Wednesday 23 November 2011

A young Leonardo


A young Leonardo da Vinci - A superposition of images.
See how I processed them at
http://arxiv.org/abs/1111.4654
and also
http://www.technologyreview.com/blog/arxiv/27361/

Friday 18 November 2011

Turning darkness into light

"Quantum mechanics tells us that the vacuum is not empty but is filled with virtual particles that pop into and out of existence. Normally these particles are hidden from our view, but now a team of physicists has used the electrical equivalent of an ultrafast mirror to convert virtual photons into real electromagnetic radiation. Known as the dynamical Casimir effect, it was first predicted more than 40 years ago. The static Casimir effect ... 1948, involves two perfectly reflecting parallel mirrors that, when placed in a vacuum, will be attracted to one another. This attractive force is caused by the radiation pressure exerted by virtual photons outside the mirrors and the fact that this pressure exceeds the pressure between the mirrors because of the limited number of modes of electromagnetic vibration that are permitted within this gap. In other words, the force results from a mismatch of electromagnetic modes in space. The dynamical effect was proposed by Gerald Moore in 1970 and is caused by a mismatch of modes in time. The phase of an electromagnetic wave goes to zero at the surface of a mirror, if that mirror is a perfect electrical conductor. When the mirror is moved slowly through a vacuum, this zero point can move with the mirror. However, if the mirror is moved at a significant fraction of the speed of light, then the electromagnetic field does not have time to adjust but instead becomes excited and as a result generates real photons. Put another way, the mirror prises virtual photons (always produced in pairs) apart so that instead of rapidly annihilating, the particles are free to remain as real photons."

How to turn darkness into light - physicsworld.com

Thursday 17 November 2011

Earth's close encounter of asteroids

"After yet another narrow encounter with an asteroid the size of an airship earlier this week, do we need to pay more attention to technology that could protect our planet and its inhabitants from these turbo-charged cosmic fireworks?"
Should Earth's close encounter trigger asteroid avoidance research? | Opinion | The Engineer

Tuesday 15 November 2011

Leonardo, Genio e Mito

Alla Venaria Reale (Torino) si apre la mostra su Leonardo da Vinci. Il titolo è "Leonardo, il Genio, il Mito".
In esposizione vi è l'autoritratto della Biblioteca Reale e il Codice del Volo.
In una pagina del codice, sotto la scrittura di Leonardo, vi è un ritratto, forse un suo autoritratto da giovane.



Image processing della pagina del codice, A.C. Sparavigna

Monday 14 November 2011

Dimensions and Dimensional Equations

A discussion on dimensions and their equations. After the theory, several problems are composing the relevant practice. The text is based on the book by Halliday, Resnick, Walker, Fundamentals of Physics, some items from Wikipedia and WolframMathWorld, and problems adapted and translated from a book of mine in Italian.http://www.scribd.com/doc/67888616/Dimensions-and-Dimensional-Equations-Theory-and-Practice

Monday 31 October 2011

A wave power machine

http://en.wikipedia.org/wiki/Wave_power#Wave_energy_and_wave_energy_flux

"The Pelamis machine consists of a series of semi-submerged cylindrical sections linked by hinged joints. As waves pass along the length of the machine, the sections move relative to one another. The wave-induced motion of the sections is resisted by hydraulic cylinderswhich pump high pressure oil through hydraulic motors via smoothinghydraulic accumulators. The hydraulic motors drive electrical generators to produce electricity.[24] Pelamis Wave Power first tested and grid connected a Pelamis machine in 2004 at the European Marine Energy Center.[25] The first of a second generation of machines, the P2 started grid connected tests off Orkney in 2010, the machine is owned by E.ON.[26]."


Pelamis Wave Energy Converter on site at the European Marine Energy Test Centre (EMEC).
Author P123
Permission (Reusing this file)

Wave energy

"Wave energy is produced when electricity generators are placed on the surface of the ocean. The energy provided is most often used in desalination plants, power plants and water pumps. Energy output is determined by wave height, wave speed, wavelength, and water density. To date there are only a handful of experimental wave generator plants in operation around the world. The articles on this page explore the world of wave energy and its possible applications."
More http://www.alternative-energy-news.info/technology/hydro/wave-power/

Impact of wave energy conversion on marine environment

‘Underwater noise is a global environmental issue that has to be addressed if we are to take advantage of the huge potential of ocean energy,’ said EU commissioner for research, innovation and science Máire Geoghegan-Quinn.
Ireland has one of highest concentrations of wave energy in the world, presenting a significant opportunity to expand its renewable energy portfolio and develop new industry capabilities,’ said Prof Owen Lewis, chief executive officer of SEAI.

Read more:Project assesses impact of wave energy conversion noise | News | The Engineer

Thursday 27 October 2011

Giant Waterworld Around Naked Eye Star 

Giant Waterworld Confirmed Around Naked Eye Star - Technology Review

"55 Cancri A is a Sun-like star some 40 light years away. It has an apparent magnitude of about 6 and so is visible to the naked eye in the constellation of Cancer.

This star is unusual in that it is just one of a handful that are known to have at least 5 planets. The innermost of these planets--55 Cancri e--was discovered in 2004 and has since had plenty of attention from astronomers. Various groups have observed the the changes in radial velocity that it causes its parent star. This tells them about that it orbits its star every 18 hours and that its mass is about 8 times Earth's or about half Neptune's."

"The innermost planet around 55 Cancri A is almost certainly an exotic waterworld with a radius about twice Earth's, say astronomers"

Tuesday 18 October 2011

La transizione da liquido isotropo a smettico

La transizione da liquido isotropo a smettico

Amelia Carolina Sparavigna
Dipartimento di Fisica
Politecnico di Torino

Breve discussione della transizione di fase diretta dal liquido isotropo alla mesofase smettica, con osservazioni al microscopio polarizzatore.

I cristalli liquidi sono materiali composti di molecole di forma allungata, come bastoncini, oppure discoidale. Essi sono caratterizzati dalla presenza di mesofasi tra la fase liquida isotropa e quella cristallina. Tipiche mesofasi sono la fase nematica e quella smettica. La fase nematica ha i centri delle molecole che assumono posizioni arbitrarie, mentre gli assi delle molecole tendono a orientarsi nella stessa direzione. Nello smettico, le molecole si dispongono con i loro centri su piani definiti. Gli assi delle molecole hanno una direzione specifica rispetto al piano. Se la direzione è perpendicolare al piano, si dice che la fase è smettica A, se invece l’asse è inclinato, la fase è smettica B. La fase smettica è quindi più ordinata della nematica, ma più disordinata di un cristallo. Vi sono alcuni materiali termotropici in cui la fase nematica non c'è, ma si ha solo una fase smettica. Riscaldando o raffreddando il campione, si passa dalla fase smettica a quella liquido o viceversa, saltando la fase nematica.
Vediamo che cosa si può osservare col microscopo polarizzatore, quando si passa della fase liquida ordinaria, dove le molecole sono disordinate sia in posizione sia in orientamento, nella fase liquido-cristallina. La fase liquida ordinaria è detta “liquido isotropo”. Il cristallo liquido è preparato tra due vetrini e posto, all’interno di un termostato, sotto il microscopio, tra i due filtri polarizzatori. Lo spessore del materiale è di pochi micron. Il campione è riscaldato fino a raggiungere la fase liquida ordinaria. Questa fase, se vista al microscopio con i filtri polarizzatori incrociati, appare come un nero uniforme. L’isotropia ottica del materiale permette l’estinzione completa della luce. Se si raffredda il liquido ed esso passa nella fase nematica, si vedono comparire delle bolle colorate. Dove ci sono le bolle, il materiale è già nematico. Le bolle crescono fino a che tutto il materiale è nematico.

  
Transizione da liquido isotropo, che appare nero nella foto, a nematico, che è colorato. Il cristallo liquido è il 12OBAC (alkyloxybenzoic acid).

Il nematico è otticamente anisotropo. Il materiale modifica la luce che polarizzata dal primo filtro del microscopio. Il secondo non riesce più a estinguere tutta la luce. Il materiale appare colorato per via di fenomeni d’interferenza. Cosa si vede quando si passa del liquido isotropo allo smettico? Dato che ci sono diverse fasi smettiche, quello che si vede dipende dalla fase.

Smettico A
Utilizziamo un oxadiazolo, che ha la transizione diretta dalla fase isotropa a quella smettica. Il materiale ha una fase smettica di tipo A. Al microscopio polarizzatore, questo materiale mostra una  fase caratterizzata da domini a ventaglio (in letteratura si trovano definiti come “fan” oppure  “focal-conic”).


Domini “focal-conic” nella fase smettica.

Aumentando la temperatura, portiamo il campione nella fase liquida isotropa. Il campione diventa nero. Cominciamo a raffreddare lentamente il campione per portarlo nella fase smettica. Nel campo visivo del microscopio appaiono i “batonnets”, che cominciamo a crescere nella fase isotropa.


Batonnets della fase smettica che crescono nella fase isotropa (a sinistra). I domini crescono e si uniscono a formare la tessitura focal-conic.

Questi domini crescono e si uniscono insieme fino a formare la tessitura, ossia l’insieme dei domini osservati al microscopio polarizzatore, della fase smettica. I domini sono in questo caso focal-conic.  

Smettico C
La tessitura vista sopra non è l’unica mostrata dalla fase smettica. Prendiamo un altro materiale, anche lui avente la transizione diretta liquido isotropo - smettico.  Il materiale utilizzato è il 16OBAC della famiglia degli acidi ossibenzoici alchilici (alkyloxybenzoic). Il materiale è cristallino fino a 90 °C e poi passa nella fase smettica C.


A sinistra la fase cristallina del  16OBAC; a destra la fase smettica  osservata in riscaldamento dalla fase cristallina.

Alla temperatura di 131 °C diventa un liquido isotropo, non ha quindi fase nematica. Questo è dovuto al fatto che le molecole sono così lunghe da mantenere l'ordine smettico fino ad alta temperatura, vincendo la tendenza al disordine dovuta all'agitazione termica. In raffreddamento, la fase smettica compare dalla fase isotropa: si osservano delle strutture ramificate che compaiono nel campo nero della cella vista tra polarizzatori incrociati.


Ecco come cresca la fase smettica nella fase isotropa.


La crescita della fase smettica  dalla fase isotopa vista ad un ingrandimento maggiore.


La sequenza mostra l'evoluzione della struttura ramificata, quando si abbassa la temperatura (0.5 gradi al minuto).


E’ interessante notare che la fase smettica che si forma in raffreddamento ha una tessitura differente da quella che si osserva in riscaldamento. La tessitura è di tipo schlieren: poiché la fase è smettica, ci sono solo difetti con carica 1. Possiamo quindi distinguerla dalla fase nematica, che è simile, perché questa ha anche i difetti 1/2.


Fase smettica del 16OBAC che si forma in raffreddamento. La tessitura è di tipo schiere, con i soli difetti con carica 1.


Discussione
Il processo di crescita delle mesofasi dalla fase isotropa è un problema interessante e forse poco studiato ancora [1]. Questo processo ha due fasi, quella di nucleazione e quella di accrescimento. Esse sono state ben studiate per i processi di cristallizzazione dal liquido isotropo. Nella fase di nucleazione succede che, all'interno del liquido si creano dei punti in cui la concentrazione locale è maggiore. Questi punti sono chiamati cluster. Crescendo, si creano dei nuclei che rispecchiano fedelmente l'ordine del cristallo. Sono piccoli cristallini di dimensioni microscopiche.
Anche le mesofasi hanno i loro nuclei. Per quanto riguarda i nematici, di solito si osservano delle piccolissime gocce circolari, che si formano nel liquido isotropo e che poi si uniscono a formare la fase nematica. Anche se il nematico è anisotropo come orientazione, è disordinato come posizione. Immaginiamo le molecole del nematico come dei bastoncini. Quando esse sono nella fase liquida isotropa, i loro centri sono disordinati, come anche le loro direzioni. Al decrescere della temperatura, quando il materiale arriva alla transizione di fase, le molecole possono girare i loro assi lunghi senza doversi spostare. Questo può avvenire nello stesso modo in tutte le direzioni dello spazio. Il nucleo di nematico cresce nel liquido isotropo con una simmetria sferica.
Nello smettico invece, l’ordine locale è molto diverso. Ci sono dei piani microscopici, su cui si devono sistemare i centri delle molecole. Le molecole devono orientarsi ma anche spostare i loro centri per formare i piani. I clusters iniziali possiedono quindi una direzione privilegiata, quella perpendicolare ai piano dello smettico. Ecco quindi che possono comparire i nuclei come batonnets.
E’ molto interessante la crescita dello smettico C, che appare come una struttura ramificata. Sicuramente sono necessari ulteriori studi per determinare meglio le caratteristiche dei nuclei.

Riferimenti

[1] I DierkingC Russell, Universal scaling laws for the anisotropic growth of SmA liquid crystal bâtonnets, Physica B: Condensed Matter, Volume 325, January 2003, Pages 281-286.