Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2013 № 03

В заключение можно добавить, что Дэвид Ху, математик по образованию, большую часть времени посвящает изучению способов передвижения животных и насекомых. Так, мы уже писали о том, как он в сотрудничестве с другими учеными исследовал движение змей.

Кроме того, он создал робота-водомерку и объяснил, как муравьи переправляются через реки, строя плоты из собственных тел, крепко сцепляясь друг с другом.

…???… вертикальное положение для устойчивого полета им становится крайне проблематично.

Причина в том, что капельки тумана препятствуют работе жужалец — булавовидных придатков грудного отдела, являющихся видоизмененными задними крыльями комаров. Эти небольшие органы, сопоставимые по размерам с частичками тумана, вибрируют в противофазе с крыльями и отвечают за ориентацию тела в пространстве.

Из этого, кстати, следует довольно полезный практический вывод. Чтобы быстро избавиться от надоедливых комаров, в квартире надо опрыскать воздух мелкодисперсным спреем, состоящим из мельчайших капелек искусственного тумана с добавлением ядовитого для комаров вещества.

ВЕСТИ ИЗ ЛАБОРАТОРИЙ

Кипяток по-новому

Американские химики сообщают, что придумали новый способ кипячения воды. Технологию можно использовать при создании недорогих компактных устройств для очистки питьевой воды, стерилизации медицинских инструментов и дезинфекции сточных вод, сообщает журнал ACS NANO — одно из изданий Американского химического общества, которое насчитывиет ныне более 164 000 членов.

Открытие состоялось, можно сказать, случайно. Доктор наук Нноми Халлас и профессор Питер Нордлендер вместе с коллегами из Университета Уильяма Марша Раиса в Хьюстоне вообще-то исследовали воздействие света на мелкие частицы металла.

При этом неожиданно выяснилось, что наночастицы металла, ширина которых в 1000 раз меньше толщины человеческого волоса (приблизительно 40 нанометров), поглощают аномально большое количество световой энергии, что заставляет их быстро нагреваться.

Дальнейшие исследования показали, что если частицы металла поместить в воду и сфокусировать на ней солнечный свет, то она закипит через считаные секунды. Каждая частица в растворе при нагревании формирует кромочный пузырек пара, который отрывается от частицы и всплывает на поверхность жидкости. Процесс визуально мало чем отличается от обычного кипения воды в кастрюле.

Таким способом можно производить не только водяной пар, но и дистиллировать спирт, получая очищенный этанол. Кроме того, для повышения эффективности процесса металл можно заменить наночастицами диоксида кремния или золота. Пузырьки пара начинают образовываться через 5… 20 секунд после начала облучения. КПД процесса впечатляет: 82 % поступающей солнечной энергии поглощается наночастицами.

Схема солнечного нагрева наночастиц.

«Это исследование открыло революционные методы использования наночастиц в солнечной энергетике, — сказал профессор химии и биохимии Калифорнийского университета Пауль Вейс, главный редактор журнала ACS NANO. — Разработка может быть очень полезна. Например, с помощью нее можно опреснять и очищать воду, создавать компактные солнечные источники пара для стерилизации и поддержания нормальных санитарных условий в малообеспеченных водой районах».

Сейчас разработку хотят использовать для создания компактной установки по очистке питьевой воды. В ближайшем будущем планируется создать компактные устройства для дистилляции сточных вод, поскольку в процессе могут быть задействованы растворы, различные по своему составу. Разработчики также полагают, что мощности струй пара будет достаточно для того, чтобы привести в движение турбину, так что новую технологию можно будет применять и в энергетике.

КИПЯТОК В МЕТАЛЛУРГИИ

Вряд ли кто мог предположить, что кипение воды можно использовать для изменения физических свойств поверхности металлов. Но именно такую идею выдвинули и успешно осуществили ученые Рижского политехнического института, где родилась технология, названная микротермоциклированием. Суть ее такова. Как показали исследования, когда над какой-то точкой поверхности детали при кипении возникает паровой пузырек, металл в данной области мгновенно расходует тепло и охлаждается на несколько градусов. Такие непрерывные перепады температуры, длящиеся сотые или тысячные доли секунды, вызывают термические напряжения в материале, приводящие к сдвигам на атомно-молекулярном уровне.

В результате на 30–40 процентов возрастает твердость наружного слоя металла, повышается устойчивость к износу деталей машин и механизмов.

Если же кипятить особые химические растворы, состава которых исследователи не сообщают, то можно образовать на детали покрытие, способное предохранять металл, например, от образования трещин. Микротермоциклирование также позволяет менять теплопроводность и электрические свойства металлической поверхности.

ДАВАЙТЕ РАЗБЕРЕМСЯ

Часы без стрелок

По радио говорили, что сдвинутое примерно год назад время могут снова вернуть. Как перевод времени отражается на человеческом организме?

Алевтина Толкалина, Санкт-Петербург

Необходимость в переводе часовых стрелок возникла из-за того, что с ноября по февраль люди, живущие в средней полосе России, вынуждены собираться утром на работу или учебу, а также возвращаться домой в темноте.

Это плохо отражается на самочувствии, поскольку у каждого живого организма есть свои собственные часы без стрелок биологические часы, работающие на клеточном уровне и синхронизирующие свой ход с Солнцем.

С первыми его лучами живой организм начинает переходить из режима сна в режим бодрствования, предполагающий активизацию многих систем.

Сейчас же естественный порядок вещей нарушен.

Началось это в нашей стране в 1918 году. Тогда время особым декретом советского правительства сдвинули на час вперед. В 1937 году этого показалось мало и стрелки еще раз перевели вперед.

Логика здесь просматривалась такая: чем раньше люди будут вставать, тем больше они успеют сделать за день. В итоге получилось, что Россия уже дважды «брала взаймы» у природы по часу и теперь нужно просто отдать занятое. Но, если перевести стрелки сразу на 2 часа, то, например, в Москве зимой темнота будет наступать примерно в три часа дня.

В общем, надо искать разумный компромисс.

Между тем, еще в 30-е годы XX века американским летчиком Вилли Постом, первым в мире совершившим кругосветный перелет, было отмечено резкое ухудшение самочувствия. Практически здоровый человек после перелета потерял сон и аппетит. Понадобилось более месяца, прежде чем его здоровье более-менее восстановилось.

Врачи назвали эту своеобразную болезнь «болезнью коммивояжеров», или десинхрозом. Многие люди, вынужденные часто совершать путешествия через несколько часовых поясов, страдают от бессонницы и резкого ухудшения самочувствия.

Это понятно; во время сна в живом организме происходят очень важные процессы. По мнению специалистов по исследованию сна — сомнологов, ночью, когда большинство сигналов внешнего мира перестают поступать в организм, головной мозг перерабатывает информацию от внутренних органов. Это обеспечивает координацию всех систем организма — сердечно-сосудистой, дыхательной, пищеварительной… Если же сон нарушен, то согласованная работа всех этих систем рушится, человек заболевает. Даже продолжительность жизни хронически не высыпающихся людей сокращается на 10–15 лет.

«Все предки «хомо сапиенс» родом из Экваториальной Африки, где 12 часов светит солнце и еще 12 часов стоит ночь, — пояснил заведующий лабораторией Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН доктор биологических наук Владимир Дорохов. — И наши биологические часы эволюционно приспособлены именно к такому ритму. Он, этот ритм, закреплен даже генетически, несмотря на то что ныне люди живут в разных климатических поясах. Так что ломать его не стоит…»

Биологические часы представляют собой особую структуру, скрытую глубоко в головном мозге — в гипоталамусе. Причем в сутках, которые они отмеряют, 25 часов, а не 24. Видимо, когда-то, в доисторические времена, планета наша вращалась медленнее. В итоге мы каждое утро должны «подводить» наши биологические часы с помощью солнечного света, а значит, для нормального самочувствия человеку надо вставать после восхода солнца.

Насилие же над природой приводит к тому, что первые два урока в школе ученики практически спят, очень плохо воспринимают объяснения учителей. У учеников, особенно в младших классах, ухудшаются внимание и память. А хирурги признаются, что они стараются не делать утром особо сложных операций, поскольку количество врачебных ошибок в эти часы увеличивается. Стало больше и автомобильных аварий в утренние часы.