The invisible motion of still objects - Ran Tivony

Niewidoczny ruch przedmiotów nieożywionych - Ran Tivony

Tłumaczenie: Anna Słubik Korekta: Rysia Wand

Many of the inanimate objects around you probably seem perfectly still.

Przedmioty nieożywione mogą wydawać się zupełnie nieruchome.

But look deep into the atomic structure of any of them,

Ale przyjrzyj się wnikliwie ich strukturze atomowej,

and you'll see a world in constant flux.

a ujrzysz świat w ciągłym ruchu.

Stretching,

Rozciąganie,

contracting,

kurczenie,

springing,

sprężynowanie,

jittering,

drifting atoms everywhere.

drganie,

ruch atomów na każdym kroku.

And though that movement may seem chaotic, it's not random.

Choć ruchy mogą wydawać się chaotyczne, nie są przypadkowe.

Atoms that are bonded together,

Atomy, które są ze sobą związane,

and that describes almost all substances,

co dotyczy prawie całej materii,

move according to a set of principles.

poruszają się według określonych zasad.

For example, take molecules, atoms held together by covalent bonds.

Na przykład cząsteczki, atomy złączone wiązaniem kowalencyjnym.

There are three basic ways molecules can move:

Wyróżniamy trzy sposoby poruszania się cząsteczek:

rotation,

rotacje,

translation,

ruch postępowy,

and vibration.

drganie.

Rotation and translation move a molecule in space

Dwa pierwsze zmieniają położenie cząsteczki w przestrzeni,

while its atoms stay the same distance apart.

podczas gdy ich atomy pozostają w tej samej odległości od siebie.

Vibration, on the other hand, changes those distances,

Drganie natomiast zmienia te odległości,

actually altering the molecule's shape.

realnie zmieniając kształt cząsteczki.

For any molecule, you can count up the number of different ways it can move.

Można obliczyć na ile sposobów porusza się każda cząsteczka.

That corresponds to its degrees of freedom,

Ta ilość określa liczbę stopni swobody,

which in the context of mechanics

która w kontekście mechaniki

basically means the number of variables we need to take into account

oznacza liczbę zmiennych, które trzeba wziąć pod uwagę,

to understand the full system.

aby zrozumieć cały system.

Three-dimensional space is defined by x, y, and z axes.

Trójwymiarowa przestrzeń jest określona przez osie x, y i z.

Translation allows the molecule to move in the direction of any of them.

Przesunięcie pozwala na ruch wzdłuż każdej z nich.

That's three degrees of freedom.

To są trzy stopnie swobody.

It can also rotate around any of these three axes.

Cząsteczka może się też obracać wokół każdej z tych trzech osi.

That's three more,

To daje trzy więcej,

unless it's a linear molecule, like carbon dioxide.

chyba że chodzi o cząsteczkę linearną, jak dwutlenek węgla.

There, one of the rotations just spins the molecule around its own axis,

W tym przypadku cząsteczka obraca się wokół własnej osi,

which doesn't count because it doesn't change the position of the atoms.

co się nie liczy, bo nie zmienia położenia atomów.

Vibration is where it gets a bit tricky.

Przy drganiu zaczyna być trudniej.

Let's take a simple molecule, like hydrogen.

Weźmy na przykład prostą cząsteczkę, jak wodór.

The length of the bond that holds the two atoms together is constantly changing

Długość wiązania między dwoma atomami ciągle się zmienia,

as if the atoms were connected by a spring.

jakby łączyła je sprężyna.

That change in distance is tiny, less than a billionth of a meter.

To niewielka zmiana, mniej niż jedna miliardowa metra.

The more atoms and bonds a molecule has, the more vibrational modes.

Im więcej atomów i wiązań w cząsteczce, tym więcej typów drgań.

For example, a water molecule has three atoms:

Na przykład, cząsteczka wody składa się z trzech atomów:

one oxygen and two hydrogens, and two bonds.

jednego tlenu, dwóch wodoru i ma dwa wiązania.

That gives it three modes of vibration:

To daje nam trzy typy drgań:

symmetric stretching,

symetryczne rozciąganie,

asymmetric stretching,

asymetryczne rozciąganie

and bending.

i zginanie.

More complicated molecules have even fancier vibrational modes,

Bardziej złożone cząsteczki mają jeszcze bardziej zróżnicowane drgania.

like rocking,

jak drgania wahadłowe,

wagging,

drgania nożycowe

and twisting.

i drgania skręcające.

If you know how many atoms a molecule has, you can count its vibrational modes.

Znając ilość atomów w cząsteczce, można policzyć typy drgań.

Start with the total degrees of freedom,

Zacznij od sumy stopni swobody,

which is three times the number of atoms in the molecule.

która jest trzy razy większa od liczby atomów w cząsteczce,

That's because each atom can move in three different directions.

bo każdy atom może się ruszać w trzech różnych kierunkach.

Three of the total correspond to translation

Trzy z nich odnoszą się do przesunięcia,

when all the atoms are going in the same direction.

kiedy wszystkie atomy poruszają się w tym samym kierunku.

And three, or two for linear molecules, correspond to rotations.

Trzy lub dwa odnoszą się do obrotów w przypadku cząsteczki linearnej.

All the rest, 3N-6 or 3N-5 for linear molecules,

Cała reszta, 3N-6 lub 3N-5 dla cząsteczek linearnych,

are vibrations.

to drgania.

So what's causing all this motion?

Co powoduje te ruchy?

Molecules move because they absorb energy from their surroundings,

Cząsteczki poruszają się, bo chłoną energię z otoczenia,

mainly in the form of heat or electromagnetic radiation.

głównie w formie ciepła

lub promieniowania elektromagnetycznego.

When this energy gets transferred to the molecules,

Po otrzymaniu tej energii

they vibrate,

cząsteczki wibrują, wirują

rotate,

or translate faster.

lub przesuwają się szybciej.

Faster motion increases the kinetic energy of the molecules and atoms.

Szybszy ruch zwiększa energię kinetyczną cząsteczek i atomów.

We define this as an increase in temperature and thermal energy.

Określamy to jako wzrost temperatury i energii termalnej.

This is the phenomenon your microwave oven uses to heat your food.

To zjawisko pozwala kuchence mikrofalowej podgrzewać jedzenie.

The oven emits microwave radiation, which is absorbed by the molecules,

Kuchenka emituje promieniowanie mikrofalowe pochłaniane przez cząsteczki,

especially those of water.

zwłaszcza cząsteczki wody.

They move around faster and faster,

Poruszają się coraz szybciej,

bumping into each other and increasing the food's temperature and thermal energy.

wpadają na siebie i podnoszą temperaturę i energię termalną potraw.

The greenhouse effect is another example.

Kolejnym przykładem jest efekt cieplarniany.

Some of the solar radiation that hits the Earth's surface

Promieniowanie słoneczne docierające do powierzchni ziemi

is reflected back to the atmosphere.

częściowo wraca do atmosfery.

Greenhouse gases, like water vapor and carbon dioxide absorb this radiation

Gazy, jak para wodna i dwutlenek węgla, pochłaniają to promieniowanie

and speed up.

i przyśpieszają.

These hotter, faster-moving molecules emit infrared radiation in all directions,

Te cieplejsze, szybsze cząsteczki emitują promieniowanie podczerwone,

including back to Earth, warming it.

które wraca na ziemię i ogrzewa ją.

Does all this molecular motion ever stop?

Czy ruchy cząsteczek kiedykolwiek ustają?

You might think that would happen at absolute zero,

Myślisz, że tak się dzieje przy zerze bezwzględnym,

the coldest possible temperature.

możliwie najniższej temperaturze.

No one's ever managed to cool anything down that much,

Nikomu nie udało się jeszcze niczego tak ochłodzić.

but even if we could,

Nawet gdyby się udało,

molecules would still move due to a quantum mechanical principle

ruch nie ustanie, na skutek zasady mechaniki kwantowej,

called zero-point energy.

zwanej energią punktu zerowego.

In other words, everything has been moving since the universe's very first moments,

Innymi słowy, wszystko się porusza od powstania wszechświata.

and will keep going long, long after we're gone.

i będzie się się poruszać długo po tym, jak nas nie będzie.