ΓΙΑΤΙ ΜΠΑΜΠΑ; ΑΠΛΕΣ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΣΕ ΚΑΘΗΜΕΡΙΝΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ( ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΓΙΑ ΟΛΟΥΣ )
Του Λουκά Αθανασέκου, Φυσικός
MSc «Φωτονική & Οπτοηλεκτρονικές διατάξεις»
Υποψ. Διδάκτορας τμημ. Επιστήμης των Υλικών, Παν. Πατρών
Ερωτήσεις: athanasekos@eie.gr
Πώς σχηματίζεται το τσουνάμι και πόσο μακριά εισέρχεται στην ακτή;
Εισαγωγικά θα ήταν σκόπιμο να αναφέρουμε πώς δημιουργούνται τα κύματα. Για να δημιουργηθεί ένα κύμα, πρέπει να υπάρχει μια ταλαντούμενη πηγή και ένα μέσο διάδοσης. Φανταστείτε να κρατάμε με το χέρι μας ένα κομμάτι σχοινί και να αρχίσουμε να το κουνάμε πάνω-κάτω. Τότε παρατηρούμε τη δημιουργία ενός κύματος που διαδίδεται κατά μήκος του σχοινιού. Στην περίπτωση αυτή, το χέρι μας είναι η πηγή και το σχοινί είναι το μέσο διάδοσης. Το τσουνάμι είναι απλά ένα γιγάντιο επιφανειακό κύμα της θάλασσας. Δημιουργούνται συνήθως από υποθαλάσσιους σεισμούς ή υποθαλάσσιες εκρήξεις ηφαιστείων οι οποίες εκτινάσσουν τα στρώματα νερού που βρίσκονται από πάνω τους. Το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό του είναι το μήκος κύματος, η απόσταση δηλαδή μιας κορυφής από την διπλανή της. Όσο μεγαλύτερο είναι το μήκος κύματος, τόσο γρηγορότερα κινείται στην επιφάνεια και τόσο βαθύτερα εκτείνεται κάτω από αυτήν.
Το μήκος κύματος ενός τσουνάμι είναι εκατοντάδες μέτρα. Κατά συνέπεια, ταξιδεύει με ταχύτητα πολλών χιλιομέτρων την ώρα και εκτείνεται σε μεγάλο βάθος μέσα στη θάλασσα. Μεταφέρει, δε, ένα τεράστιο ποσό ενέργειας , το οποίο φτάνει τελικά στην ακτή. Καθώς πλησιάζουν στην ακτή, χάνουν το αρχικό τους σχήμα, λόγω του μικρού βάθους της θάλασσας κοντά στην ακτή. Το ύψος των κυμάτων , όπως επίσης και η απόσταση που διανύουν στις παράκτιες περιοχές εξαρτάται από την ενέργειά τους. Κύματα με ύψος 10-20 μέτρα τα οποία εισέρχονται εκατοντάδες μέτρα στην παραλία είναι πολύ συνηθισμένα. Το φαινόμενο σταματά, με ολέθρια πολλές φορές αποτελέσματα, όταν εξασθενήσουν τα κύματα, λόγω της απώλειας της ενέργειάς τους.
Πώς λειτουργούν τα χειρουργικά λέιζερ;
Τα λέιζερς χρησιμοποιούνται στην ιατρική με ένα πλήθος τρόπων. Στην χειρουργική, λειτουργούν συνήθως ως έντονες πηγές θερμότητας. Εστιάζουν μεγάλα ποσά ενέργειας σε πολύ μικρή περιοχή, με αποτέλεσμα να καίνε τον ιστό του δέρματος. Κατά συνέπεια, δεν προκαλούν μεγάλης έκτασης αιμάτωμα στην περιοχή. Από τις πιο σημαντικές επεμβάσεις που πραγματοποιούνται με λέιζερ, είναι στα μάτια. Λόγω κάποιων φαινομένων που λαμβάνουν χώρα και που είναι μάλλον δύσκολο να εξηγηθούν απλά, οι παλμοί λέιζερ που στέλνονται εκεί, έχουν πολύ μικρό βάθος διείσδυσης , οπότε φτάνουν μόνο στα ανώτερα στρώματα του ιστού. Έτσι, οι χειρουργοί μπορούν να αφαιρέσουν τα εξωτερικά στρώματα του ιστού, χωρίς να καταστρέφουν τα εσωτερικά στρώματα του αμφιβληστροειδούς χιτώνα του ματιού.
Του Λουκά Αθανασέκου, Φυσικός
MSc «Φωτονική & Οπτοηλεκτρονικές διατάξεις»
Υποψ. Διδάκτορας τμημ. Επιστήμης των Υλικών, Παν. Πατρών
Ερωτήσεις: athanasekos@eie.gr
Πώς σχηματίζεται το τσουνάμι και πόσο μακριά εισέρχεται στην ακτή;
Εισαγωγικά θα ήταν σκόπιμο να αναφέρουμε πώς δημιουργούνται τα κύματα. Για να δημιουργηθεί ένα κύμα, πρέπει να υπάρχει μια ταλαντούμενη πηγή και ένα μέσο διάδοσης. Φανταστείτε να κρατάμε με το χέρι μας ένα κομμάτι σχοινί και να αρχίσουμε να το κουνάμε πάνω-κάτω. Τότε παρατηρούμε τη δημιουργία ενός κύματος που διαδίδεται κατά μήκος του σχοινιού. Στην περίπτωση αυτή, το χέρι μας είναι η πηγή και το σχοινί είναι το μέσο διάδοσης. Το τσουνάμι είναι απλά ένα γιγάντιο επιφανειακό κύμα της θάλασσας. Δημιουργούνται συνήθως από υποθαλάσσιους σεισμούς ή υποθαλάσσιες εκρήξεις ηφαιστείων οι οποίες εκτινάσσουν τα στρώματα νερού που βρίσκονται από πάνω τους. Το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό του είναι το μήκος κύματος, η απόσταση δηλαδή μιας κορυφής από την διπλανή της. Όσο μεγαλύτερο είναι το μήκος κύματος, τόσο γρηγορότερα κινείται στην επιφάνεια και τόσο βαθύτερα εκτείνεται κάτω από αυτήν.
Το μήκος κύματος ενός τσουνάμι είναι εκατοντάδες μέτρα. Κατά συνέπεια, ταξιδεύει με ταχύτητα πολλών χιλιομέτρων την ώρα και εκτείνεται σε μεγάλο βάθος μέσα στη θάλασσα. Μεταφέρει, δε, ένα τεράστιο ποσό ενέργειας , το οποίο φτάνει τελικά στην ακτή. Καθώς πλησιάζουν στην ακτή, χάνουν το αρχικό τους σχήμα, λόγω του μικρού βάθους της θάλασσας κοντά στην ακτή. Το ύψος των κυμάτων , όπως επίσης και η απόσταση που διανύουν στις παράκτιες περιοχές εξαρτάται από την ενέργειά τους. Κύματα με ύψος 10-20 μέτρα τα οποία εισέρχονται εκατοντάδες μέτρα στην παραλία είναι πολύ συνηθισμένα. Το φαινόμενο σταματά, με ολέθρια πολλές φορές αποτελέσματα, όταν εξασθενήσουν τα κύματα, λόγω της απώλειας της ενέργειάς τους.
Πώς λειτουργούν τα χειρουργικά λέιζερ;
Τα λέιζερς χρησιμοποιούνται στην ιατρική με ένα πλήθος τρόπων. Στην χειρουργική, λειτουργούν συνήθως ως έντονες πηγές θερμότητας. Εστιάζουν μεγάλα ποσά ενέργειας σε πολύ μικρή περιοχή, με αποτέλεσμα να καίνε τον ιστό του δέρματος. Κατά συνέπεια, δεν προκαλούν μεγάλης έκτασης αιμάτωμα στην περιοχή. Από τις πιο σημαντικές επεμβάσεις που πραγματοποιούνται με λέιζερ, είναι στα μάτια. Λόγω κάποιων φαινομένων που λαμβάνουν χώρα και που είναι μάλλον δύσκολο να εξηγηθούν απλά, οι παλμοί λέιζερ που στέλνονται εκεί, έχουν πολύ μικρό βάθος διείσδυσης , οπότε φτάνουν μόνο στα ανώτερα στρώματα του ιστού. Έτσι, οι χειρουργοί μπορούν να αφαιρέσουν τα εξωτερικά στρώματα του ιστού, χωρίς να καταστρέφουν τα εσωτερικά στρώματα του αμφιβληστροειδούς χιτώνα του ματιού.
Πώς λειτουργούν τα φρένα ABS;
Ένα τυπικό σύστημα ΑΒS αποτελείται από μια κεντρική ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου, τέσσερις αισθητήρες ταχύτητας στους τροχούς και μια ή δύο υδραυλικές βαλβίδες μέσα στα φρένα. Η ηλεκτρονική μονάδα συνεχώς ελέγχει την ταχύτητα στρέψης των τροχών, και όταν ανιχνεύσει ότι κάποιος τροχός στρέφεται πολύ αργά με σχέση με τους υπόλοιπους ενεργοποιεί τις βαλβίδες ώστε να μειώσουν την υδραυλική πίεση στον συγκεκριμένο τροχό, μειώνοντας έτσι την ένταση φρεναρίσματος. Όταν ο τροχός αρχίσει να κινείται και πάλι γρήγορα , δίνεται εντολή να αυξηθεί η πίεση και έτσι η ένταση φρεναρίσματος αυξάνεται εκ νέου. Η διαδικασία αυτή επαναλαμβάνεται συνεχώς , κάτι που νιώθει ο οδηγός στο πόδι του ως παλμούς φρεναρίσματος, θα λέγαμε. Ένα τυπικό σύστημα μπορεί να αυξομειώσει την ένταση μέχρι και 20 φορές το δευτερόλεπτο!
Πώς λειτουργούν τα υποβρύχια;
Τα υποβρύχια και τα πλοία μπορούν να επιπλέουν, επειδή το βάρος του νερού που εκτοπίζουν είναι ίσο με το βάρος τους. Το φαινόμενο αυτό ήταν γνωστό από την αρχαιότητα ( γνωστό και ως Αρχή του Αρχιμήδη). Το εκτόπισμα του νερού δημιουργεί μια δύναμη προς τα πάνω( άνωση), αντίθετη προς τη βαρύτητα. Αντίθετα με το πλοίο, το υποβρύχιο μπορεί να ρυθμίζει την πλευστότητά του, ώστε να ανεβαίνει ή να κατεβαίνει από την επιφάνεια της θάλασσας.
Για την ρύθμιση της πλευστότητας τα υποβρύχια έχουν δεξαμενές οι οποίες μπορούν να γεμίζουν ή να αδειάζουν από νερό με αντλίες. Όταν βρίσκονται στην επιφάνεια, οι δεξαμενές αυτές είναι άδειες, οπότε η πυκνότητα του υποβρυχίου ( μάζα/όγκος) είναι μικρότερη από αυτήν του νερού. Όταν το υποβρύχιο χρειαστεί να καταδυθεί, δίνεται εντολή να γεμίσουν οι δεξαμενές με νερό, οπότε και η πυκνότητα του υποβρυχίου γίνεται μεγαλύτερη ( λόγω της προστιθέμενης μάζας του νερού που εισέρχεται , καταλαμβάνοντας, όμως , τον ίδιο συνολικό όγκο). Τότε, το υποβρύχιο αρχίζει να καταδύεται, λόγω της λεγόμενης αρνητικής πλευστότητας που έχει πλέον αποκτήσει. Ρυθμίζοντας την ποσότητα του νερού που εισέρχεται στις δεξαμενές, μπορεί να ρυθμιστεί και το βάθος κατάδυσης. Όταν π.χ. η ποσότητα νερού είναι τόση ώστε να εξισορροπούνται οι δυνάμεις της άνωσης και της βαρύτητας σε ένα συγκεκριμένο βάθος, το υποβρύχιο αποκτά στο βάθος αυτό ουδέτερη πλευστότητα.
Μπορούν τα λέιζερ υπερύθρου, οι θερμικές κάμερες, οι ψηφιακές κάμερες ή οι κάμερες οπτικής ίνας να χρησιμοποιηθούν για να βλέπουμε μέσα από τοίχο;
Δυστυχώς, οι ταινίες και η τηλεόραση έχουν κάνει δυσδιάκριτο για πολλούς το διαχωρισμό μεταξύ πραγματικότητας και επιστημονικής φαντασίας! Γεγονός είναι ότι πολύ δύσκολα θα μπορούσαμε να δούμε μέσα από τους τοίχους ενός σπιτιού. Αυτό συμβαίνει γιατί μπλοκάρουν το ορατό, υπέρυθρο και υπεριώδες φάσμα της ακτινοβολίας σχεδόν απόλυτα, κάνοντας εξαιρετικά δύσκολη την κατασκοπεία! Οι θερμικές και ψηφιακές κάμερες θα έχουν το ίδιο ακριβώς αποτέλεσμα. Υπάρχουν υλικά τα οποία ενώ είναι αδιαφανή στο ορατό, είναι σχετικά διαφανή στο υπέρυθρο ( δηλαδή επιτρέπουν τη διέλευσή του από μέσα τους). Τέτοια υλικά είναι π.χ. τα πλαστικά και κάποια υφάσματα. Εντούτοις, τα υλικά των τοίχων είναι τόσο αδιαφανή και έχουν τέτοιο πάχος , ώστε το υπέρυθρο δεν μπορεί να διεισδύσει. Τα μόνα ηλεκτρομαγνητικά κύματα που μπορούν να διεισδύσουν είναι τα ραδιοκύματα, τα μικροκύματα και οι ακτίνες Χ. Όσον αφορά την πιθανότητα να παρακολουθούνται οι συνομιλίες με κάποιο λέιζερ , αυτό είναι μια πραγματικότητα. Οι επιφάνειες δονούνται με την παρουσία ήχου και είναι πιθανό να παρακολουθούνται αυτές οι δονήσεις μέσω του ανακλώμενου φωτός. Όμως, η τεχνολογία που κρύβεται από πίσω είναι τόσο πολύπλοκη ώστε δεν είναι κάτι που μπορεί να χρησιμοποιείται συχνά!
Ένα τυπικό σύστημα ΑΒS αποτελείται από μια κεντρική ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου, τέσσερις αισθητήρες ταχύτητας στους τροχούς και μια ή δύο υδραυλικές βαλβίδες μέσα στα φρένα. Η ηλεκτρονική μονάδα συνεχώς ελέγχει την ταχύτητα στρέψης των τροχών, και όταν ανιχνεύσει ότι κάποιος τροχός στρέφεται πολύ αργά με σχέση με τους υπόλοιπους ενεργοποιεί τις βαλβίδες ώστε να μειώσουν την υδραυλική πίεση στον συγκεκριμένο τροχό, μειώνοντας έτσι την ένταση φρεναρίσματος. Όταν ο τροχός αρχίσει να κινείται και πάλι γρήγορα , δίνεται εντολή να αυξηθεί η πίεση και έτσι η ένταση φρεναρίσματος αυξάνεται εκ νέου. Η διαδικασία αυτή επαναλαμβάνεται συνεχώς , κάτι που νιώθει ο οδηγός στο πόδι του ως παλμούς φρεναρίσματος, θα λέγαμε. Ένα τυπικό σύστημα μπορεί να αυξομειώσει την ένταση μέχρι και 20 φορές το δευτερόλεπτο!
Πώς λειτουργούν τα υποβρύχια;
Τα υποβρύχια και τα πλοία μπορούν να επιπλέουν, επειδή το βάρος του νερού που εκτοπίζουν είναι ίσο με το βάρος τους. Το φαινόμενο αυτό ήταν γνωστό από την αρχαιότητα ( γνωστό και ως Αρχή του Αρχιμήδη). Το εκτόπισμα του νερού δημιουργεί μια δύναμη προς τα πάνω( άνωση), αντίθετη προς τη βαρύτητα. Αντίθετα με το πλοίο, το υποβρύχιο μπορεί να ρυθμίζει την πλευστότητά του, ώστε να ανεβαίνει ή να κατεβαίνει από την επιφάνεια της θάλασσας.
Για την ρύθμιση της πλευστότητας τα υποβρύχια έχουν δεξαμενές οι οποίες μπορούν να γεμίζουν ή να αδειάζουν από νερό με αντλίες. Όταν βρίσκονται στην επιφάνεια, οι δεξαμενές αυτές είναι άδειες, οπότε η πυκνότητα του υποβρυχίου ( μάζα/όγκος) είναι μικρότερη από αυτήν του νερού. Όταν το υποβρύχιο χρειαστεί να καταδυθεί, δίνεται εντολή να γεμίσουν οι δεξαμενές με νερό, οπότε και η πυκνότητα του υποβρυχίου γίνεται μεγαλύτερη ( λόγω της προστιθέμενης μάζας του νερού που εισέρχεται , καταλαμβάνοντας, όμως , τον ίδιο συνολικό όγκο). Τότε, το υποβρύχιο αρχίζει να καταδύεται, λόγω της λεγόμενης αρνητικής πλευστότητας που έχει πλέον αποκτήσει. Ρυθμίζοντας την ποσότητα του νερού που εισέρχεται στις δεξαμενές, μπορεί να ρυθμιστεί και το βάθος κατάδυσης. Όταν π.χ. η ποσότητα νερού είναι τόση ώστε να εξισορροπούνται οι δυνάμεις της άνωσης και της βαρύτητας σε ένα συγκεκριμένο βάθος, το υποβρύχιο αποκτά στο βάθος αυτό ουδέτερη πλευστότητα.
Μπορούν τα λέιζερ υπερύθρου, οι θερμικές κάμερες, οι ψηφιακές κάμερες ή οι κάμερες οπτικής ίνας να χρησιμοποιηθούν για να βλέπουμε μέσα από τοίχο;
Δυστυχώς, οι ταινίες και η τηλεόραση έχουν κάνει δυσδιάκριτο για πολλούς το διαχωρισμό μεταξύ πραγματικότητας και επιστημονικής φαντασίας! Γεγονός είναι ότι πολύ δύσκολα θα μπορούσαμε να δούμε μέσα από τους τοίχους ενός σπιτιού. Αυτό συμβαίνει γιατί μπλοκάρουν το ορατό, υπέρυθρο και υπεριώδες φάσμα της ακτινοβολίας σχεδόν απόλυτα, κάνοντας εξαιρετικά δύσκολη την κατασκοπεία! Οι θερμικές και ψηφιακές κάμερες θα έχουν το ίδιο ακριβώς αποτέλεσμα. Υπάρχουν υλικά τα οποία ενώ είναι αδιαφανή στο ορατό, είναι σχετικά διαφανή στο υπέρυθρο ( δηλαδή επιτρέπουν τη διέλευσή του από μέσα τους). Τέτοια υλικά είναι π.χ. τα πλαστικά και κάποια υφάσματα. Εντούτοις, τα υλικά των τοίχων είναι τόσο αδιαφανή και έχουν τέτοιο πάχος , ώστε το υπέρυθρο δεν μπορεί να διεισδύσει. Τα μόνα ηλεκτρομαγνητικά κύματα που μπορούν να διεισδύσουν είναι τα ραδιοκύματα, τα μικροκύματα και οι ακτίνες Χ. Όσον αφορά την πιθανότητα να παρακολουθούνται οι συνομιλίες με κάποιο λέιζερ , αυτό είναι μια πραγματικότητα. Οι επιφάνειες δονούνται με την παρουσία ήχου και είναι πιθανό να παρακολουθούνται αυτές οι δονήσεις μέσω του ανακλώμενου φωτός. Όμως, η τεχνολογία που κρύβεται από πίσω είναι τόσο πολύπλοκη ώστε δεν είναι κάτι που μπορεί να χρησιμοποιείται συχνά!
-page-001.jpg)
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου