Fizica evenimentului Chelyabinsk - Naukas
Știință, scepticism și umor
Există câteva mărimi fizice cu care suntem extrem de familiarizați și despre care putem face estimări mai mult sau mai puțin corecte ale valorilor. Astfel, de exemplu, putem estima vag greutatea sau dimensiunea unui obiect cu mai mult decât să-l ținem sau să-l privim. Cu toate acestea, alte cantități fizice precum energia sau presiunea sunt mult mai evazive.
Energia este de obicei utilizată zilnic în termeni calorici, în special în diete, și de mai mulți luminați și în problemele ezoterice care nu au nimic de-a face cu realitatea. Cu toate acestea, energia este mult mai mult decât ceea ce o hrană ne va îngrasa și evenimente precum cea din Chelyabinsk ne oferă o idee despre cât de distructivă poate fi energia dacă este eliberată exploziv.
Așa cum ne spune Daniel Marín în al său articol despre evenimentul de la Chelyabinsk urmărind datele furnizate de NASA, energia pe care a dezvoltat-o asteroidul (voi folosi această nomenclatură, deși este mai corect să o numesc mașină de curse) când a explodat în atmosferă a fost de aproximativ 500 de kilotone, ceea ce echivalează cu aproximativ 25 de bombe nucleare precum cele care au căzut pe Hiroshima sau Nagasaki. În cazul în care există încă unele clueless, kilotonul este unitatea de energie echivalentă cu cea a 1000 de tone de TNT, iar megatonul la 1 milion de tone. O astfel de cantitate de energie scapă în totalitate de orice estimare posibilă, dar pentru a vă face o idee nu este nimic mai bun decât câteva exemple.
Astfel, se estimează că impactul meteoritului care a distrus dinozaurii acum 65 de milioane de ani va elibera o energie de 192 de milioane de megatoni și anihilarea unui kilogram de materie cu un kilogram de antimaterie, conform celebrei ecuații a lui Einstein E = mc2, este egal cu 43 de megatoni. Și vă amintiți daunele provocate de atacul ETA asupra T4 Barajas din 2006? Ei bine, cantitatea de exploziv estimată a fi în mașina-bombă este cuprinsă între 200 și 500 kg, adică doar 0,0001% din energia meteoritului Chelyabinsk.
15 megatoni) în 1908
După cum puteți vedea, daunele provocate de eliberarea violentă și explozivă de energie sunt cu adevărat terifiante, dar există o altă magnitudine care, de obicei, trece neobservată a cărei putere distructivă este la fel de mare sau mai mare: presiunea.
Cu toții suntem supuși de la naștere la presiunea atmosferică. Nu observăm că este acolo, dar tot aerul pe care îl avem deasupra capului cântărește și zdrobește fiecare centimetru pătrat al corpului nostru cu o forță de aproximativ 1 kg. Astfel, o presiune de 1 atmosferă este echivalentă cu 101325 Pa, sau 760 mm de mercur. Această presiune permite aerului să țină acea foaie de hârtie cu care acoperim un pahar plin cu apă și îl întoarcem; sau ne pune în situația dificilă de a încerca să separăm două emisfere unite în care s-a făcut vid în interior, așa cum a demonstrat deja Otto von Guericke în 1654 în celebrul său experiment al emisferelor Magdeburg.
Acum, ce legătură are presiunea cu evenimentul de la Chelyabinsk? Ei bine, adevărul este că într-adevăr totul, pentru că este adevărata cauză a aproape tuturor daunelor provocate în și de asteroid.
Cum se dezintegrează un asteroid
Ca orice material, aerul poate fi comprimat și proprietățile sale fizice variază în funcție de ecuațiile de stare care îi definesc comportamentul. Cu toții am fost învățați ecuația tipică de stare a gazelor ideale cu care se pot face calcule elementare și didactice, dar care nu reflectă comportamentul real al unui gaz. Este necesar să recurgem la ecuații de stare mult mai complexe dacă ieșim în afara condițiilor normale de presiune și temperatură, la fel cum se întâmplă dacă vrem să studiem ce se întâmplă în asteroid. Aici un domeniu al fizicii aproape la fel de ciudat precum regulile mecanicii cuantice: fizica de mare viteză. În această lume există loc pentru cele mai curioase fenomene, cum ar fi aerul care ia foc sau taie metalul ca și cum ar fi un cuțit care taie untul.
Înainte de a continua să vorbim despre asteroidul Chelyabinsk, să facem un mic experiment de gândire. Ce credeți că s-ar întâmpla dacă ați acoperi o seringă incasabilă și nedeformabilă umplută cu apă și ați încerca să strângeți pistonul cu toată puterea?
După cum probabil ați ghicit, apa are, de asemenea, un anumit grad de compresibilitate (evident mult mai mică decât cea a unui gaz), dar presiunea de care aveți nevoie pentru a imprima este atât de mare încât nu ați putea niciodată să o stropiți chiar și puțin. Acum imaginați-vă că aveți suficientă energie pentru a continua să împingeți cu mai multă forță pistonul acestei seringi incasabile. Apa ar începe să se comprime până ajunge la limită și în acel moment va căuta o stare în care sistemul este stabil sub atâta presiune. Adică își va crește temperatura până când va deveni vapori de apă printr-o schimbare de stare.
Să aplicăm acest experiment de gândire simplu în cazul unui asteroid care se încadrează. Viteza enormă pe care o poate transporta un asteroid, între 10 și 60 km/s, și marea sa masă, de aproximativ 10 mii de tone pentru cea a Chelyabinsk, acționează ca un piston în aerul din fața sa, transferând, de asemenea, o parte din Energia sa. O persoană în timp ce merge sau aleargă încearcă (inconștient) să strivească aerul din fața noastră, dar ne mișcăm cu o viteză atât de mică încât aerul poate ieși cu ușurință din calea noastră. Cu toate acestea, în cazul unui asteroid, aerul nu este în măsură să se îndepărteze suficient de repede pentru a elibera calea, așa că se comprimă treptat în față. Și dacă aerul este comprimat „dincolo de posibilitățile sale”, apar fenomene foarte interesante.