Aarhus University Seal / Aarhus Universitets segl

Klassisk fysik

Lysreflekser

Johnny skriver:

Så vidt jeg ved er der tre muligheder når lys rammer et transparent materiale:

Absorption
Transmission med afbøjning
Refleksion

Hvilke faktorer har betydning for refleksion?

Jeg kunne forestille mig følgende:

Indfaldsvinklen
Materialets gennemsigtighed
Farven på materialet
Er det korrekt?

Hvis man forestiller sig et transparent materiale fx glas, som eks. er blåt.
Er det så sådan, at det blålige bølgelængder reflekteres og de andre bølgelængder i Hvidt lys transmitteres igennem glasset med afbøjning?

Endelig et sidste spørgsmål:
Ved kørsel i tog om aftenen kan man spejle sig i ruden. Det vi altså sige, at noget lys reflekteres og noget går igennem glasset. Hvad er bestemmende for dette forhold?

Svar:

Refleksion fra et stof bestemmes af nogle stofkonstanter og indfaldsvinkelen. Gennemsigtigheden ved en given bølgelængde bestemmer, hvad der slipper ind i stoffet, og hvad der reflekteres. Farven på materialet er ganske rigtig de bølgelængder, som reflekteres. En blåmalet dør tilbagekaster de blå bølgelængder, og resten absorberes. Et stykke blåt glas lader de bølgelængder, som ikke er blå trænge igennem.

Når du spejler dig i en rude, skyldes det, at noget af lyset fra dit ansigt kastes tilbage, og resten går igennem, så nogen på den anden side af ruden også kan se dig. Hvor meget, der går hvilken vej bestemmes af reflektionskonstanten for den pågældende type glas (flintglas, kronglas, osv.) og af indfaldsvinkelen. Ved meget flade indfaldsvinkler sker der totalrefleksion. Det er det, man oplever, hvis man for eksempel kigger op, når man er neddykket under vand. Man kan se igennem overfladen i en cirkel over hovedet på een, men ude til siderne udenfor cirkelen ser man totalrefleksion, så der reflekteres alt lyset, og man kan ikke se, hvad der sker over vandoverfladen.

Jeg håber, det opklarer noget for dig.  mvh OJK


Svævende magneter og en skateboardide

Iben skriver 15. april 2018:

Jeg skriver til dig/jer klokken 01.09 på en søndag. Vildt. Jeg går i 8. klasse, snart 9. Og jeg vil bare lige undskylde for eventuelle stavefejl. Im sorry.
Men jeg har lige været i biografen, og vi så ready player one, meget god anbefaler den kraftigt, og vi kom til at snakke om back to the future, fordi der var så mange referencer.
Vi snakkede om det her skateboard tingeling, der kan “flyve”. Eller ihvertfald svæve… Men så tænkte jeg på, om man faktisk kunne lave et. Kunne man lave et magnet-skateboard-svæve-ting, som der frastøder jordens magnet? Det skal selvfølgelig være elektrisk, for at det kan tændes og slukkes, men kan man det? Jorden har jo en sydpol og en nordpol. Frastøder de ikke hinanden? Kunne man lave en kunstig sydpol, som kunne frastøde nordpolen, lidt ligesom de der magnetiske toge i kina, og så sætte det på et slags board?

Ved godt det er et dumt spørgsmål, men kender ikke rigtig nogen, der kan svare.. emoji unicode: 1f642

Kære Iben.

Fin tanke, og jeg vil gerne købe eet – det må være endnu sjovere end en SegWay!

Der er bare et par problemer eller 7:  For MagLev togene rundt omkring i Verden er Jordens magnetfelt mest en forstyrrelse. De bruger deres eget magnetfelt, som dannes i den skinne, som de svæver over – og det er en fantastisk teknik i sig selv. Men de nødvendige magnetfelter for at få selv dig eller mig og et flyboard til at lette er meget kraftige, og dermed svære at danne og styre og sikkerheden er også et problem. Forestil dig, at du flyboarder hen over en skrotbunke eller en pakke søm!!!

Det med en kunstig sydpol er også noget bøvlet. Det har været forsøgt, men så vidt fysikerne véd indtil nu ihvertfald, så findes der ikke mono-poler, som de kaldes, altså isolerede nord- eller sydpoler, og noget tyder på, at det ikke kan lade sig gøre. Det er ikke ligesom plus og minus elektricitet.

Så det er bestemt ikke et dumt spørgsmål. Det er nok bare nutidens forskere, som er dumme – men så har du jo en chance, hvis du kunne forestille dig en karriere som fysiker eller ingeniør. Og korrekturlæser kan du også blive. Jeg har ledt og ledt, men har ikke fundet nogen stave- eller slåfelj, og du skulle bare vide, hvad der somme tider kommer ind af den slags både fra 8., 9. klasser og meget ældre!  mvh OJK


Er det broen eller skibet, der flytter sig?

Kim spørger: Hej – jeg har et spørgsmål om et uaccelereret skib der lægger fra kaj:

1) Set fra kajen er skibet i bevægelse (og kajen i hvile), set fra skibet er kajen i bevægelse (og skibet i hvile).

2) Set fra kajen er skibet i hvile (og kajen i bevægelse), set fra skibet er kajen i hvile (og skibet i bevægelse).

Er i tvivl om 1) eller 2) er det rigtige, litteraturen om emnet er noget forvirrende med sådanne udsagn – “Bevægelse og hvile er i grunden et og det samme”, “Hvile er et overflødigt begreb”, “Bevægelse er hos Galilei relativ, men hos Newton både relativ og absolut”.

Jeg vil mene, at nummer 1) er mest i overensstemmelse med almindelig fysisk tankegang og tradition.
Din nummer 2) giver bestemt også mening, men det er ikke den måde, vi normalt beskriver relativ bevægelse på. Din forvirringe deler jeg fuldt ud, men i bund og grund er det et spørgsmål om, hvordan man definerer begreberne, og hvad udsagnet skal bruges til. mvh OJK


Hvor stor bliver farten af kugler der falder frit?

Jeg har lige haft en diskussion med mine nye kollegaer vedrørende fald af emner i tyngdefeltet. Vi er alle enige om, at en tung og en let kugle falder lige hurtigt i vakuum. Men kan I give en forklaring (beregning) af om en tung og en let kugle med samme diameter opnår:

1.      Forskellig max hastighed

2.      Forskellig acceleration lige fra tid =næsten 0.

Mvh

Henrik K B

 Svar:

Kære Henrik,

Hvis vi skal se på dit problem, er det en god ide at gå ud fra Newtons anden lov: ”Ændringen af hastigheden pr. sekund er givet ved den totale kraft F, der virker på emnet, divideret med emnets masse m”:

∂v/∂t  = (-mg + ½ρCAv2)/m                                (1)

Hvor –mg er tyngdekraften, der virker nedad, og det andet led på højre side er modstandskraften fra luften, der virker opad.  Dette sidste udtryk gælder ikke altid. For meget små hastigheder er modstandskraften snarere proportional med hastigheden, ikke med dens kvadrat – og ved meget store hastigheder gælder udtrykket heller ikke præcist. Men som et godt gæt ”under normale omstændigheder” er det udtryk, der står i ligningen ok (*). Det indeholder en faktor C, der er givet ved emnets facon, en faktor A, der er emnets areal set vinkelret på bevægelsesretningen, og faktoren ρ, der er luftens massefylde.

Den størst opnåede fart, vmax,  vil vi finde ved at sætte udtrykket (1) lig nul, for når den er nået, ændrer farten sig ikke mere:

Vmax = (mg/½ρCA)½                                                (2)

Vi ser, at den maksimale fart er proportional med kvadratroden af kuglens masse.

Accelerationen lige i starten af faldet er derimod den samme for alle emner. Dette skyldes, at normale gnidningskræfter i luft en negligible, når farten er meget lille. Derved bliver begyndelsesaccelerationen lig med tyngdeaccelerationen, g =  9.82 m/sec2.

På figuren ses emnets hastighed som funktion af den tid der er gået siden man lod emnet falde. Den rette linje er forløbet hvis der ikke var luftmodstand. De andre viser forløbet ved forskellige størrelser af produktet ρCA.

Med venlig hilsen

Helge Knudsen Lektor emeritus IFA

(*) se

da.wikipedia.org/wiki/Luftmodstand

https://en.wikipedia.org/wiki/Drag_(physics)


Magneter

Hej.

Hvilken kraft H skal der til for at trække en magnet med styrken X i afstand Y fra en jernoverflade, retvinklet væk fra jerneoverfladen? Jeg tænker det må have en indvirkning på resultatet hvilken overflade der er tale om?

Vh Morten F.


Hej Morten,

Tak for dit spørgsmål.

Kraften mellem en almindelig køleskabsmagnet og køleskabsdøren er et sted mellem 1 og 10 Newton. 10 Newton svarer til vægten af et kilo. Men man kan sagtens forestille sig det samme system i meget større skala: de største magneter, man laver, vejer over et ton (bruges bl. a. i vindmøller). Klasker man en sådan magnet op ad siden på en Mærsk-containerbåd, sidder den godt fast! Intet normalt menneske vil være i stand til at rive den løs.

Kraften mellem en magnet og en jernoverflade skyldes de enkelte atomer, der hver for sig er mikroskopiske magneter. I normalt jern peger de atomare magneter i vilkårlige retninger, så de udslukker hinanden. I modsætning hertil er magneten fabrikeret således, at de atomare magneter peger i samme retning. Derfor kan magnetens styrke (som du betegner X) groft angives som proportional med antallet af atomer i magneten, dvs. jo større magnet des større X. Men magnetens sammensætning (hvilke grundstoffer, den er lavet af) er også af betydning, som du foreslår.

Når magneten bringes tæt på en jernoverflade vil dens magnetiske felt søge at tvinge jernatomernes til at rette sig i samme retning, således at jernpladen også bliver magnetisk. Kraften bliver tilnærmelsesvis proportional med X^2 (X i anden potens), fordi den oprindelige magnet har styrken X, og den magnetisering som jernpladen påduttes også er proportional med X. Dvs. med dobbelt så stor magnet bliver kraften 4 gange så stor etc.

Dersom magneten befinder sig i afstanden Y fra køleskabsdøren er magnetfeltet som opleves i jernpladen reduceret, nogenlunde som 1/Y^3, dvs. hvis afstanden mellem magnet og jernoverflade fordobles, bliver magnetfeltet følt på jernoverfladen 8 gange mindre, og derfor bliver også det påduttede magnetfelt 8 gange mindre. Kraften mellem dem bliver derfor alt i alt 8x8=64 gange mindre.

Prøv at se på: www.supermagnete.de/eng/faq/What-is-the-difference-between-the-combination-magnet-magnet-and-magnet-iron

Med venlig hilsen,

Axel Svane
Lektor, IFA 


Varmekapacitet og varmeledningsevne

Sneen ligger på mine brosten og smelter hurtigere end sneen mellem stenene. Det har været frost hele dagen. Hvordan kan det være? Se billedet!

Venlig hilsen HB


Kære HB,

 Flotte og sjove billeder.  Jeg tror at forklaringen skyldes at stenene har både en bedre varmeledningsevne og en større varmekapacitet end jorden/sandet imellem. Varmekapaciteten er den mængde varme et legeme kan indeholde, f.eks. er varmekapaciteten i jern meget større end i luft. Og også i sten sammenlignet med sand. Ligeledes er varmeledningsevnen meget større i f.eks. kobber end i plast. Og altså også større i sten end i sand. Hvilken effekt der betyder mest i dit tilfælde ved jeg ikke, men hvis temperaturen har været konstant i lang tid, skyldes det varmeledningen fra den varmere underliggende jord.

 Hvad varmekapacitet angår, så tænk på at sten kan holde sig varme om aftenen efter en dag i solen. Hvad varmeledning angår, tænk f.eks. på et kældergulv af sten føles meget koldere i lang tid end et kældergulv af træ.

Mvh Søren Pape Møller

Direktør, ISA, Aarhus Universitet


Rød og grøn farve i blanding

Kære Spørg IFA

Hvis jeg tegner rød og grøn på et stykke papir, så har jeg pigmenter på papiret der hver især reflekterer lys som svarer til bølgelænder, der repræsenterer rød og grøn i farvespektret.

Når jeg blander disse to farver får jeg en farve, der minder om brun. Men jeg ved fra min additive farveteori at de pixels der i min tv-skærm udsender røde og grønne lysstråler tilsammen skaber gul.

Når det lys, der reflekteres fra papiret helt nede i pigmenterne er rødt og grønt, og de der udsendes fra skærmen er røde og grønne, hvorfor ser det nu så forskelligt ud?

Jamen hvis forklaringen skulle være at på papiret så kommer den brune farve af at de røde og grønne pigmenter ligger oven på hinanden og skaber en filtrering (den subtraktive farveteori) der kun tillader den brune bølgelængde af lys at komme igennem, så burde det jo betyde at blå (som altså skulle frafiltrere rød og grøn) blandet med gul (som skulle frafiltrere blå) på papiret burde skabe sort (blå, rød og grøn burde da være frafiltreret), men det sker ikke - den er grøn...

Hvorfor?

Med venlig hilsen SR, Hvidovre.


Hej SR.

Når man har en rød farve på papiret absorberes alle farver på nær de røde. Når man har en grøn farve på papiret absorberes alle farver på nær de grønne. Den endelige farve må svare til det (lille) spektralområde som ikke absorberes (i princippet intet da rød og grøn ikke har noget overlap) => udefinerlig brun (mørk) farve.

Med pixels har vi udsendelse af to farver (rød og grøn) og deres 'sum' spektrum er ikke 'nul' men et spektrum med to toppe ('kamel'-spektrum) som vi opfatter som gult....

 Vh

Lars H. Andersen

Professor, Institut for fysik og astronomi, Aarhus Universitet


Hvor findes det koldeste sted i Universet?

Spørgsmål fra ij, Riisvangen


Man kunne forestille sig, at det er et sted i det ydre rum, langt væk solens varmende stråling. Men passer det virkelig, eller er der andre ekstremt kolde steder, f.eks. i moderne fysiklaboratorier?

For at besvare spørgsmålet, bliver vi nødt til at diskutere, hvad temperatur egentlig er. Atomerne, der udgør universet, er altid i bevægelse. Det kan være i en gassky, hvor molekylerne svæver rundt blandt hinanden; i en væske, hvor partiklerne flyder af sted; eller i et fast stof, hvor atomerne sidder i en krystalstruktur, mens de vibrerer. I hvert tilfælde kan vi tilordne en temperatur til den gennemsnitlige hastighed af atomerne. Over tiden er der blevet indført mange temperaturskalaer (så som Celcius- og Fahrenheit-skalaen), der bruges i forskellige egne af verden.

Der skete et stort gennembrud i 1848, hvor William Thomson (Lord Kelvin) indså, at der findes en minimal temperatur, hvor al bevægelse ophører. Han introducerede en ny skala, hvor denne minimale temperatur kaldes 0 Kelvin, og stuetemperatur ligger ved 293 Kelvin (K). I dag er det den foretrukne temperaturskala blandt fysikere.

For at undersøge f.eks. atomer eller molekyler er det naturligvis fordelagtigt, hvis de bevæger sig så lidt som muligt. Derfor er der blevet udviklet mange køleteknikker for at nå stadig lavere temperaturer. Nogle af milepælene på denne vej var blandt andet, da det lykkedes at fremstille flydende kvælstof ved 77 K i 1905 og flydende helium ved 4 K i 1908. Disse væsker er i dag kommercielt tilgængelige over det meste af verden, og de kan anvendes til at køle andre stoffer.

Inden for mange forskningsområder er disse temperaturer dog stadig for høje! Den resterende bevægelse blandt partiklerne skjuler de kvantemekaniske effekter, som ofte er vigtige at måle. Derfor er der blevet udviklet endnu bedre og mere specialiserede køleteknikker.

En af dem kaldes laserkøling. I denne teknik udnyttes trykket fra en laserstråle til at fange atomer fra en gas og indespærre dem i en beholder, der udgøres af lys. Samtidig køler denne teknik atomerne meget, og man har opnået temperaturer så lave som 1 mikrokelvin (en milliontedel af grad over 0 Kelvin). Ikke desto mindre er disse laserkølede atomer ikke det koldeste stof i universet!

I 1990'erne indledtes blandt fysikere en jagt på et mærkeligt kvantemekanisk fænomen, som Albert Einstein forudsagde i 1925. Det kaldes Bose-Einstein-kondensering (BEC) efter ham og hans indiske samarbejdspartner, Satyendra Nath Bose. Han forudsagde, at visse partikler samlet i en gas ved ekstremt lav temperatur og høj tæthed vil stå fuldstændig stille. Dette mål blev opnået i 1995 af to forskergrupper med Carl Wiemann, Eric Cornell og Wolfgang Ketterle i spidsen, og de blev sidenhen tildelt en Nobelpris for bedriften.

Det lykkedes dem at opnå lavere temperaturer ved at følge en simpel strategi: De overførte de laserkølede atomer til en ekstremt velisoleret beholder i form af et magnetfelt. De begyndte så langsomt at fjerne de varmeste atomer, således at de, der blev tilbage, bagefter havde en lavere temperatur. Således blev det første BEC i en gas skabt og dermed atomer ved den koldeste temperatur i universet!

Er atomerne i BEC'et så ved 0 Kelvin? Atomerne i selve BEC'et er faktisk tæt på stilstand, men de er altid omgivet af nogle få atomer, der stadig har en temperatur. Den laveste målte temperatur var 1 nanokelvin (kun 1 milliardtedel af en grad over 0 Kelvin)!

Ved Institut for Fysik og Astronomi produceres der regelmæssigt BEC'er for at undersøge egenskaberne af kvantemekaniske systemer ved disse temperaturer. Du kan læse mere om vores nuværende og tidligere forskning på vores hjemmeside: phys.au.dk/uqgg/

Med venlig hilsen

Jan Arlt, lektor

Læs mere:

Laserkøling: www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1997/

BEC: www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2001/

Temperaturrekord:  news.mit.edu/2003/cooling


Lufttemperatur

Når jeg lukker luft ud fra mit dæk, er luften kold. Hvorfor det?

Spørgsmål fra gh, Århus


Hej gh,

Afkølingen af luften, der strømmer ud af dækket, er en simpel konsekvens af energi-bevarelse: luften skal bruge energi til at skubbe til den luftmasse, der allerede er uden for dækket.

Denne energi kan den udstrømmende luft  kun hente fra sin egen indre energi, som er bestemt af temperaturen. Derfor sænkes temperaturen af den udstrømmende luft.

Venlig hilsen Axel Svane, lektor


Hvorfor er himlen blå?

Luft er gennemsigtig så hvorfor er himlen så blå?

Spørgsmål fra ab, Århus


Det er rigtigt, at når vi ser på ting i dagligdagen, så ser det ikke ud til, at luften ændrer på farven, og dermed virker fuldstændig gennemsigtig. Som eksempel ser farven på Dannebrog jo ikke ud til at ændre sig, om vi ser det meget tæt på eller på flere hundrede meters afstand.

Kigger vi derimod på solen, er der en stor forskel på farven og lysintensiteten afhængig af, hvor på himmelen den står. Er den højt på himlen, synes den intens og gul, hvorimod farven er rødlig og lyset meget svagere, når den befinder sig tæt på horisonten.

Disse fænomener opstår faktisk pga, at luften ikke er helt gennemsigtig.

At lysintensiteten er lavere, når solen er lige over horisonten, skyldes at lyset passerer et meget tykkere lag luft end midt på dagen, inden det når os. Den rødlige farve ved solopgang og solnedgang fremkommer yderligere pga, at dæmpningen af lyset i luften ikke er ens for alle farver. Faktisk viste Lord Rayleigh allerede i 1871, at dæmpningen skulle være omvendt proportional med bølgelængden af lyset i 4. potens. Da blå lys har lavere bølgelængde end rødt, betyder det derfor, at den blå del af spektret fra solen dæmpes betydeligt mere end det røde, og vi ser solen rødere, når den er tæt på horisonten (se figur).

På mikroskopisk plan sker en stor del af dæmpningen ved, at lyset spredes i alle mulige retninger, når det rammer molekylerne og de små partikler, som luften består af. Når vi kigger op på himlen en klar solskinsdag i en retning væk fra solen, er det netop dette spredte lys, vi ser (se figur). Da blåt lys som sagt dæmpes/spredes meget mere effektivt end rødt, ender vi derfor med at se en smuk blå himmel.

Med venlig hilsen

Michael Drewsen, professor


Lyd og vind

Spørgsmål fra J, Aarhus C:

Bærer vinden lyde med sig?

Det opleves ofte som om at det er lettere at høre fx tale og musik fra en koncert i med- end modvind? Er det rigtigt videnskabeligt set? Hvis ja, hvorfor?

Hvorfor høres lyde lettere om aftenen?

Jeg har ofte oplevet at opholde mig et sted i naturen eller i en have en vindstille sommerdag og at lyden – fra fx en vej eller fabrik mange kilometer væk – ikke kan høres i dagtimerne, men lyder meget kraftigt om aftenen og natten - selvom vindforholdene er de samme hele dagen. Kan I forklare det?

­Venlig hilsen J, Aarhus C


De to fænomener du beskriver opstår begge fordi lydbølger bliver afbøjet. Hvis bølgehastigheden er konstant vil alle bølger gå lige ud, men er den ikke konstant vil bølgen bøje af mod den retning hvor hastigheden er lavere. Dette gælder for alle bølger, for lysbølger har de fleste oplevet det for lys der går fra luft til vand eller fra luft til glas, det er bl.a. det princip der får briller til at fungere.

Lydhastigheden i luft stiger langsomt med temperaturen, så hvis man har en såkaldt temperaturinversion hvor luftens temperatur stiger med højden vil lydhastigheden være langsommere ved jordoverfladen og lyd vil blive afbøjet ned mod jorden. Det sker meget sjældent i løbet af dagen, men man kan - som nævnt i spørgsmålet - opleve det i vindstille vejr en sommeraften eller en tidlig morgen ved en sø.

Effekten er lidt anderledes i blæsevejr: lydhastigheden på omkring 340 m/s er langt højere end vindhastigheden, men man skal lægge de to hastigheder sammen for at få lydens hastighed i forhold til jordoverfladen. Husker man så også at vindhastigheden stiger når man går opad (den bremses lige ved jordoverfladen) bliver resultatet at man i medvind får en lydhastighed der vokser med højden - dvs. lyden bøjes ned og kan høres i større afstande  - mens man i modvind har en lydhastighed den aftager med højden - så lyden bøjes opad og væk fra jordoverfladen.

Der findes mange sider på internettet med flere eksempler, især på engelsk. Søg blot under "refraktion" ("refraction" på engelsk) som er den tekniske betegnelse for afbøjning.

Med venlig hilsen lektor Karsten Riisager

 


Kraften til at skubbe en klods

Hej

Jeg har et mekanikspørgsmål, som jeg ikke kan løse:

På et vandret gnidningsfrit bord skubber du til en klods, således at den bevæger sig 1 meter på 1 sekund.

Klodsen starter fra hvile og er påvirket af en luftmodstandskraft på   Fluft = 0,1*v^2,  hvor v er klodsens fart.

Hvordan skal du skubbe (Fskub må være vilkårlig stor), så du bruger mindst mulig energi?

 Jeg har et bud på bedste skubbestrategi (fundet ved at prøve mig frem med forskellige v(t)-grafer)

Men det ville jo være dejligt, hvis man kunne beregne den optimale v(t)-graf. 
Kan man mon det? 

(Har prøvet med variationsregning, men det lykkedes ikke)

Vh

Kristian

 svar

Fskub=0,1 da v=1. Jeg antager at du har glemt noget, da opgaven som den er formuleret ikke er svær. Mvh. Ulrik


Lensflare eller linsespejling i mobilkamera

Hej

 Har her til middag taget vedhæftede billede af solen, og ser bagefter lige under solen en lille rund ”måske” planet.

Er det Uranus, der viser sig her, eller er det en spejling af solen, eller noget helt tredje??

 Hvad hedder fænomenet? Har billedet i bedre opløsning, hvis det ønskes.

 Med venlig hilsen Bjarne

Hej Bjarne

Fænomenet hedder en linsespejling. Det er som du rigtigt gætter en spejling af Solen i kameraets linse. Den slags spejlinger vil normalt optræde i billeder med høj kontrast, og du kan kende dem ved at tegne diagonalerne i det originale ubeskårne billede. Så er det let at se, at pletten befinder sig i den spejlede position i forhold til Solbilledet her.

Det, du ser udenom Solen som en ring med farver er langt mere interessant. Det er en glorie, som skyldes brydning af sollyset i iskrystaller i et tyndt skylag.

mvh Ole


Flydende nitrogen triller på bordet

Hej.
Jeg vil bare høre, hvordan det kan være at når man hælderflydende nitrogen ud over fx et bord eller et gulv, at det så danner nogen små kugler af en art?
Og er disse små kugler farlige?
Mvh Laura

Hej Laura

De små kugler, som man ser dannet, når der hældes flydende nitrogen ud over et bord eller gulvet, er den flydende nitrogen selv. Grunden til, at den flydende nitrogen lægger sig som perler er Leidenfrosteffekten. Denne effekt siger, at hvis temperaturforskellen mellem nitrogen og bordet/gulvet er stor nok, så vil den nederste del af den flydende nitrogen fordampe instantant og lægge sig som en gaspude mellem bordet/gulvet og resten af den flydende nitrogen (perlen). Det er den samme effekt, som når pastavand koger over, og vandet på kogepladen ligger i små perler. Det vigtige ved Leidenfrosteffekten er, at temperaturforskellen er stor nok, da væsken ellers blot vil fordampe stille og roligt. Denne temperatur, som et objekt skal have, for at Leidenfrosteffekten kan opstå, kaldes Leidenfrostpunktet, og dette er ikke er ikke rigtigt studeret til fulde for flydende nitrogen, men for vand er det f.eks. 193 °C, så det er en del mere end kogepunktet.

Til dit spørgsmål, om perlerne af flydende nitrogen er farlige, så vil jeg lægge vægt på, at der er tale om flydende nitrogen, som er -196 °C. Det er derfor vigtigt at vide, hvordan man håndterer flydende nitrogen. Selve Leidenfrosteffekten varer et par sekunder, hvorfor man i den tid potentielt kan røre ved nitrogenperlen uden problemer. Skulle man dog røre ved den flydende nitrogen i længere tid, vil det kunne føre til forfrysninger, da vandet i cellerne vil fryse til is, hvilket kan ødelægge cellevæggene grundet isens øgede volumen.

Så som udgangspunkt, lad være med at røre ved den flydende nitrogen. Det er ikke ufarligt, med mindre man har lært at håntere flydende nitrogen rigtigt.

Har du yderlige spørgsmål eller opfølgninger på mit svar er du velkommen til at kontakte os igen.

Med venlig hilsen/ Kind Regards


Josefine Bjørndal Robl

Koordinator Fysikshow Aarhus


Kinetisk energiproblem

Hvorfor generer en kugle mere energi, hvis hastigheden stiger altså at kuglen flyver hurtigere? hilsen Lucas.

Hej Lucas

Det er ikke kuglen, som genererer mere energi med voksende hastighed (med mindre den har en form for motor ombord). Kuglen er fra starten givet en hastighed på en eller anden måde, ved at tilføre den energi, f.eks. fra en kemisk eksplosion i en kanon. Denne kinetiske energi udregnes som 1/2 x m x v x v, hvor m er kuglens masse og v er dens hastighed.

Hastigheden kan kun øges ved tilførsel af mere energi, for eksempel ved et skub eller ved at kuglen falder i et tyngdefelt, så noget potentiel energi omsættes til kinetisk energi.

Når kuglen så rammer ind i noget, omsættes al kuglens kinetiske energi til en anden form for kinetisk energi, nemlig varme, eller via potentiel energi til et elastisk stød, så kuglen preller af. Jo hurtigere vores kugle flyver (dvs jo mere kinetisk energi, den har fået) des mere energi "fører den med sig", og des mere energi afsætter den i sammenstødet.

Det er forklaringen på "hvordan". I naturvidenskaben evner vi næsten aldrig at svare på "hvorfor", som du spørger om. Vi må - for eksempel i dette tilfælde - blot sige, at sådan er det, fordi vi kan måle, det sker.

mvh Ole


Ikke et fatamorgana men i familien

Emne: Hvordan opstår dette fænomen?

 Dette billede er taget en tidlig morgen fra min altan i Cap d’Ail i Frankrig. I horisonten ses tydeligt nogle bjerge, som i den retning kun kan være Korsika. 
Udfordringen er at der er over 200 km til Korsika i fugleflugtslinje og afstanden til horisonten er 60 km. 
Til dagligt er der ikke noget at se. Dette fænomen har jeg iagttaget et par gange før. Har I et bud på det?

Jeg kan supplere med at min lejlighed ligger 200 m over havet, og iflg Pythagoras er der 60 km til horisonten. Bjergmotivet er mindst 200 km borte. Hvordan kan jeg se det, og hvorfor så sjældent som 2 gange på 13 år? OK, jeg bor her ikke fast, men det forekommer sjældent.
Mvh
Niels

Hej Niels.

Du oplever det fænomen, som hedder Looming på engelsk - jeg tror ikke, der findes et dansk navn for det. Vi skal over i Fata Morgana branchen, men så alligevel ikke helt, for i dette tilfælde er der ikke tale om en spejling, men om en brydning; en refraktion, hvor lysstråler, som har deres oprindelse under horisonten brydes, så de alligevel kan ses. Det er en ganske normal effekt, ihvertfald i astronomien: Når vi fra havoverfladen ser Solen gå ned, står den “sande sol” faktisk en halv grad under horisonten. Billedet af Solen “løftes” fordi luften bryder lyset ligesom en linse af glas. Hvis forskellene i luftlagenes temperatur er passende, øges effekten, og så kan du se Corsicas profil selvom de ikke “burde”. At det kun sker sjældent, skyldes at atmosfæreforholdene ikke opstår så tit. Luften skal jo også være ekceptionelt ren og klar. mvh Ole


Noget om nordlys

Jeg arbejder på et par artikler om henholdsvis himmelfænomener og nordlys til Ritzau. Jeg håber, at enten du eller en af dine kolleger er den rette til at besvare mine spørgsmål til artiklerne? Det drejer sig umiddelbart om:

-          Hvad præcis er nordlys? Altså hvad skal der til, for at det opstår – og for at vi kan se det?

-          Hvor i verden er der bedst betingelser for at man kan se nordlys (og hvornår)? Jeg tænker særligt på destinationer i umiddelbar nærhed af Danmark

-          Hvad skal der til for, at vi kan se nordlys i Danmark? Hvad skal man holde øje med, hvis man har en drøm om at se det? Har I nogle opgørelser over, hvor ofte det rent faktisk sker?

-          Hvilke himmelfænomener kan man holde øje med hen over efterår og vinter? Jeg tænker eksempelvis på meteorsværme, særligt synlige planeter, og hvad der ellers kan opleves af den almindelige dansker

 På forhånd tak for hjælpen

Bedste hilsner

Anna

Kære Anna

Det skal være mig en fornøjelse!

Nordlys er lys fra ilt- og kvælstofmolekyler i atmosfæren fra cirka 150 - 450 km højde over jordoverfladen. Molekylerne lyser op, når de bliver ramt af elektroner med stor fart - nøjagtig det samme, som sker i et lysstof- eller neonrør. Elektronerne er udsendt fra Solen 3-5 dage tidligere end vi ser nordlyset, og de accelereres op og afbøjes i Jordens magnetfelt, så de med stor fart rammer ned i atmosfæren i en ring omkring Jordens magnetiske Nordpol.

De bedste steder at se nordlys er Nordnorge og Finland på breddegrad med Tromsø (hvor der er et nordlysobservatorium), Island, Midtgrønland, Nordcanada, Alaska og det nordlige Sibirien.

Det bedste tider at se nordlys på er forår og efterår (ikke sommer pga. de lyse nætter). Der er flere rejsebureauer, som arrangerer nordlysrejser til nogle af disse destinationer, og som giver nordlysgaranti!

I Danmark er chancerne bedre des længere nordpå man kommer.

En gang imellem, på endnu uforudsigelige tidspunkter, sker der udbrud på Solen - Coronal Mass Ejections, CME - og hvis de sker ud i retning af os på Jorden, kan vi forvente kraftige nordlys nogle få dage senere, og hvis udbruddene er rigtigt kraftige, ser vi også flotte himmelgardiner over Danmark (hvis ellers skyerne kan holde sig væk). De “almindelige” nordlys nordpå er normalt grønlige eller hvide. Når de ses hos os er der ofte mange andre farver at se. I gennemsnit over et årti eller længere er der nordlys over Danmark cirka 25 gange årligt (men skyerne!).

Man kan finde mange apps og hjemmesider, som varsler om muligheden for nordlys. Jeg bruger dagligt spaceweather.com og appen AuroraForecast. Spaceweather giver mulighed for mod betaling at abonnere på en SMS-varsling. Og det er altså varsler om muligheden! Der kan sagtens komme en pludselig uvarslet opblussen, eller et varslet udbrud kan fuse ud, uden at vi ser noget til det.

Og så det “almindelige”: Der er altid meteorer; 6-8 stk i timen en klar og mørk nat væk fra lysforureningen, der er ildkugler (=kraftige stjerneskud) i gennemsnit hver 10. nat, og dem kan man finde observationer af på det danske ildkuglevarslingsnet, der er flere meteorsværme, hvor Leoniderne omkring 16. november nok er de flotteste. Jupiter og Saturn står lavt i sydlig retning efter solnedgang for tiden, Venus kommer op som smuk aftenstjerne sidst i januar 2020, hver eneste aften og morgen er der satellitter at se, og så er nattehimlen altid forskellig og alligevel altid ens.

mvh Ole


Stråler fra stjernerne

Spørgsmål om strålekrans på fotografier, via Information

 

Spørgsmålet lyder: "Så går vi ind i julemåneden, og legenden siger at Betlehemsstjernen lyste ned på den velkendte stald. Eller der så ud som om. Så hyrderne har måske set hvad vi ofte ser på fotografier af en stjerne: en strålekrans. Så spørgsmålet er: Hvorfor kan man på fotografier ofte se en strålekrans-stjerne omkring lyskilder (f.eks. stjerner og gadelygter), på trods af at lyset må antages at udbrede sig ensartet i alle retninger? http://www.wvi.com/~rberry/astronomy/qsipictures/qsipictures.htm 

Det første foto til venstre. Mit første gæt var at det har noget at gøre med brydningen i fotoapparatets optik, ud fra den betragtning at det kvarts som udgør størstedelen af glasset i linserne, krystalliserer hexagonalt. Da glasset er amorft skulle kvartsens krystalform vel ikke betyde noget, men man kan jo aldrig vide. Men nogle stjerner har 4 stråler mens andre har 6. https://scienceblogs.com/seed/2010/01/10/high-in-the-sky http://chandra.harvard.edu/photo/2000/0065/ og så synes jeg ikke den teori kan holde. Kan det have noget med blænden i fotoapparatet at gøre? Kan det være beslægtet med den diasterisme der kan observeres i rosenkvarts? Næppe for dette fænomen skyldes inklusioner, og optisk glas er vel rent http://www.nordskip.com/rose.html Jeg har selvfølgelig Googlet spørgsmålet på engelsk, men ikke fundet et svar."

Svar 

Når stjerner ikke ser ud som de enorme gaskugler, som de faktisk er, har det flere forskellige årsager. Det har typisk at gøre med de instrumenter, som bruges til at afbilde stjernen. Alle himlens stjerner, på nær Solen er så langt væk, at de ser mindre ud end opløsningsevnen i vore instrumenter. Kun med den særlige teknik, som kaldes interferometri, kan man se detaljer på overfladen af nogle af de nærmeste stjerner. Alle de andre er punkter at se til.

Et lyspunkt, som skinner igennem atmosfæren bliver påvirket af lufturoen - det, man for eksempel ser når man en sommerdag kigger hen over en varm asfalt, og ser, at ting i det fjerne flimrer. Lyspunktet vil afbildes på CCD-detektoren eller gamle dages film som en udtværet plet: jo længere eksponeringstid, des mere udtværet, og det kan være årsagen til den strålekrans, som somme tider ses på billeder af stjernerne. Snavs på teleskopets spejle eller linser kan også sprede lyset, og forårsage en strålekrans, og lys, som passerer igennem glas vil også være påvirket af eventuelle urenheder og bobler i glasset, men det søger man naturligvis at undgå ved at bruge glas af optisk høj kvalitet.

Selv under perfekte observationsforhold, med meget lille eller ingen lufturo (ved satellitteleskoper) udtværes billedet af et lyspunkt dog. Det skyldes diffraktion, som er en følge af lysets bølgenatur og af, at vi observerer stjernerne med teleskoper, som har en begrænset diameter. Stjernen afbildes som en kraftigst lysende central rund plet omgivet af lysende ringe, som bliver svagere med afstanden fra centrum.

Brydningseffekter, som spørgeren nævner, forekommer også. I linseteleskoper er der farvespredning, som deler stjernelyset op i farver, så et billede af en stjerne for eksempel vil være rødt yderst og mere blåt ind imod centrum. Stjerner, som ikke befinder sig lige i centrum af billedfeltet vil vise en skæv farvefordeling. I spejlteleskoper er der lignende brydningseffekter, som tværer billedet af stjernen ud. Der kan i nogle hulspejle forekomme sfærisk aberration og i andre coma, som får stjernerne i kanten af billedet til at ligne små kometer. Brydning af lyset i atmosfæren forekommer også; stærkere, des længere ned imod horisonten stjernen står.

De stråler, som man ofte ser ud fra det centrale stærktlysende billede af stjernen skyldes i nogle tilfælde også diffraktion. Hvis der er tale om et spejlteleskop med for eksempel fire stivere til at fastholde sekundærspejlet i teleskoprøret, vil stjernerne have fire af disse "spikes". Andre "spikes" forekommer ved klare stjerner, som afbildes med CCDdetektorer. På grund af mætning i de enkelte pixels kan der forekomme "bleed", som giver stjernerne "spikes" i to modsatte retninger, og der kan også "sive" lys over i naborækkerne af pixler, så der dannes en svag strålekrans om stjernen.

Ser vi på stjernerne med det blotte øje, har de også for nogle mennesker stråler ud fra et centrum. Det skyldes urenheder i hornhinden og i øjets glaslegeme, samt den brydningsfejl, som kaldes astigmatisme.

Måske har mange af de kunstnere, som har afbildet stjerner for eksempel på oldægyptiske kistelåg eller babyloniske seglcylindre også haft astigmatisme alle sammen, for stjerner som symboler har meget hyppigt stråler.  Eller også er det, med en parafrase på Storm-P fordi man ellers ikke ville kunne se, at det var stjerner! OJK


Tryk temperatur og et stempel imellem

hej spørg om fysik og astronomi

Jeg har et simpelt spørgsmål vedrørende temperatur og tryk i en givet vandmængde ved et givet volumen.

Den generelle antagelse er at vand ikke kan komprimeres i udbredt grad.

Hvis vi tænker os en cylinder hvor der er et stempel og på bække sider af stemplet er to lige store kamre.

Det ene kammer er fyldt med vand ved en temperatur eks. 20 grader og atmosfærisk tryk.

I kammer to er der atmosfærisk luft ved samme tryk og temperatur som i vandet.

Vi begynder at varme vandet op i kammer 1 samtidig øger vi tryk i kammer 2 hvor der er atmosfærisk luft, så trykket i de to kamre er ens i hele processen.

A. vil stemplet og derved volumen i de to kamre forblive ens.

B. hvad sker der med tryk og temperatur, stiger det momentalt og beholderen giver efter.

C. eller stier trykket på bække sider og volumen i vandet udvider sig grundet vands manglende evne til at blive komprimeret.

Med venlig hilsen.

Flemming.

Hej Flemming

Stivheden af vand er høj (bulk modulus på ca 2,2 GPa), men vand er ikke inkompressibelt. Til sammenligning har hydraulikolie en bulk modulus på 1,8 GPa.

A)      Hvis trykket i de to kamre er ens, og arealet af stemplet er ens på begge sider, vil der være kraftligevægt på stemplet, og det vil ikke flytte sig. Volumet i de to kamre vil derfor kun ændre sig som følge af kammerets temperatur-udvidelse og udvidelsen fra det høje tryk. Da trykket og temperaturen er ens i de to kamre, vil disse udvidelser ikke ændre på kraftligevægten på stemplet.

B)       Så længe at der er styr på trykket i et af kamrene (f.eks. med en overtryksventil eller stop for tilførsel af luft), vil processen være under kontrol. (jeg læser spørgsmål B som ”er der fare for en selvforstærkende, ukontrollerbar stigning af tryk og temperatur”)

C)      Trykket i vandet vil stigere mere per grads opvarmning end luften vil, men da trykket øges i luftkammeret i samme takt, vil volumen i de to kamre forblive ens. (der vil bare være flere normal-kubikmeter luft på luftsiden, end der vil være normal-kubikmeter vand på vandsiden)

En normal-kubikmeter, er en kubikmeter ved 1 atm tryk og 0°C.

 Jeg håber det er svar på spørgsmålet?

Med venlig hilsen

Kim Løkkegaard Krogh
Lektor, civilingeniør