Η βασική λειτουργία του Planet Physics είναι να ενθαρρύνει, να προωθήσει και να υποστηρίξει την εκπαίδευση στον τομέα της Φυσικής, κάνοντας τη μάθηση απτή, ενδιαφέρουσα και διαδραστική.

ΚΛΑΣΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ

Ακίνητοι (σύστημα αναφοράς)

Posted on by Site Manager

.

Έχετε καθίσει ποτέ σε μια ξαπλώστρα στην παραλία, αγναντεύοντας τη θάλασσα και νομίζοντας ότι είστε ακίνητοι; Σε σχέση με την ξαπλώστρα, πράγματι ήσασταν ακίνητοι. Ας το εξετάσουμε όμως λίγο γενικότερα…

.

Αρχικά, η Γη περιστρέφεται γύρω από τον άξονά της, ολοκληρώνοντας μια πλήρη στροφή περίπου κάθε 24 ώρες. Αυτή η περιστροφή σας μετακινεί με ταχύτητα περίπου 1.670 χιλιομέτρων την ώρα, αν βρίσκεστε κοντά στον ισημερινό. Έτσι, ακόμα και όταν κάθεστε, περιστρέφεστε πιο γρήγορα από ένα εμπορικό αεροπλάνο!

.

Ενώ η Γη περιστρέφεται γύρω από τον άξονά της, περιστρέφεται επίσης γύρω από τον Ήλιο, με μέση ταχύτητα περίπου 107.000 χιλιομέτρων την ώρα. Αυτό σημαίνει ότι εκτός από την περιστροφή της, η Γη κινείται μέσα στο διάστημα σε μια γιγαντιαία σπείρα γύρω από το άστρο μας.

.

Ολόκληρο το ηλιακό μας σύστημα, συμπεριλαμβανομένης της Γης, βρίσκεται επίσης σε κίνηση. Βρίσκεται σε τροχιά γύρω από το κέντρο του Γαλαξία μας με μια εκπληκτική ταχύτητα περίπου 828.000 χιλιομέτρων την ώρα. Μια πλήρης περιστροφή γύρω από τα γαλαξιακό κέντρο διαρκεί περίπου 225.000.000 χρόνια.

.

Μήπως όμως…κινείται και ο Γαλαξίας μας; Ο Γαλαξίας μας είναι μέρος μιας μεγαλύτερης κοσμικής δομής και κινείται προς τον γαλαξία της Ανδρομέδας με ταχύτητα περίπου 402.000 χιλιομέτρων την ώρα.

.

Και σαν να μην έφταναν όλα αυτά, η ίδια η δομή του σύμπαντος διαστέλλεται. Αυτό σημαίνει ότι σε μεγάλη κλίμακα, τα πάντα απομακρύνονται από όλα τα άλλα. Ο ρυθμός αυτής της διαστολής περιγράφεται από τη σταθερά Hubble, η οποία είναι περίπου 73,3 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο ανά Megaparsec απόστασης (1 parsec ισούται περίπου με 3,3 έτη φωτός).

.

Η έννοια της “ακινησίας” είναι βαθιά ριζωμένη στη σχετικότητα- εξαρτάται από το σύστημα αναφοράς. Μπορεί να αισθάνεστε ακίνητοι ενώ κάθεστε σε μια ξαπλώστρα, αλλά αυτό ισχύει σε σχέση με την ξαπλώστρα και την παραλία. Σε ευρύτερο πλαίσιο, δεν είμαστε καθόλου ακίνητοι. Σε σχέση με τον Ήλιο ή τους μακρινούς γαλαξίες, στην πραγματικότητα κινούμαστε με ιλιγγιώδεις ταχύτητες, συμμετέχοντας σε ένα «κοσμικό ταξίδι» που συχνά αγνοούμε ή ξεχνάμε…

«Κρουστικά κύματα» (shock waves)

Posted on by Site Manager

.

Τα «κρουστικά κύματα» (shock waves) δημιουργούνται όταν ένα αντικείμενο ταξιδεύει μέσα σε ένα ρευστό (υγρό ή αέριο), με ταχύτητα μεγαλύτερη από την ταχύτητα του ήχου σε αυτό το μέσο. Η απότομη επιτάχυνση έχει ως αποτέλεσμα την απότομη συμπίεση του ρευστού, δημιουργώντας μια στενή περιοχή, όπου η πίεση, η θερμοκρασία και η πυκνότητα αλλάζουν δραστικά.

.

Ένα κρουστικό κύμα είναι μια «ασυνέχεια» που κινείται μέσα στο ρευστό. Σε αντίθεση με τα συνηθισμένα ηχητικά κύματα, τα οποία είναι ομαλές ταλαντώσεις της πίεσης, τα κρουστικά κύματα χαρακτηρίζονται από μια σχεδόν στιγμιαία αλλαγή στις ιδιότητες του ρευστού. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η ηχητική έκρηξη ενός υπερηχητικού αεροσκάφους (sonic boom) ή η καταστροφική δύναμη μιας έκρηξης μπορεί να είναι τόσο έντονη.

.

Η μαθηματική περιγραφή των κρουστικών κυμάτων έχει τις ρίζες της στη Δυναμική των Ρευστών και τη Θερμοδυναμική. Οι εξισώσεις που τα διέπουν, γνωστές ως εξισώσεις Euler, περιγράφουν τον τρόπο με τον οποίο οι ιδιότητες του ρευστού μεταβάλλονται κατά μήκος της κρούσης. Η επίλυση αυτών των εξισώσεων απαιτεί εξειδικευμένες τεχνικές λόγω της ασυνεχούς φύσης του κρουστικού κύματος.

.

Τα κρουστικά κύματα δεν περιορίζονται σε ανθρωπογενή γεγονότα όπως η υπερηχητική πτήση ή οι εκρήξεις. Είναι παρόντα σε φυσικά φαινόμενα όπως οι υπερκαινοφανείς (supernovae), οι εκρηκτικοί θάνατοι των άστρων. Σε αυτά τα κατακλυσμιαία γεγονότα, τα κρουστικά κύματα διαδίδονται στο διάστημα, διασκορπίζοντας νέα χημικά στοιχεία και ενέργεια.

.

Η κατανόηση των κρουστικών κυμάτων είναι σημαντική για διάφορες εφαρμογές. Στη Μηχανική, συνυπολογίζονται στο σχεδιασμό υπερηχητικών αεροσκαφών και πυραύλων. Στην Ιατρική, τα εστιασμένα κρουστικά κύματα χρησιμοποιούνται για τη διάσπαση των λίθων στα νεφρά.

.

Συνοπτικά, τα κρουστικά κύματα είναι πολύπλοκες, ταχέως κινούμενες περιοχές συμπιεσμένου ρευστού που εμφανίζονται όταν ένα αντικείμενο υπερβαίνει την ταχύτητα του ήχου. Η μελέτη τους ενσωματώνει έννοιες από διάφορους επιστημονικούς κλάδους και έχει εφαρμογές που κυμαίνονται από την Αεροναυπηγική έως τις Ιατρικές θεραπείες.

Συντονισμοί Schumann – “ο παλμός” της Γης

Posted on by Site Manager

.

Σήμερα, ας εντρυφήσουμε σε ένα συναρπαστικό φαινόμενο που
συχνά περιγράφεται ως ο “καρδιακός παλμός” της Γης – τους
συντονισμούς Schumann. Πρόκειται για φυσικούς ηλεκτρομαγνητικούς συντονισμούς
που εμφανίζονται στην ατμόσφαιρα της Γης. Αλλά τι σημαίνει αυτό και γιατί
πρέπει να μας ενδιαφέρει;

.

Φανταστείτε τη Γη ως μια γιγαντιαία, σφαιρική κοιλότητα, με
το έδαφος από κάτω και την ιονόσφαιρα – ένα στρώμα φορτισμένων σωματιδίων στην
ατμόσφαιρα – από πάνω. Αυτή η κοιλότητα λειτουργεί σαν θάλαμος συντονισμού για
τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Οι συντονισμοί Schumann είναι οι «νότες» αυτής της
«φυσικής συμφωνίας», με την πιο χαρακτηριστική να βρίσκεται στα 7,83 Hz
περίπου.

.

Πώς παράγονται όμως οι συντονισμοί Schumann; Η κύρια πηγή
τους είναι οι κεραυνοί. Όταν ο κεραυνός εκφορτίζει ενέργεια στην επιφάνεια της
Γης, διεγείρει ηλεκτρομαγνητικά κύματα που ταξιδεύουν σε όλη την υδρόγειο. Τα
κύματα αυτά αναπηδούν μεταξύ της Γης και της ιονόσφαιρας, δημιουργώντας μόνιμα
μοτίβα κυμάτων – συντονισμούς Schumann.

.

Μπορεί να αναρωτιέστε γιατί αυτοί οι συντονισμοί έχουν
σημασία. Πρώτον, έχουν μελετηθεί για τις πιθανές επιπτώσεις τους στην ανθρώπινη
υγεία και τη νόηση. Ορισμένοι ερευνητές υποστηρίζουν ότι τα εγκεφαλικά μας
κύματα επηρεάζονται από αυτούς τους συντονισμούς, αν και τα στοιχεία δεν είναι
πειστικά. Επιπλέον, οι συντονισμοί Schumann χρησιμεύουν ως διαγνωστικό εργαλείο
για τους επιστήμονες για την αξιολόγηση της «υγείας» της γήινης ατμόσφαιρας και
την πρόβλεψη του διαστημικού καιρού.

.

Οι Συντονισμοί Schumann είναι μια απόδειξη της διασύνδεσης
των φυσικών φαινομένων. Μας υπενθυμίζουν ότι η Γη έχει τη δική της μορφή
μουσικής, μια συμφωνία ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων που μόλις αρχίζουμε να
κατανοούμε.

.

Έτσι, την επόμενη φορά που θα ακούσετε βροντή ή θα δείτε μια
αστραπή, να θυμάστε ότι είστε μάρτυρες της δημιουργίας των συχνοτήτων
συντονισμού της Γης – ένα φαινόμενο που συνδέει τον ουρανό, τη Γη και
πιθανώς…ακόμη και εμάς!



Φωτογραφία Schlieren

Posted on by Site Manager

.

Η φωτογραφία Schlieren (Σλίρεν) είναι μια συναρπαστική τεχνική που μας επιτρέπει να απεικονίσουμε τη ροή των ρευστών – αερίων ή υγρών – με τρόπο που διαφορετικά είναι αόρατος με γυμνό μάτι. Η μέθοδος αυτή δεν είναι απλώς μια συναρπαστική εφαρμογή της οπτικής- είναι ένα ισχυρό εργαλείο για τους επιστήμονες και τους μηχανικούς για τη μελέτη φαινομένων όπως η μεταφορά θερμότητας, η αεροδυναμική, ακόμη και η εξάπλωση αναπνευστικών σταγονιδίων.

.

Η βασική αρχή πίσω από τη φωτογραφία Schlieren είναι η διάθλαση του φωτός. Όταν το φως διέρχεται μέσα από ένα μέσο με διαφορετική πυκνότητα, η ταχύτητά του αλλάζει, προκαλώντας την κάμψη των ακτινών του φωτός. Αυτή η κάμψη είναι συνήθως ανεπαίσθητη, αλλά η φωτογραφία Schlieren ενισχύει αυτές τις μικροσκοπικές αλλαγές, καθιστώντας τες ορατές.

.

Μια τυπική διάταξη Schlieren περιλαμβάνει μια πηγή φωτός, έναν φακό που θα κάνει τις δέσμες του φωτός παράλληλες (συγκλίνων ή αποκλίνων), ένα χώρο που πραγματοποιείται η ροή του ρευστού (χώρος δοκιμής) και έναν φακό εστίασης. Η πηγή φωτός εκπέμπει ακτίνες που γίνονται παράλληλες και διέρχονται από το χώρο δοκιμής. Εδώ, οποιαδήποτε αλλαγή στην πυκνότητα του ρευστού θα διαθλάσει τις ακτίνες φωτός. Αυτές οι διαθλώμενες ακτίνες εστιάζονται στη συνέχεια σε μια οθόνη, όπου οι μεταβολές της πυκνότητας εμφανίζονται ως μοτίβα φωτός και σκότους.

.

Η φωτογραφία Schlieren έχει ευρύ φάσμα εφαρμογών:

Στην αεροδυναμική χρησιμοποιείται για την απεικόνιση των ροών αέρα γύρω από αεροσκάφη και αυτοκίνητα. Στην ιατρική έρευνα βοηθά στη μελέτη της εξάπλωσης των αναπνευστικών σταγονιδίων. Στη μεταφορά θερμότητας χρησιμοποιούνται για την ανάλυση της αποδοτικότητας των συστημάτων ψύξης.

.

Ενώ η φωτογραφία Schlieren είναι μια ισχυρή τεχνική, έχει και περιορισμούς. Η διάταξη (set-up) μπορεί να είναι πολύπλοκη και ευαίσθητη στους κραδασμούς. Επιπλέον, γενικά παρέχει μόνο δισδιάστατα δεδομένα. Ωστόσο, οι εξελίξεις στις υπολογιστικές μεθόδους και στις κάμερες υψηλής ταχύτητας διευρύνουν τα όρια, καθιστώντας την τρισδιάστατη απεικόνιση Schlieren μια πιθανότητα στο εγγύς μέλλον.

.

Foto: Αεροσκάφη από NASA