Nezaujatý mimozemský pozorovatel by možná řekl, že lidé jsou posedlí rotací. Očividně velice rádi roztáčíme roztodivné věci a pak je pozorujeme, naplněni patřičnou pýchou. Velice spokojeně se teď jistě cítí na skotské Univerzitě ve St. Andrews, kde vyrobili nejrychleji rotující umělý objekt na světě.
Má ho na svědomí tým odborníků, kterým šéfoval Kishan Dholakia. Podařilo se jim vytvořit mikroskopickou kuličku, kterou za pomocí laserového paprsku donutili vznášet se ve vakuu a přitom rotovat naprosto zběsilou rychlostí, která v jednu chvíli dosáhla až 600 milionů otáček za minutu. Pro srovnání, je to zhruba 500 tisíckrát rychleji než běžná domácí pračka a více než tisíckrát rychleji než obávaná zubní vrtačka.
Muselo to být dech beroucí a úžasně zábavné, přesto ale nešlo o samoúčelné hrátky. Dholakia a spol. se podílejí na výzkumu jevů kolem hranice mezi klasickou a kvantovou fyzikou. Soustředí se přitom na objekty podstatně větší, než běžně studované atomy či molekuly. Kvantové stavy takových objektů mohou vytvořit v optomechanickém experimentu s laserovým ochlazováním a minimalizováním stavu kvantové dekoherence. K takovému experimentu si vyrobili kuličku z vateritu, čili polymorfního uhličitanu vápenatého, která měla průměr pouhé 4 miliontiny metru. Kuličku pak umístili do vakua, kde se vznášela na laserovém paprsku, a vědci ji studovali při extrémní rotaci. Jejich kulička se chovala v podstatě jako nejmenší gyroskop na světě a stabilizovala svůj pohyb kolem osy rotace.
Sami badatelé jsou samozřejmě nadšeni a už přemýšlejí o tom, jak by své extrémní experimenty rozšířili, například na větší počet ďábelsky rotujících kuliček. A je na co se ptát. Kolem kvantového tření je stále spousta nejasností. Například, bude kvantová mechanika brzdit rotující objekty, i když budou v takřka dokonalém vakuu, kde nejsou patrné žádné jiné zdroje tření? Uvidíme. Už jejich stávající experiment je ale fascinující a přináší pozoruhodné otazníky. Například, rotace uhličitanové kuličky je tak extrémní, že úhlové zrychlení na jejím povrchu dosahuje miliardkrát větší hodnoty, než gravitace na povrchu Země. Jak to, že ji odstředivé síly neroztrhají na kusy?
Dholakia a spol. už nepochybně hlučně oslavují světový rekord v rotaci, i když určitě nevydrží věčně. Jejich počin byl ale každopádně průlomový a už teď přispěl ke studiu povahy tření v mikroskopických rotujících systémech. Vývojáři příští generace mikroskopických zařízení to nepochybně ocení.
Literatura
University of St Andrews News 28.8. 2013, Nature Communications 4: 2374, Wikipedia (Revolutions per minute).
Diskuze:
mělo být tenká tyč délky průměru kuličky
Josef Hrncirik,2013-09-03 00:25:07
V kuličce či válci vznikne víceosé pnutí. Dokonce se mi jeví, že i v té tyči bude 2x větší pnutí ve smyslu třepit konce než to trhat vejpůl. Jak to roztočili netuším. Nezdá se mi že by to musel být dvojlomný vápenec. U rotující kuličky zřejmě začnou odprskávat části z rovníku, až k rovnováze. Pokud šok není veliký. Prostě příště asi spěchat pomalu.
představme si rotující tyč o průměru kuličky
Josef Hrncirik,2013-09-01 21:05:05
Roztrhne se uprostřed silou přispěvků odstředivých sil od jednotlivých vrstviček. Určitá formální analogie je nárůst tlaku u dna kyvety v odstředivce. Po integraci pro napětí ve středu tyče dostanu Pa=kg/m3*((2pí*ot/s)*m)*((2pí*ot/s)*m)/2 ;napětí v tahu; hustota;úhlová rychlost;poloměr; za hustotou je kvadrát jak vidno z odvození či rozměrové analýzy. Potom vyjde při hustotě 2700 cca jako hliník napětí v tahu pouhých 21000000Pa, tj. cca 210 atmosfér. To vápenec neroztrhne. Dobrý dural vydrží až cca 700 MPa, tj. 33x víc. Mohlo by se to točit až 5,8x rychleji při stejném poloměru.
Počítám správně?
Vojtěch Kocián,2013-09-01 18:35:39
Pnutí na povrchu té rotující kuličky mi vychází asi 2,75 TPa.
Odstředivé zrychlení není úhlové zrychlení
Josef Hrncirik,2013-09-01 15:44:43
Při maximálních otáčkách bylo maximální odstředivé (dostředivé) zrychlení a úhlové zrychlení bylo přesně nulové. Doufám, že Ind to měl dobře, že to vzniklo až rychlým překladem.
no právě
Petr Ka,2013-09-01 14:39:59
Podle článku http://www.nature.com/ncomms/2013/130828/ncomms3374/full/ncomms3374.html
je stabilní frekvence 5 MHz (ne 10 MHz) a částice o průměru 4,4 um. Tj. obvodová rychlost 69 m/s (zhruba 250 km/h).
Velkou ani nelze čekat http://en.wikipedia.org/wiki/Ehrenfest_paradox
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
