Odstředivka z bicyklu
4. 2. 2011
Ať už se jedná o oddělování jednotlivých složek krve, trénink nových astronautů nebo obohacování uranových izotopů pro jaderné palivo – centrifuga je klíčovým zařízením, které to dokáže. Připravte se na závratné otáčky a překvapující biologii a fyziku v dnešním Michaelově experimentu. A vydolujte z garáže kolo vašeho tatínka, protože dnes si vyrobíme vlastní odstředivku – a dokonce ji velmi účelně využijeme!
Filip: Kam nás to experimentátor Michael pozval dnes? Že by do historie letectví? Vždyť právě slézá z kokpitu téhle stíhačky.
Michael: Pilots of aircrafts such as this MiG 23 MF have to be not only mentally very astute, but also physically very fit in order to withstand the extreme forces exerting on them during a supersonic flight. But it’s not just the pilots. It’s also the materials, from which this aircraft is made from, that have to withstand such extreme forces.
Piloti letounů, jako je tento MiG 23 MF, musejí být nejen duševně velice bystří, ale také v dobré fyzické kondici, aby překonali extrémní síly, které na ně působí během nadzvukového letu. Ale nejde jen o piloty. Tyto extrémní síly musejí překonávat také materiály, z nichž je letadlo vyrobeno.
Tereza: Z hangárů kbelského Vojenského leteckého muzea jsme přešli sotva pár stovek metrů do Letňan.
Filip: Tady sídlí Výzkumný a zkušební letecký ústav. V jedné z jeho hal se právě testuje zařízení palubní elektroniky.
Michael: Centrifuga. Pomocí odstředivé síly můžeme působit na daný předmět, v našem případě na tento „black box“ z letadla, zrychlením až několika g.
Tereza: Laicky řečeno: na nás působí gravitační síla, která nás zrychluje směrem k zemskému jádru velikostí jednoho g. Že je to všechno malinko složitější, ponechme stranou. Představte si, že tahle ta mašinka dokáže vytvořit zrychlením 20 g, …
Michael: … což nám umožňuje simulovat podmínky, které musí vydržet letící letadlo při prudké změně směru.
Tereza: Stačí obyčejná zatáčka a ta g už tam narůstají. Když testujeme nějaký předmět, tak velikost zrychlení můžeme měnit. A to buď tím, že zvýšíme nebo snížíme otáčky, anebo prodloužíme délku ramene.
Michael: Centrifugy také souvisejí s odběrem krve a jejím zpracováním.
My blood like your blood is a mixture of many components. Mostly plasma, red blood cells, white blood cells and platelets. The doctor needs to separate these individual components. And to do so he’s going to use the centrifugal force and a centrifuge.
Má krev stejně jako ta vaše je směsí mnoha součástí. Především krevní plazmy, červených krvinek, bílých krvinek a krevních destiček. Lékař tyto jednotlivé součásti potřebuje oddělit. K tomu používá odstředivou sílu a centrifugu.
Michael: This centrifuge is very different from the one we saw at Letňany.
Tato centrifuga je velice odlišná od té, kterou jsme viděli v Letňanech.
Michael: A výsledek? Před a potom.
This is my blood after separation with 5.000 g of centrifugal acceleration. At the top we have the plasma, this translucent part of the mixture. In the middle there’s a small band of white blood cells mixed with the platelets from the blood. And at the bottom we have my red blood cells. This is the result of 5000 g of centrifugal acceleration.
Toto je má krev po separaci při 5000 g odstředivého zrychlení. Nahoře je plazma – tato průsvitná část směsi. Uprostřed je úzký pruh bílých krvinek, smíchaných s krevními destičkami. A u dna máme mé červené krvinky. Toto je výsledek 5000 g odstředivého zrychlení.
Tereza: Ve velmi rychlých centrifugách se od sebe oddělují také izotopy uranu 235 a 238. Je to dnes nejrozšířenější a nejefektivnější metoda obohacování uranu.
Filip: Nejprve ocet, pak olej a ještě… ano, trocha hořčice. Michael ve svém chemickém živlu. Co z toho bude tentokrát?
Michael: Dressing je hotov.
Tereza: Já už jsem si myslela, že to budeme jíst suché, jak králíci. Tak, počkej. Trošku to promícháme.
Michael: Dobrou chuť.
Tereza: Tak se ukaž, Angličane … Ale to je vážně dobré. To je moc dobré.
Michael: Děkuji.
Tereza: To je olej, ocet … A jaký je ten poměr? Víš, já nikdy nevím ten poměr.
Michael: Poměr? No já nevím. Já jsem to odhadl zkušeným okem chemika.
Tereza: No tak to mi moc nepomůže. Já bych potřebovala … Nedá se to nějak zpětně zjistit?
Michael: Zpětně? Zpětně zjistit poměr? To asi nejde. Počkej, to půjde.
Michael: With a help of a home-made centrifuge.
Pomocí domácí centrifugy.
Tereza: Domácí centrifuga. Takže teď půjdeme do pračky a tam to odstředíme, jo?
Michael: Ne, ale skoč pro kolo.
Tereza: Pro kolo?
Michael: Pro kolo.
Michael: The two main components of my dressing are olive oil and balsamic vinegar. These two components will naturally separate because vinegar is heavier than oil. However I put into my dressing a small amount of mustard. A mustard acts as an emulsifier, which really stops the oil from clumping together and separating from the vinegar. It forms a colloidal solution.
Dvěma hlavními součástmi dresinku jsou olivový olej a balsamikový ocet. Tyto složky se samovolně oddělují, protože ocet je těžší než olej. Do dresinku ovšem přidám malé množství hořčice. Ta působí jako emulgátor, který brání oleji, aby se shlukoval a odděloval od octa. Hořčice tedy vytváří koloidní roztok.
Tereza: Áááá – kolo jede…
Michael: This colloidal solution does separate naturally under a force of 1 g. If we want to find out what the real …
Tento koloidní roztok se přirozeně rozděluje za přitažlivosti 1 g. Když však chceme zjistit, jaký je skutečný …
… poměr ocet k oleji je, musíme oddělení urychlit.
Tereza: Takže já si to dám do kapsy, sednu na kolo a rychle pojedu, hm?
Michael: Ne, trošku jinak.
Filip: A v tomto okamžiku začíná samotný dnešní pokus s domácí centrifugou. Michael vzorek svého skvělého a pro Terezu tak trochu záhadného dressingu nalije do malé plastové nádobky.
Tereza: Ta druhá polovina zůstane pro porovnání netknuta.
Filip: Na scénu nastupuje jízdní kolo coby domácí centrifuga. Už to taky máte? Samozřejmě! Jako buben naší centrifugy poslouží zadní kolo, poháněné řetězem.
Tereza: Nádobku s dressingem dobře upevníme k ráfku.
Michael: Tři, dva, jedna…
Filip: Start! A jedeme! Narůstající hrkání není nic vážného. To jen bezpečně oblepená nádobka probíhá čelistmi zadní brzdy.
Tereza: Michaelův ohromný fyzický fond běží naplno.
Michael: Máme několik g odstředivé síly.
Filip: Prudké zabrzdění čelistmi brzdy – a chvilka napětí, co uvidíme.
Tereza: Ukaž! No vidíš. To je krásně vidět. Je to v poměru jedna ku třem. Takže já si to jdu zapsat do kuchařky.
Michael: A centrifuge. Home-made.
Autoři: Vladimír Kunz, Michael Londesborough