https://bitly.su/WvMgm
Ледяная королева Эльза возвращается со своим волшебным управлением над снегом и льдом. Снежинки брызгают с ее кончиков пальцев. Она может вызвать лед, чтобы бороться с пламенем.
Возможно, она даже превзойдет свой подвиг в первом фильме о восхищении возвышающимся ледяным дворцом. Но насколько близко ледяное прикосновение Эльзы подходит к реальности? И гигантский замок со льдом выдержит?
В нашем мире ученые-физики могут придумывать снежинки. И Эльза не одна строит со льдом. Архитекторы могут создавать фантастические сооружения и из льда. Некоторые даже могут быть вне этого мира.
Для образования снега требуется три ингредиента. "Тебе нужен холод. Вам нужна влажность и способ начать процесс", - объясняет Кеннет Либбрехт. Он физик в Калифорнийском технологическом институте в Пасадене. Дисней обратился к этому эксперту по снежинкам в качестве консультанта для Frozen.
Как кристаллы льда, снежинки образуются только при замерзании. Но температура влияет на форму хлопьев. Разрабатывайте разветвления только при температуре около -15ºC "Это очень особая температура." Теплее или холоднее, и вы получаете другие формы - пластины, призмы, иглы и многое другое.
Образование снежинок
При высокой влажности в воздухе содержится большое количество водяного пара: "Стопроцентная влажность - это когда все просто мокрое", - объясняет он. Высокая влажность воздуха создает благоприятные условия для снега. Но чтобы начать процесс, снежинки нуждаются в зарождении . Здесь это означает объединение молекул водяного пара в капли, как правило, путем конденсации на частицу пыли или что-то еще. Потом они замерзают и растут. "Чтобы сделать одну снежинку, нужно около 100 000 облачных капель", - говорит он.
В лаборатории он может образовать снежинки несколькими способами. Например, он может выпускать сжатый воздух из контейнера. "Часть воздуха в этом расширяющемся газе нагревается до очень низких температур, от -40 до -60 [°C]." Это от -40 до -76 °F. При таких темпах для запуска снежинки требуется меньше молекул, чтобы объединиться. Сухой лед, пузырьковая упаковка и даже электрические разряды также могут помочь.
Может быть кончики пальцев Эльзы ускорят рост снежинок. "Это может быть магия Эльзы", - говорит Ли У нее есть еще одно преимущество перед природой - скорость. Снежинки Либбрехта растут от 15 минут до часа. Снежинки, падающие сквозь облака, занимают столько же времени.
Двойные снежинки
В природе вы не встретите одинаковых снежинок. Но в лаборатории, где кристаллы льда могут испытывать точно такие же условия, как и при выращивании, физик Кеннет сделал этих снежинок близнецов.
У Эльзовского ледового замка тоже есть проблема со временем. Не реалистично думать, что кто-то может удалить тепло из большого количества воды достаточно быстро, чтобы заморозить ее вот так. На самом деле, отмечает: "Очевидно, что в воздухе не так много воды."
Но если мы отпустим все это, как будет держаться замок со льдом?
Очевидно, лед тает в тепле. Если оставить в стороне, дворец все равно может быть не таким уж и прочным, в любом случае, в структурном отношении лед хрупкий. Его лист разбивается при ударе молотка. Под давлением лед тоже может треснуть и расколоться, отмечает Майк Макферрин. . Там он изучает лед, образующийся из уплотненного снега. "Если вы пытаетесь построить большое здание.... будет очень трудно заставить лед выдержать большой вес без трещин", - говорит он.
И даже при низких температурах лед смягчается по мере прогревания. Он также может деформироваться под давлением. Вот что происходит с ледниками. По словам Макферрина, лед на дне в конечном итоге деформируется под весом ледника. Это называется "ползучесть" и является "основной причиной, по которой течут ледники".
https://bitly.su/GBk7Mav
Ледник
Ледники - это районы, где снег долгое время уплотнялся. Лед на дне деформируется под весом ледника. Когда лед находится под давлением, температура его таяния снижается. Это означает, что лед на дне ледника иногда тает при температуре ниже 0°С. Это может случиться и с замком Эльзы.
Что-то подобное может случиться с ледовым дворцом, особенно если он высокий и тяжелый. С мягким и ползучим льдом в основании, "все здание начнет двигаться, наклоняться и трескаться", - говорит он. Этот замок может прожить всего несколько месяцев. Маленький иглу продлится дольше, так как он не находится под таким сильным давлением.
Эльза, вероятно, также должна иметь запасной иглу, говорит Рейчел Оббард. Замок Эльзы выглядит как одиночный кристалл. Кристалл льда слабее в одних направлениях, чем в других. Но в иглу "в каждом блоке тысячи крошечных кристаллов льда, каждый из которых поворачивается по-своему", - объясняет она. Так что ни одно направление не будет слабым, как, вероятно, в этом замке. Если ударить сбоку, то тонкие части замка, скорее всего, сломаются, говорит она.
"Эльза могла бы укрепить свой замок, добавив второй материал - наподобие овсянки в овсяном печенье, - говорит Оббард. И люди делают это уже некоторое время.
Вызовите подкрепление.
Во время Второй мировой войны, когда не хватало стали, англичане планировали построить самолет-носитель со льдиной оболочкой. Они думали, что самолеты могут попасть в цель на расстоянии удара. Ученые обнаружили, что они могут укрепить лед, усилив его древесной массой. Этот кусочек льда и целлюлозы получил название "пикрет" - в честь Джеффри Пайка. Он был одним из ученых, разработавших его.
Прототип пикретового корабля был изготовлен в 1943 году. Настоящий ледяной корабль должен был быть длиной больше мили. Но планы на это провалились по многим причинам. Среди них была высокая стоимость корабля.
. Один из них - Арно Пронк.Его команда строит сооружения - купола размером с купол, башни и другие объекты - со смесями льда. Поскольку материалы дешевые, а конструкции временные, можно проводить множество экспериментов, говорит он.
Ледниковая башня
Арно Пронк и его команда создали настоящую ледниковую башню. Изготовленный из льда, усиленного бумажными волокнами, он взлетел примерно на 30 метров (100 футов) в высоту.
"Если усилить лед целлюлозой, как опилки или бумага, он становится сильнее", - отмечает Пронк. Он также становится более вязким, что означает, что материал будет сгибаться или растягиваться перед разрушением. Вязкость противоположна хрупкости.
Сначала команда сделала большую надувную конструкцию, заполненную воздухом. Затем они распыляли на него жидкий пик - на этот раз смесь воды и бумажного волокна. Его структура стабилизировалась, когда вода замерзла. Строительство заняло около месяца. Несмотря на высокий рост, его стены были тонкие. Прямо у фундамента толщина стен составляла 40 сантиметров (15,75 дюймов). Толщина верхней части сужалась всего на 7 сантиметров (2,6 дюйма).
Команда планирует построить еще одну башню, чтобы побить рекорд. Но другие ученые думают о создании ледниковых сооружений иного мира. Эти исследователи выясняют, что может потребоваться для строительства ледовой среды обитания на Марсе для людей-исследователей. Ледяные стены могут даже помочь защитить космонавтов, потому что лед может блокировать излучение. Плюс, людям не пришлось бы тащить воду с Земли. Лед уже найден на Марсе.
Похоже, на Марсе есть озеро с жидкой водой.
Хотя это всего лишь концепция, "наш ледовый дом - не научная фантастика", говорит Шейла Тибо. Она физик Исследовательского центра НАСА в Лэнгли в Хэмптоне, штат Ва. По ее словам, в настоящее время идея заключается в том, чтобы засыпать лед пластиком. Это помогло бы придать льду некоторую структуру. И он будет удерживать материал, если температура приведет к таянию льда или его превращению в водяной пар. (Некоторые места на Марсе могут замерзнуть.)