Δευτέρα, 24 Νοεμβρίου 2008

Nicolaus Copernicus, "Κρυμμένος στον καθεδρικό"

1473: Γεννιέται από μια εύπορη οικογένεια στις όχθες του Βιτούλα στη σημερινή Πολωνία, ο Κοπέρνικος εξελέγη κληρικός στο πρεσβυτέριο του καθεδρικού ναού του Frauenburg κυρίως χάρη στην επιρροή του θείου του Λου­κάς, ο οποίος ήταν Επίσκοπος της περιοχής Ermland (ανατολική Πρωσία). Σπούδασε νομικά και ιατρική στην Ιταλία, όμως το κύριο καθήκον του ως κληρικός ήταν να υπηρετεί τον Λούκας ως γιατρός και γραμματέας. Τα καθήκοντα δεν ήταν δυσβάσταχτα, και ο Κοπέρντκος στον ελεύθερο χρόνο του ασχολιόταν με διάφορες δραστηριότητες. Έγινε ειδικός στα οικονο­μικά και υπηρέτησε ως σύμβουλος στη νομισματική μεταρρύθμιση. Δημοσίευσε ακόμη και τις δικές του μεταφράσεις στα λατινικά του δυσνόητου έλληνα ποιητή Θεοφύλακτου Σιμοκάτη.
Ωστόσο, το μεγαλύτερο πάθος του Κοπέρνικου έγινε η αστρο­νομία, η οποία τον κέρδισε από τότε που στα φοιτητικά χρόνια του αγόρασε ένα αντίγραφο των Αλφονσείων Πινάκων. Αυτός ο ερασιτέ­χνης αστρονόμος θα απορροφούνταν όλο και περισσότερο από τη μελέτη της κίνησης των πλανητών, και οι ιδέες του θα τον καθι­στούσαν τελικά μία από τις πιο σημαντικές προσωπικότητες στην ι­στορία της επιστήμης.Είναι εκπληκτικό ότι όλη η έρευνα του Κοπέρνικου περί αστρο­νομίας περιλήφθηκε σε μόλις 11/2 δημοσίευση. Ακόμη μεγαλύτερη έκπληξη προκαλεί το γεγονός ότι αυτή η 11/2 δημοσίευση δεν διαβά­στηκε σχεδόν καθόλου στην εποχή του. To 1/2 αναφέρεται στο πρώ­το του έργο, το Commentariolus («Μικρό Σχόλιο»)[1], το οποίο ήταν χειρόγραφο, δεν κυκλοφόρησε ποτέ σε μορφή εκτυπωμένου τόμου, αλλά περίπου το 1514, άλλαξε χέρια ανάμεσα σε ελάχιστους αν­θρώπους. Παρ' όλα αυτά, σε ένα κείμενο μόλις είκοσι σελίδων, ο Κοπέρνικος συγκλόνισε το σύμπαν με την πιο ριζοσπαστική ιδέα στην αστρονομία για περισσότερα από χίλια χρόνια. Στην καρδιά αυτοΰ του φυλλαδίου βρίσκονταν τα επτά αξιώματα στα οποία βα­σίστηκε η θεώρηση του για το σύμπαν:
1. Το ουράνια σώματα δεν έχουν ένα κοινό κέντρο.
2. Το κέντρο της Γης δεν είναι το κέντρο του σύμπαντος.
3. Το κέντρο του σύμπαντος βρίσκεται κοντά στον Ήλιο.
4. Η απόσταση από τη Γη μέχρι τον Ήλιο είναι ασήμα­ντη σε σύγκριση με την απόσταση μέχρι τους αστέρες.
5. Η φαινόμενη ημερήσια κίνηση των αστέρων είναι α­ποτέλεσμα της περιστροφής της Γης γύρω από τον ά­ξονα της.
6. Η φαινόμενη ετήσια ακολουθία των κινήσεων του Ήλιου είναι αποτέλεσμα της περιφοράς της Γης γύ­ρω από αυτόν. Όλοι οι πλανήτες περιφέρονται γύρω από τον Ήλιο.
7. Η φαινόμενη ανάδρομη κίνηση ορισμένων από τους πλανήτες είναι απλώς αποτέλεσμα της θέσης μας ως παρατηρητές σε μια κινούμενη Γη.

Τα αξιώματα του Κοπέρνικου ήταν ακριβή από κάθε άποψη. Η Γη πράγματι περιστρέφεται, η Γη και οι υπόλοιποι πλανήτες πράγματι περιφέρονται γύρω από τον Ήλιο και αυτή η κίνηση πράγματι εξη­γεί τις ανάδρομες πλανητικές τροχιές, ενώ η αποτυχία ανίχνευσης αστρικής παράλλαξης οφειλόταν στη μεγάλη απόσταση των αστέ­ρων. Δεν είναι σαφές τι παρακίνησε τον Κοπέρνικο να διατυπώσει αυτά τα αξιώματα και να σπάσει την παραδοσιακή κοσμοθεώρηση, αλλά ίσως να επηρεάστηκε από τον Ντομένικο Μαρία ντε Νοβάρα, έναν από τους καθηγητές του στην Ιταλία. Ο Νοβάρα συμπα­θούσε την πυθαγόρεια παράδοση, η οποία βρισκόταν στις καταβο­λές της φιλοσοφίας του Αρίσταρχου, και ο Αρίσταρχος ήταν ο πρώ­τος που πρότεινε το ηλιοκεντικό μοντέλο 1700 χρόνια νωρίτερα. Το έργο Commentariolus ήταν ένα μανιφέστο για μια αστρονομι­κή ανταρσία, μια έκφραση της ενόχλησης και της απογοήτευσης του Κοπέρνικου για την άσχημη πολυπλοκότητα του αρχαίου πτολεμαϊκού μοντέλου. Αργότερα, καταδίκασε την πρόχειρη φύση του γεωκεντρικού μοντέλου: «Είναι σαν τον καλλιτέχνη, ο οποίος προ­κειμένου να φτιάξει τις εικόνες του, συγκεντρώνει τα χέρια, τα πό­δια, το κεφάλι και άλλα μέλη από διάφορα μοντέλα του -το καθένα εξαιρετικά ζωγραφισμένο, αλλά αδύνατον να συνδυαστούν σε ένα σώμα-, και αφού δεν μπορεί να τα ταιριάξει με κανένα τρόπο, κα­ταλήγει σε ένα αποτέλεσμα που μοιάζει με τέρας παρά με άνθρω­πο.» Ωστόσο, παρά το ριζοσπαστικό του περιεχόμενο, το φυλλάδιο δεν προκάλεσε αναταραχή στους κύκλους της ευρωπαϊκής διανόη­σης, εν μέρει επειδή διαβάστηκε από ελάχιστους και εν μέρει επει­δή ο συγγραφέας του ήταν ένας ασήμαντος ιερέας που εργαζόταν στις παρυφές της Ευρώπης.


Το 1512 ο θείος του Λούκας μάλλον δηλητηριάζεται από τους Τεύτονες Ιππότες, οι οποίοι τον περιέγραφαν ως «διάβολο με ανθρώπινο πρόσωπο»)και ο Κοπέρνικος είχε ακόμη περισσότερο χρόνο να ασχοληθεί με τις μελέτες του.


Το 1539, ο Γκέοργκ Γιόαχιμ φον Λάουχεν, γνωστός ως Ρέτικους, ταξίδεψε μέ­χρι το Φράουενμπουργκ για να βρει τον Κοπέρνικο και να μάθει πε­ρισσότερα για το κοσμολογικό μοντέλο του. Επρόκειτο για μια γεν­ναία κίνηση, όχι μόνο γιατί ο νεαρός Λουθηρανός θα αντιμετώπιζε ένα αβέβαιο καλωσόρισμα στο καθολικό Φράουενμπουργκ, αλλά και γιατί οι συνάδελφοι του δεν έβλεπαν με συμπάθεια την αποστο­λή του. Ο Μαρτίνος Λούθηρος περιέγραψε το κλίμα που επικρα­τούσε σχετικά με τον Κοπέρνικο σε έναν από τους Επιτραπέζιους Λόγους του: (Ακούγονται φήμες για έναν όψιμο αστρονόμο που θέ­λει να αποδείξει πως η Γη κινείται και περιφέρεται στον ουρανό α­ντί να περιφέρεται ο ουρανός, ο Ήλιος και η Σελήνη, σαν κάποιος που κινείται με μια άμαξα ή ένα πλοίο να ισχυριζόταν ότι αυτός εί­ναι ακίνητος ενώ το έδαφος και τα δέντρα είναι που περπατούν και κινούνται... Ο ανόητος θέλει να γυρίσει την τέχνη της αστρονομίας ανάποδα».
Ο Λούθηρος μάλλον στηρίχθηκε στο εδάφιο του Ιησού του Ναυή:

"Στάσου, ω ήλιε, ακίνητος πάνω απ' τη Γαββαιών,
κι εσύ Σελήνη, σταμάτα πάνω απ' την κοιλάδα του Αγιαλόν."
Κι ευθύς ο ήλιος στάθηκε ακίνητος κι η Σελήνη σταμάτησε,
ώσπου ο λαός να πάρει εκδίκηση από τους εχθρούς του.


1541, Πολωνία. Ο Ρέτικους, ξεκινά με τις ευλογίες του δασκάλου του για μια επικίνδυνη αποστολή προς το τυπογραφείο Πέτριους στη Νυρεμβέργη. Στις αποσκευές του κρύβει ένα χειρόγραφο αιρετικό για την εποχή του, το έργο De revolutionibus orbium coeksttum («Περί των Περιφορών των Ουρανίων Σωμάτων». Είχε σχεδιάσει να μείνει στη Νιρεμβέργη για να επιβλέψει ολόκληρη τη διαδικασία της εκτύπωσης, αλλά ξαφνικά τον κάλεσαν στη Λιψία για κάτι επείγον, και έτσι εξουσιοδότησε για την επίβλεψη έναν κληρικό ονόματι Αντρέας Οζιάντερ.

1542, Νιρεμβέργη. Η απουσία του Ρέτικους δίνει την ευκαιρία στον κληρικό Οζιάντερ να προσθέσει (ανώνυμα ) ένα πρόλογο, χωρίς τη συγκατάβαση του Κοπέρνικου, που στην ουσία ανακαλέι το ίδιο το έργο.

1543, Πολωνία: Ο Κοπέρνικος κατάκοιτος στο κρεβάτι, αγωνιζόταν να παραμείνει ζωντανός μέχρι να δει με τα μάτια του τελειωμένο το βιβλίο που περιείχε το έργο της ζωής του. Τα αντίγραφα της πραγματείας του έφτασαν ακριβώς τη σωστή ώρα. Ο φίλος του και κληρικός Τίντε-μαν Γκίζε έστειλε στον Ρέτικους μια επιστολή περιγράφοντας τη δοκιμασία του Κοπέρνικου: «Για πολλές μέρες έχει στερηθεί τη μνή­μη του και την πνευματική του ρώμη. Μόλις που πρόλαβε να δει το βιβλίο του ολοκληρωμένο- την επόμενη στιγμή πέθανε».
'Οταν ξεφύλλισε τις πρώτες τυπωμένες σελίδες, διάβασε τον πρόλογο παθαίνει εγκεφαλικό επεισόδιο. Το βιβλίο ήδη κυκλοφορούσε και ήταν πλέον πολύ αργά για οποιαδήποτε αλλαγή. Ίσως αυτός ο πρόλογος να τον οδήγησε στον τάφο.
Ο ίδιος είχε ετοιμάσει ένα πιο σκληρό πρόλογο. Σ' αυτόν ο Κοπέρνικος ήταν αρκετά σαφής ότι είχε την πρόθεση να υιοθετή­σει μια επιθετική στάση απέναντι στους επικριτές του: «Ίσως να υ­πάρχουν φλύαροι οι οποίοι, παρ' ότι εντελώς άσχετοι με τα μαθη­ματικά, θα αναλάβουν να κρίνουν μαθηματικά ερωτήματα και, δια­στρεβλώνοντας αποσπάσματα των Γραφών για το σκοπό τους, θα τολμήσουν να βρουν ψεγάδια στο εγχείρημα μου και να το λογοκρί­νουν αυστηρά. Τους αγνοώ μέχρι του σημείου να περιφρονήσω την κριτική τους ως αβάσιμη».
Ο Οζιάντερ ίσως να πίστευε πως ο Κοπέρνικος θα διωκόταν αν οι ιδέες του δημοσιοποιούνταν, και ίσως έβαλε τον πρόλογο με τις καλύτερες προθέσεις, ελπίζοντας πως έτσι θα κα­τεύναζε τις επικρίσεις. Στοιχεία για τις ανησυχίες του Οζιάντερ βρέθηκαν σε μια επιστολή προς τον Ρέτικους στην οποία αναφέρε­ται στους αριστοτελικούς, εννοώντας εκείνους που πίστευαν στη γεωκεντρική θεώρηση του σύμπαντος: «Οι αριστοτελικοί και οι θεο­λόγοι εξευμενίζονται εύκολα αν τους πούμε ότι... οι παρούσες υπο­θέσεις δεν προτείνονται επειδή είναι αληθείς, αλλά επειδή είναι πιο βολικές για τον υπολογισμό των φαινόμενων σύνθετων κινήσεων».


1616: Μετά από 70 χρόνια και όταν άρχισαν και άλλοι ερευνητές να το επικαλούνται ( Γαλιλαίος κ.ά.), ετέθη στον κατάλογο των απαγορευμένων βιβλίων του Βατικανού (Index librorum prohibitorum) ως «αντίθετο με την Αγία Γραφή».



2008 Χάγη: Γενετικές αναλύσεις σε δύο τρίχες και ένα δόντι έδωσαν οριστικό τέλος στη μακρόχρονη αναζήτηση του τάφου του Νικόλαου Κοπέρνικου, ο οποίος συγκλόνισε τον κόσμο τον 16ο αιώνα, όταν ανακοίνωσε ότι η Γη δεν είναι το κέντρο του Σύμπαντος.
Οι συγκρίσεις του γενετικού υλικού επιβεβαίωσαν ότι το λείψανο που είχε βρεθεί το 2005 στον καθεδρικό του Φρόμποργκ, στη βόρεια Πολωνία, ανήκει όντως στον «πατέρα» της σύγχρονης ηλιοκεντρικής αστρονομίας.
Ο Κοπέρνικος είχε διατελέσει ιερέας στον καθεδρικό του Φρόμποργκ ναό και συνεπώς ο ναός αυτός ήταν η πιθανή τελευταία κατοικία του.
Όπως μετέδωσε το Γαλλικό Πρακτορείο από τη Βαρσοβία, οι ειδικοί σύγκριναν το γενετικό υλικό δύο τριχών που είχαν βρεθεί στο Calendarium Romanum Magnum, ένα βιβλίο του Γιοχάνες Στέφλερ, το οποίο εκδόθηκε το 1518 και ανήκε στον Κοπέρνικο επί πολλά χρόνια, με ένα δόντι από το κρανίο και ένα κόκαλο που βρέθηκαν στο Φρόμποργκ. Όπως δήλωσε η ειδική της γενετικής Μαρί 'λεν από το σουηδικό πανεπιστήμιο της Ουψάλα, διαπιστώθηκε ότι όλα είχαν την ίδια γενετική αλληλουχία.
Μέχρι τώρα ο τάφος του Κοπέρνικου, που γεννήθηκε το 1473 στο Τόρουν της βόρειας Πολωνίας, αποτελούσε μυστήριο, παρά τις αναζητήσεις, επί δύο αιώνες, από Πολωνούς, Γάλλους και Γερμανούς ερευνητές.
Η ανακάλυψη έγινε τελικά από τον Πολωνό αρχαιολόγο Γιέρζι Γκασόφσκι, έπειτα από αίτημα του επισκόπου του Φρόμποργκ να μελετήσει τα εκατοντάδες απομεινάρια που είναι θαμμένα κάτω από τον ρωμαιοκαθολικό γοτθικό καθεδρικό της πόλης, η οποία βρίσκεται στην πολωνική βαλτική ακτή.
Το 2005 ανακαλύφθηκαν από τους αρχαιολόγους, κάτω από τα πλακάκια στο πάτωμα του καθεδρικού, το κρανίο και τα οστά ενός 70χρονου άνδρα, που παραδόθηκαν στο εγκληματολογικό εργαστήριο της πολωνικής αστυνομίας, η οποία σχεδίασε στον υπολογιστή μια πιθανή αναπαραγωγή του προσώπου, που είχε μεγάλη ομοιότητα με τα γνωστά πορτρέτα του Κοπέρνικου - συμπεριλαμβανομένης μιας ουλής πάνω από το φρύδι του και ενός σπασίματος στη μύτη.
Αν και η ηλιοκεντρική θεωρία είχε πρωτοδιατυπωθεί στην αρχαία Ελλάδα από τον Αρίσταρχο το Σάμιο, στη συνέχεια υποσκελίσθηκε από την πτολεμαϊκή γεωκεντρική θεωρία, που αργότερα είχε την υποστήριξη της ισχυρής Καθολικής Εκκλησίας. Ο Κοπέρνικος, με το έργο του De Revotutionibus Orbium Celestium, που εκδόθηκε λίγο πριν το θάνατό του το 1543, έφερε ξανά στο φως την κίνηση των ουράνιων σφαιρών (των πλανητών) γύρω από τον Ήλιο και όχι τη Γη, με συνέπεια να καταδικασθεί από τον Πάπα Παύλο τον 5ο το 1616, με το αιτιολογικό ότι αντιβαίνει στις Γραφές.
«Τώρα θα μπορέσουμε να αποδώσουμε τις οφειλόμενες τιμές στον Κοπέρνικο με ένα τάφο αντάξιο αυτής της επιφανούς ιστορικής προσωπικότητας» δήλωσε ο επίσκοπος του Φρόμποργκ, Γιάτσεκ Γιεζιέρσκι.


[1] Ο πλήρης τίιλος είναι De hypothesibus motuum coelestium ase constitutis commentariolus [Μικρό Σχόλιο για τις βάσεις των κινήσεων των ουρανίων σωμάτων, διατυπωμένες υποθέσεις].

Πηγές:

1. Singh,S, (2005), Big Bang, Εκδ. Τραυλός, Αθήνα.
2. Gingerich,O,(2005), Στα ίχνη του Κοπέρνικου, Εκδ. Τραυλός, Αθήνα.

Αποδείχτηκε η διάσημη εξίσωση του Αϊνστάιν

Επιβεβαιώθηκε η εξίσωση E=mc2

Αποδείχτηκε η διάσημη εξίσωση του Αϊνστάιν , μετά από 103 χρόνια, και σε επίπεδο υποατομικών σωματιδίων
Η διασημότερη εξίσωση στον κόσμο, η E=mc2, που συσχετίζει την ενέργεια με τη μάζα και την ταχύτητα του φωτός, και η οποία μέχρι τώρα ουσιαστικά ήταν μια υπόθεση, για πρώτη φορά επιβεβαιώθηκε, όπως ανακοίνωσε το Εθνικό Κέντρο Επιστημονικών Ερευνών (CNRS) της Γαλλίας, σύμφωνα με το Γαλλικό Πρακτορείο.
Χρειάσθηκε πάνω από ένας αιώνας, για να αποδειχθεί η εξίσωση, που δείχνει ότι η ενέργεια ισοδυναμεί με τη μάζα και ότι η μια μπορεί να μετατραπεί στην άλλη, όπως πρότεινε ο Αϊνστάιν το 1905 στο πλαίσιο της Ειδικής Θεωρίας της Σχετικότητας.
Η επιβεβαίωση έγινε, με τη βοήθεια μερικών από τους πιο πανίσχυρους υπολογιστές του κόσμου, από Γάλλους, Γερμανούς και Ούγγρους φυσικούς, υπό τον Λοράν Λελούς του κέντρου Θεωρητικής Φυσικής της Γαλλίας. Η σχετική επιστημονική δημοσίευση έγινε στο περιοδικό Science.
Η ομάδα των φυσικών έκανε μια σειρά πολύπλοκων υπολογισμών για να εκτιμήσει τη μάζα των πρωτονίων και των νετρονίων, των σωματιδίων στους πυρήνες των ατόμων. Σύμφωνα με το καθιερωμένο μοντέλο της σωματιδιακής φυσικής, τα πρωτόνια και τα νετρόνια αποτελούνται από μικρότερα σωματίδια γνωστά ως κουάρκ και αυτά από τα γλουόνια. Το πρόβλημα είναι ότι η μάζα των γλουονίων είναι μηδενική και των κουάρκ μόνο 5%, άρα προκύπτει το ερώτημα που είναι το υπόλοιπο 95% της μάζας.
Η απάντηση από την ομάδα των φυσικών είναι ότι το υπόλοιπο 95% προέρχεται από την ενέργεια των κινήσεων και των αλληλεπιδράσεων των κουάρκ και των γλουονίων, επιβεβαιώνοντας έτσι οριστικά ότι μάζα και ενέργεια ισοδυναμούν, όπως προέβλεψε ο Αϊνστάιν.
Δείχνοντας πόση ενέργεια μπορεί να απελευθερωθεί αν μια ποσότητα μάζας μετατραπεί σε ενέργεια, η εξίσωση e=mc2 έχει χρησιμοποιηθεί πολλές φορές, μεταξύ άλλων για την κατασκευή ατομικών όπλων.
Όμως, η επιβεβαίωση της εξίσωσης και σε υποατομικό επίπεδο -σε εξισώσεις με το εξωτικό όνομα «κβαντική χρωμοδυναμική» - είχε μέχρι σήμερα αποδειχθεί τρομακτικά δύσκολη, μέχρι που ήρθε τώρα η απόδειξη από την επιστημονική ομάδα με το συντονισμό του CNRS.

Πηγή:
www.kathimerini.gr με πληροφορίες από ΑΠΕ-ΜΠΕ

Κυριακή, 26 Οκτωβρίου 2008

Η Στροφορμή και η διατήρησή της

Στροφορμή υλικού σημέίου:



Ορίζουμε ως στροφορμή υλικού σημείου ως προς καθορισμένο σημείο Ο, το διανυσματικό μέγεθος L, που το μέτρο του είναι ίσο με το γινόμενο του μέτρου της ορμής p, επί το μοχλοβραχίονα της d (κάθετη απόσταση ανάμεσα στο Ο και στην κατεύθυνση της ορμής). Η -αναφερόμενη σε μία χρονική στιγμή- στροφορμή υλικού σημείου είναι ένα διανυσματικό μέγεθος που ορίζεται ως το εξωτερικό γινόμενο δύο διανυσμάτων, της ορμής του υλικού σημείου κατά τη στιγμή εκείνη και της θέσης του υλικού σημείου την ίδια εκείνη στιγμή.


Παρατηρήσεις:



1) Στροφορμή έχει ακόμη και ένα υλικό σημείο το οποίο κινείται ευθύγραμμα. Η στροφορμή ενός τέτοιου σημείου έχει μέτρο , όπου r η απόσταση του φορέα της ταχύτητας από τον άξονα περιστροφής. Η στροφορμή ενός υλικού σημείου που κινείται ευθύγραμμα ισούται με μηδέν στην περίπτωση όπου η διεύθυνση της ταχύτητάς του είναι ίδια με αυτή του άξονα υπολογισμού.


2) Αν μια σημειακή μάζα κινείται προς (ή από ) ένα σημείο, τότε το σωματίδιο δεν έχει στροφορμή ως προς αυτό το σημείο.


Στροφορμή συστήματος σωμάτων:
Ορίζεται ως το διανυσματικό άθροισμα των στροφορμών των υλικών σημείων και των σωμάτων.
Η στροφορμή ενός στρεφομένου στερεού (rigid body) ορίζεται από το διανυσματικό άθροισμα των στροφορμών των υλικών σημείων του. Εάν προσθέσουμε διανυσματικά τις στροφορμές των υλικών σημείων του κατά τη διεύθυνση του άξονα περιστροφής προκύπτει L=Iω.
Διατήρηση της Στροφορμής:
Αν το αλγεβρικό άθροισμα των ροπών των δυνάμεων που δρουν σε ένα στερεό, ως προς κάποιον άξονα, είναι μηδέν, τότε και η στροφορμή του στερεού, ως προς τον ίδιο άξονα, παραμένει σταθερή.

Ποια είναι τα φαινόμενα τα οποία μπορούμε να προβλέψουμε και να ερμηνεύσουμε βασιζόμενοι στην Αρχή της διατήρησης της στροφορμής (Πότε δηλαδή θα τη χρησιμοποιούμε);
►Όταν έχουμε ένα σύστημα σωμάτων να περιστρέφεται και αλλάζει η μάζα ενός σώματος. (Μάζα αφαιρείται ή μάζα προστίθεται)
►Όταν έχουμε ανακατανομή της μάζας του σώματος (αλλάζει η θέση ενός σώματος, συστολή ή διαστολή ενός αστέρα κλπ) δηλαδή αλλάζει η ροπή αδράνειας.
►Όταν έχουμε κρούση σημειακού αντικειμένου με στερεό (βλήμα με ράβδο, βλήμα με σφαίρα κλπ).
Ας δούμε και κάποια video που αναφέρονται στη Διατήρηση της Στροφορμής.

Άνθρωπος και τροχός:


Εξήγηση: Επειδή αρχικά η στροφορμή κατακόρυφα ήταν μηδέν(0), όταν στρέφει ο άνθρωπος τον τροχό τότε έχουμε κατακόρυφη συνιστώσα και για να διατηρηθεί μηδέν στρέφεται ο άνθρωπος με τη βάση με αντίθετη φορά.

Άνθρωπος και βαράκια:

Εξήγηση:
Όταν το παιδί έχει τεντωμένα τα χέρια με τα βαράκια έχει μια ροπή αδράνειας Ι και όταν κλείνει τα χέρια του τότε επειδή η ροπή αδράνειας μικραίνει αυξάνεται η γωνιακή ταχύτητα περιστροφής ώστε να διατηρηθεί το γινόμενο σταθερό.

Τετάρτη, 15 Οκτωβρίου 2008

Διάθλαση και αρχή ελαχίστου χρόνου

Με αφορμή μια ερώτηση στην τάξη γράφω δυο λόγια για τη διάθλαση, την αρχή του ελαχίστου χρόνου και τον νόμο του Snell.
Όταν το φως διασχίζει την επιφάνεια που χωρίζει δυο μέσα (διαχωριστική επιφάνεια) και περνά από το ένα μέσο στο άλλο, λέμε ότι διαθλάται γιατί αλλάζει η διεύθυνση διάδοσης του (εκτός αν πέφτει κάθετα) και το φαινόμενο το ονομάζουμε διάθλαση. Συνήθως όταν το φως αλληλεπιδρά με την ύλη εν μέρει απορροφάται , εν μέρει ανακλάται και διαθλάται.
Είναι κοινή παρατήρηση και φαίνεται και στην εικόνα ότι η διαδρομή επιμηκύνεται. Ωστόσο η μακρύτερη αυτή διαδρομή είναι αυτή που απαιτεί τον ελάχιστο χρόνο.
Σύμφωνα με την αρχή του ελαχίστου χρόνου, που είναι γνωστή και σαν αρχή του Φερμά (Fermat principle), το φως κατά τη διαδρομή του μέσα σε ένα μέσο από ένα σημείο Α σε ένα σημείο Β, ακολουθεί τον οπτικό δρόμο που θα του επιτρέψει να μεταβεί από το Α στο Β στο μικρότερο δυνατό χρόνο. Η αρχή αυτή διατυπώθηκε για πρώτη φορά από τον μαθηματικό (Pierre de Fermat) την Πρωτοχρονιά του1662.
Σε ένα ισότροπο μέσο (n=Σταθερό) ο οπτικός αυτός δρόμος είναι η ευθεία που ενώνει τα σημεία Α και Β. Όταν όμως το κύμα περάσει από ένα μέσο σε άλλο με διαφορετικό δείκτη διάθλασης, ο χρονικά συντομότερος δρόμος δεν είναι ευθεία, επειδή η ταχύτητα του κύματος είναι διαφορετική στα δυο μέσα. Ο χρονικά συντομότερος δρόμος τότε είναι μια τεθλασμένη γραμμή, με αποτέλεσμα να παρουσιάζεται το φαινόμενο της διάθλασης.
Ας το κάνουμε λίγο πιο απλό. Έστω ότι είστε ναυαγοσώστης σε μια παραλία και αντιλαμβάνεστε ότι κάποιος κινδυνεύει.Οι ενέργειες σας για τη διά­σωση του κολυμβητή πρέπει να είναι άμεσες. Ποια διαδρομή από το Π στο Θ πρέπει να α­κολουθήσετε για να φτάσετε στον κολυμβητή το συντομότερο δυνατόν; (Υπόδειξη: Θεωρήστε ότι μπορείτε να αναπτύξετε τα­χύτητα στην παραλία μεγαλύτερη απ' ό,τι στη θάλασσα.)
Αν η κίνηση σας ήταν ευθύγραμμη δεν θα ήταν αυτή που θα διαρκούσε το λιγότερο χρόνο διότι θα διανύατε μεγαλύτερη απόσταση στη θάλασσα που κινείστε με μικρότερη ταχύτητα. Αν ξοδεύατε λίγο περισσότερο χρόνο τρέχοντας μεγαλύτερη απόσταση στη στεριά θα κερδίζατε πολύ περισσότερο χρόνο για τη μικρότερη διαδρομή στη θάλασσα. Άρα η σωστή διαδρομή θα ήταν η ΠγΘ.
Για να βρούμε την πορεία του φωτός από το ένα μέσο στο άλλο χρησιμοποιούμε το νόμο του Snell. Βέβαια το νόμο στην ουσία τον είχε ανακαλύψει ένας Άραβας - Ali ibn Sahl Rabban al-Tabari- (μαθηματικός, φυσικός και μηχανικός φακών ) που το 984 περίπου έγραψε το On Burning Mirrors and Lenses που εξηγούσε πως οι κυρτοί και κοίλοι καθρέπτες και φακοί εστίαζουν και κυρτώνουν την πορεία του φωτός.
Μελετά με λεπτομέρειες την ανάκλαση και τη διάθλαση και διατυπώνει την υπόθεση, ότι το φως διαδίδεται πιο δύσκολα στα οπτικά πυκνότερα υλικά, και στο γεγονός αυτό οφείλεται η διάθλασή του.
Διατυπώνει την άποψη ότι οι φωτεινές ακτίνες κινούνται σε ευθεία γραμμή.
«Δεν υπάρχει όραση», γράφει στην οπτική του, «εκτός και αν κάτι εκκινεί από το ορατό αντικείμενο και φτάνει στο μάτι, ανεξάρτητα από το αν κάτι εξέρχεται από αυτό.
Το 1621 ο Δανός Φυσικός -Μαθηματικός Willebrord Snellius ή αλλιώς Willebrord Snellius διατύπωσε το νόμο της διάθλασης.
Ένα ωραίο site με φωτογραφίες και πειράματα είναι το παρακάτω:
Και επειδή μας έγινε συνήθεια, ας δούμε και μερικά video με οπτικά φαινόμενα.
1.



2. Δείτε το παρακάτω video στο youtube. Περιγράφει την ανάκλαση και τη διάθλαση με πειράματα. Πραγματικά αξίζει! http://www.youtube.com/watch?v=2P3nKJHO2j0
Πηγές:
1. http://en.wikipedia.org/wiki/Main_Page
2. Hewitt,P (2005) Οι έννοιες της Φυσικής, ΠΕΚ, Ηράκλειο
3. Epstein,L (2002)Στις γειτονιές της Φυσικής, Κάτοπτρο,Αθήνα.
4. http://gkatsikogiorgos.blogspot.com/2008/08/blog-post.html

Τρίτη, 7 Οκτωβρίου 2008

Μια γνωστή ιστορία Φυσικής

Τη συγκεκριμένη ιστοριούλα την είχα διαβάσει κάπου, μου την είχαν στείλει με e-mail, αλλά παρόλα αυτά για καιρό δε μπορούσα να τη βρω πουθενά. Ρωτώντας πας στην πολή λένε. Ε, λοιπόν και εγώ ρώτησα. Και όχι οποιονδήποτε. .........Ρώτησα το......... google.

Και το βρήκα. Αξίζει να το μοιραστώ με όλους.

Το παρακάτω κείμενο αφορά μια ερώτηση που τέθηκε σε μια εξέταση Φυσικής στο πανεπιστήμιο της Κοπενχάγης.
“Περιγράψτε πως μπορούμε να μετρήσουμε το ύψος ενός ουρανοξύστη χρησιμοποιώντας ένα βαρόμετρο”
Ενας φοιτητής απάντησε :“Δένετε ένα μακρύ σπάγκο στο λαιμό του βαρόμετρου, τότε κατεβάζετε το βαρόμετρο από την ταράτσα στο έδαφος. Το μήκος του νήματος συν το μήκος του βαρομέτρου θα είναι ίσο με το ύψος του κτιρίου”.Αυτή η πρωτότυπη απάντηση, έκανε έξω φρενών τον εξεταστή έτσι ώστε ο φοιτητής κόπηκε αμέσως. Ο φοιτητής προσέφυγε στις αρχές του πανεπιστημίου διαμαρτυρόμενος ότι η απάντησή του ήταν αναμφίβολα σωστή, και το πανεπιστήμιο όρισε έναν ανεξάρτητο εξεταστή να διερευνήσει την υπόθεση.Ο διαιτητής αυτός έκρινε ότι η απάντηση ήταν πράγματι σωστή, αλλά δεν έδειχνε καμιά αξιοσημείωτη γνώση της φυσικής.Για να διαλευκανθεί τελείως το θέμα αποφασίστηκε να καλέσουν το σπουδαστή και να του αφήσουν έξι λεπτά μέσα στα οποία αυτός έπρεπε να δώσει μια προφορική απάντηση που να δείχνει μια εξοικείωση με τη φυσική σκέψη.
Για πέντε λεπτά αυτός παρέμεινε σιωπηλός, βυθισμένος σε σκέψεις. Ο εξεταστής του θύμισε ότι ο χρόνος τελείωνε, και ο σπουδαστής απάντησε ότι ήδη είχε στο μυαλό του αρκετές συναφείς απαντήσεις αλλά δεν μπορούσε να αποφασίσει ποια να χρησιμοποιήσει. Στην προτροπή να βιαστεί, ο σπουδαστής απάντησε ως εξής:” Κατ’ αρχήν μπορείς να ανεβάσεις το βαρόμετρο στην κορυφή του ουρανοξύστη, να το αφήσεις να πέσει στο δρόμο και να μετρήσεις το χρόνο που κάνει να φτάσει στο έδαφος. Το ύψος του κτιρίου μπορεί τότε να βρεθεί από τον τύπο H=gt2/2. Αλλά αλίμονο στο βαρόμετρο.”
“Ή αν υπάρχει ηλιοφάνεια μπορείς να μετρήσεις το ύψος του βαρόμετρου, να το στήσεις όρθιο στο έδαφος και να μετρήσεις το μήκος της σκιάς του. Να μετρήσεις ύστερα το μήκος της σκιάς του ουρανοξύστη, και τέλος με απλή αριθμητική αναλογία να βρεις το πραγματικό ύψος του ουρανοξύστη.”
“Αλλά αν θέλεις να κάνεις μια πραγματικά επιστημονική δουλειά, θα μπορούσες να δέσεις ένα μικρού μήκους νήμα στο βαρόμετρο και να το βάλεις σε ταλάντωση σαν εκκρεμές, πρώτα στο έδαφος και μετά στην ταράτσα του ουρανοξύστη. Το ύψος θα μπορούσε στη συνέχεια να βρεθεί μετρώντας και συγκρίνοντας τις δυο περιόδους οι οποίες είναι αντιστρόφως ανάλογες των τετραγωνικών ριζών των επιταχύνσεων της βαρύτητας, στο έδαφος και στο ύψος του ουρανοξύστη. Η επιτάχυνση της βαρύτητας εξαρτάται με τη σειρά της από το ύψος από την επιφάνεια της γης και συνεπώς γνωρίζοντας την επιτάχυνση της βαρύτητας στην ταράτσα βρίσκουμε το ύψος.”
“Ή αν ο ουρανοξύστης διαθέτει μια εξωτερική σκάλα κινδύνου θα ήταν ευκολότερο να ανεβείς τη σκάλα και να βάλεις διαδοχικά σημάδια επαναλαμβάνοντας το μήκος του βαρόμετρου. Μετά να προσθέσεις όλα αυτά τα μήκη.”
“Αν απλώς βαριόσουν, και ήθελες να χρησιμοποιήσεις το βαρόμετρο με ορθόδοξο τρόπο, μπορούσες να μετρήσεις την ατμοσφαιρική πίεση στην ταράτσα και στο έδαφος και να μετατρέψεις την διαφορά των milibars σε αντίστοιχη διαφορά σε μέτρα”.
“Αλλά επειδή ως φοιτητές συνεχώς παροτρυνόμαστε να ασκούμε την ανεξαρτησία του μυαλού και να εφαρμόζουμε επιστημονικές μεθόδους, αναμφίβολα ο καλύτερος τρόπος θα ήταν, να χτυπήσουμε την πόρτα του θυρωρού και να του πούμε: ‘ Αν θα σου άρεσε να έχεις ένα ωραίο καινούριο βαρόμετρο, θα σου χαρίσω αυτό αν μου πεις το ύψος του ουρανοξύστη’.
Ο σπουδαστής αυτός ήταν ο NIELS BOHR ο μόνος Δανός που κέρδισε το βραβείο Nobel της Φυσικής.

Ψάχνοντας στο δίκτυο κανείς βρίσκει ότι η ιστορία βρίσκεται στα ορια του αστικού μύθου σε σχέση με το αν αυτό το είπε όντως ο Niels Bohr ή απλά χρεώθηκε σε αυτόν για να εξαπλωθεί η φήμη του.


Πηγή:

Παρασκευή, 3 Οκτωβρίου 2008

Αντικατοπτρισμός (Fata Morgana)

Κατώτερος Αντικατοπτρισμός
Όλοι έχουμε δει τον αντικατοπτρισμό που δημιουργείται όταν οδηγούμε σε θερμό οδόστρωμα. Ο ουρανός φαίνεται να ανακλάται σε νερό που βρίσκεται πάνω στον δρόμο σε κάποια απόσταση μπροστά μας, όταν όμως πλησιάσουμε το σημείο τότε διαπιστώνουμε ότι το οδόστρωμα είναι στεγνό και "τα νερά" εμφανίζονται όλο και μακρύτερα.
Οι βρεγμένοι δρόμοι είναι το είδωλο του χρώματος του ουρανού που καθρεπτίζεται στην άσφαλτο και είναι ορατό από τη θέση του οδηγού η των επιβατών και από άτομα που βρίσκονται στο οδόστρωμα. To φαινόμενο αυτό λέγεται αντικατοπτρισμός και σημαίνει την εμφάνιση ενός αντικειμένου σε διαφορετική θέση στην ατμόσφαιρα από εκείνη που πράγματι είναι. Ο αέρας πάνω από την επιφάνεια του οδοστρώματος είναι πολύ ζεστός, ενώ ψηλότερα είναι θερμότερος. Το φως κινείται με μεγαλύτερη ταχύτητα στον αραιότερο θερμό αέρα απ' ότι στον υπερκείμενο πυκνότερο ψυχρό αέρα. Έτσι, το φως από τον ουρανό δε φτάνει σε μας σε ευθεία γραμμή, αλλά ακολουθώντας την διαδρομή του ελαχίστου χρόνου, κάμπτεται για λίγο προς τη χαμηλότερη και θερμότερη περιοχή κοντά στην επιφάνεια του εδάφους πριν φτάσει στα μάτια μας.
Επίσης, πάνω στην άσφαλτο, ιδιαίτερα αφότου έχουν μεσολαβήσει αρκετές μέρες χωρίς βροχή, συσσωρεύονται σωματίδια σκόνης, που με το ρεύμα αέρα από την κίνηση των οχημάτων αναδεύονται και αιωρούνται κοντά στην επιφάνειά της. Αυτά τα σωματίδια έχουν κρυσταλλική υφή, ως επί το πλείστον, και δημιουργούν πρόσθετες ανακλάσεις, επιτείνοντας την αίσθηση του «αντικατοπτρισμού». Παρόμοιο φαινόμενο δημιουργείται και στην έρημο, αλλά σε μεγαλύτερες αποστάσεις, ενώ εκεί ο αντικατοπτρισμός εκτείνεται σε μεγαλύτερη έκταση. Για την εμφάνιση του φαινομένου έχει σημασία και η ώρα, η κλίση των ακτίνων του ήλιου και το ποσοστό υγρασίας του αέρα.
Το είδος αυτό του αντικατοπτρισμού όπου το αντικείμενο φαίνεται σε χαμηλότερη θέση από την πραγματική καλείται κατώτερος και οφείλεται στο γεγονός ότι οι ακτίνες του ηλίου φθάνουν στο μάτι του παρατηρητή «από κάτω» εξαιτίας της καμπύλωσης τους στο διαχωριστικό στρώμα του θερμού και κρύου σχετικά αέρα.
Ο αντικατοπτρισμός δεν είναι κάποια "νοητική ψευδαίσθηση", όπως λανθασμένα πιστεύουν πολλοί. Δημιουργείται από πραγματικό φως και μπορεί να φωτογραφηθεί, όπως φαίνεται στις εικόνες του κειμένου.

Ανώτερος αντικατοπτρισμός: η Φάτα Μοργκάνα*

Ο ανώτερος αντικατοπτρισμός δημιουργείται με τις ίδιες διαδικασίες όπως ο κατώτερος, αλλά όταν ο αέρας είναι ψυχρότερος στο έδαφος από το ανώτερο στρώμα του. Στην περίπτωση αυτή τα αντικείμενα εμφανίζονται ανυψωμένα και μεγεθυσμένα.Χαρακτηριστικό παράδειγμα ανώτερου αντικατοπτρίσου είναι η γνωστή «Φάτα Μοργκάνα». Παρατηρείται σε ορισμένες ακτές θαλασσών και συνιστάται στην ανύψωση των ακτών υπό μορφή τείχους μεγαλοπρεπών μεγάρων, παράξενων τοπίων κλπ. Όταν αυτές παρατηρούνται από μεγάλη απόσταση Αυτό συμβαίνει γιατί ο αέρας κοντά στην επιφάνεια της θάλασσας είναι πιο κρύος από τα ανώτερα στρώματα. Η Φάτα Μοργκάνα παρατηρείται κυρίως από τις ακτές του Ρήγιου της Καλαβρίας της νότιας Ιταλίας απέναντι στις ακτές της Μεσσήνης, στη Σικελία, από όπου είναι και η ονομασία της.
Φαινόμενα «Φάτα Μοργκάνα» στην Ελλάδα αναφέρεται ότι εμφανίζονται στο Βόρειο Ευβοϊκό κόλπο κοντά στη Λάρυμνα".
Εκτός από τη Φάτα Μοργκάνα, στην ίδια κατηγορία του αντικατοπτρισμού, πρέπει να υπάγονται και τα “ψηλά βουνά” που είχαν δει οι πρώτοι εξερευνητές στις παγωμένες εκτάσεις του βόρειου πόλου και τα οποία βέβαια ποτέ δε βρέθηκαν από τους μετέπειτα επισκέπτες του.

*Φάτα Μοργκάνα

Η «Φάτα Μοργκάνα» * σύμφωνα με τη μυθολογία ήταν ετεροθαλής αδελφή του βασιλιά Αρθούρου , ζούσε σε κρυστάλλινο παλάτι μέσα στη θάλασσα και είχε μαγικές δυνάμεις να κτίζει κάστρα στον αέρα πάνω από τις ακτές. Ήταν ακόμη πολύ όμορφή και επομένως περιζήτητη όπως μας υπενθυμίζει ο Νίκος Καββαδίας στο ποίημα :


Φάτα Μοργκάνα


Θα μεταλάβω με νερό θαλασσινό
στάλα τη στάλα συναγμένο απ' το κορμί σου
σε τάσι αρχαίο, μπακιρένιο αλγερινό,
που κοινωνούσαν πειρατές πριν πολεμήσουν.
Πανί δερμάτινο, αλειμμένο με κερί,
οσμή από κέδρο, από λιβάνι, από βερνίκι,
όπως μυρίζει αμπάρι σε παλιό σκαρί
χτισμένο τότε στον Ευφράτη στη Φοινίκη.

Σκουριά πυρόχρωμη στις μίνες του Σινά.
Οι κάβες της Γερακινής και το Στρατόνι.
Το επίχρισμα. Η άγια σκουριά που μας γεννά,
Μας τρέφει, τρέφεται από μας, και μας σκοτώνει.

Πούθ' έρχεσαι; Απ' τη Βαβυλώνα.
Πού πας; Στο μάτι του κυκλώνα.
Ποιαν αγαπάς; Κάποια τσιγγάνα.
Πώς τη λένε; Φάτα Μοργκάνα.

Στίχοι: Νίκος Καββαδίας, Μουσική: Μαρίζα Κωχ , Πρώτη εκτέλεση: Μαρίζα Κωχ .


Πηγές:
1.http://www.nagref.gr/journals/ethg/images/28/ethg28p21-23.pdf (ΕΘΙΑΓΕ, τεύχος 28, σελ 21)

Πέμπτη, 2 Οκτωβρίου 2008

Πως δημιουργείται ο κεραυνός ;

Ανέκαθεν ο κεραυνός ήταν σύμβολο μιας πανίσχυρης δύναμης. Όλοι οι αρχαίοι λαοί τον είχαν θεοποιήσει. Σύμφωνα με την ελληνική μυθολογία, ήταν το κυρίαρχο όπλο του Δία και χάρη σ' αυτό έγινε ο αδιαμφισβήτητος αρχηγός των υπόλοιπων θεών του Ολύμπου. Για τους Βίκινγκ του παγωμένου Βορρά ο κεραυνός ήταν δημιούργημα του θεού Θωρ, ο οποίος χτυπούσε το σφυρί του πάνω σε σιδερένιο αμόνι. Οι ινδικές φυλές στη Βόρεια Αμερική θεωρούσαν ότι η αστραπή οφειλόταν στα φτερά ενός μυστικού πουλιού που αναβόσβηναν και όταν πέταγε χτυπούσαν τα φτερά κάνοντας τον ήχο της βροντής. Μόλις το 1752 ο κεραυνός αποκαθηλώθηκε από το θεϊκό του βάθρο και πήρε τη θέση του ανάμεσα στα άλλα φυσικά φαινόμενα. Κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας στην Πενσιλβάνια των ΗΠΑ, ο Βενιαμίν Φραγκλίνος πέταξε έναν αετό από μεταξωτό ύφασμα. Στο σπάγκο είχε δέσει ένα μεταλλικό κλειδί, το οποίο προσέλκυσε το αντίθετο προς το δικό του φορτίο των νεφών. Έτσι δημιουργήθηκε ο πρώτος τεχνητός κεραυνός στην ιστορία. Με το πείραμα αυτό ο Φραγκλίνος απέδειξε ότι πίσω από τα καταιγιδοφόρα νέφη δεν κρύβεται η μήνις των θεών αλλά κάτι πολύ πιο απλό: ένα ηλεκτρικό φορτίο αντίθετο από εκείνο της Γης!
Βέβαια ο Φραγκλίνος φρόντισε να απομονώσει τον εαυτό του από την όλη διάταξη, και να μην εκτεθεί στη βροχή όταν εκτέλεσε το συγκεκριμένο πείραμα, και έτσι δεν έπαθε ηλεκτροπληξία, όπως συνέβει με άλλους που προσπάθησαν να το επαναλάβουν.
Η ανακάλυψη του Φραγκλίνου άνοιξε το δρόμο για τη μελέτη των κεραυνών και οδήγησε στην ολοκληρωμένη Θεωρία του Ατμοσφαιρικού Ηλεκτρισμού που διατύπωσε το 1920 ο Αμερικανός φυσικός Τσαρλς Ουίλσον. Σύμφωνα μ' αυτή, η Γη και η ηλεκτρόσφαιρα -το κάτω τμήμα της ιονόσφαιρας, σε ύψος 50-60 χιλιομέτρων- είναι οι δύο αντίθετοι πόλοι ενός σφαιρικού πυκνωτή τους οποίους χωρίζει η ατμόσφαιρα. Το σύστημα ισορροπεί καθώς η διηλεκτρική αντοχή του αέρα λειτουργεί ως μονωτής, μην επιτρέποντας την εκδήλωση κεραυνών με αίθριο καιρό. Aν δημιουργηθούν καταιγιδοφόρα νέφη σωρειτομελανίων (cumilonimbus) ή σπανιότερα μελανοστρωμάτων (nimbostratus), η κατάσταση φορτίζεται επικίνδυνα. Οι σωρειτομελανίες είναι κατ' ουσίαν τεράστιες μηχανές παραγωγής ηλεκτρικού φορτίου στο εσωτερικό των οποίων επικρατούν βίαια ρεύματα που μεταφέρουν φορτισμένες σταγόνες νερού και παγοκρυστάλλους. Μέσα σε ελάχιστο χρόνο η διαφορά δυναμικού μεταξύ της βάσης του νέφους και του εδάφους φτάνει σε εκατομμύρια βολτ και ξεπερνά τη διηλεκτρική αντοχή της ατμόσφαιρας. Ακριβώς εκείνη τη στιγμή ξεσπά ο κεραυνός, όπως συμβαίνει με όλες τις ηλεκτρικές εκκενώσεις μεταξύ αντίθετων ηλεκτρικών πεδίων.
Έτσι λοιπόν, όταν υπάρχουν οι συνθήκες που δημιουργούν καταιγίδα, όπως υγρασία στην ατμόσφαιρα πολλή θερμότητα κλπ ο αέρας που στροβιλίζεται παρασύρει ιόντα από τα σύννεφα και από την επιφάνεια της γης ή της θάλασσας και έτσι δημιουργείτε συσσώρευση ηλεκτρικών φορτίων στα σύννεφα και φυσικά διαφορά δυναμικού μεταξύ των σύννεφων (συνήθως αρνητικά φορτισμένων ) και της ξηράς ή της θάλασσας φορτισμένης θετικά.
Στην ουσία έχουμε φόρτιση με επαγωγή. Ο αέρας που υπάρχει μεταξύ του σύννεφου και της θάλασσας είναι όπως γνωρίζουμε κακός αγωγός του ηλεκτρισμού και έτσι τα φορτία δεν μπορούν να κυκλοφορήσουν ώστε να εξουδετερωθούν, κατ αυτόν τον τρόπο η διαφορά δυναμικού συνεχώς αυξάνεται και παίρνει τιμές πάρα πολύ υψηλές, από 80 εκατομμύρια έως και 1 δισεκατομμύριο βολτ, για να πάρετε μια ιδέα αυτού του μεγέθους σκεφθείτε ότι η διαφορά δυναμικού στο μπουζί είναι περίπου 20 000 βολτ.Όταν λοιπόν η διαφορά δυναμικού λάβει τόσο υψηλές τιμές γίνεται διάτρηση του αέρα και δημιουργείται ηλεκτρικός σπινθήρας.

Η διάτρηση του αέρα δεν είναι στιγμιαία.

Από το σύννεφο ξεκινά μια αρχική εκτόνωση η οποία λέγεται “εκτόνωση οδηγός” αόρατη, και προχωρεί με βήματα και ταχύτητα 100 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο προς την Γη. Από την γη ξεκινά μια εκτόνωση με αντίθετη πολικότητα που ονομάζεται "εκτόνωσης ανάκλησης". Την στιγμή που συναντιόνται οι δυο εκτονώσεις έχουμε τον κεραυνό. Το φαινόμενο διαρκεί μερικές δεκάδες ή και εκατοντάδες του μικροδευτερολέπτου. Λόγω του σπινθήρα, ο αέρας θερμαίνεται, η θερμοκρασία σε κλάσματα του δευτερολέπτου ξεπερνά κατά πολλές φορές εκείνη της επιφάνειας του Ήλιου, συμπιέζεται και ισχυρές μάζες του μετατοπίζονται. Η ισχυρή βροντή του κεραυνού δημιουργείτε από την διάσπαση του αέρα λόγω υψηλής θερμοκρασίας. Η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος μπορεί να φθάσει τα 200.000 Αμπέρ αν και το 85% των κεραυνών έχουν εντάσεις μικρότερες των 60.000 Αμπέρ η διάρκεια της εκκένωσης είναι της τάξης των δεκάδων μsec, και το μήκος του τόξου πολλές φορές φθάνει και τα 10 km.

Η ισχύς λοιπόν ενός κεραυνού στην καλύτερη περίπτωση είναι (100 000 000 χ 60 000 = 6 000 000 000 K Watt ή 8.152.173.000 ίππους για όποιον καταλαβαίνει καλύτερα αυτή την μονάδα. Η ενέργεια αυτή είναι ίση με αυτή που χρειάζονται 600 εκατομμύρια νοικοκυριά. Δυστυχώς ακόμα δεν έχει βρεθεί τρόπος την ενέργεια αυτή να την αιχμαλωτίσουμε και να την αποθηκεύσουμε για τις ανάγκες μας. Οι κεραυνοί βρίσκουν τον δρόμο με την λιγότερη ηλεκτρική αντίσταση προς την γη ο οποίος δεν συμπίπτει τις περισσότερες φορές με τον συντομότερο γεωμετρικά δρόμο, στην πορεία τους τίποτα δεν μπορεί να τους αντισταθεί αντίθετα όσο περισσότερα εμπόδια συναντούν τόσο περισσότερο καταστρέφουν. Αυτό λοιπόν που πρέπει να κάνουμε εμείς είναι να τον διευκολύνουμε να περάσει προσφέροντας του τον ευκολότερο δρόμο και τον ρόλο αυτό αναλαμβάνουν τα αλεξικέραυνα.

Πορεία στα τυφλά

Ο κεραυνός στην τελική του φάση είναι τόσο λαμπερός, ώστε τον διακρίνουμε από πολλά χιλιόμετρα μακριά. Ωστόσο ξεκινά την πορεία του στα σκοτεινά. Στο αρχικό στάδιο σχηματίζεται μια δίοδος από ηλεκτρόνια και ιόντα, η οποία διαχέεται από τα σύννεφα προς το έδαφος. Το αόρατο για το ανθρώπινο μάτι μονοπάτι αποκαλείται Ηγέτης (Leader) και κινείται ψηλαφιστά, αναζητώντας τη διαδρομή με τη μικρότερη διηλεκτρική αντίσταση. Διακλαδώνεται συνεχώς, "χαράσσοντας" στην ατμόσφαιρα τη διαδρομή πάνω στην οποία θα κινηθεί μετά από χιλιοστά του δευτερολέπτου ο φωτεινός κεραυνός που όλοι γνωρίζουμε. Η ερευνητική ομάδα του Ντουάιερ ανακάλυψε ότι σ' αυτή την προπαρασκευαστική φάση ο κεραυνός δεν είναι απόλυτα σκοτεινός αλλά εκπέμπει μικρές λάμψεις ακτίνων Χ, η ενέργεια των οποίων προσεγγίζει το μισό εκείνης που χρησιμοποιείται στις ακτινοβολίες. Την ίδια στιγμή που ο Ηγέτης κατευθύνεται προς τα κάτω, ανυψώνεται λίγα μέτρα από το έδαφος μια ηλεκτρική ροή με αντίθετο φορτίο. Μια άλλη ερευνητική ομάδα του Διεθνούς Χριστιανικού Πανεπιστημίου του Τόκιο, με επικεφαλής το φυσικό Μαρκ Γκρίνφιλντ, παρατήρησε ότι κατά τη διάρκεια ορισμένων καταιγίδων αυξάνεται ομοίως και η ποσότητα των ακτίνων γάμμα στην ατμόσφαιρα. Αυτές οι ακτίνες είναι πολύ πιο διεισδυτικές από τις ακτίνες Χ και παράγονται μετά από πυρηνικές αντιδράσεις. Ούτως ή άλλως, είναι πάντα παρούσες σε μικρές ποσότητες στον αέρα λόγω της φυσικής ραδιενέργειας της Γης και της κοσμικής ακτινοβολίας.

Μεγαλειώδης δύναμη

Ποτέ οι κεραυνοί δε θα προκαλέσουν πυρηνική καταστροφή, παραμένουν όμως ένα από τα πιο βίαια και ισχυρά φυσικά φαινόμενα. Η ενέργεια μιας σφοδρής καταιγίδας ισοδυναμεί μ' εκείνη που απελευθερώνεται από την έκρηξη μερικών ατομικών βομβών. Έχει υπολογιστεί ότι καθημερινά εκδηλώνονται στη Γη περίπου 40.000 καταιγίδες οι οποίες προκαλούν περισσότερους από 7.000.000 κεραυνούς. Η θερμοκρασία που αναπτύσσεται μέσα στο μονοπάτι του κεραυνού είναι της τάξης των 40.000 βαθμών Κελσίου, πέντε φορές μεγαλύτερη από εκείνη στην επιφάνεια του Ήλιου. Κάθε ηλεκτρική εκκένωση έχει ισχύ περίπου 30.000 Αμπέρ, αριθμός τεράστιος αν σκεφτούμε ότι οι περισσότερες ηλεκτρικές συσκευές χρειάζονται λίγα μόνο Αμπέρ για να λειτουργήσουν. Οι παραπάνω αριθμοί αρκούν για να συλλάβουμε τη δύναμη του κεραυνού και να κατανοήσουμε γιατί οι αρχαίοι λαοί τον είχαν θεοποιήσει. Άλλο στοιχείο που προκαλεί δέος είναι πως χτυπά ακαριαία, απροσδόκητα και στα πιο απίθανα μέρη. Ο πιο απρόσμενος κεραυνός στη σύγχρονη ιστορία τράνταξε το θαλαμίσκο Απόλλων 12 στις 14 Νοεμβρίου του 1969, όταν διερχόταν μέσα από πυκνά σύννεφα κατά τη διάρκεια εκτόξευσής του από το Ακρωτήριο Κένεντι, στις ΗΠΑ. Ευτυχώς, δεν προκάλεσε ζημιές...


Η σημασία του αλεξικέραυνου


Ο σκοπός του αλεξικέραυνου είναι να παρέχει μια ελεγχόμενη δίοδο με όσο το δυνατόν μικρότερη αντίσταση ανάμεσα σε σύννεφο και γη ώστε να εξισορροπηθούν τα αντίθετα φορτία. Το αλεξικέραυνο λοιπόν στην απλή του μορφή δεν είναι τίποτα περισσότερο από ένας αγωγός του ηλεκτρισμού (καλώδιο) με την μια άκρη όσο το δυνατόν ψηλότερα και την άλλη συνδεδεμένη στην γη ή την θάλασσα, προσφέρει δε προστασία σε μια κυκλική περιοχή με διάμετρο όσο το ύψος του.
Ο Φραγκλίνος ανακάλυψε ότι το φορτίο διαρρέει εύκολα από ή προς αιχμηρές μεταλλικές ακίδες, και κατασκεύασε το πρώτο αλεξικέραυνο. Αν το αλεξικέραυνο τοποθετηθεί σε κτίριο και τοποθετηθεί στο έδαφος, η ακίδα του συλλέγει ηλεκτρόνια από την ατμόσφαιρα αποτρέποντας έτσι τη μεγάλη συσσώρευση φορτίου που θα μπορούσε να προκαλέσει μια ξαφνική εκκένωση μεταξύ νέφους και κτιρίου. Το αλεξικέραυνο αποτελεί πρωτίστως προληπτικό μέσο. Αν όμως προκληθεί ηλεκτρική εκκένωση τότε αποτελεί τη δίοδο, ώστε αυτό να διοχετευθεί στη γη, αφήνοντας το κτίριο ανέπαφο.

Ας δούμε και κάποια video από κεραυνούς που πέφτουν .... αρκετά κοντά.
1.








2.











3. Hewitt,P, (2005), Οι έννοιες της Φυσικής, ΠΕΚ, Ηράκλειο.











Δευτέρα, 22 Σεπτεμβρίου 2008

Faraday Ο καλύτερος πειραματικός φυσικός

Faraday Ο καλύτερος πειραματικός φυσικός

Σαν σήμερα, στις 22 Σεπτεμβρίου το 1791, γεννήθηκε στο Σάρεϋ στο νότιο Λονδίνο ένας από τους μεγαλύτερους πειραματικούς φυσικούς όλων των εποχών, ο Michael Faraday. Ήταν γόνος οικογένειας που ανήκε στην εργατική τάξη της εποχής. Ο πατέρας του ήταν ένας σιδεράς από το Yorkshire της Αγγλίας.
Ακολουθώντας τη μοίρα όλων των παιδιών της κοινωνικής του τάξης, έλαβε ελάχιστη μόρφωση. Σε ηλικία 14 ετών ξεκίνησε να δουλεύει ως βοηθός ενός βιβλιοδέτη της περιοχής, θέση την οποία διατήρησε για 7 χρόνια.ήταν μια δίοδος διαφυγής από τη φτώχεια. Όπως διηγούνταν σε ένα φίλο του αργότερα στο Λονδίνο του 1810 η βιβλιοδεσία είχε ένα πλεονέκτημα: υπήρχαν πολλά βιβλία και τα διάβαζε. Κατά περιόδους, περνούσε μόνος τα απο­γεύματα κάτω από το φως των κεριών ή της λάμπας, δια­βάζοντας δεμένα φΰλλα των δεκαέξι ή τριάντα δυο σελί­δων. Σ’ αυτό τον ενθάρρυνε και το Αφεντικό του, ενώ ένας πελάτης του έδωσε προσκλήσεις για τις διαλέξεις του Humphry Davy. Ο σερ Χάμφρι Ντέιβι μιλούσε για τον ηλεκτρισμό και για τις κρυφές δυνάμεις που πρέπει να υπήρχαν κάτω από την επιφάνεια του ορατού σύμπαντος μας. Ο Φάραντεϊ πήγε και συνειδη­τοποίησε ότι του είχε φανερωθεί η φευγαλέα εικόνα μιας καλύτερης ζωής από εκείνη που θα είχε δουλεύοντας στο βιβλιοδετείο. Αλλά πώς μπορούσε να ενταχθεί σ' αυτή; Δεν είχε φοιτήσει στην Οξφόρδη ή στο Κέμπριτζ, στην πραγ­ματικότητα δεν είχε παρακολουθήσει τίποτε περισσότερο από αυτό που εμείς αποκαλούμε δευτεροβάθμιο σχολείο· δεν είχε περισσότερα χρήματα από αυτά που του έδινε ο σιδεράς πατέρας του -δηλαδή δεν είχε καθόλου χρήματα- και οι φίλοι του ήταν το ίδιο φτωχοί μ' αυτόν.
Αλλά μπορούσε να δέσει ένα εντυπωσιακά όμορφο βιβλίο. Ο Φάραντεϊ συνήθιζε πάντα να κρατά σημειώσεις όταν μπο­ρούσε και είχε φέρει στο βιβλιοδετείο σημειώσεις που είχε κρατήσει από τις διαλέξεις του Ντέιβι. Τις αντέγραψε και πα­ρενέβαλε μερικά σχέδια από το μηχανισμό που είχε παρου­σιάσει ο Ντέιβι. Στη συνέχεια ξανάγραψε το χειρόγραφο -όλα του τα σχέδια διατηρούνται σήμερα με την προσοχή που α­ποδίδεται σε ιερά λείψανα στη υπόγεια Αίθουσα Αρχείων του Βασιλικού Ινστιτούτου του Λονδίνου-, χρησιμοποίησε δέρμα, βελόνες και εργαλεία εγχάραξης και το έδεσε σε ένα θαυμά­σιο βιβλίο. Έτσι μια χειμωνιάτικη ημέρα του 1812, ένας νεαρός είκοσι ετών παρουσιάστηκε στο Βασιλικό Ίδρυμα του Λονδίνου ζητώντας συνέντευξη από τον διάσημο διευθυντή του, σερ Χάμφρι Ντέιβι. Μαζί του είχε αυτές τις σημειώσεις του Ντέιβι που του έκαναν μεγάλη εντύπωση , ο οποίος είχε κατά τύχη μια κενή θέση βοηθού. Λίγες μέρες μετά τον προσέλαβε.
Οι παλιοί συνάδελφοι του Φάραντεϊ ίσως να εντυπωσιά­στηκαν, αλλά η καινούρια δουλειά του δεν ήταν τόσο ιδανι­κή όσο έλπιζε. Μερικές φορές ο Ντέιβι συμπεριφερόταν σαν ένα θερμός μέντορας, αλλά άλλες φορές, όπως ο Φάραντεϊ έγραψε στους φίλους του, ο Ντέιβι φαινόταν θυμωμένος και τον αποθάρρυνε. Αυτό απογοήτευε πολύ τον Φάραντεϊ, για­τί είχε προσελκυστεί στην επιστήμη κυρίως εξαιτίας των ευ­γενικών λόγων του Ντέιβι- των υπαινιγμών του ότι εάν μόνο ένας είχε την ικανότητα και μπορούσε να διακρίνει εκείνο που ως τότε ήταν κρυμμένο, τότε όλες οι εμπειρίες μας θα μπορούσαν όντως να συνδεθούν. Το 1813 ο σερ Χάμφρι Ντέιβι και η κυρία του αποφάσισαν να ταξιδέψουν στην Ευρώπη και πήραν μαζί τους τον Φάραντεϊ ως γραμματέα, αλλά και με καθήκοντα οικιακού υπηρέτη. Το ταξίδι διάρκεσε 18 μήνες και είχε μεγάλη εκπαιδευτική σημασία για τον Φάραντεϊ. Συνάντησε πολλούς διάσημους επιστήμονες όπως οι Αμπέρ, Βόλτα, Γκαίθ Λουσάκ και έγινε φίλος με τον Γκιστάβ ντε Λα Ριβ ο οποίος λειτούργησε σαν γραφείο διαλογής ιδεών και αλληλογραφούσε σταθερά με τον Φάραντεϊ.
Το 1821 ο επιστημονικός επιμελητής του περιοδικού Χρονικά Φιλοσοφίας (Annals of Philosophy) ζήτησε από τον Φαραντέι να συντάξει μια επισκόπηση των πειραμάτων και των θεωριών του ηλεκτρομαγνητισμού που ακολούθησαν την ανακάλυψη του Χανς Κρίστιαν Έρστεντ που είχε γίνει ένα χρόνο νωρίτερα. Ο Φαραντέι δεν ήταν ακόμη γνωστός στους επιστημονικούς κύκλους της εποχής, ενδιαφέρθηκε όμως ιδιαιτέρως για το ζήτημα.
Μέχρι τότε, όλοι γνώ­ριζαν ότι ο ηλεκτρισμός και ο μαγνητισμός ήταν τόσο ά­σχετοι μεταξύ τους όσο μπορούσαν να είναι οποιεσδήποτε δύο δυνάμεις. Ο ηλεκτρισμός ήταν ο θόρυβος και το σύριγ­μα που έβγαινε από τις μπαταρίες. Ο μαγνητισμός ήταν δια­φορετικός, μια μη ορατή δύναμη που έκανε τις βελόνες της πυξίδας των ναυτικών να έλκονται με δύναμη ή τραβούσε τα ρινίσματα του σιδήρου σε ένα μαγνήτη. Ο μαγνητισμός δεν μπορούσε να γίνει νοητός ως τμήμα των μπαταριών και των κυκλωμάτων. Όμως, αυτός ο ερευνητής που έκανε διαλέξεις στην Κοπεγχάγη είχε βρει τώρα ότι εάν διοχετεύσεις ρεύμα σε ένα ηλεκτρικό καλώδιο, η βελόνα της πυξίδας που τοπο­θετείται στην κορυφή του καλωδίου στρέφεται ελαφρά προς το πλάι.
Κανείς δεν μπορούσε να το εξηγήσει. Πώς ήταν δυνατό η δύναμη του ηλεκτρισμού σε ένα μεταλλικό καλώδιο να ξε­φεύγει και να κάνει τη βελόνα μιας μαγνητικής πυξίδας να στρέφεται; Όταν ζητήθηκε από τον Φάραντεϊ, που τώρα πλησίαζε τα τριάντα, να εργαστεί για να βρει πώς συνδέο­νταν αυτά τα φαινόμενα, τα γράμματα του έγιναν ξάφνου πο­λύ πιο χαρούμενα.
Σύντομα διαπίστωσε ότι δεν θα περιοριζόταν σε μια απλή αναφορά των πεπραγμένων των άλλων επιστημόνων: αποφάσισε να επαναλάβει πολλά από τα πειράματα, να επεξεργάζεται δικές του θεωρίες για να ερμηνεύσει τις παρατηρήσεις του και να σχεδιάζει καινούργια πειράματα.
Στα μέσα του 1821, όταν ο Φάραντεϊ ήταν είκοσι εννέα χρο­νών, παντρεύτηκε. Ο Φάραντεϊ έγινε επίσημα μέλος της εκκλησίας στην οποία ανήκε η οικογένεια του επί χρόνια. Ήταν μια ομάδα πράων και μορφωμένων ανθρώπων που α­ποκαλούνταν Σαντεμανίτες, από το όνομα του Ρόμπερτ Σάντεμαν, ο οποίος είχε φέρει την αίρεση στην Αγγλία. Περιέργως, η περιορισμένη τυπική εκπαίδευση του Φά­ραντεϊ αποδείχτηκε το μεγάλο του πλεονέκτημα. Αυτό δεν συμβαίνει συχνά, διότι όταν ένα επιστημονικό αντικείμενο φτάνει σε προηγμένο επίπεδο, η έλλειψη εκπαίδευσης συνήθως εμποδίζει τους μη γνώστες να ασχοληθούν μ' αυτό· οι πόρτες είναι κλειστές και οι εργασίες δεν μπορούν να δια­βαστούν. Αλλά σε εκείνες τις πρώιμες εποχές κατανόησης η ενέργεια ήταν μια διαφορετική ιστορία. Οι περισσότεροι φοιτητές είχαν εκπαιδευτεί να αποδεικνύουν ότι οποιαδή­ποτε πολύπλοκη κίνηση μπορούσε να αναλυθεί σε ένα μείγ­μα ωθήσεων και έλξεων που λειτουργούσε γραμμικά. Ήταν φυσικό γι' αυτούς, κατά συνέπεια, να προσπαθούν να δουν εάν υπήρχαν οποιεσδήποτε γραμμικές έλξεις μεταξύ μα­γνητών και ηλεκτρισμού. Αλλά αυτή η προσέγγιση δεν έ­δειχνε πώς η δύναμη του ηλεκτρισμού μπορούσε να διοχε­τευτεί στο χώρο για να επηρεάσει το μαγνητισμό.
Επειδή ο Φάραντεϊ δεν είχε τέτοιες προκαταλήψεις, να σκέφτεται γραμμικά δηλαδή, μπορούσε να στραφεί στη Βί­βλο για έμπνευση. Η θρησκευτική ομάδα των Σαντεμανιτών στην οποία ανήκε πίστευε σε ένα διαφορετικό γεωμε­τρικό πρότυπο: στον κύκλο. Οι άνθρωποι είναι ιεροί, έλεγαν, και όλοι οφείλουμε μια υποχρέωση ο ένας στον άλλο, υπο­χρέωση που βασίζεται στην ιερότητα της φύσης μας. Θα σε βοηθήσω και εσύ θα βοηθήσεις τον άλλο και αυτός θα βοη­θήσει κάποιον άλλο και ούτω καθεξής μέχρις ότου ολοκλη­ρωθεί ο κύκλος. Αυτός ο κύκλος δεν ήταν απλώς μια αφη­ρημένη ιδέα. Ο Φάραντεϊ είχε ξοδέψει πολύ από τον ελεύ­θερο χρόνο του επί χρόνια είτε στην εκκλησία μιλώντας γι' αυτή την κυκλική σχέση είτε ασκώντας τη φιλανθρωπία και την αμοιβαία βοήθεια που χρειάζεται για να εκπληρωθούν τα φιλανθρωπικά καθήκοντα.
Άρχισε να δουλεύει, μελετώντας τη σχέση ανάμεσα στον ηλεκτρισμό και το μαγνητισμό στα τέλη του καλοκαιριού 1821. Προβληματίστηκε γι’ αυτό περίπου 10 χρόνια. Έκανε πολυάριθμα πειράματα, όλα όμως, αρνητικά. Το καλοκαίρι του 1831 όμως όλα άλλαξαν.
Ο Φάραντεϊ στήριξε ένα μαγνήτη. Με αφετηρία τις θρησκευτικές του αντιλήψεις, φαντάστηκε ένα στρόβιλο αόρατων κυκλικών γραμμών να στριφογυρίζει γύρω από αυ­τόν. Εάν είχε δίκιο, τότε ένα χαλαρά κρεμασμένο σύρμα θα μπορούσε να τραβηχτεί, παγιδευμένο σ' αυτούς τους μυστι­κιστικούς κύκλους, όπως ένα πλοιάριο παγιδεύεται σε μια δί­νη. Συνέδεσε την μπαταρία.
Και αμέσως έκανε την ανακάλυψη του αιώνα.
Αργότερα, όπως λέει η απόκρυφη ιστορία -μετά τις α­νακοινώσεις, αφότου ο Φάραντεϊ έγινε μέλος της Βασιλικής Εταιρείας- ο πρωθυπουργός της εποχής τον ρώτησε τι κα­λό θα προκαλούσε αυτή η εφεύρεση και ο Φάραντεϊ απά­ντησε: «Το ότι, πρωθυπουργέ, κάποτε μπορείτε να τη φο­ρολογήσετε».
Αυτό που είχε ανακαλύψει ο Φάραντεϊ στο υπόγειο εργα­στήριο του ήταν η βάση της ηλεκτρικής μηχανής. Ένα μο­ναδικό κρεμασμένο σύρμα που περιστρέφεται συνεχώς δεν φαίνεται κάτι το σπουδαίο. Αλλά ο Φάραντεϊ είχε μόνο ένα μικρό μαγνήτη και διοχέτευε πολύ μικρή ηλεκτρική δύναμη. Αυξήστε την ταχύτητα περιστροφής του και αυτό το στροβι­λιζόμενο σύρμα θα ακολουθεί ακόμη πεισματικά τα κυκλικά πρότυπα που ο Φάραντεϊ χαρτογράφησε σε φαινομενικά κε­νό αέρα. Τελικά κάποιος θα μπορούσε να προσαρμόζει βα­ριά αντικείμενα σε ένα παρόμοιο σύρμα και αυτά να έλκονται κατά μήκος του επίσης - έτσι δουλεύει μια ηλεκτρική μηχα­νή. Δεν έχει σημασία εάν είναι ένας ασήμαντος περιστρεφό­μενος δίσκος ενός υπολογιστή ή αντλίες που διοχετεύουν τό­νους καυσίμου μέσα σε μια αεριωθούμενη μηχανή.
Ο κουνιάδος του Φάραντεϊ, Τζορτζ Μπάρναρντ, θυμόταν τον Φάραντεϊ τη στιγμή της ανακάλυψης: «Αμέσως άρχισε να ξεφωνίζει "Βλέπεις, βλέπεις, βλέπεις Τζορτζ;", καθώς το σύρμα άρχισε να περιστρέφεται... Δεν θα ξεχάσω ποτέ τον ενθουσιασμό που υπήρχε στο πρόσωπο του και τη λάμψη στα μάτια του!»
Ο Φάραντεϊ έλαμπε γιατί εί­χε κάνει μια μεγάλη ανακάλυψη και γιατί αυτή φαινόταν να δείχνει πράγματι πως οι βαθύτερες ιδέες της θρησκείας του ήταν αληθινές. Ο θόρυβος του ηλεκτρισμού και τα σιωπηλά δυναμικά πεδία ενός μαγνήτη -και τώρα ακόμη και η επιταχυνόμενη κίνηση ενός χάλκινου σύρματος που περιστρέφεται με ταχύτητα- φαινόταν να συνδέονται. Στο βαθμό που αυξανόταν η ποσότητα του ηλεκτρισμού, έπεφτε ο διαθέσι­μος μαγνητισμός. Οι αόρατες στροβιλιζόμενες γραμμές του Φάραντεϊ ήταν η σήραγγα -ο αγωγός- μέσω του οποίου ο μαγνητισμός μπορούσε να ξεχύνεται σε ηλεκτρισμό και α­ντίστροφα. Η πλήρης έννοια της «Ενέργειας» δεν είχε ακό­μη σχηματιστεί, αλλά η ανακάλυψη του Φάραντεϊ ότι αυτά τα δύο διαφορετικά είδη ενέργειας συνδέονταν την έφερε α­κόμη πιο κοντά. Το 1825 προτάθηκε για τη θέση του Διευθυντή στο Βασιλικό Ίδρυμα από το σερ Χάμφρεϋ, ο οποίος ένα χρόνο πριν σε μια στιγμή ζήλιας και ανθρώπινης ματαιοδοξίας αντιτάχθηκε στην εκλογή του ως μέλος της Βασιλικής εταιρίας. Τότε ο Faraday, εισήγαγε μια σειρά διαλέξεων κάθε Παρασκευή βράδυ, θεσμός που διατηρείται μέχρι τις μέρες μας. Θέσπισε ειδικές διαλέξεις για τα παιδιά τα Χριστούγεννα στο Βασιλικό Ίδρυμα στο 1826. Σε αυτές τις διαλέξεις βασίστηκε η έκδοση Η Χημική Ιστορία ενός Κεριού ('The Chemical History of a Candle') (1861). Μέχρι τις μέρες μας, μία σειρά διαλέξεων δίνεται κάθε Χριστούγεννα στο Βασιλικό Ίδρυμα, οι οποίες φέρουν το όνομα του Φάραντεϊ. Το 1832 άρχισε να λαμβάνει τιμητικές διακρίσεις για τις σημαντικές συνεισφορές στην επιστήμη. Εκείνη τη χρονιά έλαβε ένα τιμητικό πτυχίο από το Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης. Τον Φεβρουάριο του 1833, εξελέγη καθηγητής Χημείας στο Βασιλικό Ίδρυμα. Περαιτέρω τιμητικές διακρίσεις, όπως το Βασιλικό μετάλλιο και το μετάλλιο Copley, τόσο από τη Royal Society, επρόκειτο να ακολουθήσει. Το 1836 που έγινε μέλος της Συγκλήτου του Πανεπιστημίου του Λονδίνου, που ήταν ένα ραντεβού Crown.
Λόγω της υπερβολικής εργασίας του και το 1839 έπαθε ένα νευρικό κλονισμό που του πήρε μέχρι το 1845 για να συνέλθει πλήρως και να επανακάμψει. Το έργο που ανέλαβε αυτή τη φορά ήταν το αποτέλεσμα του μαθηματικού εξελίξεις στο θέμα. Οι ιδέες του Faraday για τις δυναμικές γραμμές είχαν λάβει μια μαθηματική επεξεργασία από τον William Thomson. Έγραψε λοιπόν στον Faraday, στις 6 Αυγούστου 1845 και να του πει του μαθηματικές προβλέψεις ότι ένα μαγνητικό πεδίο θα πρέπει να επηρεάζει το επίπεδο των πολωμένο φως. Ο Faraday, είχε προσπαθήσει να ανιχνεύσει αυτό το πειραματικά πολλά χρόνια νωρίτερα αλλά χωρίς επιτυχία. Τώρα, με την ιδέα ενισχυμένη από την Thomson, προσπάθησε και πάλι στις 13 Σεπτεμβρίου του 1845 και ήταν επιτυχής. Έδειξε ότι ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο θα μπορούσε να περιστρέψει το επίπεδο της πόλωσης, και, επιπλέον, ότι η γωνία περιστροφής ήταν ανάλογη με τη δύναμη του μαγνητικού πεδίου . Ο Faraday έγραψε:
«ήταν ένα φαινόμενο που προκλήθηκε στο πολωμένο φως κι έτσι αποδείχτηκε ότι η μαγνητική δύναμη και το φως σχετίζονται. Το γεγονός αυτό θα αποδειχτεί, το πιθανότερο, εξαιρετικά καρποφόρο και μεγάλης σημασίας για την έρευνα των καταστάσεων της φυσικής δύναμης…»
Ο διαμαγνητισμός ήταν η επόμενη ανακάλυψη.
Ωστόσο θα πρέπει να σημειώσουμε ότι ο Faraday, σε καμία περίπτωση δεν ήταν μαθηματικός και το σύνολο σχεδόν των βιογράφων του τον περιγράφουν ως "μαθηματικά αναλφάβητο". Ποτέ δεν έμαθε μαθηματικά και τις τυχόν εισφορές για την ηλεκτρική ενέργεια ήταν καθαρά πειραματικές. Παρόλα αυτά το έργο του Faraday, οδήγησε στις βαθιά μαθηματικές θεωρίες του ηλεκτρισμού και του μαγνητισμού. Ειδικότερα οι αξιοσημείωτες μαθηματικές θεωρίες που αναπτύχθηκαν και οδήγησαν στις εξισώσεις του Maxwell δεν θα ήταν δυνατές χωρίς τον Faraday. Αυτό είναι ένα σημείο το οποίο ο ίδιος ο Μάξγουελ τόνισε σε αρκετές περιπτώσεις.
Τα τελευταία χρόνια της ζωής του ήταν αδύναμος λόγω της προοδευτικής απώλειας μνήμης. Πέθανε το 1867, σε ηλικία 76 ετών.

Τέλος επειδή πάντα το οπτικοακουστικό υλικό αφήνει μια ξεχωριστή γεύση ας δούμε τον κλωβό Faraday στα παρακάτω videos.
Α) Faraday Cage Protects from 100,000 V


Β) Στο Top Gear γίνεται αναπαράσταση του κλωβού Faraday σε αυτοκίνητο που το χτυπάει κεραυνός
Η εξήγηση είναι:



Στους απομονωμένους αγωγούς τα ηλεκτρικά φορτία κατανέμονται μόνο στην εξωτερική επιφάνεια. Το ίδιο ισχύει και για τα φορτία που εμφανίζονται όταν ο αγωγός βρεθεί σε ηλεκτρικό πεδίο και εκδηλωθεί φαινόμενο ηλεκτροστατικής επαγωγής. Τα φορτία θα βρίσκονται μόνο στην εξωτερική επιφάνεια. Την ιδιότητα αυτή τη χρησιμοποιούμε όταν θέλουμε να θωρακίσουμε ορισμένους χώρους από την επίδραση ηλεκτρικών πεδίων. Για να το καταφέρουμε περικλείουμε το χώρο με κάποιο μεταλλικό πλέγμα ή περίβλημα (Κλωβός Faraday).

Πηγές:
1. Bodanis,D,(2003), E=mc2, Η βιογραφία της πιο διάσημης εξίσωσης στον κόσμο, Εκδ.Λιβάνη,Αθήνα
2. Segre,E,(2001),Ιστορία της Φυσικής, τόμος Α΄, Δίαυλος, Αθήνα
3. Φυσική Ενιαίου Πολυκλαδικού βιβλίου,(1996)ΟΕΔΒ
4. http://www-history.mcs.st-andrews.ac.uk/Printonly/Faraday.html
5. http://el.wikipedia.org/wiki/%CE%9C%CE%AC%CE%B9%CE%BA%CE%BB_%CE%A6%CE%B1%CF%81%CE%B1%CE%BD%CF%84%CE%AD%CE%B9
Και επειδή ο Faraday είναι ο πατέρας του ηλεκτροκινητήρα ας δούμε κάποια videos πως μπορούμε να κάνουμε απλές συσκευές και στην ενότητα μικροί μάγοι κάποια στιγμή θα επανέλθω και θα τα εξηγήσω.

The simplest motor of the world

How to build a simple electric motor, plus how it works.

Όποιος θέλει περισσότερες λεπτομέρειες για την κατασκευή του ηλεκτροκινητήρα ας δει προηγούμενο post σε τούτο το blog: http://gkatsikogiorgos.blogspot.com/2008/08/blog-post_8833.html

Τρίτη, 16 Σεπτεμβρίου 2008

Μηχανικό και Στάσιμο κύμα

Παρουσιάζω μια σελίδα που σας δίνει τη δυνατότητα να ξεχωρίσετε το μηχανικό και το στάσιμο κύμα.

Κάντε κλικ εδώ http://www.univ-lemans.fr/enseignements/physique/02/meca/ondetran.html

Καταρχήν κάντε κλικ στο κουμπί "tranverses" ώστε να επιλέξετε εγκάρσια κύματα.

Στη συνέχεια πατήστε το "Onde progressive" για να διαλέξετε μηχανικό.

Αλλάζοντας τη συχνότητα "Frequence" αλλάζει και το μήκος κύματος.

Στη συνέχεια για να δείτε το στάσιμο κύμα αντί για "Onde progressive" πατήστε το "1 extre mite libre" για να έχετε το ένα άκρο ελεύθερο και το άλλο στερεωμένο. Πατώντας το "2 extre mite libre" βλέπετε στάσιμο με στερεωμένα τα δυο άκρα.

Αν θέλετε μπορείτε να δείτε και τα εξής:

http://www.francescomarino.net/onde/stazion.htm

http://www2.biglobe.ne.jp/~norimari/science/JavaEd/e-wave4.html


Applet Διακροτήματος

Ένα πολύ ωραίο applet για το διακρότημα βρίσκεται στη παρακάτω σελίδα. http://www.falstad.com/dispersion/ Γνωρίζουμε από το σχολικό μας βιβλίο ότι το διακρότημα προκύπτει από τη σύνθεση δυο ταλαντώσεων που γίνονται πάνω στην ίδια διεύθυνση, γύρω από την ίδια θέση ισορροπίας, με το ίδιο πλάτος και διαφορετικές συχνότητες που διαφέρουν κατά λίγο.
Σ' αυτό το applet έχετε τη δυνατότητα να διαπιστώσετε τι θα συμβεί αν αλλάζεται τις συχνότητες f1,f2 και τις πλησιάζετε ή τις απομακρύνετε. Μειώστε την ταχύτητα για να δείτε το αποτέλεσμα καλύτερα.

Κυριακή, 14 Σεπτεμβρίου 2008

Απαντήσεις σε κάποιες ερωτήσεις από την εισαγωγή στη Φυσική Β Λυκείου Γενικής Παιδείας

1. Πως καταλαβαίνουμε στη φόρτιση με τριβή, ποιο σώμα θα αποκτήσει θετικό και ποιο αρνητικό φορτίο;



Από τη σελίδα του Κασσέτα http://users.sch.gr/kassetas/education.htm έρχεται ο εξής πίνακας:

Τα «πάνω» δίνουν ηλεκτρόνια
στα «από κάτω τους» .


Αέρας

ανθρώπινο χέρι +++
δέρματα
γούνα κουνελιού
γυαλί
χαλαζίας, quartz
ανθρώπινη τρίχα
μίκα
νάιλον
μαλλί
μόλυβδος
γούνα γάτας
μετάξι
αλουμίνιο
χαρτί

βαμβάκι
ατσάλι
ξύλο
πλεξιγλάς
βουλοκέρι
κεχριμπάρι
πολυστυρένιο , καλαμάκι
μπαλόνι
ρητίνη
σκληρό καουτσούκ
νικέλιο
χαλκός --
θειάφι
ασήμι
ορείχαλκος
συνθετικό καουτσούκ
χρυσάφι
ρεγιόν, τεχνητό μετάξι
πολυεστέρας
ζελατίνα, celluloid
Polystyrene
ορλόν, ακρυλικές ίνες ----
πολυουρεθάνη
σελοφάν
αφρολέξ
πολυαιθυλένιο, σελοτέιπ
πολυπροπυλένιο
βινύλιο, PVC
σιλικόνη
τεφλόν
εβονίτης


Στο πάνω μέρος ο αέρας, το ανθρώπινο χέρι, το δέρματα ζώων, η γούνα κουνελιού και το γυαλί, υλικά καθένα από οποία – αν τριφτεί με κάποιο από τα «κάτω από αυτό στην κλίμακα» - εκδηλώνει ΘΕΤΙΚΟ φορτίο.
Σε θεώρηση Μικρόκοσμου καθένα από τα υλικά αυτά αποδίδει ηλεκτρόνια στο άλλο υλικό
- ευρισκόμενο κάτω από αυτό στην κλίμακα - με το οποίο τρίβεται.

2. Τι είναι ο εβονίτης;

Χημικό προϊόν που η σύνθεσή του είναι παραπλήσια με αυτή του τεχνικού ελαστικού, με μόνη διαφορά στην περιεκτικότητά του σε θείο (S). Ο εβονίτης περιέχει θείο σε αναλογίες που κυμαίνονται από 40% ως 50% της όλης μάζας.

Χρησιμοποιείται για μπάλες bowlling , και τα επιστόμια στις πίπες καπνίσματος και σε υψηλής ποιότητας σαξόφωνα.



Με έλκεις …… σε τραβώ



Η κατηγορία αυτή ονομάζεται «μικροί μάγοι», διότι θα παρουσιάζει πειράματα με υλικά καθημερινής χρήσης και θα δίνει τη δυνατότητα σε όσους επιθυμούν να τα πραγματοποιήσουν, ώστε να διαπιστώσουν και να εξηγήσουν φαινόμενα φυσικής. Θα είναι τόσο απλά που θα μπορούν να γίνουν και από μικρά παιδιά.


Με έλκεις …… σε τραβώ

Πως μια λεπτή δέσμη νερού μπορεί να …… μπλέξει σε δυο διαφορετικά φαινόμενα φυσικής

Πείραμα 1ο :

Πηγαίνετε στο νεροχύτη της κουζίνας του σπιτιού σας. (Προφανώς κάποια στιγμή που δεν το χρησιμοποιεί για την ανάδειξη των μαγειρικών δεξιοτήτων της, η μητέρα σας.) Ανοίξτε τη βρύση ώστε να σχηματίζεται μια λεπτή συνεχής δέσμη νερού. Βουρτσίστε δυνατά τα μαλλιά σας ή ένα κομμάτι μάλλινο ύφασμα με μια χτένα ή ένα πλαστικό στυλό, και ύστερα φέρτε τη ,-το-, κοντά στο ρεύμα νερού .



Τι παρατηρείτε;



Το νερό εκτρέπεται λίγο από την πορεία του.



Πως εξηγείται το φαινόμενο;



Όταν τρίβουμε το πλαστικό μέρος ενός στυλό φορτίζεται αρνητικά, λόγω της τριβής του με το ύφασμα. Καθώς πλησιάζουμε τη χτένα ή το στυλό στη «φλέβα» νερού παρατηρούμε ότι η φλέβα έλκεται και εκτρέπεται από τη θέση της. Τι συμβαίνει, λοιπόν;
Το μέρος της φλέβας νερού που είναι απέναντι από το στυλό φορτίζεται λόγω επαγωγής θετικά και το υπόλοιπο μέρος αρνητικά. Το θετικά φορτισμένο μέρος της φλέβας δέχεται ελκτική δύναμη από το στυλό, η οποία είναι ισχυρότερη από την απωστική που δέχεται το αρνητικά φορτισμένο μέρος της αφού είναι πιο μακριά με αποτέλεσμα το νερό να έλκεται από το νερό.

Πείραμα 2ο :


Το νερό παίρνει … εκδίκηση!

Ο τόπος είναι ο ίδιος. Ο νεροχύτης της κουζίνας σας. Ανοίξτε τη βρύση πάλι ώστε να σχηματίζεται μια λεπτή συνεχής δέσμη νερού. Δέστε ένα μπαλάκι του «πινκ πονκ» ή το καπάκι ενός στυλό με ένα ελαφρύ σχοινί. Πλησιάστε το κοντά στη φλέβα νερού.

Τι παρατηρείτε;

Το μπαλάκι εκτρέπεται από την πορεία του και μάλιστα πλησιάζει το νερό.

Πως εξηγείται το φαινόμενο;



Εξηγείται με την αρχή του Μπερνούλλι, η οποία λέει το εξής:
Όταν αυξάνεται η ταχύτητα ενός ρευστού η εσωτερική πίεση μειώνεται.
Στο πείραμά μας, στο ακίνητο ρευστό (αέρας), η πίεση είναι μεγαλύτερη απ’ ότι στο κινούμενο (ρεύμα νερού). Ο ατμοσφαιρικός αέρας ωθεί τη μπάλα στην περιοχή της μικρότερης πίεσης. Έτσι η φλέβα νερού παίρνει την εκδίκησή της.

Για το CERN πάλι.

Κυκλοφορώντας στις οδούς του διαδικτύου, αναζηντώντας πληροφορίες για το πείραμα αφού ακόμη όλοι αναζητούν έπεσα πάνω στη σελίδα του Ελεύθερου τύπου. (http://www.e-tipos.com/newsfiles?id=18)

Εδώ τονίζει ότι έχει "'Ολα όσα θα θέλατε να μάθετε για το «Πείραμα του Θεού» μέσα από το αφιέρωμα του ΕΤ.Κ".

Όποιος έχει ελεύθερο χρόνο αξίζει να περιπλανηθεί.

Παρασκευή, 12 Σεπτεμβρίου 2008

Ο καφές με μια επιστημονική ματιά


Ο καφές με μια πιο ...επιστημονική ματιά.

Χθες το πρωί όλοι οι μαθητές πήγαν στα σχολεία τους για τον καθιερωμένο, στην αρχή κάθε σχολικής χρονιάς, αγιασμό. Και μετά... πήγαν για το καθιερωμένο καφεδάκι τους. Πόσοι απ' αυτούς ήξεραν τι πραγματικά συμβαίνει όταν ρουφούν το "υδάτινο αιώρημα του στιγμιαίου καφέ " - όπως μας τον ανέφερε ένας μεγάλος καθηγητής στο πανεπιστήμιο-;

Η καφεΐνη

Η καφεΐνη πινόταν για αιώνες, με τους σχολιαστές να παραπονιούνται ακόμα από την εκατονταετία του 1600 ότι οι νεαροί υπότροφοι τη χρησιμοποιούσαν για να ξεπερνούν τα όρια, για να βρίσκονται περισσότερη ώρα σε εγρήγορση, όταν έπρεπε να καλύψουν κενά στις σπουδές τους. Αλλά κανείς δεν ήξερε πως πραγματικά λειτουργούσε. Όταν κατανοήθηκαν οι ηλεκτρικές συνδέσεις στο επίπεδο των κυτταρικών επιφανειών του εγκεφάλου, κατανοήσαμε καλύτερα και τον τρόπο λειτουργίας της καφείνης. Στο δαιδαλώδες νευρικό σύστημα του ανθρώπου τα ηλεκτρικά σήματα κινούνται κατά μήκος των νευρικών ινών. Όμως καθώς φτάνουν στο άκρο κάποιας νευρικής ίνας διαπιστώνουν ότι δε σχηματίζεται ένα γιγαντιαίο δίκτυο από σωλήνες, αφού τα νεύρα δε συνδέονται μεταξύ τους αλλά σχηματίζουν ένα κενό. Δεν είναι πολύ μεγάλος διαχωρισμός, παρά μερικά εκατοστά της ίντσας, που για το μικροσκοπικό επίπεδο είναι ..χάσμα. Πως λοιπόν τα σήματα διασχίζουν αυτά τα κενά;

Στις διακλαδώσεις των νεύρων σε ολόκληρο το σώμα υπάρχουν κάποια μόρια που μεταβιβάζουν τα σήματα μεταξύ των νευρών, τα οποία ονομάζονται νευροδιαβιβαστές. Τα ηλεκτρικά σήματα κινούνται λοιπόν, κατά μήκος ενός νεύρου προς το κενό στην άκρη και κάνουν ένα ισχυρό υγρό να βγαίνει από την απόληξη του νεύρου, και αυτό το υγρό διασχίζει το κε­νό, και εισέρχεται στο επόμενο νεύρο, και μεταφέρει το μήνυμα το οποίο είχε αποστείλει το πρώτο νεύρο.

Ένας κοινός διαβιβαστής μεταξύ των εγκεφαλικών κυτ­τάρων είναι το ογκώδες μόριο που ονομάστηκε αδενοσίνη. Όταν αυτή κατέληγε στα εγκεφαλικά κύτταρα που αποτελούσαν το στό­χο της, έτεινε να επιβραδύνει το ρυθμό της διέγερσης τους. Αυτό που έκανε η καφεΐνη είναι να γλιστράει μέσα στους χώρους υπο­δοχής της αδενοσίνης. Με αυτές τις θέσεις γεμάτες, η αδενοσίνη δεν μπορούσε να εισχωρήσει. Θα μπορούσαμε να είμαστε εξα­ντλημένοι, θα μπορούσαμε να επιθυμούμε πολλή ξεκούραση, αλ­λά με τους υποδοχείς των εγκεφαλικών κυττάρων μας πιτσιλι­σμένους με καφείνη, το απελπισμένο ξεχείλισμα της αδενοσίνης δεν μπορούσε να βρει αρκετές ελεύθερες θέσεις για να εγκατα­σταθεί και έτσι δεν μπορούσε να κάνει αυτά τα κύτταρα να επι­βραδυνθούν.

Καλά λοιπόν με την καφεΐνη, αλλά πως ρουφάμε τον καφέ.

Αυτό που συμβαίνει όταν ρουφάμε ένα αναψυκτικό ή ένα καφέ με καλαμάκι είναι αντίστοιχο με αυτό που συμβαίνει σε ένα βαρόμετρο. Ρουφώντας, ελαττώνουμε την πίεση του αέρα στο καλαμάκι που είναι τοποθετημένο στον καφέ. Το βάρος της ατμόσφαιρας στον καφέ ωθεί το υγρό προς τα πάνω στην περιοχή μειωμένης πίεσης. Αν θέλουμε να ακριβολογούμε, το υγρό δεν αναρροφάται προς τα πάνω, αλλά ωθείται προς τα πάνω από την ατμόσφαιρα. Αν εμποδίσουμε με κάποιο τρόπο την ατμόσφαιρα να ωθήσει την επιφάνεια του υγρού, τότε όσο και αν ρουφάμε δεν θα τραβήξουμε ούτε σταγόνα. Αυτό είναι που συμβαίνει στη μποτίλια που χρησιμοποιείται σε κάποια τρικ. Εκεί είναι προσαρμοσμένο ένα καλαμάκι που διαπερνά το αεροστεγές πώμα.

Τώρα που τα μάθατε όλα αυτά , μπορείτε να πιείτε τον καφέ σας με την ησυχία σας.


Δείτε και ένα video με πείραμα.



Πηγές:


1.Hewitt,P,(2005), Οι έννοιες της φυσικής, Εκδ. Π.Ε.Κ, Ηράκλειο


2. Bodanis,D,(2007) Ηλεκτρικό σύμπαν, Λιβάνη,Αθήνα.


3. http://www.clab.edc.uoc.gr/hsci/indexgr.htm

Σημείωση: Πρέπει να εξομολογηθώ ότι με τη Βιολογία δεν τα πάω καλά. Γι' αυτό και προσπάθησα να είμαι όσο το δυνατόν κοντύτερα στο βιβλίο του Bodanis για την καφεΐνη.

Πέμπτη, 11 Σεπτεμβρίου 2008

Φαινόμενα Συντονισμού

Ξέρουμε από το σχολικό μας βιβλίο ότι, οι ταλαντώσεις που πραγματοποιούνται όταν το ταλαντευόμενο σύστημα διεγερθεί μία μόνο φορά και στη συνέχεια αφεθεί ελεύθερο ονομάζονται ελεύθερες ταλαντώ­σεις. Η συχνότητα των ελεύθερων ταλαντώσεων καθορίζεται, όπως είδαμε, από τα χα­ρακτηριστικά του ταλαντευόμενου συστήματος και, αν η ταλάντωση είναι αμείωτη, την ονομάζουμε ιδιοσυχνότητα.
Αν μια ταλάντωση πραγματοποιείται με την επίδραση μιας περιοδικής εξωτερι­κής δύναμης έτσι ώστε, παρόλο που υπάρχουν αποσβέσεις, να διατηρεί σταθερό πλάτος τη χαρακτηρίζουμε εξαναγκασμένη.
Το πλάτος μιας εξαναγκασμένης ταλάντωσης είναι διαφορετικό για κάθε διαφορετική τιμή της συχνότητας του διεγέρτη.
Αν η συχνότητα της εξωτερικής αυτής δύναμης πλησιάζει την ιδιοσυχνότητα τότε το πλάτος του ταλαντούμενου συστήματος μεγαλώνει. Όταν η συχνότητα του διεγέρτη γίνει ίση με την ιδιοσυχνότητα τότε έχουμε μέγιστο πλάτος. (Στην πραγματικότητα αυτό ισχύει μόνο όταν b=0 ή αν η σταθερά b είναι πολύ μικρή. Αν η σταθερά b δεν είναι ούτε πολύ μικρή, αλλά ούτε πολύ μεγάλη ώστε να μην εμφανίζεται το φαινόμενο του συντονισμού, τότε το πλάτος γίνεται μέγιστο για μια συχνότητα που είναι λίγο μικρότερη από την fo.)
Η κατάσταση στην οποία η συχνότητα του διεγέρτη έχει τέτοια τιμή ώστε να προκαλείται ταλάντωση με μέγιστο πλάτος ονομάζεται συντονισμός.
Παρακολουθήστε δυο φαινόμενα συντονισμού:
Πως σπάει ένα ποτήρι όταν αλλάζω τη συχνότητα



Και η καταστροφή της Tacoma Narrows

Μπορείτε να δείτε και άλλα βίντεο στο youtube πληκτρολογώντας Tacoma Bridge. Κάποια στιγμή θα προσθέσω και τις θεωρίες για το πως έπεσε η γέφυρα Tacoma.

Το πείραμα του αιώνα

Το πείραμα του αιώνα

Για κάποιον που έχει δουλέψει σε φροντιστήριο, είναι γνωστό ότι οι χειρότερες μέρες είναι οι πρώτες του Σεπτέμβρη. (Ίσως πιο δύσκολες και από τις εξαντλητικές και αγχωτικέςς μέρες του Ιούνη.) Προσπαθώ να αναρτήσω κάποιες σκέψεις στο blog, αλλά ο χρόνος μου είναι πολύ περιορισμένος. Όμως, όταν πηγαίνεις στο φροντιστήριο και βλέπεις ένα μεγάλο αριθμό μαθητών να αναρωτιούνται, "τι είναι αυτό το σωμάτιο Higgs;'' , "τι είναι το CERN;" και να σου κάνουν ερωτήσεις όπως "θα δημιουργηθεί μαύρη τρύπα κύριέ;" , τότε είσαι υποχρεωμένος να βρεις χρόνο και να αναρτήσεις όσες αξιόπιστες πληροφορίες και απαντήσεις μπορείς.
Τι είναι το CERN;
Το CERN είναι το Ευρωπαϊκό Εργαστήριο, το μεγαλύτερο κέντρο για τη Φυσική στοιχειωδών σωματιδίων στον κόσμο. Οταν ιδρύθηκε, το 1954, ήταν ένα από τα πρώτα συλλογικά Ευρωπαϊκά εγχειρήματα και αποτελεί, ήδη, ένα λαμπρό παράδειγμα διεθνούς συνεργασίας. Ο αρχικός αριθμός των 12 ιδρυτικών μελών, σήμερα, έχει αυξηθεί σε 20 κράτη μέλη.
Το CERN ερευνά τα συστατικά της ύλης και το είδος των δυνάμεων που την κρατούν ενωμένη. Οι ερευνητές χρησιμοποιούν όλες τις, υψηλού επιπέδου, επιστημονικές δυνατότητες που τους παρέχει το εργαστήριο. Πρόκειται για επιταχυντές που επιταχύνουν τα μικροσκοπικά σωματίδια σε ταχύτητες λίγο μικρότερες από την ταχύτητα του φωτός και ανιχνευτές που κάνουν τα σωματίδια αυτά "ορατά".

Τι κάνουν οι φυσικοί στο CERN;

Οι δυο βασικοί τομείς εργασίας είναι να κατασκευάζουν και να θέτουν σε λειτουργία τους επιταχυντές. Πρόκειται για τεράστιες σε μέγεθος διατάξεις που επιταχύνουν σωματίδια σε ταχύτητες που πλησιάζουν την ταχύτητα του φωτός και μετά τα αφήνουν να συγκρουσθούν με άλλα σωματίδια.
Ο μεγαλύτερος επιταχυντής στο CERN ονομάζεται "LEP" (Large Electron Positron collider). Εχει περίμετρο 27km και είναι εγκατεστημένος σε μία σήραγγα 100, περίπου, μέτρα κάτω από την επιφάνεια του εδάφους.


Τι θα αναζητήσει το πείραμα στο CERN;

Τέσσερα αινίγματα της επιστήμης της Φυσικής καλείται να επιλύσει το πείραμα του CERN.
Συγκεκριμένα:


1. Ανεύρεση του Μποζονίου του Χιγκς (από το όνομα του φυσικού Πίτερ Χιγκς που το πρότεινε το 1964), σωματίδιο που πολλοί ερευνητές έχουν μελετήσει, αλλά κανείς δεν έχει δει. Η επιβεβαίωση της ύπαρξής του μέσω του πειράματος θα ισοδυναμεί με τον εντοπισμό του ελλείποντος κρίκου στο καθιερωμένο μοντέλο στο οποίο βασίζεται η σύγχρονη φυσική επιστήμη και το οποίο εξηγεί γιατί η ύλη έχει μάζα.
Η απουσία του θα κλονίσει τη θεωρία, αλλά υπάρχουν και άλλες δυνατές υποθέσεις: το μποζόνιο του Χιγκς δεν είναι στοιχειώδες αλλά σύνθετο σωματίδιο, ή η ανάγκη της αναζήτησής του σε μια άλλη διάσταση του διαστήματος, πέραν των τριών γνωστών.
2. Διερεύνηση της υπερσυμμετρίας, μιας έννοιας που επιτρέπει την ερμηνεία μιας από τις πιο περίεργες ανακαλύψεις των τελευταίων ετών, το συμπέρασμα ότι η ορατή ύλη δεν αντιπροσωπεύει παρά το 4% του σύμπαντος. Η σκοτεινή ύλη (23%) και η σκοτεινή ενέργεια (73%) μοιράζονται το υπόλοιπο 96% τα σύμπαντος.
Μια πιθανή εξήγηση είναι ότι η σκοτεινή ύλη αποτελείται από υπερσυμμετρικά σωματίδια που ονομάζονται neutralinos.
3. Μελέτη του μυστηρίου της ύλης και της αντι-ύλης. Οταν η ενέργεια μετατρέπεται σε ύλη , παράγει ένα ζεύγος σωματιδίων και το είδωλό τους, ένα αντι-σωματίδιο με αντίθετο ηλεκτρικό φορτίο. Οταν ένα σωματίδιο και το αντι-σωματίδιό του συγκρούονται, αλληλοκαταστρέφονται παράγοντας μια μικρή λάμψη ενέργειας.
Τη στιγμή του Big Bang , ύλη και αντι-ύλη παρήχθησαν σε ίσες ποσότητες. Αλλά το σύμπαν δεν αποτελείται παρά μόνο από ύλη. Κατά συνέπεια, πού βρίσκεται η αντι-ύλη; Ενας από τους ανιχνευτές του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων θα ανιχνεύσει ένα σωματίδιο που ονομάζεται meson b και αποτελείται από ένα quark b και το δίδυμό του αντι-ύλης.
4. Αναπαράσταση των συνθηκών που επικρατούσαν στο σύμπαν στα χιλιοστά του δευτερολέπτου που ακολούθησαν το Big Bang. Η ύλη υπήρχε τότε υπό μορφήν πηχτής και ζεστής σούπας, που ονομάζεται πλάσμα Quarks-γλουονίων. Κατά την ψύξη της , σωματίδια που ονομάσθηκαν quark σχημάτισαν μια συμπαγή μάζα πρωτονίων, νετρονίων και άλλων σύνθετων σωματιδίων.
Ο Μεγάλος Επιταχυντής θα προκαλέσει ένα δισεκατομμύριο συγκρούσεις βαρέων ιόντων ανά δευτερόλεπτο, προκαλώντας στιγμιαία θερμοκρασίες 100.000 φορές υψηλότερες από τις επικρατούσες στον πυρήνα του Ηλιου. Οι συγκρούσεις θα απελευθερώσουν τα quark από το περίβλημά τους.
Οι ερευνητές θα έχουν τη δυνατότητα να διαπιστώσουν τότε με ποιόν τρόπο αυτά τα απελευθερωμένα quark συγκολλούνται για να σχηματίσουν την ύλη.


Το πείραμα ξεκίνησε!

Η έναρξη της λειτουργίας του Μεγάλου Επιταχυντή, μήκους 27 χιλιομέτρων, η οποία άρχισε χθες στις 10.30 (ώρα Ελλάδας) με τη διοχέτευση μιας πρώτης δέσμης πρωτονίων, αναμεταδίδεται ζωντανά από την ιστοσελίδα του κέντρου ερευνών CERN και από κρατικά τηλεοπτικά δίκτυα πολλών ευρωπαϊκών χωρών.
Video μεταδίδονται ζωντανά στη διεύθυνση http://webcast.cern.ch/
Η διαδικασία προχώρησε κανονικά, παρά τα μικρά τεχνικά προβλήματα που παρουσιάστηκαν νωρίτερα. Οι επιστήμονες περιμένουν με αγωνία να επιβεβαιώσουν κεντρικές θεωρίες της φυσικής και της κοσμολογίας, για παράδειγμα αν υπάρχει το λεγόμενο σωματίδιο του Θεού, που υποτίθεται ότι έδωσε μάζα στην ύλη. Το πείραμα έδωσε λαβή για να διατυπωθούν ακόμη και καταστροφολογικά σενάρια, όπως ότι η μαύρη τρύπα που θα δημιουργηθεί στο εργαστήριο θα καταπιεί ολόκληρη τη γη, επιφέροντας τη Συντέλεια του κόσμου. Πάντως, το κέντρο CERN διαβεβαιώνει ότι "ο Επιταχυντής είναι ασφαλής και ότι οι εικασίες περί κινδύνων είναι σκέτη μυθοπλασία". Το πείραμα, που κόστισε περίπου 6,5 δισεκατομμύρια ευρώ, θα διαρκέσει τουλάχιστον 10 χρόνια και τα πρώτα αποτελέσματα αναμένονται τα Χριστούγεννα.

Η πρώτη μέρα του φιλόδοξου εγχειρήματος

Όπως κάθε μεγάλο έργο, από την αρχική σύλληψή του στις αρχές της δεκαετίας του ΄80 και την επίσημη έγκρισή του το 1996, μέχρι τη σημερινή έναρξή του, πέρασε από "σαράντα κύματα", από κατασκευαστικές δυσκολίες μέχρι μεγάλες υπερβάσεις του αρχικού προϋπολογισμού του (έως τέσσερις φορές) και το CERN χρειάστηκε να δανειστεί εκατοντάδες εκατομμύρια ευρώ από τράπεζες για να ολοκληρώσει το έργο.Η σημερινή πρώτη μέρα και οι υπόλοιπες που θα ακολουθήσουν, αφορούν κυρίως τον έλεγχο του γιγάντιου εξοπλισμού και των αναγκαίων διαδικασιών, ενώ η ουσιαστική φάση του πειράματος, με τις συγκρούσεις των σωματιδίων, θα ξεκινήσει σε λίγες εβδομάδες - αν όλα πάνε καλά.Όπως, πάντως, αρμόζει σε ένα σωστό επιστημονικό θρίλερ, δεν έλειψε η αγωνία της τελευταίας στιγμής, καθώς μια ηλεκτρική καταιγίδα πάνω από τα γαλλοελβετικά σύνορα, το απόγευμα της Δευτέρας, προκάλεσε απώλεια ενέργειας σε ορισμένα ψυκτικά συστήματα, που διατηρούν τους πάνω από 1.000 μαγνήτες υπεραγωγιμότητας στην τρομακτική παγωνιά των -271 βαθμών Κελσίου (κοντά στο απόλυτο μηδέν που υπάρχει στο διάστημα) στο εσωτερικό του επιταχυντή, όμως μέχρι αργά το βράδυ της Τρίτης το πρόβλημα αποκαταστάθηκε και χθες το πρωί η πρώτη ακτίνα σωματιδίων ξεκίνησε κανονικά την πορεία της. Μετά από μια αναμονή 40 δευτερολέπτων από τη δημιουργία της πρώτης ακτίνας, οι επιστήμονες στο κέντρο ελέγχου του πειράματος, κοντά στη Γενεύη, ξέσπασαν σε ζητωκραυγές, καθώς μια μικροσκοπική λάμψη φωτός εμφανίστηκε σε μια οθόνη υπολογιστή, δείχνοντας πως η αρχική ακτίνα είχε ήδη διανύσει τα πρώτα 3 χλμ από τα 27 χλμ του συνολικού μήκους του υπόγειου κυκλικού Επιταχυντή.Στη συνέχεια της πρώτης μέρας, που ήταν κατά βάση δοκιμαστικού χαρακτήρα, οι επιστήμονες επικέντρωσαν την προσπάθειά τους στο να καθοδηγήσουν την πρώτη ακτίνα στο τούνελ, σταματώντας την κατά διαστήματα για να διορθώσουν την πορεία της. Η προσπάθειά τους στέφθηκε με επιτυχία και η ακτίνα έκανε το γύρο του επιταχυντή σε λιγότερο από μια ώρα. Από τον Αύγουστο, στα αρχικά τεστ, οι επιστήμονες είχαν ήδη στείλει μια πρώτη ακτίνα πρωτονίων χαμηλής έντασης μέσα στον επιταχυντή, χωρίς όμως να αυτή να κάνει όλο το γύρο των 27 χλμ του.Σήμερα, αρχικά στάλθηκε μια ακτίνα προς μια κατεύθυνση (τη φορά των δεικτών του ρολογιού) και επρόκειτο να ακολουθήσει μια άλλη μονή ακτίνα σε αντίστροφη φορά. Στο άμεσο μέλλον οι δύο ακτίνες θα σταλούν ταυτόχρονα από αντίθετες κατευθύνσεις για να αρχίσουν πλέον οι πολυαναμενόμενες υψηλής ταχύτητας και ενέργειας συγκρούσεις των σωματιδίων.
Επειδή όμως στο internet υπάρχει άφθονο οπτικοακουστικό υλικό παραθέτω παρακάτω κάποια ενδιαφέροντα videos.
O Νανόπουλος μιλάει για το σωματίδιο του Θεού και την ολική ενέργεια του Σύμπαντος



CERN in 3 minutes



Γραφική αναπαράσταση του πειράματος



Μια «ματιά» μέσα στον Επιταχυντή

Μπορείτε αν θέλετε να βρείτε σε τούτο το blog και τη συνέντευξη της Σπυροπούλου που έχει αναρτηθεί εδώ και καιρό http://gkatsikogiorgos.blogspot.com/2008/07/blog-post_29.html

Πηγές:
1. http://physics.ntua.gr/POPPHYS/articles/cern1.html
2. http://www.physics4u.gr/
3. http://www.ethnos.gr/article.asp?catid=11386&subid=2&tag=8784&pubid=326534#
4. http://public.web.cern.ch/public/