Fizika

Arhimedov zakon



Izvor: Wikipedija
Prema legendi,Arhimed
se išao kupati, napunio je kadu (korito) s previše vode, tako da se
višak vode izlio kad je on ušao u kadu. Tada je rekao "Eureka" i
riješio problem kralja Hijerona. Naime kralj Hijeron naručio je krunu od čistog zlata,
a kad ju je dobio, zapitao se kako ustanoviti da li je kruna od čistog
zlata ili je zlatar možda umutio štogod drugih metala u nju, i postavio
je pitanje velikom Arhimedu, koji je riješio problem važući krunu u
vodi i izvan vode u usporedbi s čistim zlatom i čistim srebrom (kruna nije bila od čistog zlata, a što se dogodilo s zlatarom, nije poznato, ali za pretpostaviti je da nije dobro prošao...)
Formalna definicija Arhimedova zakona glasi: "Gubitak težine tijela
koje se nalazi u tekućini je jednak težini istisnute tekućine."
Silu koja djeluje na tijela uronjena u tekućinu zovemo uzgon

Fisija

1932., engleski fizičar i dobitnik Nobelove nagrade, Džejms Čedvik (sir James Chadwick) je otkrio neutron. Nekoliko godina kasnije, Enrico Fermi i njegovi saradnici su u Rimu otkrili da se bombardovanjem različitih elemenata neutronima stvaraju novi, radioaktivni elementi.

1939., njemački hemičari Oto Han (Otto Hahn) i Friz Štrasman (Fritz Strassman) su neutronima bombardovali rastvore uranijumovih soli. Otkrili su, kasnije, da je nastao barijum. Ova zagonetka je riješena nekliko sedmica kasnije.

Fisija je nuklearni proces u kome se teško jezgro razdvaja na dva manja jezgra. Primjer fisije, koji je iskorišten u izradi atomske bombe i koji se još uvijek koristi u nuklearnim reaktorima je:



Produkt koji nastaje ovom reakcijom je samo jedan od mogućih oblika. Fisijom može nastati bilo koja kombinacija lakših jezgara, sve dok zbir protona i neutrona u novonastalim jezgrima ne prelazi broj u početnom jezgru. Kao kod fuzije, velika količina energije se može osloboditi u procesu fisije zato što sabirak masa lakših jezgara (produkata) iznosi manje od mase jezgra koje je nastalo u procesu fisije. Fisija nastaje zbog toga što se u teškim jezgrima nalazi elektorstatičko odbijanje između velikog broja pozitivno naelektrisanih protona. Dva manja jezgra imaju manje unutrašnje odbijanje od jednog većeg jezgra. Tako da, jednom kada veće jezgro bude u stanju da savlada jaku nuklearnu silu, koja ga drži u jednom komadu, može da stupi u proces fisije. Fisija se može razumjeti i kao borba između jake privlačne nuklearne sile i odbojne elektrostatičke sile. U reakciji fisije, pobjeđuje elektrostatičko odbijanje.

Fisija je proces koji se u svemiru odvijao milijardama godina. Kao što je već pomenuto, ljudi nisu fisiju koristili samo za proizvodnju atomskih bombi, već i za proizvodnju energije u nuklearnim postrojenjima.

Interesantna je činjenica da, iako je čovjek proizveo prvi nuklearni reaktor prije samo 50 godina, proces fisije se odvijao u unutrašnjosti Zemlje u naslagama uranijuma u Zapadnoj Africi, prije dvije milijarde godina.

Nuklearna fuzija na pomolu

U novom broju časopisa
Science objavljeni su rezultati istraživanja koje su sproveli naučnici
sa Univerziteta u Sijetlu i iz Nacionalne laboratorije za fiziku u
Tenesiju, rezultati koji se tiču godinama nedosanjanog sna svih
fizičara ovoga sveta – laboratorijski kontrolisane fuzije. Ovi naučnici
nadaju se da su uspeli da izazovu energetski isplativu nuklearnu
fuziju. Naravno, izveštaj je sadržao brojne ograde i napomene da se tek
očekuje provera postupka u nekoliko nezavisnih istraživačkih ustanova.
Nuklearna fisija i nuklearna fuzija zapravo su
postupci pretvaranja materije u energiju čije se teorijsko objašnjenje
zasniva na znamenitoj teoriji Alberta Ajnštajna. Razlika je u tome što
se u fisionom procesu jezgra atoma teških elemenata (recimo uranijuma)
cepaju na jezgra lakših elemenata, dok se u fuziji jezgra lakših
elemenata spajaju i dobijaju se teža jezgra. Zahvaljujući malim
razlikama u masi i činjenici da je u oba procesa konačna masa manja od
početne, deo koji nedostaje pretvara se u veliku količinu energije
(E=mc2, E-energija; m-masa; c-brzina svetlosti).
U prirodi, fuzija se dešava na zvezdama, na
kojima postoji ogromna temperatura izražena milionima stepeni, što je i
neophodan uslov za fuziju u prirodnom obliku. Zahvaljujući fuziji,
Sunce u svakom trenutku stvara ogromne količine energije koje isijava u
prostor oko sebe, a čije blagodati i mi osećamo i zahvaljujući njima
živimo.
Ključno pitanje za naučnike u nastojanju da u
laboratoriji izvedu proces fuzije bilo je upravo i kako u veštačkim
uslovima stvoriti izuzetno visok pritisak i temperaturu koji su za
uspešnu fuziju potrebni.
Evo kako su postupali i šta kažu američki
naučnici sa početka teksta. Oni su fuziju izazvali u postrojenju nalik
dvema šoljicama za kafu.
Fuzija je postignuta primenom fenomena
poznatog kao sonoluminiscencija. Naučnici su u posudi ispunjenoj
acetonom izazvali oscilacije i praskove svetlosti, a potom su unosili
neutrone u nju. U vremenskom razdoblju od nekoliko milijarditih delova
sekunde dobijena je temperatura Sunca, dovoljna da "natera" na spajanje
atome vodonika u acetonu sa unetim neutronima; iz tog procesa dobijena
su pak jezgra helijuma i velika količina energije.
Lorens Krem, prvi čovek laboratorije za
primenjenu fiziku u Sijetlu kaže: "Veoma smo uzbuđeni, ali moramo biti
oprezni, jer sumnjamo da nas je majka priroda obmanula."
Uspešna fuzija, koja u zemaljskim uslovima
deluje gotovo kao svojevrsni perpetuum mobile, donela bi čovečanstvu
temeljne promene, s obzirom na to da bi nestalo potrebe za odlaganjem
nuklearnog otpada i izgradnjom gigantskih, opasnih postrojenja kakva
danas postoje, a pri tom bi bile dobijene gotovo neograničene količine
čiste energije.