Vedendo questi cieli blu, il sole splendente e l'arcobaleno potrebbero farti pensare a un sacco di domande scientifiche a cui non puoi rispondere in questo momento. Continua a leggere per le soluzioni. iStockphoto/Thinkstock Il governo degli Stati Uniti spende circa 60 miliardi di dollari l'anno per sovvenzionare la ricerca scientifica, e i programmi di laurea in scienze e ingegneria presso le università statunitensi sono così buoni da attirare molti degli studenti migliori e più brillanti dal resto del mondo [fonte:National Science Foundation]. Circondato da meraviglie tecnologiche, dai bancomat parlanti e dai satelliti per le telecomunicazioni ai pomodori dei supermercati geneticamente modificati per mantenere il loro sapore, Gli americani devono essere dannatamente intelligenti quando si tratta di scienza, eh?
Bene, indovina ancora. La verità inquietante è che gli adulti statunitensi tendono ad essere un'ignoranza imbarazzante quando si tratta di conoscenze scientifiche di base. Un sondaggio Harris Interactive del 2009 ha rilevato che solo il 53% sapeva che la Terra impiegava un anno per girare intorno al sole, e solo il 59% sapeva che i primi esseri umani e dinosauri non esistevano allo stesso tempo, come hanno fatto in "The Flintstones". E solo il 47% ha affermato correttamente, entro un intervallo di errore del 10%, che circa il 70% della superficie terrestre è coperta dall'acqua. Solo un adulto su cinque negli Stati Uniti potrebbe rispondere correttamente a tutte e tre queste domande [fonte:ScienceDaily]. Uno studio dell'Università del Michigan del 2011 ha rilevato che solo il 28% degli adulti americani aveva abbastanza conoscenze scientifiche per essere in grado di leggere la sezione scientifica del martedì del New York Times e capirla. certo, questo è un miglioramento rispetto a uno studio del 1988, quando solo il 10% degli adulti poteva dare un senso agli articoli scientifici del Times [fonte:ScienceDaily].
Quindi ovviamente, abbiamo una strada da percorrere per ottenere qualcosa che assomigli all'alfabetizzazione scientifica universale. Ma per quelli di voi che sentono il disperato bisogno di cambiare argomento quando qualcuno menziona il bosone di Higgs, supercalcolo massicciamente parallelo o l'escalation del dibattito sul fatto che i dinosauri avessero piume, non aver paura. Ti inizieremo facilmente, con le risposte a 10 domande scientifiche di base a cui tutti dovrebbero sapere come rispondere.
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Cantalo con Armstrong:"Vedo cieli blu..." Goodshot/Thinkstock "Vedo cieli azzurri e nuvole bianche, " Louis Armstrong canticchiava nella sua canzone del 1968 "What a Wonderful World". dato che la sua canzone è un'ode all'ottimismo. Ricercatori europei hanno scoperto che la luce della parte blu dello spettro influenza le emozioni in modo positivo, rendendoci più reattivi agli stimoli emotivi e più adattabili alle sfide emotive [fonte:Opfocus].
Ma stiamo divagando. Il motivo per cui il cielo appare blu è a causa di un effetto chiamato dispersione . La luce solare deve passare attraverso l'atmosfera terrestre, che è pieno di gas e particelle che agiscono come i paraurti di un flipper, la luce del sole che rimbalza dappertutto. Ma se hai mai tenuto un prisma nelle tue mani, sai che la luce del sole in realtà è composta da un mucchio di colori diversi, che hanno tutte lunghezze d'onda diverse. La luce blu ha una lunghezza d'onda relativamente corta, quindi passa attraverso il filtro più facilmente rispetto ai colori con lunghezze d'onda più lunghe, e di conseguenza sono sparsi più ampiamente mentre attraversano l'atmosfera. Ecco perché il cielo sembra blu durante le parti della giornata in cui il sole sembra essere alto nel cielo (anche se in realtà è il punto del pianeta in cui ti trovi che si muove, rispetto al sole).
All'alba e al tramonto, anche se, i raggi del sole devono percorrere una distanza maggiore per raggiungere la tua posizione. Questo annulla il vantaggio della lunghezza d'onda della luce blu e ci permette di vedere meglio gli altri colori, per questo spesso i tramonti appaiono rossi, arancione o giallo [fonti:NASA, Science Daily].
Purtroppo, c'è un sacco di spazzatura spaziale intorno al pianeta Terra. Maciej Frolow/Photodisc/Getty Images L'età della Terra è qualcosa di cui le persone hanno discusso, a volte amaramente, per un lungo, a lungo. Già nel 1654, uno studioso di nome John Lightfoot, i cui calcoli erano basati sul Libro della Genesi della Bibbia, proclamò che la Terra era stata creata esattamente alle 9 del mattino, ora mesopotamica, il 26 ottobre 4004 a.E.V. Alla fine del 1700, uno scienziato di nome conte de Buffon riscaldò una piccola replica del pianeta che aveva creato e misurò la velocità con cui si raffreddava, e sulla base di tali dati, stimato che la Terra fosse circa 75, 000 anni. Nel 19 ° secolo, il fisico Lord Kelvin ha usato diverse equazioni per impostare l'età della Terra da 20 a 40 milioni di anni [fonte:Badash].
Ma tutto ciò che fu superato alla fine del 1800 e all'inizio del 1900 dalla scoperta della radioattività, che fu presto seguito dal calcolo dei tassi di decadimento di varie sostanze radioattive [fonte:Badash]. Gli scienziati della Terra hanno usato questa conoscenza per determinare l'età delle rocce della Terra, così come campioni di meteoriti e rocce riportati dalla luna dagli astronauti. Per esempio, hanno esaminato lo stato di decadimento degli isotopi di piombo dalle rocce, e poi confrontato con una scala basata sui calcoli di come gli isotopi del piombo cambierebbero nel tempo. Da quello, sono stati in grado di determinare che la Terra si è formata circa 4,54 miliardi di anni fa con un'incertezza inferiore all'1% [fonte:US Geological Survey].
Uno squalo cornuto mimetizzato sul fondo del mare; è la selezione naturale responsabile dei suoi colori? Gerard Soury/Oxford Scientific/Getty Images Come l'età della Terra, la teoria dell'evoluzione, sviluppata per la prima volta dal biologo Charles Darwin a metà del 1800, è un altro argomento su cui le persone tendono ad agitarsi. Se hai mai visto il film classico "Eredita il vento, "Probabilmente conosci già il famigerato Scopes Monkey Trial del 1925. Il famoso avvocato Clarence Darrow ha discusso senza successo per conto di un insegnante di biologia delle superiori di nome John Scopes, accusato di aver violato uno statuto del Tennessee che vietava a chiunque di insegnare che gli umani discendevano da "un ordine inferiore di animali, " e decretò che la storia biblica della creazione fosse l'unica spiegazione accettabile [fonte:Linder]. Negli ultimi anni, sono stati gli anti-evoluzionisti che hanno combattuto in tribunale e nelle legislature per richiedere che i bambini imparassero la "scienza della creazione" a scuola, oltre alla teoria evoluzionistica [fonte:Raffaele].
E se c'è un'idea che infastidisce particolarmente gli antievoluzionisti, è il concetto centrale di Darwin, che si chiama selezione naturale. Non è davvero un'idea difficile da capire. In natura, mutazioni, cioè un cambiamento permanente nel progetto genetico degli organismi, che possono indurli a sviluppare caratteristiche diverse dai loro antenati - si verificano casualmente. Ma evoluzione, il processo a lungo termine mediante il quale animali e piante cambiano nel corso di più generazioni, non è al caso. Anziché, i cambiamenti negli organismi tendono a diventare più comuni nel tempo se il cambiamento aiuta l'organismo a sopravvivere e riprodursi meglio.
Per esempio, immagina che alcuni coleotteri siano verdi, ma allora, una mutazione fa sì che alcuni coleotteri siano marroni, Invece. I coleotteri marroni si mimetizzano meglio nell'ambiente circostante rispetto ai coleotteri verdi, quindi non tanti di loro vengono mangiati dagli uccelli. Anziché, più di loro sopravviveranno e si riprodurranno, e possono trasmettere il cambiamento genetico che renderà la loro prole marrone. Col tempo, la popolazione di coleotteri passerà gradualmente ad essere di colore marrone. Quella, Certo, è la versione semplice. In pratica, la selezione naturale si basa su medie, individui non specifici, e non è altrettanto fluido e ordinato di un processo [fonte:UC Berkeley].
È così che apparirà il sole nei suoi ultimi anni? Comstock/Thinkstock Questa domanda ci ricorda un'altra canzone pop, Il singolo di Skeeter Davis del 1962 "The End of the World, " in cui la cantante si chiede perché il sole continui a splendere dopo che il suo ragazzo apparentemente l'ha scaricata. La presunzione del testo è che la realtà intorno a noi - che si tratti del sole splendente o degli uccelli che cantano sugli alberi - è più duratura dei nostri fragili piccoli sentimenti. In verità, anche se, la nostra ragazza infelice ha avuto la sfortuna di nascere troppo presto - di circa 5,5 miliardi di anni, dare o prendere alcuni. Questo è il punto in cui il sole, che come ogni altra stella è un gigantesco reattore a fusione, esaurirà l'idrogeno nel suo nucleo che brucia come combustibile per creare la luce solare e inizierà a bruciare l'idrogeno negli strati circostanti.
Quello sarà l'inizio della spirale di morte del sole, in cui il suo nucleo si restringerà e i suoi strati esterni si espanderanno in modo massiccio, trasformandolo in una gigante rossa. In uno scoppio finale, il sole arrostirà il sistema solare con un'esplosione di calore che trasformerà temporaneamente anche le vicinanze solitamente gelide di Plutone e della fascia di Kuiper (oltre Nettuno) in una sauna celeste. È probabile che i pianeti interni, compresa la Terra, o sarà risucchiato nel gigante morente, oppure trasformato in cenere [fonte:Overbye].
Il lato positivo, a meno che gli umani non riescano a colonizzare i sistemi solari di altre stelle, nessuno sarà in giro per vivere questo inferno finale. Il Sole, che è circa a metà della sua durata prevista, si sta già gradualmente scaldando, e tra un miliardo di anni da oggi, dovrebbe essere circa il 10 percento più luminoso di quanto non sia ora. Quell'aumento della radiazione solare sarà sufficiente per far evaporare gli oceani del nostro pianeta, lasciandoci senza l'acqua da cui la nostra specie dipende per la sopravvivenza [fonte:Overbye].
Magneti:come funzionano? iStockphoto/Thinkstock "Magneti [Bleeping]:come funzionano?" Questa è la domanda che i rapper Insane Clown Posse si sono posti nel loro singolo "Miracles" qualche anno fa, il che ha portato quei snarkmeister al "Saturday Night Live" a ridicolizzarli senza pietà. E questo è stato un peccato, perché è una cosa perfettamente ragionevole su cui riflettere. Un magnete è qualsiasi oggetto o materiale che ha un campo magnetico, cioè un mucchio di elettroni che scorre tutt'intorno nella stessa direzione. Ora, elettroni - come i rapper di Detroit che indossano maschere da clown, maledizione molto, e bere Faygo Cola - piace fare amicizia in coppia, e il ferro ha molti elettroni spaiati che sono tutti desiderosi di entrare in azione. Così, oggetti che sono di ferro pieno o che contengono molto ferro:chiodi, per esempio -- verranno attirati verso un magnete sufficientemente potente. Le sostanze e gli oggetti attratti dai magneti sono chiamati sostanze ferromagnetiche [fonte:Università dell'Illinois].
Gli esseri umani conoscono il fenomeno del magnetismo da molto tempo, a lungo. Ci sono magneti naturali, come calamita, ma i viaggiatori medievali scoprirono come strofinare gli aghi di bussola d'acciaio contro quelle pietre in modo che raccogliessero elettroni e si magnetizzassero, il che significa che hanno sviluppato i propri campi magnetici. Quei magneti non erano particolarmente resistenti, ma nel XX secolo, i ricercatori hanno sviluppato nuovi materiali e dispositivi di ricarica che hanno permesso loro di realizzare magneti permanenti più potenti [fonte:Stupak]. Puoi effettivamente creare un tipo di magnete, chiamato elettromagnete, da un pezzo di ferro avvolgendoci attorno un filo elettrico e poi collegando le estremità ai poli di una di quelle grandi batterie con le clip in alto [fonte:University of Illinois].
Un arcobaleno sembra un arco poiché non puoi vedere la metà inferiore a causa del terreno. Nell'aria, potrebbe sembrare un disco. iStockphoto/Thinkstock C'è qualcosa in questo fenomeno atmosferico che ha ispirato timore reverenziale nelle persone fin dai tempi antichi. Nel Libro della Genesi, Dio ha messo un arcobaleno nel cielo dopo il Diluvio Universale e ha detto a Noè che era un segno di "un segno dell'alleanza tra me e la Terra" [fonte:Biblos]. Gli antichi greci andarono oltre, e decise che l'arcobaleno era in realtà una dea, che chiamarono Iris. Ma l'hanno resa una figura inquietante:la portatrice delle notizie degli dei dell'Olimpo sulla guerra e la punizione [fonte:Lee e Fraser, pag vii]. E nei secoli, grandi menti che vanno da Aristotele a René Descartes hanno cercato di capire quale processo ha creato la straordinaria gamma di colori degli arcobaleni [fonte:Broughton e Carriero].
Da allora, anche se, gli scienziati lo hanno inchiodato abbastanza bene. Fondamentalmente, gli arcobaleni sono causati dalle goccioline d'acqua che rimangono sospese nell'atmosfera dopo un temporale. Le goccioline hanno una densità diversa rispetto all'aria circostante, così come la luce del sole li colpisce, le goccioline fungono da minuscoli prismi, piegando la luce per romperla nelle sue lunghezze d'onda componenti, e poi rifletterli su di noi. Che a sua volta crea l'arco con bande di colori dello spettro visibile che vediamo. Perché le goccioline devono riflettere la luce su di noi, per vedere un arcobaleno, dobbiamo stare in piedi con le spalle al sole. Dobbiamo anche guardare da terra con un angolo di circa 40 gradi, che è l'angolo di deviazione dell'arcobaleno - cioè, l'angolo con cui piega la luce del sole. interessante, se sei in aereo e dall'alto vedi un arcobaleno, in realtà potrebbe sembrare un disco, piuttosto che un arco [fonte:Physics Classroom].
Il genio in persona:Albert Einstein. MPI/immagini Getty Quando qualcuno fa riferimento alla "teoria della relatività, "quello che realmente significano sono due teorie, relatività ristretta e relatività generale, che sono stati ideati dal fisico teorico Albert Einstein all'inizio del 1900 [fonte:nobelprize.org]. Ma non importa come chiami il lavoro di Einstein, è senza dubbio sconcertante per la maggior parte dei non scienziati. Einstein pensò a un modo intelligente per spiegarlo:"Quando un uomo si siede con una bella ragazza per un'ora, sembra un minuto. Ma lascialo sedere su una stufa calda per un minuto ed è più lungo di qualsiasi ora. Questa è relatività." [fonte:Mirsky].
E questo lo riassume abbastanza bene, anche se i dettagli sono un po' più complessi. Prima di Einstein, tutti credevano praticamente che spazio e tempo fossero qualità fisse, che non è mai cambiato, perché è così che ci guardano dal nostro punto di osservazione sulla Terra. Ma Einstein usava la matematica per dimostrare che la visione assoluta delle cose era un'illusione. Anziché, Lui ha spiegato, spazio e tempo entrambi possono subire alterazioni - lo spazio può contrarsi, espandere o curvare, e la velocità con cui il tempo passa può cambiare, anche, se un oggetto è soggetto a un forte campo gravitazionale o si muove molto velocemente.
Inoltre, come appaiono lo spazio e il tempo può dipendere dal punto di vista di una persona che li osserva. Immaginare, Per esempio, che stai guardando una vecchia sveglia che ticchetta con le mani per dire l'ora. Ora, immagina di mettere quell'orologio in orbita intorno alla Terra, in modo che si muova molto velocemente, rispetto alla tua posizione in superficie. Se potessi ancora vedere le lancette dell'orologio, ti sembrerebbero più piccoli di quanto sembrerebbero sulla Terra, e i tic dell'orologio sarebbero più lenti [fonte:Cornell University].
L'orologio si muove più lentamente a causa di un fenomeno chiamato "dilatazione del tempo". Spazio e tempo sono in realtà una cosa sola, chiamato spazio-tempo, che può essere distorto dalla gravità e dall'accelerazione. Quindi, se un oggetto si muove molto velocemente, o ha una gravità davvero potente che agisce su di esso, il tempo per quell'oggetto rallenterà, rispetto a un oggetto che non è sottoposto alle stesse forze. È possibile, utilizzando calcoli matematici, per prevedere quanto tempo rallenterà per un oggetto in rapido movimento.
Probabilmente suona piuttosto strano. Ma sappiamo che in realtà è vero. GPS, i cui satelliti dipendono dalla misurazione precisa del tempo per fornire le posizioni delle mappe sulla Terra, è una prova. I satelliti sfrecciano intorno al pianeta verso le 8, 700 miglia (14, 000 chilometri) all'ora, e se gli ingegneri non regolassero i loro orologi per compensare la relatività, entro un giorno, Le mappe di Google sui nostri smartphone ci darebbero posizioni a 6 miglia (9,86 chilometri) di distanza [fonte:OSU Astronomy].
Le bolle sono rotonde perché vogliono esserlo, grazie alla coesione. Ryan McVay/Getty Images Bene, in realtà, le bolle non sono sempre perfettamente rotonde tutto il tempo, come probabilmente avrai notato se hai mai usato uno di quei giocattoli per fare le bolle di sapone. Ma le bolle vogliono essere sferiche, e se ne soffi uno che inizialmente è più a forma di sigaro, fatica a rimodellare se stessa. Questo perché le bolle sono fondamentalmente strati sottili di liquido le cui molecole si attaccano insieme perché sono attratte l'una dall'altra, un fenomeno chiamato coesione [fonte:USGS]. Questo crea ciò che pensiamo come tensione superficiale, cioè una barriera che resiste agli oggetti che cercano di attraversarla [fonte:USGS]. All'interno dello strato, le molecole d'aria intrappolate non possono uscire, anche se stanno spingendo contro l'acqua. Ma non è l'unica forza che agisce su quello strato. All'esterno, più aria sta spingendo verso l'interno verso di loro. Il modo più efficiente per lo strato liquido di resistere a queste forze è assumere la forma più compatta, che sembra essere una sfera, in termini di rapporto tra volume e superficie [fonte:Popular Science].
interessante, gli scienziati hanno scoperto modi per creare bolle che non sono rotonde, così possono studiare la geometria delle superfici. Sono in grado di creare bolle cubiche e persino rettangolari, sospendendo un sottile strato di liquido su un telaio metallico che viene modellato nella forma desiderata [fonte:NEWTON].
No, le nuvole non sono fatte di capelli d'angelo ma di cristalli di ghiaccio e acqua. ancora carina, anche se. Medioimages/Photodisc/Thinkstock Auspicabilmente, questo non deluderà troppo i fan di Joni Mitchell, ma le nuvole non sono in realtà fiocchi di capelli d'angelo e castelli di gelato nell'aria. Una nuvola è una massa visibile di goccioline d'acqua, o cristalli di ghiaccio, o una miscela di entrambi che è sospesa sopra la superficie terrestre. Le nuvole si formano quando sono umide, l'aria calda sale. Mentre sale più in alto e raggiunge uno spazio più fresco, l'aria calda umida si raffredda, pure, e il vapore acqueo si condensa di nuovo in minuscole goccioline d'acqua e/o cristalli di ghiaccio, a seconda di quanto si raffreddano. Quelle goccioline e quei cristalli rimangono ammassati insieme a causa del principio di coesione, di cui abbiamo discusso in precedenza. Il risultato è una nuvola [fonte:Britannica]. Alcune nuvole sono più spesse di altre perché hanno una maggiore densità di gocce d'acqua.
Le nuvole sono una parte fondamentale del ciclo idrologico del nostro pianeta, in cui l'acqua si muove continuamente tra la superficie e l'atmosfera, e cambiamenti di stato da liquido a vapore a liquido, e talvolta anche solido. Se non fosse per quel ciclo, probabilmente non ci sarebbe vita sul nostro pianeta [fonte:NASA].
Nel 1803, un meteorologo di nome Luke Howard ha escogitato quattro principali classificazioni delle nuvole, i cui nomi erano basati su parole latine. Cumulo , che è la parola latina per "mucchio, " descrive quelli ammucchiati, nuvole bitorzolute che spesso vediamo in cielo. cirro , che significa "capelli, " è il termine per nuvole di alto livello che sembrano esili, come ciocche di capelli. dall'aspetto piatto, si chiamano nuvole informe che formano fogli strato , che è la parola latina per "strato". Finalmente, ci sono nimbo le nuvole (il nome in realtà è latino per "nuvola precipitante") sono basse, nuvole di pioggia grigie [fonte:NASA]. E a volte si combinano - come le nuvole grigie e grumose molto alte che vedi prima dei temporali - chiamate a cumulonembo !
Cosa sta causando la scomparsa del liquido da questi bicchieri? iStockphoto/Thinkstock A noi umani piace pensare alla realtà come a una bella, luogo stabile, dove varie cose rimangono nello stesso posto a meno che non vogliamo che vadano da qualche altra parte. Ma continua a sognare. In realtà, se guardi l'acqua a livello molecolare, si comporta come un gruppo di cuccioli che si accalcano in una cuccia, con molecole che si scontrano e si spingono per la posizione. Quando c'è molto vapore acqueo nell'aria, le molecole andranno a sbattere contro una superficie e si attaccheranno ad essa, ecco perché si forma della condensa all'esterno di una bevanda fredda in una giornata umida.
Al contrario, quando l'aria è più secca, le molecole d'acqua nella tua tazza d'acqua possono essere urtate nell'aria e attaccarsi ad altre molecole che galleggiano intorno. Questo processo si chiama evaporazione. Se l'aria è abbastanza secca, più molecole salteranno dalla tua tazza nell'aria di quante si attaccheranno dall'aria all'acqua. Col tempo, l'acqua continuerà a perdere molecole nell'aria, e alla fine ti ritroverai con una tazza vuota [fonte:NEWTON].
La capacità delle molecole di un liquido di essere spinte nell'aria e di aderire ad essa è chiamata pressione di vapore, perché le molecole che saltano esercitano una forza, proprio come farebbe un gas o un solido che preme contro qualcosa. Liquidi diversi hanno pressioni di vapore diverse. Un liquido come l'acetone - solvente per unghie - ha una pressione di vapore molto alta, il che significa che evapora facilmente e va nell'aria. Olio d'oliva, in contrasto, ha una pressione di vapore molto bassa, quindi non è probabile che evapori molto a temperatura ambiente [fonte:NEWTON].
Sono stato affascinato dalla scienza e dalla tecnologia da quando avevo 8 anni, quando ho sfogliato avidamente una serie chiamata How and Why Wonder Books, che trattava argomenti che andavano dalla fisica nucleare ai dinosauri. Ho anche provato a replicare gli esperimenti descritti nei libri, e ho infastidito i miei genitori per fornirmi le batterie, filo, foglio di alluminio e altre cose di cui avevo bisogno. Avrei anche potuto perseguire una carriera in qualche campo scientifico, tranne che mi sono reso conto al liceo che non mi piaceva la matematica, e che ero più bravo a spiegare esperimenti e studi ad altre persone che a fare il lavoro da solo. Oggi, oltre a scrivere per HowStuffWorks, Sono anche un blogger per il sito Web di Science Channel.
