Charles Day proponuje dzisiaj lżejszy artykuł popularnonaukowy, poświęcony rozważaniom nad problemami fizycznymi jako-takimi.
Nietrudno jest rozpoznać turystę na stacji metra, wizytującego Waszyngton. Poza ich codziennymi ubraniami i zrelaksowanym obliczem osoby wizytujące stolicę Stanów Zjednoczonych zazwyczaj korzystają z papierowych biletów, które zakupić można na stacjach metra. Dużo z osób mieszkających w Waszyngtonie czy otaczających go przedmieściach używa jednak zbliżeniowej karty miejskiej, nazywanej SmarTrip.
Podobnie jak Londyńska Oyster Card czy używana w Hong Kongu Octopus Card, karta SmarTrip używana w Waszyngtonie zapisuje w swojej pamięci przejazdy z jakich korzysta właściciel i odejmuje ich koszt od całej kwoty 'zgromadzonej' na karcie. Aby uzupełnić stan konta skorzystać można z stosownego automatu, znajdującego się na każdej stacji, poprzez który zasilić można kartę gotówką lub z karty kredytowej.
Dwa tygodnie temu, żona autora artykułu, Jan, zapomniała wyjąć kartę z kieszeni spodni włożonych do prania. Naturalną konsekwencją tego zapominalstwa było wypranie karty razem z ubraniem. Pamiętając iż zegarek, który wyprałem 10 lat temu, przetrwał tą operację bez problemu, myślałem iż karta SmarTrip nadal będzie sprawna. Myliłem się. Kiedy Jan spróbowała użyć czyściutką już kartę, po której nic nie wskazywało na uszkodzenie, automat wyświetlił błąd, przy pierwszej bramce napotkanej na stacji metra. Kiedy poprosiła ona kierownika stacji o sprawdzenie karty potwierdził on to czego się obawiała - karta została uszkodzona. Jednakże dlaczego? co spowodowało uszkodzenie karty, która na pierwszy rzut oka wydaje się być dosyć wytrzymała?
Inaczej niż w przypadku kart kredytowych, karty SmarTrip nie przechowują informacji na pasku magnetycznym. A nawet gdyby tak było to temperatura Curie - czyli taka temperatura w której materiał magnetyczny traci swoje właściwości, a domeny magnetyczne układają się losowo, efektywnie kasując wszelkie zapisane informacje - nie została raczej przekroczona w ciepłej wodzie w pralce.
Czy detergent mógł uszkodzić kartę? Możliwe, jednakże trzy warstwy z których wykonana jest karta są złączone ze sobą bardzo mocno. Co więcej, Londyńczyk Frank Swain, pokazał iż trzeba dużo ostrzejszych środków chemicznych niż rozcieńczony detergent aby rozpuścić tworzywo z którego wykonana jest karta miejska z Londynu. Wykorzystał on aceton ze zmywacza do paznokci aby tego dokonać, co pozwoliło mu na rozmiękczenie i rozpuszczenie zewnętrznych warstw plastiku chroniących układy elektroniczne w Oyster Card.
Karty SmarTrip przechowują informacje na układzie scalonym zawartym wewnątrz środkowej warstwy karty. W tej samej warstwie znajduje się pętla ze ścieżek elektrycznych wokół karty, która działa jako antena. Gdy zbliżamy kartę do czytnika fale radiowe przezeń emitowane indukują prąd w antenie karty, który zasila następnie układ scalony. Dalej, ta sama antena używana jest przez kartę do komunikacji z czytnikiem po to aby przesłać mu z powrotem wartość zapisaną w swojej pamięci.
W 2003 roku autor niniejszego artykułu pisał newsa od elastycznych przewodnikach, stworzonych przez Stéphanie Lacour wraz z współpracownikami z uniwersytetu w Princeton. Artykuł dostępny jest pod tym linkiem. Podczas pisania artykułu dowiedziałem się, iż płaskie metalowe przewody, takie jak wykorzystane są w karcie SmarTrip do konstrukcji anteny, mogą zostać uszkodzone podczas wygięcia nawet o kilka procent.
Po pierwszym etapie prania, karta Jan została mocno przyciśnięta do ścianek bębna pralki podczas wirowania, mającego na celu odsączenia wody z detergentem od ubrań. W tym momencie karta wygięła się, a naprężenia związane z wygięciem się mogły przerwać uzwojenia anteny a w konsekwencji uczynić kartę niesprawną. Czy mogło tak być?
Karta ma około milimetra grubości. Bęben pralki ma wewnętrzny promień równy 25 cm. Naprężenia występujące w karcie podczas wyginania jej z takim właśnie promieniem jaki mam bęben wynosić mogą właśnie około 1%, czyli wystarczająco dużo, aby przerwać obwód karty.
Odmiennie niż problemy z którymi spotkać się można na egzaminach na studiach fizycznych, problemy które napotykamy w świecie rzeczywistym nie posiadają jasnych, predeterminowanych odpowiedzi. Jakkolwiek nie możemy być pewni co tak na prawdę uszkodziło kartę małżonki autora, całe wyzwanie intelektualne, związane z spekulacjami co mogło być przyczyną było bardzo ciekawe. Bez zdawania sobie z tego sprawy, podszedłem do zagadnienia które nauczyciele fizyki nazywają problemem otwartym.
Z ciekawości zasiadłem do wyszukiwarki Google i wpisałem "open-ended physics problems" (ang. Fizyczne zagadnienia otwarte). Pierwszym, szczęśliwym strzałem, była strona Alexa Alemi, absolwenta fizyki Uniwersytetu Cornell, który umieścił na swojej stronie 223 pytania, sformułowane w późnych latach '40 XX wieku przez radzieckiego fizyka i noblistę Piotra Kapicę. Jego pytania miały za zadanie testować umiejętności studentów Moskiewskiego Instytutu Fizyki i Technologii.
Drugi wynik z wyszukiwarki był o wiele nowszy. W 2010 roku Szkockie centrum kwalifikacji (instytucja podobna do Polskiej Centralnej Komisji Egzaminacyjnej), zajmujące się testami na poziomie szkolnym opublikowała podręcznik dla nauczycieli fizyki. Pozwolę sobie zacytować fragment wstępu:
Zagadnienia otwarte zaprojektowane są tak, aby zachęcać uczniów do udzielania pełnej, sensownej odpowiedzi, wykorzystującej całą wiedzę ucznia na temat fizyki. Takie pytania zatem pozwalają uczniom na zademonstrowanie pełnego i głębokiego zrozumienia zagadnień fizycznych, które wykorzystane mogą zostać do opisu ilościowego kolejnych zagadnień
Kapica byłby dumny.
Źródło:
http://scitation.aip.org/content/aip/magazine...s+18-22+August&dm_i=1Y69,2QT7F,E1O02P,9ZVO2,1
Nietrudno jest rozpoznać turystę na stacji metra, wizytującego Waszyngton. Poza ich codziennymi ubraniami i zrelaksowanym obliczem osoby wizytujące stolicę Stanów Zjednoczonych zazwyczaj korzystają z papierowych biletów, które zakupić można na stacjach metra. Dużo z osób mieszkających w Waszyngtonie czy otaczających go przedmieściach używa jednak zbliżeniowej karty miejskiej, nazywanej SmarTrip.
Podobnie jak Londyńska Oyster Card czy używana w Hong Kongu Octopus Card, karta SmarTrip używana w Waszyngtonie zapisuje w swojej pamięci przejazdy z jakich korzysta właściciel i odejmuje ich koszt od całej kwoty 'zgromadzonej' na karcie. Aby uzupełnić stan konta skorzystać można z stosownego automatu, znajdującego się na każdej stacji, poprzez który zasilić można kartę gotówką lub z karty kredytowej.
Dwa tygodnie temu, żona autora artykułu, Jan, zapomniała wyjąć kartę z kieszeni spodni włożonych do prania. Naturalną konsekwencją tego zapominalstwa było wypranie karty razem z ubraniem. Pamiętając iż zegarek, który wyprałem 10 lat temu, przetrwał tą operację bez problemu, myślałem iż karta SmarTrip nadal będzie sprawna. Myliłem się. Kiedy Jan spróbowała użyć czyściutką już kartę, po której nic nie wskazywało na uszkodzenie, automat wyświetlił błąd, przy pierwszej bramce napotkanej na stacji metra. Kiedy poprosiła ona kierownika stacji o sprawdzenie karty potwierdził on to czego się obawiała - karta została uszkodzona. Jednakże dlaczego? co spowodowało uszkodzenie karty, która na pierwszy rzut oka wydaje się być dosyć wytrzymała?
Inaczej niż w przypadku kart kredytowych, karty SmarTrip nie przechowują informacji na pasku magnetycznym. A nawet gdyby tak było to temperatura Curie - czyli taka temperatura w której materiał magnetyczny traci swoje właściwości, a domeny magnetyczne układają się losowo, efektywnie kasując wszelkie zapisane informacje - nie została raczej przekroczona w ciepłej wodzie w pralce.
Czy detergent mógł uszkodzić kartę? Możliwe, jednakże trzy warstwy z których wykonana jest karta są złączone ze sobą bardzo mocno. Co więcej, Londyńczyk Frank Swain, pokazał iż trzeba dużo ostrzejszych środków chemicznych niż rozcieńczony detergent aby rozpuścić tworzywo z którego wykonana jest karta miejska z Londynu. Wykorzystał on aceton ze zmywacza do paznokci aby tego dokonać, co pozwoliło mu na rozmiękczenie i rozpuszczenie zewnętrznych warstw plastiku chroniących układy elektroniczne w Oyster Card.
Karty SmarTrip przechowują informacje na układzie scalonym zawartym wewnątrz środkowej warstwy karty. W tej samej warstwie znajduje się pętla ze ścieżek elektrycznych wokół karty, która działa jako antena. Gdy zbliżamy kartę do czytnika fale radiowe przezeń emitowane indukują prąd w antenie karty, który zasila następnie układ scalony. Dalej, ta sama antena używana jest przez kartę do komunikacji z czytnikiem po to aby przesłać mu z powrotem wartość zapisaną w swojej pamięci.
W 2003 roku autor niniejszego artykułu pisał newsa od elastycznych przewodnikach, stworzonych przez Stéphanie Lacour wraz z współpracownikami z uniwersytetu w Princeton. Artykuł dostępny jest pod tym linkiem. Podczas pisania artykułu dowiedziałem się, iż płaskie metalowe przewody, takie jak wykorzystane są w karcie SmarTrip do konstrukcji anteny, mogą zostać uszkodzone podczas wygięcia nawet o kilka procent.
Po pierwszym etapie prania, karta Jan została mocno przyciśnięta do ścianek bębna pralki podczas wirowania, mającego na celu odsączenia wody z detergentem od ubrań. W tym momencie karta wygięła się, a naprężenia związane z wygięciem się mogły przerwać uzwojenia anteny a w konsekwencji uczynić kartę niesprawną. Czy mogło tak być?
Karta ma około milimetra grubości. Bęben pralki ma wewnętrzny promień równy 25 cm. Naprężenia występujące w karcie podczas wyginania jej z takim właśnie promieniem jaki mam bęben wynosić mogą właśnie około 1%, czyli wystarczająco dużo, aby przerwać obwód karty.
Odmiennie niż problemy z którymi spotkać się można na egzaminach na studiach fizycznych, problemy które napotykamy w świecie rzeczywistym nie posiadają jasnych, predeterminowanych odpowiedzi. Jakkolwiek nie możemy być pewni co tak na prawdę uszkodziło kartę małżonki autora, całe wyzwanie intelektualne, związane z spekulacjami co mogło być przyczyną było bardzo ciekawe. Bez zdawania sobie z tego sprawy, podszedłem do zagadnienia które nauczyciele fizyki nazywają problemem otwartym.
Z ciekawości zasiadłem do wyszukiwarki Google i wpisałem "open-ended physics problems" (ang. Fizyczne zagadnienia otwarte). Pierwszym, szczęśliwym strzałem, była strona Alexa Alemi, absolwenta fizyki Uniwersytetu Cornell, który umieścił na swojej stronie 223 pytania, sformułowane w późnych latach '40 XX wieku przez radzieckiego fizyka i noblistę Piotra Kapicę. Jego pytania miały za zadanie testować umiejętności studentów Moskiewskiego Instytutu Fizyki i Technologii.
Drugi wynik z wyszukiwarki był o wiele nowszy. W 2010 roku Szkockie centrum kwalifikacji (instytucja podobna do Polskiej Centralnej Komisji Egzaminacyjnej), zajmujące się testami na poziomie szkolnym opublikowała podręcznik dla nauczycieli fizyki. Pozwolę sobie zacytować fragment wstępu:
Zagadnienia otwarte zaprojektowane są tak, aby zachęcać uczniów do udzielania pełnej, sensownej odpowiedzi, wykorzystującej całą wiedzę ucznia na temat fizyki. Takie pytania zatem pozwalają uczniom na zademonstrowanie pełnego i głębokiego zrozumienia zagadnień fizycznych, które wykorzystane mogą zostać do opisu ilościowego kolejnych zagadnień
Kapica byłby dumny.
Źródło:
http://scitation.aip.org/content/aip/magazine...s+18-22+August&dm_i=1Y69,2QT7F,E1O02P,9ZVO2,1
Fajne? Ranking DIY