Стів Моулд знайшов шматок дивного металу, від якого сталева кулька відскакує понад хвилину Пристрій називається atomic trampoline — «атомний батут». Короткий час наприкінці 2000-х його навіть продавали у вільному продажу, але більшість людей пропустили цей момент. Стів — в тому числі. І кілька років потому він буквально полював за цією штукою, аби нарешті розібратись, що тут відбувається.
Секрет — у тонкому шарі аморфного металу на поверхні пластини. Слово «аморфний» тут ключове: атоми в такому металі не вишиковуються у кристалічну решітку, як у звичайній сталі, а розташовані хаотично — майже як у склі. Власне, це й є металеве скло, хоча звучить як оксиморон.
У звичайних металах є дефекти — вакансії та дислокації в кристалічній структурі. Саме вони дозволяють металу згинатися: дислокація «повзе» крізь матеріал атом за атомом, і метал деформується пластично. Якщо вдарити кульку об звичайну сталь — на поверхні залишаться мікровм’ятини. Енергія удару йде на їх утворення і… зникає.
В аморфному металі дислокаціям нікуди повзти — структура хаотична, немає регулярної решітки.
Пластична деформація стає майже неможливою. Тому удар — пружний. Енергія повертається назад. Кулька злітає вгору знову і знову.
Коефіцієнт відновлення у цієї системи — 0,990. При теоретичному максимумі 1,0 це просто неймовірно.
Замість того щоб просто помилуватись і знайти відео в YouTube, Стів підійшов до питання як справжній фізик-аматор. Він почав тестувати різні кульки — бо чому ні?
- Нержавіюча сталь
- Загартована сталь AISI 52100
- Скло (натрій-кальцієве)
- Кераміка — діоксид цирконію
- Навіть рубін — дорого і розчаровує
Далі з’ясувалося, що важлива і підкладка. Якщо поставити пластину на щось жорстке і важке — цегла на масивній металевій плиті — вібрації при ударі не розсіюються в стіл, а залишаються в системі. Час відскоку одразу зростає.
Стів позичив вакуумну камеру в Королівського інституту (просто так,
між справою) і перевірив, наскільки опір повітря взагалі впливає на результат. Спойлер: менше, ніж здається.
У вакуумі кулька відскакувала 1 хвилину 5 секунд. В атмосфері при правильному налаштуванні — 1 хвилина 1 секунда. Різниця є, але вона в межах статистичної похибки між окремими запусками. Головний фактор — все ж таки матеріал і жорсткість поверхні, а не повітря.
І так, 259 окремих відскоків за один запуск. Стів порахував їх вручну по звуковій хвилі — бо писати програму для підрахунку було б «занадто весело і зайняло б більше часу».
Теоретично будь-який метал можна зробити аморфним — достатньо охолодити його достатньо швидко, щоб атоми не встигли впорядкуватися. Але на практиці чисті метали вимагають охолодження зі швидкістю мільйон кельвін на секунду — це практично нереально для товстих зразків.
Прорив стався у 2000 році в Калтеху: вчені підібрали сплав із цирконію, берилію, титану, міді та нікелю в точних пропорціях. Такий сплав залишається аморфним навіть при охолодженні зі швидкістю лише 1 кельвін на секунду. Це відкрило можливість виготовляти товсті пластини металевого скла — і врешті-решт з’явився атомний батут.
- Різні розміри атомів у сплаві заважають їм вишикуватись у решітку
- Без решітки немає дислокацій
- Без дислокацій немає пластичної деформації
- Без пластичної деформації — майже ідеальний пружний відскок
А поки що результат є: хвилина відскоків, 259 ударів, і нагадування — що найцікавіше ховається в найпростіших речах. Металева пластина і кулька. Хто б міг подумати.
Запис Ентузіаст показав метал, який відбиває сталеву кільку краще за гуму спершу з'явиться на ProstoMob.
