The Best of 2011
30. 12. 2011
V tomto vydání populárně vědeckého magazínu uvedeme ten nejlepší výběr z Michaelových experimentů, které jsme odvysílali v roce 2011. Nejdříve vysvětlíme, proč nemůžeme loupat mandarinky u otevřeného ohně. Ukážeme, jak se v magnetických proužcích na našich kreditních kartách kódují informace. Pak se přesuneme k pokusu století, abychom odhalili objev elektrického motoru. Pak pomocí vody budeme měřit čas, stejně jako ve středověku. Představíme zrod karburátoru, ke kterému přispěli pařížští parfuméři, kteří se inspirovali Venturiho jevem. Zaměříme se na počátky vodního čerpadla a nakonec během chvíle obletíme zeměkouli pomocí vlastnoručně vyrobeného balónu!
The Best of 2011
Tereza: Pro mě rok 2011 začal tímto. Díky Michaelovi a jeho neuvěřitelné schopnosti vidět svět kolem nás jinýma, řekněme trošku vědečtějšíma očima, jsem například zjistila, že tahle mandarinka, respektive její slupka, obsahuje speciální sloučeniny.
Michael: A tyto oleje jsou samozřejmě uhlovodíky, které odolávají vodě i plísním. A dokonce jsou velice hořlavé. Podívejte se na tohle.
Tereza (k Filipovi): Počkej, to se loupe.
Filip: Když tento olej vystřikuje ze slupky, okamžitě se míchá se vzduchem a tato hořlavá směs se v podobě malých ohnivých kuliček spaluje.
Michael: By squeezing the skin, braking the cells, squatting some of the flammable oils into the flame.
Zmáčkněte slupku, rozbijte buňky, vypusťte ty hořlavé oleje do plamene.
Tereza: Takže nikdy, ale nikdy nejezte mandarinky u otevřeného ohně!
Filip: Pro mě začal rok 2011 s Michaelem tady, před Českou národní bankou. Zjišťoval jsem tam zůstatek na mém účtu.
Michael: Tak to zkusím. Pojď.
Filip: Ono se to hlo.
Michael: Osm tun.
Michael: Je, Filipe, bingo. Tady je jedna tuna zlata. Hodnota téměř miliarda korun.
Filip: Michaele, podívej, tady musejí být milióny korun.
Michael: Povím vám jedno malé tajemství. A prosím vás, neříkejte to Filipovi, to by mu zlomilo srdce. Ty peníze nebyly opravdové. Co ale je skutečné, je tohle – peníze z plastu.
Filip: Ááá, vidím, že se jedná o malý kousek acetátu polyvinylchloridu – platební karta. A tady je ta důležitá část, která nese veškeré informace.
Michael: Funguje na základě paralelního uspořádání spinů nepárových elektronů.
Filip: Prosím tě, řekni to normálně, ne: magnetismu.
Michael: Znalosti magnetismu můžeme využít k tomu, abychom odhalili magnetický datový otisk na naší kartě. Filipe, prosím.
Tereza: K tomuto odhalení ovšem potřebujeme jemné železné piliny. My jsme je získali trpělivým pilováním železného hřebíku.
Filip: Michael si neodpustil názornou demonstraci magnetických sil. Pomocí silného neodymového magnetu vytvářejí piliny na papíře úžasné útvary.
Tereza: K pokusu jsme s odvahou vybrali Michaelovu platební kartu.
Filip: Železné piliny obsahují nepatrné částečky magnetického oxidu železnatého. Ty ovšem přitahují magnetické částice, ukryté v pásku naší karty.
Tereza: Ještě trocha Michaelovy příslovečné šikovnosti – a odhalení magnetického otisku dat je na světě.
Michael: Když se na to podíváme na světle, naším experimentem jsme odhalili, že magnetický proužek má ve skutečnosti místo tři stopy magnetických dat.
Filip: A v případě Michaelovy karty stačí dokonce pouze dvě stopy. A z nich jen jedna nese magnetické záznamy jako je například jméno majitele karty, datum vydání, kód země, datum platnosti atd.
Michael: And this specific arrangement for this credit card is as unique among other credit cards, as my fingerprint is different from his.
A toto zvláštní uspořádání pro tuhle kreditní kartu je stejně jedinečné mezi ostatními kreditními kartami, jako se můj otisk prstu liší od Filipova.
Michael: Nebojte se, ta karta pořád funguje. Už párkrát mi to potvrdila moje žena. A když už je řeč o magnetismu, musím se zmínit o jednom z mých nejoblíbenějších vědeckých vzorů – o Michaelu Faradayovi. Udělal pionýrské kroky v oblasti, která spojuje elektřinu a magnetismem.
Tereza: No a toto je výborný příklad. Tyto dveře také pohání elektromotor. Tohle byl pokus století a jeden z vůbec nejdůležitějších objevů! Je to objev elektrického motoru.
Filip: Když zvětšíte maličký Faradayův magnet a pár stejných ještě přidáte, a když rtuť nahraďte dráty, získáte princip pohonu, na němž fungují všechny točící se elektrické přístroje.
Tereza: Královna Viktorie stejně jako řada politiků tehdy pochybovala o významu Faradayovy práce. A jak jim Faraday odpověděl?
Michael: One day Sir, you will be able to tax it.
Jednou to bude moci zdanit, pane.
Filip: Faraday tak odstartoval to, co Einstein později nazval Velkou revolucí.
Tereza: Představte si, že toto je jen jeden z mnoha plodů Faradayovy práce.
Michael: An electricity generator.
Generátor elektřiny.
Tereza: A právě takové generátory vyrábějí elektrickou energii pro naše domácnosti. Takže my se můžeme dívat na televizi a hrát na počítači a nemusíme držet černou hodinku.
Michael: A je dobré si uvědomit, …
… that it is all electricity generators – not just these water turbines, but wind turbines, steam turbines, turbines driven by the combustion of fossil fuels or nuclear fission, they are all based on the same principle as set out by Faraday.
… že všechny elektrické generátory – nejen tyto vodní turbíny, ale turbíny větrné, parní, turbíny poháněné spalováním fosilních paliv nebo rozpadem atomů, všechny jsou založeny na tomtéž principu, který vymyslel Faraday.
Filip: Nechte se inspirovat Faradayovým průkopnickým výzkumem a postavte si malý jednoduchý generátor proudu.
Tereza: Hotovo!
Filip: Okamžik napětí – funguje!
Michael: And that´s it! A vision, an idea, and a world-changing technology.
A je to! Vize, nápad a technologie, která mění svět.
Tereza: Po Faradayovi samozřejmě nastoupila dlouhá řada vědců a inženýrů, kteří dále zlepšovali a zdokonalovali jeho práci. Až jsme stanuli na prahu technologií dneška.
Michael: A co když to bude právě někdo z vás, kdo překročí tento práh a otevře cestu technologiím budoucnosti?
Tereza: Je na čase skončit s magnetismem. Je na čase podívat se na můj oblíbený experiment, který se týkal středověkého zařízení na měření času.
Michael: V tomto období našich dějin byla hnací silou vědy a techniky církev. A museli taky řešit tento problém.
Tereza: Ano, v církvi totiž platilo, že pokud jste mnich nebo jeptiška, tak se v určitou denní i noční dobu musíte modlit. Vtip byl v tom, že ve 12. století neznali budíky tak, jak je známe dnes.
Michael: To, jak problém s dodržováním času vyřešili, víme jedině z kroniky, kterou napsal jeden mnich v Anglii. Zapsal, že “ během jedné noci v červnu 1198 všechny na opatství probudil zvuk ohromného ohně. Část mladých mezi námi běželi ke studni, část k hodinám.“ K hodinám? A důvodem, proč běželi k hodinám, aby je zachránili před ohněm, bylo, že to byly hodiny vodní.
Tereza: Vodní hodiny fungují dobře. A pokud se dá řídit rychlost jejich kapání, trvalé měření času je zajištěno.
Michael: Luckily was found another fragment of a chronicle, dating from the 12th Century, buried at an abbey near the Pyrenees mountains, in which was described a method, a procedure, by which one could make a water-powered alarm clock!
Na jednom opatství pod Pyrenejemi byl naštěstí nalezen úryvek jiné kroniky z 12. století. V něm byl popsán postup, pomocí něhož si můžeme vodní budík postavit.
Tereza: My jsme se s Michaelem rozhodli, že si takový budík sestrojíme, Pravda, vypadá trošku, jako kdyby pejsek s kočičkou vařili dort, ale to jenom proto, že jsme použili věci, které jsme našli doma. A tohle to je pravděpodobně jediný vodní budík v celé Evropě.
Michael: Možná to vypadá trošku zvláštně, ale důležité je, že tento přístroj skutečně funguje na stejných principech, jako ten originál ze 12. století. A důležité taky je, že to skutečně funguje.
Tereza: Přelom nastal kolem roku 1280, kdy bylo vynalezeno něco, co se dá považovat za největší vynález té doby.
Michael: A toto je ono. Je to lihýř, neboli mechanický oscilátor.
Tereza: A tento vynález byl v dějinách techniky velmi důležitý, protože umožnil vývoj mechanických hodin.
Michael: This caused a shift from measuring time using continuous processes, such as the flow of liquid in a water clock, to repetitive, oscillatory processes, that offered higher accuracy.
Měření času se díky němu posunulo od nepřetržitého procesu, jako je proud kapaliny ve vodních hodinách, k opakujícímu se, kmitavému chodu, který nabízí větší přesnost.
Tereza: Pokud je stroj v chodu, slyšíme ten typický zvuk, na který si lidstvo za těch sedm set let, co jej posloucháme, dávno zvyklo: tik - tak, tik - tak.
Filip: Od roku 1400 tento stroj lidem sděloval nejprve, kdy se mají modlit, ale později, kdy mají pracovat.
Tereza: Města po celé Evropě dostala své hodiny. A když zazvonily, dali jste se do pohybu. A hýbali jste se, až zazvonily znovu. Pak jste se zastavili.
Tereza: Nové hodiny učinily z měst výkonnější organismus. Začala stoupat výroba.
Michael: Čas se změnil na peníze. Vědecké úsilí a nova technika, kterou přineslo, posouvalo Evropu a její hospodářství k větším cílům.
Hele, Terezo, no time to waste – dneska!
Neztrácejme čas! Jdeme!
Filip: Vždy jsem miloval klasiku. Žasl jsem, jak vynález spreje vedl k objevu karburátoru a k ještě k výkonnějším spalovacím motorům.
Filip (Jellinek): Maybach! Jste tady? Maybach, moje auto je „sehr pomala“. To je lina kobyla. Maybach, ja potřebovala nove auto. Ale ne auto dneška, ne auto zítřka, aber auto pro budoucnost! Tak pracovala, tak pracovala.
Tereza: V hlavě jednoho z nejlepších automobilových konstruktérů, Maybacha, se začala rodit představa nového motoru – řadového čtyřválce.
Michael (Maybach): Das Auto pro budoucnost.
Tereza: Bylo však třeba vymyslet způsob, jak do něj dodávat zplynovanou palivovou směs.
Filip: Zárodek řešení, které Maybach hledal pro svůj nový motor, pocházel kupodivu odtud, z pařížských parfumerií.
Michael: Tím řešením bylo tohle – the perfume spray.
Rozstřikovač parfému, sprej.
Michael: A rozstřikovač parfému existuje díky tomuto muži.
Filip (Venturi): Giovanni Batista Venturi, osobně.
Michael: Venturi byl knězem a zároveň profesorem fyziky.
Filip (Venturi): „Cosí“ podivná kombinace, ale mně vyhovuje. Jsem žákem slavného Lazzara Spallanzaniho.
Michael: Mimochodem, Spallanzani, a to je zajímavé, byl vůbec první, kdo ukázal, že rozmnožování zvířat vyžaduje jak sperma, tak i vajíčko.
Filip (Venturi): A byl první, kdo předvedl oplodnění ve zkumavce. Na žábách, hm …
Michael: A také umělé oplodnění u psů … Umíte si představit, jak musela vypadat v jeho laboratoři? Haf, haf.
Michael: Spallanzani také vysvětlil, jak funguje toto.
Filip (Venturi):
Interesantní, že? A proto i mě začalo zajímat, jak se chovají tekutiny jako voda a vzduch. Voda došla …
Filip (Venturi): Objevil jsem, že když tekutina – jako například vzduch – protéká touto zúženou trubicí, dochází tam ke snížení tlaku. To znamená, že když tam pak fouknu, vzduch na tomto místě zrychlí a zde se vytvoří podtlak! Sledujte … Belissimo. Tento jev jsem nazval Venturiho jevem.
Filip: Vyrobit si vlastní rozstřikovač, založený na Venturiho jevu? Není nic snazšího.
Michael: A k tomu potřebujeme jenom brčka.
Tereza: K názornému předvedení funkce rozstřikovače jsme zvolili výtvarnou disciplinu …
Michael: Green first.
Nejprve zelenou.
Tereza: … abstraktní malbu.
Filip: Použití spreje, známého mezi výtvarníky jako fixírka, vyžaduje přece jen trochu zručnosti. Je potřeba najít správný úhel mezi oběma brčky …
Tereza: … a především – správný tlak vzduchu při foukání.
Filip: Je to tam.
Filip: Výsledky práce byly naprosto hodné Michaelova výtvarného génia.
Filip: Jo jo jo… No to je krásné.
Tereza: Také Wilhelma Maybacha napadlo použít k dokonalému rozptýlení benzinu rozstřikovací trysku. Sprej umožnil, že každá kapička paliva byla obalena spoustou vzduchu, což se projevilo výborným spalováním paliva.
Filip: A tedy i mnohem vyšším výkonem motoru.
Michael: Das ist gut. Das ist – ono!
Tereza: Nové zařízení na přípravu směsi paliva se vzduchem nazval Maybach karburátorem.
Filip: Maybach, wunderbar. Wunderbar!
Tereza: A karburátor změnil na dlouhou řadu let svět automobilů.
Michael: Ovšem před Maybachem a jeho karburátorem, motorem s vnitřním spalováním a přeměnou tepelné energie na pohybovou prostřednictvím pohybu pístu ve válci musíme poděkovat tomuto muži.
Tereza: Thomas Newcomen se narodil v Dartmouthu na pobřeží jižní Anglie, roku 1663. Byl baptistickým kazatelem …
Tereza: … a zároveň kovářem.
Tereza: Mezi jeho největší zákazníky patřili majitelé místních cínových dolů. A ty právě trápila voda, která jejich doly zaplavovala. Newcomen věřil, že má řešení. Vodní pumpu, kterou pohání stroj.
Michael: Newcomenovi bylo jasné, že k tomu aby vyvinul účinné vodní čerpadlo, poháněné motorem, potřebuje především způsob, jak přeměnit energii tepla na energii pohybovou.
Tereza: Počkej, já jsem myslela, že mě zveš na kávu. A ty chceš zase přeměňovat energie?
Michael: Ano.
Filip: Newcomen znal rozpínání a smršťování plynů změnou teploty. Tyto vlastnosti předvádí následující pokus.
Tereza: Do plastové láhve nejprve zachytíme vodní páru z varné konvice. Pára vyplňuje celý objem láhve.
Filip: Jakmile láhev ochladíme, horké molekuly vody kondenzují. Tím se tlak uvnitř láhve sníží natolik, že ji vnější atmosférický tlak rozdrtí.
Michael: Here is an alternative demonstration of the same principle.
Zde je jiná ukázka téhož principu.
Tereza: Máme tady plechovčičku …
Filip: Do ní nalijeme trošku horké vody a přivedeme ji do varu.
Michael: Vaří.
Tereza: Vaří.
Filip: Plechovka je plná páry. … Teď ji ve studené vodě prudce ochladíme.
Michael: A bum. Výsledný pokles tlaku uvnitř plechovky umožnil okolnímu atmosférickému tlaku, aby ji rozdrtil jako slon myš.
Filip: Na tomto principu přeměny energie jsem založil své strojem hnané vodní čerpadlo. Na jednom konci kyvadla je závaží, které táhne čerpadlo do zaplaveného dolu, a zároveň zvedá píst. Jak píst stoupá, otvírá se ventil, který do válce žene horkou páru. Když je píst nahoře, otevře se druhý ventil, který do válce pouští studenou vodu. Ta způsobí, že pára kondenzuje a vytvoří uvnitř částečné vakuum. Atmosférický tlak pak tlačí píst dolů a donutí jej k dalšímu cyklu.
Tereza: A tak díky Newcomenovi svět vstoupil do nové éry spalovacích motorů.
Michael: Ale pro mne nejvznešenějším způsobem pohybu je tento.
Tereza: Ano, ano, naši chlapci se v Brně pokusili překonat světový rekord v letu balónem. Tak kluci šup. Hop do balónu a letíme.
Tereza: 21. března 1999, po dvaceti dnech a téměř 41 000 kilometrech letu přistáli Bertrand Piccard a Brian Jones se svým balónem.
Filip: Poprvé obletěli svět bez mezipřistání.
Tereza: Bude Michael schopen tento výkon překonat? Obletět svět s balónem za méně než dvacet dnů?
Petr Kubíček, vzduchoplavec, Kubíček Balloons: Největší specifikum při řízení balónu je, že balón má obrovskou setrvačnost. To znamená, že když já do balónu zatopím, tak reakce toho balónu se dá očekávat až po několika vteřinách.
Michael: During the flight, the pilot's only ability to steer the balloon is to go either up or down and catch different wind currents. Therefore, it is important for the pilot actually to know how the wind is blowing above and below the balloon.
Jediným způsobem, jak může vzduchoplavec během letu řídit balón, je buď stoupat, nebo klesat a zachytit různé vzdušné proudy. Proto je pro balonáře důležité, aby opravdu znali, jak vítr nad a pod balónem fouká.
Filip: Piloti mají různé techniky. Jedna z nich je například plivání, další technika jsou papírky. Počkat, ne ne ne, to jsou doklady.
Michael: Chceš scénář?
Filip: Výborně. Tak. Zkusíme. No a poslední metodou je pěna po holení. Bezvětří.
Michael: But what I most enjoy about ballooning is that, at least when the burners are not burning, complete quiet. The peace. And although I can see that we’re moving, I can’t sense any movement. I can’t feel or here any wind. It is the perfect example of relativity! This balloon and therefore I am moving at the same speed as the wind. Therefore I can’t feel it. It’s almost as if – relative to me – there is no wind! Amazing.
Z čeho ale mám při letech balónem největší požitek, je to, že alespoň když nehoří hořáky, je tu úplné ticho. Klid. A ačkoli vidím, že se pohybujeme, žádný pohyb necítím. Necítím ani neslyším žádný vítr. Je to dokonalý příklad relativity. Tento balón a tedy i já se pohybujeme stejnou rychlostí jako vítr. Proto to necítím. Je to skoro, jakoby vzhledem ke mně tu žádný vítr nebyl. Úžasné.
Filip: Jak procítěné a filozofické, Michaele. Zřejmě se nahoře nadýchal trochu řídkého vzduchu. No nevadí, vraťme se zpátky na zem. Pro vás, domácí experimentátory, tady máme jedinečnou možnost sestavit si svůj vlastní horkovzdušný balónek.
Tereza: Nejprve musíte najít ten správný plastový pytlík. Musí být lehoučký a správné velikosti.
Filip: Rozměrnější pytlíky pojmou při své hmotnosti mnohem více vzduchu, a proto lépe létají.
Tereza: Z lehoučkých plastových brček – jejich prostým vzájemným zasunutím – sestavíme nosný kříž.
Filip: Z obou stran jej zpevníme proužky izolepy. Pamatujte, musíte šetřit každým gramem.
Tereza: Z alobalu vystřihneme čtvercovou plošinku, která ponese zdroj tepla.
Filip: Ne, tak malý a lehoučký propanový hořáček jsme neobjevili. Naším zdrojem tepla budou tenoučké dortové svíčky.
Tereza: Opatrně je teplým voskem upevníme k alobalu. I ten jsme předtím voskem připevnili ke kříži.
Filip: Ke koncům kříže opatrně izolepou přichytíme náš balónový obal – pytlík.
Tereza: Balón je připraven. Začíná ohřívání vzduchu uvnitř.
Filip: I se samotným startem musíte experimentovat. Větší pytlík vyžaduje pro zahřátí vzduchu uvnitř delší dobu. My jsme dokonce museli přidat doprostřed kříže pátou svíčku.
Tereza: Teprve pak se náš horkovzdušný balónek konečně počal vznášet.
Filip: Dámy a pánové, okamžik, na který jste tak dlouho čekali. Michael pokoří pány Piccarda a Jonese novým světovým rekordem v obletu Zeměkoule horkovzdušným balónem. Michaele, připraven?
Michael: Připravenej!
Filip: Pozor! Spustit – teď!
Michael: A jedem. Vidím Jižní Afriku, Jižní Ameriku, Severní Ameriku, Evropu, Asii. A já jsem okolo – teď.
Filip: Teď! Neuvěřitelné! 22 sekund a půl – ti trval oblet kolem Zeměkoule. Neuvěřitelné.
Všichni společně: Přejeme vám šťastný nový rok.
Tereza: Vědecký rok!
Všichni: Vědecký rok.
Michael: Šťastný vědecký rok!
Autoři: Vladimír Kunz, Michael Londesborough