как известно, расставят все на свои места и покажут, кто был прав, а кто заблуждался. Пока же ученые всего мира считают, что американцы совершили открытие, сравнимое с тем, что сделали в свое время братья Райт для развития авиации. Хочется, чтобы и эти эксперименты помогли человечеству сделать следующий шаг на пути к звездам…

www.pravda.ru

3

Читайте так же:

10  

Статьи раздела Изобретения

Физики создали световое крыло

Физики создали световое крылоОптический аналог аэродинамического профиля, дающий подъёмную силу при попадании в широкий поток света, построили учёные из США.

НАСА начнет испытания нового солнечного паруса

НАСА начнет испытания нового солнечного парусаНАСА начнет испытания нового солнечного парусаВ американском космическом агентстве сообщили, что в рамках следующего запуска космической ракеты SpaceX Falcon 1 в состав полезной нагрузки будет включен новый солнечный парус, который будет должен пройти испытания на земной орбите.

Японский солнечный парус успешно раскрылся

Японский солнечный парус успешно раскрылсяМежпланетный зонд IKAROS расправил свою большую мембрану. Это первое в мире устройство, призванное на практике проверить идею путешествия в космосе под солнечным парусом.

Солнечный парусник.

Солнечный парусник.Честно говоря, мне очень нравится жанр «научная фантастика» — ведь где, как не здесь, можно встретить грандиозные идеи, предвосхищающие будушее на пару сотен лет? Частенько идеи, предоставленные апологетами НФ, подхватываются, и в результате мы видим мечты, воплощенные в реальности.

Японский парусник готов уплыть на Венеру

Японский парусник готов уплыть на ВенеруЕго название – это сокращение, а также дань памяти легендарному греческому герою, поднявшемуся к Солнцу. «Но в отличие от мифического Икара IKAROS не упадёт», — спешит заверить представитель японского космического агентства Юити Цуда (Yuichi Tsuda). Хочется верить, ведь перед нами – первый солнечный парусник, вознамерившийся улететь далеко от Земли.

 (голосов: 0)

Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь. Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.
Информация

Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии в данной новости.

Это интересно
.
Последние новости

Уход за старой кошкой

Хозяева зачастую, в суете дней не улавливают того момента когда их кошка стареет и нуждается в большем уходе. Внешне поведение может совсем не измениться, но звоночком может послужить изменение его поведения: апатия, потеря аппетита, увеличение продолжительности сна.


Алхимия: из низшего в высшее

Некоторые ученые полагают, что само понятие «алхимия» ведет свою историю от греческого термина «хио», которое означает «изливать» или «лить металл», поскольку очень многое в алхимии связано с металлами, разнообразными способами их получения и обработки.


Кольцо в небе над Венесуэллой

Необычное явление наблюдалось 21 июня 2003 г. в 20 километрах к западу от Каракаса. В 6 часов вечера люди заметили в небе странное плотное облако, по форме отдаленно напоминающее чечевицу.


Кресло исполняет желания

Есть на планете места, где удивительным образом тайное становится явным, а мечты вдруг приобретают вполне осязаемые реальные черты.


Призрак короля

Невероятно таинственная история случилась в 1792 г. В период французского революционного переворота. Таинственный призрак, повлиявший на течение исторических событий, предотвратил назревавшее кровопролитие между французами и австрийско-прусской империей.


Человек произошел от скрещивания шимпанзе со свиньей

Даже по сей день диспуты о происхождении человека не утихают, а становятся все горячее. Генетик из Америки выдвинул новую гипотезу о происхождении человека. Разработал он ее в университете Джорджии со своими коллегами.


Город оплавленных камней

Прибрежные равнины Перу, окруженные высокогорьем Анд считаются самой протяженной горной цепью, которую называют остовом Южного континента Америки. Здесь в нагорной долине, окруженной неприступными скалами, зарождающяяся империя кечуа, заложила основу своего государства Куско.


Загадочные двойники
Американец Адриан Браун работает шофером в частной охранной фирме. Каждую ночь объезжает объекты строго по установленному маршруту.


Человек по своей природе крайне суеверный, оттуда и берутся многочисленные приметы и разные народные суеверия. Этих суеверий великое множество. Так одни из самых распространённых имеют тематику «потерял- нашел». 


Женское имя - Лариса. Тайна имени
Лариса - имя, имеющее латинские корни. В переводе означает «чайка». Как вольная птица, Лариса все старается взмыть повыше в небо, то и дело подвергая сомнению законы гравитации.


Мужское имя - Геннадий. Тайна имени
Геннадий (в буквальном переводе означает «родовитый») - имя имеющее древнегреческие корни. И действительно, Геннадии часто находятся под гнетом своей родословной. 


Космический телескоп Хаббла.

Прошедшее столетие далеко продвинуло человеческие познания в сфере исследования нашей Вселенной. Было сделано множество открытий с помощью сложных оптических телескопов, расположенных в высокогорных исследовательских обсерваториях.



Титан – металл для освоения космических пространств.

Бездна космических глубин начинается сразу же за тонкой оболочкой земной атмосферы. Наша Солнечная система выглядит совсем небольшой на фоне этой абсолютной пустоты.



Самая маленькая птица на Земле.
Радужная птичка колибри является самой маленькой птицей на Земле. Это прекрасное творение природы обитает на просторах Американского континента от Аляски до Огненной Земли. 


Интересные факты про насекомых.
Одним из самых необычных фактов о насекомых является то, что в отличие от людей, они не испытывают боли. Боль – это неприятное телесное и эмоциональное ощущение, которое связано с реальным или возможным повреждением тканей организма.

Популярные новости