elgavrilis's blog

Για πολύ καιρό, αυτό το ευφυές όπλο, η πιο τέλεια τεχνική συσκευή που εφηύρε ποτέ ο πρωτόγονος άνθρωπος, έκανε τους επιστήμονες να εκπλήσσονται. Πράγματι, η παράξενη, μπερδεμένη τροχιά που διαγράφει το μπούμερανγκ (εικόνα) μπορεί να κεντρίσει το ενδιαφέρον οποιουδήποτε μυαλού. Σήμερα έχουμε μια περίπλοκη θεωρία για να εξηγήσουμε το μπούμερανγκ. Δεν είναι πλέον θαύμα. Αυτή η θεωρία είναι πολύ περίπλοκη για να εξηγηθεί εκτενώς.

Επιτρέψτε απλώς να σημειώσουμε ότι το μπούμερανγκ είναι το συνδυασμένο αποτέλεσμα τριών παραγόντων: πρώτον, της αρχικής ρίψης, δεύτερον, της ίδιας της περιστροφής του μπούμερανγκ και, τρίτον, της ατμοσφαιρικής αντίστασης.

Ο Αυστραλός ιθαγενής γνωρίζει ενστικτωδώς πώς να συνδυάζει και τα τρία, αλλάζοντας επιδέξια την κλίση και την κατεύθυνση του μπούμερανγκ και το πετάει με μεγαλύτερη ή μικρότερη δύναμη για να επιτύχει το επιθυμητό αποτέλεσμα. Μπορείτε κι εσείς να αποκτήσετε κάποια δεξιότητα στη ρίψη μπούμερανγκ. Για να φτιάξετε ένα ομοίωμα boomerang για εσωτερικούς χώρους, κόψτε το από χαρτόνι, στη μορφή που φαίνεται στο κάτω σχήμα αριστερά.Κάθε βραχίονας έχει μήκος περίπου 5 cm και πλάτος λίγο λιγότερο από ένα εκατοστό. Πιέστε το κάτω από το νύχι του αντίχειρά σας και κουνήστε το προς τα εμπρός και λίγο προς τα πάνω. Θα πετάξει περίπου πέντε μέτρα, θα κάνει μια κυκλική κίνηση και θα επιστρέψει στα πόδια σας, αρκεί να μην χτυπήσει πουθενά στην πορεία. Μπορείτε να φτιάξετε ένα ακόμα καλύτερο μπούμερανγκ αντιγράφοντας αυτό που δίνεται στο κάτω σχήμα δεξιά, αλλά και στρίβοντάς το ώστε να μοιάζει κάπως με προπέλα (όπως φαίνεται στο κάτω μέρος του σχήματος.

Μετά από κάποια εμπειρία, θα πρέπει να είστε σε θέση να το «κάνετε να περιγράφει περίπλοκες καμπύλες και βρόχους πριν επιστρέψει στα πόδια σας. Συμπερασματικά, να σημειώσουμε ότι το μπούμερανγκ δεν είναι καθόλου αποκλειστικά ένας αυστραλιανό εφεύρημα όπως συνήθως πιστεύεται. Χρησιμοποιούνταν στην Ινδία και, σύμφωνα με τις σωζόμενες τοιχογραφίες, κάποτε χρησιμοποιούνταν ευρέως από τους Ασσύριους.

Στην εικόνα αριστερά φαίνεται αρχαίος Αιγύπτιος πολεμιστής που πετάει ένα boomerang. Ήταν επίσης γνωστό στην αρχαία Αίγυπτο και τη Νουβία. Το μόνο διακριτικό χαρακτηριστικό του αυστραλιανού μπούμερανγκ είναι η περιστροφή που μοιάζει με προπέλα, η οποία το στέλνει σε έναν λαβύρινθο από στροβιλισμούς και βρόχους, επιστρέφοντάς το σ’ αυτόν που το εκτόξευσε (ρίπτη), όταν αυτό αστοχήσει.

Μας έρχεται στο νου το sky diving. Tα γενναία άλματα που κάνουν μερικές φορές οι αλεξιπτωτιστές. Ξεκινούν από ύψος περίπου δέκα χιλιομέτρων και τραβούν το σχοινί μόνο αφού πέσουν σαν πέτρα χωρίς να ανοίξουν τα αλεξίπτωτά τους για αρκετή απόσταση. Πολλοί πιστεύουν ότι σε αυτό το άλμα ελεύθερης πτώσης ο αλεξιπτωτιστής πέφτει σαν να βρίσκεται σε κενό χώρο. Αν όντως ίσχυε αυτό, το άλμα sky diving θα ήταν πολύ πιο σύντομο, ενώ η ταχύτητα κοντά στο έδαφος θα ήταν τεράστια.

Ωστόσο, η ατμοσφαιρική αντίσταση εμποδίζει την επιτάχυνση. Η ταχύτητα του αλεξιπτωτιστή που πέφτει κατά τη διάρκεια ενός άλματος ελεύθερης πτώσης, αυξάνεται μόνο στα πρώτα δέκα δευτερόλεπτα, μόνο για τις πρώτες εκατοντάδες μέτρα. Εν τω μεταξύ, η ατμοσφαιρική αντίσταση αυξάνεται, για να φτάσει τελικά σε ένα σημείο όπου κάθε περαιτέρω επιτάχυνση σταματά και η πτώση γίνεται ομοιόμορφη. ;Έχει αποκτηθεί η ορική ταχύτητα.

Ακολουθεί μια ποιοτική και στη συνέχεια ποσοτική ματιά στο sky diving από τη σκοπιά της μηχανικής:

Η επιτάχυνση συνεχίζεται μόνο για τα πρώτα 12 δευτερόλεπτα ή και λιγότερο, ανάλογα με το βάρος του αλεξιπτωτιστή. Σε αυτό το διάστημα, πέφτει περίπου 400 – 450 m και αναπτύσσει ταχύτητα περίπου 50 m/sec. Στη συνέχεια, πέφτει ομοιόμορφα (ομαλά), με την ίδια ορική ταχύτητα, μέχρι να τραβήξει το σχοινί σχισίματος. Οι σταγόνες βροχής πέφτουν παρόμοια. Η μόνη διαφορά είναι ότι η αρχική περίοδος επιτάχυνσης για τη σταγόνα βροχής δεν υπερβαίνει το ένα δευτερόλεπτο. Συνεπώς, η ταχύτητά της κοντά στο έδαφος δεν είναι τόσο μεγάλη όσο σε ένα άλμα sky diving με αλεξίπτωτο, κυμαινόμενη μεταξύ 2 και 7 μέτρων το δευτερόλεπτο, ανάλογα με το μέγεθός της σταγόνας.

Ένα ποσοτικό παράδειγμα γραφικής παράστασης της δύναμης έναντι χρόνου τόσο για την οπισθέλκουσα (drag force) όσο και για το βάρος κατά τη διάρκεια μιας πτώσης με αλεξίπτωτο. Το βάρος είναι σταθερό στα 800 N. Η οπισθέλκουσα ξεκινά από το μηδέν, αυξάνεται με την αυξανόμενη κλίση (ανοδική καμπυλότητα), φτάνει σε σημείο καμπής κοντά στα 4 s και συνεχίζει να αυξάνεται, αλλά τώρα με μειούμενη κλίση, και καθίσταται δυσδιάκριτη από την τιμή βάρους κοντά στα 15 s.

Η καμπύλη επιτάχυνσης ως προς τον χρόνο αναπαράγει το σχήμα της καμπύλης δύναμης, αλλά ξεκινά από -9,8 m/s/s, αυξάνεται προς το μηδέν με αυξανόμενη κλίση (ανοδική καμπυλότητα), φτάνει σε σημείο καμπής κοντά στα 4 s και συνεχίζει να αυξάνεται, αλλά τώρα με μειούμενη κλίση, και γίνεται δυσδιάκριτη από το μηδέν κοντά στα 15 s.

Η καμπύλη ταχύτητας ως προς τον χρόνο ξεκινά από το μηδέν και αυξάνεται περίπου γραμμικά προς την αρνητική κατεύθυνση μέχρι περίπου στα 4 δευτερόλεπτα, όταν αρχίζει να σταθεροποιείται και να πλησιάζει τα 52 m/s.

Τέλος, μπορούμε να δούμε ότι το γράφημα θέσης τελικά γίνεται γραμμικό καθώς επιτυγχάνεται η τελική ταχύτητα. Η καμπύλη θέσης έναντι χρόνου ξεκινά στα 3660 m και μειώνεται προς το μηδέν με αρνητική και σταδιακά αυξανόμενη κλίση, πλησιάζοντας τη θέση 2750 m και κλίση 52 m/s μετά από 20 s.

Τα φυτά χρησιμοποιούν συχνά μηχανισμούς ολίσθησης – πτήσης για να πολλαπλασιαστούν. Πολλοί σπόροι έχουν είτε μια τούφα αλεξίπτωτου είτε τριχωτά εξαρτήματα (π.χ. πάππος), όπως στις πικραλίδες, στις μπάλες από βαμβάκι και στις «γενειάδες κατσίκας» ή «φτερά», όπως στα κωνοφόρα, τα σφενδάμια, τις λευκές σημύδες, τις φτελιές, τις φλαμουριές, πολλά είδη σκιαδοφόρων, κ.λπ.

Στο γνωστό βιβλίο του Kerner von Marilaum «Φυτική Ζωή», βρίσκουμε το ακόλουθο σχετικό απόσπασμα: “Στις ηλιόλουστες μέρες χωρίς αέρα, ένα πλήθος σπόρων και καρπών ανυψώνεται ψηλά από κάθετα ρεύματα αέρα. Ωστόσο, μετά το σούρουπο συνήθως αιωρούνται σε μικρή απόσταση. Είναι σημαντικό οι σπόροι να πετούν, να καλύπτουν μια μεγάλη περιοχή τόσο πολύ ώστε να εισχωρούν σε ρεματιές σε αναβαθμίδες και γκρεμούς, στις οποίες δεν θα έφταναν ποτέ με κανέναν άλλο τρόπο. Εν τω μεταξύ, τα οριζόντια ρεύματα αέρα μπορεί να μεταφέρουν αυτούς τους αιωρούμενους σπόρους και καρπούς αρκετά μακριά”.

Οι σπόροι ορισμένων φυτών παραμένουν στα φτερά τους και πέφτουν με αλεξίπτωτο μόνο ενώ πετούν. Οι σπόροι του γαϊδουράγκαθου επιπλέουν ήσυχα μέχρι να συναντήσουν ένα εμπόδιο, οπότε ο σπόρος πετάει το αλεξίπτωτό του και πέφτει στο έδαφος. Γι’ αυτό βλέπουμε το γαϊδουράγκαθο τόσο συχνά κοντά σε τοίχους και φράχτες. Υπάρχουν όμως και άλλες περιπτώσεις, όπου ο σπόρος είναι μόνιμα προσκολλημένος στο αλεξίπτωτό του.

Σχήμα αριστερά: καρποί με μηχανισμό πτήσης «γενειάδες κατσίκας» Σχήματα δεξιά: Φτερωτοί σπόροι από a) σφένδαμο, b) πεύκο, c) φτελιά και d) σημύδα.

Τα σχήματα δείχνουν μερικούς σπόρους και καρπούς που έχουν μηχανισμό ολίσθησης. Στην πραγματικότητα, αυτά τα φυτικά «ανεμοπλάνα» ξεπερνούν τα τεχνητά σε πολλά σημεία. Μπορούν να σηκώσουν ένα φορτίο που μπορεί να είναι πολύ μεγαλύτερο από το δικό τους βάρος και να το σταθεροποιήσουν αυτόματα. Έτσι, εάν ο σπόρος του ινδικού γιασεμιού τύχει να αναποδογυρίσει, θα ανακτήσει αυτόματα την αρχική του θέση με την κυρτή πλευρά του προς τα κάτω, αλλά όταν συναντήσει ένα εμπόδιο δεν ανατρέπεται και δεν πέφτει σαν κόντρα, αλλά κατεβαίνει απότομα.

Blowing in the wind

Ο άνεμος είναι ένας από τους κύριους τρόπους με τους οποίους τα φυτά διασπείρουν τους σπόρους τους. Οι σπόροι που διασκορπίζονται από τον άνεμο είναι συνήθως μικρότεροι και ελαφρύτεροι από άλλους σπόρους. Όσο περισσότερο μένει ένας σπόρος στον αέρα, τόσο πιο μακριά μπορεί να απομακρυνθεί από το μητρικό του φυτό. Ορισμένα φυτά, όπως οι πικραλίδες, παράγουν ελαφρούς, φουσκωτούς σπόρους που μπορούν να μεταφερθούν σε μεγάλες αποστάσεις με το παραμικρό αεράκι, σαν αλεξίπτωτο.

Ορισμένα φυτά, όπως τα σφεντάμια, παράγουν σπόρους με φτερά που μοιάζουν με ελικόπτερο, γνωστά ως σαμάρες, τα οποία βοηθούν να παραμένουν στον αέρα για περισσότερο χρόνο.