Физика города: какие научные формулы окружают нас в повседневной жизни

Иллюстрация: Ольга Денисова

Весь окружающий мир описан физиками и химиками с помощью формул и уравнений. Условные обозначения позволяют записать запах, увидеть энергию и посчитать время. Как это сделать по пути домой, рассказывают наши друзья из Детского центра научных открытий "ИнноПарк".

Лето, солнышко греет, в воздухе витает аромат свежести и совсем чуть-чуть – нагретого асфальта. Все дело в том, что у нас под ногами – нефтепродукт с большим содержанием парафина и нефтяных масел. Зачастую применяются ароматические нефтяные углеводороды, потому и появляется специфический аромат.

Среди прочих, за этот запах отвечают следующие соединения:

• бензол (C₆H₆),
• триметилбензол (C9H12),
• толуол (C₇H₈)

По улице прошлись – спускаемся в метро. На эскалаторе нас настигает следующая формула, на этот раз физическая. Вспомним школьную задачку: "Эскалатор метро спускает идущего по нему вниз человека за 1 минуту. Если человек будет идти вдвое быстрее, то он спустится за 45 секунд. Сколько времени спускается человек, стоящий на эскалаторе?".

Решение несложное. Обозначения:

• l – длина эскалатора,
• t1 – время спуска человека, идущего со скоростью v,
• t2 – время спуска человека, идущего со скоростью 2v,
• t – время спуска стоящего на эскалаторе человека.

Рассчитав длину эскалатора для трех различных случаев (человек идет со скоростью v, со скоростью 2v и стоит на эскалаторе неподвижно), получим систему уравнений:

[html][/html]
Решив ее, получим искомую формулу и нужный нам результат:

[html][/html]

Выходим из метро и движемся дальше. Перед нами – пешеходный переход, замаячил зеленый человечек – пора идти, чтобы уложиться в отмеренные секунды. Но кто установил, что мы должны успеть пересечь дорогу именно за 16 секунд, а не за 7 или 35?

Количество времени, необходимое человеку для перехода дороги, регламентировано ГОСТами и рассчитывается по формуле T=S/V + 3-5 секунд. Ширина проезжей части делится на среднюю скорость при шаге (около 5 км/ч). К результату прибавляются 3-5 секунд – это запас, необходимый пожилым и маломобильным гражданам.

Где бы мы ни гуляли, рано или поздно наткнемся на станцию городского велопроката. Такие станции работают от солнечных батарей. Что именно происходит в этих голубоватых пластинах, которые правильно называются фотоэлектрическими преобразователями? Свет становится электричеством благодаря фотоэффекту. Это процесс вырывания электронов из атомов вещества под воздействием света.

В 1905 году Альберт Эйнштейн, исходя из закона сохранения и превращения энергии, сформулировал уравнение для определения нергетического баланса при фотоэффекте:

[html][/html]
Здесь h∙ν – это энергия фотона, а А – это работа выхода, то есть минимальная работа, которую нужно совершить для выделения электрона из атома вещества. Частица света (фотон) поглощается электроном, который приобретает дополнительную кинетическую энергию ½m∙v2 и совершает работу выхода из атома, что дает ему возможность свободно двигаться. В веществе возникает электродвижущая сила. Направленное движение электрических зарядов и есть электрический ток.

Выведенная Эйнштейном формула принесла своему автору Нобелевскую премию в 1921 году. Может быть, вы тоже станете ее лауреатом, если будете пытливо искать другие формулы на улицах города.

Екатерина Ефремова, Детский центр научных открытий "ИнноПарк"