Как машины прыгают воду

Как работает машина на воде(правда или ложь).

Когда вы встречаете кричащие заголовки о том, что очередной изобретатель изобрел машину, которая ездит на воде, вы конечно удивляетесь. Ну как вода может быть топливом? Вообще-то никак не может, но журналисты как всегда хитрят, чтобы привлечь внимание.
На самом деле все проекты двигателей на воде, к воде имеют отдаленное отношение. Конечно, вода, это соединение водорода и кислорода. И да, водород может быть топливом. Но чтобы разорвать межатомные связи и добыть из воды водород нужно затратить кучу энергии, такой электролиз происходит еще и с выделением тепла. А второе начало термодинамики гласит, что нельзя передать тепло от более холодного к более горячему. В общем, такая схема более чем неэффективна.

Так что же скрывается за водяными автомобилями? Дело в том, что в качестве топлива используется не вода, а водяные растворы солей. Если немного упростить, то двигатель работает на соленой воде. Что такое соленая вода? Это электролит, как в обычных батарейках. А из электролита извлечь энергию проще, чем из воды.

Фактически двигатель на соленой воде, еще используется название «потоковая батарея», работает по тому же принципу, что и топленный элемент использующий водород (есть еще топливные элементы использующие метанол, щелочи или кислоты).

Упрощенная модель выглядит так. Соляной раствор протекает через мембрану, где раствор вступает в реакцию окисления, производя отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные, создавая при этом электрический ток. То есть имеем батарейку в которой соляной раствор не замкнут внутри оболочки и таким образом, залить в бак такого топлива можно столько, сколько позволит сам бак. Как и в случае с другими типами топливных элементов, в этом используется два типа жидкости, то есть заправлять придется 2 отдельных бака.

Один раствор нужен для реакции окисления, другой, для реакции восстановления. Таким образом, вся система представляет собой скорее аккумулятор, так как может быть перезаряжена, ну на худой конец жидкость в баки можно залить совсем новую.

Самое интересное, что история топливных элементов сама по себе не нова и. Принцип был открыт еще в 19-м веке, а первые работающие топливные элементы появились в 50-60-х годах двадцатого. Многие из них даже использовались для питания оборудования на космических аппаратах.

КПД топливных элементов и двигателей на их основе выше, чем у двигателей внутреннего сгорания, ведь превращение химической энергии в электрическую идет без сгорания топлива, а движущихся частей (на трение в которых расходуется энергия) в такой системе очень мало.

В отличие от водородных топливных элементов, вариант машины использующей растворы солей выглядит более перспективным, так как химическая промышленность и инфраструктура более готова к производству соляных растворов, чем к производству водорода.

Когда же мы машины начнут ездит на соленой воде, спросите вы? Они уже ездят. Компания nanoFlowcell из Лихтенштейна утверждает что уже сертифицировала свои автомобили Quant e-Sportlimousine, Quantino и Quant F для стран Евросоюза.
Динамика у e-Sportlimousine впечатляющая (для тех, кто привык к бензиновым двигателям), за 2,8 секунды электромобиль способен разогнаться до 100 при максимальной скорости — 350 км/ч, а ее двигатель способен развивать мощность 680 киловатт (что соответствует 920 л.с.) и крутящий момент 2900 Нм. При этом запас хода обещают в 600 километров на одной зарядке.

Quantino, модель предназначенная для «простых смертных» имеет более скромные характеристики — 143 лошадиные силы, но запас хода увеличен до 1000 км. Скорее всего именно скромный Quantino станет первым серийным «автомобилем на воде». О том, когда такие машины появятся на рынке, пока достоверной информации нет. Но видимо ждать осталось не долго.
Но если вы вообще не намерены ждать, то в интернете вы можете купить машинку игрушку которая ездит на растворе обычной столовой соли всего за пару долларов. Так сказать для «знакомства с технологией».

Источник

«Лучше брошусь лицом под шайбу, чем прыгну с этой вышки». Что такое хай-дайвинг?

Сегодня на чемпионате мира по водным видам спорта завершатся соревнования по хай-дайвингу. Мужчины будут соревноваться за медали, прыгая в воду с высоты 27 метров. Хай-дайвинг — самый опасный вид спорта в программе водного мундиаля. Спортивная редакция «БИЗНЕС Online» рассказывает, почему даже сами спортсмены боятся прыгать с высоты 9-этажного дома.

Хай-дайвинг, скорее всего, будет включен в Олимпийскую программу игр 2020 года в Токио

ЗА 9 ЛЕТ ДО ОЛИМПИЙСКОГО ВИДА СПОРТА

Многие до сих пор спорят, что же такое хай-дайвинг — спорт или развлечение? Со стороны кажется, что безумцы прыгают в воду с высоты 9-этажного дома ради получения адреналина, но это не так. Хай-дайвинг официально был включен в программу водных чемпионатов мира в 2011 году — в Шанхае, хотя Всемирная федерация хай-дайвинга была образована еще в 1996-м. Первые же медали чемпионата мира в этом виде спорта были разыграны в 2013 году в Барселоне.

Прыжки в воду с высоты 27 м быстро приобретают сумасшедшую популярность. Наряду с плаванием хай-дайвинг может считаться самым популярным видом спорта на чемпионатах мира. В Казани, к слову, на финальные прыжки билетов уже давно нет. Президент российской федерации прыжков в воду Алексей Власенко заявил, что хай-дайвинг, скорее всего, будет включен в Олимпийскую программу игр 2020 года в Токио. Основные критерии отбора — большое количество стран участниц и зрелищность — у хай-дайвинга с этим проблем нет.

НЕ ПУТАТЬ ХАЙ-ДАЙВИНГ И КЛИФ-ДАЙВИНГ

Существует также такая дисциплина, как клиф-дайвинг. Это тоже прыжки в воду, тоже с большой высоты. Но есть одно но: клиф-дайвинг — это прыжки в водоем со скал в естественных условиях. В хай-дайвинге же спортсмены прыгают со специально построенных конструкций, а рядом возведены трибуны для болельщиков. Многие считают, что именно клиф-дайвинг зрелищнее, так как спортсмены рискуют больше, ведь все проходит в естественных условиях — малейшие порывы ветра или же ошибка в полете и тебя может унести на рядом стоящие скалы.

СКОЛЬКО ВРЕМЕНИ СПОРТСМЕНЫ НАХОДЯТСЯ В СВОБОДНОМ ПОЛЕТЕ?

Около трех секунд. При этом увеличение высоты прыжка не дает спортсмену большего количества времени на выполнение технических элементов — вращений, сальто. При прыжках с высоты более 28 метров скорость полета спортсмена увеличивается, и он банально не в состоянии сделать дополнительные элементы.

В хай-дайвинг приходят в осознанном возрасте — в основном это спортсмены, которые раннее занимались прыжками в воду, но с небольших трамплинов или вышки — 3 или 10 метров

ОТКУДА ПРИХОДЯТ В ХАЙ-ДАЙВИНГ

Понятно, что хай-дайвингом не начинают заниматься с раннего возраста, как во многих других видах спорта. Трудно себе представить детей, которые с 7 — 8 лет начинают обучаться прыжкам с 27-метровой вышки. Поэтому в хай-дайвинг приходят в осознанном возрасте — в основном это спортсмены, которые раннее занимались прыжками в воду, но с небольших трамплинов или вышки — 3 или 10 метров.

ГДЕ ТРЕНИРУЮТСЯ?

Специально построенных объектов для прыжков по хай-дайвингу практически нет не только в России, но и в мире. Как правило, все эти конструкции временные и их возводят для проведения этапов Кубка мира или чемпионата мира. Многие спортсмены тренируются в закрытых бассейнах, оттачивая свою технику на 10-метровых вышках. Но есть и исключения. Легендарный колумбийский хай-дайвер Орландо Дуке построил в собственном доме бассейн с вышкой в 27-метров. Правда, сам спортсмен, как и многие другие его коллеги, признается, что не позволяет себе больше 5 — 6 прыжков в день, так как это опасно для организма.

ГЛАВНОЕ — ПРАВИЛЬНО ВОЙТИ В ВОДУ

Главный вопрос, который интересует многих зрителей, которые впервые решили насладиться этим видом спорта: насколько он опасен? Понятно, что это один из самых опасных видов спорта, ведь спортсмены прыгают с высоты 9-го этажа. Главная опасность таится при входе в воду — сотрясение мозга, переломы рук, повреждение спины — это лишь небольшой список травм, которые можно получить при неправильном приводнении. Этот элемент — один из важнейших не только для судей, которые зачастую оценивают качество входа в воду по количеству брызгов, но и для спортсменов, ведь от этого и зависит, получит ли он травму или нет. Хай-дайверы рассказывают, что начинают готовиться к приводнению уже за 17 метров. При входе в воду ноги должны быть натянуты, как струны, а пальцы ног подтянуты к себе. Тогда площадь соприкосновения с водой уменьшается, а сам прыгун становится более обтекаемым.

При входе в воду ноги должны быть натянуты, как струны, а пальцы ног подтянуты к себе. Тогда площадь соприкосновения с водой уменьшается, а сам прыгун становится более обтекаемым

Однако спортсмен все равно ощущает боль, даже при правильном входе. «Боль ощущаешь, уже находясь под водой, спустя секунду-полторы, как ты приводнился, и там же приходит понимание, куда пришлась основная нагрузка от удара», — рассказывал российский прыгун Артем Сильченко . Прыжок вперед руками чреват переломами рук и сотрясением мозга. Отчасти техника приводнения заставляет спортсменов отказываться от некоторых дополнительных технических элементов.

САМИ СПОРТСМЕНЫ ТОЖЕ БОЯТСЯ ПРЫГАТЬ

Легендарный канадский хоккеист Фил Эспозито, который недавно приезжал в Казань на открытие чемпионата мира, рассказывал, что он лучше бросится лицом под шайбу, чем спрыгнет с вышки для хай-дайвинга. Обычного человека также вряд ли затащишь на такую высоту. Но любопытно, что и многие хай-дайверы, несмотря на то что несколько лет прыгают с 27-метровой вышки, продолжают бояться это делать. Например, американка Рэйчел Симпсон, которая вчера выиграла «золото» в Казани, признавалась, что боится высоты, а каждый новый прыжок для нее — большое испытание.

Артем Сильченко — один из сильнейших хай-дайверов в мире, победитель этапов по клиф-дайвингу, но чемпионом мира пока не становился

ЗА КОГО БОЛЕТЬ РОССИЙСКОМУ БОЛЕЛЬЩИКУ

Хай-дайвинг только продолжает набирать популярность как официальный вид спорта чемпионата мира. Конкуренция в этом виде спорта не такая большая, как, например, в том же плавании. У женщин, к слову, накануне соревновались всего лишь 12 спортсменок, у мужчин сегодня в финал выйдут 20. В России также хай-дайвинг только начинает обретать популярность. В сборной России по хай-дайвингу нет пока ни одной представительницы слабого пола, поэтому вчера болельщикам приходилось поддерживать спортсменок из других стран. Совсем иначе обстоит дело в мужской сборной.

От России сегодня в финале будут выступать сразу три спортсмена — Сильченко, Игорь Семашко и Илья Щуров. Но реальные шансы на медали есть только у Сильченко, который по итогам трех прыжков занимает четвертое место. Сильченко — один из сильнейших хай-дайверов в мире, победитель этапов по клиф-дайвингу, но чемпионом мира пока не становился. Отметим, что с этого года Семашко представляет в сборной России Татарстан.

ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ПАРТНЕР ПРОЕКТА

Источник

С какой высоты можно прыгнуть в воду и остаться в живых

Выживаемость человека при прыжке в воду с большой высоты определяется исключительно его конечной скоростью. И если тело человека успеет разогнаться до 109 км/ч, шансы на выживание начинают стремиться к нулю

Трудно точно определить эту высоту. В то время как некоторые люди умирают от падения в ванне, другие выживают после прыжков с невероятной высоты. Например, известен случай русского летчика Второй мировой войны лейтенанта И. М. Чиссова. Бомбардировщик Ил-4 Чиссова был сбит немецкими истребителями в январе 1942 года. Летчик упал с высоты 6705 метров, ударился о край заснеженного оврага и скатился на его дно. Несмотря на тяжелые ранения, военный выжил. Хотя это и не был прыжок с утеса в воду, такой случай показывает, что при падении с большой высоты можно выжить даже в самых тяжелых ситуациях.

В любой такой расчет максимальной высоты, с которой человек может упасть и выжить, входит параметр конечной скорости. Это максимальная скорость свободного падения человека в воздухе. Как только конечная скорость достигнута, независимо от того, с какой высоты вы падаете, ваши шансы на выживание останутся одними и теми же. Хотя есть некоторые споры по поводу этой цифры, конечная скорость человека при падении оценивается примерно в 325 км/ч.

При прыжке с 30-метровой скалы человек приобретает скорость всего в 90 км/ч. Это позволяет людям выживать. Во многом конечная скорость зависит от того, как человек ведет себя в воздух и прямо перед погружением. Нырок головой вперед немного увеличивает скорость, сокращая тем самым и шансы на выживание. Погружение ногами вниз позволяет немного уменьшить ущерб от падения, а если в воздухе принять максимально широкую позицию так, чтобы тело имело площадь как можно больше, то можно снизить и конечную скорость приземления.

Федеральное управление гражданской авиации США провело собственное исследование и показало, что определяющим фактором при падении с большой высоты все же является конечная скорость. Смертельными для человека становятся скорости порядка 109 и более километров в час. Не важно, с какой высоты прыгает человек — если он достигнет этой скорости, шансы выжить стремятся к нулю и строит только надеяться на чудо.

Источник

Физика в мире животных: как водомерки бегают по воде

Среди читателей Хабра, вероятно, нет людей, которые никогда не видели водомерок. Это очень распространенное семейство насекомых, которое включает около 1700 видов. Большинство — пресноводные, но есть и виды, которые живут на побережье морей и океанов.

Всю свою жизнь водомерки проводят на поверхности воды. Они передвигаются по ней так же просто, как обычные насекомые — по суше. Водомерки, по крайней мере, большинство видов — хищники. Они питаются мелкими организмами, но не боятся нападать и на более крупную добычу. Иногда ничего не подозревающий малек подплывает к поверхности водоема, и тут же в него всаживается «гарпун» — хоботок водомерки, которая впрыскивает в тело жертвы желудочный сок и начинает всасывать питательные вещества. В общем, неплохой сюжет для нескучного фильма. Но самое интересное в водомерке — ее способность бегать по воде. Каким образом это насекомое получило свою сверхспособность?

Физика и химия — друзья водомерок

В большинстве случаев водомерки держатся на воде благодаря, во-первых, наличию слоя водоотталкивающих жиров на тельце и конечностях, во-вторых, благодаря специальным волоскам на кончиках лапок.

Так, на задних лапках насекомых этих волосков очень много, их количество превышает 16 000 на мм 2 . На них водомерки опираются, они же служат рулевым механизмом. На средних и передних конечностях волосков тоже много, но не настолько. Волоски водомеркам приходится довольно часто приводить в порядок, поскольку если этого не делать, вода смочит тело водомерки и та утонет.

Предназначение волосков — создать воздушную подушку, на которой и покоится водомерка. Если присмотреться в солнечный день, то можно видеть, как сверкает вода вокруг лапок водомерки — это как раз воздушный «кокон» или, если угодно, воздушная подушка. На дне неглубокого водоема видна тень водомерки — и всегда вокруг лапок тень утолщена, хотя сами лапки вполне обычные — это тень от создаваемой волосками конечностей воздушной подушки.

Кстати, китайские ученые обнаружили интересный факт — время от времени тень от ножки перестает быть четкой, и тогда водомерка прижимает ее к передней части тела, где находятся железы, выделяющие несмачиваемое вещество. После этой процедуры тень от конечности снова становится четкой.

Волоски у водомерок тоже необычные, вдоль каждого из них проходит желобок, что предотвращает проникновение воды — она не может просочиться в столь малый объем. Угол соприкосновения воды с поверхностью конечностей водомерки составляет около 168 градусов, что предотвращает смачивание лапок.

Некоторые виды водомерок передвигаются и при помощи «химического двигателя». В задней части тела насекомых есть специализированная железа, которая выделяет жироподобное вещество. Оно изменяет силу поверхностного натяжения, снижая ее. В результате водомерка движется вперед уже благодаря действию уже законов физики. Водомерка скользит в создаваемой ею водной «лунке». Когда нужно выйти на берег, то выделение гидрофобного вещества снижается, и водомерка выбирается при помощи капиллярных сил.

Режим передвижения водомерок

Насекомые эти получили свое русское название из-за того, что передвигаясь, они как бы «меряют» пройденное по воде расстояние. Но, как оказалось, это лишь один режим передвижения водомерки — так она поступает, когда не испугана и не преследует жертву, а просто передвигается по поверхности воды.

Большинство видов попеременно опираются на три конечности, перемещая остальные три вперед, и повторяя этот цикл.

В моменты опасности или преследования добычи водомерка как бы втыкает в поверхность воды кончики средних лап, на которых не так много волосков, рулит задними, а передними — загребает воду. Единственное — передние лапки все же не погружаются в воду, а отталкиваются от поверхности воды.

Ну и последнее — водомерки умеют прыгать на воде. Не очень далеко, но это все же прыжки. Прыгают они в случае опасности — за этим можно наблюдать, если попробовать накрыть водомерку ладонью на воде. Спасаясь, она будет не только «грести», но и прыгать, причем довольно активно.

К слову, если изменить поверхностное натяжение воды — например, при помощи поверхностно-активных веществ (ПАВ), то водомерки потонут. Именно поэтому их нет в местах сброса в воду отходов производства — последние изменяют свойства воды и водомерки (да и не только они) не могут жить в подобных местах.

Водомерки приносят пользу науке

Группа китайских ученых разработала сверхточный метод измерения силы Архимеда. Идея пришла в голову сначала одному китайскому физику по имени Юй Тянь (Yu Tian) из университета Цинхуа в Пекине

Ученый в солнечный день отправился к берегу пруда в одном из парков столицы Китая. Там он смотрел на воду и заметил водомерок, которые отбрасывали тень. Как и говорилось выше, тень от их лапок была отличной от конфигурации кончиков конечностей.

Ученый понял, что это вызвано искривлением воды под действием веса водомерки, сколь бы небольшим он ни был. И тогда он понял, что при помощи теней, отбрасываемых объектами на поверхности воды, можно измерять силу Архимеда, причем эти измерения сверхточные. Граница чувствительности метода — 1 пиконьютон.

«Геометрия тени, которую отбрасывает на воду объект, позволяет очень точно вычислить искривление поверхности воды под ним, и, соответственно, определить объем этой „лунки“ и вычислить силу выталкивания, используя закон Архимеда. Все это можно измерить, используя фонарик, прозрачный сосуд, воду и простую камеру», — заявил ученый.

Еще и роботы

Результаты наблюдения китайского ученого помогли его команде разработать концепцию робота-водомерки. На данный момент таких устройств создано несколько, причем одно из них умеет даже прыгать по поверхности воды, как настоящая водомерка.

Первыми создателями робота-водомерки была команда School of Chemical Engineering and Technology. Разработчики использовали как результаты наблюдений коллег, так и собственные исследования.

Затем был создан еще один робот, вес которого составлял много больше, чем у водомерки — 11 граммов вместо долей грамма. Он способен передвигаться по воде и делает это довольно быстро — вплоть до 5 км/ч, что сравнимо со скоростью ходьбы взрослого человека.

Ну и еще один показательный пример — робот-водомерка, созданный объединенной командой исследователей из Южной Кореи и США. Этот робот очень сильно напоминает водомерку, размер его составляет около 7 см вместе с «лапками».

Он не только передвигается по поверхности воды, но еще и прыгает, причем довольно высоко.

Область применения роботов-водомерок — поисково-спасательные операции, изучение физико-химических свойств воды, мониторинг загрязнений и т.п.

Источник