Η πλευστότητα των ψαριών

Όπως μπορεί να παρατηρηθεί κοιτάζοντας τα ψάρια σε ένα ενυδρείο όταν τα ψάρια σταματούν να κολυμπούν, δεν ανεβαίνουν ούτε κατεβαίνουν, υποδηλώνοντας ότι έχουν ουδέτερη πλευστότητα (Άνωση = Βάρος). Αυτό σημαίνει ότι τα ψάρια δεν χρειάζεται να καταναλώνουν αρκετή ενέργεια για να κολυμπήσουν πιο βαθιά, απλά πρέπει να υπερνικήσουν τη δύναμη τριβής μεταξύ του νερού και του σώματός τους. Ωστόσο, τα ψάρια πρέπει να καταβάλουν μια μικρή επιπλέον προσπάθεια καθώς κολυμπούν σε ένα πυκνότερο μέσο, αλλά μόλις φτάσουν στην άλλη πλευρά, η ουδέτερη πλευστότητα επιστρέφει.

Τα θαλάσσια ζώα χρησιμοποιούν μια σειρά στρατηγικών για να ελέγχουν την πλευστότητά τους σε διαφορετικά βάθη. Τα θαλάσσια σπονδυλωτά που αναπνέουν αέρα αντιμετωπίζουν μια μοναδική πρόκληση, καθώς η μεγιστοποίηση των αποθεμάτων οξυγόνου στους πνεύμονες για μια κατάδυση αυξάνει την πλευστότητα (Άνωση > Βάρος) και συνεπώς, αυξάνει το ενεργειακό κόστος της κατάδυσης. Επίσης, πολλά θαλάσσια θηλαστικά πρέπει να ξεκινήσουν τις καταδύσεις τους με ενεργό κολύμπι για να ξεπεράσουν την αρχική θετική πλευστότητά τους (Βάρος < Άνωσης).

Καθώς βουτούν βαθύτερα, η συμπίεση των πνευμόνων λόγω του νόμου του Boyle έχει ως αποτέλεσμα αρνητική πλευστότητα (Άνωση < Βάρους) και το ζώο μπορεί να συνεχίσει να βυθίζεται. Οι θαλάσσιες χελώνες με σκληρό κέλυφος ελέγχουν την πλευστότητα μέσω της ρύθμισης του όγκου των πνευμόνων τροποποιώντας τον όγκο του εισπνεόμενου αέρα πριν από την κατάδυση. Αυξάνοντας την εισπνοή πριν από την κατάδυση, οι χελώνες μπορούν να επιτύχουν σχεδόν ουδέτερη πλευστότητα στην τελική φάση των βαθύτερων καταδύσεων, επιτρέποντας στις χελώνες να ξεκουράζονται στον βυθό για παρατεταμένες περιόδους.

Τα περισσότερα οστεώδη ψάρια αντισταθμίζουν την πυκνότητα των ιστών του σώματός τους με ένα εξειδικευμένο όργανο γεμάτο αέριο, την κολυμβητική κύστη (δες εικόνα) η οποία απουσιάζει στα ακανθώδη ψάρια, συμπεριλαμβανομένων των καρχαριών και των σαλαχιών. Μέχρι σήμερα, δεν έχουν ανακαλυφθεί ψάρια στα βαθύτερα μέρη των ωκεανών 8400–11000 m, και αυτό μπορεί να οφείλεται σε βιοχημικούς παράγοντες. Τα ψάρια συνήθως τραυματίζονται όταν ανασύρονται από τους ψαράδες. Οι κύστες αερίου υπερδιεκτείνονται και εκρήγνυνται λόγω της απότομης μείωσης της υδροστατικής πίεσης, προκαλώντας βλάβη στα συναφή όργανα. Τα ψάρια ρυθμίζουν συνεχώς την ποσότητα αερίου στην κολυμβητική κύστη, είτε καταπίνοντας αέρα στην επιφάνεια είτε αντλώντας το οξυγόνο που είναι συνδεδεμένο με την αιμοσφαιρίνη στην κολυμβητική κύστη, ακόμη και ενάντια σε υψηλές μερικές πιέσεις. Καθώς η εσωτερική πίεση των ψαριών είναι ίση με εκείνη της το περιβάλλον του, τα ψάρια προσαρμόζονται στα βάθη στα οποία ζουν χωρίς να συνθλίβονται.

Το εκκρεμές δευτερολέπτων ως μονάδα μήκους

 Την περίοδο, πριν τη Γαλλική Επανάσταση, στη Γαλλία υπήρχαν 250.000 διαφορετικές μονάδες μήκους, όγκου και βάρους. Σε μια τέτοια Βαβέλ συναλλαγών δημιουργούνταν τα περιθώρια για αισχροκέρδεια από μέρος των εμπόρων, οι οποίοι αγόραζαν τα εμπορεύματά τους χρησιμοποιώντας μεγάλες μονάδες μήκους, όγκου ή βάρους και στη συνέχεια τα πωλούσαν χρησιμοποιώντας τις αντίστοιχες μικρές μονάδες. Επίσης, οι φοροεισπράκτορες ανάλογα με τις σχέσεις συνεργασίας ή συναλλαγής που είχαν με τους αγρότες και τους υπόλοιπους πολίτες, έπαιρναν το φόρο για το βασιλιά χρησιμοποιώντας μια μικρή μονάδα εάν συμπαθούσαν τον φορολογούμενο και τη μεγάλη μονάδα εάν είχαν προηγούμενα μαζί του. Ο απλός λαός αγανακτισμένος από την κατάσταση αυτή ζητούσε να οριστούν συγκεκριμένες μονάδες μήκους, όγκου και βάρους, κοινές για όλες. Αυτό ήταν και ένα από τα αιτήματα της Γαλλικής Επανάστασης.

Ένας ταξιδιώτης στη Γαλλία του 1789 αναφέρει ότι ήταν πολύ εκνευρισμένος για αυτή τη χώρα «όπου η άπειρη πολυπλοκότητα των μέτρων και σταθμών υπερβαίνει κάθε προσπάθεια κατανόησης. Τα μέτρα και τα σταθμά δεν διαφέρουν μόνο από περιφέρεια σε περιφέρεια, αλλά και σε κάθε επαρχία, πόλη και χωριό» (Adler 1995). Υπήρχαν συνολικά κάπου 700 ή 800 διαφορετικές μονάδες μέτρησης, ενώ η κάθε περιοχή είχε τη δική της εκδοχή για κάθε μια από αυτές. Για παράδειγμα, στο Παρίσι η πίντα χωρούσε λίγο λιγότερο από το λίτρο, στο Saint-Denis ένα λίτρο και μισό, στη Seineen-Montagne δύο λίτρα και στο Precy-sous-Thil τρία και ένα τρίτο (Heilbron 1989). Συνολικά εκτιμάται ότι στη Γαλλία μόνο υπήρχαν 250.000 διαφορετικές τοπικές μονάδες μέτρησης μήκους, βάρους και όγκου (Adler 1995, Matthews 2001).

Η πρόταση του Huygens να χρησιμοποιηθεί το εκκρεμές δευτερολέπτων ως πρότυπο μονάδας μήκους έδινε μια απάντηση στο παραπάνω πρόβλημα. Μάλιστα, η απλότητα του εκκρεμούς (ένα σχοινί κι ένα βαρίδι) έκανε αυτή τη μονάδα μήκους εύκολα κατανοητή από όλους. Επίσης, καθένας μπορούσε να κατασκευάσει ένα εκκρεμές δευτερολέπτων. Η επιστημονική ελίτ όμως της εποχής εκείνης δεν ήθελε μια τόσο απλή μονάδα μήκους και υποστήριζε ότι το μήκος του εκκρεμούς δευτερολέπτων, το οποίο είναι 1 μέτρο, είναι μια ακατάλληλη μονάδα μήκους γιατί:

• Μπλέκει τη μέτρηση του χρόνου με τη μέτρηση του χώρου, και

• δεν έχει σε όλα τα σημεία της Γης το ίδιο μήκος, δηλαδή 1 μέτρο, όπως έδειξαν οι μετρήσεις, αλλά γίνεται περίπου δυο χιλιοστά πιο μικρό στον ισημερινό και περίπου δυο χιλιοστά πιο μακρύ στους πόλους. Οι μετρήσεις αυτές έδειξαν για πρώτη φορά ότι η Γη δεν είναι τέλεια σφαίρα και ότι η ένταση της βαρύτητας δεν είναι παντού η ίδια, αλλά αλλάζει καθώς κινούμαστε από τους πόλους προς τον ισημερινό.

Έτσι, αντί για το εκκρεμές, προτείνεται ως μονάδα μέτρησης του μήκους «το 1/4 του 1/10.000.000 του μεσημβρινού της Γης που περνά από το Παρίσι» το οποίο και πάλι είναι ακριβώς 1 μέτρα, πρόταση η οποία υπερισχύει και ένας λόγος που προτιμήθηκε ήταν το γεγονός ότι για να επιβεβαιωθεί η πρόταση, δόθηκε ένα υπέρογκο ποσό για έρευνα ώστε να μετρηθεί το μήκος του μεσημβρινού και έτσι παράλληλα χρηματοδοτήθηκαν και οι εξερευνήσεις τις εποχής εκείνης.

Οι δύο λόγοι για τους οποίους το εκκρεμές δευτερολέπτων θεωρήθηκε ακατάλληλη μονάδα μήκους αποδείχθηκαν τελικά ανυπόστατοι. Και οι μεσημβρινοί της Γης δεν είναι όλοι ίσοι, γι' αυτό και ο ορισμός που επικράτησε προσδιορίζει το μεσημβρινό του Παρισιού. Κατ' αντιστοιχία, θα μπορούσαν να ορίσουν ως μονάδα το μήκος του εκκρεμούς δευτερολέπτων που χτυπά τα δευτερόλεπτα στο Παρίσι. Όσο για το μπλέξιμο των μονάδων χώρου και χρόνου, μετά το 1983 ορισμός της μονάδας μήκους, δηλαδή του ενός μέτρου, εμπλέκει και το χρόνος στο μήκος της διαδρομής που που κάνει το φως στο κενό σε χρόνο 1/299.792.458 του δευτερολέπτου».

Πηγή: Φυσικές επιστήμες για την εκπαίδευση του πολίτη - Φανή Σέρογλου

Οι υποδιαιρέσεις της ημέρας και της ώρας

Ερώτηση

Γιατί κύριε έχουμε 12 ώρες την ημέρα και 12 ώρες τη νύχτα;

Η μεγάλη παρανόηση στο ηλεκτρικό ρεύμα

To βίντεο του YouTube με τίτλο "The Big Misconception About Electricity" από το κανάλι Veritasium παρουσιάζουν μια ευρέως διαδεδομένη παρανόηση για το πώς μεταδίδεται η ηλεκτρική ενέργεια. H παρανόηση είναι ότι τα ηλεκτρόνια μεταφέρουν την ενέργεια από τον σταθμό παραγωγής ενέργειας στο σπίτι μας. Ωστόσο, στην εναλλασσόμενη τάση (AC) που χρησιμοποιείται στο ηλεκτρικό δίκτυο, τα ηλεκτρόνια απλώς κινούνται μπρος-πίσω (ταλαντώνονται) μέσα στα καλώδια και δεν διανύουν στην πραγματικότητα μεγάλες αποστάσεις, αφού η κίνησή τους είναι εξαιρετικά αργή.

Η σωστή εξήγηση, όπως αναπτύχθηκε από τους James Clerk Maxwell και John Henry Poynting τον 19ο αιώνα, είναι ότι η ηλεκτρική ενέργεια μεταφέρεται από τα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία που περιβάλλουν τους αγωγούς Εξηγείται ότι, αντίθετα με τη δημοφιλή πεποίθηση ότι τα ηλεκτρόνια μεταφέρουν την ενέργεια μέσω των καλωδίων, η ενέργεια μεταδίδεται στην πραγματικότητα από τα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία που περιβάλλουν τα καλώδια.

Όταν άρχισαν να τοποθετούνται τα πρώτα υποθαλάσσια τηλεγραφικά καλώδια, όπως το πρώτο υπερατλαντικό καλώδιο το 1858, αυτά δεν λειτουργούσαν σωστά. Παρατηρήθηκαν τεράστιες παραμορφώσεις (distortions) όταν προσπαθούσαν να στείλουν σήματα με την ταχύτητα μετάδοσης που ήταν εξαιρετικά χαμηλή, μόλις μερικές λέξεις ανά λεπτό

Υπήρξε μια επιστημονική συζήτηση για την αιτία αυτής της αποτυχίας. Κάποιοι, όπως ο William Thomson (ο μελλοντικός Λόρδος Kelvin), πίστευαν ότι τα ηλεκτρικά σήματα κινούνταν μέσα στα υποβρύχια καλώδια όπως το νερό ρέει μέσα σε έναν ελαστικό σωλήνα (ένα μοντέλο που βασιζόταν στο ρεύμα μέσα στον αγωγό). Άλλοι, όπως οι Heaviside και Fitzgerald, υποστήριζαν ότι τα πεδία γύρω από τα καλώδια μετέφεραν την ενέργεια και την πληροφορία. Τελικά, αποδείχθηκε σωστή η άποψη ότι τα πεδία είναι αυτά που μεταφέρουν την ενέργεια.

Αυτός είναι ένας από τους λόγους που σήμερα οι περισσότερες γραμμές μεταφοράς ενέργειας είναι αναρτημένες ψηλά στον αέρα, ώστε να υπάρχει ένα μεγάλο μονωτικό κενό αέρα που να μην παρεμβαίνει στα πεδία. Ακόμη και η υγρή γη δρα ως αγωγός, επομένως χρειάζεται ένα κενό για να διαχωριστούν τα καλώδια από το έδαφος.

 

Γιατί βουίζουν τα αυτιά μας;

Ένα ερώτημα που θέτουν οι μαθητές στη Β΄ Γυμνασίου όταν κάνουμε το μάθημα της ατμοσφαιρικής πίεσης είναι για ποιο λόγο τα αυτιά "βουλώνουν" στα μεγάλα υψόμετρα ή στο αεροπλάνο. Η απάντηση σχετίζεται με τη λειτουργία της ευσταχιανής σάλπιγγας η οποία αποτελεί μέρος του αυτιού. Πρόκειται για ένα σωλήνα που έχει δύο στόμια, από τα οποία το ένα συγκοινωνεί με το φάρυγγα και το δεύτερο με το μέσο αυτί (δηλ. το χώρο πίσω από την τυμπανική μεμβράνη -  φωτό).

Κανονικά η ευσταχιανή σάλπιγγα είναι κλειστή και δεν επιτρέπει την επικοινωνία μεταξύ αυτιού και φάρυγγα, όμως μπορεί να ανοίξει για να περάσει μικρή ποσότητα αέρα και να εξισωθεί η πίεση μεταξύ του μέσου αυτιού και του περιβάλλοντος. Όταν αυτό συμβαίνει, ακούει κανείς ένα "ποπ" (όπως συμβαίνει για παράδειγμα όταν κάποιος βρίσκεται σε ένα αυτοκίνητο που μετακινείται από μεγάλο υψόμετρο σε μικρό ή αντίστροφα). Το χασμουρητό ή η κατάποση συστέλλουν τους μύες του λαιμού και προκαλούν το άνοιγμα της σάλπιγγας. Χωρίς την ευσταχιανή σάλπιγγα, ο αέρας δεν θα μπορούσε να περάσει στο μέσο αυτί, το οποίο θα απομονωνόταν από την ατμόσφαιρα, με αποτέλεσμα τη διαφορά πίεσης και την εύκολη καταστροφή του τυμπάνου.

Πηγή: Wikipedia , www.l-medical.gr.

Μέση ταχύτητα και Τροχαία

Το παρακάτω πρόβλημα αποτελεί μια εφαρμογή της έννοιας της μέσης ταχύτητας που μαθαίνουμε στη Β΄ γυμνασίου και του αντίστοιχου θεωρήματος της μέσης τιμής που θα διδαχθεί στο Λύκειο. Ουσιαστικά δεν μπορούμε να ξεγελάσουμε την κρίση του τροχονόμου και καλό είναι να μην επιμείνουμε.

Γιατί το αλουμινόχαρτο δεν καίγεται και δεν μας καίει;

Ο τίτλος αποτελεί ερώτηση μαθητή κατά τη διάρκεια ενός φετινού διαλείμματος.

Στη μαγειρική χρησιμοποιούμε φύλλο αλουμινίου για να σκεπάσουμε το φαγητό επειδή το αλουμίνιο είναι καλός αγωγός θερμότητας και βοηθά στη διατήρηση της θερμοκρασίας του φαγητού ενώ την ίδια στιγμή εγκλωβίζει την υγρασία του φαγητού εμποδίζοντάς το να καεί . Αν και το αλουμίνιο μπορεί να θερμανθεί γρήγορα, το φύλλο αλουμινίου είναι λεπτό και δεν διατηρεί τη θερμότητα για μεγάλο χρονικό διάστημα. Έτσι δεν μπορεί να κάψει το χέρι  μας αφού και η επιφάνεια επαφής στο σημείο που το ακουμπάμε έχει μικρό μέγεθος.

Επιπλέον, το φύλλο αλουμινίου είναι εύκαμπτο και εύκολο στη χρήση, καθιστώντας το ιδανικό για την κάλυψη των φαγητών. Τέλος το ίδιο το φύλλο αλουμινίου είναι δύσκολο να καεί αφού απαιτείται θερμοκρασία 1200 βαθμού Κελσίου η οποία δεν επιτυγχάνεται σε ένα φούρνο μαγειρικής.