Когда размер имеет значение?
• Загадки наномира
• Как должны быть сложены лилипуты?
• Как лилипуты бегают?
• Почему штангистов взвешивают?
• Почему прыгунов в высоту НЕ взвешивают?
• Почему щука всегда догонит карася?
• Почему хомяк всѐ время ест?
• Как лилипуты видят?
• Почему мухи могут ползать по потолку?
К.Ю. Богданов кандидат физ-мат наук,
доктор биологических наук
Загадки наномира
--- цвет зависит от размеров
--- прочность растёт
--- температура плавления падает на сотни градусов
--- реакционная способность веществ растёт
--- появляется способность к самосборке и
--- ????
При уменьшении объектов до НАНОразмеров их свойства
изменяются:
Загадки наномира :
цвет зависит от размеров
Почему цвет наночастиц зависит от их размера?
Почему цвет наночастиц зависит от их размера?
Чем больше частица, тем больше у каждого атома соседей
и тем легче оторвать электрон
чи
сл
о б
лиж
ай
ши
х с
осед
ей
размер частицы в ангстремах
Загадки наномира :
цвет зависит от размеров
Загадки наномира : квантовые точки
Загадки наномира : высокая прочность
Структура поликристалла.
Белое - микротрещины Кремниевые проволочки с золотыми шляпками
микротрещины
Почему нанопроволоки в десятки раз более прочные
• Чем больше образец, тем больше в нѐм дислокаций
• У нанообразцов дислокаций может не быть вообще
• Поэтому они не обладают пластичностью и очень прочны
идеальный кристалл дислокация
Пластичность -
это
проявление
дислокаций
Загадки наномира :
понижение температуры плавления
частицы золота размером 5-10 нм плавятся при температуре меньше на несколько сотен градусов
Почему температура плавления наночастиц низкая?
Чем меньше атомов в частице, тем большая их доля на поверхности
А на поверхности порядка нет !!!
Дол
я п
ове
рхно
стн
ых а
том
ов
N – число атомов
Почему температура плавления наночастиц низкая?
Загадки наномира:
высокая реакционная способность
Ag =
Загадки наномира:
высокая реакционная способность
в
б
а
+ - + -
+ -
Загадки наномира:
способность к самосборке
Какой рост у лилипутов?
Рост лилипутов = 1/12 роста человека
Как должны быть сложены лилипуты?
Какими должны быть кресла для лилипутов?
Если размер кресла уменьшают в N раз, то площадь
поперечного сечения стержня, поддерживающего
кресло, уменьшается в N2 раз, НО…
Но, если рост лилипута в N раз меньше, то его вес – в N 3 раз меньше, чем у
человека
эта площадь поперечного сечения стержня, должна быть пропорционально весу
Для экономии материала площадь поперечного сечения стержня у «лилипутных»
кресел надо уменьшать не в N2 раз, а – в N 3 раз !!!
Сечение подставок и опор у лилипутов должно быть меньше !
Какими должны быть кости у лилипутов?
Как лилипуты бегают?
Когда F1 = F2, мы движемся равномерно со скоростью:
смc
dgv
в
ч /202,11
8,915,0104,0 3
Сила, толкающая нас вперѐд, -
это сила трения покоя:
F1 = mg = чdSg Сила, мешающая нам двигаться, -
сила сопротивления воздуха
F2 = cвSv2
У лилипутов d меньше и значит они бегут медленнее !!!
Почему бегунов не взвешивают?
61
21 mсdсc
dgv
в
ч
ТРАДИЦИОННО!!!
Почему тяжелоатлеты выступают в разных весовых категориях?
Почему сила человека зависит от его массы?
Почему тяжелоатлеты выступают в разных весовых
категориях?
y = 9,0·M0,67
100
110
120
130
140
150
160
170
180
40 50 60 70 80 90
Ма
сса
шт
анги
, кг
Масса спортсмена, кг
Мировые рекорды в жиме для женщин
y
M
Н. Евстюхина
Почему тяжелоатлеты выступают в разных весовых
категориях?
мышца мышеч.
клетки
ТРАДИЦИОННО!!!
Почему прыгунов в высоту НЕ взвешивают?
Высота прыжка в принципе ДОЛЖНА зависеть от массы прыгуна и…. от мастерства!
Если известна максимальная энергия Wмакс, которую может придать
себе прыгун массой m, то можно найти высоту h, на которую он
подпрыгнет:
Wмакс=mV2/2 m4/3
mgh= mV2/2
h m1/3,
т.е.
высота прыжка в принципе должна зависеть от массы прыгуна и от
мастерства!
Почему почему прыгунов в высоту надо взвешивать?
Почему щука всегда догонит карася?
2
1 VSkFтрения 1V
2Vнеобходимая мощность N = Fтр
.V
доступная мощность N = k2.Q
31
2
S
QCV
2
1
31
2
1
V
V
L
L
Почему пловцов не взвешивают?
ТРАДИЦИОННО!!!
31
LсV
Место для формулы.
Почему хомяк всё время ест?
Масса еды в день 1/10 массы тела
Масса еды в день
массе тела
Высота в N раз
меньше
M1
M2
Бóльшая часть энергии от еды
идѐт на компенсацию этих
потерь
Потери энергии пропорциональны
поверхности тела, S
Энергия q от еды
пропорциональна еѐ массе m
2
123
12 ,
N
SS
N
MM
11111 Sk
kmSkmkq
E
OOE
1
1
2
2
2
122
M
mN
M
m
N
mS
k
km
E
O
Почему хомяк всё время ест?
Человек-паук реален?
Человек-паук реален?
Несколько тысяч нановолосков на
конце каждой лапки
Человек-паук реален?
Человек-паук реален?
в
б
а
+ - + -
+ -
Как молекулы притягиваются друг к другу?
Как слышат лилипуты?
Как видят лилипуты?
Как видят лилипуты?
Dразрешениеуглмин мин
,..
для Гулливера мин = 0,004 град
для лилипутов мин =0,05 град
Как видят лилипуты?
Лилипутам читать сложно !!!
Найди докладчика на фото 1955 года