Физики разогнали «спиннеры» до миллиарда оборотов в секунду
Две команды физиков независимо разогнали с помощью лазеров нанометровые «спиннеры» до скорости порядка одного миллиарда оборотов в секунду — самой высокой скорости вращения, полученной в лаборатории. Первая группа из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) заставляла вращаться наночастицу кремнезема, а вторая группа, состоящая из китайских и американских исследователей, использовала в качестве «спиннера» наногантелю. Работа ученых поможет лучше понять такие тонкие эффекты, как вращение Казимира, связанное с квантовыми флуктуациями вакуума. Статьи опубликованы в Physical Review Letters [1, 2], кратко о них сообщает Physics, препринты работ выложены на сайте arXiv.org [1, 2].
Скорость вращения любого объекта ограничена пределом его прочности. Чем быстрее вращается объект, тем большую скорость развивают его частицы и тем большая сила нужна, чтобы заставлять их повернуть и удерживать тело в целости.
Другими словами, при увеличении скорости растет центробежная сила, которая стремится «разорвать» тело. Впрочем, называть центробежную силу «силой» не совсем правильно, поскольку она возникает только в неинерциальной системе отсчета (подробнее о ее природе можно прочитать в этой заметке).
Заметнее всего действие этой «фиктивной силы» проявляется в точках, наиболее удаленных от центра вращения объекта: F = mω2r, где m — масса точки, r — ее расстояние до центра, а ω — угловая скорость. Из-за этого частота вращения макроскопических объектов редко превышает тысячу оборотов в секунду. Например, частота вала газогенератора двигателя PW207K вертолета «Ансат» может достигать 60000 оборотов в минуту (1000 оборотов в секунду), а турбина двигателя CFM56, который устанавливается на самолетах фирм Boeing и Airbus, вращается с частотой около 5200 оборотов в минуту (менее 90 оборотов в секунду).
Уменьшая размеры объекта, можно заставить его вращаться гораздо быстрее.
Оказывается, что для достижения сверхвысоких скоростей удобнее всего использовать частицы размером порядка ста нанометров, подвешенные в воздухе с помощью лазерного излучения (так называемая оптическая ловушка). Направляя на связанную частицу свет с круговой поляризацией, можно передать ей угловой момент и увеличить ее угловую скорость (эффект Садовского). Таким образом можно избежать механического трения, которое поглощает энергию и мешает разгонять частицу, а также контролировать центр вращения с точностью, сравнимой с теоретическим пределом.
К сожалению, на высоких скоростях начинает сказываться трение наночастицы о воздух, которое также уносит энергию частицы. Бороться с этим трением можно только откачивая установку до сверхнизких давлений, создавая в ней вакуум. Из-за подобных технических сложностей ученым не удавалось достичь в лаборатории скоростей вращения, превышающих по порядку десяти мегагерц. В новых работах ученым удалось преодолеть это препятствие, подтвердить теоретические предсказания и достичь частоты вращения порядка одного гигагерца.
Первая группа исследователей под руководством Лукаса Новотного (Lukas Novotny), использовала в качестве «спиннера» частицу кремнезема (проще говоря, обычного стекла) приближенно сферической формы и диаметром около ста нанометров. Для уменьшения потерь физики откачали установку до давления порядка 10−8 атмосфер и увеличили длину волны лазера, который использовался для разгона частицы, до 1565 нанометров. Это позволило уменьшить скорость нагрева частицы — в предыдущих экспериментах такой нагрев заставлял частицу «выскакивать» из ловушки и мешал разогнать ее выше определенного предела.
В результате ученые обнаружили, что с уменьшением давления при фиксированной мощности лазера и увеличении мощности при фиксированном давлении угловая скорость вращения частицы линейно растет, причем экспериментальная зависимость хорошо согласуется с теорией. Максимальная частота, полученная в этом эксперименте, достигала 1,03 гигагерц, что отвечало скорость краев частицы порядка 300 метров в секунду, центробежному ускорению порядка 1012 метров на секунду в квадрате и напряжению порядка 0,2 гигапаскаль.
Для сравнения, критическое напряжение, при котором частица кремнезема разрывается, составляет примерно 10 гигапаскаль.
Вторая группа, под руководством Тунцана Ли (Tongcang Li), заставляла вращаться наногантели — связанные друг с другом частицы кремнезема. Чтобы изготовить такие гантели, ученые «растворяли» наночастицы кремнезема в воде и получали коллоидную суспензию, а затем с помощью ультразвукового небулайзера заставляли воду формировать микрометровые капли, взвешенные в воздухе. В некоторых из капель находилось две сферические частицы кремнезема; после испарения воды частицы оставались связаны в наногантели, которые ученые использовали в дальнейших опытах. Отношение диаметра шаров к расстоянию между ними для всех полученных наногантелей было примерно равно двум.
Так же как и группа швейцарских ученых, группа под руководством Тунцана Ли помещала наногантели в оптическую ловушку, откачивала установку до давления порядка 10−7 атмосфер и светила на частицы лазером с круговой поляризацией и длиной волны около 1550 нанометров.
Аналогично швейцарцам, физики получили, что скорость вращения линейно растет при уменьшении давления, а предельная частота вращения в этом случае составила примерно 1,1 гигагерц — при бо́льших скоростях гантель разрывалась под действием центробежной силы.
Тем не менее, конструкция установки, аналогичная опыту Кавендиша, в котором проволока крутильных весов заменена на лазерное излучение, позволяет провести на ней качественно другие эксперименты. Если заменить в ней свет с круговой поляризацией на линейно поляризованный свет, наногантели будут колебаться, а не крутиться, что позволит в будущем измерить вращательный эффект Казимира (Casimir torque) и исследовать природу квантовой гравитации.
Впрочем, ученые признаются, что изначально они не ставили перед собой практических целей. Например, соавтор первой работы, Рене Рейманн (René Reimann), говорит: «Если честно, это просто было очень круто — иметь механический объект с самой высокой скоростью вращения в мире прямо перед нами».
Тем не менее, работа ученых может пригодиться при изучении межзвездной пыли и вакуумного трения, исследовании поведения материалов и взаимосвязи между вращательными и поступательными степенями свободы в экстремальных условиях.
В ноябре прошлого года американские исследователи-нанотехнологи изготовили с помощью фотолитографии самый маленький в мире фиджет-спиннер, размер которого составил примерно сто микрометров.
Дмитрий Трунин
Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
И всё-таки он вертится! | TV Mag
Евгений Титов
Обозреватель Tricolor TV Magazine
На первый взгляд бесполезная, простая, как кленовое семя, немного нелепая игрушка поработила мир. Нельзя и пару станций в метро теперь проехать, чтоб не встретить подростков с фиджет-спиннером. Немного вызывающе, эпатажно, как ловля покемонов; модно, как «Дружко-шоу» – Tricolor TV Magazine не отстает от тренда и «спиннит» этот формат хайпа для наших читателей.
Спиннеры обрели всемирную популярность в текущем году
Спиннер, если верить Википедии, – вращающаяся игрушка с сомнительным антистрессовым эффектом, не требующая ни особых усилий, ни внушительных трат. Фиджет состоит из подшипника и корпуса с лепестками, утяжелёнными по краям для лучшего вращения. Как подшипник, так и корпусы сегодня имеют разный размер, материал, дизайн и стоимость.
Почему? Причин, если вдуматься, много. Несмотря на то что спиннер придумали в 90-е, массовое помешательство случилось весной и летом 2017-го.
Кто и как стал первой ступенью популярности фиджета история умалчивает, но кто-то точно на этом «хайпанул». Сделал антистрессовую игрушку предметом имиджа, покрасовался её нетривиальным использованием. И это сработало. Современная молодёжная культура, опирающаяся на мемы, отлично пружинит такие сочные тонкости. Пресловутый «хайп», которым не брезгуют ни звёзды, ни даже современные СМИ, моментально сделал спиннеры сакральной атрибутикой сразу нескольких социальных групп. YouTube заполнили ролики с демонстрациями новых игрушек, девушки подбирали модели к одежде, кто-то сразу придумал несколько несложных трюков – и волна покатилась по миру. В середине мая Google спрашивали про спиннеры более 3 млн человек в день, а на Amazon весь топ-20 продаваемых игрушек составляли разные модели фиджета.
Спиннеры различной формы и вида объединяет одно – их надо вертеть
При этом польза от спиннеров пока никем не доказана. Некоторые продавцы позиционируют его как антистрессовый инструмент, помогающий сосредоточиться, а так же необходимый атрибут при СДВГ, аутизме и двигательных расстройствах.
Этот факт опровергают многие педагоги, например, в США, где игрушку даже запретили в нескольких школах
Мы даже решили предпринять попытку классификации спиннеров, чтобы показать тем, кто ещё не вертит, какое многообразие выбора ждёт их, если они решатся.
Итак, спиннеры имеют разное функциональное значение, на которое влияет и его форма, и конструкция, и дизайн:
- Продолжительного вращения. Целевая аудитория использует такие на уроках для соревнований «у кого дольше», используя секундомеры в телефонах. Для увеличения времени вращения используют керамические подшипники, а также утяжеляют и удлиняют лопасти (например, встраивая в них ещё подшипник). Самые долгие могут крутиться 10 и более минут.
Спиннеры могут обладать разным функциональным значением
- Скоростного вращения. Несмотря на то, что измерить этот параметр сложнее, быстрые спиннеры пользуются хорошим спросом. В сети продают модели с несколькими, вставленными один в другой, подшипниками, которые выдают более 50 000 оборотов в минуту (правда, вращать их с такой скоростью без помощи, например, компрессора, выйдет разве что у Соловья-разбойника).
- Высокого шума и вибрации. Предметом «хайпа» особого уровня стал спиннер из разных сплавов, жужжащий приятным металлическим звуком при вращении. Привлекает внимание. Также ценится профессионалами благородная вибрация, ощущаемая пальцами при вращении. Однако, шум с вибрацией издают и полностью керамические подшипники – это не так эффектно, зато керамика быстрее и ценится выше.
- Эстетического восприятия. Это разного рода дизайнерские фиджеты, использующие, например, силуэт сюрикена, щита Капитана Америки или логотипа Umbrella из Resident Evil. Сюда же стоит отнести и многочисленные светодиодные спиннеры, создающие при вращении узоры, надписи и другие действительно забавные визуальные эффекты.
- Аксессуары. Поскольку спиннер сегодня на пике моды, звёзды появляются на ковровых дорожках не с пустыми руками. В данном случае игрушка – дизайнерский элемент, часть имиджа, сочетающаяся с одеждой.
По конструкции спиннеры делятся на:
- Single.Самый простой и дешёвый спиннер, оснащённый двумя лопастями. Чаще всего это обыкновенный параллелепипед или знак бесконечности с подшипником в центре тяжести. Такой ещё называют прямоугольным. Так же single-spinner бывает с длинными фактурными лопастями и вращается надетым на палец.
Wheel-spinner в форме колеса
- Tri-spinner. Это самая первая и самая популярная модель, состоящая из трёх лепестковых лопастей, украшаемых всем, чем можно.
- Quad-spinner, как не трудно догадаться, имеет четыре лопасти и частенько форму сюрикена с заточенными краями. Пяти- и шестиконечные фиджеты тоже весьма распространены. Например, в форме звезды или штурвала, такой антистресс при вращении создаёт самую целостную иллюзию круга. А ведь шесть – далеко не предел.
- Wheel-spinner. Имеет форму колеса – круга или замкнутой окружности на краях лопастей. Такие спиннеры вращаются долго и, как правило, имеют интересный дизайн.
- Спиннеры-трансформеры – для любителей всего универсального. Эти фиджеты имеют съёмные лопасти, регулируемые по длине, форме и положению относительно подшипника. Сюда же отнесём «жидкие» спиннеры из расплавляемого металла, дающего огромный простор для творчества: с помощью специальных форм можно отливать какие угодно конструкции и вращать их.
- Геометрические спиннеры – самые интересные и необычные представители нашей классификации. Их делают из разных объёмных геометрических фигур, помещая подшипник правильным образом внутрь. Например, обычный с виду кубик или пирамидка имеют в остове центр вращения, который позволяет, удерживая одну часть, вращать другую. Долгого вращения тут не добиться, зато как необычно!
Как и любое массовое помешательство, спиннеры в виду отсутствия глобальных перспектив развития очень скоро наскучат, выйдут из моды и останутся яркой вспышкой в истории аксессуаров. Десятки новых идей дизайна, поддерживаемые сотнями обзоров на YouTube, уже сейчас намекают на это.
5 самых быстрых боулеров в истории крикета Бэтсмены теперь стали более бесстрашными, атакуя боулеров со слова «гоу», а боулеры ввели в игру новые вариации. Говоря о спин-боулерах, спрос на лег-спиннеры увеличился, потому что …
Крикет сильно изменился за последние несколько лет благодаря появлению крикета IPL и T20. Бэтсмены теперь стали более бесстрашными, атакуя боулеров со слова «гоу», а боулеры ввели в игру новые вариации. Говоря о спин-боулерах, спрос на лег-спиннеров увеличился из-за их способности брать калитку, но многие спин-боулеры воздерживались от того, чтобы убегать от игроков с битой.
Их единственная цель — следить за бегом и брать верх над игроками с битой, если они совершат ошибку. Вот пятерка самых быстрых игроков в современном крикете.
Марлон Сэмюэлс
Большая часть вселенной крикета знает его за его невероятные выступления в финалах Кубка мира T20.
Тем не менее, Марлон Сэмюэлс зарекомендовал себя как универсал с его отличными выступлениями в отделах боулинга. Он бросает правую руку вне вращения со скоростью, до которой могут дотянуться немногие прядильщики. В начале 2010-х его увольнение йоркеров усложнило жизнь игрокам с битой. К сожалению, в 2013 году МУС отстранил его от должности за незаконные действия.
Аджанта Мендис
Индийские болельщики всегда будут помнить шриланкийца Аджанту Мендиса за его подвиги на Кубке Азии 2008 года. Бывший игрок Kolkata Knight Riders в одиночку выиграл финал для своей команды, изменив правила игры. Уникальной частью его боулинга было то, что он давал игрокам с битой мало времени, чтобы забрать его поставки. Поскольку он играл в быстром темпе, игроки с битой едва успели спуститься по дорожке и атаковать его.
Б.С. Чандрашекхар
Многие фанаты приветствовали индийского прядильщика ног Б. С. Чандрашекхара как самого быстрого прядильщика своего времени.
Легги сделал себе имя, когда трижды уволил сэра Вивиана Ричардса в четырех матчах. Он получил награду Wisden за «Лучшее выступление в боулинге века» благодаря своему чудесному заклинанию 6/38 против Англии в 1971 году. Игрокам с битой было трудно выбирать его подачи.
Анил Камбл
Еще один индийский прядильщик ног, фигурирующий в этом списке, — бывший капитан Indian Test Анил Камбл. Спидометр зафиксировал его самую быструю доставку на уровне 118 км / ч, в то время как он регулярно разгонялся до 100 км / ч со своими доставками. Столкновение с ним на токарном станке было худшим кошмаром для любого игрока с битой, поскольку он мог генерировать правильный темп, отскок и поворот.
Шахид Африди
Во многих случаях средние иноходцы не могут разогнаться до 130 км/ч, а бывший пакистанский шкипер коснулся отметки 134 км/ч на спидометре. Африди несколько раз озадачивал игроков с битой своим быстрым вращением. Универсал все еще играет в крикет T20, когда он принимал участие в Суперлиге Пакистана 2020.
5 самых быстрых чаш, доставленных спиннерами в крикете [ВИДЕО]
ЛОНДОН, АНГЛИЯ – 31 МАЯ: Шахид Африди из чаш ICC World XI во время Матч Hurricane Relief T20 между ICC World XI и Вест-Индией на Lord’s Cricket Ground 31 мая 2018 года в Лондоне, Англия. (Фото Джеймса Чанса/Getty Images)У боулеров спина есть несколько трюков в рукаве, и они играют не в том ключе – Doosra и Googly – шар карамболя и некоторые другие. Но что больше всего удивляет игрока с битой, так это, наверное, то, что спиннер играет быстрее, поскольку они меньше всего этого ожидают.
В этой статье мы рассмотрим пятерку лучших быстрых доставок, выполненных спиннерами. Эти поставки проводились во всех форматах и лигах.
Нравится блог? Проверьте это тоже.
5. Шадаб Хан – Джо Рут (111 км/ч)
Шадаб Хан за короткое время зарекомендовал себя как один из лучших игроков в крикет. Спиннер ног знает искусство брать калитки. И, если что-то пойдет не так, он что-нибудь придумает.
Это именно то, что мы видели против Англии на чемпионате мира 2019 года. Джо Рут хорошо отбивал со счетом 107, но Шадаб Хан нанес подачу со скоростью 111 км / ч, чтобы поймать его в точку.
4. Крунал Пандья Маркусу Стойнису (112,5 км/ч)
Номер 4 в списке — индийский игрок в крикет Крунал Пандья, который играет за «Бароду» в домашнем крикете и за «Индийцев Мумбаи» в IPL. Во время IPL 2020 он удивил мощного нападающего Маркуса Стойниса вышибалой. Чаша разгонялась до 112,5 км/ч. Тем не менее, австралийский игрок в крикет комфортно играл в мяч на пробежке.
3. Пиюш Чавла – Шейну Уотсону (117 км/ч)
Пиюш Чавла ненадолго покинул индийский отдел боулинга.
Во время матча IPL Чавла показал самую быструю подачу в своей крикетной карьере, и это того стоило. Он ошеломил Шейна Уотсона своей подачей, когда австралийский игрок в крикет потерял свою калитку.
2. Анил Камбл – Маркусу Трескотику (118 км/ч)
Анил Камбл – один из величайших боулеров, которых когда-либо видел крикет. В то время игрок в крикет из Карнатаки был совершенно непригоден для игры со своими вариациями боулинга. Однако во время ODI против Англии Камбл шокировал английского аса Маркуса Трескотика идеальным йоркером на 118 километров в секунду, чтобы отправить его обратно в павильон.
1. Шахид Африди – Тиму Саути (134 км/ч)
Номер один в списке – не кто иной, как наша собственная «Лала». Шахида Африди можно легко причислить к одному из величайших универсалов в истории крикета. Бывший пакистанский шкипер умеет быстро поворачивать мяч. Тем не менее, он также может с легкостью выполнять быстрые поставки. Во время контрольного матча против Индии Шахид Африди выбился из бега и игры в боулинг, как быстрый боулер.