Αν έχεις περπατήσει κατά μήκος της παραλίας πιθανόν έχεις αντιληφθεί ότι τα κύματα πάντα κυματίζουν παράλληλα με την παραλία. Για μια παραλία βορρά-νότου αυτό είναι αρκετά λογικό στην περίπτωση ενός ανατολικού ανέμου. Αλλά αν ο άνεμος είναι από τον Βορρά, δεν είναι παράξενο ότι τα κύματα δεν αλλάζουν κατεύθυνση, αλλά συνεχίζουν να έρχονται παράλληλα στην παραλία; Υπάρχει λίγη Φυσική πίσω από αυτό. Η έμμεση αιτία είναι ότι η παραλία ανεβαίνει σταδιακά. Όσο πλησιάζουμε στην ακτή το πάχος του στρώματος νερού γίνεται σταδιακά μικρότερο και αυτό το πάχος επηρεάζει την ταχύτητα των κυμάτων. Καθώς το νερό γίνεται πιο ρηχό, η ταχύτητα μειώνεται.
Τώρα θεωρήστε αυτά τα υπέροχα κύματα, ότι προκαλούνται από ένα βορειοανατολικό άνεμο, επομένως ταξιδεύουν με γωνία 45°ως προς την ακτή (Εικ. 1a). Καθώς τα κύματα πλησιάζουν την ακτή, η μια άκρη μιας μετωπικής επιφάνειας του κύματος που είναι πιο μακριά από την ακτή, θα είναι σε βαθύτερα νερά από την άλλη άκρη που βρίσκεται κοντά στην ακτή (Εικ. 1b). Θυμηθείτε τώρα ότι η ταχύτητα στη βαθιά πλευρά είναι μεγαλύτερη απ’ ό,τι στη ρηχή πλευρά. Έτσι, τα κύματα στρίβουν σταδιακά προς την ακτή, αφού το βαθύ τμήμα που είναι στην εξωτερική πλευρά ταξιδεύει πιο γρήγορα. Το κύμα λοιπόν στρέφεται προς την παραλία (Εικ. 1c) μέχρι να γίνουν οι ταχύτητες στα άκρα του κύματος ίσες, κάτι που συμβαίνει μόνο όταν το κύμα είναι παράλληλο με την ακτή, όπου τα βάθη είναι ίσα (Εικ. 1d). Μετά από την ευθυγράμμιση δεν υπάρχει κανένας λόγος για να αποκλίνει από την ευθεία πορεία και τα κύματα παραμένουν παράλληλα με την ακτή, υπό την προϋπόθεση βέβαια ότι η κλίση του πυθμένα του ωκεανού είναι λίγο πολύ ίση παντού. Συμπέρασμα: οι surfers πρέπει να ευχαριστούν το Θεό για τις ομοιόμορφες κλίσεις στον πυθμένα της θάλασσας. Και για τους νόμους της φυσικής φυσικά.
ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΚΥΜΑΤΩΝ ΘΑΛΑΣΣΑΣ
Η ταχύτητα με την οποία διαδίδονται τα κύματα του νερού εξαρτάται από πολλές μεταβλητές. Δύο δυνάμεις που θέλουν να επαναφέρουν μια επιφάνεια στην ομαλότητα είναι η επιφανειακή τάση (που κάνει τις σταγόνες βροχής σφαιρικές) και η βαρύτητα. Μόλις στο κύμα σχηματιστεί μια κορυφή και οι δύο δυνάμεις θέλουν να την καταστείλουν. Επομένως, και οι δύο επηρεάζουν την ταχύτητα. Η επιφανειακή τάση είναι σημαντική μόνο για μικρούς κυματισμούς στο νερό με μήκη κύματος μερικών εκατοστών, οπότε μπορούμε να την αγνοήσουμε. Για τα μεγαλύτερα κύματα, όπως στην παραλία, επικρατεί η βαρύτητα. Στην περίπτωση αυτή σημαντικό ρόλο παίζει ο λόγος του μήκους του κύματος προς το βάθος του νερού. Για μια ρηχή παραλία μπορούμε να υποθέσουμε ότι το μήκος του κύματος είναι μεγάλο σε σύγκριση με το βάθος και τότε η έκφραση της ταχύτητας (υ) είναι απλά: υ=√(g D), όπου g είναι η επιτάχυνση της βαρύτητας και D είναι το βάθος. Έτσι η ταχύτητα του κύματος μειώνεται όσο μειώνεται το βάθος. Για βάθος δύο μέτρων και g = 10 m/s2, διαπιστώνουμε ότι η ταχύτητα είναι περίπου 4,5 m/s. Εάν το βάθος μειωθεί σε ένα μέτρο, η ταχύτητα είναι περίπου 3 m/s – μόνο δύο ή τρεις φορές τη ταχύτητα περπατήματος.
Everyday Physics: Unusual insights into familiar things
Το ουράνιο τόξο έχει “αιχμαλωτίσει” τη φαντασία των ανθρώπων με το πέρασμα των χρόνων. Έχει φυσική ομορφιά, είναι πολύχρωμο αλλά μυστηριώδες και άπιαστο. Είναι κυριολεκτικά άπιαστο-δε μπορείς ούτε να το αρπάξεις ούτε να πετάξεις κοντά του. Μπορείς να περπατήσεις κάτω από το ουράνιο τόξο; Το να περπατάς κάτω από το “δικό” σου ουράνιο τόξο (πχ. το ουράνιο τόξο που κοιτάζεις) είναι τόσο δυνατό όσο το να πηδάς πάνω από την σκιά σου. Μπορείς μήπως να περπατήσεις κάτω από το ουράνιο τόξο “κάποιου άλλου”;
Για να απαντήσουμε αυτή την ερώτηση πρέπει να δούμε πως δημιουργείται το ουράνιο τόξο:
Χρειάζεσαι τον ήλιο (ή κάποια άλλη δυνατή πηγή φωτός) και βροχή (ή τουλάχιστον σταγόνες νερού- από καταιγίδα ή από έναν ψεκαστήρα γκαζόν ή από έναν καταρράκτη).
Όποτε βλέπεις ένα ουράνιο τόξο, έχεις τον ήλιο πίσω σου και είτε βρέχει είτε έχει βρέξει πρόσφατα.
Ποτέ δε βλέπεις ένα πραγματικό ουράνιο τόξο στη μέση μιας καλοκαιρινής μέρας όταν ο ήλιος είναι ψηλά στον ουρανό. Όσο χαμηλότερα είναι ο ήλιος, τόσο περισσότερο τόξο βλέπεις. Όταν ο ήλιος είναι μόλις πάνω από τον ορίζοντα, μπορείς κάποιες φορές να δεις μισό κύκλο. Κι αν είσαι αρκετά ψηλά πάνω από το έδαφος – σε ένα αεροπλάνο για παράδειγμα- μπορείς με λίγη τύχη να δεις έναν ολόκληρο κύκλο. (Μπορείς μερικές φορές να δεις ολόκληρο κύκλο με έναν ψεκαστήρα γκαζόν επίσης.)
Συχνά υπάρχει ένα πιο αχνό τόξο με ένα αντίστροφα χρωματισμένο φάσμα έξω από το “κύριο” τόξο: ενώ το κύριο τόξο έχει το μπλε κάτω και το κόκκινο πάνω, στο δεύτερο τόξο συμβαίνει το αντίθετο.
Ένας προσεκτικός παρατηρητής μπορεί να προσέξει πως ο ουρανός πάνω από το ουράνιο τόξο είναι πιο σκούρος από ότι από κάτω. Όλα αυτα τα χαρακτηριστικά του ουράνιου τόξου εξηγούνται όταν δούμε πως δημιουργείται ενα ουράνιο τόξο
Ένα δευτερεύον ουράνιο τόξο πάνω από το “κύριο” ουράνιο τόξο, με ανεστραμμένη τη σειρά των χρωμάτων.
Το ουράνιο τόξο εμφανίζει όλο το φάσμα των χρωμάτων, οπότε δεν μπορεί να έχει δημιουργηθεί μόνο από ανάκλαση. Στην ανάκλαση, η γωνία πρόσπτωσης είναι πάντα ίση με τη γωνία ανάκλασης, και ισχύει για όλα τα χρώματα. Για αυτό η ανάκλαση δε μπορεί να αναλύσει το άσπρο χρώμα στα επιμέρους χρωματιστά στοιχεία του. Η διάθλαση είναι αυτή που αναλύει το άσπρο φως του ηλίου, όπως συμβαίνει με τη διάθλαση από ένα πρίσμα. Όπως θα δούμε αργότερα, το ουράνιο τόξο εμφανίζεται από ακτίνες φωτός που διαθλώνται στις σταγόνες της βροχής και εγκαταλείπουν τα σταγονίδια με συγκεκριμένη γωνία. Θα μπορούσαμε να αποκαλέσουμε αυτή τη γωνία “γωνία ουράνιου τόξου”: η γωνία μεταξύ του ίδιου του ουράνιου τόξου και του φανταστικού του κέντρου, που είναι ακριβώς απέναντι από τον ήλιο (και ως εκ τούτου είναι κάτω από τον ορίζοντα για ένα πραγματικό ουράνιο τόξο). Η γωνία αυτή για το κύριο τόξο είναι περίπου 42°.
Ο ήλιος είναι πίσω σου, οπότε το φως θα φτάνει τις σταγόνες βροχής μπροστά σου και θα διαθλαστεί (για να αναλυθεί σε χρώματα) και θα ανακλαστεί (για να ταξιδέψω πίσω σε εσένα). Ας δούμε αν μπορούμε να περιγράψουμε τη διαδρομή μιας ακτίνας μέσα από μια σταγόνα βροχής. Το Σχ. 2 δείχνει μια απλή κατάλληλη διαδρομή.
Μια ακτίνα ηλιακού φωτός (Α) προέρχεται από τον ήλιο, μπαίνει στη σταγόνα της βροχής, και διαθλάται (Β), ανακλάται (C), διαθλάται πάλι (D), και ταξιδεύει πάλι πίσω (Ε).
(Παρεμπιπτόντως, το μεγαλύτερο μέρος του φωτός εξέρχεται στην πίσω πλευρά, που περιγράφεται από τη διακεκομμένη γραμμή (CF στο Σχ. 2), αλλά αυτό δεν μας ενδιαφέρει αυτή τη στιγμή.) Επειδή το σταγονίδιο είναι καταρχήν σφαιρικό, αυτό το σκίτσο ισχύει μόνο για το οριζόντιο ή κατακόρυφο επίπεδο αλλά για κάθε επίπεδο που περνά από το κέντρο της σταγόνας (Κάθε χρώμα του ουράνιου τόξου φαίνεται σε ελαφρώς διαφορετική γωνία. Αυτό σημαίνει ότι κάθε χρώμα προέρχεται από εκείνα τα σταγονίδια που προκαλούν τη σωστή διάθλαση για αυτό το συγκεκριμένο χρώμα. θα το δούμε με λεπτομέρεια αργότερα.) Η ανίχνευση ή ο υπολογισμός της ακριβούς διαδρομής των ακτίνων είναι επίπονη. Είναι πολύ πιο εύκολο να μετρήσετε τις γωνίες με ένα πείραμα χρησιμοποιώντας ένα ποτήρι νερό ως μοντέλο σταγόνας νερού.
Τοποθετήστε ένα κομμάτι ταινίας πάνω από το κουμπί on/off του δείκτη λέιζερ έτσι ώστε να παραμένει συνεχώς αναμμένος, και σηκώστε τον περίπου 2 cm από το τραπέζι (σε ένα βιβλίο ή κάτι παρόμοιο). Τοποθετήστε το δείκτη και το γυαλί έτσι ώστε να υπάρχει ένας λευκός τοίχος πίσω από το δείκτη λέιζερ
Ξεκινήστε με τη δέσμη λέιζερ μόλις να ακουμπά στην άκρη του γυαλιού.Τώρα μετακίνησε το γυαλί, αργά προς τα αριστερά, μέσα στη δέσμη
Η πειραματική διάταξη για τη μέτρηση της γωνίας του ουράνιου τόξου χρησιμοποιώντας δείκτη λέιζερ και ένα ποτήρι νερό. Πάνω δεξιά είναι το πορτοκαλί σημείο στην πίσω πλευρά του ποτηριού όπου η δέσμη φωτός ανακλάται. Κάτω αριστερά, στον τοίχο, μπορείτε να δείτε την ίδια δέσμη που εγκατέλειψε το ποτήρι στη γωνία του ουράνιου τόξου.
Μετακίνησε το ποτήρι, έτσι ώστε η δέσμη να «σαρώνει» όλο το πλάτος του ποτηριού.
Η μεσαία ακτίνα (Υ) επιστρέφει στη μεγαλύτερη γωνία – τη γωνία ουράνιου τόξου ≈ 42°.
Το πείραμα δείχνει ένα εκπληκτικό αποτέλεσμα. Καθώς σαρώνετε αργά την ακτίνα λέιζερ κατά μήκος του “σταγονιδίων” (του γυαλιού) και κοιτάζετε το φως που ανακλάται προς τα πίσω, βλέπετε ότι η γωνία εκτροπής (σε σχέση με την εισερχόμενη ακτίνα λέιζερ) δεν υπερβαίνει ποτέ τη μέγιστη τιμή των 42°! Το αποτέλεσμα αυτό το δείχνει η εικόνα παρακάτω: τόσο η ακτίνα X όσο και η ακτίνα Z επιστρέφουν σε γωνία μικρότερη από την ακτίνα Y.
Αυτό έχει δύο συνέπειες, όταν κοιτάς ένα πραγματικό ουράνιο τόξο:
Στεκόμενοι με την πλάτη στον ήλιο και κοιτάζοντας το φως που ανακλάται από τις σταγόνες της βροχής, δεν παρατηρούμε φως σε θέσεις πέρα από γωνία 42°. Αυτό βέβαια εξηγεί και γιατί ο ουρανός έξω από το ουράνιο τόξο φαίνεται πιο σκοτεινός από αυτόν στο εσωτερικό του.
Το ίδιο το ουράνιο τόξο προκύπτει επειδή στην συγκεκριμένη γωνία εκτροπής των 42° ανακλάται επιπλέον φώς.Επειδή αυτή η γωνία αποτελεί ένα μέγιστο, όλες οι γειτονικές ακτίνες της ακτίνας Y επιστρέφουν στην ίδια γωνία και προκαλούν αύξηση της έντασης. Αυτή η γωνία επομένως σηματοδοτεί όχι μόνο το όριο της περιοχής όπου βλέπετε ανακλώμενο φως αλλά και την περιοχή που είναι πιο φωτεινή.
Κάθε χρώμα του ουράνιου τόξου προέρχεται από τα δικά του σταγονίδια. (Αυτά τα διαγράμματα είναι μόνο σχηματικά: ο παρατηρητής είναι πάντα στο κέντρο των κύκλων του ουράνιου τόξου.)
Το μόνο πράγμα που χρειάζεται τώρα να εξηγήσουμε για ένα ουράνιο τόξο είναι τα χρώματα. Αυτά προκύπτουν επειδή ακτίνες διαφορετικών χρωμάτων διαθλούνται διαφορετικά στα σταγονίδια. Αυτή η γωνία των 42° είναι για το κόκκινο. Για τα άλλα χρώματα είναι μικρότερη. Για παράδειγμα για το μπλε είναι 40°επειδή διαθλάται πιο έντονα από το κόκκινο. Το κόκκινο είναι επομένως στο εξωτερικό του τόξου και το μπλε είναι στο εσωτερικό. Στην πραγματικότητα, κοιτάζετε διαφορετικά σταγονίδια όταν βλέπετε διαφορετικά χρώματα. Η εικ. 6 το δείχνει αυτό για την περίπτωση που ο ήλιος είναι ακριβώς στον ορίζοντα.
Στη πραγματικότητα ο ήλιος είναι ψηλότερα από ό,τι στην Εικ.6 και γι αυτό βλέπετε μόνο ένα τμήμα του κύκλου
Αν ο ήλιος είναι πολύ ψηλά δεν θα βλέπετε καθόλου ουράνιο τόξο.Το τόξο μπορούμε να πούμε ότι είναι κάτω από τον ορίζοντα. (Σε πολλά μεσαία γεωγραφικά πλάτη, ο ήλιος βρίσκεται σε γωνία πάνω από 42° το μεσημέρι μόνο από τον Απρίλιο έως τον Σεπτέμβριο, οπότε μόνο τότε μπορεί να συμβεί το φαινόμενο την μη ύπαρξης ουράνιου τόξου.)
ΔΕΥΤΕΡΕΎΟΝΤΑ ΟΥΡΆΝΙΑ ΤΌΞΑ
Μερικές φορές βλέπετε ένα δεύτερο ουράνιο τόξο (άνω τόξο στη Εικ. 1) στο εξωτερικό του κύριου τόξου. το τόξο αυτό προκύπτει από μια επιπλέον ανάκλαση στα σταγονίδια
Το δευτερεύον ουράνιο τόξο προκύπτει από μια επιπλέον ανάκλαση μέσα στη σταγόνα της βροχής.
Για το λόγο αυτό το δευτερεύον τόξο είναι πιο αμυδρό από το κύριο. Επιπλέον, τα χρώματά του αντιστρέφονται, επειδή οι ακτίνες περνούν τώρα μέσα από το σταγονίδιο προς την αντίθετη κατεύθυνση από τη Εικ.2. Εισέρχονται από κάτω και εξέρχονται από πάνω.Το κόκκινο – το οποίο εκτρέπεται λιγότερο – έρχεται τώρα σε σας σε μικρότερη γωνία από το μπλε: περίπου 52° για το κόκκινο και 54,5° για το μπλε. Στο πείραμα με τον δείκτη λέιζερ, με λίγη τύχη, μπορείτε να δείτε σε γωνία περίπου 52° το (πολύ πιο αμυδρό) μέγιστο λόγω της επιπλέον ανάκλασης που φαίνεται στο Σχήμα 8. Αυτό συμβαίνει στην άλλη πλευρά του γυαλιού στο σημείο που είδατε νωρίτερα και αντιστοιχεί στη γωνία ουράνιου τόξου της “δευτερεύουσας δέσμης”, με το αντίστροφο φάσμα (Ίσως χρειαστεί να κάνετε το πείραμα σε ένα πιο σκοτεινό δωμάτιο για να δείτε το πιο αχνό σημείο.)
Μια ποικιλία από ουράνια τόξα είναι δυνατή: κανένα τόξο δεν είναι το ίδιο με ένα άλλο. Αυτό οφείλεται σε διάφορους παράγοντες που έχουμε αγνοήσει μέχρι τώρα, όπως η συμβολή και η κάμψη του φωτός, και οι διαφορές στο μέγεθος και τη μορφή των σταγονιδίων Αυτό κάνει τα ουράνια τόξα ακόμα πιο ενδιαφέροντα.
Ωστόσο, όλα αυτά τα ουράνια τόξα έχουν ένα κοινό: δεν μπορείτε να περπατήσετε κάτω από το δικό σας ουράνιο τόξο, το οποίο προκύπτει σύμφωνα με την παραπάνω εξήγηση για το πώς σχηματίζονται Και ενώ μπορώ να περπατήσω κάτω από το δικό σου ουράνιο τόξο, δυστυχώς δεν μπορώ να το δω.
Everyday Physics:Unusual insights into familiar things written by: Jo Hermans UIT CAMBRIDGE
Ο ουρανός είναι μπλε εξαιτίας του σκεδασμένου φωτός. Αν κοιτάς στον ουρανό μακριά από τον ήλιο, τα μόρια του αέρα έχουν προκαλέσει εκτροπή των ακτίνων φωτός που φτάνουν στα μάτια σου, και μάλιστα το φαινόμενο της σκέδασης είναι εντονότερο προς το μπλε άκρο του φάσματος.
Μα γιατί είναι μπλε η θάλασσα; Είναι μήπως επειδή ανακλά τον μπλε ουρανό; Όχι, ή τουλάχιστον δεν είναι αυτός ο κύριος λόγος. Επίσης, όταν ο ουρανός είναι συννεφιασμένος με άσπρα νέφη, η μεσόγειος θάλασσα δεν γίνεται καθόλου άσπρη. Το ίδιο ισχύει και σε λίμνες που είναι γεμάτες με διάφανο, καθαρό νερό: συχνά φαίνονται σκούρες μπλε αλλά ο συννεφιασμένος ουρανός δεν επηρεάζει το χρώμα τους.
Η κατάδυση μας δίνει μια ιδέα για το τι πραγματικά συμβαίνει. Αν βουτήξεις μερικά μέτρα φορώντας κιάλια, όλα ακόμα φαίνονται μπλε.(Αυτό συχνά παρατηρείτε στις υποβρύχιες φωτογραφίες: τα πανέμορφα κόκκινα ψάρια φαίνονται κάπως πιο θαμπά.) Κατά υποβρύχια φωτογράφιση πρέπει να χρησιμοποιήσεις φως για να αποθανατίσεις τα πραγματικά χρώματα, επειδή το κόκκινο τμήμα του χρωματικού φάσματος διεισδύει στα βαθιά λιγότερο από το μπλε τμήμα.
Η εξάρτηση της απορρόφησης του φωτός στο νερό από το μήκος κύματος.
Αυτό που συμβαίνει είναι ότι το φως απορροφάται επιλεκτικά από το διάφανο νερό στο βάθος μερικών μέτρων, και ακόμη είναι αρκετά διάφανο. (Το βρώμικο νερό απορροφά όλα τα χρώματα εξίσου και περισσότερο από το διάφανο νερό.) Το νερό συμπεριφέρεται σαν ένα χρωματικό φίλτρο το οποίο απορροφά λίγο το κόκκινο και επιτρέπει ανεμπόδιστα τη διέλευση του μπλε. Με άλλα λόγια απορροφάει κάνοντας “φασματική επιλογή”.
Η εικόνα 1 δείχνει ότι η απορρόφηση είναι πολύ μικρή για το ιώδες και το μπλε, αυξάνεται για το πράσινο και το κίτρινο και γίνεται πολύ πιο έντονο για το κόκκινο.
Πώς επηρεάζει αυτό το χρώμα της θάλασσας ή μιας ορεινής λίμνης; Αν κοιτάξετε κάθετα στο νερό και ο πυθμένας είναι λευκή άμμος ή βράχος, αυτό που βλέπετε είναι στην πραγματικότητα το φως του ήλιου που ανακλάται από τον πυθμένα. (Φυσικά βλέπετε επίσης το φως από τον ουρανό που ανακλάται από την επιφάνεια του νερού, αλλά σε κάθετη διεύθυνση δεν είναι αρκετό – μόνο περίπου το 2% του προσπίπτοντος φωτός ανακλάται. Έτσι, αν ο πυθμένας είναι φωτεινός και το νερό όχι πολύ βαθύ, αυτό που βλέπετε είναι κυρίως φως που ανακλάται από τον πυθμένα.) Αυτό το φως κατεβαίνει μέχρι τον πυθμένα και ανεβαίνει μέχρι την επιφάνεια, οπότε το φως ταξιδεύει το διπλάσιο του βάθους. Στη διαδρομή αυτή το φως χάνει κυρίως το κόκκινο μέρος του φάσματος, έτσι ώστε το νερό να φαίνεται μπλε! Ακούγεται λογικό, έτσι δεν είναι;
Αλλά δεν μπορεί να είναι μόνο αυτό. Ακόμα και αν το νερό είναι πολύ βαθύ και δεν υπάρχει ορατός πυθμένας, το νερό εξακολουθεί να φαίνεται σκούρο μπλε (αν είναι καθαρό). Πώς αυτό το φως βγαίνει πάλι από το νερό και φτάνει στο μάτι σου; Αυτό πρέπει να γίνεται μέσω της σκέδασης: το φως διασκορπίζεται από τα ίδια τα μόρια του νερού και από άλλα μικρά σωματίδια που αιωρούνται στο νερό, ακριβώς όπως ο αέρας διασκορπίζει τις ακτίνες του ήλιου. Για άλλη μια φορά η σκέδαση είναι ισχυρότερη για το μπλε, όπως στον μπλε ουρανό, οπότε είναι κυρίως το μπλε φως που αναδύεται από το νερό. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ο βαθύς ωκεανός φαίνεται μπλε – αρκεί να μην είναι γεμάτο φύκια και πράσινα φύκια.
Οπτικά μιλώντας, το παγωμένο νερό συμπεριφέρεται σχεδόν το ίδιο με το υγρό νερό και ένα παχύ στρώμα πάγου μεταδίδει κατά προτίμηση την μπλε πλευρά του φάσματος. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι ρωγμές των παγετώνων εμφανίζονται μπλε κάτω και το φως σε μια σήραγγα μέσα από έναν παγετώνα είναι μπλε. Ακόμη και ένα στρώμα χιονιού μπορεί να πάρει μια μπλε χροιά από το μεταδιδόμενο φως. Μπορείτε να το δείτε αυτό ιδιαίτερα καθαρά όταν υπάρχει μια βαθιά τρύπα στο χιόνι. Το χιόνι έχει συνήθως μια κοκκώδη δομή, η οποία προκαλεί πολλαπλή σκέδαση του φωτός και ως εκ τούτου μεγαλώνει η διαδρομή μέχρι να φτάσει στο μάτι σας. Αυτό προκαλεί επιπλέον απορρόφηση, ώστε ακόμη και ένα σχετικά λεπτό στρώμα χιονιού μπορεί να εμφανίσει ένα αισθητά μπλε χρώμα.
Η νύχτα είναι πιο ήσυχη από τις υπόλοιπες ώρες της ημέρας:υπάρχει λιγότερη κυκλοφορία, δεν υπάρχουν παιδιά να παίζουν, δεν υπάρχει θόρυβος από τους γείτονες. Δεν προκαλεί έκπληξη το γεγονός ότι παρατηρείς σιγανούς θορύβους περισσότερο την νύχτα παρά την ημέρα. Αλλά δεν είναι όλες οι νύχτες ίδιες -μερικές νύχτες ακούς τους μακρινούς αυτοκινητοδρόμους πολύ πιο καθαρά από άλλες. Μια νύχτα ακούς καθαρά την καμπάνα της εκκλησίας, αλλά όχι μια άλλη νύχτα. Αυτό συμβαίνει ακόμη και όταν δεν υπάρχει άνεμος, άρα δεν μπορεί να είναι ο άνεμος η εξήγηση.
Ίσως η θερμοκρασία να έχει κάτι να κάνει με αυτό-ίσως αυτό καμπυλώνει τη τροχιά του ήχου όπως συμβαίνει με το φως. Ο ήχος κάμπτεται, όπως συμβαίνει με όλα τα κύματα που διαδίδονται σε κάποιο μέσο. Η κάμψη εξαρτάται από την ταχύτητα διάδοσης και η ταχύτητα του ήχου εξαρτάται ισχυρά από τη θερμοκρασία περισσότερο από την ταχύτητα του φωτός.
Στον αέρα, η ταχύτητα του ήχου σχετίζεται με τη θερμική ταχύτητα των μορίων: τα μόρια πρέπει να μεταδώσουν τη διαταραχή της πίεσης και δεν μπορούν να το κάνουν πιο γρήγορα από την ταχύτητα με την οποία κινούνται. Επειδή η θερμική ταχύτητα των μορίων αυξάνεται με την θερμοκρασία, η ταχύτητα του ήχου αυξάνεται με την θερμοκρασία. (Αυτό ισχύει και για το φως επίσης, παρόλα αυτά η η υποκείμενη φυσική είναι πολύ διαφορετική).
Σε μία ηλιόλουστη μέρα,ο αέρας ακριβώς πάνω από το έδαφος είναι πιο ζεστός από πιο ψηλά, έτσι η ταχύτητα του ήχου είναι επίσης
(Εικ.1: Ακτίνες φωτός περνώντας πάνω από το ζεστό οδόστρωμα στρέφονται προς τα πάνω)
μεγαλύτερη χαμηλά. Ως εκ τούτου, περιμένεις τον ήχο να καμπυλώνει, με τον ίδιο τρόπο όπως εμείς είδαμε το φως όταν δημιουργεί φαινόμενο αντικατοπτρισμού. Για ηχητικά κύματα που κινούνται οριζόντια, η θερμότερη πλευρά του μετώπου κύματος είναι η ταχύτερη, και η ταχύτερη πλευρά σχηματίζει αυτόματα την εξωτερική καμπύλη, όπως είδαμε φωτεινά κύματα και τα κύματα στην παραλία.
(Εικ.2: Ο ήχος ταξιδεύει πιο γρήγορα μέσω του ζεστού αέρα χαμηλά από ότι μέσα από το πιο κρύο αέρα ψηλότερα, προκαλώντας καμπύλωση στα ηχητικά κύματα απομακρύνοντάς τα από το ζεστό έδαφος).
Επομένως, ήχος από μια πηγή ακριβώς πάνω από το έδαφος καμπυλώνεται μακριά από τη Γη (Εικ.2). Ως αποτέλεσμα, εάν στέκεστε σε κάποια απόσταση από την πηγή, ο ήχος τείνει να περάσει πάνω από το κεφάλι σας και να τον ακούτε τον ήχο λιγότερο καλά. Ένα είδος ηχητικής σκιάς μπορεί να σχηματιστεί ακόμη και εκεί όπου διεισδύει ασθενής ήχος.(Εικ.3). Το ηχητικό κύμα χαμηλά είναι αυτό που περνά πάνω από το έδαφος. Αυτό το κύμα στη συνέχεια καμπυλώνεται απομακρυνόμενο από το έδαφος και αν είσαι αρκετά μακριά, περνάει εντελώς πάνω από το κεφάλι σου και εσύ το ακούς λιγότερο.
(Εικ.3: Αν σταθείς στη «σκιά του ήχου» που προκαλείται από την κάμψη των ηχητικών κυμάτων σε μια ζεστή ηλιόλουστη μέρα, θα ακούσεις τον ήχο ασθενέστερα).
Σε μια νύχτα χωρίς σύννεφα τα πράγματα αντιστρέφονται. Ο αέρας ακριβώς πάνω από το έδαφος είναι πιο κρύος σε σχέση με αυτόν ψηλότερα, γιατί το έδαφος εκπέμπει εύκολα τη θερμότητά του στον καθαρό ουρανό. Οι ηχητικές ακτίνες τώρα καμπυλώνονται προς τα κάτω, προς τη Γη. Ακούτε καλύτερα την πηγή του ήχου ή – εάν το ο θόρυβος είναι ενοχλητικός – η ηχορύπανση είναι χειρότερη. Αν λοιπόν ακούσετε ένα μακρινό σκύλο να γαβγίζει καλύτερα τη νύχτα παρά τη μέρα, δεν το φαντάζεσαι – είναι μάλλον αποτέλεσμα της επίδρασης της θερμοκρασίας.
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ: EVERYDAY PHYSICS UNUSUAL INSIGHTS INTO FAMILIAR THINGS JO HERMANS
Ένα πρόβλημα, κυρίως για τα παιδιά, είναι ότι οι πισίνες είναι πιο βαθιές απ’ ότι φαίνονται. Στέκεσαι στην άκρη της πισίνας, κοιτάς την απέναντι πλευρά, και σκέφτεσαι: “Δεν είναι τόσο βαθιά, μπορώ να βουτήξω μέσα με ασφάλεια.” Αλλά είσαι λάθος: είναι βαθιά – έχεις μπερδευτεί από την αντανάκλαση του φωτός. Κοιτάς στο σημείο D στη κορυφή της πισίνας. Το φως αφήνει το σημείο D απ’ όλες τις κατευθύνσεις, και μια ακτίνα φθάνει στο μάτι σου. Αλλά αυτή η ακτίνα δεν είναι ευθεία: λυγίζει
Γιατί οι πισίνες φαίνονται πιο ρηχές: ο πάτος φαίνεται να βρίσκεται στην προέκταση (Β) από την ακτίνα που βλέπεις και όχι όπου πραγματικά είναι (D)
στην μετατροπή Χ από νερό σε αέρα, γιατί η ακτίνα του φωτός πάντα ακολουθεί το πιο σύντομο μονοπάτι. Από αυτό το λύγισμα στο σημείο Χ και η είσοδος στον αέρα πιο νωρίς συγκριτικά με μια ευθεία από το Δ στο Ε, η ακτίνα επωφελείται από την μεγάλη ταχύτητα στον αέρα και ταξιδεύει μικρότερη απόσταση (γραμμή ΔΧ) στο νερό όπου η ταχύτητα μειώνεται.(Αν το φως ταξιδέψει σε ευθεία γραμμή από το D στο Ε θα διένυε μεγαλύτερη απόσταση DΥ στο νερό.) Αυτό είναι παρόμοιο με τον κύκλο που κάνει ο βιαστικός κούριερ.
Γιατί μια πισίνα φαίνεται πιο ρηχή σ’ ένα παιδί παρά σε έναν ενήλικα.
Η εικόνα 2 εξηγεί γιατί το πρόβλημα είναι πιο σοβαρό για ένα παιδί απ’ ότι σε έναν ενήλικα. Αρχικά, το παιδί έχει λιγότερη εμπειρία, και μπορεί να μην γνωρίζει πως το προφανές βάθος του νερού είναι αποπλανητικό.Αλλά η φυσική παίζει και αυτή κάποιο ρόλο. Η ακτίνα που βλέπει το παιδί (εικόνα 2 κόκκινη ακτίνα) φθάνει σε μια γωνία που βλέπουμε πάνω στο νερό. Σε αντίθεση, ένας ενήλικας κοιτάζει το βάθος της πισίνας πιο κάθετα και βλέπει μια διαφορετική ακτίνα (εικόνα 2 πράσινη ακτίνα). Για τον ενήλικα η πισίνα μοιάζει πιο βαθιά ,αν και όχι όσο βαθιά όσο είναι πραγματικά. (Αυτό μπορείς να το διαπιστώσεις και μόνος σου: Κοίτα μέσα στην πισίνα όταν είσαι όρθιος, και έπειτα λύγισε, το βάθος της πισίνας θα είναι ανυψωμένο!).
Αν κοιτάξεις κάθετα σε ένα σημείο στο βάθος της πισίνας ακριβώς από κάτω σου, δεν θα δεις καμία διαστρέβλωση; Μπορεί να έχεις αυτή την εντύπωση, γιατί η ακτίνα φωτός εισέρχεται στο νερό σχεδόν κάθετα και δεν λυγίζει καθόλου (εξάλλου, σε ποια κατεύθυνση θα εκτρέπονταν;)
Αλλά το γεγονός ότι έχεις δύο μάτια παίζει σημαντικό ρόλο. Κάθε μάτι κοιτάζει στον πάτο της πισίνας από διαφορετική θέση. Αυτό σημαίνει ότι οι ακτίνες που χρησιμοποιείς για να δεις τον πάτο είναι ελάχιστα λυγισμένες (εικόνα 3).
Όταν κοιτάς κατευθείαν κάτω στο νερό, το πραγματικό βάθος είναι 4/3 φορές το φαινομενικό βάθος.
Ξανά ο πάτος της πισίνας φαίνεται πιο κοντά από ότι είναι, παρόλα αυτά η διαφορά είναι μικρή: το πραγματικό βάθος είναι 4/3 φορές από το βάθος που φαίνεται. (Αυτός ο παράγοντας 4/3 εμφανίζεται, γιατί η αναλογία της ταχύτητας του φωτός στον αέρα και στο νερό είναι 4/3.) Όντως , η διαφορά είναι μόνο 30% , αλλά έχει μεγάλη διαφορά σε ένα παιδί.
Γιατί καίγεσαι τόσο εύκολα όταν κάνεις σκι και κολύμπι; Υπάρχουν δύο κύρια αίτια. Πρώτον είσαι έξω όλη την μέρα κάτι το οποίο οι άνθρωποι δεν συνηθίζουν. Δεύτερον οι ακτίνες του ηλίου δεν έρχονται μόνο από πάνω αλλά επίσης ανακλούνται από το χιόνι ή την επιφάνεια του νερού, ανεμπόδιστα από δέντρα ή κτίρια όταν συμβαίνει στην πόλη , κοντά στον διπλασιασμό της έντασης. Επιπλέον, η συμβολή του γαλάζιου ουρανού υπό αυτές τις συνθήκες είναι ουσιώδης: ο μεγάλος ανοιχτός ουρανός όχι μόνο περιέχει έμμεσο μπλε και βιολετί ηλιακό φως, αλλά και υπεριώδες.
Δύο άλλοι παράγοντες μπορεί να εμπλέκονται. Το πρώτο είναι το γεωγραφικό πλάτος. Ας υποθέσουμε ότι ζείτε στη βόρεια Ευρώπη και για τις διακοπές του σκι σας ταξιδεύετε νότια στις Άλπεις. Για κάθε 100 km νότια ο ήλιος ανατέλλει ψηλότερα κατά περίπου 1°.(Η περιφέρεια της Γης είναι 40.000 χιλιόμετρα, άρα η απόσταση από τον πόλο στον ισημερινό είναι10.000 χλμ. Αυτό αντιστοιχεί σε 90° και 10.000 / 90 δίνει 111 km ανά βαθμό, για την ακρίβεια.) Αν λοιπόν ταξιδέψετε στις νότιες γαλλικές Άλπεις, από το Λονδίνο, ας πούμε, τότε ο ήλιος είναι ήδη 10° ψηλότερα. Ως εκ τούτου, τον χειμώνα, το μεσημέρι ο ήλιος είναι περίπου 25° πάνω από τον ορίζοντα των 15°. Η απόσταση που διανύουν οι ακτίνες του ήλιου στην ατμόσφαιρα είναι τότε πολύ πιο κοντή,και αυτό κάνει μεγάλη διαφορά (Εικ. 1). Αυτό είναι επειδή η ακτινοβολία του ήλιου εξασθενεί από την ατμόσφαιρα και όταν ο ήλιος είναι κοντά στον ορίζοντα, πρέπει να ακτινοβολεί πολύ παχύτερο στρώμα ατμόσφαιρας από ό,τι όταν βρίσκεται ψηλά στον ουρανό. Μία πολύ χαμηλή γωνία πρόσπτωσης επομένως κάνει την τροχιά μέσω της ατμόσφαιρας πολύ μεγαλύτερη, επομένως περισσότερη από την ενέργεια της ακτινοβολίας απορροφάται. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για το υπεριώδες μέρος του ηλιακού φάσματος που μαυρίζει ή καίει το δέρμα σας.
Ο δεύτερος παράγοντας που μπορεί να κάνει μεγάλη διαφορά είναι το ύψος πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας. Το ότι πλησιάζεις πιο κοντά στον ήλιο είναι άσχετο γιατί η αλλαγή είναι το πολύ 2 χλμ σε απόσταση από 150 εκατομμύρια χλμ! Αυτό που μετράει, όμως, είναι ότι αφήνεις πολλά στρώματα της ατμόσφαιρας κάτω από σας, έτσι ώστε η ποσότητα της ατμόσφαιρας που οι ακτίνες του ήλιου που πρέπει να ταξιδέψουν είναι λιγότερες. Σε ύψος 1.000μ η ατμοσφαιρική πίεση είναι 12% μικρότερη, στα 2.000 m 22% μικρότερη. Και στο 3.000 m είναι 31% λιγότερο. Αυτές είναι μεγάλες αλλαγές και ισχύουν ΠΑΝΤΟΥ στον κόσμο. Από την άλλη, η καταστροφική επίδραση της υπεριώδης ακτινοβολίας στο δέρμα σας δεν είναι απλή συνάρτηση του ύψους. Για παράδειγμα το όζον, ένας σημαντικός εξασθενητής της υπεριώδους ακτινοβολίας, δεν αναμιγνύεται ομοιόμορφα σε όλη την ατμόσφαιρα. Βρίσκεται κυρίως σε υψόμετρα μεταξύ 15 και 35 χλμ. Επομένως, δεν έχει μεγάλη σημασία αν παραλείψουμε τα ελάχιστα χιλιόμετρα. Ωστόσο, η χρήση αντηλιακού στα βουνά είναι απαραίτητη, ακόμη και όταν δεν έχει χιόνι.
Τα νανορομπότ θα συνδέουν τον εγκέφαλό μας κατευθείαν στο cloud. Πιστεύει ότι μέχρι το 2050, τα νανορομπότ θα συνδέουν τον εγκέφαλό μας κατευθείαν στο cloud, θα μας δώσουν πλήρη εμβάπτιση της εικονικής πραγματικότητας μέσα από το νευρικό σύστημα. Όπως ακριβώς ξέρουμε με τα smartphone μας, θα μπορούμε να το κάνουμε με τον εγκέφαλό μας, θα μπορούμε να επεκτείνουμε τον νεοφλοιό μας στο cloud. Και ξεχάστε τα προβλήματα μνήμης, τα προβλήματα αποδείξεων κ.λπ.
Η μετενσάρκωση των ανθρώπων μέσω της τεχνητής νοημοσύνης Ακούγεται τρομακτικό, το ξέρω! Και πιθανότατα οι περισσότεροι από τους θρησκευόμενους θα είναι πολύ εναντίον του, ωστόσο, Ο Kurzweil λέει ότι θα μπορέσουμε να «φέρουμε πίσω» τους συγγενείς μας μέσω της τεχνητής νοημοσύνης. Λέει ότι μέχρι το 2050, θα μπορούμε να στέλνουμε νανορομπότ στον εγκέφαλο των ανθρώπων για να εξάγουμε αναμνήσεις αγαπημένων προσώπων. Αυξήστε το με μια δειγματοληψία DNA του νεκρού και θα είναι δυνατό να δημιουργηθεί μια πειστική εικονική εκδοχή κάποιου που έχει μεταδοθεί. Αν σας ενδιαφέρει, υπάρχει μια ταινία για αυτό: η ανακάλυψη.
Η AI θα αντικαταστήσει την εργασία. Πολλοί άνθρωποι ανησυχούν για την τεχνητή νοημοσύνη στη ζωή μας καθώς πιστεύουν ότι στο τέλος τα ρομπότ θα αντικαταστήσουν τους ανθρώπους και δεν θα έχουμε θέσεις εργασίας.
Η τεχνολογία IoT θα αλλάξει τα σχέδια των προϊόντων Σύμφωνα με το Forbes, μέχρι το 2050, η τεχνολογία IoT θα βρίσκεται στο 95% των ηλεκτρονικών για σχέδια νέων προϊόντων. Και μέχρι το 2050 αναμένεται να έχει τα πάντα συνδεδεμένα στο cloud και στο διαδίκτυο.
Διαστημικός τουρισμός: μια εβδομάδα σε τροχιά Σύμφωνα με το Business Insider, ο διαστημικός τουρισμός θα μπορούσε να είναι εφικτός το 2050, αλλά πιθανότατα μόνο για τους πολύ πλούσιους. Εταιρείες πυραύλων όπως η Blue Origin του Jeff Bezo και η SpaceX του Elon Musk θα ωθήσουν αρκετά τα διαστημικά ταξίδια ώστε ο τουρισμός να είναι εφικτός το 2050. Για παράδειγμα, «κάποιος που θα μπορούσε να πληρώσει 100 εκατομμύρια λίρες θα μπορούσε να περάσει μια εβδομάδα σε τροχιά… αλλά θα ήταν μόνο για πλούσιους ανθρώπους το 2050». αυτός είπε. «Δεν πρόκειται να είναι κάτι φθηνό σύντομα».
Τα αυτοοδηγούμενα αυτοκίνητα θα κάνουν την οδήγηση ασφαλέστερη Παρά τα ατυχήματα με αυτοοδηγούμενα αυτοκίνητα που έχουν γίνει πρωτοσέλιδα αυτά τα χρόνια, αυτός ο τομέας της τεχνητής νοημοσύνης θα μορούσε να μειώσει δραματικά τους θανάτους και τους τραυματισμούς στους δρόμους μας. Σύμφωνα με μια έκθεση του Πανεπιστημίου του Στάνφορντ, τα αυτόνομα αυτοκίνητα όχι μόνο θα μειώσουν τους θανάτους και τους τραυματισμούς που σχετίζονται με την κυκλοφορία, αλλά θα μπορούσαν να επιφέρουν αλλαγές και στον τρόπο ζωής μας. Θα έχουμε περισσότερο χρόνο για τον εαυτό μας. Επίσης, η αυξημένη άνεση και ο μειωμένος γνωστικός φόρτος με αυτοκίνητα αυτόνομης οδήγησης και κοινόχρηστη μεταφορά μπορεί να επηρεάσει το πού επιλέγουν να ζήσουν οι άνθρωποι.
Ακόμη και οι άνθρωποι που ζουν πολύ κοντά σε έναν πολυσύχναστο αυτοκινητόδρομο θέλουν να έχουν ήσυχες συζητήσεις και ανενόχλητο ύπνο. Τα ηχοφράγματα μπορούν να βοηθήσουν. Ένα εμπόδιο – όπως ένας ηχοφράκτης – προκαλεί μια ηχητική σκιά, σε αναλογία με τη σκιά που προκαλεί ένα εμπόδιο στο φως. Στην περιοχή της ηχητικής σκιάς ο ήχος είναι πολύ πιο ασθενής από ότι έξω από αυτή.(Αυτό είναι αρκετά αισθητό όταν, για παράδειγμα, κάνεις ποδήλατο σε υπόγειο ποδηλατόδρομο. Όταν επιστρέψεις πάνω από το έδαφος και μπορείς να δεις τα αυτοκίνητα, ο θόρυβος της κυκλοφορίας είναι αξιοσημείωτα πιο δυνατός.) Το ίδιο ισχύει και για ένα φράγμα θορύβου: ακούτε λιγότερο θόρυβο όσο είστε στη «σκιά» του φράχτη.
Αλλά όταν φυσάει, τα ηχοφράγματα δεν είναι πια αποδοτικά. Η ταχύτητα του ανέμου είναι πάντα πολύ μικρότερη από την ταχύτητα του ήχου, οπότε γιατί υπάρχει τόση διαφορά στην απόδοση;
Ο λόγος που συμβαίνει αυτό δεν είναι η ίδια η ταχύτητα του ανέμου αλλά το γεγονός ότι η ταχύτητα μεταβάλλεται έντονα ανάλογα με το ύψος κοντά στους φράχτες. Η ταχύτητα του ανέμου αυξάνεται με το ύψος – υπάρχει μια «βαθμίδα ταχύτητας» στην κατακόρυφη κατεύθυνση. Αυτό σημαίνει ότι τα ηχητικά κύματα καμπυλώνονται προς τα κάτω όταν ταξιδεύουν με τον άνεμο, και ο ήχος φτάνει σε περιοχές πίσω από τον ηχοφράχτη, όπου δεν θα έφταναν σε άλλες συνθήκες – θα ήταν στη «ηχητική σκιά». Μάλιστα, ακριβώς πάνω από το φράκτη η βαθμίδα της ταχύτητας (μεταβολή με το ύψος) είναι μεγαλύτερη με αποτέλεσμα τη μεγαλύτερη καμπυλότητα της τροχιάς του ήχου και τη σμίκρυνση της περιοχής της “ηχητικής σκιάς”. Μετρήσεις στα εργαστήρια του ερευνητικού κέντρου TNO-TPD στο Ντελφτ της Ολλανδίας έδειξαν ότι σε μέτριες ταχύτητες ανέμου (4-5 m/s) ο θόρυβος πίσω από τον ηχοφράκτη μπορεί να είναι 5-15 dB ισχυρότερος από ό,τι όταν δεν φυσάει.
Το παρήγορο είναι ότι όταν φυσάει ανάποδα – μακριά από το σπίτι προς τον αυτοκινητόδρομο, το αποτέλεσμα αντιστρέφεται. Τότε έχεις λιγότερο θόρυβο από ό,τι όταν δεν έχει αέρα.
Όταν πολλοί μουσικοί παίζουν μαζί, πρέπει να βεβαιωθούν ότι είναι όλοι σε συμφωνία.
Πώς το κάνουν αυτό εξαρτάται από τον τύπο του οργάνου.
Όπως ξέρουμε το τονικό ύψος μιας χορδής καθορίζεται απευθείας από τρεις παραμέτρους:
(1) το μήκος της χορδής
(2) τη μάζα της ανά μονάδα μήκους
(3) η τάση της
Η ταχύτητα του ήχου στον αέρα αυξάνεται όσο αυξάνεται η θερμοκρασία, αλλά αυτό δεν επηρεάζει στο τρόπο δόνησης της χορδής και επομένως δεν επηρεάζει τη συχνότητα. Οπότε δεν μας πειράζει αν ζεσταθεί η αίθουσα συναυλιών.
Τα πνευστά είναι διαφορετικά. Σκεφτείτε έναν σωλήνα οργάνου. Εδώ το μήκος κύματος του ήχου είναι σταθερό. Λόγω της κατασκευής του σωλήνα παράγονται ηχητικά κύματα συγκεκριμένου μήκους. Τώρα το τονικό ύψος είναι: ταχύτητα του ήχου δια το μήκος κύματος, άρα το τονικό ύψος εξαρτάται από την ταχύτητα του ήχου. (Ένας διαφορετικός τρόπος να το δούμε αυτό είναι ότι το τονικό ύψος καθορίζεται από το πόσο χρόνο χρειάζεται ένα ηχητικό κύμα για να πάει μπρος-πίσω στον σωλήνα του οργάνου. Όσο πιο συχνά συμβαίνει αυτό ανά δευτερόλεπτο τόσο μεγαλύτερο είναι το τονικό ύψος, επομένως η αύξηση της ταχύτητας του ήχου αυξάνει το τονικό ύψος.)
Η μόνη από τις τρεις παραμέτρους που μπορούν να ρυθμίσουν γρήγορα οι οργανοπαίκτες έγχορδων είναι η ένταση, έτσι ώστε να συντονίζουν τα όργανά τους χαλαρώνοντας ή σφίγγοντας τις χορδές.
Οι οργανοπαίκτες πνευστών συντονίζονται ρυθμίζοντας το μήκος του οργάνου τους, συνήθως σύροντας μια εύκαμπτη άρθρωση στο όργανο μέσα ή έξω για να κονταίνουν ή να επιμηκύνουν το σωλήνα.
Οι υπόλοιποι οργανοπαίκτες είναι άτυχοι – δεν μπορούν να ρυθμίσουν όλους αυτούς τους σωλήνες! Το μόνο που μπορούν να κάνουν είναι να ζητήσουν από την υπόλοιπη ορχήστρα να είναι σε αρμονία μαζί τους.
Τώρα ας υποθέσουμε ότι η θερμοκρασία αυξάνεται. Η ταχύτητα του ήχου αυξάνεται με τη θερμοκρασία. Τα μόρια αέρα κινούνται γρηγορότερα και μπορούν να μεταδώσουν τα κύματα πίεσης πιο γρήγορα και έτσι η ταχύτητα του ήχου αυξάνεται. (Στην πραγματικότητα είναι ανάλογο με τη μέση ταχύτητα των μορίων.)
Για ορισμένο μήκος κύματος, όπως σε ένα πνευστό όργανο, μια μεγαλύτερη ταχύτητα ήχου σημαίνει υψηλότερο τονικό ύψος.
Έτσι, όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία τόσο υψηλότερο είναι το τονικό ύψος. Για να ελαχιστοποιήσουμε τις αλλαγές θερμοκρασίας κατά την συναυλία, οι οργανοπαίκτες πνευστών ζεσταίνουν το όργανό τους εκ των προτέρων με την αναπνοή τους.
Ως εκ τούτου, κάποια πρακτική πριν από τη συναυλία δεν είναι μόνο χρήσιμη για να χαλαρώσουν τα δάχτυλα του οργανοπαίκτη, αλλά και για να ζεστάνετε το όργανο.
Τελικά είναι εκπληκτικό το γεγονός ότι τόσες πολλές συναυλίες ακούγονται υπέροχες. Είναι εξίσου ενδιαφέρον είναι ότι όλοι αυτοί οι μουσικοί ενώ παίζουν δεν ανησυχούν για τους νόμους της φυσικής!
Ο τρόπος που περπατάς φαίνεται φυσιολογικός επειδή όλοι το κάνουν. Εσύ κουνάς τα χέρια σου και τα πόδια σου σε αντίθετες κατευθύνσεις. Δηλαδή όταν το αριστερό πόδι σου πηγαίνει μπροστά το αριστερό σου χέρι πηγαίνει προς τα πίσω. Παρόμοια με το δεξί χέρι και πόδι.
Γιατί το κάνεις αυτό; Επειδή εσύ ασυνείδητα λαμβάνεις υπόψη σου έναν νόμο της φυσικής- ότι η στροφορμή (το ποσό της περιστροφής) ενός σώματος παραμένει σταθερή κατά την απουσία των εξωτερικών δυνάμεων. Τα χέρια σου και τα πόδια σου δεν είναι προσκολλημένα στο μέσο (κάθετο άξονα) του κορμιού σας, αλλά στο πλάι. Όταν το δεξί πόδι κινείται προς τα μπροστά πρέπει να απομακρυνθεί από την δεξιά πλευρά του σώματός σου, έτσι η δεξιά πλευρά του σώματος σας πιέζεται προς τα πίσω (όπως ακριβώς υπάρχει ανάκρουση αν πυροβολήσετε ένα όπλο από το δεξί σας ώμο). Το αποτέλεσμα είναι ότι εσείς τείνετε να περιστραφείτε γύρω από τον κάθετο άξονά σας. Εσείς το αποτρέπετε αυτό κουνώντας ταυτόχρονα το δεξί σας χέρι προς τα πίσω.
Θα μπορούσες να κουνάς το αριστερό χέρι και το αριστερό σου πόδι μπροστά ή πίσω ταυτόχρονα, αλλά τότε η κίνηση του χεριού δεν θα “αντιστάθμιζε” τη κίνηση του ποδιού. Αντίθετα θα χειροτέρευε την περιστροφή. Αυτό θα συνέβαινε σε κάθε βήμα, και το πόδι σου θα έπρεπε να απορροφά αυτήν την περιστροφή κατά την επαφή του με το έδαφος. Έτσι το περπάτημα όχι μόνο θα φαινόταν αστείο αλλά θα ήταν και μη αποδοτικό.
Η ίδια σχέση εφαρμόζεται και όταν ανεβαίνεις τα σκαλιά με ένα φλιτζάνι τσάι, για να εντυπωσιάσεις το ταίρι σου το πρωί. Καθώς ανεβαίνεις τα σκαλιά με έναν δίσκο στα χέρια σου, εσύ ασυνείδητα κουνάς τον δίσκο μπροστά και πίσω, επειδή έχασες το φυσιολογικό κούνημα των χεριών σου. Έτσι ένας μέρος της φυσικής αποτρέπει να χυθεί το τσάι παντού.
Οι παίκτες μπόουλινγκ προβληματίζονται ιδιαίτερα από το πρόβλημα αυτό, όταν ρίχνουν τη βαριά μπάλα του μπόουλινγκ. Ωστόσο, οι έμπειροι παίκτες μπόουλινγκ βρήκαν μια λύση: όταν απελευθερώνουν την μπάλα, κάνουν αυτόματα ένα κομψό σκούπισμα με το ελεύθερο πόδι τους για να αντισταθμίσουν τη στρέψη. Ο νόμος της φυσικής παρέχει και λίγη αθλητική κομψότητα!
Βιβλιογραφία: Everyday physics , unusual insights into familiar things , Jo Hermans
Χρησιμοποιούμε cookies για να σας προσφέρουμε την καλύτερη δυνατή εμπειρία στη σελίδα μας. Εάν συνεχίσετε να χρησιμοποιείτε τη σελίδα, θα υποθέσουμε πως είστε ικανοποιημένοι με αυτό.ΕντάξειΔιαβάστε περισσότερα
Τώρα θεωρήστε αυτά τα υπέροχα κύματα, ότι προκαλούνται από ένα βορειοανατολικό άνεμο, επομένως ταξιδεύουν με γωνία 45°ως προς την ακτή (Εικ. 1a). Καθώς τα κύματα πλησιάζουν την ακτή, η μια άκρη μιας μετωπικής επιφάνειας του κύματος που είναι πιο μακριά από την ακτή, θα είναι σε βαθύτερα νερά από την άλλη άκρη που βρίσκεται κοντά στην ακτή (Εικ. 1b). Θυμηθείτε τώρα ότι η ταχύτητα στη βαθιά πλευρά είναι μεγαλύτερη απ’ ό,τι στη ρηχή πλευρά. Έτσι, τα κύματα στρίβουν σταδιακά προς την ακτή, αφού το βαθύ τμήμα που είναι στην εξωτερική πλευρά ταξιδεύει πιο γρήγορα. Το κύμα λοιπόν στρέφεται προς την παραλία (Εικ. 1c) μέχρι να γίνουν οι ταχύτητες στα άκρα του κύματος ίσες, κάτι που συμβαίνει μόνο όταν το κύμα είναι παράλληλο με την ακτή, όπου τα βάθη είναι ίσα (Εικ. 1d). Μετά από την ευθυγράμμιση δεν υπάρχει κανένας λόγος για να αποκλίνει από την ευθεία πορεία και τα κύματα παραμένουν παράλληλα με την ακτή, υπό την προϋπόθεση βέβαια ότι η κλίση του πυθμένα του ωκεανού είναι λίγο πολύ ίση παντού. Συμπέρασμα: οι surfers πρέπει να ευχαριστούν το Θεό για τις ομοιόμορφες κλίσεις στον πυθμένα της θάλασσας. Και για τους νόμους της φυσικής φυσικά.
