Το Σάββατο 1η Νοεμβρίου 2025 στα πλαίσια λειτουργίας του Λαϊκού Πανεπιστημίου με την επωνυμία "Τροφώνια Ακαδημία", στην Αίθουσα Τέχνης και Πολιτισμού του Δήμου Λεβαδέων, σε μια βραδιά αφιερωμένη στην εκλαϊκευμένη επιστήμη, ο Διαμαντής Χατζηπαναγιώτου παρουσίασε το θέμα του «Η Φύση ερμηνεύει τη φυσική», μια προσιτή εισαγωγή στις θεμελιώδεις αρχές της φυσικής που εξηγούν τον κόσμο γύρω μας και αποκαλύπτουν την αρμονία του.
ΕΤΟΙΜΟΙ, ΠΑΜΕ!
Μπορεί να αλλάξει η τροχιά της Γης αν ένα δισεκατομμύριο άνθρωποι πηδήξουν ταυτόχρονα;
Ας αναρωτηθούμε. Τι θα γινόταν αν όλοι οι κάτοικοι της Κίνας πηδούσαν ταυτόχρονα από το Σινικό τείχος; Θα άλλαζε η τροχιά της Γης;
Η σύντομη απάντηση είναι όχι. Η μακροσκελής απάντηση είναι ότι οι Κινέζοι ορθοπεδικοί θα έκαναν χρυσές δουλειές!
Ας το δούμε λίγο πιο σοβαρά. Η ενέργεια από ένα τέτοιο μαζικό άλμα θα ήταν τεράστια, περίπου ίση με έναν σεισμό 5 Ρίχτερ. Όμως, ακόμα κι αν όλοι οι άνθρωποι στη Γη πηδούσαμε ταυτόχρονα πάνω σε γιγάντια τραμπολίνα, δεν θα καταφέρναμε τίποτα.
Ο λόγος είναι απλός: δεν μπορείς να αλλάξεις την πορεία του αυτοκινήτου σου σπρώχνοντας το παρμπρίζ από μέσα. Εμείς, τα κτίρια, οι ωκεανοί, είμαστε όλοι "επιβάτες" πάνω στο διαστημόπλοιο "Γη". Είμαστε μέρος του ίδιου συστήματος.
Σύμφωνα με τον 3ο νόμο του Νεύτωνα (δράση-αντίδραση), όταν πηδάμε, σπρώχνουμε τη Γη προς τα κάτω. Όταν προσγειωνόμαστε, η Γη μας σπρώχνει προς τα πάνω. Αυτές οι δυνάμεις αλληλοαναιρούνται μέσα στο σύστημα "Γη-άνθρωποι". Η συνολική ορμή (ο συνδυασμός μάζας και ταχύτητας) του πλανήτη παραμένει ίδια.
Τι μπορεί όμως να αλλάξει;
Ενώ η τροχιά μας γύρω από τον Ήλιο μένει σταθερή, ένας πραγματικά ισχυρός σεισμός (όχι το πήδημά μας) μπορεί να αλλάξει ανεπαίσθητα τον τρόπο που η Γη περιστρέφεται γύρω από τον εαυτό της. Σκέψου έναν παγοδρόμο που κάνει πιρουέτα: όταν μαζεύει τα χέρια του, γυρίζει πιο γρήγορα. Ένας μεγάλος σεισμός, ανακατανέμοντας τη μάζα του πλανήτη, μπορεί να κάνει ακριβώς αυτό:
Να μικρύνει τη μέρα κατά ελάχιστα μικροδευτερόλεπτα (εκατομμυριοστά του δευτερολέπτου).
Να μετατοπίσει τον άξονα περιστροφής κατά μερικά εκατοστά.
Οι σεισμοί της Σουμάτρας το 2004και της Ιαπωνίας το 2011 το έκαναν αυτό!
Συμπέρασμα: Μπορούμε να επηρεάσουμε το πώς η Γη "στριφογυρίζει", αλλά όχι το "ταξίδι" της γύρω από τον Ήλιο.
ΑΝ ΣΕΒΕΣΑΙ ΤΗ ΒΑΡΥΤΗΤΑ… ΑΣ’ ΤΗΝ ΗΣΥΧΗ
Μπορεί μια σφαίρα που την έριξαν στον αέρα να σκοτώσει κάποιον πέφτοντας;
Σε κάποια μέρη του κόσμου, οι άνθρωποι πυροβολούν στον αέρα είτε για προειδοποίηση, είτε για να γιορτάσουν κάποιο γεγονός. "Άκακες" μπαλωθιές. Είναι όντως άκακες;
Η φυσική έχει μια ανατριχιαστική απάντηση: όχι, είναι θανάσιμα επικίνδυνες.
Ας το δούμε σε δύο βήματα:
1. Ο Κόσμος της Φυσικής (Χωρίς αέρα) Σε έναν τέλειο κόσμο χωρίς αντίσταση αέρα, ισχύει ο κανόνας: "ό,τι η βαρύτητα σου παίρνει ανεβαίνοντας, στο δίνει πίσω κατεβαίνοντας". Η βαρύτητα επιβραδύνει τη σφαίρα στην άνοδο και την επιταχύνει ακριβώς με τον ίδιο ρυθμό στην κάθοδο. Συνεπώς, η σφαίρα θα χτυπούσε το έδαφος με την ίδια ταχύτητα που έφυγε από την κάννη: πάνω από 1.000 km/h. Σίγουρα θανατηφόρα.
2. Ο Πραγματικός Κόσμος (Με αέρα) Στην πραγματικότητα, ζούμε σε έναν κόσμο γεμάτο αέρα. Η αντίσταση του αέρα λειτουργεί σαν φρένο. Καθώς η σφαίρα πέφτει, η ταχύτητά της αυξάνεται λόγω βαρύτητας, αλλά ταυτόχρονα αυξάνεται και η αντίσταση του αέρα που τη φρενάρει. Σε κάποιο σημείο, η δύναμη της βαρύτητας και η αντίσταση του αέρα ισορροπούν. Από εκεί και πέρα, η σφαίρα σταματά να επιταχύνει και πέφτει με μια σταθερή, οριακή ταχύτητα.
Το αποτέλεσμα; Η τελική της ταχύτητα είναι πολύ μικρότερη από την αρχική, αλλά ακόμα επικίνδυνη: περίπου 160 με 240 km/h. Μια ταχύτητα υπεραρκετή για να διαπεράσει το ανθρώπινο δέρμα και να προκαλέσει θανάσιμο τραυματισμό.
Επειδή αυτό το «οριακή ταχύτητα» είναι εντυπωσιακό ως όρος, πολλοί βγάζουν το συμπέρασμα ότι πρόκειται για κάποια θεμελιώδη σταθερά του σύμπαντος, κάτι σαν την ταχύτητα του φωτός. Δεν υπάρχει όμως τίποτε το σταθερό σχετικά μ’ αυτή. Η οριακή ταχύτητα ενός σώματος σε πτώση εξαρτάται μόνο από το μέγεθος, το σχήμα του και τον προσανατολισμό του μέσα στον αέρα. Εάν πέσεις από ένα αεροπλάνο, η οριακή σου ταχύτητα σίγουρα θα είναι σημαντικά μικρότερη εάν φοράς αλεξίπτωτο.
Δεν επιδρά όμως η αντίσταση του αέρα στην αρχική βολή; Η σφαίρα, λόγω του αεροδυναμικού της σχήματος, δεν επηρεάζεται και πολύ από την αντίσταση του αέρα κατά την άνοδο, γιατί είναι προσανατολισμένη κατά τη φορά της κίνησής της. Στην πτώση της όμως, είναι πιο πιθανό ότι θα πέφτει «κουτρουβαλώντας» ή, ακόμα πιθανότερο, ότι θα πέφτει με το πίσω της μέρος να κοιτάζει εμπρός, γιατί αυτός είναι ο πιο ευσταθής προσανατολισμός για ένα αντικείμενο σε σχήμα σφαίρας. Η αεροδυναμική αντίσταση μίας σφαίρας που «κουτρουβαλά» ή που κατεβαίνει με το πίσω μέρος, είναι κατά πολύ μεγαλύτερη απ’ ό,τι σε μία σφαίρα που σκίζει τον αέρα με τη μύτη της, οπότε η σφαίρα αυτή θα επιβραδύνει σημαντικά κατεβαίνοντας και θα καταλήξει να χτυπήσει το έδαφος με πολύ μικρότερη ταχύτητα απ’ την ταχύτητα εκπυρσοκρότησής της.
Υστερόγραφο: Ο βλάκας που πυροβολεί κάθετα προς τα πάνω έχει τις λιγότερες πιθανότητες να χτυπηθεί ο ίδιος. Ο άνεμος σε μεγάλα υψόμετρα μπορεί να παρασύρει τη σφαίρα εκατοντάδες μέτρα μακριά.
ΤΟ ΑΚΟΥΣ ΑΥΤΟ;
Εάν το αμάξι μου μπορούσε να σπάσει το φράγμα του ήχου, θ’ άκουγα το ραδιόφωνο;
Τα συνήθη αυτοκίνητα δεν έχουν ούτε το αεροδυναμικό σχήμα, ούτε την απαραίτητη ισχύ για να φτάσουν την ταχύτητα του ήχου, και ούτε βεβαίως θα μπορούσαν να αντέξουν τις καταπονήσεις του περάσματος από το φράγμα του ήχου. Είναι όμως διασκεδαστικό να σκέφτεται κανείς αυτά τα σενάρια.
Η σύντομη απάντηση λοιπόν στην ερώτηση είναι:Ναι! Όσο εσύ τρέχεις με 1.300 km/h, το ραδιόφωνο, ο αέρας μέσα στην καμπίνα και οι τρομοκρατημένοι συνεπιβάτες σου, όλα, είναι ακίνητα το ένα σε σχέση με το άλλο. Για τον ήχο που ταξιδεύει από το ηχείο στο αυτί σου, είναι σαν να είσαι παρκαρισμένος.
Αλλά... τι θα γινόταν σε ένα υπερηχητικό κάμπριο;
Εδώ τα πράγματα αλλάζουν. Αν τα ηχεία ήταν πίσω σου, δεν θα άκουγες τίποτα. Ο ήχος ταξιδεύει μέσα στον αέρα προς τα εσένα με την ταχύτητα του ήχου. Όμως, εσύ απομακρύνεσαι από αυτόν τον αέρα ακόμα πιο γρήγορα! Είναι σαν να προσπαθείς να ανέβεις μια κυλιόμενη σκάλα που κατεβαίνει γρηγορότερα από όσο περπατάς. Ο ήχος δεν θα σε έφτανε ποτέ.
Γι' αυτόν τον λόγο, όσο έτρεχες υπερηχητικά, δεν άκουσες τη σειρήνα του περιπολικού που σε κυνηγάει... μέχρι να δεις τα φώτα του στον καθρέφτη, καθώς η ταχύτητα του φωτός είναι σχεδόν ένα εκατομμύριο φορές μεγαλύτερη από την ταχύτητα του ήχου.
Τι θα κάνει τώρα ο ήχος που δημιουργείται και φεύγει από το αυτοκίνητό σου; Τι θα ακούσει η αγελάδα που κινείται αμέριμνη στην άκρη του δρόμου; (Συνιστώ θερμά όλα αυτά να τα ελέγξεις έξω από την πόλη)
Οι διάφοροι ήχοι απ’ το αυτοκίνητό σου (η Γωγώ Τσαμπά που παίζει, οι επιβάτες που ουρλιάζουν και τα σχετικά) απομακρύνονται απ’ αυτό προς όλες τις κατευθύνσεις με την ταχύτητα του ήχου. Αυτό όμως πλησιάζει την ανυποψίαστη αγελάδα ακόμα γρηγορότερα, τόσο που αφήνει ξοπίσω τους ήχους που παράγει. Καθώς την πλησιάζει, αυτή δεν ακούει κανέναν από τους ήχους που ακολουθούν το αυτοκίνητο, μέχρι τη μοιραία στιγμή που θα την προσπεράσει, οπότε ξαφνικά θ’ ακούσει το φράγμα του ήχου να σπάει δίπλα της, και βέβαια όλους τους υπόλοιπους ήχους από το αυτοκίνητό σου.
ΓΙΑ ΣΧΟΛΑΣΤΙΚΟΥΣ
Τι είναι το "Σπάσιμο του Φράγματος του Ήχου"; Δεν σπάει κυριολεκτικά κάτι. Φαντάσου ένα πλοίο:
Αργό Πλοίο: Τα κύματα που δημιουργεί ταξιδεύουν μπροστά του.
Γρήγορο Πλοίο: Το πλοίο "προλαβαίνει" τα δικά του κύματα, τα οποία συσσωρεύονται στην πλώρη του, δημιουργώντας ένα μεγάλο κύμα. Ένα υπερηχητικό αεροπλάνο κάνει το ίδιο με τα ηχητικά του κύματα. Τα συμπιέζει μπροστά του δημιουργώντας ένα κρουστικό κύμα (έναν κώνο απότομης πίεσης). Όταν αυτός ο κώνος περάσει πάνω από το κεφάλι σου, ακούς έναν εκκωφαντικό διπλό κρότο: το sonic boom. Δεν είναι μια στιγμιαία έκρηξη, αλλά ένας συνεχής ήχος που "σέρνεται" πίσω από το αεροπλάνο.
GLASSOFOTHERDAYS
Είναι παχύτερο το γυαλί στο κάτω μέρος των υαλοπινάκων στα πολύ παλιά μοναστήρια και ναούς;
Όχι, αυτό είναι ένας διαδεδομένος μύθος. Το φαινόμενο των παλαιότερων υαλοπινάκων που είναι παχύτεροι στο κάτω μέρος δεν οφείλεται στο ότι το γυαλί είναι ένα υγρό που ρέει αργά με την πάροδο των αιώνων.
Η πραγματική αιτία έγκειται στις μεθόδους κατασκευής γυαλιού που χρησιμοποιούνταν στο παρελθόν.
Πριν από τη σύγχρονη βιομηχανική εποχή, η δημιουργία επίπεδων υαλοπινάκων ήταν μια δύσκολη και ατελής διαδικασία. Μία από τις πιο κοινές μεθόδους ήταν η τεχνική του "φυσητού γυαλιού.
Οι υαλουργοί φυσούσαν το λιωμένο γυαλί σε μια μεγάλη σφαίρα ή κύλινδρο και στη συνέχεια, έκοβαν αυτό το σχήμα και το άπλωναν πάνω σε μια επιφάνεια για να δημιουργήσουν ένα επίπεδο φύλλο γυαλιού ενώ αυτό ήταν ακόμα ζεστό και εύπλαστο.Αυτή η διαδικασία ήταν αδύνατο να δημιουργήσει ένα φύλλο με απόλυτα ομοιόμορφο πάχος. Το τελικό προϊόν είχε πάντα σημεία που ήταν πιο παχιά και άλλα που ήταν πιο λεπτά.
Όταν οι τεχνίτες τοποθετούσαν αυτούς τους ατελείς υαλοπίνακες στα παράθυρα, ήταν απλά λογικό και πρακτικό να βάζουν το παχύτερο, και άρα βαρύτερο, άκρο προς τα κάτω για μεγαλύτερη σταθερότητα στο πλαίσιο.
ΓΙΑ ΣΧΟΛΑΣΤΙΚΟΥΣ
Το Γυαλί: Στερεό ή Υγρό;
Το ερώτημα για την κατάσταση της ύλης του γυαλιού είναι σύνθετο. Το γυαλί δεν είναι ένα τυπικό στερεό ούτε ένα υγρό. Επιστημονικά, χαρακτηρίζεται ως άμορφο στερεό.
Στερεό: Έχει σταθερό σχήμα και όγκο και τα μόριά του δεν "ρέουν" ή αλλάζουν θέσεις όπως σε ένα υγρό. Είναι άκαμπτο.
Άμορφο: Σε αντίθεση με τα κρυσταλλικά στερεά (όπως ο πάγος ή το αλάτι), τα μόρια στο γυαλί δεν είναι διατεταγμένα σε μια τακτική, επαναλαμβανόμενη δομή. Είναι "παγωμένα" σε μια ακανόνιστη, τυχαία διάταξη, παρόμοια με αυτή ενός υγρού.
Υπολογισμοί έχουν δείξει ότι ο χρόνος που θα χρειαζόταν για να παρατηρηθεί οποιαδήποτε μετρήσιμη ροή στο γυαλί σε θερμοκρασία δωματίου είναι ασύλληπτα μεγάλος, ξεπερνώντας κατά πολύ την ηλικία του σύμπαντος. Επομένως, η ιδέα ότι τα τζάμια ενός μεσαιωνικού καθεδρικού ναού έχουν "κυλήσει" προς τα κάτω μέσα σε λίγους αιώνες είναι επιστημονικά αβάσιμη.
ΓΑΛΑΖΙΑ ΚΥΜΑΤΑ.
Γιατί τα νερά της θάλασσας είναι γαλάζια; Είναι απλά μια ανάκλαση του χρώματος του ουρανού;
Όχι, αυτός είναι άλλος ένας δημοφιλής μύθος! Ενώ η ανάκλαση του ουρανού παίζει κάποιο μικρό ρόλο, ο κύριος λόγος είναι πολύ πιο θεμελιώδης.
Παρότι σχεδόν όλα τα λεξικά προσπαθούν να μας πείσουν ότι το νερό είναι ένα «άχρωμο και άοσμο υγρό», εντούτοις το νερό από μόνο του δεν είναι εντελώς άχρωμο. Σε μικρές ποσότητες, όπως σε ένα ποτήρι, φαίνεται διαφανές, αλλά στην πραγματικότητα έχει ένα πολύ αχνό, γαλάζιο χρώμα. Αυτό το εγγενές χρώμα γίνεται ορατό καθώς αυξάνεται ο όγκος του νερού.
Η θάλασσα φαίνεται μπλε κυρίως λόγω του τρόπου με τον οποίο το νερό αλληλεπιδρά με το ηλιακό φως. Το φως του ήλιου αποτελείται από ένα φάσμα διαφορετικών χρωμάτων (τα χρώματα του ουράνιου τόξου). Όταν αυτό το φως χτυπά την επιφάνεια της θάλασσας, το νερό απορροφά ορισμένα χρώματα πιο εύκολα από άλλα.
Εδώ λοιπόν παρατηρούνται δύο φαινόμενα. Η Απορρόφηση και η Σκέδαση του Φωτός
Απορρόφηση: Τα μόρια του νερού είναι πολύ καλά στην απορρόφηση των χρωμάτων με μεγαλύτερο μήκος κύματος, όπως το κόκκινο, το πορτοκαλί και το κίτρινο.
Σκέδαση: Αντίθετα, το μπλε φως, το οποίο έχει μικρότερο μήκος κύματος, δεν απορροφάται τόσο έντονα. Μεγάλο μέρος του σκεδάζεται, δηλαδή διαχέεται προς όλες τις κατευθύνσεις από τα μόρια του νερού και τα σωματίδια που αιωρούνται σε αυτό. Ένα μέρος αυτού του σκεδαζόμενου μπλε φωτός επιστρέφει στην επιφάνεια και φτάνει στα μάτια μας, κάνοντας τη θάλασσα να φαίνεται μπλε.
Ο Ρόλος του Βάθους και του Ουρανού
Το βάθος της θάλασσας παίζει σημαντικό ρόλο. Σε βαθιά, καθαρά νερά, το μπλε χρώμα είναι πιο έντονο επειδή υπάρχει αρκετό νερό για να απορροφήσει τα κόκκινα και πορτοκαλί μήκη κύματος και να σκεδάσει αποτελεσματικά το μπλε. Σε πιο ρηχά νερά, το χρώμα μπορεί να είναι πιο ανοιχτό ή ακόμα και πρασινωπό, καθώς το φως μπορεί να φτάσει στον πυθμένα και να ανακλαστεί από την άμμο ή τα φυτά.
Ενώ λοιπόν μια κοινή πεποίθηση είναι ότι η θάλασσα απλώς αντικατοπτρίζει το μπλε χρώμα του ουρανού, αυτό είναι μόνο ένα μέρος της εξήγησης. Η αντανάκλαση του ουρανού στην επιφάνεια της θάλασσας συμβάλλει στο χρώμα που βλέπουμε, ειδικά σε μια ήρεμη μέρα, αλλά ο κύριος λόγος είναι η εγγενής ιδιότητα του νερού να απορροφά τα θερμά χρώματα και να σκεδάζει το μπλε. Γι' αυτό ακόμα και σε μια συννεφιασμένη μέρα, η θάλασσα εξακολουθεί να φαίνεται γαλάζια.
GPS… ΜΕ ΦΛΟΓΕΣ
Μια εύκολη ερώτηση: Πώς γνωρίζουν οι φλόγες προς τα πού είναι το «επάνω»;
Άναψε ένα κερί και, ενώ φλέγεται, γύρισέ το σε διάφορες θέσεις. Η φλόγα θα εξακολουθήσει να δείχνει αλάνθαστα προς τα επάνω, ανεξαρτήτως της θέσεως που έχει η καύσιμη ύλη της. Πραγματικά, πώς μπορεί να «ξέρει;»
Γνωρίζουμε πολύ καλά ότι ο ζεστός αέρας ανεβαίνει. Μία φλόγα, λοιπόν, παρασύρεται προς τα επάνω από το θερμό ρεύμα αέρα που ανεβαίνει. Κι αυτά είναι όσα χρειάζεται να ξέρουμε για το λόγο που οι φλόγες ανεβαίνουν.
Μια πιο δύσκολη ερώτηση όμως είναι: Τι είναι φλόγα;
Μήπως είναι ο αέρας ο ίδιος που ανεβαίνει και λαμποκοπά από τη ζέστη; Λυπούμαι μα όχι.
Αυτό που ονομάζουμε «φλόγα» είναι ο χώρος όπου συμβαίνει μία συγκεκριμένη χημική αντίδραση: μία καύση - μία αντίδραση δηλαδή ανάμεσα στο οξυγόνο του αέρα κι ένα εύφλεκτο αέριο.
Είπα αέριο; Ναι. Μα, τα στερεά και τα υγρά δεν καίγονται βγάζοντας κι αυτά φλόγες; Επίσης ναι.
Το ξύλο και τα κάρβουνα είναι στερεά και πραγματικά είναι εύφλεκτα.Η βενζίνη και η κηροζίνη είναι υγρά και είναι και αυτά εύφλεκτα. Τίποτα όμως από αυτά δε θα καεί πραγματικά εάν πρώτα δε μετατραπεί σε αέριο ή σε ατμό. Μόνο οι ατμοί αυτών των ουσιών μπορούν να καούν, γιατί μόνο τα μόρια των ατμών τους μπορούν να έρθουν σε τόσο στενές επαφές ώστε να «τριφτούν» με τα μόρια του ατμοσφαιρικού οξυγόνου.
Τα μόρια δεν μπορούν να αντιδράσουν εάν δεν έρθουν σε φυσική επαφή το ένα με το άλλο. Το αέριο οξυγόνο στην ατμόσφαιρα δεν μπορεί να διαπεράσει το στερεό ή το υγρό καύσιμο, οπότε το καύσιμο πρέπει να αεριοποιηθεί και να πάει να συναντήσει το οξυγόνο. Και γι’ αυτό πρέπει να ανάβουμε μια φωτιά. Πρέπει να ανεβάσουμε τη θερμοκρασία του καυσίμου αρκετά, τουλάχιστον σε μια μικρή γωνίτσα του, σε ένα σημείο του, έτσι ώστε να ατμοποιηθεί. Μόλις ο ατμός αυτός αρχίσει να καίγεται, η θερμότητα από αυτή την καύση — γιατί η χημική αντίδραση της καύσης απελευθερώνει θερμότητα — ατμοποιεί όλο και περισσότερο καύσιμο και συντηρεί αυτή τη διαδικασία μέχρι το σύνολο του καυσίμου να εξαντληθεί. (Με την προϋπόθεση, βεβαίως, ότι το οξυγόνο είναι αρκετό.)
Τα καύσιμα που είναι εξαρχής σε αέρια μορφή, όπως είναι το μεθάνιο στα συστήματα γκαζιού, είναι έτοιμα να αναμειχθούν με τον αέρα, και έτσι μπορούν να αναφλεγούν με μια μονάχα σπίθα. Τα γκαζάκια για τον καφέ και οι αναπτήρες μας περιέχουν επίσης παρόμοια αέρια καύσιμα σε υγροποιημένη μορφή, κάτω από πίεση. Τη στιγμή όμως που απελευθερώνονται, αεριοποιούνται και αναμειγνύονται με τον αέρα, οπότε μπορούν επίσης να αναφλεγούν εύκολα με μία σπίθα.
Όταν ανάβουμε μία λαμπάδα με ένα σπίρτο, το σπίρτο πρώτα πρέπει να λιώσει λίγο από το κερί της, το υγροποιημένο κερί πρέπει να ανέβει μέσω του φιτιλιού λόγω της τριχοειδούς δράσης, και το σπίρτο πρέπει να ατμοποιήσει μια ποσότητα από αυτό το υγρό. Μόνο τότε μπορούν οι ατμοί του κεριού να αναμειχθούν με τον αέρα και να αναφλεγούν. Δίχως το φιτίλι που μεταφέρει το υγροποιημένο κερί εκεί του υπάρχει άφθονος αέρας, το κερί δε θα άναβε.
Αν όμως μία φλόγα είναι απλά δύο αόρατα αέρια που καίγονται μεταξύ τους, πώς και μπορούμε να τη δούμε; Στην περίπτωση του κεριού η φλόγα είναι ορατή γιατί το οξυγόνο αδυνατεί να εισρεύσει αρκετά γρήγορα ώστε να κάψει τελείως ολόκληρη την ποσότητα του κεριού που ατμοποιείται ταχύτατα. Κάποια ποσότητα κεριού λοιπόν παραμένει άκαυτη ως μικροσκοπικά σωματίδια άνθρακα, που φεγγοβολούν με μία κίτρινη λάμψη λόγω θερμότητας και παρασύρονται προς τα επάνω από το ανοδικό ρεύμα του καυτού αέρα.
Καθώς το πλήθος των σωματιδίων του άνθρακα ανεβαίνει ψηλότερα φεγγοβολώντας, το οξυγόνο γλείφει τις παρυφές του καίγοντας τα σωματίδια τελείως και μετατρέποντάς τα σε διοξείδιο του άνθρακα, ένα αόρατο αέριο. Το πλήθος λοιπόν των λαμπερών σωματιδίων μειώνεται συνεχώς καθώς ανεβαίνει και αυτός είναι ο λόγος που οι φλόγες των κεριών λεπταίνουν προς το επάνω μέρος τους.
ΤΟ ΣΩΤΗΡΙΟ ΑΛΜΑ
Εάν είσαι σ’ έναν ανελκυστήρα και σπάσει το καλώδιο, μπορείς να πηδήξεις προς τα πάνω την τελευταία στιγμή και να σωθείς;
Δεν ξέρω πόσες φορές έχει περάσει αυτή η σκέψη απ’ το μυαλό κλειστοφοβικών και μη, μέσα σε ανελκυστήρες, ούτε πόσες φορές έχει γίνει αυτή η ερώτηση σε ανυπεράσπιστους φυσικούς. Η απάντηση είναι ένα ξερό "Όχι". Αλλά το "γιατί" είναι διασκεδαστικό.
Πρώτα η σύντομη απάντηση.
Ας πούμε ότι το ασανσέρ πέφτει και λίγο πριν τη συντριβή φτάνει ταχύτητα 80 km/h. Για να σωθείς, θα έπρεπε να πηδήξεις προς τα πάνω με την ίδια ακριβώς ταχύτητα (80 km/h) τη στιγμή της πρόσκρουσης, ώστε η δική σου ταχύτητα σε σχέση με το έδαφος να μηδενιστεί.
Πόσο γρήγορα μπορείς να πηδήξεις; Ακόμα και ο Michael Jordan στην καλύτερή του μέρα, μετά βίας έφτανε τα 18 km/h στο επιτόπιο άλμα του. Καλή τύχη με τα υπόλοιπα 62 km/h...
Ας μελετήσουμε τώρα τη στιγμή ακριβώς προτού σπάσει το καλώδιο του ανελκυστήρα.
Όταν ένα σώμα ασκήσει μια δύναμη σε ένα άλλο, τότε το δεύτερο αυτό σώμα ασκεί μία ίση και αντίθετη δύναμη στο πρώτο. Αυτό αναφέρθηκε και νωρίτερα ως ο τρίτος νόμος του Νεύτωνα ή νόμος δράσης-αντίδρασης. Όταν στέκεσαι στο πάτωμα του ασανσέρ και η βαρύτητα σε τραβάει προς το πάτωμα, το πάτωμα σε σπρώχνει προς τα επάνω με την ίδια δύναμη. Αυτός είναι ο λόγος που η βαρύτητα δε νικάει, κι εσύ δεν πέφτεις στο φρεάτιο. Το ίδιο πράγμα ακριβώς συμβαίνει με το θάλαμο του ασανσέρ.Σε αυτήν την περίπτωση, είναι η ανοδική έλξη του καλωδίου που αντισταθμίζει την καθοδική έλξη της βαρύτητας στο θάλαμο. Οπότε, ούτε εσύ, ούτε ο θάλαμος πέφτετε στο φρεάτιο.
Όταν το καλώδιο σπάσει, η προς τα πάνω έλξη του καλωδίου και συνεπώς το προς τα πάνω σπρώξιμο του πατώματος χάνονται απότομα, οπότε και εσύ και ο θάλαμος είστε ελεύθεροι να πέσετε έχοντας υποκύψει στη θέληση της βαρύτητας. Για μία στιγμή μένεις μετέωρος — νιώθοντας ότι το βάρος σου χάθηκε, μιας που η συνηθισμένη αίσθηση του πατώματος κάτω από τα πόδια σου εξαφανίστηκε. Έπειτα από αυτή τη στιγμή ευτυχισμένης αιώρησης η βαρύτητα κάνει το δικό της και πέφτεις, μαζί με τον ανελκυστήρα.
ΓΙΑ ΣΧΟΛΑΣΤΙΚΟΥΣ
Σχετικά με τη στιγμή της «απώλειας βάρους», όταν ο ανελκυστήρας ξεκινάει την πτώση του: Προφανώς δεν έχεις χάσει βάρος σου, αλλά το φαινομενικό σου βάρος.Η Γη σε τραβάει το ίδιο. Είναι η ίδια αίσθηση που έχουν οι αστροναύτες σε τροχιά γύρω από τη Γη, οι οποίοι στην πραγματικότητα βρίσκονται σε μια κατάσταση συνεχούς ελεύθερης πτώσης
ΣΚΟΥΠΕΣ, ΤΡΟΜΠΕΣ ΚΑΙ ΤΟ ΑΠΟΛΥΤΟ ΚΕΝΟ
Τι θα συνέβαινε εάν χρησιμοποιούσαμε μία ηλεκτρική σκούπα στο κενό;
Θα αποκτούσαμε ένα πολύ καθαρό κενό.
Βέβαια, κατ’ αρχήν,δεν υπάρχει τίποτε πιο καθαρό από το απόλυτο κενό. Πρόκειται πιθανώς για την ενσάρκωση του απολύτως τίποτα. Άρα ας ξεχάσουμε για την ώρα τη σκούπα για να πάμε στο κενό.
Ο κόσμος χρησιμοποιεί αυτή λέξη ιδιαιτέρως απρόσεκτα για να περιγράφει οποιονδήποτε χώρο περιέχει λιγότερη από τη συνήθη ποσότητα ατμοσφαιρικού αέρα. Ο απλός αέρας στο επίπεδο θάλασσας περιέχει 27 δισεκατομμύρια δισεκατομμύρια μόρια ανά κυβικό εκατοστό. Ρουφήξτε κάποια από αυτά με οποιαδήποτε συσκευή - μία ηλεκτρική σκούπα ή ένα καλαμάκι - επιτρέπεται να θεωρηθεί ο χώρος αυτός ένα «κενό». Στην πραγματικότητα, όμως, πρόκειταιγια ένα μερικό κενό, γιατί ο χώρος αυτός εξακολουθεί να είναι γεμάτος με αέρα. Μία ηλεκτρική σκούπα, για παράδειγμα, δεν μπορεί να αφαιρέσει ούτε καν τον μισό αέρα από ένα δοχείο.
Αντιθέτως, ένα τέλειο κενό, ένα απόλυτο κενό, είναι ένας χώρος ο οποίος δεν περιέχει απολύτως τίποτα, ούτε καν ένα μόριο. Το απόλυτο κενό, όμως, είναι μία εξιδανικευμένη θεωρητική έννοια, που απλά δεν μπορεί να υπάρξει στον πραγματικό κόσμο.
Γιατί; Διότι ακόμα κι αν εφευρίσκαμε μία 100% αποτελεσματική αντλία κενού που θα αντλούσε μέχρι και το τελευταίο μόριο αέρα από ένα δοχείο, το ίδιο το δοχείο θα απέβαλε μόρια συνεχώς μέσα στον κενό χώρο.
Αυτό θα συνέβαινε γιατί σε κάθε υλικό υπάρχει μία τάση των μορίων του να φεύγουν ελεύθερα στο χώρο ως ατμός. Αυτό συμβαίνει ανεξαρτήτως του πόσο στερεή και συμπαγής είναι η ουσία. Μεταξύ της στερεάς κατάστασης και της ατμοποιημένης, δηλαδή της αέριας μορφής της ίδιας ουσίας, επικρατεί μία κατάσταση ισορροπίας. Κάθε μόριο στην επιφάνεια ενός στερεού έχει την επιλογή είτε να μείνει προσκολλημένο στο στερεό είτε να φύγει στον κενό χώρο ως αέριο μόριο.
Αυτά που λέμε για τα στερεά, δεν είναι διαφορετικά από αυτά που βλέπουμε ευκολότερα στα υγρά: τα μόριά τους μπορούν να φύγουν στο χώρο ως ατμοί. Το νερό, για παράδειγμα, εξατμίζεται (γίνεται ατμός) ταχύτατα,γιατί έχει υψηλή τάση προς εξάτμιση. Τα έλαια, από την άλλη, δεν εξατμίζονται σημαντικά.Η τάση τους για εξάτμιση είναι χαμηλή.
Πολύ, μα πολύ μικρότερες από τις τάσεις εξάτμισης του οποιουδήποτε υγρού είναι οι τάσεις εξάτμισης (ή εξάχνωσης) των στερεών. Δεν θα τύχει ποτέ να δούμε ένα κομμάτι σιδήρου να εξατμίζεται στον αέρα, αυτό όμως δε σημαίνει ότι κάποιο άτομο,μία στις τόσες, δε σπάει τα δεσμά του για να πετάξει ελεύθερο.
Για να θέσουμε τα πράγματα στις αληθινές τους διαστάσεις: η τάση του νερού να εξατμιστεί είναι 500 ακολουθούμενο από 60 μηδενικά φορές μεγαλύτερη από την αντίστοιχη τάση που έχει ο σίδηρος.
Ακόμα κι αυτό όμως δε σημαίνει ότι μπορεί κανείς να φτιάξει έναν τέλειο θάλαμο κενού από σίδηρο. Θα βρίσκονταν πάντα κάποια λίγα άτομα σιδήρου να αιωρούνται μέσα του. Και, βεβαίως, το κυρίως σώμα του θαλάμου μπορεί να ήταν από σίδηρο αλλά, για να τον στεγανοποιήσουμε, δε θα έπρεπε να χρησιμοποιηθούν ελαστικές φλάντζες και τσιμούχες; Το ελαστικό όμως έχει σχετικά μεγάλη πίεση ατμών, που σημαίνει ότι το «κενό»σύντομα θα έβριθε μορίων ελαστικού.
Και ούτω καθεξής. Ακόμα και αν κατασκευάζαμε έναν θάλαμο κενού εξολοκλήρου από βολφράμιο, το οποίο έχει τη χαμηλότερη πίεση ατμών απ’ οποιοδήποτε άλλο υλικό γνωρίζουμε — συγκεκριμένα σε ολόκληρο το σύμπαν πρέπει να έχουν διαφύγει 1 με 2 άτομα — και πάλι δε θα μπορούσαμε να αδειάσουμε αυτόν τον «τέλειο» θάλαμο κενού τελείως, γιατί η αντλία που θα έπρεπε να χρησιμοποιηθεί θα ήταν φτιαγμένη με φλάντζες, τσιμούχες, λάδια, γράσα και τα συναφή, τα οποία έχουν όλα πίεση ατμών κάθε άλλο παρά αμελητέα.
Όλα αυτά δεν έχουν αποθαρρύνει τους επιστήμονες από το να προσπαθήσουν να κατασκευάσουν το τελειότερο δυνατό «κενό». Το πιο εντυπωσιακό τεχνητό κενό έχει επιτευχθεί σε πειράματα φυσικής υψηλών ενεργειών, όπως στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) στο CERN.Στους σωλήνες όπου κινούνται οι δέσμες των πρωτονίων, το κενό αντιστοιχεί σε περίπου 100.000 σωματίδια ανά κυβικό εκατοστό. Αν και αυτός ο αριθμός φαίνεται μεγάλος, είναι ένα κενό περίπου 10 φορές καλύτερο από αυτό στην επιφάνεια της Σελήνης αλλά κατώτερο από εκείνο του μεσογαλαξιακού χώρου με, κατά μέσο όρο, λιγότερο από ένα άτομο υδρογόνου ανά κυβικό μέτρο.
Όσον αφορά την αρχική ερώτηση τι θα συνέβαινε εάν σκουπίζαμε με μία ηλεκτρική σκούπα σ’ ένα δωμάτιο με απόλυτο κενό, η απάντηση είναι: Απολύτως τίποτα. Θα είχαμε απλώς έναν θορυβώδη κινητήρα που γυρίζει.
Μια
ηλεκτρική σκούπα δεν "ρουφάει" τη σκόνη. Δημιουργεί μια περιοχή
χαμηλότερης πίεσης μέσα της. Στη συνέχεια, ο ατμοσφαιρικός αέρας με την
υψηλότερη πίεση που βρίσκεται απ' έξω, σπεύδει να γεμίσει αυτό το κενό,
παρασύροντας μαζί του και τη σκόνη.. Τα πτερύγια της αντλίας της σκούπας θα
γύριζαν στο κενό, δίχως να ρουφάνε ή να φυσάνε τίποτα, γιατί τίποτα δε θα
υπήρχε εκεί για να το ρουφήξουν ή να το φυσήξουν.
ΟΥΦ… ΣΚΑΣΑΜΕ!
Περί θερμοκρασιών και θερμομέτρων
Από τότε που ζούσα στη Θεσσαλονίκη είχα έναν φίλο στη Λάρισα.
Μια μέρα του παραπονέθηκα στο τηλέφωνο ότι στη Θεσσαλονίκη έχει ήδη 35°C και εκείνος γελώντας περιφρονητικά μου απάντησε πως στη Λάρισα «έχει διπλάσια ζέστη». Αν ήταν έτσι τα πράγματα, ποια θα ήταν η θερμοκρασία στη Λάρισα;
Ασφαλώς, αν πράγματι ήταν δυο φορές πιο ζεστά, δεν θα ήταν 70°C, όχι γιατί αυτή η θερμοκρασία είναι υπερβολικά υψηλή, αλλά γιατί είναι εξαιρετικά χαμηλή! Η θερμοκρασία που είναι «δύο φορές πιο ζεστή» από τους 35°C είναι, είτε το πιστεύετε είτε όχι, οι 343°C!
Για να λυθεί αυτό το... μυστήριο, πρέπει, πριν από οτιδήποτε άλλο, να κατανοήσουμε ότι θερμότητα και θερμοκρασία είναι δύο διαφορετικά πράγματα.
Η θερμότητα είναι ενέργεια, ενώ η θερμοκρασία είναι απλώς ο τρόπος με τον οποίο οι άνθρωποι δηλώνουν πόσο συγκεντρωμένη είναι η ενέργεια αυτή σε ένα αντικείμενο, δηλαδή το πηλίκο της θερμικής ενέργειας προς τη μάζα του σώματος.
Ή, με άλλα λόγια:
Η θερμοκρασία είναι ένα μέτρο της μέσης κινητικής ενέργειας των ατόμων ή των μορίων σε ένα σώμα. Με απλά λόγια, μας λέει πόσο γρήγορα κινούνται και δονούνται τα σωματίδια κατά μέσο όρο. Μια υψηλή θερμοκρασία σημαίνει γρήγορη κίνηση, ενώ μια χαμηλή θερμοκρασία σημαίνει αργή κίνηση.
Αναλογία: Σκεφτείτε τη θερμοκρασία σαν την ταχύτητα ενός αυτοκινήτου.
Η θερμότητα είναι η συνολική θερμική ενέργεια που περιέχεται σε ένα σώμα. Εξαρτάται από τρεις παράγοντες: τη θερμοκρασία, την ποσότητα της ύλης (μάζα) και το είδος της ύλης.
Αναλογία: Σκεφτείτε τη θερμότητα σαν τη συνολική κίνηση σε έναν αυτοκινητόδρομο. Μπορεί να έχετε ένα μόνο αυτοκίνητο (μικρή μάζα) να τρέχει με 200 χλμ/ώρα (υψηλή θερμοκρασία), αλλά η συνολική κίνηση είναι μικρή. Αντίθετα, μπορεί να έχετε χίλια αυτοκίνητα (μεγάλη μάζα) να κινούνται με 50 χλμ/ώρα (χαμηλότερη θερμοκρασία), και η συνολική κίνηση (θερμότητα) θα είναι τεράστια.
Παράδειγμα: Μια σπίθα από ένα πυροτέχνημα έχει απίστευτα υψηλή θερμοκρασία (πάνω από 1000°C), αλλά δεν θα σας κάψει σοβαρά γιατί περιέχει ελάχιστη θερμότητα. Αντίθετα, μια μπανιέρα γεμάτη χλιαρό νερό στους 40°C έχει χαμηλή θερμοκρασία, αλλά περιέχει τεράστια ποσότητα θερμότητας ικανή να ζεστάνει όλο το μπάνιο.
Οπότε, το πρόβλημα του πόσο είναι δυο φορές πιο ζεστά, είναι το να βρεθεί πόση ακριβώς θερμότητα περιέχει ο εξωτερικός αέρας — ας πούμε για όγκο ενός κυβικού μέτρου. Έτσι λοιπόν, αν πραγματικά ένα κυβικό μέτρο αέρα στη Λάρισα έχει διπλάσια θερμική ενέργεια από ένα κυβικό μέτρο αέρα στη Θεσσαλονίκη, τότε θα μπορούσε πραγματικά να είναι «δύο φορές πιο ζεστά».
Πώς μπορούμε να προσδιορίσουμε την ποσότητα της θερμότητας που περιέχει ένα αντικείμενο; Σίγουρα δε θα βοηθήσει να του πάρουμε μόνο τη θερμοκρασία διότι αυτό τον τρόπο δε λαμβάνεται υπόψη το μέγεθος του.
Οι συνήθεις κλίμακες θερμοκρασίας που χρησιμοποιούμε, Κελσίου, Φαρενάιτ, δεν είναι τίποτε περισσότερο από αυθαίρετα νούμερα για να συνεννοούμαστε μεταξύ μας. Πρόκειται απλά για βολικές συμβάσεις που έχουμε συμφωνήσει να τα χρησιμοποιούμε σύμφωνα με τον κανόνα: «Όταν ο πάγος λιώσει, θα το λέτε0 βαθμούς Κελσίου ή 32 βαθμούς Φαρενάιτ, και, όποτε το νερό βράσει, 100 βαθμούς Κελσίου ή 212 Φαρενάιτ».
Ωστόσο, για να εκφράσουμε την περιεκτικότητα των πραγμάτων σε θερμότητα,χρειαζόμαστε έναν απόλυτο τρόπο. Χρειαζόμαστε μια απόλυτη κλίμακα, όπου το μηδέν σημαίνει μηδενική ενέργεια, δηλαδή την απόλυτη απουσία κίνησης των μορίων.
Εδώ εμφανίζεται ο λόρδος Κέλβιν, ένας Βρετανός αριστοκράτης και επιστήμονας (1824-1907), γνωστός επίσης και με το όνομα Γουίλιαμ Τόμσον.
Ο λόρδος Κέλβιν, λοιπόν, έφτιαξε μία κλίμακα θερμοκρασιών που ξεκινάει από το «καθόλου θερμότητα» — τη θερμοκρασία του «απολύτου μηδενός», όπου τα αντικείμενα είναι τόσο κρύα όσο είναι ποτέ δυνατόν να γίνουν. Κατόπιν δανείστηκε το μέγεθος της μονάδας Κελσίου και άρχισε να μετράει προς τα επάνω. Κάνοντάς το αυτό, η θερμοκρασία του νερού που παγώνει, οι μηδέν βαθμοί Κελσίου, έγιναν 273 βαθμοί πάνω από το απόλυτο μηδέν, και η θερμοκρασία του νερού που βράζει - οι 100 βαθμοί Κελσίου- έγιναν 373 βαθμοί πάνω από το απόλυτο μηδέν. Βλέπουμε λοιπόν η απόλυτη θερμοκρασία, μετρημένη σε βαθμούς Κέλβιν είναι η θερμοκρασία σε βαθμούς Κελσίου συν 273.
Τώρα μπορούμε πλέον να απαντήσουμε στον φίλο στη Λάρισα:
Μετατρέπουμε τους 35°C σε Κέλβιν:35+273=308
Διπλασιάζουμε την απόλυτη θερμοκρασία:308×2=616
Μετατρέπουμε το αποτέλεσμα πάλι σε Κελσίου: 616−273=343
Έτσι, για να νιώσουμε "δύο φορές περισσότερη ζέστη" από άποψη θερμικής ενέργειας, η θερμοκρασία θα έπρεπε να ανέβει στους 343°C, μια θερμοκρασία που συναντάμε σε φούρνους ψησίματος!
