Ce poți găti din calmar: rapid și gustos
Denis Zelenov a ajutat la conducerea acestuia. 10 ani.
Vara, Denis a înotat pe Canalul Volga-Don. Am urmărit navele mari în timp ce mergeau de-a lungul canalului, urcând și coborând în camera ecluzei. Și m-am gândit: ce le permite nu numai să plutească pe apă, ci și să transporte încărcături grele?
De ce pot navele să meargă pe apă?
Există mai multe motive.
1. Densitatea
Experiența 1
Știm cu toții că dacă arunci o scândură de lemn în apă, aceasta se va întinde pe suprafața ei, dar o foaie de metal de aceeași dimensiune începe imediat să se scufunde.
De ce se întâmplă asta? Acest lucru este determinat nu de greutatea obiectului, ci de densitatea acestuia. Densitatea este masa unei substanțe conținută într-un anumit volum.
Experiența 2
Am luat cuburi de aceeași dimensiune 70x40x50 mm din diferite materiale - metal, lemn, piatră și spumă și le-am cântărit. Și au văzut că cuburile au greutăți diferite și, prin urmare, densități diferite.
Greutatea cubului de la:
- piatră – 264 g.,
- spumă de polistiren - 3 g.,
- metal - 1020 gr.,
- lemn – 70 gr.
Din aceasta au ajuns la concluzia că printre cuburi, cel mai dens material este metalul, apoi piatra, lemnul și spuma.
Experiența 3
Ce se întâmplă dacă aceste cuburi sunt puse în apă? După cum se poate observa din experiență, piatra și metalul s-au scufundat - densitatea lor este mai mare decât densitatea apei, dar spuma și lemnul nu - densitatea lor este mai mică decât densitatea apei. Aceasta înseamnă că orice obiect va pluti dacă densitatea lui este mai mică decât densitatea apei.
Prin urmare, pentru ca o navă să plutească pe apă, trebuie făcută astfel încât densitatea sa să fie mai mică decât densitatea apei. Să presupunem că îl facem dintr-un material care are o densitate mai mică decât densitatea apei și nu se scufundă - de exemplu, din lemn. Din istorie știm că oamenii au făcut mai întâi plute și apoi bărci din lemn, folosind proprietatea lemnului - flotabilitatea.
Astăzi vedem multe nave din metal, dar nu se scufundă. Motivul este că corpul lor este plin de aer. Aerul este o substanță mult mai puțin densă decât apa. Nava dezvoltă, parcă, o densitate totală, totală de aer și metal. Ca urmare, densitatea medie a navei, împreună cu volumul imens de aer din carena sa, devine mai mică decât densitatea apei. De aceea o navă grea nu se scufundă. Să confirmăm acest lucru cu experiența.
Experiența 4
Să coborâm o foaie plată de metal în apă - se scufundă imediat, dar orice navă cu părți laterale rămâne pe linia de plutire - se formează o rezervă de flotabilitate. Puteți chiar pune o încărcătură acolo.
Echipamentele de salvare funcționează și ele: o vestă sau un cerc purtat de o persoană. Cu ajutorul lor, este posibil să rămâneți pe linia de plutire până la sosirea salvatorilor.
2. Forța de flotabilitate
În plus, o forță de plutire acționează asupra unui corp scufundat în apă. În figură vedem că forțele de presiune acționează asupra corpului din toate părțile:
Forțele care acționează în direcția orizontală, adică la bordul navei, compensați reciproc. Presiunea pe suprafața inferioară - pe partea inferioară - depășește presiunea de sus. Ca rezultat, apare o forță de plutire în sus.
Acest lucru se vede clar din experiența următoare.
Experiența 5
O minge cu aer înăuntru, scufundată în apă, zboară din ea cu forță.
Aceasta acționează asupra mingii ca o forță de plutire (forța lui Arhimede). Este ceea ce menține nava pe linia de plutire și îi permite navei să plutească.
1-Forțe de întreținere; 2-Presiunea apei la bordul navei
De ce depinde acțiunea forței de plutire?
Primul- aceasta depinde de volumul navei și al doilea - de densitatea apei în care plutește nava. Această forță este mai mare, cu atât volumul corpului scufundat este mai mare. Să verificăm asta cu experiență.
Experiența 6
Punem o greutate mică pe o scândură plutitoare și se scufundă. Dar volumul unei bărci gonflabile este mult mai mare și poate susține chiar mai multe persoane.
Doilea— forța de plutire se modifică odată cu creșterea densității apei. Densitatea apei poate fi crescută prin sărarea ei foarte, foarte mult.
Să demonstrăm acest lucru cu următorul experiment.
O echipă de cercetători ruso-americani a prezentat o dezvoltare revoluționară: aluminiu ultra-ușor care nu se scufundă în apă.
Chimiștii de la Universitatea Federală de Sud a Rusiei și de la Universitatea din Utah (SUA) au dezvoltat o nouă formă cristalină ultra-uşoară de aluminiu. Nu se scufundă în apă și poate fi folosit în diverse domenii ale economiei și industriei. O abordare inovatoare folosind tehnologia computerizată a fost utilizată pentru a crea un material nou. Studiul este raportat de Science Daily.
Profesorul Alexander Boldyrev de la Universitatea din Utah, împreună cu colegii de la Universitatea Federală de Sud, au restructurat aluminiul obișnuit la nivel molecular. Pentru a face acest lucru, experții au folosit modelarea computerizată și au „asamblat” o nouă rețea cristalină.
Boldyrev explică: echipa sa a lucrat cu rețeaua cristalină a diamantului. Luând structura sa ca bază, oameni de știință a înlocuit fiecare atom de carbon tetraedru de aluminiu.
Rezultatul a fost o nouă formă metastabilă a celui mai ușor aluminiu. Densitatea sa – 0,61 grame pe centimetru cub
(pentru comparație: aluminiul obișnuit are o densitate de 2,71 grame pe centimetru cub).
Aceasta înseamnă că aluminiul cu o nouă formă cristalină va pluti la suprafata apei
, a cărei densitate este de un gram pe centimetru cub.
Această proprietate deschide perspective enorme pentru utilizarea unui nou metal - un paramagnetic relativ ieftin și ușor de produs, rezistent la coroziune. Construcțiile spațiale, medicina, electronicele și producția de automobile sunt doar câteva dintre domeniile în care aluminiul ultra-ușor își va găsi aplicație, sunt încrezători autorii lucrării. Adevărat, mai trebuie să testeze noul material în diferite condiții, în primul rând, pentru a-i testa rezistența.
Cuvântul „metal” este adesea asociat cu greutatea. Acest lucru este departe de a fi adevărat. Toate metalele au proprietăți foarte diferite. Unele dintre ele sunt atât de ușoare încât nici măcar nu se scufundă în apă. Care metal este cel mai usor? Care sunt proprietățile sale? Să aflăm.
Cele mai usoare metale din lume
Metalele care au o densitate scăzută se numesc lumină. Acest lucru nu este deloc o întâmplare rară. Substanțele cu astfel de caracteristici reprezintă aproximativ 20% din masa scoarței terestre. Sunt exploatate activ și utilizate pe scară largă în industrie.
Cel mai ușor metal este litiul. Pe lângă cea mai mică masă atomică, are și cea mai mică densitate, care este de două ori mai mică decât cea a apei. După litiu vin potasiu, sodiu, aluminiu, rubidiu, cesiu, stronțiu etc. Acestea includ titanul, care are cea mai mare rezistență dintre metale.
Aluminiul este, de asemenea, ușor și durabil. Este al treilea cel mai frecvent în scoarța terestră. Până când oamenii au învățat să-l obțină industrial, metalul era mai scump decât aurul. În zilele noastre, un kilogram de aluminiu poate fi cumpărat cu aproximativ 2 dolari. Este folosit atât în tehnologia rachetelor, cât și în industria militară, cât și pentru fabricarea foliilor alimentare și a articolelor de bucătărie.
Litiu
Litiul se află în primul grup al tabelului periodic al elementelor. Este numărul 3, după hidrogen și heliu și are cea mai mică masă atomică dintre toate metalele. O substanță simplă - litiu, în condiții normale are o culoare alb-argintiu.
Este cel mai ușor metal alcalin, cu o densitate de 0,534 g/cm³. Din această cauză, plutește nu numai în apă, ci și în kerosen. Pentru depozitarea acestuia se folosesc de obicei parafina, benzina, uleiurile minerale sau eterul de petrol. Litiul este foarte moale și ductil, ușor de tăiat cu un cuțit. Pentru a topi acest metal, acesta trebuie încălzit la o temperatură de 180,54 °C. Va fierbe doar la 1340 °C.
Există doar doi izotopi stabili ai metalului în natură: Litiu-6 și Litiu-7. Pe lângă ei, există 7 izotopi artificiali și 2 izomeri nucleari. Litiul este un produs intermediar în reacția de transformare a hidrogenului în heliu, participând astfel la procesul de formare a energiei stelare.
Reacții cu litiu
Având în vedere natura sa alcalină, se poate presupune că este foarte activ. Cu toate acestea, metalul este cel mai calm reprezentant al grupului său. La temperatura normală a camerei, litiul reacționează slab cu oxigenul și multe alte substanțe. Își arată „temperamentul violent” după încălzire, apoi reacționează cu acizi, diverse gaze și baze.
Spre deosebire de alte metale alcaline, reacționează ușor cu apa, formând hidroxid și hidrogen. Practic nu există nicio reacție cu aerul uscat. Dar dacă este umed, atunci litiul reacționează încet cu gazele sale, formând nitrură, carbonat și hidroxid.
La anumite temperaturi, cel mai ușor metal este activ cu amoniac, alcool etilic, halogeni, hidrogen, carbon, siliciu și sulf.
Aliaje de litiu
Proprietățile litiului sporesc anumite calități ale metalelor, motiv pentru care este adesea folosit în aliaje. Reacția sa cu oxizi, hidrogen și sulfuri este utilă. Când este încălzit, formează cu ei compuși insolubili, care sunt ușor de extras din metalele topite, purificându-le de aceste substanțe.
Pentru a oferi aliajului rezistență la coroziune și ductilitate, acesta este amestecat cu magneziu și aluminiu. Cuprul aliat cu acesta devine mai dens și mai puțin poros și conduce mai bine electricitatea. Cel mai ușor metal crește duritatea și ductilitatea plumbului. În același timp, crește punctul de topire al multor substanțe.
Datorită litiului, metalul devine durabil și rezistent la deteriorare. În același timp, nu îi îngreunează. De aceea, aliajele bazate pe acesta sunt folosite în inginerie spațială și aviație. Sunt utilizate în principal amestecuri cu cadmiu, cupru, scandiu și magneziu.
Găsirea în natură și sens
Cel mai ușor metal are aproximativ 30 de minerale proprii, dar doar 5 dintre ele sunt folosite în industrie: pentalit, ambligonit, lepidolit, zinnwaldite și spodumen. În plus, se află în lacuri sărate. În total, scoarța terestră conține 0,005% din acest metal.
Rezerve industriale mari de litiu se găsesc pe toate continentele. Este extras în Brazilia, Australia, Africa de Sud, Canada, SUA și alte țări. După care este folosit în electronică, metalurgie, materiale laser, energie nucleară și chiar medicină.
În corpul nostru se găsește în ficat, sânge, plămâni, oase și alte organe. Lipsa de litiu duce la tulburări în funcționarea sistemului nervos și a creierului. Crește rezistența organismului la boli și activează activitatea enzimelor. Este folosit pentru a lupta împotriva bolii Alzheimer, a tulburărilor mintale, a sclerozei și a diferitelor dependențe.
Toxicitate
În ciuda rolului biologic important al litiului în corpul nostru, acesta poate fi periculos. Cel mai ușor metal este destul de toxic și poate provoca otrăvire. Când este ars, provoacă iritarea și umflarea mucoaselor. Dacă o bucată de metal întreagă ajunge pe ele, se va întâmpla același lucru.
Litiul nu trebuie manipulat fără mănuși. Interacționând cu umiditatea din aer sau umezeala de pe piele, provoacă cu ușurință arsuri. Trebuie să fii și mai atent cu metalul topit, deoarece activitatea acestuia crește semnificativ. Când lucrați cu el, trebuie să vă amintiți că este un alcalin. Puteți reduce efectul său asupra pielii cu oțet obișnuit.
În organism, litiul crește stabilitatea sistemului imunitar și îmbunătățește funcționarea sistemului nervos. Dar excesul său este însoțit de amețeli, somnolență și pierderea poftei de mâncare. Otrăvirea cu metale duce la scăderea libidoului, slăbiciune musculară și creștere în greutate. În acest caz, vederea și memoria se pot deteriora și poate apărea comă. Când lucrați cu litiu, trebuie să purtați întotdeauna mănuși, un costum de protecție și ochelari de protecție.
) împreună cu specialiști de la Școala Politehnică de Inginerie de la Universitatea din New York au creat un nou compozit metalic care este atât de ușor încât poate pluti pe apă și nu se scufundă.
Compozitul cu matrice din aliaj de magneziu este o așa-numită spumă sintactică, un tip de material compozit creat prin umplerea unei matrice de metal, polimer sau ceramică cu particule goale. În acest caz, matricea aliajului de magneziu este umplută cu particule goale de carbură de siliciu dezvoltate de DST. Adică este un fel de spumă metalică.
Oamenii de știință susțin că rezultatul este cea mai ușoară spumă sintactică din lume cu o matrice metalică. Structura „spumă” permite materialului să aibă o densitate de 0,92 grame pe centimetru cub, mai mică decât densitatea apei, astfel încât materialul poate pluti pe suprafața lichidului și nu se scufundă.
Bilele extrem de durabile din carbură de siliciu pot rezista la presiuni de peste 1.757,6 kilograme pe centimetru pătrat. Astfel de sfere pot oferi, de asemenea, rezistență la impact, acționând ca absorbanți de energie.
Modificarea numărului de sfere care sunt adăugate la matrice permite compozitului să dobândească alte câteva proprietăți care pot fi reglate în funcție de scopul aplicației.
În viitor, un astfel de material ar putea fi folosit pentru a construi nave maritime care vor rămâne pe linia de plutire chiar și după ce carena va fi deteriorată. În plus, materialul a fost suficient de dens pentru ca un vas fabricat din el să poată rezista la condițiile dure de mare.
Materialul se mândrește, de asemenea, cu rezistența la căldură, făcându-l o alternativă viabilă la compozitele cu matrice polimerică ușoară, care au fost în centrul multor cercetări în ultimii ani și utilizate pentru a face componente marine și auto (în loc de componente mai grele pe bază de metal).
„Această nouă dezvoltare a materialelor compozite este un material foarte ușor, care ne va permite să revenim la fabricarea componentelor din metal”, a spus Nikhil Gupta, profesor de inginerie mecanică și aerospațială, coautor al studiului „Abilitatea metalelor de a rezista temperaturile mai ridicate pot deveni un avantaj imens dacă componentele sunt fabricate pentru un motor sau vor intra în contact cu gazele de eșapament.”
Unele utilizări potențiale ale materialului includ nu numai căptușeala fundului unei nave, ci și, potrivit creatorilor, va fi utilă pentru crearea de piese auto, vehicule plutitoare și armuri pentru vehicule militare. Acest ultim exemplu explică de ce DST se dezvoltă cu sprijinul Laboratorului de Cercetare al Armatei SUA.
Potrivit dezvoltatorilor, prototipurile de dispozitive realizate din noul material vor fi testate în următorii trei ani.
Detaliile sunt într-un articol științific publicat în Journal of Impact Engineering.