Το βήμα των Ορχομένιων Επιστημόνων

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

Τι είναι το βόρειο σέλας;
Το βόρειο σέλας ( aurora borealis) είναι ένα εντυπωσιακό φωτεινό ουράνιο φαινόμενο που συμβαίνει στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας, κυρίως στις πολικές περιοχές ( βόρειο και νότιο σέλας, αντίστοιχα). Δημιουργείται όταν ηλεκτρικά φορτισμένα σωματίδια, τα οποία διαφεύγουν από την επιφάνεια του Ήλιου, εισέρχονται στην γήινη ατμόσφαιρα, όπου συγκρούονται με τα σωματίδια του αέρα, αναγκάζοντάς τα να απελευθερώσουν ενέργεια με τη μορφή λάμψης. Ο Ήλιος εκπέμπει ένα σταθερό ρεύμα σωματιδίων , το οποίο δεν δημιουργεί σέλας σε κανονικές συνθήκες. Σε περιόδους, όμως, έντονης ηλιακής δραστηριότητας, καθώς παρουσιάζεται ένα φαινόμενο γνωστό ως ηλιακή κηλίδα, εκτινάσσονται στο διάστημα μεγάλες ποσότητες σωματιδίων, τα οποία είναι μαγνητισμένα. Λόγω του μαγνητισμού τους, συσσωρεύονται στις περιοχές της γης όπου υπάρχουν έντονα μαγνητικά πεδία, όπως είναι οι πόλοι. Το σέλας έχει συνήθως πράσινο χρώμα, αν και ανάλογα με το ύψος που βρίσκεται μπορεί να έχει και κόκκινες ή βυσσινί αποχρώσεις.

Τι είναι το σκληρό νερό; Πώς μας επηρεάζει;
Σκληρό ονομάζεται το νερό των πηγών, το οποίο περιέχει μεγάλες ποσότητες αλάτων. Καθώς τα επιφανειακά νερά εισχωρούν στο έδαφος, διεισδύουν στα διάφορα πετρώματα, διαλύοντας ορισμένες από τις χημικές ενώσεις που περιέχονται σε αυτά. Για να διαπιστώσουμε αν ένα νερό είναι σκληρό, αρκεί να διαλύσουμε σε αυτό ένα σαπούνι. Αν σχηματιστεί αρκετός αφρός, σημαίνει ότι το νερό είναι μαλακό. Αν δεν σχηματίζεται αφρός, ή έστω δεν είναι πλούσιος, σημαίνει ότι το νερό είναι σκληρό. Βράζοντας το νερό, το όξινο ανθρακικό ασβέστιο μετατρέπεται σε αδιάλυτο ανθρακικό ασβέστιο και παραμένει στον πυθμένα του δοχείου, σχηματίζοντας ένα λευκό υπόλειμμα γνωστό και ως πουρί. Όλα σχεδόν τα πόσιμα νερά περιέχουν, εκτός από τα όξινα ανθρακικά άλατα, και άλλα που διαλύονται στο νερό, όταν αυτό τα συναντά στο έδαφος, όπως χλωριούχο νάτριο (ΝaCl), θειϊκό ασβέστιο (CaSΟ4), θειϊκό μαγνήσιο (ΜgSΟ4) κ.λ.π. Όταν, όμως, το νερό περιέχει μεγάλη ποσότητα διαλυμένων αλάτων, λέγεται σκληρό νερό. Το σκληρό νερό είναι ακατάλληλο για την πλύση με σαπούνι, γιατί σχηματίζονται σ' αυτό αδιάλυτοι σάπωνες ασβεστίου και μαγνησίου που δεν έχουν καμία απορρυπαντική ικανότητα. Με παρόμοιο τρόπο σχηματίζονται στα σπήλαια οι σταλακτίτες και οι σταλαγμίτες. Οι περίεργοι σχηματισμοί που παρατηρούμε δεν είναι τίποτε άλλο από άλατα που περιέχονται στο νερό που εισέρχεται στα σπήλαια.

Γιατί όταν καταδυόμαστε, μας πονάνε τα αυτιά μας; Φυσική της κατάδυσης ...
Όλοι σχεδόν έχουμε παρατηρήσει ότι όταν κάνουμε βουτιά στη θάλασσα, μετά τα πρώτα μέτρα , νιώθουμε έναν πόνο στα αυτιά μας και αν συνεχίσουμε ο πόνος γίνεται όλο και εντονότερος. Όταν βρισκόμαστε στην επιφάνεια της θάλασσας, η πίεση που δεχόμαστε είναι 1 ατμόσφαιρα ( μονάδα μέτρησης της πίεσης), η οποία λέγεται και ατμοσφαιρική πίεση. Έτσι, τόσο στο έσω αυτί ( εσωτερικά του τυμπάνου) όσο και στο έξω αυτί, η πίεση είναι η ίδια. Όταν , όμως, καταδυθούμε η πίεση κάτω από τη θάλασσα αυξάνεται. Συγκεκριμένα, σε βάθος 10 μέτρων η πίεση γίνεται 2 ατμόσφαιρες. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τα αυτιά μας να δέχονται μια δύναμη ( μην ξεχνάμε ότι η πίεση και η δύναμη είναι μεγέθη ανάλογα- η πίεση είναι δύναμη ανά μονάδα επιφάνειας), προκαλώντας στο τύμπανό μας μια καμπύλωση. Όσο αυξάνεται το βάθος, αυξάνεται και η πίεση, άρα και η δύναμη που δέχονται τα αυτιά μας. Εννοείται ότι απαγορεύεται αυστηρά να καταδυθούμε όταν νιώσουμε αυτόν τον πόνο, γιατί θα προκαλέσουμε τραυματισμό στα τύμπανά μας ( γνωστό και ως βαροτραύμα). Με διάφορες τεχνικές εξίσωσης που υπάρχουν ( των οποίων η ανάλυση είναι πέρα από τα όρια του παρόντος άρθρου) μπορούμε να εξισώσουμε την πίεση στα αυτιά μας και να συνεχίσουμε την κατάδυσή μας. Παρόμοια φαινόμενα παρατηρούνται και όταν ταξιδεύουμε με το αεροπλάνο ή όταν ανεβαίνουμε ένα βουνό.
Ένα άλλο ενδιαφέρον φαινόμενο που συμβαίνει καθώς καταδυόμαστε ( το οποίο, όμως, δεν είμαστε σε θέση να το παρατηρήσουμε) είναι η μείωση του όγκου των πνευμόνων μας. Από τα σχολικά μας χρόνια θυμόμαστε την περίφημη καταστατική εξίσωση των αερίων. Αν και στα πραγματικά αέρια η εξίσωση αυτή διαφοροποιείται κάπως, εντούτοις ας θεωρήσουμε για λόγους απλότητας ότι εφαρμόζεται και στον αέρα που έχουμε εισπνεύσει πριν καταδυθούμε. Από τον νόμο της ισόθερμης μεταβολής, γνωρίζουμε ότι το γινόμενο πίεσης- όγκου παραμένει σταθερό. Αυτό σημαίνει πρακτικά ότι αν υποθέσουμε ότι οι πνεύμονές μας έχουν όγκο 6 λίτρα στην επιφάνεια (πίεση 1 ατμόσφαιρα), όταν καταδυθούμε σε βάθος 10 μέτρων ( πίεση 2 ατμόσφαιρες) ο όγκος των πνευμόνων έχει μειωθεί στο μισό, δηλαδή έχει γίνει 3 λίτρα!! Με την ίδια λογική, σε βάθος πχ 30 μέτρων ( πίεση 4 ατμόσφαιρες) , ο όγκος έχει γίνει μόλις 1,5 λίτρο! Αυτό, βέβαια δεν μας επηρεάζει άμεσα ( δεν σημαίνει ότι μειώνεται ο αέρας που έχουμε εισπνεύσει). Η συνολική ποσότητα του αέρα είναι η ίδια. Δεν πρέπει να ξεχνάμε ότι ο όγκος ενός αερίου είναι συνάρτηση της πίεσής του, αλλά και της θερμοκρασίας στην οποία βρίσκεται.