En juillet 2012, le quart de six mois à l'ISS de l'astronaute Donald Pettit a pris fin. En orbite pendant son temps libre, Don a enregistré des vidéos scientifiques populaires avec des expériences en gravité zéro appelées
Science off the Sphere . Les expériences étaient très inhabituelles et magnifiques, je me souviens avec quel plaisir je les ai regardées il y a cinq ans. Peut-être à cause de la date anniversaire, en les rappelant à nouveau, j'ai été surpris de constater le peu de vues sur YouTube collectées par ces vidéos. Eh bien, alors pour plus de lecteurs, ce sera une nouveauté, et les rappeler sera utile.
Les publicités sont sorties comme une émission scientifique populaire, avec un intervalle d'une semaine ou deux, et à la fin de chaque publicité, Don a posé une question thématique au public.
Les réponses sont sous les spoilers pour que vous puissiez penser calmement (il y a des questions très difficiles). Le discours dans les publicités, bien sûr, est en anglais, mais vous pouvez lire la traduction automatique des sous-titres, et j'ai précédé la vidéo avec des commentaires / explications.
Épisode un Expérience sur les aiguilles à tricoter
Sur l'ISS, vous pouvez emporter une petite quantité d'articles personnels et les aiguilles à tricoter sont probablement allées dans l'espace pour la première fois. Mais pas pour le tricot, mais pour des expériences avec l'électrostatique. Si vous frottez le rayon, il acquiert une charge électrique. Et une goutte d'eau ayant une charge opposée y sera attirée, volant en rond. La force de gravité obéit à la loi des carrés inverses, et la goutte se déplacera comme un petit satellite (les forces gravitationnelles obéissent également à cette loi). À une exception près, la source de gravité dans la nature peut être représentée comme un point matériel (les étoiles, les planètes et autres objets lourds ont une forme sphérique), mais ici le champ de force s'est avéré être cylindrique, et la goutte ne se déplace pas dans le plan de l'orbite, mais dans une région en trois dimensions. Le mouvement de la gouttelette peut également être comparé au comportement des particules chargées du vent solaire pénétrant dans le champ magnétique terrestre.
Question: À la fin de la vidéo, Dr. Pettit place une aiguille en nylon près de la seringue, qui injecte de l'eau près de l'aiguille en téflon. Pourquoi Don a-t-il besoin d'un rayon en nylon et pourquoi le deuxième rayon devrait-il être en téflon?
La réponseLe téflon capte les électrons des matériaux avec lesquels il est frotté, acquérant une charge négative. Le nylon, au contraire, abandonne les électrons lorsqu'il est frotté et acquiert une charge positive. Des gouttes d'eau volant près d'une aiguille en nylon en acquièrent une petite charge positive. Différentes charges sont attirées et les gouttes d'eau commencent à tendre vers un rayon chargé négativement.
Épisode deux. Bistronautes
Ce n'est pas mentionné dans la vidéo, mais le même Don Pettit a inventé le gobelet à boire en apesanteur en 2008 dans son précédent vol. Habituellement, les astronautes et les astronautes boivent dans des sacs en plastique avec des tubules. Ils peuvent produire des boissons en poudre, préparer du thé ou du café. Mais si nous fabriquons une tasse spéciale avec un angle d'un côté, l'effet capillaire fera monter le liquide à cet endroit. Et de la tasse, vous pouvez siroter le liquide. Dans la vidéo, les astronautes et les astronautes tintent leurs lunettes pour la première fois en gravité zéro. La conception de Pettit est assez simple, puis ils ont développé de belles
tasses bouclées , mais elles utilisent le même effet. Le même effet capillaire est utilisé dans la science des fusées «sérieuses» - des angles similaires maintiennent le carburant liquide près du col des réservoirs de sorte qu'au démarrage, aucune bulle de gaz de suralimentation ne pénètre dans les moteurs. Plus tard, lorsque le moteur commencera à gagner en traction, le carburant liquide sera plus faible sous son propre poids.
Question: Pourquoi ne pouvez-vous pas utiliser une tasse ordinaire en apesanteur?
La réponseEn raison des forces de mouillage, l'eau aura tendance à se répandre sur les murs. Et une petite perturbation, comme siroter, peut arracher l'eau de la surface. Si les forces de tension superficielle ne peuvent retenir l'eau, elles se disperseront partout. Dans le cercle spatial, le liquide reste au niveau des murs et les forces capillaires ne permettent pas à l'eau de s'en détacher lorsque vous buvez.
Épisode 3. Physique des couches minces
Sur Terre, vous ne pouvez obtenir un film d'eau que si vous réduisez sérieusement sa tension superficielle. Cette expérience est souvent réalisée à leur insu par des enfants jouant avec des bulles de savon. Lorsqu'il y a de la gravité, il est impossible d'obtenir un film à partir d'eau distillée, mais en apesanteur, des effets étonnants apparaissent - des gouttes d'eau projetées par une seringue peuvent pénétrer dans le film, se refléter ou même voler à travers. Et si nous prenons un fer à souder et créons un gradient de température, alors
l'effet Marangoni apparaîtra dans le film - le mouvement de la substance en raison de la différence de tension de surface. Dans ce cas, vous pouvez obtenir le mouvement dans la direction opposée. Si le film d'eau est convexe, c'est-à-dire plus épais au centre, alors la convection sera latérale, et si le film est concave, c'est-à-dire plus fin au centre qu'aux bords, alors la convection sera dirigée vers le centre.
Question: Pourquoi la forme du film d'eau détermine-t-elle la direction de l'effet Marangoni?
La réponseLe chauffage réduit la tension superficielle et l'eau commence à s'éloigner de la source de chaleur. Mais dans quelle direction ira-t-elle? L'eau se réchauffe plus rapidement là où sa couche est plus mince, elle a donc tendance à suivre un chemin plus fin. Dans le cas d'un film convexe, ce sont les bords, dans le cas d'un film concave, le centre.
Épisode 4. Tourbillons et lentilles
Expériences continues avec des films minces. Les forces de viscosité y sont relativement faibles, donc, si vous tordez un tel film, après l'avoir teinté, vous verrez qu'il peut tourner pendant des minutes. Une goutte de colorant, tombée sur le film, forme une figure en forme de champignon, qui est en fait une coupe longitudinale de l'anneau vortex. Le même effet peut être obtenu si vous soufflez à travers le tube sur le film. Et enfin, le film d'eau fonctionne comme une lentille - convexe se collectera (positif) et concave se diffusera (négatif). Le film plat ne fera ni zoom avant ni arrière.
Question: Comment la viscosité affecte-t-elle un vortex?
La réponsePlus la viscosité est élevée, plus le vortex est petit, car plus la viscosité est élevée, plus l'attraction des molécules est grande, par conséquent, par exemple, les tourbillons dans le miel seront inférieurs à ceux dans l'eau.
Épisode 5. Divertissement avec des bulles
En raison des forces de tension superficielle en gravité zéro, il est possible de faire une bulle d'air à l'intérieur d'une bulle d'eau, et avec un certain succès pendant un certain temps - une bulle d'air à l'intérieur d'une bulle d'eau volant à l'intérieur d'une bulle d'air à l'intérieur d'une bulle d'eau. Et tout cela tourne également.
Question: Pourquoi, lorsque la plus grosse bulle tourne, les bulles à l'intérieur sont alignées au centre?
La réponseSans gravité, seule la force centrifuge peut agir sur les bulles. L'eau est plus dense que l'air, elle est donc éjectée vers la périphérie (mais l'eau a une liaison plus forte entre les molécules, donc elle ne se diffuse pas), et l'air s'accumule au centre, car le reste de l'espace est occupé par l'eau.
Épisode 6. Terre infrarouge
La station possède une caméra qui tire dans le proche infrarouge. La présence d'un appareil photo similaire qui tire dans la plage visible vous permet de regarder à tour de rôle le même terrain dans différentes plages. La gamme IR rend la végétation très visible, ce qui permet non seulement de prendre de belles photos, mais aussi d'utiliser les données obtenues en science et en économie nationale.
Question: Pourquoi les plantes infrarouges sont-elles rouges et les villes grises?
La réponseLes plantes réfléchissent la lumière infrarouge. Les photos ont été prises du côté du jour, de sorte que les plantes reflètent les infrarouges et les villes en béton absorbent. Côté nuit, ce sera l'inverse, car les villes émettront de la chaleur accumulée.
Épisode 7. Ondes sonores dans l'espace
Dans cette vidéo, Don a trouvé les anciens haut-parleurs, fait couler de l'eau dessus, a commencé à appliquer des tons clairs dans la région de 20 à 40 Hertz et à regarder ce qui s'est passé. Cela s'est avéré très beau, et sur terre, la gravité ne permettra pas de voir cela.
Question: Pourquoi utilise-t-on des basses fréquences?
La réponseNous pensons que c'est parce que les basses fréquences permettent aux ondes stationnaires de se former. Une onde stationnaire est formée lorsque deux ondes se déplaçant dans la direction opposée se croisent, créant une interférence qui amplifie et diminue l'amplitude. Cela est plus probable aux basses fréquences.