Почему Луна не падает на Землю: 5 случайных фактов о мире, которые известны благодаря физике

Кроме Луны вокруг Земли вращается крайне полезная орбитальная группировка ГЛОНАСС из 24 действующих спутников. Именно эти устройства ежедневно помогают нам прокладывать маршрут до нужных мест в навигаторе. Но задумывались ли вы, как он работает?

Навигатор посылает запрос четырем спутникам, которые в ответ передают ему информацию: свой номер, местоположение и время отправки сообщения. Зачем так много? Приемник ловит сигнал первого спутника, пусть расстояние до него – 20 тысяч километров. На таком отдалении находится бесконечное число точек, поэтому точно определить геолокацию нельзя. Второй спутник поможет создать окружность, в которой находится объект, но этих данных все еще мало. Третий спутник даст погрешность до 10 метров, а четвертый – уточнит положение. Теперь мы знаем широту и долготу того места, где находимся. Чтобы навигатор показал, что есть вокруг, в память должны быть «вшиты» карты. Система работает, пока четко проходит сигнал от спутников. Именно поэтому в тоннелях или вдали от окон навигатор работает хуже.

С космическими объектами разобрались. Как же физика проявляет себя в более низких слоях? Откуда, например, берутся тучи?

Когда горячий воздух смешивается с холодным, остывает и достигает точки росы, происходит конденсация – из парообразного состояния вещество становится жидким. Водяной пар становится каплей или кристаллом льда, а их скопления – облаком. Молекулы, из которых состоит атмосфера, сильнее всего рассеивают синий цвет, поэтому небо – голубое, а водяные капли отражают весь солнечный спектр, поэтому облака мы видим белыми.

Тогда откуда берутся тучи, раз перед дождем небо темнеет? В серых облаках больше капель и кристаллов, поэтому они толще обычных и нижнему слою попросту «не хватает» солнечного света, который идет сверху. Поэтому мы наблюдаем только темное отражение поверхности земли. Но есть и более опасные облака. В больших грозовых тучах, где вращаются сильные потоки ветра, образуются воронки. С земли поднимается теплый воздух, а встречает его холодный. Грозовая туча движется, восходящий поток – мезоциклон – вращается и забирает много теплого воздуха. Капли воды создают воронкообразное облако, которое разрастается. Если облако сформировало воронку над морем, то это смерч, над сушей – торнадо. В этом случае облако называют суперъячейкой.

Тучи проливаются дождем, а защититься от него нам помогает прочная крыша над головой — стальная. Сталь – это сплав, в основном состоящий из железа с небольшим количеством углерода и примесей, который активно применяется в промышленности. Поверите ли вы, что сталь эластичнее резины? А это факт!

Дело в том, что эластичность – это способность «вернуться» в прежнее состояние после деформации под действием напряжения. Поэтому в определенном смысле сталь действительно эластичнее резины. Несмотря на то, что в состав сплава входит железо, сталь прочнее его благодаря добавлению углерода, увеличивающего предел прочности. Стальные крыши служат более полувека, в отличие от деревянных, покрытых дранкой (кровельным материалом в виде пластин из древесины). Также это довольно экологичный материал. Большинство изделий выполнены из переработанного материала. Сталь легко переплавить, поэтому более половины всей массы этого материала используется повторно.

Гармония форм окружает нас повсюду, ее можно увидеть в спиральной галактике, циклоне над поверхностью Земли, раковине моллюска наутилуса. Но особенно приятна глазу симметрия. Хоть в живой природе, хоть в математике. Например, переместительный закон умножения a*b=b*a, который «от перестановки множителей произведение не меняется», математики называют «симметричной операцией».

В природе вообще много симметричных объектов – морские звезды, бабочка, но главный лидер – кристаллы, самый известный из которых снежинка. В них атомы расположены закономерно и образуют периодическую пространственную решетку. В зависимости от внешних условий кристалл может видоизменяться. Но ученые придумали выращивать искусственные кристаллы, чтобы избавиться от факторов, меняющих форму этих объектов. Они подвязывают зародыш кристалла на тонкую нить и перемешивают раствор.

Но на этом физики не остановились. Они давно поняли, что симметричная снежинка получается такой, потому что растет в условиях свободного падения, в невесомости. Поэтому на МКС стали выращивать... совершенные кристаллы белка. Знание структуры белка и его комплекса — это ключ к созданию препаратов для лечения сахарного диабета, туберкулеза, столбняка и различных воспалительных процессов.

Текст составлен по материалам книги «Физика всего на свете без формул» ректора МФТИ Дмитрия Ливанова и первого проректора Университета МИСИС Сергея Салихова.