- ΣΚΕΨΕΙΣ, ΔΙΕΥΚΡΙΝΙΣΕΙΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΕΡΓΑ ΓΙΑ ΤΗ ΦΥΣΙΚΗ

Να γιατί οι δάσκαλοι της Φυσικής δεν πρέπει να απασχολούνται με τους μαθητές στο διάλειμμα.

Περιεχόμενα:
0. Τι είναι επιστήμη.

1. Μέτρον άριστον.

2. Μάζα – Βάρος.

3. Μεταβολή του βάρους στη Γη.

4. Πτώση και βαρύτητα.

5. Γιατί ο Αριστοτέλης είχε άδικο.

6. Δράση – Αντίδραση.

7. Διελκυστίνδα και συγκρούσεις.

8. Είναι σταθερές η Στατική Τριβή και η Αντίδραση?

9. «Φυγόκεντρος» δύναμη.

10. Η πίεση δεν εφαρμόζεται!

11. Ορμή και Κινητική Ενέργεια.

12. Ροπή και Ισχύς.

13. Άνωση, ή Άντωση?

14. Που οφείλεται η άντωση σε πτέρυγα?

15. Ποδήλατα, νεροχύτες και γυροσκοπικά φαινόμενα.

16. Έλικες και αεριοστρόβιλοι.

17. Άνωση και βαρύτητα.

18. Η ταχύτητα του ηλεκτρικού ρεύματος.

19. Πρόσθεση παράλληλων αντιστάσεων.

20. Πότε καίγονται οι λάμπες.

21. Τάση και Ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος. Ποιά είναι πιο επικίνδυνη?

22. Ενεργή (πραγματική) και Άεργος Ισχύς και Ενέργεια.

23. Mια αντίσταση διαφορετική από τις άλλες.

24. Τα όρια της Ατμόσφαιρας, του Διαστήματος και της Βαρύτητας.

25. Ποιά είναι η θερμοκρασία του Διαστήματος?

26. Ποιά είναι η πρωταρχική πηγή των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας?

27. Το σφαιρικό σχήμα.

28. Γιατί δεν έχει νόημα το Αεικίνητο.

29. Καλή ταλάντωση εναντίον κακής ταλαντώσης.

30. Μικροσκόπια και τηλεσκόπια.

31. Η φωνή του «Ντόναλτ Ντακ».

32. Το παράδοξο με την ταχύτητα του φωτός.

33. Θα μπορέσουμε ποτέ να ξεπεράσουμε την ταχύτητα του φωτός?

34. Οδηγίες για μελλοντικούς ... Jedi.

35. Αύξηση της «μάζας» κοντά στην ταχύτητα του φωτός.

36. Επίδραση της ταχύτητας και της μάζας στον χρόνο.

37. Η θεωρία της Σχετικότητας, δύο θεωρίες σε μία.

38. Τελικά τι είναι το φωτόνιο?

39. Γιατί είναι δύσκολο να κατανοήσουμε την Κβαντομηχανική?

40. Η πυρηνική ενέργεια. Τόσο απλή, τόσο πολύπλοκη!

41. Ώσμωση, ένα περίεργο φαινόμενο.

42. Βράσιμο χωρίς, και άναμμα φωτιάς με, ... αέρα.
43. Τριβή και λάστιχα αυτοκινήτων. 
44. Η πίεση των υγρών.

45. Γιατί όλες οι παλίρροιες δεν είναι ίσες. 

46. Ένα σιφώνι από μπίλιες.

47. Η επίπεδη τροχαλία που δεν είναι ... επίπεδη.

48. Το «γαλόνι» της Σιτροέν. 

49. Άξονες και ροπή, καλώδια και ένταση. 

50. Πώς θα καλύψουμε τις μεγάλες αποστάσεις στο Διάστημα.  
51. Το "αλλόκοτο" φαινόμενο Mpemba.

52. Πετάει ο βάτραχος? 
53. Η Φύση αγαπάει την αταξία! 

54. H Θάτσερ και το μποζόνιο του Higgs.
55. Ζάρια ή ταχυδακτυλουργικά? 
56. Μη Νευτώνια ρευστά.
57. Σπηλαίωση. Πρόβλημα ή λύση? 

58. Γιατί τα κύματα είναι χρήσιμα? 

59. Τρείς απίθανες θέσεις της σύγχρονης Φυσικής.
60. Το νερό, ένα "μαγικό" υγρό. 
61. Βαθμός απόδοσης 300%? 

62. Γιατί τα μεταλλικά αντικείμενα είναι κρύα στην αφή? 

63. Δυνάμεις διαστολής.

64. Ιστοφόρο ταχύτερο από τον άνεμο?

0. Τι είναι επιστήμη. 
Επιστήμη είναι ο συσχετισμός αιτίας και αποτελέσματος διαφόρων φυσικών φαινομένων, με μια διαδικασία που βασίζεται στην παρατήρηση, υποστηρίζεται από τη θεωρία, και επιβεβαιώνεται με το πείραμα.
Η παρατήρηση πρέπει να περιλαμβάνει ποσοτικά (μετρήσιμα) και όχι απλά ποιοτικά μεγέθη, και οι μετρήσεις θα πρέπει να καταλήγουν πάντα στα ίδια αποτελέσματα, όταν οι συνθήκες είναι ακριβώς οι ίδιες. 
Υπάρχει βέβαια περίπτωση να μην υπάρχουν πειραματικά δεδομένα, ούτε καν μετρήσιμα μεγέθη, αλλά τότε τα αποτελέσματα θα πρέπει να συνάγονται με μαθηματικό ή λογικό (που είναι περίπου το ίδιο) τρόπο, ξεκινώντας από ήδη αποδεδειγμένες παραδοχές και χρησιμοποιώντας μαθηματικές σχέσεις, που η ισχύς τους έχει ήδη αποδειχτεί ... επιστημονικά.

Χαρακτηριστικό παράδειγμα, η πρόσφατη (Φεβρ. 2016) επιβεβαίωση (μέσω παρατήρησης και μετρήσεων) της ύπαρξης βαρυτικών κυμάτων, κάτι στο οποίο είχε καταλήξει ο Αϊνστάιν 100 χρόνια νωρίτερα, χρησιμοποιώντας μόνο μολύβι και χαρτί!    

1. Μέτρον άριστον.

Το μέτρο (σαν στάση ζωής), πέρα από τα πλεονεκτήματα που προσφέρει στη ζωή των ανθρώπων, είναι απαραίτητο (σαν σύστημα μετρήσεων) και για την ανάπτυξη του πολιτισμού τους.

Η μέτρηση είναι στην πραγματικότητα η σύγκριση διαφόρων φυσικών μεγεθών με κάποιο κοινά αποδεκτό πρότυπο, ώστε να μπορούμε να μιλάμε την «ίδια τεχνική γλώσσα» από απόσταση.

Με την εξέλιξη της τεχνολογίας οι απαιτήσεις ακρίβειας των μετρήσεων αυξήθηκαν, και για παράδειγμα οι τελευταίες εξελίξεις στο χώρο του Διαστήματος ως προς τη μέτρηση αποστάσεων, προϋπόθεταν τη δυνατότητα μέτρησης του χρόνου με πολύ μεγάλη ακρίβεια (βλέπε παρακάτω την παράγραφο για την Επίδραση της μάζας στην ταχύτητα των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων).

Καθώς στην πραγματικότητα δεν υπάρχει απόλυτη ακριβής μέτρηση, αυτό που έχει σημασία είναι:

-Να είναι η ακρίβεια (ή τα περιθώρια σφάλματος) της μέτρησης γνωστά.

-Αυτά τα περιθώρια σφάλματος, να είναι αποδεκτά για το σκοπό της μέτρησης.

2. Μάζα – Βάρος.

Συχνά υπάρχει σύγχιση μεταξύ των εννοιών μάζας και βάρους.

Ένας βασικός λόγος είναι ότι στην καθημερινότητα χρησιμοποιούμε τη μονάδα μάζας για να δηλώσουμε ουσιαστικά το βάρος.

Όπως είναι γνωστό, η μάζα είναι η ποσότητα της ύλης που περιέχει ένα σώμα, μετριέται σε κιλά (kg) και είναι ανεξάρτητη από το βαρυτικό πεδίο.

Αντίθετα, το βάρος ενός σώματος είναι η δύναμη που ασκείται επάνω του όταν βρίσκεται μέσα σ’ ένα βαρυτικό πεδίο, και μετριέται σε Νιούτον (Ν).

Και μάλιστα, το βάρος γίνεται αντιληπτό (και μπορεί να μετρηθεί), μόνον εφόσον η δύναμη της βαρύτητας δεν επιταχύνει ένα σώμα, όπως για παράδειγμα όταν το σώμα (και η ζυγαριά) είναι ακίνητα, αλλά και όταν να κινούνται με σταθερή ταχύτητα, όπως μέσα σ’ένα όχημα ή ασανσέρ.

Αντίθετα, στον Διαστημικό Σταθμό τα σώματα δεν έχουν βάρους, παρότι ο διαστημικός σταθμός κινείται με σταθερή γραμμική ταχύτητα, επειδή υπάρχει συνεχώς η κεντρομόλος επιτάχυνση της Γης που τον κρατάει σε τροχιά, έτσι ώστε πρακτικά να μην υπάρχει βαρυτικό πεδίο μέσα στον σταθμό (σήμερα λέμε ότι υπάρχει «μικροβαρύτητα» τόσο μέσα στον Διαστημικό Σταθμό, όσο και στο Διάστημα).

Στη Γη λοιπόν, μια και οι διαφορές βαρύτητας είναι μικρές στην επιφάνειά της, χρησιμοποιούμε το βάρος (που είναι ευκολότερο να μετρηθεί) για να «ζυγίσουμε» κάτι, ενώ χρησιμοποιούμε καταχρηστικά τη μονάδα μάζας (δηλαδή το κιλό) για να υποδηλώσουμε στην ουσία το βάρος, το οποίο θα έπρεπε να μετριέται κανονικά σε Νιούτον.

Παλαιότερα μάλιστα, για να «βολευτεί» αυτή η ασυνέπεια, χρησιμοποιούσαμε για το βάρος το «κιλό βάρους» ή κιλοπόντ (kp), που αντιστοιχούσε σε μάζα ενός κιλού στην επιφάνεια της Γης.

Σήμερα λοιπόν, όταν πάμε να αγοράσουμε «ένα κιλό» ζάχαρι, εννοούμε ουσιαστικά «δέκα Νιούτον» ζάχαρι, αλλά μην τη ζητείσετε έτσι από τον παντοπώλη σας!

Σε μία μόνο περίπτωση, η σύγκριση βαρών είναι και σύγκριση μαζών ανεξάρτητα από το βαρυτικό πεδίο, και αυτή είναι όταν χρησιμοποιούμε τον κλασικό «ζυγό» με πρότυπα βάρη και όχι ζυγαριά ελατηρίου όπως συνήθως.

Επειδή σε αυτή την περίπτωση, ενδεχόμενη μεταβολή του βαρυτικού πεδίου θα επηρεάσει εξίσου τόσο τα πρότυπα βάρη όσο και τη μετρούμενη μάζα.

Πώς θα μπορούσαμε να μετρήσουμε τη μάζα ενός σώματος ακόμα και σε συνθήκες μικροβαρύτητας? Εφαρμόζοντας μια σταθερή δύναμη και μετρώντας την επιτάχυνσή του.

3. Μεταβολή του βάρους στη Γη.

Όπως προαναφέρθηκε, το βάρος στη Γη εξαρτάται από το τοπικό βαρυτικό πεδίο. Οι διαφορές δεν είναι σημαντικές σε γειτονικές περιοχές, αλλά είναι μεγαλύτερες σε διαφορετικό γεωμετρικό πλάτος, για τους παρακάτω λόγους:

-Η Γη είναι πεπλατυσμένη στους πόλους, άρα όσο κοντύτερα στους πόλους, τόσο πιο κοντά στο κέντρο της Γης που είναι και το κέντρο της βαρύτητας, οπότε η βαρύτητα μεγαλώνει.

-Επίσης, όσο πιο κοντά στους πόλους μειώνεται η κεντρομόλος επιτάχυνση από την περιστροφή της Γης, που είναι μέγιστη στον Ισημερινό.

Άρα η βαρύτητα κοντά στους πόλους αυξάνεται και γι΄αυτόν τον λόγο.

(Για τον ίδιο λόγο, αλλά εδώ ενδιαφέρει η μεγιστοποίηση της γραμμικής ταχύτητας της επιφάνειας της Γης, τα πεδία εκτόξευσης πυραύλων στο Διάστημα βρίσκονται κοντά στον Ισημερινό, και οι τροχιές ακολουθούν ανατολική πορεία).

Φυσικά και το υψόμετρο επηρεάζει το βάρος, καθώς το βαρυτικό πεδίο μειώνεται με την απομάκρυνση από το κέντρο της Γης.

Όμως η αύξηση του υψομέτρου ναι μεν μειώνει τη βαρύτητα, αλλά μειώνει και την πυκνότητα του αέρα, που με τη σειρά της μειώνει την άνωση που υφίσταται ένα σώμα, συνεπώς αυτός ο παράγοντας κάνει το σώμα να "βαραίνει" με το υψόμετρο.

Καθώς όμως η επίδραση από τη μείωση της βαρύτητας είναι σαφώς μεγαλύτερη από την άνωση, τελικά το βάρος του σώματος μειώνεται με το υψόμετρο.

Επίσης, η επίδραση της βαρύτητας της Σελήνης (περισσότερο) και του Ήλιου (λιγότερο) έχουν θεωρητικά επίδραση στο βάρος ενός σώματος, ανάλογα με τη θέση του ως προς αυτά τα ουράνια σώματα, αλλά λέμε θεωρητικά, γιατί η επίδραση αυτή είναι πράγματι πολύ μικρή. 

Για παράδειγμα (και εδώ θα χρησιμοποιήσουμε καταχρηστικά και για την ευκολία της κατανόησης των μεγεθών, μονάδες μάζας για να υποδηλώσουμε βάρος), ένας άνθρωπος 70 kg στον Πόλο, θα ζύγιζε 200 gr λιγότερο στον Ισημερινό.

Αντίστοιχα, ένας άνθρωπος 70 kg στη βάση του Έβερεστ θα έχανε επίσης περίπου 200 gr μέχρι την κορυφή του εξαιτίας της μείωσης της βαρύτητας, αλλά θα κέρδιζε και γύρω στα 40 gr εξαιτίας της μείωσης της άνωσης της ατμόσφαιρας, άρα συνολικά θα ελάφρυνε κατά 160 gr.

Υπόψην ότι αν κατεβούμε σ’ ένα βαθύ πηγάδι, η βαρύτητα σε σχέση με την βαρύτητα στην επιφάνεια του τόπου αυτού μειώνεται, επειδή έχουμε πλέον και μάζα της Γης «πάνω από το κεφάλι μας», που μας τραβά προς τα έξω.

Συνεπώς, παρόλο που το κέντρο της βαρύτητας της Γης είναι στο κέντρο της, η βαρύτητα στο κέντρο της Γης είναι μηδέν!

4. Πτώση και βαρύτητα.

Προφανώς η τοπική βαρύτητα προκαλεί τις πτώσεις στα ελεύθερα αντικείμενα, είτε βρίσκονται κοντά στη Γη είτε κοντά σε οποιοδήποτε άλλο ουράνιο σώμα.

Όμως όταν ένας αστροναύτης (μέσα στη στολή του ή μαζί με το σκάφος του) που ΔΕΝ βρίσκονται σε τροχιά, πέφτει ελεύθερα, η βαρύτητα που ο ίδιος νιώθει είναι πρακτικά μηδενική (μικροβαρύτητα).

Έτσι είτε στη Σελήνη πέφτει, είτε στον Δία, είτε σε ακόμα μεγαλύτερο πλανήτη, στη διάρκεια της πτώσης του θα βρίσκεται σε συνθήκες «μικροβαρύτητας».

Αυτό είναι εύκολο να το καταλάβουμε αν αναλογιστούμε ότι η βαρύτητα δρα ομοιόμορφα σε όλα τα μόρια και άτομα που τον αποτελούν, και όχι όπως μέσα σ’ ένα επιταχυνόμενο διαστημόπλοιο που οι δυνάμεις μεταφέρονται στο σώμα του μόνο μέσα από τα σημεία επαφής του με το κάθισμα του διαστημοπλοίου.

Αν λοιπόν κάποτε κατασκευαστεί σύστημα προώθησης με βαρυτικό πεδίο, οι αστροναύτες μπορούν να δεχτούν οσοδήποτε μεγάλη επιτάχυνση (σήμερα έχουν όριο τα 3 - 5 g ανάλογα με τη χρονική διάρκεια) και να νοιώθουν ότι βρίσκονται σε μικροβαρύτητα!

5. Γιατί ο Αριστοτέλης είχε άδικο.

Επειδή ο Αριστοτέλης αντιπαθούσε τα πειράματα, και προσπαθούσε να τα ερμηνεύσει όλα με τη λογική.

Έτσι λοιπόν, πίστευε ότι τα βαρύτερα σώματα πέφτουν ταχύτερα προς τη Γη από τα ελαφρύτερα, και το ίδιο δέχονταν όλοι μέχρι την εποχή του Γαλιλαίου, παρότι προφανώς η εμπειρία τους πρέπει να τους έλεγε άλλα*.

Αργότερα όμως, ο Νεύτωνας εισήγαγε τη σχέση a = F / m για την επιτάχυνση, και την F = G x M x m / R² για την παγκόσμια έλξη.

Στην ελεύθερη πτώση πρόκειται για την ίδια δύναμη και στους δύο τύπους, οπότε αν αντικαταστήσουμε το F του πρώτου τύπου με τον δεύτερο τύπο, θα έχουμε: a = G x M x m / (m x R²), δηλαδή a = G x M / R², όπου G η παγκόσια σταθερά, Μ η μάζα της Γης, και R η ακτίνα της.

Είναι λοιπόν φανερό ότι το a, που στην περίπτωση πτώσης προς τη Γη ονομάζεται g, είναι ανεξάρτητο από τη μάζα του σώματος.

*Σε πραγματικές συνθήκες πάντως, δηλαδή λαμβάνοντας υπόψη την αντίσταση του αέρα, μια μεγάλη σφαίρα θα πέσει λίγο νωρίτερα από μια μικρότερη από το ίδιο υλικό, εφόσον πέσουν από αρκετό ύψος.

Αυτό συμβαίνει επειδή στη σφαίρα η μάζα αυξάνεται με την τρίτη δύναμη της ακτίνας, ενώ η επιφάνειά της με τη δεύτερη δύναμη, οπότε στη μικρότερη σφαίρα η επίδραση του αέρα που σχετίζεται με την μετωπική της επιφάνεια είναι αναλογικά σημαντικότερη απ’ ότι στη μεγάλη σφαίρα.

Δέστε και παρακάτω (Νο 27) για το σφαιρικό σχήμα.

6. Δράση – Αντίδραση.

Εδώ υπάρχει μια παρανόηση, που ξεκίνησε από τον ίδιο τον Νεύτωνα που περιέγραψε την Αντίδραση σαν «ίση και αντίθετη» δύναμη της Δράσης, και συγκεκριμένα: «Actioni contrariam semper et aequalem esse reactionem».

Ο Νεύτων όμως το έγραψε στα λατινικά και περιγραφικά, και χρησιμοποιούσε τις λέξεις όχι με την αυστηρή μαθηματική έννοια που τους δίνουμε σήμερα.

Μαθηματικά, δύο δυνάμεις (δηλαδή ανυσματικά μεγέθη) είναι είτε ίσες, είτε αντίθετες, δεν μπορεί να είναι και τα δύο ταυτόχρονα!

Και αυτό επειδή στον ορισμό της αντίθετης δύναμης εμπεριέχεται η έννοια του «ίσου μέτρου», όπως εξάλλου και στον ορισμό της ίσης δύναμης.

Άρα η Αντίδραση είναι μια αντίθετη προς τη Δράση δύναμη, ή μία δύναμη ίσου μέτρου και αντίθετης φοράς.

7. Διελκυστίνδα και συγκρούσεις.

Στο γνωστό παιχνίδι της διελκυστίνδας, συχνά αναρωτιώμαστε για τη δύναμη στην οποία υπόκειται το σχοινί.

Χωρίς τη χρήση μαθηματικών, μπορούμε να καταλάβουμε τη λύση με τον παρακάτω απλό τρόπο.

Εφόσον οι ομάδες ισορροπούν, δηλαδή το σχοινί δεν μετακινείται, μπορούμε να καταργήσουμε τη μια ομάδα και να δέσουμε το σχοινί σ’ έναν σταθερό τοίχο.

Το αποτέλεσμα είναι το ίδιο, και είναι πλέον φανερό ότι η δύναμη πάνω στο σχοινί είναι ίση με τη δύναμη που βάζει η (μία μόνο) ομάδα.

Με αντίστοιχο τρόπο μπορούμε να καταλάβουμε ότι η σύγκρουση δύο ίδιων οχημάτων που κινούνται με αντίθετες ταχύτητες, είναι ισοδύναμη (σαν αποτέλεσμα) με τη σύγκρουση του ενός οχήματος που κινείται με την ίδια ταχύτητα, πάνω σ’ έναν άκαμπτο τοίχο.

Εφόσον η σύγκρουση είναι συμμετρική, μπορούμε να φανταστούμε στο σημείο σύγκρουσης μία εύκαμπτη μεμβράνη μεταξύ των αυτοκινήτων, η οποία (θεωρητικά) δεν έχει λόγο να μετακινηθεί κατά τη διάρκεια της σύγκρουσης.

Τώρα αφαιρούμε τη μεμβράνη και την αντικαθιστούμε με έναν άκαμπτο τοίχο, και το αποτέλεσμα για το (ένα) αυτοκίνητο που θα πέσει επάνω του θα είναι το ίδιο.

ΔΕΝ πρέπει να συγχέουμε τα αποτελέσματα της συμμετρικής σύγκρουσης με τη σχετική ταχύτητα προσέγγισης των δύο αυτοκινήτων, που είναι πράγματι διπλάσια από αυτή του ενός αυτοκινήτου.

8. Είναι σταθερές δυνάμεις η Στατική Τριβή και η Αντίδραση?

Η παραπάνω ερώτηση μοιάζει να μην έχει νόημα, καθώς όλοι ξέρουμε ότι η στατική τριβή υπάρχει, αλλιώς πχ δεν θα μπορούσαμε να σταθούμε όρθιοι.

Όμως, η τριβή είναι μία δύναμη που εκδηλώνεται μόνον εφόσον υπάρχει δύναμη που τείνει να κινήσει ένα σώμα, και αντιτίθεται στην κίνησή του μέχρι να πάρει τη μέγιστη τιμή της που προκύπτει από τον γνωστό τύπο υπολογισμού της.

Άρα, αν εφαρμόσουμε μια αυξανόμενη δύναμη πάνω σ’ένα σώμα που εφάπτεται σ’ένα άλλο, η τριβή αναπτύσεται ώστε να είναι συνεχώς αντίθετη με την εφαρμοζόμενη δύναμη, μέχρι να φτάσει τη μέγιστη τιμή της, οπότε από εκεί και πέρα το σώμα θα κινηθεί.

Κάτι παρόμοιο συμβαίνει και με την Αντίδραση σε μια εφαρμοζόμενη και αυξανόμενη Δύναμη.

Η Αντίδραση (μιας επιφάνειας πχ) μεταβάλλεται έτσι ώστε να εξισορροπεί κάθε στιγμή τη Δύναμη (Δράση), μέχρι μια μέγιστη τιμή που την καθορίζει η αντοχή της επιφάνειας, μετά την οποία επέρχεται είτε μετακίνηση είτε κατάρρευσή της.

9. «Φυγόκεντρος» δύναμη.

Η φυγόκεντρος δύναμη απλά ... δεν υπάρχει!

Αυτό που ερμηνεύουμε σαν «φυγόκεντρο δύναμη» είναι η αδράνεια, η οποία προσπαθεί να διατηρήσει την ευθύγραμμη κίνηση ενός σώματος το οποίο εξαναγκάζεται σε περιστροφή, όπως ένας δορυφόρος της Γης ή μια πέτρα δεμένη στην άκρη ενός σχοινιού που τη στριφογυρίζουμε.

Η δύναμη που εφαρμόζεται στην πραγματικότητα είναι η κεντρομόλος δύναμη, που είναι αυτή που προκαλεί σ’ ένα σώμα την κεντρομόλο επιτάχυνση, εξαναγκάζοντάς το σε κυκλική τροχιά.

Η «φυγόκεντρος δύναμη» είναι λοιπόν η αντίδραση (αντίθετη δύναμη) στην κεντρομόλο δύναμη, αλλά συνήθως μάς είναι πιο εύκολο να την κατανοήσουμε σαν «δύναμη προς τα έξω», μια και για τις αισθήσεις μας η δράση της είναι πιο προφανής.

10. Η πίεση δεν εφαρμόζεται!

Η πίεση είναι μονόμετρο μέγεθος, οπότε δεν πρέπει να πούμε ότι «εφαρμόζεται» ή «ασκείται», αλλά ότι «υπάρχει» ή «επικρατεί».

Εξαιτίας της πίεσης που επικρατεί λοιπόν, εφαρμόζονται ή ασκούνται δυνάμεις επάνω σε επιφάνειες.

11. Ορμή και Κινητική Ενέργεια.

Με το θεώρημα διατήρησης της ορμής υπολογίζουμε τη μεταβολή της ταχύτητας σωμάτων που συγκρούονται είτε ελαστικά είτε πλαστικά, λαμβάνοντας όμως υπόψη τις ταχύτητες σαν διανυσματικά μεγέθη.

Χρησιμοποιώντας την κινητική ενέργεια μπορούμε να κάνουμε επίσης υπολογισμούς ταχυτήτων, αλλά μόνον εφόσον η κρούση είναι τελείως ελαστική και δεν υπεισέρχεται εξωτερική ενέργεια, αλλιώς ένα μέρος της κινητικής ενέργειας μετατρέπεται σε θερμική και χαλάει το ενεργειακό ισοζύγιο.

Εφόσον όμως μια κρούση είναι τελείως ελαστική, οι εξισώσεις της ορμής και της κινητικής ενέργειας μπορούν να χρησιμοποιθούν ταυτόχρονα.

Ένα καλό παράδειγμα είναι η εκπυρσοκρότηση ενός όπλου, όπου η ορμή της ανάκρουσης ισούται με την ορμή του βλήματος, αλλά οι κινητικές τους ενέργειες είναι πολύ διαφορετικές, καθώς υπάρχει η ενέργεια της πυρίτιδας που προστίθεται στο σύστημα.

12. Ροπή και Ισχύς.

Η ροπή είναι πιο κοντά σ’ένα φυσικό φαινόμενο που μπορούμε να καταλάβουμε, καθώς είναι η στρέψη που εφαρμόζουμε, ή η στρέψη που παίρνουμε από τον άξονα ενός μηχανήματος.

Αν μάλιστα είναι αρκετά μεγάλη, μπορούμε να δούμε και οπτικά τα αποτελέσματα της, σαν παραμορφώσεις στον άξονα.

Η ισχύς, από την άλλη πλευρά, που είναι η ροπή επί την γωνιακή ταχύτητα, είναι μάλλον ένα λογιστικό μέγεθος, του οποίου τα αποτελέσματα είναι περισσότερο έμμεσα ορατά.

13. Άνωση, ή Άντωση?

Συμβατικά ονομάζουμε άνωση (άνω + ώση) τη δύναμη που ασκούν τα ρευστά σ’ ένα βυθισμένο σώμα, ενώ άντωση (αντί + ώση) τη δύναμη που ασκείται σ’ ένα σώμα που κινείται μέσα σε ρευστό, εξαιτίας της διαταραχής που προκαλείται στο ρευστό.

14. Που οφείλεται η άντωση σε πτέρυγα?

Συνήθως η άντωση, δηλαδή η δυναμική άνωση σε μία πτέρυγα, εξηγείται με το θεώρημα του Bernoulli, δηλαδή τη διαφορική πίεση που αναπτύσεται γύρω από την πτέρυγα εξαιτίας της διαφορετικής καμπυλότητας των επιφανειών της.

Η διαφορετική αυτή πίεση όμως δεν αρκεί για να εξηγήσει τις αναπτυσσόμενες δυνάμεις επάνω στην πτέρυγα, ούτε το λόγο που οι συμμετρικές ή επίπεδες πτέρυγες δημιουργούν άντωση.

Η εξήγηση έχει δοθεί από το Ρουμάνο μηχανικό Coanda, που με το ομώνυμο φαινόμενο έδειξε ότι η πτέρυγα, καθώς κινείται με κλίση ως προς τον αέρα, τον επιταχύνει προς τα κάτω και είναι η αντίδραση σ’αυτή τη δύναμη που ανυψώνει την πτέρυγα.

Το φαινόμενο Bernoulli με τη σειρά του, εξηγεί γιατί η ροή του αέρα προσκολλάται σε κυρτές επιφάνειες, ώστε να «δουλέψει» το φαινόμενο Coanda.

Για περισσότερες λεπτομέρειες και εικόνες, κοιτάξτε στο ίδιο blog το άρθρο BERNOULLI vs COANDA.

15. Ποδήλατα, νεροχύτες και γυροσκοπικά φαινόμενα.

Επικρατεί η άποψη ότι η ισορροπία στο ποδήλατο οφείλεται στο γυροσκοπικό φαινόμενο των τροχών και ο στροβιλισμός του νερού καθώς αδειάζει ο νεροχύτης στο φαινόμενο Κοριόλις. Και τα δύο είναι λάθος!

Το γυροσκοπικό φαινόμενο των τροχών του ποδηλάτου υπάρχει, αλλά είναι πολύ αδύναμο και όταν το ποδήλατο κινείται με μικρή ταχύτητα, μηδενικό.

Την ισορροπία μας την κρατάμε με μικροδιορθώσεις που κάνουμε ασυναίσθητα με το τιμόνι, το οποίο έχει και φυσική ευστάθεια εξαιτίας της γωνίας Κάστερ που σχηματίζει ο εμπρός τροχός.

Όσο για το νερό στο νεροχύτη, η δύναμη Κοριόλις είναι εντελώς ασήμαντη σ’αυτή την κλίμακα, η φορά στροβιλισμού του νερού είναι είτε τελείως τυχαία, είτε οφείλεται σε μικροανωμαλίες της επιφάνειας του νεροχύτη.

Πάντως, αν τα περίεργα (για τη λογική μας) φαινόμενα που σχετίζονται από την μία πλευρά με τις πολύ μεγάλες ταχύτητες και τις πολύ μεγάλες μάζες, και από την άλλη πλευρά με τα υποατομικά φαινόμενα και σωματίδια, μπορούν να αποδοθούν στο ότι ζούμε σε περιοχή φυσικών φαινομένων πολύ μακριά από τις δύο αυτές περιοχές, το γυροσκοπικό φαινόμενο ίσως είναι το μόνο φυσικό φαινόμενο του άμεσα αισθητού μας κόσμου που είναι εξίσου παράδοξο και αντιβαίνει στην καθημερινή εμπειρία μας.

Για περισσότερες λεπτομέρειες και εικόνες για τα γυροσκοπικά φαινόμενα, κοιτάξτε στο ίδιο blog το άρθρο για το BOOMERANG.

16. Έλικες και αεριοστρόβιλοι.

Συνήθως κατατάσσουμε τα αεροπλάνα ανάλογα με το σύστημα ώθησής τους, σε ελικοκίνητα και αεριωθούμενα και εξηγούμε με διαφορετικό τρόπο την ώθηση που παράγεται.

 Όμως και τα δύο συστήματα στηρίζονται κατά βάση στην αντίδραση της ορμής από την εκτόξευση του αέρα προς τα πίσω, μάλιστα η εκτόξευση αυτή στα σύγχρονα αεριωθούμενα γίνεται σε μεγάλο ποσοστό από πολλαπλά μικρά πτερύγια σαν έλικες, μέσα στο κάλυμμα του κινητήρα.

Η ουσιαστική διαφορά είναι ότι η ταχύτητα του ρεύματος του αέρα από την έλικα περιορίζεται από την ταχύτητα των άκρων των πτερυγίων της, η οποία δεν πρέπει να ξεπεράσει την ταχύτητα του ήχου, γι’αυτό και οι έλικες χρησιμοποιούνται σε πιο αργά αεροπλάνα.

17. Άνωση και βαρύτητα.

Οι αστροναύτες εκπαιδεύονται μέσα σε δεξαμενές νερού, για να εξοικοιωθούν με διάφορες εργασίες σε κατάσταση έλλειψης βαρύτητας.

Παρόλο όμως που οι στολές τους ρυθμίζονται έτσι ώστε να τους προσφέρουν μηδενική πλευστότητα, υπάρχει μια σημαντική διαφορά με την κατάσταση έλλειψης βαρύτητας (μικροβαρύτητας) στην οποία θα βρεθούν όταν μπουν σε τροχιά.

Η άνωση μέσα στο νερό εφαρμόζεται στον «όγκο» που καταλαμβάνει ο αστροναύτης μαζί με τη στολή του.

Ο ίδιος ο αστροναύτης μέσα στη στολή νοιώθει την έλξη τη βαρύτητας, το ίδιο και τα εσωτερικά του όργανα, γι’ αυτό και διατηρεί την αίσθηση του «επάνω και κάτω».

Αυτό βέβαια δεν συμβαίνει σε κατάσταση μικροβαρύτητας, επειδή η έλλειψη της βαρύτητας επηρεάζει ΟΛΑ του τα όργανα και δεν υπάρχει πλέον η αίσθηση του «επάνω και κάτω».

Απλά η δεξαμενή νερού είναι καλύτερη προσομοίωση, στην επιφάνεια της Γης.

18. Η ταχύτητα του ηλεκτρικού ρεύματος.

Συχνά συγχέουμε την ταχύτητα των ηλεκτρονίων με την ταχύτητα διάδοσης του ηλεκτρικού ρεύματος.

Στην πραγματικότητα η ταχύτητα των ηλεκτρονίων είναι πολύ μικρή (περπατάμε πιο γρήγορα απ’ αυτά!), ενώ η ταχύτητα διάδοσης του ηλεκτρικού ρεύματος πλησιάζει την ταχύτητα του φωτός.

Μπορούμε να φανταστούμε τη σειρά των ηλεκτρονίων σ’ ένα σύρμα πχ, σαν ένα πολύ μακρύ τραίνο στο οποίο από τη στιγμή που θα κινηθεί η μηχανή στο εμπρός μέρος, η μετάδοση της κίνησης στο τελευταίο βαγόνι γίνεται με πολύ μεγάλη ταχύτητα, παρόλο που η ταχύτητα του τραίνου μπορεί να είναι χαμηλή.

Εξάλλου, στο εναλλασσόμενο ρεύμα τα ηλεκτρόνια απλά ταλαντεύονται, χωρίς ουσιαστικά να μετακινούνται.

19. Πρόσθεση παράλληλων αντιστάσεων.

Όταν υπολογίζουμε την ισοδύναμη αντίσταση παράλληλων αντιστάσεων, θα πρέπει να γνωρίζουμε ότι η τιμή της είναι πάντα μικρότερη από την τιμή της μικρότερης από τις παράλλημες αντιστάσεις.

Αλλιώς κάπου έχουμε κάνει λάθος στον υπολογισμό!

20. Πότε καίγονται οι λάμπες.

Θα έχετε παρατηρήσει ότι οι λάμπες πυράκτωσης συνήθως καίγονται τη στιγμή που πάτε να τις ανάψετε. Και δεν είναι τυχαίο.

Το νήμα της λάμπας πυράκτωσης είναι μία αντίσταση, και όπως όλες οι αντιστάσεις η τιμή της αυξάνεται με τη θερμοκρασία.

Όταν η λάμπα είναι σβυστή το νήμα είναι κρύο, σε αντίθεση με όταν είναι αναμμένη που φτάνει σε πολύ υψηλή θερμοκρασία, άρα και σε αρκετά ψηλότερη τιμή αντίστασης.

Σύφωνα όμως με τον νόμο του Ωμ, όσο πιο μικρή η τιμή της αντίστασης, τόσο πιο μεγάλη η ένταση που θα την διαπεράσει (εφόσον εφαρμόζεται η ίδια τάση).

Έτσι λοιπόν, τη στιγμή του ανάμματος της λάμπας τη διαπερνά αρκετά μεγαλύτερα ένταση από την κανονική της, και εφόσον το νήμα της είναι ήδη καταπονημένο από πολλές ώρες λειτουργίας, προκαλείται το κάψιμό του.

21. Τάση και Ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος. Ποιά είναι πιο επικίνδυνη?

Κατ’ αρχήν θα πρέπει να θυμίσουμε ότι η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος μοιάζει με τη ροή ενός ποταμού. Όσο περισσότερο το νερό, τόσο μεγαλύτερη η ένταση.

Αντίστοιχα η τάση μοιάζει με την ορμητικότητα ενός ποταμού, όσο πιο ορμητικός τόσο μεγαλύτερη τάση.

Τέλος, η ισχύς της πηγής του ηλεκτρισμού μοιάζει με το μέγεθος της λίμνης ενός φράγματος, που τροφοδοτεί ένα ποτάμι. Όσο μεγαλύτερη η λίμνη, τόσο περισσότερο νερό μπορεί να δώσει, χωρίς να επηρεαστεί η στάθμη της.

Το όριο λοιπόν της βλάβης που προκαλεί το ηλεκτρικό ρεύμα στον άνθρωπο καθορίζεται από την έντασή του, και βρίσκεται χοντρικά στα 30 mA.

Όμως, η ένταση η οποία θα διαπεράσει το ανθρώπινο σώμα εξαρτάται από την τάση του ρεύματος και την αντίσταση του ανθρώπινου σώματος, σύμφωνα με τον γνωστό νόμο του Ωμ.

Η αντίσταση του ανθρώπινου σώματος βρίσκεται γύρω στα 1850 Ω, οπότε εφαρμόζοντας τον νόμο του Ωμ για τα 30 mA (0.03 A), έχουμε:

Τάση = 1850 Ω Χ 0.03 Α = περίπου 50 V, που είναι και το όριο της τάσης ασφαλείας για τα ηλεκτρικά κυκλώματα.

Αυτή είναι όμως η μισή ιστορία!

Η άλλη μισή είναι ότι σε περίπτωση υψηλότερης τάσης, η ισχύς της πηγής θα πρέπει να είναι αρκετή για να υποστηρίξει τη ροή των 30 mA, για να γίνει επικίνδυνη.

Για παράδειγμα, η τάση του κυκλώματος υψηλής τάσης του αυτοκινήτου είναι μεγαλύτερη από 10.000 V, αλλά η ισχύς του είναι περιορισμένη και το «χτύπημα» από ένα ενεργό μπουζοκαλώδιο πχ, είναι επώδυνο αλλά όχι θανατηφόρο.

Ο στατικός ηλεκτρισμός από την τριβή μας με συνθετικό ή μάλλινο ύφασμα  μπορεί επίσης να φθάσει τα 10.000 V σε τάση, αλλά δεν μπορεί να δώσει αρκετή ένταση ώστε να γίνει κάτι περισσότερο από ενοχλητικός.

Αντίθετα, το οικιακό ρεύμα των 230 V είναι σαφώς θανατηφόρο, καθώς τροφοδοτείται από όλο το δίκτυο της ΔΕΗ.

Εδώ να διευκρινίσουμε ότι οι ασφάλειες στον ηλεκτρικό πίνακα έχουν αρκετά μεγάλη τιμή (τουλάχιστον 6 Α), οπότε ΔΕΝ μας προστατεύουν καθόλου από τα αποτελέσματα ενδεχόμενης επαφής μας με την οικιακή τάση.

Το μόνο που μας προστατεύει είναι το ειδικό ρελέ εναντίον της ηλεκτροπληξίας (που πλέον είναι υποχρεωτικό για όλες τις ηλεκτρικές εγκαταστάσεις), το οποίο  ενεργοποιείται στα 30 mA και διακόπτει ακαριαία το ηλεκτρικό κύκλωμα.

Για περισσότερες λεπτομέρειες και εικόνες για το ηλεκτρικό ρεύμα και τους κινδύνους του, κοιτάξτε στο ίδιο blog τα άρθρα: ΟΙ ΚΙΝΔΥΝΟΙ ΤΟΥ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ, και ΣΤΑΤΙΚΟΣ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ.

22. Ενεργή (πραγματική) και Άεργος Ισχύς και Ενέργεια.

Αναφερόμαστε φυσικά στο Εναλλασσόμενο Ρεύμα, το οποίο επικράτησε στον «πόλεμο των ρευμάτων», έναντι του Συνεχούς Ρεύματος (βλέπε και το άρθρο DC vs AC, στο ίδιο blog).

Το εναλλασσόμενο ρεύμα έχει την ιδιομορφία να περνάει από πυκνωτές και από πηνία, αντιμετωπίζοντας σε κάθε περίπτωση κάποια αντίσταση, ενώ για το συνεχές ρεύμα ο (ιδανικός) πυκνωτής είναι ανοικτό κύκλωμα και το (ιδανικό) πηνίο βραχυκύκλωμα.

Όμως η αντίσταση που προβάλλουν οι πυκνωτές και τα πηνία στο εναλλασσόμενο ρεύμα, δεν είναι σαν την ωμική αντίσταση, που θερμαίνεται.

Οι (ιδανικοί) πυκνωτές και πηνία δεν θερμαίνονται, και συμπεριφέρονται σαν «άεργες» αντιστάσεις στο κύκλωμα, καθώς αποθηκεύουν και εναλλάσσουν με την πηγή τροφοδοσίας ενέργεια, είτε σε μορφή ηλεκτρικού πεδίου (οι πυκνωτές), είτε σε μορφή μαγνητικού πεδίου (τα πηνία).

Όταν λοιπόν στο κύκλωμά μας υπάρχουν πυκνωτές ή συνηθέστερα πηνία (όπως στα σώματα φθορισμού πχ), κυκλοφορεί ένα επίπλέον ρεύμα που δεν παράγει πραγματικό έργο, δεν παύει όμως να «φορτώνει» τα καλώδια.

Αυτό το «άεργο» ρεύμα όμως και η κατά συνέπεια «άεργη» ισχύς και ενέργεια που αντιπροσωπεύει, δεν μετριώνται από τον μετρητή ενέργειας της ΔΕΗ, ο οποίος μετράει μόνο την «πραγματική» ισχύ και ενέργεια που καταλώνουν τα ωμικά φορτία, όπως οι λάμπες πυράκτωσης, ο θερμοσίφωνας, η ηλεκτρική κουζίνα, τα ηλεκτρικά θερμαντικά σώματα, κλπ.

Ειδικότερα, οι ηλεκτρικοί κινητήρες επειδή έχουν πηνία αλλά παράγουν και πραγματικό έργο (αλλιώς πώς θα έπλενε το πλυντήριο?), καταναλίσκουν τόσο άεργη όσο και πραγματική ενέργεια.

Να επισημάνουμε με την ευκαιρία, ότι κάποιες συσκευές που κυκλοφορούν στο εμπόριο για να μπούν στην πρίζα και υπόσχονται μείωση του λογαριασμού του ρεύματος, ΔΕΝ δουλεύουν.

Οι συσκευές αυτές έχουν πυκνωτές που (καθώς η δράση τους είναι αντίθετη με αυτή των πηνίων) μειώνουν πράγματι την ένταση του ρεύματος, αλλά επιδρούν ΜΟΝΟ στο κομμάτι της έντασης που αντιστοιχεί στην άεργη ενέργεια, και που όπως προαναφέρθηκε ΔΕΝ μετριέται από τον μετρητή ενέργειας της ΔΕΗ.

23. Mια αντίσταση διαφορετική από τις άλλες.

Θα έχετε ακούσει ότι τα συνηθισμένα κυλινδρικά (ομοαξονικά) καλώδια της τηλεόρασης έχουν αντίσταση 75 Ω, και μάλιστα χωρίς η αντίσταση αυτή να αναφέρεται σε συγκεκριμένο μήκος τους.

Αυτό συμβαίνει επειδή στις υψηλές συχνότητες (μεγαλύτερες από 100 kHz), αυτό που προκαλεί την εξασθένιση του ηλεκτρικού σήματος* δεν είναι η συνηθισμένη ωμική αντίσταση του καλωδίου, αλλά η κυματική ή σύνθετη αντίστασή του, που εξαρτάται από τα γεωμετρικά στοιχεία της διατομής του και το μονωτικό υλικό.

Η σύνθετη αυτή αντίσταση έχει επίσης σαν μονάδα το Ωμ, και για τα καλώδια της τηλεόρασης έχει τυποποιηθεί στα 75 Ω, καθώς είναι σημαντικό το καλώδιο να τερματίζει σε υποδοχή με την ίδια σύνθετη αντίσταση, ώστε να μην υπάρχουν ανακλάσεις (και απώλεια ισχύος) του ηλεκτρομαγνητικού κύματος.

Σε υψηλότερες συχνότητες μάλιστα όπως στα ραντάρ, τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα δεν χρειάζεται καν συμπαγή αγωγό, αλλά ένας κούφιος μεταλλικός σωλήνας που ονομάζεται κυματοδηγός κάνει μια χαρά τη δουλειά.

*Σε αυτές τις ψηλές συχνότητες, η ισχύς που μεταφέρεται είναι σε μορφή ηλεκτρομαγνητικού κύματος και είναι σχετικά χαμηλή, ενώ είναι συνήθως το σήμα (δηλαδή η πληροφορία) που μεταφέρεται, αυτό που μας ενδιαφέρει. Υπάρχουν βέβαια και εξαιρέσεις όπως ο φούρνος μικροκυμάτων, όπου εκεί αξιοποιείται αυτή καθαυτή η ισχύς της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.

24. Τα όρια της Ατμόσφαιρας, του Διαστήματος και της Βαρύτητας.

Το όριο της ατμόσφαιρας (και η αρχή του Διαστήματος) έχει οριστεί στα 100 km πάνω από την επιφάνεια της Γης, με το σκεπτικό ότι η ατμόσφαιρα στο ύψος αυτό είναι τόσο αραιή, ώστε για να διατηρήσει την πτήση του ένα αεροπλάνο (προφανώς πυραυλοκίνητο) θα πρέπει ουσιαστικά να τεθεί σε τροχιά, για την οποία απαιτείται ταχύτητα 28.000 km/h.

(Η ταχύτητα τροχιάς δεν πρέπει να συγχέεται με την ταχύτητα διαφυγής από τη Γη, που είναι 40.300 km/h). 
Για σύγκριση, ο Διεθνής Διαστημικός Σταθμός περιστρέφεται γύρω στα 400 km πάνω από την επιφάνεια της Γης. 
Δεν πρέπει όμως να συγχέεται η ύπαρξη ατμόσφαιρας με την ύπαρξη βαρύτητας, τα δύο είναι τελείως άσχετα μεταξύ τους!

Αν και η ατμόσφαιρα ουσιαστικά τελειώνει στα 100 km πάνω από τη Γη (με τη μισή πυκνότητά της να βρίσκεται στα 5 πρώτα km), η βαρύτητα της Γης επεκτείνεται πολύ περισσότερο (μειούμενη φυσικά γρήγορα με την απόσταση) αλλά φθάνει τουλάχιστον μέχρι τη Σελήνη, αφού την κρατάει σε τροχιά!

Ο άνθρωπος μπορεί να ζήσει μεγάλο διάστημα χωρίς βαρύτητα, αλλά μόνο 1-2 λεπτά χωρίς ατμόσφαιρα, καθώς θα πεθάνει από έλλειψη οξυγόνου (δεν σκάει πάντως σαν μπαλόνι!)

25. Ποιά είναι η θερμοκρασία του Διαστήματος?

Μια ερώτηση χωρίς νόημα, καθώς στο Διάστημα δεν υπάρχουν μόρια για να ταλαντωθούν, ώστε να διαπιστωθεί η θερμοκρασία τους!

Φυσικά ξέρουμε ότι η ελάχιστη δυνατή θερμοκρασία, όπου παύει κάθε κίνηση των μορίων είναι -273 βαθμοί Κελσίου, και ένα σώμα που θα αφεθεί στο Διάστημα για αρκετό χρόνο προστατευμένο τελείως από την ακτινοβολία του Ήλιου θα πλησιάσει αυτή τη θερμοκρασία, καθώς βαθμιαία θα ακτινοβολίσει όλη τη θερμότητά του.

Καθώς όμως το κενό είναι το τέλειο μονωτικό, αυτή είναι η μοναδική διαδικασία με την οποία το σώμα θα χάσει θερμότητα, οπότε χρειάζεται αρκετός χρόνος και δεν συμβαίνει ταχύτατα όπως εμφανίζεται σε κάποιες κινηματογραφικές ταινίες.

26. Ποιά είναι η πρωταρχική πηγή των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας?

Όλες οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας στη Γη, έχουν μόνο δύο πρωταρχικές πηγές:

-Την Ηλιακή ενέργεια (που είναι η αιτία για τη φωτεινή, θερμική, αιολική, φωτοσύνθεσης, των κυμάτων κλπ), και τη

-Γεωθερμική ενέργεια.

27. Το σφαιρικό σχήμα.

Η σφαίρα ειναι το σχήμα που για δεδομένο όγκο έχει τη μικρότερη επιφάνεια.

Αντίστοιχα, ο κύκλος για δεδομένη επιφάνεια έχει την μικρότερη περίμετρο.

Επειδή λοιπόν τα υγρά, και ιδιαίτερα το νερό παρουσιάζουν επιφανειακή τάση, σταγόνες ή ποσότητες νερού σε συνθήκες μικροβαρύτητας παίρνουν τέλειο σφαιρικό σχήμα, εφόσον φυσικά παραμένουν αδιατάρακτες.

Επίσης, το σφαιρικό σχήμα είναι αυτό που παρουσιάζει τις μικρότερες θερμικές απώλειες (εφόσον αυτό είναι κάτι που μας ενδιαφέρει) και αυτή η ιδιότητα γίνεται τόσο πιο έντονη όσο μεγαλώνει η διάμετρος της σφαίρας, καθώς ο όγκος της (από τον οποίο εξαρτάται η θερμοχωρητικότητα) είναι ανάλογος με τον κύβο της ακτίνας της, ενώ η επιφάνειά της (από την οποία γίνεται η ανταλλαγή θερμότητας) από το τετράγωνό της.

Αυτός είναι και ένας από τους λόγους* που οι μικρότεροι από τη Γη γαιώδεις πλανήτες και δορυφόροι (όπως ο Άρης και η Σελήνη) έχουν ψυχθεί σε βάθος, ταχύτερα από τη Γη.**
Αλλά και ο λόγος που οι μικρές χιονόμπαλες λιώνουν με ταχύτερο ρυθμό από τις μεγαλύτερες!

Αντίστροφα, όσο μια συγκεκριμένη μάζα διασκορπίζεται σε μικρότερα κομμάτια (σφαιρικά ή όχι), η συνολική εξωτερική επιφάνειά της αυξάνεται κατά πολύ, με αποτέλεσμα να ψύχεται πολύ ταχύτερα αλλά και να αναφλέγεται πολύ πιο εύκολα και έντονα, καθώς πολύ μεγαλύτερη επιφάνεια έρχεται σε επαφή με το οξυγόνο της ατμόσφαιρας.

Αυτός είναι και ο λόγος που τα υγρά καύσιμα καίγονται ταχύτατα όταν είναι σε διασκορπισμό, αλλά και σκόνη από σιτηρά ή ακόμα και κοινή σκόνη μπορεί να αναφλεγεί εκρηκτικά κάτω από ορισμένες συνθήκες.

* Ένας άλλος λόγος είναι ότι η Γη θερμαίνεται και από την αργή πυρηνική διάσπαση των ραδιενεργών τμημάτων των πετρωμάτων της.

** Η σχετικά γρήγορη στερεοποίηση μεγάλου μέρους του πυρήνα τους, είχε σαν αποτέλεσμα να εξαφανιστεί το μαγνητικό τους πεδίο, που με τη σειρά του επέτρεψε στον ηλιακό άνεμο να «σαρώσει» την ατμόσφαιρά τους, και στη συνέχεια να χάσουν το νερό που είχαν σε υγρή μορφή.

28. Γιατί δεν έχει νόημα το Αεικίνητο.

Φυσικά το Αεικίνητο δεν έχει κατασκευαστεί, ούτε θα κατασκευαστεί ποτέ.

Κάποιες συσκευές επίδειξης που μοιάζουν με «Αεικίνητα», είτε παίρνουν ενέργεια από το περιβάλλον, είτε την έχουν αποθηκευμένη.

Όμως, ακόμα και αν μπορούσε να κατασκευστεί ένα Αεικίνητο, δεν θα ήταν τίποτα περισσότερο από μια αξιοπερίεργη μηχανή σ’ ένα μουσείο, καθώς θα μπορούσε μόνο να συντηρήσει την κίνησή της, αλλά θα σταματούσε αμέσως αν θα έπρεπε να δώσει ωφέλιμη ισχύ.

Οπότε πόσο απέχει ένα Αεικίνητο με (θεωρητική) απόδοση 100%, από τις σύγχρονες μεγάλες γεννήτριες, κινητήρες και μετασχηματιστές, που έχουν πραγματική απόδοση που πλησιάζει το 99%?

29. Καλή ταλάντωση εναντίον κακής ταλαντώσης.

Όταν μια ταλάντωση είναι ενοχλητική ή επιβλαβής και πρέπει να αποσβεστεί, δύο είναι οι μέθοδοι:

-Να απορροφήσουμε με «φρενάρισμα» την ενέργειά της μετατρέποντάς την σε θερμότητα, όπως πχ στα αμορτισέρ των αυτοκινήτων.

-Να την εξουδετερώσουμε με μια ταλάντωση ίσης συχνότητας, αλλά αντίθετης φάσης. Έτσι, εκεί όπου η αρχική ταλάντωση έχει κορυφή, η νέα ταλάντωση θα έχει βύθιση, οπότε το άθροισμά τους θα δώσει μια πολύ μειωμένη ή και μηδενική ταλάντωση.

Ο πρώτος τρόπος είναι ο πιο εύκολος και διαδεδομένος και επίσης είναι αυτός που χρησιμοποιεί η Φύση, ενώ ο δεύτερος χρησιμοποιείται από τη μοντέρνα τεχνολογία και εφαρμόζεται σε «ενεργές» ωτοασπίδες, μείωση ταλάντευσης ουρανοξυστών κλπ.

30. Μικροσκόπια και τηλεσκόπια.

Όλοι γνωρίζουμε τι είναι τα μικροσκόπια και τα τηλεσκόπια, και πώς χρησιμοποιούνται.

Όμως τα μικροσκόπια έχουν ένα πλεονέκτημα έναντι των τηλεσκοπίων στο να αυξάνουν την ικανότητα του ματιού, που βασίζεται στο ότι πολύ μικρά αντικείμενα μπορεί να «φωτιστούν» και με δέσμη ηλεκτρονίων (στα ηλεκτρονικά μικροσκόπια), ώστε ουσιαστικά να μπορούμε να δούμε σε ατομικό μέγεθος.

Έτσι, με τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια μπορούμε να δούμε 700.000 φορές μικρότερα αντικείμενα απ’ ότι με το γυμνό μάτι, ενώ με τα ισχυρότερα τηλεσκόπια μόνο 6.000 φορές λιγότερο λαμπρά αντικείμενα, απ’ ότι με το γυμνό μάτι.

31. Η φωνή του «Ντόναλτ Ντακ».

Θα έχετε ενδεχομένως δεί ή μάλλον ακούσει, ότι η φωνή κάπου που έχει μόλις πάρει μια αναπνοή με αέριο ήλιο, λεπταίνει με ένα μάλλον αστείο τρόπο, θυμίζοντας τη φωνή του Ντόναλτ Ντακ.

Αυτό συμβαίνει επειδή η ταχύτητα διάδοσης των ηχητικών κυμάτων στο ήλιο είναι 2.5 φορές μεγαλύτερη απ’ ότι στον αέρα, εξαιτίας της πολύ μικρότερης πυκνότητάς του, με αποτέλεσμα ο ήχος να μεταδίδεται με μεγαλύτερη ταχύτητα και να συντονίζεται σε ψηλότερες συχνότητες.

Έτσι όταν έχουμε αναπνεύσει ήλιο, οι ψηλότερες συχνότητες της φωνής μας συντονίζονται και ενισχύονται μέσα στη στοματική μας κοιλότητα πολύ περισσότερο από τις χαμηλότερες, με αποτέλεσμα η φωνή μας να ακούγεται πιο «λεπτή».

Ο Ντόναλτ Ντακ πάντως δεν αναπνέει ήλιο, αλλά (σαν πάπια) έχει λεπτότερες χορδές και μικρότερη στοματική κοιλότητα (αντηχείο) από του ανθρώπου.

Αντίστροφα, αν πάρει κανείς μια αναπνοή με το αέριο SF6 (χρησιμοποιείται σαν μονωτικό στους διακόπτες υψηλής τάσης), που είναι 6 φορές πυκνότερο από τον αέρα, η φωνή του «βαραίνει» και ακούγεται σαν του Darth Vader.

32. Το παράδοξο με την ταχύτητα του φωτός.

Η Γυμνασιακή Φυσική διδάσκει ότι εάν βρισκόμαστε σ’ ένα όχημα που κινείται ευθύγραμμα με ταχύτητα πχ 50 km/h, και ρίξουμε προς τα εμπρός ένα βέλος που φεύγει από το τόξο με ταχύτητα 150 km/h, η ταχύτητα του βέλους ως προς το έδαφος (πριν τουλάχιστον αρχίσει να μειώνεται από την αντίσταση του αέρα), θα είναι 200 km/h.

Αν όμως βρισκόμαστε μέσα σ’ ένα πολύ γρήγορο διαστημόπλοιο που κινείται με την μισή πχ ταχύτητα του φωτός (δεν προβλέπεται πάντως να κατασκευαστεί σύντομα!) και ρίξουμε μια φωτεινή ακτίνα από το εμπρός παράθυρο προς την κατεύθυνση κίνησης, τότε τόσο ο αστροναύτης (λογικό), όσο και ένας εξωτερικός παρατηρητής (όχι τόσο λογικό), θα «δούν» τα φωτόνια της ακτίνας να κινούνται ακριβώς με την ταχύτητα του φωτός.

Δηλαδή η ταχύτητα του φωτός, ΔΕΝ προστίθεται στην ταχύτητα που διαστημοπλοίου για τον εξωτερικό παρατηρητή*.

Αυτό είναι μία από τις συνέπειες της θεωρίας της Σχετικότητας, οι οποίες μοιάζουν να έρχονται σε αντίθεση με την κοινή λογική, και η οποία φυσικά βασίζεται στην εμπειρία μας.

Όμως η θεωρία της Σχετικότητας ισχύει πάντα, απλά η επίδρασή της είναι ασήμαντη για τις ταχύτητες της καθημερινότητάς μας, γι’αυτό και οι συνέπειές της είχαν περάσει απαρατήρητες μέχρι σχετικά πρόσφατα.

* Η συχνότητα όμως της φωτεινής ακτινοβολίας που βλέπει ο εξωτερικός παρατηρητής επηρεάζεται από την ταχύτητα του διαστημοπλοίου (φαινόμενο Doppler) και αυτό μας επιτρέπει να μετράμε την ταχύτητα απομάκρυνσης των άστρων και των γαλαξιών από το Ηλιακό μας σύστημα, και μάλιστα με αυτόν τον τρόπο έχει βρεθεί ότι το Σύμπαν διαστέλλεται.

33. Θα μπορέσουμε ποτέ να ξεπεράσουμε την ταχύτητα του φωτός?

Όχι!, γιατί τότε ο χρόνος θα έπρεπε να κυλά ανάποδα και επίσης θα έπρεπε να ξεπεράσουμε την άπειρη αδράνεια των σωμάτων!

Μια από τις συνέπειες της θεωρίας της Σχετικότητας είναι ότι όταν κάτι «υλικό» πλησιάζει την ταχύτητα του φωτός, ο χρόνος για τον εξωτερικό παρατηρητή επιβραδύνεται (και η αδράνεια του «υλικού» αυξάνεται, αλλά γι’ αυτό παρακάτω) και αν θα μπορούσαμε να φτάσουμε ακριβώς στην ταχύτητα αυτή, η ροή του χρόνου θα σταμάταγε τελείως.

Μέχρι τώρα τίποτα δεν έχει έλθει σε αντίφαση με αυτή την αρχή, το αντίθετο μάλιστα όλες οι μέχρι τώρα παρατηρήσεις τη έχουν επιβεβαιώσει, και αν σε κάποιες περιπτώσεις υπήρξε αμφιβολία ακριβέστερες μετρήσεις εντόπισαν το λάθος.

Σε μία μόνο περίπτωση μοιάζει να έχει γίνει υπέρβαση της ταχύτητας του φωτός και αυτό συνέβει αμέσως μετά τη Δημιουργία του Σύμπαντος (Big Bang), όταν στιγμιαία το Σύμπαν επεκτάθηκε πάρα πολύ γρήγορα.

Όμως, οι επιστήμονες κατέληξαν ότι η επέκταση εκείνη έγινε με τη δημιουργία νέου χώρου, οπότε το παγκόσμιο ρεκόρ της ταχύτητας εξακολουθεί και ανήκει στο φως, όταν κινείται στο κενό.

Όταν οι συνέπειες της (υποθετικής) υπέρβασης της ταχύτητας του φωτός έγιναν γνωστές στις αρχές του 20^ου αιώνα, σατυρίστηκαν με τους παρακάτω στίχους (η μετάφραση από παλιά ελληνική έκδοση σειράς βιβλίων του περιοδικού LIFE):

«Ήταν μια κομψή κυρία που εγνώριζε σαφώς

πώς να ταξιδεύει μόνη, γρηγορότερα απ’ το φως.

Εξεκίνησε μια μέρα - κατευόδειο καλό της-

και επέστρεψε ξανά - να τι είναι η Σχετικότητης-

την προηγουμένη νύχτα πίσω πάλι στο χωριό της!»

34. Οδηγίες για μελλοντικούς ... Jedi.

Μία από τις συνέπειες της κίνησης σε ταχύτητες κοντά στην ταχύτητα του φωτός είχε διατυπωθεί ήδη πριν τον Αϊνστάιν από τους Lorentz και FitzGerald (το κεφαλαίο G δεν είναι λάθος), και αφορά στη συστολή του μήκους κατά τη φορά της κίνησης, στις ταχύτητες αυτές.

Δεν είναι λοιπόν καθόλου περίεργο, που ο Τύπος της εποχής σατίρισε την ανακάλυψη αυτή με τους παρακάτω στίχους (η μετάφραση από παλιά ελληνική έκδοση σειράς βιβλίων του περιοδικού LIFE):

«Ήτανε ένας νέος σπουδαίος στο σπαθί

κανένας δεν μπορούσε να τού αντισταθεί

στα χέρια του το ξίφος πετούσε σαν πουλί.

Του Φίτζεραλντ και Λόρεντζ όμως η συστολή

τον κάναν άνω κάτω, και τ’ ακριβό σπαθί

να μοιάζει μ’ένα ...πιάτο!»

Και μπορεί εκείνη την εποχή να ήταν σάτιρα, στη μελλοντική εποχή των ... Jedi όμως τίποτα δεν αποκλείεται, και οι ικανότεροι στο φωτόσπαθο του είδους τους, θα πρέπει μάλλον να το λάβουν σοβαρά υπόψη!

35. Αύξηση της «μάζας» κοντά στην ταχύτητα του φωτός.

Η εξίσωση της μάζας στη θεωρία της Σχετικότητας, δείχνει αύξησή της όσο η ταχύτητά της πλησιάζει την ταχύτητα του φωτός.

Αυτό δεν σημαίνει όμως ότι η μάζα «φουσκώνει», αλλά ότι η αδράνειά της αυξάνεται.

Όσο δηλαδή  επιταχύνεται μια μάζα και πλησιάζει την ταχύτητα του φωτός, η δύναμη που χρειάζεται για να την επιταχύνει λίγο ακόμα αυξάνεται με τρομακτικό ρυθμό, με αποτέλεσμα να μην υπάρχει δύναμη αρκετά μεγάλη στο Σύμπαν για να της προσδόσει ακριβώς την ταχύτητα αυτή.

Γι’αυτό και στους επιταχυντές σωματιδίων χρειάζονται τεράστια μηχανήματα και ισχύς, για να επιταχύνουν μερικά υποατομικά σωματιδίων πολύ κοντά αλλά όχι ακριβώς, στην ταχύτητα του φωτός.

36. Επίδραση της ταχύτητας και της μάζας στον χρόνο.

Είναι φανερό ότι τα συστήματα GPS πρέπει να μετρούν με πολύ μεγάλη ακρίβεια τους χρόνους διαδρομής των ηλεκτρομαγνητικών σημάτων από τους δορυφόρους, για να προσδιορίζουν την απόσταση (και τελικά τη θέση) του παρατηρητή με ικανοποιητική ακρίβεια. 

Για να υπάρχει όμως η ακρίβεια αυτή, θα πρέπει να ληφθεί υπόψη τόσο η ταχύτητα των δορυφόρων GPS, όσο και απόστασή τους από τη Γη, επειδή οι δύο αυτοί παράγοντες επηρεάζουν το χρονικό πλαίσιο των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων σύμφωνα με τη θεωρία της Σχετικότητας.

Όσο πιο μεγάλη η ταχύτητα και όσο πιο μεγάλη η βαρύτητα, τόσο ο χρόνος για τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα διαστέλεται (καθυστερεί).

Έχει βρεθεί λοιπόν ότι εξαιτίας της γραμμικής ταχύτητας των δορυφόρων ο χρόνος καθυστερεί κατά 7.2 μs/ημέρα, ενώ εξαιτίας της απομάκρυνσης των δορυφόρων από τη μάζας της Γης, ο χρόνος επιταχύνεται κατά 45.8 μs/ημέρα. Συνεπώς υπάρχει συνολικά επιτάχυνση του χρόνου κατά 38.6 μs/ημέρα, κάτι που διορθώνεται αυτόματα από το σύστημα.

Οι παραπάνω απαιτούμενες διορθώσεις, ήταν μία ακόμα επιβεβαίωση της ακρίβειας της θεωρίας της Σχετικότητας.

Εδώ θα πρέπει να σημειωθεί ότι δεν είναι το τοπικό μηδενικό βαρυτικό πεδίο των δορυφόρων (που είναι μηδενικό, αφού βρίσκονται σε τροχιά) που προκαλεί την επιτάχυνση του χρόνου, αλλά η απομάκρυνση τους από τη μάζα της Γης.

37. Η θεωρία της Σχετικότητας, δύο θεωρίες σε μία.

Μέχρι τώρα έχουμε αναφερθεί αρκετές φορές στη θεωρία της Σχετικότητας.

Στην πραγματικότητα όμως πρόκειται για δύο θεωρίες, και οι δύο δημιουργίες του Α. Αϊνστάιν:

-Την Ειδική Σχετικότητα, που παρουσιάστηκε το 1905 και ασχολείται με την επίδραση στην ύλη και στον χρόνο, των ταχυτήτων που πλησιάζουν την ταχύτητα του φωτός (σε μη επιταχυνόμενη κίνηση).

Η γνωστή εξίσωση E=mc², ανήκει σ’ αυτό το τμήμα της θεωρίας.

-Τη Γενική Σχετικότητα, που παρουσιάστηκε το 1915 και ασχολείται με την προέλευση και την επίδραση της βαρύτητας, στην ύλη και στον χρόνο (και σε βαρυτικά επιταχυνόμενη κίνηση).

38. Τελικά τι είναι το φωτόνιο?

Το φωτόνιο είναι ένα κβάντο φωτός, δηλαδή το στοιχειώδες (μικρότερο δυνατόν) «πακέτο» φωτεινής ενέργειας.

Όσο για το εάν είναι κύμα ή σωματίδιο, η απάντηση είναι: "και τα δύο!" *, και ανάλογα με τις συνθήκες η συμπεριφορά του φωτονίου ταιριάζει περισσότερο με του ενός ή του άλλου.
Νεώτερες απόψεις παρουσιάζουν το φωτόνιο σαν σωματίδιο που περιβάλλεται από ένα κύμα, σαν "φωτοστέφανο".

* Ο γνωστός αμερικανός Φυσικός Ρ. Φέινμαν το διατύπωνε κάπως διαφορετικά: "κανένα από τα δύο!" 

39. Γιατί είναι δύσκολο να κατανοήσουμε την Κβαντομηχανική?

Γιατί, όπως έχει πεί ο Νιλς Μπορ, ο «πατέρας» της Κβαντομηχανικής: «Αν κάποιος πεί ότι μπορεί να σκεφτεί την Κβαντομηχανική χωρίς να ζαλιστεί, δεν έχει καταλάβει ούτε τα βασικά για αυτή!»

Για την ιστορία, η κβαντικομηχανική ξεκίνησε το 1900 με τον Μαξ Πλάνκ, αλλά χρειάστηκαν αρκετά χρόνια και η συμβολή αρκετών κορυφαίων Φυσικών (αλλά κυρίως του Μπορ) ώστε να διαμορφωθεί στη σημερινή της μορφή.

Ακόμα όμως και η σημερινή της μορφή μάλλον δεν είναι η τελική, πάντως δίνει συνεπείς απαντήσεις στα παρατηρούμενα περίεργα φαινόμενα σε ατομικό και υποατομικό επίπεδο.
Κατά μία άποψη, το να προσπαθούμε να κατανοήσουμε την Κβαντομηχανική είναι σαν να κοιτάζουμε από πολύ και με το μικροσκόπιο μια φωτογραφία, οπότε διακρίνουμε μόνο τα πίξελ, αλλά μας διαφεύγει η συνολική εικόνα.

Λίγα περισσότερα για τη Κβαντομηχανική μπορείτε να διαβάσετε παρακάτω στο Νο 55, και στο ίδιο blog στο άρθρο με τίτλο: ΑΠΟ ΤΟ ΠΕΡΙΠΟΥ ΜΗΔΕΝ, ΣΤΟ ΣΧΕΔΟΝ ΑΠΕΙΡΟ.

40. Η πυρηνική ενέργεια. Τόσο απλή, τόσο πολύπλοκη!

Η πυρηνική ενέργεια που κάποτε φαινόταν σαν "Η" λύση στα προβλήματα ενέργειας της ανθρωπότητας, σήμερα είναι σε «δυσμένεια».

Θεωρώντας ότι τα βασικά για την πυρηνική ενέργεια είναι γνωστά, θα εστιάσουμε στα δύο είδη της πυρηνικής ενέργειας, τη Σχάση και τη Σύντηξη.

Η σχάση είναι «σχετικά» εύκολη, το δυσκολότερο τμήμα της είναι η απομόνωση του κατάλληλου ισότοπου ουρανίου, από το αρχικό ορυκτό που το περιέχει σε πολύ μικρές ποσότητες.

Η ενέργεια σχάσης αξιοποιείται πάντοτε σαν θερμική ενέργεια.

Ο «πυρήνας» θερμαίνεται από τις ραδιενεργές διασπάσεις και η θερμότητα αυτή χρησιμοποιείται για την παραγωγή ατμού, όπως χρησιμοποιείται το καύσιμο στον λέβητα σε οποιοδήποτε θερμικό εργοστάσιο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.

Ακόμα και οι πυρηνικές κυψέλες που τοποθετούνται στα διαστημόπλοια για την απ’ ευθείας παραγωγή ρεύματος, έχουν σαν ρόλο να θερμαίνουν ένα διμεταλλικό κύκλωμα στο οποίο η διαφορά θερμοκρασίας με το άλλο άκρο του παράγει ηλεκτρισμό.

Βέβαια, η σχάση έχει σαν υποπροϊόντα ραδιενεργά υλικά και ακτινοβολία, και η μέχρι τώρα εμπειρία έχει δείξει ότι καμμία κατασκευή δεν μπορεί να θεωρηθεί απολύτως «απρόσβλητη» από ανθρώπινο λάθος ή φυσική καταστροφή.

Φυσικά, η διαρροή ραδιενέργειας δεν είναι καθόλου αποτρεπτική ώστε τη σχάση να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή βόμβας!

Από την άλλη πλευρά, η σύντηξη μοιάζει να έχει όλα τα πλεονεκτήματα, αλλά και ένα μεγάλο μειονέκτημα!

Για να ξεκινήσει χρειάζεται να έχει δημιουργηθεί περιβάλλον πολύ υψηλής πίεσης και θερμοκρασίας*, κάτι εύκολο όταν πρόκειται για βόμβα, καθώς η βόμβα σύντηξης περιλαμβάνει και μια βόμβα σχάσης σε ρόλο «πυροκροτητή».

Αντίθετα όμως, για ειρηνική χρήση η σύντηξη προϋποθέτει τη δημιουργία πολύ ισχυρών μαγνητικών πεδίων, και τη χρήση ακόμα πιο ισχυρών laser που θα στοχεύσουν (μέσα σε θάλαμο απόλυτου κενού) μια μικροσκοπική μπίλια από υλικό που έχει προσροφήσει υδρογόνο ή κάποια από τα ισότοπά του, ώστε να πυροδοτηθεί η σύντηξη.

Αλλά και τότε το «καύσιμο» θα πρέπει να ανανεώνεται περιοδικά, και το απόλυτο κενό που το περιβάλλει δεν βοηθάει καθόλου τη μετάδοση της θερμότητας προς τα έξω για αξιοποίηση.

Επιπλέον, η ενέργεια που χρειάζονται οι μαγνήτες και τα laser, ισοσκελίζουν (τουλάχιστον προς το παρόν) την όποια ενέργεια παράγεται.

Έτσι λοιπόν, ενώ η πρώτη βόμβα σχάσης δοκιμάστηκε το 1945 (ΗΠΑ) και η πρώτη βόμβα υδρογόνου δοκιμάστηκε το 1952 (ΗΠΑ), το πρώτο εργοστάσιο ηλεκτροπαραγωγής με πυρηνική ενέργεια λειτούργησε το 1954 (σημερινή Ρωσία), αλλά το πρώτο εργοστάσιο σύντηξης δεν φαίνεται ακόμα ούτε στον ορίζοντα!

Στο μεταξύ υπάρχουν ισχυρισμοί και ελπίδες για την κατασκευή συστημάτων «ψυχρής σύντηξης», που δεν θα απαιτούν δηλαδή τις κλασικές συνθήκες πολύ υψηλής πίεσης και θερμοκρασίας, αλλά τίποτα δεν έχει επιβεβαιωθεί ακόμα.

*Οι ίδιες συνθήκες επικρατούν στον Ήλιο, που αποτελείται κυρίως από υδρογόνο και (το παράγωγο της σύντηξης) ήλιο. Η τεράστια πίεση δημιουργείται από την ίδια τη βαρύτητα του Ήλιου εξαιτίας της τεράστιας μάζας του, ενώ η θερμοκρασία είναι αποτέλεσμα της πίεσης αυτής. Η (προς τα έξω) πίεση από τη σύντηξη ισορροπεί με την (προς τα μέσα) πίεση από τη βαρύτητα του Ήλιου.

41. Ώσμωση, ένα περίεργο φαινόμενο.

Η ώσμωση, συνήθως αναφέρεται στα βιβλία της Βιολογίας, πρόκειται όμως για ένα καθαρά φυσικό φαινόμενο, και μάλιστα που φαίνεται να αντιβαίνει στην καθημερινή εμπειρία μας.

Η οποία εμπειρία έχει επηρεαστεί από το γνωστό πείραμα με τα συγκοινωνούντα δοχεία, όπου η ισορροπία μεταξύ των διαφορετικών στηλών του υγρού εξηγείται από το γεγονός ότι προσπαθούν να εξισώσουν τις πιέσεις τους, και ότι εάν μια στήλη περιείχε πυκνότερο υγρό θα χρειαζόταν μικρότερο ύψος για να δημιουργήσει την ίδια πίεση στο κοινό κάτω τμήμα των σωλήνων.

Αυτή η εικόνα ανατρέπεται όμως, αν τα υγρά με διαφορετική πυκνότητα επικοινωνούν μέσω μιας ημιπερατής μεμβράνης.

Εδώ να σημειωθεί όμως, ότι το πυκνότερο υγρό πρέπει να είναι υδατικό διάλυμα βαρύτερων μορίων, όπως το αλάτι πχ, και η μεμβράνη διαπερατή μόνο από μόρια στο μέγεθος του νερού.

Στην περίπτωση αυτή λοιπόν, καθαρό νερό θα περάσει μέσα από την ημιπερατή μεμβράνη προς το διάλυμα (σαν να προσπαθεί να το αραιώσει) και θα αυξήσει τη στάθμη, άρα και την πίεσή του.

Αυτός ο μηχανισμός, που εξηγείται με την κίνηση Brown, υπάρχει στη φύση (ειδικά στα κύτταρα), αλλά αξιοποιείται και στην τεχνολογία αφαλάτωσης, παραγωγής δηλαδή πόσιμου νερού από το θαλασσινό, μέσω του μηχανισμού «αντίστροφης ώσμωσης» όπως ονομάζεται.

Μάλιστα, η νανοτεχνολογία έχει πρόσφατα αναπτύξει μεμβράνες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για αφαλάτωση, με πολύ μικρότερη δαπάνη ενέργειας.

42. Βράσιμο χωρίς, και άναμμα φωτιάς με, ... αέρα.

Το ότι το νερό βράζει σε θερμοκρασία περιβάλλοντος αν μειώσουμε αρκετά την ατμοσφαιρική πίεση είναι γνωστό, και συχνά επιδεικνύεται σε σχολικά πειράματα.

Βέβαια το «βράσιμο» αυτό δεν ανεβάζει προφανώς τη θερμοκρασία του νερού, οπότε οι «extreme» ορειβάτες θα έχουν πρόβλημα να φτιάξουν ... καφέ!

Λιγότερο γνωστό όμως είναι ότι μπορούμε να ανάψουμε φωτιά χρησιμοποιώντας κυριολεκτικά «αέρα κοπανιστό», και μια συσκευή που στα αγγλικά ονομάζεται «fire piston».

Πρόκειται για μια συσκευή σαν σύριγγα μεσαίου μεγέθους, συνήθως μεταλλική και κλειστή στο ένα της άκρο, που μέσα της εισάγεται μικρή ποσότητα προσανάμματος.

Ένα απότομο και ισχυρό χτύπημα στο έμβολο, αυξάνει στιγμιαία την πίεση του αέρα κατά 25 φορές, οπότε σαν αποτέλεσμα ο αέρας θερμαίνεται (αδιαβατικά) σε πάνω από 200 βαθμούς Κελσίου, και έτσι ανάβει το προσάναμμα.

Αν η μέθοδος σας φαίνεται γνωστή από τον τρόπο που δουλεύουν οι ντίζελ κινητήρες, έχετε απόλυτο δίκαιο! 

43. Τριβή και λάστιχα.

Στο σχολείο μαθαίνουμε ότι η τριβή είναι ανεξάρτητη από την επιφάνεια επαφής.

Γιατί τότε στα σπορ αυτοκίνητα τα λάστιχα είναι πολύ φαρδύτερα από τα συνηθισμένα?

Γιατί ενώ η τριβή είναι πράγματι ανεξάρτητη από την επιφάνεια επαφής, ένα στενό λάστιχο παραμορφώνεται εύκολα, με συνέπεια να μειώνεται ουσιαστικά η επιφάνεια επαφής του με τον δρόμο, οπότε αν πρέπει να μεταφέρει και σημαντική ισχύ υπερθερμαίνεται και λιώνει τοπικά, και τότε ο συντελεστής τριβής πάει ... περίπατο.

Το ίδιο συμβαίνει αν σε ισχυρό φρενάρισμα ένας τροχός «μπλοκάρει», οπότε πάλι το λάστιχο λιώνει στην επιφάνεια επαφής του με την άσφαλτο, και η τριβή μειώνεται σημαντικά. 

44. Η πίεση των υγρών.

Η πίεση των υγρών που έχουν ελεύθερη επιφάνεια, προκαλείται από τη βαρύτητα.

Γι’αυτό υγρά σε τροχιά (σε μικροβαρύτητα) δεν δημιουργούν πίεση οσοδήποτε και να είναι το ύψος του δοχείου που τα περιέχει, και μάλιστα το νερό πχ μπορεί να βγεί από το δοχείο του και να αιωρείται.

Παρούσες είναι μόνο οι ελάχιστες δυνάμεις της επιφανειακής τάσης του νερού, που τείνουν να του δώσουν σφαιρικό σχήμα.

Αντίθετα, η δημιουργία ισχυρού βαρυτικού πεδίου με φυγοκέντρηση χρησιμοποιείται για την επιτάχυνση του διαχωρισμού υγρών που δεν αναμιγνύονται, όπως νερό και λάδι, ή το γρήγορο κατακάθισμα στερεών συστατικών σε υγρό, όπως σε δείγματα αίματος. 

45. Γιατί όλες οι παλίρροιες δεν είναι ίσες.

Εννοούμε φυσικά τις παλίρροιες στην ίδια περιοχή της Γης.

Κατ’ αρχήν οι παλίρροιες συμβαίνουν με τη διπλάσια συχνότητα απ’ ότι θα περίμενε κανείς, αφού οφείλονται βασικά στη έλξη της Σελήνης, η οποία μεσουρανεί σε κάθε τόπο κάθε 25 περίπου ώρες.

Όμως, ενώ είναι εύκολο να καταλάβουμε ότι η Σελήνη έλκει το νερό που βρίσκεται από «κάτω» της, χρειάζεται λίγη φαντασία για να συνειδητοποιήσουμε ότι εξαιτίας της μεγαλύτερης απόστασης, ασκεί ταυτόχρονα μειωμένη έλξη στο νερό που βρίσκεται αντιδιαμετρικά στη Γη, σε σχέση με το νερό που βρίσκεται στα «πλάγια» της. 

Κατά συνέπεια, το νερό από τα πλάγια της Γης έχει την τάση να μετακινηθεί και να «φουσκώσει» και στην αντίθετη πλευρά από αυτή που βρίσκεται η Σελήνη.

Έτσι καταλήγει ο κύκλος της παλίρροιας να συμβαίνει δύο φορές το 25-ωρο, αν και προφανώς όχι με την ίδια ένταση.

Επιπλέον, η ένταση των παλιρροιών επηρεάζεται και από τη θέση του Ήλιου, καθώς η έλξη του (περίπου η μισή από αυτή της Σελήνης) μπορεί να ενισχύει ή να μειώνει αυτή της Σελήνης.   

46. Ένα σιφώνι από μπίλιες. 

Το φαινόμενο του σιφωνιού είναι γνωστό, και στηρίζεται στους δεσμούς των μορίων του νερού μεταξύ τους, καθώς και στη διαφορά βαρών των δύο στηλών του νερού που δημιουργούνται.

Λιγότερο γνωστό όμως είναι ότι το ίδιο φαινόμενο μπορεί να αναπαραχθεί με μια αλυσίδα από μικρές μπίλιες που ενώνονται εύκαμπτα μεταξύ τους, όπως πχ οι αλυσιδίτσες που συγκρατούν τις λαστιχένιες τάπες του νεροχύτη.

Το φαινόμενο είναι ιδιαίτερα εντυπωσιακό (ψάξτε στο ίντερνετ: bead chain experiment), καθώς μάλιστα η «ροή» της αλυσίδας υλοποιείται στον αέρα, χωρίς στήριγμα! 

47. Η επίπεδη τροχαλία που δεν είναι ... επίπεδη.

Παλαιότερα, πριν από την ανάπτυξη των ηλεκτρικών κινητήρων, ήταν πολύ συνηθισμένη η μεταφορά κίνησης από τον βασικό κινητήρα (συνήθως ατμομηχανή) προς άλλα σημεία, με επίπεδες τροχαλίες και ιμάντες.
Στα παλιά υφαντουργεία και μηχανουργεία μάλιστα, υπήρχε ένα «δάσος» από ιμάντες προς όλες τις κατευθύνσεις που ήταν πολύ επικίνδυνο για τους απρόσεχτους, και ευτυχώς σήμερα έχει εκλείψει.
Οι επίπεδες εκείνες τροχαλίες αντιμετώπιζαν όμως ένα πρόβλημα, που ήταν το να διατηρούν τους (επίσης επίπεδους) ιμάντες κεντραρισμένους, ώστε να μη βγαίνουν κατά τη λειτουργία.

Η λύση μοιάζει «ανάποδη» από αυτό που θα μπορούσε να φανταστεί κανείς και δεν ήταν παρά η κυλινδρική τους επιφάνεια να αποκτήσει ένα ελαφρά «πομπέ» σχήμα, προς τα ΕΞΩ.

Όσο και να φαίνεται περίεργο, με αυτό το ελαφρά βαρελοειδές (μόλις που διακρίνεται με το μάτι) σχήμα της τροχαλίας, αν ο ιμάντας εκτραπεί προς το πλάι, η σφαιρική επιφάνειά οδηγεί τον ιμάντα να κινηθεί πάλι προς το κέντρο της.

Και ΔΕΝ πρέπει να μας παρασύρει η σκέψη ότι το πομπέ της τροχαλίας δημιουργεί μεγαλύτερη τάση στον ιμάντα όταν είναι κεντραρισμένος, άρα το κέντρο της τροχαλίας είναι ένα «ασταθές» σημείο. 

48. Το «γαλόνι» της Σιτροέν. 
Το γνωστό σήμα των αυτοκινήτων Σιτροέν θυμίζει το γαλόνι λοχία, ανεστραμμένο.

Δεν σχετίζεται όμως με τον στρατό, αλλά με μια εφεύρεση του ίδιου του Σιτροέν στις αρχές του 20^ου αιώνα, για τα διπλά λοξά γρανάζια.
Αρχικά, τα γρανάζια είχαν ευθύγραμμα δόντια, παράλληλα με τον άξονά τους.
Τα γρανάζια αυτά ήταν εύκολα στην κατασκευή, αλλά επίσης θορυβώδη και εμπλέκανε ένα ζευγάρι δόντια κάθε φορά.
Έτσι άρχισαν να κατασκευάζονται γρανάζια με λοξά δόντια, που έλυσαν τα προηγούμενα προβλήματα, αλλά καθώς οι ροπές που έπρεπαν να μεταφερθούν αυξάνονταν με την πρόοδο της τεχνολογίας, προέκυψε ένα άλλο πρόβλημα.
Τα λοξά δόντια προκαλούσαν ωστικές δυνάμεις, δηλαδή διαμήκεις δυνάμεις στον άξονά τους, που δημιουργούσαν σημαντικά προβλήματα φθοράς στα ρουλεμάν και λοιπά έδρανα της εποχής εκείνης.
Ο Σιτροέν έλυσε με απλό και ευφυή τρόπο το πρόβλημα αυτό, κατασκευάζοντας γρανάζια με διπλά αντίθετης κλίσης λοξά δόντια, που αλληλοαναιρούσαν τις ωστικές δυνάμεις.
Το σύστημα αυτό ήταν τόσο πετυχημένο που ο Σιτροέν το επέλεξε σαν σήμα των αυτοκινήτων που δημιούργησε στη συνέχεια. 

49. Άξονες και ροπή, καλώδια και ένταση.

Ίσως έχετε προσέξει ότι οι άξονες μεταφοράς ισχύος τοποθετούνται σε τέτοια σημεία σ’ ένα σύστημα μετάδοσης, ώστε να περιστρέφονται με μεγάλη ταχύτητα.

Αν και αυτό μοιάζει σαν μειονέκτημα, στην πραγματικότητα όσο πιο γρήγορα περιστρέφεται ένας άξονας, τόσο μικρότερη ροπή πρέπει να μεταφέρει για δεδομένη ισχύ, καθώς ισχύει Ρ = Μ x ω.

Η ροπή όμως που μεταφέρεται σχετίζεται με την αντοχή σε στρέψη του άξονα, άρα όσο μεγαλύτερη, τόσο βαρύτερος και ακριβότερος ο άξονας.

Αντίθετα, η μεγάλη ταχύτητα περιστροφής το μόνο που απαιτεί, είναι προσεκτικότερη ζυγοστάθμιση.
Το θέμα αυτό μοιάζει πολύ με το «τρικ» της μεταφοράς σε μεγάλη απόσταση ηλεκτρικής ενέργειας, με μικρές απώλειες.

Θυμίζουμε ότι η ισχύς του ηλεκτρικού ρεύματος είναι P = V x I, ενώ οι απώλειες μεταφοράς είναι ανάλογες με το τετράγωνο της έντασής του (P_μ = R x I²).

Χρησιμοποιώντας λοιπόν τη δυνατότητα του εναλλασσόμενου ρεύματος να μετασχηματίζεται αυξάνουμε την τάση του, οπότε (για δεδομένη ισχύ) μειώνεται η έντασή του, και κάνουμε τη δουλειά μας πολύ πιο οικονομικά (μικρότερες απώλειες και λεπτότεροι αγωγοί). 
Ενώ η μόνη επίπτωση από την υψηλότερη τάση, είναι μεγαλύτερες αποστάσεις ασφαλείας και παχύτερη μόνωση.

50. Πώς θα καλύψουμε τις μεγάλες αποστάσεις στο Διάστημα. 
Η εξερεύνηση του Διαστήματος έφτασε σ’ ένα σημείο που έχει φέρει τον άνθρωπο στα όρια της αντοχής του, ως προς τη διάρκεια των μελλοντικών ταξιδιών στο Διάστημα (πχ προς τον Άρη).

Δύο συστήματα όμως μπορούν να προσφέρουν ουσιαστική βοήθεια μελλοντικά:

Ο «πυραυλοκινητήρας» ιόντων και η «πλανητική υποβοήθηση».
Ο κινητήρας ιόντων έχει εξαιρετικά υψηλή ταχύτητα εκτόξευσης των ιόντων, διαδικασία που μπορεί να επιταχύνει ένα ελαφρύ σκάφος σε περισσότερα από 300.000 km/h.

Ο λόγος είναι ότι μέγιστη απόδοση ενός πυραυλοκινητήρα συμβαίνει όταν η ταχύτητα των καυσαερίων (ή ιόντων) είναι περίπου διπλάσια της ταχύτητας του σκάφους, και στους χημικούς πυραύλους η ταχύτητα των καυσαερίων περιορίζεται από την ίδια την ταχύτητα της καύσης.

Αντίθετα, η ταχύτητα των ιόντων (στο κενό) μπορεί να είναι πολύ ψηλότερη, και παρότι ένας κινητήρας ιόντων μπορεί να προσφέρει πολύ ασθενική επιτάχυνση (και μόνο αφού ο διαστημόπλοιο βρεθεί στο Διάστημα), μπορεί να τη διατηρήσει για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα, και μάλιστα με μικρή κατανάλωση καυσίμου.
Το δεύτερο σύστημα είναι η πλανητική υποβοήθηση, που βασίζεται στο ότι αν ένα διαστημόπλοιο πλησιάσει «μετωπικά» έναν πλανήτη ως προς την κατεύθυνση κίνησής του, μπεί σε τροχιά γύρω του για μισή περιστροφή και εκτοξευτεί αντίθετα από την κατεύθυνση από την οποία ήλθε, μπορεί να προσθέσει στην αρχική ταχύτητά του, μέχρι και δύο φορές την γραμμική ταχύτητα του πλανήτη. 
Ένα «γήινο» παράδειγμα του πώς δουλεύει η πλανητική υποβοήθηση, μπορείτε να διαβάσετε στο κουίζ Νο28.

 

51. Το «αλλόκοτο» φαινόμενο Mpemba.

Απ’ όλα τα περίεργα φαινόμενα της θερμοδυναμικής, το φαινόμενο Mpemba, διεκδικεί μάλλον τα πρωτεία. Ο Mpemba ήταν μαθητής γυμνασίου στην Τασμανία το 1969, όταν παρατήρησε ότι δοχεία με παγωτό αρχικά, και νερό αργότερα, στεροποιούσαν το περιεχόμενό τους ταχύτερα όταν τοποθετούνταν στο ψυγείο έχοντας υψηλότερη αρχική θερμοκρασία. 
Αφού υπέμενε για μερικά χρόνια τη σχετική «καζούρα», τελικά η επιμονή του νίκησε και η επιστημονική κοινότητα επιβεβαίωσε το φαινόμενο, δίνοντάς του μάλιστα το όνομα του παρατηρητικού μαθητή.
Ακόμα πιο περίεργο είναι ότι γεγονός ότι το φαινόμενο αυτό ήταν γνωστό από την εποχή του Αριστοτέλη, αλλά αγνοήθηκε από τους μεταγενέστερους, μάλλον επειδή δεν μπορούσαν να το εξηγήσουν!

Βέβαια το φαινόμενο δεν παρατηρείται πάντοτε, χωρίς να έχουν προσδιοριστεί ακριβώς ούτε οι συνθήκες στις οποίες συμβαίνει, ούτε να έχει δοθεί ικανοποιητική εξήγηση γιατί συμβαίνει.

Μια από τις πιθανότερες εξηγήσεις είναι ότι προκαλείται από τα διαλυμένα αέρια στο νερό, που επειδή διαφεύγουν ευκολότερα στις υψηλότερες θερμοκρασίες, καθιστούν το θερμό νερό πιο ομοιογενές, επιτρέποντας τη γρηγορότερη ψύξη του. 
Σ’αυτό συνηγορεί και το γεγονός ότι το φαινόμενο φαίνεται να γίνεται τόσο πιο έντονο, όσο περισσότερο αέριο περιέχει το νερό.

Κάτι αντίστοιχο συμβαίνει και όταν το νερό είναι πολύ καθαρό ή απεσταγμένο, οπότε μπορεί να παραμείνει υγρό σε χαμηλότερη θερμοκρασία από τους 0^ο Kελσίου, και να παγώσει απότομα από μια διαταραχή (κούνημα του δοχείου, πρόσκρουση «υπέρψυχρων» σταγόνων σε επιφάνεια κλπ).*

*Το συνηθισμένο νερό περιέχει αρκετή ποσότητα αερίων, που δίνουν «γαλακτερή» όψη στον πάγο. Νερό απαλλαγμένο από αέρια, δίνει τελείως διάφανο πάγο. 

52. Πετάει ο βάτραχος? 

Πετάει!, αν και το ακριβέστερο είναι ότι αιωρείται, αρκεί το μαγνητικό πεδίο να είναι αρκετά ισχυρό (τουλάχιστον 15 Τ, που είναι ΠΟΛΥ ισχυρό * και δημιουργείται με ειδικά δισκοειδή πηνία, που ονομάζεται πηνία Bitter).

Στις συνθήκες αυτές, ακόμα και τα μη μαγνητικά (διαμαγνητικά) υλικά όπως το νερό αντιδρούν στο μαγνητικό πεδίο και μάλιστα με τρόπο ώστε να απωθούνται απ' αυτό **, οπότε ακόμα και ένας ζωντανός βάτραχος μπορεί να αιωρηθεί χωρίς δυσμενείς επιπτώσεις για την υγεία του.

* Για σύγκριση, ο ισχυρότερος μόνιμος μαγνήτης δεν ξεπερνά το 1.5 Τ, τα μαγνητικά πεδία των ηλεκτρομαγνητών στο CERN δεν ξεπερνούν τα 10 T, ενώ το ισχυρότερο μαγνητικό πεδίο που έχει δημιουργηθεί (από πηνία Bitter) είναι 45 Τ.
** Αντίθετα, τα υλικά από σίδηρο (σιδηρομαγνητικά) αλλά και τα λιγότερο μαγνητικά (παραμαγνητικά), αντιδρούν με τρόπο ώστε να έλκονται από το μαγνητικό πεδίο. 

53. Η Φύση αγαπάει την αταξία! 

Και την αγαπάει πράγματι, επειδή είναι μια πιο «οικονομική» κατάσταση από πλευράς ενέργειας όσον αφορά στη διάταξη των μορίων, με περίπου αντίστοιχο τρόπο που η ευσταθής ισορροπία είναι από πλευράς μηχανικής ενέργειας οικονομικότερη κατάσταση σε σχέση με την ασταθή ισορροπία.

Όπως λοιπόν, εάν μια εδαφική περιοχή αφεθεί μόνο στις δυνάμεις της διάβρωσης θα καταλήξει επίπεδη μετά από ΠΟΛΥ χρόνο, έτσι και ενεργειακά ένα σύστημα θα καταλήξει μακροχρόνια σε πλήρη «αταξία», καθώς όλο και μεγαλύτερο μέρος της ενέργειάς του θα υποβαθμίζεται σε θερμότητα, δηλαδή σε άτακτη κίνηση των μορίων του.

Μέτρο αυτής της αταξίας είναι η ελληνική λέξη Εντροπία (από το εν + τροπή) που χρησιμοποιείται διεθνώς και συνιστά μία από τις σημαντικότερες λέξεις της Θερμοδυναμικής.

Ένα απλό παράδειγμα είναι μια τάξη με ζωηρούς μαθητές.

Χρειάζεται προσπάθεια (έργο) από την πλευρά του δάσκαλου για να βάλει (ή να επαναφέρει) τους μαθητές σε τάξη, αλλά στην πρώτη ευκαιρία οι μαθητές του θα επιβεβαιώσουν περίτρανα την τάση ενός συστήματος να ρέπει προς την αύξηση της Εντροπίας του. 

Μια δεύτερη σημαντική ελληνική (και επίσης διεθνής) λέξη στον τομέα της Θερμοδυναμικής είναι και η Ενθαλπία (εν + θάλπω*), που είναι το μέτρο της περιεχόμενης θερμικής ενέργειας ενός συστήματος.

Υπόψη ότι και οι δύο αυτές ελληνικές λέξεις έχουν καθιερωθεί από ξένους επιστήμονες (Clausius και Onnes αντίστοιχα).

* αντίστοιχο του: περι + θάλπω

54. H Θάτσερ και το μποζόνιο του Higgs. 
Το μποζόνιο του Higgs έχει μια ενδιαφέρουσα ιστορία.

Κατ’ αρχή προβλέφθηκε από τον Higgs μαζί με άλλους συναδέλφους του το 1964, επιβεβαιώθηκε από το CERN το 2012, ενώ το επόμενο έτος ο Higgs και ένας άλλος συνάδελφός του μοιράστηκαν το βραβείο Νόμπελ για τη Φυσική.

Ένα μποζόνιο, είναι ένα υποατομικό σωματίδιο που «μεταφέρει» μια ιδιότητα και το συγκεκριμένο του Higgs είναι αυτό που θεωρείται ότι δίνει στην ύλη την ιδιότητα της μάζας, δηλαδή της αδράνειας.

Συχνά το μποζόνιο αυτό αναφέρεται και σαν το «σωματίδιο του Θεού» και το πώς απέκτησε αυτό το όνομα έχει ενδιαφέρον.

Ο Φυσικός Leon Lederman *, γράφοντας ένα βιβλίο για το σωματίδιο αυτό το 1993 ήθελε να του δώσει σαν τίτλο «The Goddamn Particle» δηλαδή «το διαβολεμένο σωματίδιο». Ο εκδότης του όμως διαφώνησε, οπότε ο Lederman περιέκοψε τον τίτλο στο «The God Particle» και η ονομασία αυτή παρέμεινε.

Κάτι άλλο ενδιαφέρον, έχει να κάνει με το γεγονός ότι το 1993 ο τότε Βρετανός υπουργός Επιστημών ζήτησε από τους συνεργάτες του μια απλοποιημένη περιγραφή για τον τρόπο που δρά το σωματίδιο Higgs.

H καλύτερη απάντηση που δόθηκε και έκτοτε χρησιμοποιείται συχνά, ήταν η παρακάτω:

«Φανταστείτε ότι η Θάτσερ (πρώην πρωθυπουργός εκείνη την εποχή, αλλά ακόμα δημοφιλής) μπαίνει σε μια συγκέντρωση πολιτικών.

Καθώς κινείται φαίνεται να διαθέτει μεγάλη μάζα, επειδή όλοι συγκεντρώνονται γύρω της, οπότε όσον κινείται είναι δύσκολο να σταματήσει και εφόσον σταματήσει δύσκολα ξεκινάει πάλι. Το ίδιο θα συμβεί αν δεν είναι η ίδια η Θάτσερ παρούσα, αλλά μια φήμη (πεδίο) που την αφορά και που εξαπλώνεται με παρόμοιο τρόπο».

* Ο Lederman (που είναι Αμερικανός) έχει πεί και το εξής, σε σχέση με τη "γλυκόπικρη" αίσθηση που άφηνε η διαφαινόμενη νίκη του Cern έναντι των αμερικανικών ινστιτούτων, στην «κούρσα» για τον εντοπισμό του σωματιδίου Higgs:

«Είναι σαν να βλέπεις την πεθερά σου να πέφτει στον γκρεμό, οδηγώντας το αγαπημένο σου αυτοκίνητο!» 

55. Ζάρια ή ταχυδακτυλουργικά?

Είναι γνωστή η φράση του Αϊνστάιν «ο Θεός δεν παίζει ζάρια με το Σύμπαν»,

καθώς δεν του άρεσε η απροσδιοριστία που είναι η «κεντρική ιδέα» της Κβαντομηχανικής.

Μήπως όμως, «ο Θεός κάνει ταχυδακτυλουργικά»?

Μήπως δηλαδή κάποιες ιδιότητες μεταδίδονται «παρακάμπτοντας» τους (γνωστούς) φυσικούς νόμους?

Και αναφερόμαστε στο πιο παράδοξο από τα (ούτως ή άλλως) παράδοξα φαινόμενο της Κβαντομηχανικής, την «κβαντική εμπλοκή», ή «κβαντικό συσχετισμό», ή στα αγγλικά «quantum entanglement», το οποίο ο Αϊνστάιν χαρακτήριζε σαν «spooky action at a distance», δηλαδή «εξώκοσμη δράση από απόσταση».

Και όχι αναίτια, καθώς αυτό είναι το μόνο γνωστό φαινόμενο που φαίνεται να περιγελά το «θέσφατο» της Φυσικής, το όριο της ταχύτητας του φωτός στο κενό.

Η κβαντική εμπλοκή, συνδέει δύο αρχικά συσχετισμένα σωματίδια με ένα είδος μόνιμου «δεσμού», ώστε η εν συνεχεία απομάκρυνσή τους να μην προκαλεί ούτε την εξασθένιση, ούτε την καθυστέρηση στην ανταλλαγή πληροφοριών μεταξύ τους.

Η μεταφορά της πληροφορίας γίνεται λοιπόν ακαριαία, ή τουλάχιστον τόσο γρήγορα ώστε δεν είναι δυνατόν να μετρηθεί κάποια καθυστέρηση.

Είναι σαν μια πληροφορία για την κατάσταση ενός από δίδυμα αδέλφια που βρίσκονται πολύ μακριά μεταξύ τους, να γίνεται γνωστή στο δεύτερο όχι με την ταχύτητα του φωτός μιας τηλεφωνικής επικοινωνίας, αλλά με ένα ακαριαίο και μυστηριώδες «ένστικτο» που πιστεύουμε (αναπόδειχτα όμως) ότι υπάρχει στους δίδυμους.

Η κβαντική εξήγηση του φαινομένου (που είναι συμβατή με το όριο της ταχύτητας του φωτός), βασίζεται στην απροσδιοριστία που κυριαρχεί στα σωματίδια όσο δεν τα παρατηρεί (ή δεν τα μετράει) κάποιος.

Δύο συσχετισμένα κβαντικά σωματίδια όμως (συνήθως φωτόνια), έχουν συσχετισμένες και τις απροσδιοριστίες τους, οπότε μόλις το ένα παρατηρηθεί και αρθεί η απροσδιοριστία του»*, το ίδιο (άρση της απροσδιοριστίας) θα συμβεί και στο δεύτερο, ανεξάρτητα της απόστασής του.

Οι πιθανές επιπτώσεις από την αξιοποίηση αυτού του φαινομένου είναι πολλές και σημαντικές, από τις πλέον ευφάνταστες, όπως η τηλεμεταφορά αντικειμένων ακόμα και ζωντανών οργανισμών, μέχρι τις πιο προσγειωμένες, όπως η ακαριαία επικοινωνία μεταξύ των πλέον απομακρυσμένων σημείων του Σύμπαντος.

* Στη γλώσσα της Κβαντομηχανικής: «όταν καταρρεύσει η κυματοσυνάρτησή 

του».     

56. Μη Νευτώνια ρευστά. 
Θα σας περνούσε ποτέ από μυαλό να τρέξετε πάνω σ’ ένα «υγρό», που ακόμα και ακίνητος να μένατε επάνω του, θα βουλιάζατε?
Και όμως αυτή η προφανώς παράλογη σκέψη είναι απολύτως σωστή, αν πρόκειται για μια κατηγορία υγρών που ονομάζονται «μη Νευτώνια».
Και μην φανταστείτε ότι τα μη Νευτώνια είναι κάτι το εξωτικό, ένα τέτοιο υγρό για παράδειγμα είναι καλαμποκάλευρο διαλυμμένο σε νερό! 
Η ιδιοτροπία αυτών των υγρών οφείλεται στο ότι όταν κάτι κινείται με μικρή ταχύτητα μέσα στη μάζα τους, εμφανίζουν σχετικά μικρή αντίσταση, ενώ όσο η ταχύτητα αυξάνεται τόσο συμπεριφέρονται σαν πιο «συμπαγή». 
Μια τεχνολογική εφαρμογή αυτού του φαινόμενου είναι οι «viscocouplers», αυτόματοι συμπλέκτες με μη Νευτώνιο σιλικονούχο υγρό μέσα τους, που «σφίγγουν» όσο μεγαλώνει η σχετική ταχύτητα των δύο ροτόρων που συνδέονται με τους άξονες εισόδου και εξόδου.
Δεν «σφίγγουν» όμως όλα τα μη Νευτώνια υγρά όταν πιεστούν.
Κάποια εμφανίζουν ακριβώς την αντίθετη συμπεριφορά, όπως το κέτσαπ! 

57. Σπηλαίωση. Πρόβλημα ή λύση? 

Πρόκειται για ένα περίεργο φαινόμενο που σχετίζεται με τις δυναμικές ιδιότητες των υγρών, και ενώ συνήθως είναι πονοκέφαλος για τους Μηχανικούς, μπορεί να δώσει μια γιγάντια ώθηση στην ταχύτητα μετακίνησης μέσα στο νερό.
Το φαινόμενο αφορά τη δημιουργία φυσαλίδων κενού (ή περίπου κενού), ακριβώς πίσω από ένα εξάρτημα που κινείται με μεγάλη ταχύτητα μέσα στο νερό, εφόσον δημιουργείται πολύ έντονη υποπίεση στο σημείο αυτό.
Οι φυσαλίδες αυτές τελικά θα «σκάσουν προς τα μέσα», μόλις έχουν την ευκαιρία, δηλαδή μόλις η υποπίεση πάψει να είναι έντονη, αλλά τότε σταγονίδια νερού θα κινηθούν ταχύτητα να καταλάβουν τον χώρο, και με τη «φόρα» που έχουν θα προσκρούσουν στην επιφάνεια που επάνω της βρίσκονταν οι φυσαλίδες, σκάβοντάς την κυριολεκτικά.
Έτσι δημιουργείται σημαντική φθορά στα εξαρτήματα (συνήθως έλικες ή ρότορες), αλλά και πονοκέφαλος στους Μηχανικούς!
Η λύση βέβαια είναι καλύτερη σχεδίαση των εξαρτημάτων, και στην εποχή της σχεδίασης με υπολογιστή αυτό είναι εύκολο, οι Μηχανικοί όμως σκέφτηκαν να αξιοποιήσουν το φαινόμενο τραβώντας το στα άκρα.
Η ιδέα είναι να δημιουργήσουν επίτηδες σπηλαίωση στο ρύγχος ενός υδροδυναμικού και γρήγορα κινούμενου σώματος, οπότε οι φυσαλίδες από τη σπηλαίωση θα «καλύψουν» σαν μανδύας το σώμα, απομονώνοντάς το από την τριβή του με το νερό!  

58. Γιατί τα κύματα είναι χρήσιμα? 

Εννοούμε φυσικά πέρα από το να επιτρέπουν στους σέρφερς να κάνουν τις θεαματικές φιγούρες τους, και να επιτρέψουν (σύντομα) και την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.
Τα παραπάνω ισχύουν βέβαια για τα θαλασσινά κύματα, τα οποία αποτελούν και την πιο οικεία εικόνα κυμάτων, καθώς τα άλλα είδη δηλαδή τα ηχητικά και πολύ περισσότερο τα ηλεκτρομαγνητικά, είναι αόρατα.
Τα σταθερά και συνεχόμενα κύματα γενικά, είναι ένας από τους τρόπους της φύσης να μεταφέρει ενέργεια με ελεγχόμενο τρόπο.
Και λέμε με ελεγχόμενο τρόπο, γιατί και το κύμα από ένα τσουνάμι ή μια έκρηξη μεταφέρει ενέργεια και μάλιστα μεγάλη, αλλά προφανώς με καταστροφικό τρόπο.
Τη μεταφορά αυτής της ενέργειας στην περίπτωση των θαλασσινών κυμάτων μπορούμε να την καταλάβουμε από τους τρόπους με τους οποίους μπορεί να αξιοποιηθεί η ενέργειά τους, πχ με πλωτήρες που ανεβοκατεβαίνουν ή αρθρωτούς σωλήνες που κάμπτονται και ενεργοποιούν συστήματα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.
Ακόμα και την ενέργεια των ηχητικών κυμάτων μπορούμε να την καταλάβουμε σχετικά εύκολα, αρκεί να παρακολουθήσουμε τον κώνο ενός μεγάλου ηχείου χαμηλών συχνοτήτων να πάλλεται, ή από τον πόνο στα αυτιά μας εξαιτίας δυνατής μουσικής.
Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα από την άλλη πλευρά είναι σχεδόν αδύνατον να τα ανιχνεύσουμε με τις αισθήσεις μας, εκτός από την φωτεινή ακτινοβολία φυσικά, αλλά είμαστε κυριολεκτικά βυθισμένοι μέσα σ’ αυτά εξαιτίας των εκπομπών τηλεόρασης, ραδιοφώνου, κινητών τηλεφώνων, ραντάρ κλπ.
Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα έχουν επίσης το μεγάλο πλεονέκτημα να μην χρειάζονται υλικό μέσο για τη μετάδοσή τους, μεταδίδονται μια χαρά (και ακόμα καλύτερα) στο κενό, αλλιώς για παράδειγμα το φως του Ήλιου δεν θα έφτανε ποτέ στη Γη.
Μέχρι τώρα πάντως, δεν έχει βρεθεί πρακτικός τρόπος να μεταφερθεί σημαντική ποσότητα ενέργειας με ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία (μεταφέρονται ουσιαστικά μόνο σήματα), και ο Τέσλα που επιχείρησε να κατασκευάσει ένα τέτοιο σύστημα στις αρχές του 20^ου αιώνα, δεν μπόρεσε να το ολοκληρώσει. 

59. Τρείς απίθανες θέσεις της Σύγχρονης Φυσικής. 
- Ένα Σύμπαν από το Τίποτα.
- Η ενέργεια του Απόλυτου Κενού.

- Ο Χρόνος που γυρίζει πίσω.

Οι παραπάνω θέσεις της Σύγχρονης Φυσικής μοιάζουν απίθανες και παράλογες και αντίκεινται στην εμπειρία μας και κατά συνέπεια και στη λογική μας, όμως η Σύγχρονη Φυσική τις εξετάζει γιατί δεν έρχονται σε αντίθεση με τα μαθηματικά της.

Αφού στο παρελθόν οι επιστήμονες την «πάτησαν» αρκετές φορές βάζοντας αυθαίρετα όρια σε διάφορα φυσικά φαινόμενα ή δυνατότητες και στη συνέχεια διαψεύσθηκαν πανηγυρικά, πλέον απορρίπτουν μόνο ότι αντιβαίνει στα μαθηματικά της Φυσικής, ενώ όλα τα άλλα, όσο περίεργα και αν ακούγονται, εξετάζονται.

- Η γέννηση λοιπόν ενός ολόκληρου Σύμπαντος (ακόμα και πολλών Συμπάντων) από το Τίποτα μπορεί να συμβεί αυθόρμητα και χωρίς κανένα πρόβλημα, εφόσον το σύνολο της θετικής ενέργειας (που περιλαμβάνει και την ύλη) ισούται με το σύνολο της αρνητικής ενέργειας που εκδηλώνεται με τη βαρύτητα.

Για παράδειγμα, πρέπει να καταβάλουμε ενέργεια για να σηκώσουμε ένα αντικείμενο, εργαζόμενοι αντίθετα προς την ενέργεια της βαρύτητας.

- Στο απόλυτο κενό, υποατομικά σωματίδια (αλλά και ενεργειακά πεδία) ξεπηδούν από το μηδέν, διασπώνται, συγχωνεύονται και εξαφανίζονται, κάνοντάς το να μοιάζει πιο πολύ με καζάνι που βράζει, παρά με χώρο που «δεν περιέχει τίποτα» σύμφωνα με την κλασική Φυσική.

- ‘Οσο για τον χρόνο, τίποτα δεν τον εμποδίζει να πάει προς τα πίσω, όχι πάντως οι εξισώσεις της Φυσικής. Αυτό θα μπορούσαμε να το καταλάβουμε καλύτερα, αν κάνουμε ένα διανοητικό πείραμα.

Ας θεωρήσουμε ότι παρακολουθούμε σε κινηματογραφική ταινία (ή βίντεο) μία επιφάνεια μπιλιάρδου χωρίς όρια. Στο κέντρο είναι στημένες στην τριγωνική διάταξη εκκίνησης οι μπίλιες, και ξαφνικά μια μπίλια εμφανίζεται από κάπου και χτυπάει με δύναμη τις συγκεντρωμένες μπίλιες, στέλνοντάς τες προς όλες τις κατευθύνσεις.

Ας φανταστούμε τώρα μια δεύτερη σκηνή.

Βλέπουμε (σε ταινία ή βίντεο) μια άδεια επιφάνεια μπιλιάρδου, και ξαφνικά έρχονται μπίλιες από διάφορες κατευθύνσεις και συγκεντρώνονται σ’ ένα σφικτό τέλειο τρίγωνο, εκτοξεύοντας ταυτόχρονα και μία μπίλια προς τα έξω.

Είναι προφανώς λογικό να σκεφτούμε ότι η πρώτη σκηνή είναι παιγμένη προς την σωστή χρονική κατεύθυνση, ενώ η δεύτερη είναι παιγμένη ανάποδα.

Όμως κανένας φυσικός νόμος δεν εμποδίζει να συμβεί το γεγονός της δεύτερης σκηνής, απλά θα πρέπει «κάποιος» να υπολογίσει τις γωνίες, τις θέσεις και τις ταχύτητες των μπιλιών με πολύ μεγάλη ακρίβεια (άρα να καταβάλει σημαντική ενέργεια) * και στη συνέχεια να τις εκτοξεύσει ώστε να κινηθούν αντίθετα προς την αύξηση της «εντροπίας» τους (δηλαδή της αταξίας τους), που στον κόσμο μας καθορίζει τη φυσιολογική φορά της ροής του χρόνου.

Συνεπώς, το να μην είναι παιγμένη ανάποδα η δεύτερη σκηνή δεν είναι αδύνατον, απλά είναι εξαιρετικά απίθανο.

*Και όμως αυτό ακριβώς συμβαίνει στο CERN, όπου οι επιστήμονες παίζουν «ανάποδο μπιλιάρδο» συστηματικά. Συνθέτουν τις τροχιές και ταχύτητες των σωματιδίων που προκύπτουν από τις διασπάσεις στον επιταχυντή, για να καθορίσουν τις ιδιότητες των αρχικών σωματιδίων. 

60. Το νερό, ένα «μαγικό» υγρό. 
Το νερό είναι η πιο κοινή, πιο γνωστή, αλλά ταυτόχρονα και η πιο περίεργη ουσία στη Γη.
Η παραδοξότητά της οφείλεται βασικά στο γεγονός ότι το μόριο του νερού δεν είναι συμμετρικό, αλλά τα δύο άτομα του υδρογόνου σχηματίζουν μια ανοικτή γωνία μεταξύ τους έχοντας το άτομο του οξυγόνου ανάμεσά τους, με αποτέλεσμα να παρουσιάζουν ηλεκτρική πόλωση. 
Σε αυτή την ιδιότητα χρωστάει το νερό την επιφανειακή τάση που αναπτύσσει (σαν να το περιβάλλει μια λεπτή μεμβράνη), αλλά και το γεγονός ότι παραμένει υγρό στις συνηθισμένες θερμοκρασίες, ενώ ακόμα και σημαντικά βαρύτερα μόρια είναι αέρια. 
Η ιδιότητα όμως του νερού με τη σημαντικότερη επίπτωση στη ζωή στη Γη είναι ότι η πυκνότητα του μειώνεται κάτω από τους 4^ο C, με αποτέλεσμα ο πάγος να επιπλέει και οι υδάτινοι όγκοι να παγώνουν μόνο επιφανειακά, προστατεύοντας τη ζωή στο βάθος τους. 
Επίσης, το σημείο βρασμού του είναι ιδιαίτερα υψηλό και για να μετατραπεί σε αέριο απορροφά σημαντική ποσότητα θερμότητας (λανθάνουσα θερμότητα), η οποία αποδίδεται αντίστοιχα κατά την υγροποίησή του (πολύ χρήσιμο στις ατμομηχανές).
Ακόμα, είναι με διαφορά το πιο αποτελεσματικό διαλυτικό όλων σχεδόν των ουσιών της γης, ενώ είναι διαφανές μόνο στο ορατό τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος (μην περιμένετε λοιπόν να μαυρίσετε μέσα στο νερό).
Τέλος, ρίξτε μια ματιά στο φαινόμενο Mpemba (θέμα 51), για να διαπιστώστε ότι το νερό έχει και άλλους «άσσους» στο μανίκι του! 

61. Βαθμός απόδοσης 300%? 
Είναι γνωστό ότι ο ενεργειακός βαθμός απόδοσης μιας συσκευής, που είναι ο λόγος της προσφερόμενης ενέργειας στο σύστημα προς την αποδιδόμενη ενέργεια παραμένει πάντα μικρότερος από τη μονάδα, δηλαδή μικρότερος από 100%, γι’ αυτό δεν πρόκειται ποτέ να υπάρξει το αεικίνητο.  
Κάποιες μάλιστα συσκευές που οι εφευρέτες τους ισχυρίζονταν ότι ήταν «αεικίνητα», αποδείχθηκε ότι στην πραγματικότητα έπαιρναν ενέργεια από το περιβάλλον σαν θερμότητα, φως κλπ.
Υπάρχει όμως μια συσκευή η οποία όχι μόνο ξεπερνάει σε ενεργειακή απόδοση το 100%, αλλά φθάνει στο 300% ή και περισσότερο! 
Και μάλιστα δεν πρόκειται για κάποια «εξωτική» συσκευή αλλά για την αντλία θερμότητας που βρίσκεται στην καρδιά κάθε κλιματιστικού συστήματος. 
Η αιτία για μια τέτοια φαινομενικά εξωπραγματική απόδοση είναι ότι η αντλία θερμότητας δεν χρησιμοποιεί την ηλεκτρική ενέργεια με την οποία την τροφοδοτούμε για να τη μετατρέψει σε θερμότητα, όπως πχ κάνει μία ηλεκτρική θερμάστρα, αλλά για να μεταφέρει θερμότητα από μία περιοχή σε μία άλλη.

Μάλιστα, αν χρησιμοποιηθεί το έδαφος σαν δεξαμενή θερμότητας (γεωεναλλάκτης) αντί του αέρα, ο βαθμός απόδοσης μιας σύγχρονης αντλίας θερμότητας (με inverter) μπορεί να φθάσει και το 500%! 

62. Γιατί τα μεταλλικά αντικείμενα είναι κρύα στην αφή? 
Επειδή έχουν πολύ μεγαλύτερη θερμική αγωγιμότητα από τα υπόλοιπα υλικά και οι υποδοχείς στο δέρμα μας ερμηνεύουν την αίσθηση ανάλογα με την ένταση και τη φορά της ροής της θερμότητας κατά την επαφή, σαν περισσότερο κρύο ή ζέστη. 

Όμως για να συμβεί αυτό δηλαδή ροή θερμότητας, θα πρέπει το αντικείμενο που ακουμπάμε να έχει διαφορετική θερμοκρασία από αυτή του σώματός μας (36^ο C), κάτι που βέβαια συνήθως ισχύει καθώς η θερμοκρασία των χώρων και των αντικειμένων είναι σχεδόν πάντα χαμηλότερη από αυτή του σώματός μας, γεγονός που ερμηνεύεται από τον εγκέφαλό μας σαν κρύο. 

63. Δυνάμεις διαστολής. 

Είναι γνωστό ότι οι δυνάμεις διαστολής και συστολής είναι πολύ μεγάλες και ειδικά στα στερεά προκαλούν σοβαρές παραμορφώσεις εάν εμποδιστούν. 
Πόσο μεγάλες όμως είναι αυτές οι δυνάμεις?
Μια ιδέα του μεγέθους τους παίρνουμε αν τις θεωρήσουμε ίσες με τις δυνάμεις που απαιτούνται για να επιφέρουμε την ίδια παραμόρφωση, χωρίς αύξηση της θερμοκρασίας του υλικού.

Για παράδειγμα, η δύναμη που θα ασκήσει ένα κομμάτι σίδερο που θα εμποδιστεί να διασταλεί εφόσον θερμανθεί, είναι ίση με τη δύναμη που θα πρέπει να εφαρμόσουμε για να το επιμηκύνουμε κατά το ίδιο ποσοστό τεντώνοντάς το μηχανικά, χωρίς να το θερμάνουμε. 

64. Ιστοφόρο ταχύτερο από τον άνεμο?

Ακούγεται παράδοξο ένα ιστιοφόρο να μπορεί να κινηθεί ταχύτερα από το ίδιο τον άνεμο και πράγματι αυτό είναι αδύνατον στην ούρια πλεύση, δηλαδή όταν ο άνεμος έρχεται από την πρύμνη και σπρώχνει το πανί σαν ένα εμπόδιο.

Φυσικά για χιλιάδες χρόνια τα ιστιοφόρα ταξίδευαν με αυτόν τον τρόπο, γι’ αυτόν τον λόγο ο ούριος άνεμος ήταν τόσο επιθυμητός.

Στα σύγχρονα όμως ιστιοφόρα το πανί χρησιμοποιείται σαν κατακόρυφα τοποθετημένη πτέρυγα και αξιοποιείται καλύτερα όταν ο άνεμος έρχεται από τα πλάγια του σκάφους, οπότε το πανί τον εκτρέπει αεροδυναμικά λοξά προς τα πίσω.

Αυτή η αλλαγή κατεύθυνσης του ανέμου δημιουργεί λοξή προς τα εμπρός ώση επάνω στο πανί και κατ’ επέκταση στο σκάφος.

Απαραίτητη προϋπόθεση όμως για την αξιοποίηση αυτών των λοξών δυνάμεων που αναπτύσσονται επάνω στο σκάφος είναι η ύπαρξη μιας μεγάλης σε επιφάνεια καρίνας που «κόβει» την πλευρική κίνηση του σκάφους και επιτρέπει ουσιαστικά μόνο την κίνηση κατά τον διαμήκη άξονά του.

Έτσι, καθώς η κίνηση του σκάφους γίνεται κάθετα προς τον τοπικό άνεμο (βέβαια ο φαινόμενος άνεμος επηρεάζεται από την κίνηση του σκάφους), ένα καλοσχεδιασμένο αγωνιστικό ιστιοφόρο μπορεί να κινηθεί με ταχύτητα στο νερό μεγαλύτερη από την ταχύτητα του τοπικού ανέμου ως προς το νερό.

 

 

                                                                        Γ. Μεταξάς