A Föld mint fizikai laboratórium

A Föld mint fizikai laboratórium

Az atomoktól a csillagokig

Dávid Gyula 2006. 01. 12.

A Föld - régóta ismert fizikai objektum triviális jól ismert nem ismert

A Föld

fizikai tulajdonságok

alkalmazások más rendszerek, más jelenségek vizsgálatára

• gömbölyű • nagy • mozog - nem mozog - mégis mozog • forog • vonz • azért mégsem annyira • rezeg • földel • vezet • mágneses • detektál • árnyékol • meleg • emlékezik • kaotikus • konstruál • lakott


dgy 2006. 01. 12.


1

1. A Föld gömbölyű

Távolban (csak) egy fehér vitorla...


Erasztothenész megméri a Föld sugarát

dgy 2006. 01. 12.


2

1. A Föld gömbölyű Holdfogyatkozás: a Hold r sugarának mérése

R

A C

R

D B

r

dHold dHold

I I

dNap

I C A

D B

A Hold távolságának mérése


A Nap távolságának mérése

dgy 2006. 01. 12.


3

2. A Föld nagy

Csillag képe a távcsőben

d ~

A távcsövek felbontóképessége

α <ε < β λ ε ~ D

λ D Az atomoktól a csillagokig

dgy 2006. 01. 12.


4

2. A Föld nagy

<

<

A nagyobb távcső jobb felbontású, de sokkal drágább!

egy nagy antenna

~

rádiótávcső-farm szinkronizált jelfeldolgozás

két kis antenna


dgy 2006. 01. 12.


5

2. A Föld nagy Deff ~ 12 000 km

Deff ~ 100 000 km

...és ha a Föld NEM ELÉG nagy... sőt!

VLBI Very Large Beseline Interferometer

Deff ~ 300 000 000 km Az atomoktól a csillagokig

dgy 2006. 01. 12.


6

3. Mégsem mozog a Föld! Ptolemaioszi világkép

Kopernikuszi világkép

Ókori fizika: a testek természetes állapota a NYUGALOM a természetes helyükön


dgy 2006. 01. 12.

Ha a Föld mozogna, leesnénk! Jaj!


7

3. És mégis mozog a Föld! Mozgás - de MIHEZ KÉPEST? Az inerciarendszerek egyenértékűsége: a RELATIVITÁS ELVE Új tapasztalat: fény elektrodinamika Miben terjed a fény? ÉTER: abszolút nyugalomban levő közeg abszolút koordinátarendszer Galilei: a tehetetlenség elve: a MOZGÁS természetes! Michelson-Morley kísérlet az éterszél kimutatására

Semmi baj: a Föld mozog!

éterszél Ha elforgatom a berendezést, megváltozik az interferencia!

interferenciacsíkok


Nincs hatás: a Föld talán ÉPPEN áll az éterhez képest!

Fél év múlva sincs hatás:

Nincs is éter! Speciális relativitáselmélet 1905

dgy 2006. 01. 12.


8

3. És mégis mozog a Föld! Mozgás - de MIHEZ KÉPEST? A Föld mozog az állócsillagokhoz képest! A csillagfény aberrációja

C

α =


v c

Speciális relativitáselmélet 1905: Nincs is éter!

Meglepetés: Az „éter” felfedezése 1964

A kozmikus háttérsugárzás: az egyik irányból kicsit erősebb és melegebb.

v = 700 km/s

dgy 2006. 01. 12.

Ez nem azonos a hajdani ÉTERREL! Konkrét anyagi rendszer: - története, dinamikája van - nem pontosan izotróp (különbségek az ötödik tizedesjegyben)


9

5. A Föld vonz ez köznapi tapasztalat

+ fizika: MINDENT egyformán vonz

Galilei a pisai ferde toronyban űrhajósok a Holdon

ma=mg a=g Az atomoktól a csillagokig

a súlyos és a tehetetlen tömeg egyenlősége Eötvös Loránd: 9 tizedes jegyre igazolta

általános relativitáselmélet

dgy 2006. 01. 12.


11

5. A Föld vonz ez köznapi tapasztalat

+ fizika: MINDENT egyformán vonz

Newton almája

Galilei a pisai ferde toronyban űrhajósok a Holdon

ma=mg a=g Az atomoktól a csillagokig

a súlyos és a tehetetlen tömeg egyenlősége Eötvös Loránd: 9 tizedes jegyre igazolta

általános relativitáselmélet

dgy 2006. 01. 12.

„Súlytalanság”: gravitációs együttzuhanás


11

5. A Föld vonz

1960: egy földi víztoronyban is megmérték

h = 30 m

A Föld a fényt is vonzza!

Általános relativitáselmélet: távoli csillagok fényének gravitációs vöröseltolódása

A Föld mint gravitációs lencse szonda

Δω

v2 ≈ 2 ≈ 10 −13 c ω

Mi a gravitációs vonzás forrása? A tömegsűrűség: de ez inhomogén! Eötvös-inga: a G mérése az inhomogenitás mérése: olajkutak

d GM α≈ ≈ 10 − 9 2 Rc d = R α ≈ 1 fényév

Mössbauer-effektus gamma-sugárzás

Jobb a Nap: d = 125 CsE a szonda 20 év múlva indul

Műholdak pályaháborgása: a Föld alakja a Föld belseje a Hold masconjai

de merre? Az atomoktól a csillagokig

dgy 2006. 01. 12.


12

6. A Föld nem vonz Miért nem gyorsul az esőcsepp? És az ejtőernyős? LÉGELLENÁLLÁS! kv

mg ma = mg - kv

a = 0 ha v =

mg =w= 2g H k

A k alaktényező változtatható: gyorsítás - lassítás A H effektív magasság ejtőernyőre 2 - 3 m, siklóernyőre 20 cm (lépcsőfok)


dgy 2006. 01. 12.


13

6. A Föld nem vonz Miért nem gyorsul az esőcsepp? És az ejtőernyős?

Lebegés: felhajtóerő

LÉGELLENÁLLÁS! kv

mg ma = mg - kv

a = 0 ha v =

mg =w= 2g H k

A k alaktényező változtatható: gyorsítás - lassítás A H effektív magasság ejtőernyőre 2 - 3 m, siklóernyőre 20 cm (lépcsőfok)


meleg levegő Montgolfier

kísérlet a rajzfilmekben kiszámoltuk: kb 1000 lufi felemel egy embert

könnyű gáz Zeppelin

Arthur C. Clarke javaslata: léghajózás a Jupiter sűrű légkörében

Hát a Marson? dgy 2006. 01. 12.


13

8. A Föld mint föld erővonalak

ekvipotenciális felületek testelés nagy vezető test: ekvipotenciális

földelés

C = ∞ U = const


épület Miért vezet a Föld? - Mert vizes!

dgy 2006. 01. 12.


16

8. A Föld mint föld erővonalak

ekvipotenciális felületek testelés nagy vezető test: ekvipotenciális

földelés

C = ∞ U = const

villámhárítás


épület Miért vezet a Föld? - Mert vizes!

A vezető Föld zárja az áramkört: tenger alatti távírókábelek

dgy 2006. 01. 12.


16

9. A Föld vezet

Diffúz váltóáramok a Földben: karottázs víz


kőolaj

dgy 2006. 01. 12.


17

9. A Föld vezet

Diffúz váltóáramok a Földben: karottázs

A légkör is vezet: ionoszféra

középhullámú rádió-adó

víz

kőolaj

lüktető ionoszféra

TV-adó

közép hullámú rádióvevő

interferencia: fading

Új URH-csillag született! Az atomoktól a csillagokig

dgy 2006. 01. 12.


17

11. A Föld mint detektor szilárdtest nyomdetektor

A Föld mint meteor-detektor. A Hold jobb! Az erózió időnként megnyomja a Reset gombot.


dgy 2006. 01. 12.


19

11. A Föld mint detektor szilárdtest nyomdetektor

A Föld mint meteor-detektor. A Hold jobb! Az erózió időnként megnyomja a Reset gombot.


Hold

Föld 2

több km

kiterjedt légizápor

dgy 2006. 01. 12.


19

11. A Föld mint detektor Neutrinók pl a Napban folyó magfúzió termékei igen gyengén hatnak kölcsön más részecskékkel

nehéz a detektálásuk, igen sok detektoranyag kell hozzá Cserenkov-sugárzás vízben

havonta 1 atom!


látható fény, átlátszó közeg, távoli detektorok

dgy 2006. 01. 12.


20

11. A Föld mint detektor Neutrinók pl a Napban folyó magfúzió termékei igen gyengén hatnak kölcsön más részecskékkel

nehéz a detektálásuk, igen sok detektoranyag kell hozzá Cserenkov-sugárzás vízben

látható fény, átlátszó közeg, távoli detektorok

5 km

1,5 km

havonta 1 atom!

Bajkál-tó


dgy 2006. 01. 12.


20

12. A Föld árnyékol

kozmikus részecskék detektálása az Alpok alatti alagútban

- fényt - elemi részecskéket

a Napból származó neutrínók detektálása nappal

és éjszaka

a beérkezett neutrínók száma a napi idő függvényében, több hónap alatt

24 órás periódus tehát valóban a Napból jönnek!


dgy 2006. 01. 12.


21

18. Újabb kísérletek a Földdel (kb 200 éve) • kapcsoljuk ki a termosztátot!

• változtassuk meg a kémiai és termikus környezetet! • csökkentsük a biológiai diverzitást! • kapcsoljuk ki a sugárvédelmet! • zavarjuk meg az áramlási rendszereket!

MI LESZ BELŐLE? A Föld reagálni, válaszolni fog! Már el is kezdte! Lesz-e, aki megérti? És aki megéri?


dgy 2006. 01. 12.


27

A Föld mint fizikai laboratórium

Recommend Documents