Κατηγορία: Ειδικά Θέματα

Το εργαστήριο πυρηνικής σύντηξης επιτυγχάνει «ανάφλεξη»: Τι σημαίνει;

Ερευνητές σύντηξης στην Εθνική Εγκατάσταση Ανάφλεξης των Η.Π.Α. δημιούργησαν μια αντίδραση που παρήγαγε περισσότερη ενέργεια από όση έβαλαν

  • Από τους Jeff Tollefson, Elizabeth Gibney, για το Nature magazine με αναδημοσίευση στο Scientific American

Πρόσφατα ανακοινώθηκε από Αμερικανούς επιστήμονες ότι πέτυχαν πυρηνική σύντηξη με την οποία μπορούμε να παράγουμε περισσότερη ενέργεια από όση καταναλώσαμε…Κατ’ αρχήν ας ηρεμήσουμε λίγο. Γιατί εύκολα μπορεί να δει κάποιος στην πρόταση αυτή μία παραβίαση της θεμελιώδους αρχής της Φυσικής της Αρχής Διατήρησης της Ενέργειας. Είναι δυνατόν να παίρνουμε περισσότερη ενέργεια από αυτήν που καταναλώνουμε; Προφανώς δε συμβαίνει κάτι τέτοιο. Εκείνο που θέλει να τονιστεί είναι ότι με τη μέθοδο της πυρηνικής σύντηξης παίρνουμε τελικά περισσότερη ΩΦΈΛΙΜΗ ενέργεια από την ΚΑΤΑΝΑΛΙΣΚΟΜΕΝΗ από μας. Η διαφορά αυτή της ενέργειας υπερκαλύπτεται από την τεράστια ενέργεια που απελευθερώνεται από τους πυρήνες του ισοτόπων του υδρογόνου κατά τη διαδικασία της σύντηξης. Εκείνο που πρέπει να έχουμε υπόψη είναι ότι η σύντηξη γίνεται με ελαφρείς πυρήνες (ισότοπα του υδρογόνου, δευτέριο και τρίτιο) και λαμβάνουμε πυρήνες ηλίου, κάτι που συμβαίνει στον Ήλιο μας και στα αστέρια. Με βαρείς πυρήνες δε γίνεται σύντηξη γιατί οι απωστικές δυνάμεις Coulomb μεταξύ των πρωτονίων είναι μεγαλύτερες από τις ελκτικές πυρηνικές δυνάμεις και η αντίδραση σύντηξης μετατρέπεται σε ενδόθερμη και επομένως δεν απελευθερώνεται ενέργεια, αντίθετα απορροφάται. Με τους ελαφρείς πυρήνες όμως των ισοτόπων του υδρογόνου απελευθερώνεται η επιπλέον ενέργεια από την καθαρή έλξη των σωματιδίων του πυρήνα.

LLNL, National Ignition Facility Preamplifiers. Credit: Science History Images/Alamy Stock Photo

Οι επιστήμονες στη μεγαλύτερη εγκατάσταση πυρηνικής σύντηξης στον κόσμο πέτυχαν το φαινόμενο που είναι γνωστό ως ανάφλεξη – δημιουργώντας μια πυρηνική αντίδραση που παράγει περισσότερη ενέργεια από όση καταναλώνει. Τα αποτελέσματα της σημαντικής ανακάλυψης στην Εθνική Εγκατάσταση Ανάφλεξης των ΗΠΑ (NIF), που διεξήχθη στις 5 Δεκεμβρίου και ανακοινώθηκε στις 13 Δεκεμβρίου 2022 από την κυβέρνηση του προέδρου των ΗΠΑ Τζο Μπάιντεν, ενθουσίασαν την παγκόσμια ερευνητική κοινότητα σύντηξης. Αυτή η έρευνα στοχεύει να αξιοποιήσει την πυρηνική σύντηξη – το φαινόμενο που τροφοδοτεί τον Ήλιο – για να παρέχει μια πηγή σχεδόν απεριόριστης καθαρής ενέργειας στη Γη.

«Είναι ένα απίστευτο επίτευγμα», λέει ο Mark Herrmann, αναπληρωτής διευθυντής για θεμελιώδη φυσική όπλων στο Lawrence Livermore National Laboratory στην Καλιφόρνια, το οποίο στεγάζει το εργαστήριο σύντηξης. Το πείραμα ορόσημο έρχεται μετά από χρόνια εργασίας από πολλές ομάδες σε οτιδήποτε, από λέιζερ και οπτικά, έως στόχους και μοντέλα υπολογιστών, λέει ο Herrmann. «Φυσικά αυτό είναι που γιορτάζουμε».

Μια ναυαρχίδα πειραματικής εγκατάστασης του προγράμματος πυρηνικών όπλων του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ που σχεδιάστηκε για να μελετά τις αντιδράσεις που δημιουργούνται από τέτοια όπλα, η NIF, είχε αρχικά στόχο να επιτύχει ανάφλεξη μέχρι το 2012 και αντιμετώπισε κριτική για καθυστερήσεις και υπερβάσεις κόστους. Τον Αύγουστο του 2021, επιστήμονες της NIF ανακοίνωσαν ότι είχαν χρησιμοποιήσει τη συσκευή τους λέιζερ υψηλής ισχύος για να επιτύχουν μια αντίδραση ρεκόρ, που ξεπέρασε ένα κρίσιμο όριο στην πορεία προς την ανάφλεξη, αλλά οι προσπάθειες να επαναλάβουν αυτό το πείραμα ή την κρούση τους επόμενους μήνες απέτυχαν. Τελικά, οι επιστήμονες ακύρωσαν τις προσπάθειες να αναπαραγάγουν αυτό το πλάνο και τους έκανε να ξανασκεφτούν τον πειραματικό σχεδιασμό – μια προσπάθεια που απέδωσε καρπούς την περασμένη εβδομάδα.

«Υπήρχαν πολλοί άνθρωποι που δεν πίστευαν ότι ήταν δυνατό, αλλά εγώ και άλλοι που κράτησαν την πίστη τους, νιώθουμε κάπως δικαιωμένοι», λέει ο Michael Campbell, πρώην διευθυντής του εργαστηρίου σύντηξης στο Πανεπιστήμιο του Ρότσεστερ στη Νέα Υόρκη και πρώιμος υποστηρικτής της NIF ενώ βρισκόταν στο εργαστήριο Lawrence Livermore. «Έχω ένα σύμπαν για να γιορτάσω».

Το Nature εξετάζει το τελευταίο πείραμα της NIF και τι σημαίνει για την επιστήμη της σύντηξης.

(περισσότερα…)

Η Τίμια Αλήθεια για τα εμβόλια

  • Από το SCEPTIC Magazine, που εκδίδεται από τον οργανισμό SCEPTICS SOCIETY
  • Του Daniel Loxton

To SCEPTIC SOCIETY είναι ένας μη κερδοσκοπικός μορφωτικός οργανισμός που προωθεί την επιστημονική γνώση, την κριτική σκέψη και ερευνά την ψευδοεπιστήμη και τα παραφυσικά φαινόμενα. Επικεφαλής και ιδρυτής του οργανισμού, στον οποίο μετέχουν πλήθος επιστημόνων, ερευνητών και δημοσιογράφων, είναι ο ακαδημαϊκός,καθηγητής του Chapman University, Michael Shermer, συγγραφέας επιστημονικών βιβλίων και ιστορίας της επιστήμης. Ένα από τα γνωστότερα βιβλία του είναι “Γιατί οι άνθρωποι πιστεύουν σε παράξενα πράγματα“, που έχει εκδοθεί από τις Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης, μεταφρασμένο στα Ελληνικά.

Το άρθρο που ακολουθεί δημοσιεύτηκε στο τεύχος του SCEPTIC Magazine και το αναδημοσιεύουμε, κατόπιν αδείας, στο site μας μεταφρασμένο. Είναι ένα εξαιρετικά ενδιαφέρον άρθρο μέσα από το οποίο μπορεί να μάθει κανείς την ιστορία των εμβολιασμών, αλλά και των αντιεμβολιαστικών κινημάτων σ’ αυτήν την ιδιαίτερα φορτισμένη κρίσιμη περίοδο.

Το άρθρο αυτό θα μπορούσε να δοθεί για μελέτη σε μαθητές κυρίως της Β Γυμνασίου, στο μάθημα της Βιολογίας, στο κεφάλαιο των εμβολίων, και αφού το μελετήσουν να προσπαθήσουν να απαντήσουν ελεύθερα στις 20 ερωτήσεις Online που υπάρχουν ΕΔΩ. Μπορούν στο τέλος πατώντας το κουμπί “Δες Αποτελέσματα” να δουν την επίδοσή τους και τις σωστές απαντήσεις.

Γιάννης Γαϊσίδης

Αιώνες Δυστυχίας

ΑΝΔΡΑΣ ΠΟΥ ΥΠΟΦΕΡΕΙ ΑΠΟ ΕΥΛΟΓΙΑ
ΠΑΙΔΙ ΠΟΥ ΠΑΛΕΥΕΙ ΜΕ ΤΗΝ ΕΥΛΟΓΙΑ ΣΤΟ ΜΠΑΓΚΛΑΝΤΕΣ ΤΟ 1974

Θα μάθουμε πώς ανακαλύφθηκαν τα εμβόλια, πώς λειτουργούν και πώς σώζουν ζωές. Θα δούμε τρομακτικούς μύθους και θεωρίες συνωμοσίας για τα εμβόλια. Και θα διερευνήσουμε τη σκοτεινή πλευρά της ιστορίας των εμβολίων – γιατί ανεξάρτητα από το πόσο ασφαλές είναι κάτι, τα πράγματα μπορούν να πάνε ακόμα πιο στραβά.

Ας ξεκινήσουμε από την αρχή. Φανταστείτε για μια στιγμή πώς ήταν η ζωή πριν από χιλιάδες χρόνια, πριν υπάρξουν τα εμβόλια. Οι μεταδοτικές ασθένειες ήταν παντού. Εάν ζούσατε στην αρχαιότητα, η ζωή σας μπορεί να απειλούνταν από επιδημίες θανατηφόρων ασθενειών κάθε λίγα χρόνια. Η οικογένειά σας μπορεί να επιβίωνε ή να μολυνόταν, απλά για να αρρωστήσει και να πεθάνει στη συνέχεια. Σχεδόν όλοι έφεραν τη θλίψη από την απώλεια των αγαπημένων τους από μεταδοτικές ασθένειες.

Ακόμη χειρότερα, οι αρχαίοι άνθρωποι δεν καταλάβαιναν γιατί υπήρχαν οι ασθένειες. Κανείς δεν ήξερε ότι υπήρχαν μικρόβια. Μάντευαν αντ ‘αυτού ότι οι θεοί πρέπει να ήταν θυμωμένοι. Φαντάζονταν ότι οι ασθένειες στάλθηκαν για να τιμωρήσουν την ανθρωπότητα.

(περισσότερα…)

Η Φυσική της Περιστρεφόμενης Φιάλης

Σε προηγούμενη δημοσίευσή μας με τίτλο Η Φυσική πίσω από το πέταγμα της μποτίλιας παρουσιάσαμε μία ενδιαφέρουσα προσέγγιση της δημοφιλούς συνήθειας των μαθητών να πετούν τις πλαστικές φιάλες του νερού με σκοπό αυτές να προσγειωθούν κάθετα στην επιφάνεια του θρανίου τους. Το παρακάτω άρθρο από το American Journal of Physics παρουσιάζει μία πιο εμπεριστατωμένη και αναλυτική προσέγγιση του φαινομένου, μέσα από τη μελέτη πειραματικών και θεωρητικών δεδομένων, που λήφθηκαν από μία ομάδα προπτυχιακών φοιτητών του πανεπιστημίου Twente της Ολλανδίας.

  • Των P. J. Dekker, L. A. G. Eek, M. M. Flapper, H. J. C. Horstink, A. R. Meulenkamp, and J. van der Meulen. Faculty of Science and Technology, University of Twente,The Netherlands
  • Από το American Journal of Physics

Το ενδιαφέρον της μελέτης συνίσταται στην περιστροφή μιας φιάλης, μερικώς γεμάτης με νερό, που την προσγειώνουμε σε όρθια θέση. Είναι ένα εντυπωσιακό φαινόμενο, καθώς από την πρώτη ματιά φαίνεται μάλλον απίθανο ότι ένα ψηλό περιστρεφόμενο μπουκάλι θα μπορούσε να κάνει μια τέτοια σταθερή προσγείωση. Εδώ, αναλύουμε τη φυσική πίσω από την περιστροφή της φιάλης του νερού, με βάση πειράματα και ένα αναλυτικό μοντέλο που μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην τάξη. Οι μετρήσεις μας δείχνουν ότι η γωνιακή ταχύτητα της φιάλης μειώνεται δραστικά, επιτρέποντας μια σχεδόν κάθετη κάθοδο και μια επιτυχημένη προσγείωση. Η μειωμένη περιστροφή οφείλεται σε αύξηση της ροπής αδράνειας που προκαλείται από την αναδιανομή της μάζας του νερού κατά τη διάρκεια της πτήσης κατά μήκος της φιάλης. Τα πειραματικά και αναλυτικά αποτελέσματα συγκρίνονται ποσοτικά και δείχνουμε πώς μπορούμε να βελτιστοποιήσουμε τις πιθανότητες επιτυχούς προσγείωσης.
(περισσότερα…)

Η Φυσική πίσω από το πέταγμα της μποτίλιας

Είναι βέβαιο ότι πολλές φορές, μέσα στην τάξη, κάνουμε παρατηρήσεις στους μαθητές, γιατί πετούν τα μπουκάλια τους με το νερό πάνω στο θρανίο σε έναν άτυπο διαγωνισμό μεταξύ τους, ποιος θα καταφέρει να το προσγειώσει κάθετα στην επιφάνεια του θρανίου. Ίσως η καταλληλότερη στιγμή για να ξεκινήσουμε μία συζήτηση, ποιοι νόμοι κρύβονται πίσω από το πέταγμα της μποτίλιας και πώς μπορούν να βελτιώσουν την τεχνική για να εντυπωσιάσουν τους συμμαθητές τους, είναι η στιγμή που τα βλέμματά τους στρέφονται στον συμμαθητή ή τη συμμαθήτριά τους, που κατάφερε να βάλει την μποτίλια όρθια, ενώ εμείς απτόητοι γράφουμε στον πίνακα το δεύτερο νόμο του Νεύτωνα για την περιστροφή των σωμάτων και πασχίζουμε να τον εξηγήσουμε. Το επόμενο βήμα είναι να τους ρίξουμε την ιδέα να διοργανώσουν ένα πρωτάθλημα για την ανάδειξη του μαθητή που θα καταφέρει να πετύχει τις περισσότερες κάθετες προσγειώσεις μέσα σε ένα αριθμό ρίψεων.

  • Από το Scientific American


Το δημοφιλές βίντεο του μαθητή που πετάει μία μποτίλια με νερό και την προσγειώνει κάθετα στο τραπέζι.

Για να κατανοήσετε τη φυσική του πετάγματος της μποτίλιας, πρώτα πρέπει να καταλάβετε τη γωνιακή ορμή L=I \cdot \omega . Χωρίς πολλές λεπτομέρειες, πρόκειται για ένα γινόμενο δύο παραγόντων, της γωνιακής ταχύτητας ω (πόσο γρήγορα περιστρέφεται) και της ροπής αδράνειας Ι (πώς κατανέμεται η μάζα του γύρω από τον άξονα περιστροφής)  Όταν δεν υπάρχει εξωτερική ροπή στρέψης σε ένα αντικείμενο, ισχύει η αρχή διατήρησης της γωνιακής ορμής,  δηλαδή το γινόμενο της γωνιακής ταχύτητας και της ροπής αδράνειας παραμένει σταθερό. Κατά συνέπεια, αν το ένα από τα δύο αυξηθεί το άλλο θα πρέπει να μειωθεί ώστε να διατηρηθεί σταθερό το γινόμενό τους, δηλαδή η γωνιακή ορμή L. Ένα κλασικό παράδειγμα αυτού είναι μία περιστρεφόμενη αθλήτρια του πατινάζ στον πάγο. Αν αρχικά περιστρέφεται με τα χέρια της εκτεταμένα, έχει μια υψηλή ροπή αδράνειας, επειδή η μάζα της είναι απλωμένη, μακριά από τον άξονα περιστροφής της, που περνάει από το κέντρο μάζας της. Εάν τραβήξει τα χέρια της και τα φέρει σφιχτά στο σώμα της, η ροπή αδράνειας μειώνεται. Προκειμένου η γωνιακή ορμή της L να παραμείνει η ίδια, η γωνιακή της ταχύτητα πρέπει να αυξηθεί, ώστε να περιστρέφεται γρηγορότερα. Μπορείτε να παρατηρήσετε αυτό για τον εαυτό σας σε μια καρέκλα γραφείου που γυρίζει.

(περισσότερα…)

Η Φυσική του Ποδοσφαίρου

  • Των Takeshi Asal, Takao Akatsuka και Steve Haake*
  • Από το Physics World

Ο Bill Shankly, πρώην διευθυντής του ποδοσφαιρικού συλλόγου της Λίβερπουλ, είπε κάποτε: “Το ποδόσφαιρο δεν είναι θέμα ζωής και θανάτου. Είναι πιο σημαντικό από αυτά.” Αυτό το μήνα στο Παγκόσμιο Κύπελλο, εκατομμύρια φίλαθλοι θα νιώσουν το ίδιο συναίσθημα για λίγες, σύντομες εβδομάδες. Στη συνέχεια, η εκδήλωση θα τελειώσει και εκείνο που θα μείνει θα είναι μερικές επαναλήψεις στην τηλεόραση και η ατελείωτη εικασία για το τι θα μπορούσε να συμβεί. Είναι αυτή η πτυχή του ποδοσφαίρου που οι οπαδοί της αγαπούν και άλλοι μισούν. Τι θα γινόταν αν έμπαινε το πέναλτι; Τι θα συνέβαινε αν ο παίκτης δεν είχε αποβληθεί; Τι θα γινόταν αν το ελεύθερο λάκτισμα δε χτυπούσε στο τείχος και έμπαινε γκολ;

Ο Ρομπέρο Κάρλος της Βραζιλίας σκοράρει κατά της Γαλλίας με ένα τέλειο κτύπημα φάουλ.

 

Πολλοί οπαδοί θα θυμούνται το φάουλ που εκτέλεσε ο Βραζιλιάνος Ρομπέρτο Κάρλος σε ένα τουρνουά στη Γαλλία το 1997. Η μπάλα τοποθετήθηκε περίπου 30 μέτρα από την εστία του αντιπάλου και ελαφρώς δεξιά. Ο Κάρλος κτύπησε την μπάλα ξυστά στα δεξιά ώστε να περάσει αρχικά από το τείχος των αμυντικών κατά τουλάχιστον ένα μέτρο και να υποχρεώσει έναν ποδοσφαιριστή, που στεκόταν σε απόσταση μέτρια από το τέρμα, να σκύψει το κεφάλι του. Στη συνέχεια, σχεδόν μαγικά, η μπάλα έστριψε προς τα αριστερά και μπήκε στην πάνω δεξιά γωνία του γκολπόστ, προς μεγάλη έκπληξη των παικτών, του τερματοφύλακα και των μέσων μαζικής ενημέρωσης.

Προφανώς, ο Κάρλος εκτελούσε αυτό το λάκτισμα όλη την ώρα στο γήπεδο της προπόνησης. Ένιωθε διαισθητικά πώς να καμπυλώνει την μπάλα με το χτύπημα σε μια συγκεκριμένη ταχύτητα και με μία συγκεκριμένη περιστροφή. Πιθανότατα όμως δεν γνώριζε ότι πίσω από όλα ήταν η φυσική.

Αεροδυναμική των αθλητικών σφαιρών

Η πρώτη εξήγηση της πλευρικής κάμψης ενός περιστρεφόμενου αντικειμένου πιστώθηκε στο Λόρδο Rayleigh πάνω στην εργασία του Γερμανού φυσικού Gustav Magnus το 1852. Ο Magnus προσπαθούσε πραγματικά να προσδιορίσει γιατί περιστρεφόμενα κελυφοι και σφαίρες εκτρέπονται προς τη μία πλευρά αλλά η εξήγησή του ισχύει εξίσου καλά και με τις μπάλες. Πράγματι, ο θεμελιώδης μηχανισμός μιας μπάλας που καμπυλώνεται στο ποδόσφαιρο είναι σχεδόν ο ίδιος όπως σε άλλα αθλήματα όπως το μπέιζμπολ, το γκολφ, το κρίκετ και το τένις.

Περιστρεφόμενη μπάλα

 

Εξετάστε μια μπάλα που περιστρέφεται γύρω από έναν άξονα κάθετο στη ροή του αέρα και μέσα σ’ αυτόν (δείτε πάνω). Ο αέρας ταξιδεύει πιο γρήγορα σε σχέση με το κέντρο της σφαίρας εκεί όπου η περιφέρεια κινείται προς την ίδια κατεύθυνση με τη ροή του αέρα. Αυτό μειώνει την πίεση, σύμφωνα με την αρχή του Bernouilli. Το αντίθετο αποτέλεσμα συμβαίνει στην άλλη πλευρά της μπάλας, όπου ο αέρας ταξιδεύει πιο αργά σε σχέση με το κέντρο της μπάλας. Υπάρχει επομένως μια ανισορροπία στις δυνάμεις και η μπάλα εκτρέπεται – ή, όπως το έθεσε ο Sir J J Thomson το 1910, “η μπάλα ακολουθεί τη μύτη της”. Αυτή η πλευρική εκτροπή μιας μπάλας κατά την πτήση είναι γενικά γνωστή ως το “φαινόμενο Magnus”.

Οι δυνάμεις σε μια περιστρεφόμενη μπάλα που πετάει μέσα στον αέρα χωρίζονται γενικά σε δύο τύπους: τη δύναμη ανύψωσης και τη δύναμη αντίστασης. Η δύναμη ανύψωσης είναι η προς τα πάνω ή η προς τα πλάγια δύναμη που είναι υπεύθυνη για το φαινόμενο Magnus. Η δύναμη αντίστασης δρα στην αντίθετη κατεύθυνση από τη διαδρομή της μπάλας.

(περισσότερα…)

Μία ποσοτική ανάλυση του πίδακα αλυσίδας

  • Του J. Pantaleone
  • Από το American Journal of Physics

ΠΕΡΙΛΗΨΗ

Όταν μια αλυσίδα ρέει πάνω από την άκρη ενός δοχείου και στη συνέχεια πέφτει κάτω στο έδαφος, παρατηρείται ότι η κορυφή της αλυσίδας ανεβαίνει πάνω από την άκρη του δοχείου. Αυτό ονομάζεται “πίδακας αλυσίδας” και είναι ένα διασκεδαστικό και αντιφατικό φαινόμενο. Σε αυτή την εργασία, αναλύεται πειραματικά και θεωρητικά η κίνηση σταθερής κατάστασης του πίδακα. Οι μετρήσεις δίνονται για τις ταχύτητες και τα ύψη για τρεις διαφορετικές αλυσίδες και τρεις διαφορετικές αποστάσεις από το δοχείο μέχρι το δάπεδο. Αποδεικνύεται ότι η απόσταση που η αλυσίδα ανυψώνεται πάνω από το δοχείο είναι ανάλογη της δύναμης από το δοχείο στην αλυσίδα. Ένα απλό μοντέλο αναπτύσσεται για τον τρόπο που η αλυσίδα αλληλεπιδρά με το δοχείο και δείχνει ότι ένας σύνδεσμος ανυψώνεται από το δοχείο μετά από περιστροφή με μια σχετικά μικρή γωνία. Οι προβλέψεις του μοντέλου συμφωνούν πολύ καλά με τις μετρήσεις για τις δύο αλυσίδες σφαιρών.

Ι. ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Η κίνηση της πτώσης των αλυσίδων έχει μελετηθεί για μεγάλο χρονικό διάστημα. Οι αλυσίδες συχνά χρησιμοποιούνται ως παράδειγμα ενός συστήματος συνεχούς μάζας. Επιπλέον, οι πρόσφατες παρατηρήσεις έχουν βρει κάποια πολύ αντιφατικά αποτελέσματα. Για παράδειγμα, μια αλυσίδα που χτυπάει ένα τραπέζι μπορεί να επιταχυνθεί προς τα κάτω ταχύτερα από μια  αλυσίδα σε ελεύθερη πτώση.  Επίσης, όταν ένας σωρός αλυσίδας σε ένα τραπέζι τραβιέται γρήγορα οριζόντια, η αλυσίδα μπορεί να σηκωθεί αυθόρμητα για να σχηματίσει ένα τόξο πάνω από το τραπέζι. Το πιο εντυπωσιακό από όλα είναι το “πίδακας αλυσίδας”, επίσης γνωστό ως “αυτο-σιφόνιο χανδρών”. Σε ένα δημοφιλές βίντεο, ο Mould απέδειξε ότι μια αλυσίδα που πέφτει από ένα δοχείο μπορεί να ανεβεί αυθόρμητα σε ύψος και ότι η σταθεροποίηση του ύψους του μπορεί να είναι πολύ πάνω από το δοχείο, όπως φαίνεται στην Εικ. 1. Αυτή η εντυπωσιακή, αδιαμφισβήτητη επίδειξη παρέχει πολλές εκπαιδευτικές ευκαιρίες.

Εικ. 1. Ο πίδακας αλυσίδας

Ο βασικός φυσικός λόγος για τον οποίο συμβαίνει ο πίδακας είναι απλός. Όταν ένας σύνδεσμος σε κατάσταση ηρεμίας στο δοχείο έλκεται προς τα πάνω από την τάση στην ανερχόμενη αλυσίδα, αυτή η δύναμη επιταχύνει το κέντρο μάζας του συνδέσμου προς τα πάνω και προκαλεί επίσης την περιστροφή του συνδέσμου γύρω από το κέντρο μάζας. Η περιστροφή έχει ως αποτέλεσμα το άκρο του συνδέσμου που είναι σε επαφή με τον πάτο του δοχείου (ή με το σωρό της αλυσίδας) να ωθεί προς τα κάτω και έτσι να υπάρχει μια αντίστοιχη προς τα πάνω δύναμη “αντίδρασης” από το δοχείο στο σύνδεσμο. Αυτή η δύναμη αντίδρασης προκαλεί την ανύψωση της αλυσίδας πάνω από το δοχείο. Αν και η δύναμη αντίδρασης είναι ένα (σχετικά μικρό) κλάσμα της τάσης στην αλυσίδα του δοχείου, η τάση μπορεί να είναι μεγάλη όταν υπάρχει ένα μεγάλο μήκος αλυσίδας μεταξύ του δοχείου και του εδάφους. Όσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση από το δοχείο μέχρι το πάτωμα, τόσο υψηλότερα πηγαίνει το τμήμα της αλυσίδας που υψώνεται πάνω από το δοχείο. (περισσότερα…)

Είναι λάθος ο αριθμός Πι;

Με αφορμή τη Μέρα του Πι
pi

14 Μαρτίου ’15 ή 14/3/15 ή, κατά τον αμερικάνικο τρόπο γραφής των ημερομηνιών, 3/14/15. Αυτά είναι τα πέντε πρώτα ψηφία του γνωστού αριθμού

    \[\pi\]

. Επομένως το Σάββατο 14 Μαρτίου ’15 δικαίως είναι η μέρα του

    \[\pi\]

. Κι αν θέλετε να προχωρήσετε ακόμα πέντε ψηφία, προσθέστε την ώρα 9:26:53, και θα έχετε με ακρίβεια δευτερόλεπτου τη στιγμή που μπορείτε να πείτε ότι “αυτή η στιγμή ανήκει στο

    \[\pi\]

” . Βάλτε επομένως στη σειρά την ημερομηνία και την ακριβή ώρα και θα έχετε γράψει τα δέκα πρώτα ψηφία του θρυλικού αυτού άρρητου αριθμού.

Με αφορμή την ημέρα αυτή, την οποία θα ξανασυναντήσουμε μετά από μερικούς αιώνες αν θέλουμε να ξαναδούμε και πάλι τα δέκα πρώτα ψηφία, δείτε ένα ενδιαφέρον άρθρο του Bob Palais από το βιβλίο Pi: A Source Book. Ο Bob Palais αμφισβητεί τον αριθμό

    \[\pi\]

, ως προς τον τρόπο που τον χρησιμοποιούμε διακηρύσσοντας ότι

    \[\pi\]

Is Wrong”. Γιατί; Ιδού λοιπόν:

Ξέρω ότι μερικοί θα το χαρακτήριζαν ως ύβρι, αλλά θεωρώ ότι ο

    \[\pi\]

είναι λάθος. Για αιώνες ο

    \[\pi\]

απολάμβανε απεριόριστης εκτίμησης. Οι μαθηματικοί έχουν γράψει ραψωδίες γύρω από τα μυστήρια του, χρησιμοποιώντας το ως σύμβολο της μαθηματικής κοινότητας και των μαθηματικών γενικότερα και το εισήγαγαν στους calculators  και στις γλώσσες προγραμματισμού. Ακόμη και κινηματογραφικό έργο έχει γυριστεί με το όνομά του. Δεν αμφισβητώ τη λογική του, την υπεροχή του ή τον αριθμητικό υπολογισμό του, αλλά την επιλογή του ως έναν αριθμό στον οποίο έχουμε εναποθέσει πολύ σημαντικά γεωμετρικά ζητήματα. Η κατάλληλη τιμή η οποία εκφράζει όλο το σεβασμό και την ευλάβεια, εν αντιθέσει με τον τρέχοντα αριθμό

    \[\pi\]

, είναι δυστυχώς τώρα ένας αριθμός γνωστός ως

    \[2\pi\]

. Ας τον συμβολίσουμε με

    \[\tau\]

. Δηλαδή

    \[\tau=2\pi\]

.
(περισσότερα…)

Η προέλευση του 1ου Νόμου του Νεύτωνα

The Physics Teacher Magazine (AAPT)

Του Eugene Hecht, Adelphi University, Garden City, NY

Όποιος έχει διδάξει εισαγωγική φυσική πρέπει να γνωρίζει ότι περίπου το ένα τρίτο των μαθητών αρχικά πιστεύει ότι οποιοδήποτε αντικείμενο σε κατάσταση ηρεμίας θα παραμείνει σε κατάσταση ηρεμίας, ενώ κάθε κινούμενο σώμα, στο οποίο δεν ασκούνται δυνάμεις, θα έρθει αμέσως σε ηρεμία. Ομοίως, περίπου οι μισοί από τους αμύητους μαθητές πιστεύουν ότι κάθε αντικείμενο που κινείται με σταθερή ταχύτητα πρέπει συνεχώς να το σπρώχνουμε, αν θέλουμε να διατηρεί την κίνησή του. Αυτό είναι ουσιαστικά ο νόμος του Αριστοτέλη για την κίνηση και είναι τόσο “προφανές” και επιβεβαιωμένο από την εμπειρία, ώστε ο νόμος αυτός έγινε αποδεκτός από τους μελετητές για 2000 χρόνια, ακριβώς μέχρι από την επανάσταση του Κοπέρνικου. Αλλά, φυσικά, είναι εντελώς λάθος. Το κείμενο αυτό αφηγείται την ιστορία τού πώς μπορούμε να κατανοήσουμε το νόμο της αδράνειας, πώς εξελίχθηκε και πώς ο Νεύτωνας κατέληξε να τον κάνει πρώτο του νόμο.

Ο Φιλόσοφος, η Ώθηση και ο Κέπλερ

Ο Αριστοτέλης (384-322 π.Χ.) ήταν τόσο αγαπητός κατά το Μεσαίωνα που ευλαβικά αναφερόταν ως “Ο Φιλόσοφος”. Ακόμα κι αν οι περισσότερες θεωρήσεις του επί της φυσικής ήταν λάθος, οι σχολαστικοί της εποχής ακολουθούσαν πεισματικά τις διδασκαλίες του. Γι αυτούς, και ως εκ τούτου για την Χριστιανοσύνη, η ουράνια περιοχή ήταν άπειρη και σχηματιζόταν από ένα πέμπτο τέλειο στοιχείο τον Αιθέρα. Ο χώρος ήταν γεμάτος, κενό δεν  μπορούσε να υπάρξει. Κάθε πρωταρχικό στοιχείο (φωτιά, γη, αέρας και νερό) είχε τη θέση του προς την οποία έτεινε να επιστρέψει. Κάθε γήινος βράχος είχε βαρύτητα και φυσικά έπεφτε προς στο κέντρο της Γης, το κέντρο του σύμπαντος. Κάθε άλλη κίνηση ήταν αφύσικη και απαιτούσε κάποια εξωτερική επίδραση. Ένας μηχανισμός έπρεπε συνεχώς να είναι σε επαφή με αυτό που κινείται. Εκτός από την πτώση, η ακινησία ήταν η προεπιλεγμένη (φυσιολογική) κατάσταση των υλικών πραγμάτων.
(περισσότερα…)

Κυλάει στην ανηφόρα;


Πολλές φορές μας ρωτούν: “Ξέρω ένα μέρος” ή “Είδα στην τηλεόραση ένα μέρος όπου τα αντικείμενα κυλούν προς την ανηφόρα. Πώς γίνεται αυτό; Λένε ότι εκεί υπάρχουν ισχυρά μαγνητικά πεδία. Μπορεί να συμβαίνει κάτι τέτοιο;”

Λοιπόν αυτή είναι μια εξαιρετικά κοινή ψευδαίσθηση που τη συναντά κανείς σε πολλές περιοχές σε όλο τον κόσμο. Πρόκειται συνήθως για ένα τμήμα δρόμου σε μια λοφώδη περιοχή, όπου το επίπεδο του ορίζοντα είναι δυσδιάκριτο. Αντικείμενα, όπως τα δέντρα και οι τοίχοι, που παρέχουν συνήθως οπτικές ενδείξεις για την πραγματική κάθετη, μπορεί να κλίνουν ελαφρώς. Αυτό δημιουργεί οπτική ψευδαίσθηση κάνοντας μια μικρή κατάβαση να φαίνεται σαν ανηφόρα. Έτσι τα αντικείμενα εμφανίζονται ότι κυλούν προς την ανηφόρα. Μερικές φορές ακόμη και τα ποτάμια φαίνονται να ρέουν κόντρα στη βαρύτητα.image

Σημεία, όπου η ψευδαίσθηση είναι ιδιαίτερα ισχυρή, συχνά γίνονται τουριστικά αξιοθέατα. Στους ξεναγούς αρέσει να ισχυρίζονται ότι το φαινόμενο είναι ένα μυστήριο ή ότι οφείλεται σε μαγνητικές ή βαρυτικές ανωμαλίες ή ακόμα ότι είναι ένα παραφυσικό φαινόμενο που η επιστήμη δεν μπορεί να εξηγήσει. Αυτό βεβαίως δεν είναι αλήθεια. Φυσικές ανωμαλίες μπορούν να ανιχνευθούν μόνο με ευαίσθητους εξοπλισμούς, οι οποίοι στην προκειμένη περίπτωση δεν μπορούν να δώσουν εξήγηση. Η επιστήμη όμως, μπορεί να εξηγήσει εύκολα τις οπτικές ψευδαισθήσεις.
(περισσότερα…)

Με πόση ταχύτητα τρέχουμε;

  • Του Lewis Epstein
  • Απο το βιβλίο “Εικόνες της Σχετικότητας”  εκδόσεις Κάτοπτρο.

Μια μικρή και εκλαϊκευμένη εισαγωγή στον κόσμο της Ειδικής Θεωρίας της Σχετικότητας και στην έννοια του χωρόχρονου.

Ερώτηση:Γιατί δεν μπορούμε να ταξιδέψουμε ταχύτερα από το φως;

Απάντηση::Επειδή δεν μπορούμε να ταξιδέψουμε με μικρότερη ταχύτητα από αυτό.

Υπάρχει για όλα τα πράγματα μία μόνο ταχύτητα. Οτιδήποτε υπάρχει γύρω μας, κινείται πάντοτε με την ταχύτητα του φωτός. Θα αναριωτιέστε. Πώς γίνεται να κινείστε αφού κάθεστε αναπαυτικά στην πολυθρόνα σας; Η απάντηση είναι ότι κινείστε μέσα στο χρόνο.
Γι αυτό αντιλαμβανόμαστε τα χρονόμετρα που ταξιδεύουν μέσα στο χώρο να “δουλεύουν” πιο αργά. Επειδή κανονικά τα χρονόμετρα “τρέχουν” μέσα στο χρόνο και όχι μέσα στο χώρο. Αν τα αναγκάσουμε να κινηθούν μέσα στο χώρο, θα το κάνουν δαπανώντας ένα μέρος της ταχύτητας που χρησιμοποιούν να ταξιδέουν μέσα στο χρόνο. Όσο μάλιστα ταχύτερα ταξιδεύουν μέσα στο χώρο τόσο πιο αργά ταξιδεύουν μέσα στο χρόνο. Είναι επίσης δυνατόν να τα αναγκάσουμε να δαπανήσουν ολόκληρη την ταχύτητα που χρησιμοποιούν, για να ταξιδεύουν μόνο μέσα στο χώρο. Τότε όμως θα ταξιδεύουν μόνο μέσα στο χώρο και καθόλου μέσα στο χρόνο (αφού δε θα τους έχει απομείνει άλλη ταχύτητα).Θα ‘χουν σταματήσει να χρονομετρούν, επομένως θα ‘χουν σταματήσει να “γερνούν”.
Όλα αυτά μπορεί να παρασταθούν με ένα διάγραμμα, το οποίο στην ουσία είναι το “κοσμικό ταχύμετρο”. Τίποτα δεν μπορεί να μεταβάλλει την “ολική” ταχύτητα ενός σώματος. Μόνο η διεύθυνση της κίνησής του, μέσα στο χωρόχρονο, μπορεί να μεταβληθεί.

Εικ. 1. Το θέμα είναι ένα: ότι Πάντα κινείστε, και μάλιστα με σταθερή ταχύτητα. Ακόμη κι όταν μένετε ακίνητοι.Σ' αυτή την περίπτωση ταξιδεύετε μπέσα στο χρόνο, από το Ο στο Α. Όταν η ταχύτητά σας έχει τέτοια κατεύθυνση που σας μεταφέρει μέσα στο χώρο, π.χ. από το Ο στο Κ ή στο Λ, τότε μειώνεται η συνιστώσα που απομένει για να σας μεταφέρει μέσα στο χρόνο. Στην περίπτωση που η ταχύτητα δαπανιέται εξ ολοκλήρου για να σας μεταφέρει μέσα στο χώρο (με την ταχύτητα του φωτός), δεν απομένει καθόλου ταχύτητα για να σας μεταφέρει μέσα στο χρόνο, και κινείστε από το Ο στο Γ. Επειδή η ταχύτητά σας μέσα στο χωρόχρονο είναι σταθερή, τα τμήματα ΟΑ, ΟΚ, ΟΛ και ΟΓ έχουν ίσα μήκη και τα σημεία Α,Κ,Λ  και Γ βρίσκονται πάνω σε ένα ημικύκλιο γύρω από το Ο. Αν μπορούσατε να ταξιδέψετε πίσω στο χρόνο, το ημικύκλιο θα γινόταν πλήρης κύκλος.

Εικ. 1. Το θέμα είναι ένα: ότι πάντα κινείστε, και μάλιστα με σταθερή ταχύτητα. Ακόμη κι όταν μένετε ακίνητοι.Σ’ αυτή την περίπτωση ταξιδεύετε μέσα στο χρόνο, από το Ο στο Α. Όταν η ταχύτητά σας έχει τέτοια κατεύθυνση που σας μεταφέρει μέσα στο χώρο, π.χ. από το Ο στο Κ ή στο Λ, τότε μειώνεται η συνιστώσα που απομένει για να σας μεταφέρει μέσα στο χρόνο. Στην περίπτωση που η ταχύτητα δαπανιέται εξ ολοκλήρου για να σας μεταφέρει μέσα στο χώρο (με την ταχύτητα του φωτός), δεν απομένει καθόλου ταχύτητα για να σας μεταφέρει μέσα στο χρόνο, και κινείστε από το Ο στο Γ. Επειδή η ταχύτητά σας μέσα στο χωρόχρονο είναι σταθερή, τα τμήματα ΟΑ, ΟΚ, ΟΛ και ΟΓ έχουν ίσα μήκη και τα σημεία Α,Κ,Λ και Γ βρίσκονται πάνω σε ένα ημικύκλιο γύρω από το Ο. Αν μπορούσατε να ταξιδέψετε πίσω στο χρόνο, το ημικύκλιο θα γινόταν πλήρης κύκλος.

Σε κατάσταση ηρεμίας το σώμα θεωρείται ότι ταξιδεύει μέσα στο χρόνο και το διάνυσμα της ταχύτητάς του βρίσκεται πάνω στον άξονα του χρόνου και κατευθύνεται από το Ο προς το Α. Όταν όμως κινείται προς τα δεξιά ή προς τα αριστερά, το διάνυσμα της ταχύτητάς του κλίνει προς τα δεξιά, π.χ. προς το Κ ή προς τα αριστερά, προς το Λ αντίστοιχα. Στην ακραία περίπτωση, όταν η κίνηση γίνεται εξ ολόκληρου στο χώρο και καθόλου στο χρόνο, τότε το διάνυσμα κατευθύνεται από το Ο προς το Γ.
(περισσότερα…)