Nejrychleji rotující umělý objekt na světě  
Vědci z Univerzity ve St Andrews nechali mikroskopickou kuličku z uhličitanu vápenatého levitovat ve vakuu na laserovém paprsku a při tom rotovat vpravdě ďábelskou rychlostí 600 milionů otáček za minutu.

 

Zvětšit obrázek
Jak rychle bude rotovat příště? Kredit: University of St Andrews.


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.

 

Kishan Dholakia. Kredit: University of St Andrews.


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.


 

Zvětšit obrázek
Použité kuličky z vateritu. Kredit: Arita et al. (2013), Nature Communications.

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.

 

Zvětšit obrázek
Zubní vrtačka. Tisíckrát pomalejší, ale mnohem obávanější. Kredit: Dozenist, University of Tennessee, Wikimedia Commons.


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).


 

Datum: 31.08.2013 22:54
Tisk článku


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.

Odpovědět

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.

Odpovědět

Počítám správně?

Vojtěch Kocián,2013-09-01 18:35:39

Pnutí na povrchu té rotující kuličky mi vychází asi 2,75 TPa.

Odpovědět

Počítám správně

Vojtěch Kocián,2013-09-01 18:31:08

Odpovědět

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.

Odpovědět

kolik

Mojmir Kosco,2013-09-01 12:53:58

je rychlost na povrchu ?

Odpovědět


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

Odpovědět


upřesnění

Petr Ka,2013-09-01 14:47:41

Mělo by tu stát "nejrychleji úhlově rotující (člověkem vytvořený) objekt" (a to ještě možná). Např. strunová sekačka (10000 ot./min, průměr 25cm) rotuje koncem struny rychlostí 131 m/s (a jistě se najde něco rychlejšího).

Odpovědět


Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku








Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace