ΡΩΤΗΣΤΕ ΜΑΣ

Πώς μεταδίδεται η θερμότητα;

Με ποιον τρόπο μεταδίδεται η θερμότητα από το μέταλλο στον αέρα, για παράδειγμα σε ένα καλοριφέρ;

Η εσωτερική ενέργεια ενός σώματος είναι η ενέργεια που έχει εξαιτίας της κίνησης των ατόμων και των μορίων που το αποτελούν. Όσο μεγαλύτερη είναι αυτή η κίνηση τόσο μεγαλύτερη είναι και η εσωτερική ενέργεια του σώματος και τόσο υψηλότερη θερμοκρασία έχει. Όταν δύο σώματα με διαφορετική θερμοκρασία έρθουν σε επαφή μεταξύ τους, θα ανταλλάξουν εσωτερική ενέργεια έως ότου αποκτήσουν την ίδια θερμοκρασία. Η θερμότητα είναι αυτή η ροή της εσωτερικής ενέργειας από το ένα σώμα στο άλλο. Η θερμότητα από ένα σώμα καλοριφέρ μπορεί να μεταδοθεί στον αέρα του περιβάλλοντος χώρου με τρεις τρόπους:

Η μεταγωγή είναι η άμεση μετάδοση της θερμότητας και συμβαίνει όταν ταχύτατα άτομα και μόρια από το θερμότερο σώμα συγκρούονται με τα πιο βραδυκίνητα σωματίδια του ψυχρού σώματος, αναγκάζοντάς τα να κινηθούν με μεγαλύτερη ταχύτητα. Αυτός είναι ο κύριος τρόπος με τον οποίο η θερμότητα από το εσωτερικό τμήμα του καλοριφέρ (που έχει θερμανθεί από το ζεστό νερό) φτάνει στο εξωτερικό τμήμα του, το οποίο είναι σε επαφή με τον αέρα του δωματίου. Καθώς ο αέρας κοντά στην επιφάνεια του καλοριφέρ θερμαίνεται, αρχίζει να διαστέλλεται και η πυκνότητά του μειώνεται, με αποτέλεσμα να «αναδύεται» δια μέσου του ψυχρότερου αέρα που τον περιβάλλει. Παράλληλα, ο ψυχρότερος αέρας που ρέει προς το καλοριφέρ για να «αντικαταστήσει» το θερμό αέρα που αναδύθηκε, θερμαίνεται και αυτός με τη σειρά του και ανεβαίνει. Με τον τρόπο αυτό, μεταφέρονται τα θερμά μόρια του αέρα σε όλο το χώρο, αυξάνοντας σημαντικά τη μετάδοση της θερμότητας. Αυτός ο τρόπος μετάδοσης θερμότητας λέγεται μετάδοση θερμότητας με μεταφορά.

Ο τελευταίος τρόπος μετάδοσης της θερμότητας είναι η μετάδοση με τη βοήθεια θερμικής ακτινοβολίας. Το θερμό καλοριφέρ εκλύει ένα μέρος της ενέργειάς του υπό μορφήν ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στο υπέρυθρο φάσμα. Όταν οι ακτίνες αυτές συναντούν τα μόρια του αέρα, μεταφέρουν και την ενέργειά τους σε αυτά. Αυτό κάνει τα μόρια να αρχίζουν να κινούνται γρηγορότερα και έτσι αυξάνεται η θερμότητα στο χώρο.

Πετάει το διαστημικό λεωφορείο ανάποδα;

Έχω ακούσει ότι το διαστημικό λεωφορείο πετάει και ανάποδα, αλλά και με την όπισθεν. Γιατί;

Είναι γεγονός ότι το διαστημικό λεωφορείο αρχίζει να πετάει ανάποδα 20 δευτερόλεπτα μετά την απογείωσή του, καθώς ο προσανατολισμός του αλλάζει με τη βοήθεια 38 μικρών κινητήρων ελιγμών. Αυτό γίνεται, μεταξύ άλλων, για να μειωθούν οι πιέσεις στο ρύγχος και στην ουρά, όταν το διαστημικό λεωφορείο διασχίζει τα κατώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας με μεγάλη ταχύτητα, και για να έχουν οι αστροναύτες ελεύθερη ορατότητα στον ορίζοντα, σε περίπτωση που θα χρειαζόταν να κάνουν αναγκαστική προσγείωση.

Όταν το διαστημικό λεωφορείο είναι σε τροχιά γύρω από τη Γη και, συνεπώς, σε κατάσταση έλλειψης βαρύτητας, τότε ουσιαστικά δεν υπάρχει «ανάποδη» θέση και δεν μπορούμε να πούμε προς ποια μεριά είναι προσανατολισμένο το σκάφος. Είναι, ωστόσο, υπέροχο να μπορούν οι αστροναύτες να κοιτάζουν κάτω (ή πάνω) στον πλανήτη μας.

Είναι γεγονός, επίσης, ότι το διαστημικό λεωφορείο πετάει και προς τα πίσω, αλλά μόνο για λίγο, πριν από την προσγείωση. Με τον τρόπο αυτό μπορεί το λεγόμενο «σύστημα ελιγμών τροχιάς», το οποίο αποτελείται από δύο μεγάλους κινητήρες στο πίσω μέρος, να χρησιμοποιηθεί για να φρενάρει το σκάφος κατά την επάνοδο. Όταν η ταχύτητα, μετά από 3 λεπτά, έχει μειωθεί αρκετά, το σκάφος στρέφεται ξανά και μπαίνει στην ατμόσφαιρα με το ρύγχος μπροστά και με κλίση περίπου 40 μοιρών. Έτσι, η ασπίδα προστασίας από την υπερθέρμανση στο κάτω μέρος του σκάφους μπορεί να απορροφήσει το μεγαλύτερο μέρος της θερμότητας που παράγεται από την τριβή, επιτρέποντας στο διαστημικό λεωφορείο να προσγειωθεί σαν ανεμόπτερο.

Γιατί ερωτευόμαστε;

Γνωρίζουν οι επιστήμονες το λόγο για τον οποίον ερωτευόμαστε;

Ερωτευόμαστε επειδή είμαστε άνθρωποι! Όλοι έχουν μια θεμελιώδη ανάγκη να ζευγαρώσουν και να αναπαραχθούν, αλλά και να αισθανθούν σημαντικοί και να προσφέρουν κάτι ο ένας στον άλλον. Γι’ αυτό και οι κοινωνικές σχέσεις είναι τόσο σημαντικές. Όταν ένα άτομο, το οποίο βρίσκουμε ελκυστικό, ανταποκρίνεται, καλύπτονται οι βασικές ανάγκες και των δύο και δημιουργείται ένα κύμα ενθουσιασμού και ενθάρρυνσης. Είμαστε ερωτευμένοι!

Σύμφωνα με τους ερευνητές Andreas Bartels και Semir Zeki του University College του Λονδίνου, αυτό το συναίσθημα προκύπτει επειδή η ερωτική ανταπόκριση διεγείρει το νευροδιαβιβαστή ντοπαμίνη στον εγκέφαλο. Η ντοπαμίνη δημιουργεί υπερκινητικότητα και αϋπνία, κάτι που, αναμφίβολα, γνωρίζουν όλοι όσοι έχουν ερωτευτεί.

Η Amy Bowles Reyer από το Πανεπιστήμιο George Washington έχει αποδείξει ότι ερωτευόμαστε πιο εύκολα όταν είμαστε ήδη «ξαναμμένοι», όπως π.χ. σε διαδη-λώσεις, αθλητικές εκδηλώσεις ή σε ισχυρές αναταράξεις στο αεροπλάνο. Αυτό εξηγεί επίσης τις συχνά πολύ στενές σχέσεις –και ερωτικές– που αναπτύσσονται μεταξύ αγνώστων, οι οποίοι βίωσαν μαζί ένα ατύχημα ή μια φυσική καταστροφή.

Πόσο ψηλά στο βορρά φτάνει η δενδρογραμμή;

Βόρεια από ένα ορισμένο όριο δε φυτρώνουν δέντρα. Γιατί υπάρχει αυτό το όριο; Βρίσκεται στο ίδιο γεωγραφικό πλάτος σε όλη τη Γη;

Η δενδρογραμμή δεν είναι κάποια σαφώς καθορισμένη γραμμή, αλλά μια μεταβατική ζώνη, όπου τα δέντρα γίνονται όλο και λιγότερα, μέχρι τελικά να πάψουν να υπάρχουν. Το φαινόμενο οφείλεται, πιθανότατα, στο ότι η εποχή της βλάστησης βόρεια της δενδρογραμμής είναι τόσο σύντομη, που τα δέντρα δεν προλαβαίνουν να αναπτύξουν νέους βλαστούς. Το έδαφος είναι παγωμένο τους περισσότερους μήνες του χρόνου και αυτό έχει σαν αποτέλεσμα να επικρατεί λειψυδρία, η οποία αναχαιτίζει αποτελεσματικά την ανάπτυξη των δέντρων – παρ’ όλο που υπάρχει άφθονο ηλιακό φως. Η θερμοκρασία το χειμώνα δεν έχει, πάντως, ιδιαίτερη σημασία, αφού ορισμένα είδη δέντρων επιβιώνουν και κάτω από τους -50 βαθμούς Κελσίου.

Το όριο βλάστησης των δέντρων δεν είναι το ίδιο γύρω από όλη την Αρκτική. Στη βόρεια Νορβηγία η θερμότητα από το Ρεύμα του Κόλπου έχει σαν αποτέλεσμα η δενδρογραμμή να βρίσκεται περίπου στον 70ο παράλληλο, ενώ στην ανατολική πλευρά του Hudson Bay στον Καναδά το όριο φτάνει μόλις στον 55ο παράλληλο, που στην Ευρώπη αντιστοιχεί, π.χ., στη Μόσχα. Οι περισσότεροι κλιματολόγοι πιστεύουν ότι η εποχή της βλάστησης τις επόμενες δεκαετίες θα έχει μεγαλύτερη διάρκεια στην Αρκτική, λόγω της ανόδου της παγκόσμιας θερμοκρασίας, γι’ αυτό και η δενδρογραμμή θα μετακινηθεί βορειότερα. Με τη βοήθεια προηγμένων υπολογιστικών μοντέλων, έχει βρεθεί ότι η επέκτασή της στις παράκτιες περιοχές θα είναι περίπου 50-100 χιλιόμετρα, ενώ στην ενδοχώρα του Καναδά θα μετακινηθεί μέχρι και 500 χιλιόμετρα βορειότερα.

Πόσες διαφορετικές εκφράσεις μπορεί να πάρει το πρόσωπό μας;

Πόσες διαφορετικές εκφράσεις μπορεί να επιδείξει ένα πρόσωπο; Ποιοι μύες χρησιμοποιούνται όταν είμαστε θυμωμένοι, για παράδειγμα;

Στο πρόσωπό μας, κάτω από το δέρμα, υπάρχουν 24 μύες, που όλοι μαζί δημιουργούν τις πολλές και διαφορετικές εκφράσεις του προσώπου. Δε χρησιμοποιούνται, ωστόσο, όλοι οι μύες ταυτόχρονα. Για παράδειγμα, ένα θυμωμένο πρόσωπο χρησιμοποιεί 8 μυς.

Ο ψυχολόγος Paul Ekman είναι ένας από τους πρώτους που εργάστηκαν επιστημονικά πάνω στις εκφράσεις του ανθρώπινου προσώπου. Ο Ekman και οι συνεργάτες του ανέπτυξαν ένα σύστημα για την αποκωδικοποίηση του προσώπου. Αυτό χρησιμοποιείται, μεταξύ άλλων, από γιατρούς κατά τη θεραπεία σχιζοφρενών ασθενών, αλλά και σε υπολογιστές που «διαβάζουν» το πρόσωπο. Το σύστημα αποτελείται από τις λεγόμενες μονάδες δράσης. Κάθε μονάδα αντιστοιχεί στη δραστηριότητα ενός ή περισσότερων μυών του προσώπου, των οποίων οι κινήσεις είναι ορατές για το ανθρώπινο μάτι. Ύστερα από μελέτη βιντεοταινιών με εκφράσεις προσώπου, απομονώθηκαν πάνω από 40 μονάδες δράσης. Με τη λεγόμενη συνδυαστική μέθοδο ο Ekman κατάφερε να αποδείξει πως το πρόσωπό μας μπορεί να δημιουργήσει εκατοντάδες χιλιάδες διαφορετικές εκφράσεις. Στην πράξη, όμως, πολλές από τις εκφράσεις αυτές επαναλαμβάνονται. Ορισμένες από αυτές χρησιμοποιούνται, ωστόσο, σε όλο τον κόσμο.

Στη δεκαετία του 1960, ο Paul Ekman ταξίδεψε σε ολόκληρο τον κόσμο και μελέτησε φυλές ιθαγενών. Κατέληξε στο συμπέρασμα πως υπάρχουν εφτά θεμελιώδεις εκφράσεις, οι οποίες είναι κοινές σε όλους τους πολιτισμούς και υπάρχουν ακόμη και σε μικρά παιδιά που έχουν γεννηθεί κουφά ή τυφλά. Πρόκειται για τις εκφράσεις του προσώπου που εξωτερικεύουν χαρά, θυμό, αηδία, φόβο, περιφρόνηση, θλίψη και έκπληξη.

Μπορεί η ύλη να μετατραπεί σε καθαρή ενέργεια;

Από την εξίσωση του Αϊνστάιν E=mc2 μπορεί κανείς να συμπεράνει ότι υπάρχει τεράστια ποσότητα ενέργειας στη μάζα. Για πόση ενέργεια μιλάμε και πόση από αυτήν μπορούμε να εκμεταλλευτούμε;

Αν η μάζα είναι 1 κιλό, τότε έχουμε Ε = 1 κιλό x (300.000.000 μ./δευτ.)2 = 9 x 1016 Joule. Υπάρχουν δηλαδή 90 πεντάκις / τετράκις εκατομμύρια Joule σε ένα κιλό ύλης. Δυστυχώς, όμως, δεν είναι εύκολο να συλλέξουμε όλη αυτή την ενέργεια. Αν έχουμε, για παράδειγμα, 1 κιλό νερό, μπορούμε να το ρίξουμε σε ένα υδροηλεκτρικό εργοστάσιο και να πάρουμε την ενέργεια από τις τουρμπίνες. Αυτή, όμως, η μέθοδος δίνει μια απειροελάχιστη εκμετάλλευση της ενέργειας. Καλύτερη απόδοση έχουμε με την καύση πετρελαίου και ακόμη καλύτερη με την πυρηνική σύντηξη.

Θεωρητικά τουλάχιστον, ολική μετατροπή σε ενέργεια θα είχαμε κατά την εξαΰλωση της ύλης μαζί με αντιύλη. Σε κάθε υλικό σωματίδιο αντιστοιχεί και ένα αντισωματίδιο, στο οποίο ορισμένες ιδιότητες, όπως το ηλεκτρικό φορτίο, είναι ανεστραμμένες. Όταν η ύλη και η αντιύλη συγκρουστούν, εξαϋλώνονται απελευθερώνοντας καθαρή ενέργεια. Σ’ αυτή τη διαδικασία, δηλαδή, έχουμε πλήρη μετατροπή ύλης (και αντιύλης) σε ενέργεια.

Αυτό, πάντως, δεν πρόκειται να γίνει σύντομα. Όλοι μαζί οι επιταχυντές του κόσμου παράγουν μόλις ένα δυο δισεκατομμυριοστά του γραμμαρίου αντιύλη το χρόνο και δεν υπάρχει καμία δυνατότητα αποθήκευσής της. Οπότε, προς το παρόν, η ολική μετατροπή της ύλης σε ενέργεια παραμένει άπιαστο όνειρο.

Γιατί θεωρείται μαγικός ο αριθμός 7;

Ο αριθμός 7 παίζει έναν ειδικό ρόλο σε πολλές και διάφορες περιπτώσεις. Πώς προέκυψε αυτό και γιατί;

Η μαγεία του αριθμού 7 πάει πολύ πίσω στο χρόνο. Ο αρχαιότερος γνωστός πολιτισμός που πίστευε στη μαγεία του 7 ήταν ο σουμεριακός-βαβυλωνιακός πολιτισμός (περίπου 3.000-1.500 π.Χ.), στην περιοχή του σημερινού Ιράκ. Στη μυθολογία των Σουμερίων, ο αριθμός εμφανιζόταν πολλές φορές και, μάλιστα, ήταν πολλοί οι θεοί που σχημάτιζαν επταμελείς ομάδες θεών. Η εβδομάδα των επτά ημερών, όπως την ξέρουμε σήμερα, είναι επίσης επινόηση του σουμεριακού-βαβυλωνιακού πολιτισμού.

Δε γνωρίζουμε με βεβαιότητα γιατί ειδικά ο αριθμός 7 είχε ιδιαίτερη αξία για τους Σουμέριους και τους Βαβυλώνιους. Το πιο πιθανό είναι, ωστόσο, ότι οι Σουμέριοι, από αρχαιοτάτων χρόνων, είχαν στηρίξει τη γνώση και τη χρήση του αριθμού 7 σε διάφορα φυσικά φαινόμενα. Ίσως να ήταν τα 7 χρώματα του ουράνιου τόξου ή οι 7 «πλανήτες» που ήταν γνωστοί τότε, δηλαδή ο Ήλιος, η Σελήνη, ο Ερμής, η Αφροδίτη, ο Άρης, ο Δίας και ο Κρόνος.

Έκτοτε, πολλοί πολιτισμοί και θρησκείες υιοθέτησαν το μαγικό αριθμό 7. Για παράδειγμα, το μεγαλείο της Ρώμης –σύμφωνα με τη ρωμαϊκή μυθολογία– θεμελιώθηκε από τους επτά πρώτους βασιλιάδες της πόλης, ενώ ο Αλλάχ –σύμφωνα με τον ισλαμισμό– δημιούργησε 7 ουρανούς, τον έναν πάνω από τον άλλον.

Ποια είναι η θερμοκρασία του διαστήματος;

Το απώτερο διάστημα είναι ένα κενό, δηλαδή τίποτα. Ακούμε, ωστόσο, πολλές φορές ότι κάνει πολύ κρύο στο διάστημα. Πώς μπορεί όμως το τίποτα να έχει θερμοκρασία;

Το απόλυτο κενό είναι μια ιδεατή κατάσταση, που δεν ισχύει πουθενά, ούτε και στο διάστημα. Παρ’ όλο που οι αποστάσεις μεταξύ άστρων, γαλαξιών κτλ. είναι τεράστιες και ο χώρος ανάμεσά τους πολύ περισσότερο «άδειος» ακόμη και από το καλύτερο κενό που μπορούμε να φτιάξουμε στο εργαστήριο, εμπεριέχει εντούτοις ορισμένα σωματίδια. Εκτός αυτού, ο χώρος στο διάστημα διαπερνάται και από διάφορες μορφές ακτινοβολίας. Εάν τοποθετήσουμε κάποιο φυσικό αντικείμενο στο σχεδόν κενό διάστημα, θα αποκτήσει σταδιακά μια θερμοκρασία, η οποία θα εξαρτάται από το πόση ακτινοβολία εκπέμπει ή/και απορροφά, καθώς και από το πόσο κοντά σε άλλες πηγές θερμότητας βρίσκεται. Αν υποθέσουμε ότι το αντικείμενο έχει τοποθετηθεί πολύ μακριά από τέτοιες πηγές ακτινοβολίας και θερμότητας, η θερμοκρασία του θα πέσει σταδιακά στους 3 βαθμούς πάνω από το απόλυτο μηδέν (-273 βαθμοί Κελσίου ή 0 βαθμοί Κέλβιν). Αυτό σημαίνει πως η θερμοκρασία στο απώτερο διάστημα είναι περίπου 3 βαθμοί Κέλβιν.

Το ενδιαφέρον εδώ είναι ότι αυτή η θερμοκρασία είναι η θερμοκρασία που αντιστοιχεί στην κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου, που εκπέμφθηκε στη διάρκεια της παιδικής ηλικίας του σύμπαντος και αποτελεί το θερμικό υπόλειμμα του υπέρθερμου παρελθόντος του.

Δε θα έπρεπε να είναι φωτεινός ο νυχτερινός ουρανός;

Αν το σύμπαν είναι άπειρο, δε θα έπρεπε να υπάρχουν άπειρα άστρα και, κατά συνέπεια, ένας φωτεινός νυχτερινός ουρανός;

Πραγματικά, εάν υποθέσουμε ότι το σύμπαν είναι άπειρο σε ηλικία και διαστάσεις και περιέχει άπειρο αριθμό άστρων, τότε προς οποιαδήποτε κατεύθυνση του ουρανού και αν κοιτούσαμε, το βλέμμα μας θα έπρεπε να πέφτει σε κάποιο άστρο. Ο ουρανός στη διάρκεια της νύχτας θα έπρεπε να φεγγοβολά. Προφανώς, αυτό δε συμβαίνει. Αυτή η αντίφαση, γνωστή ήδη από το 16ο αιώνα, έμεινε γνωστή ως παράδοξο του Olbers, από το όνομα του αστρονόμου που τη μελέτησε δύο αιώνες αργότερα.

Η καλύτερη λύση που έχει δοθεί σ’ αυτό το παράδοξο έχει να κάνει με το γεγονός ότι η ηλικία του σύμπαντος είναι πεπερασμένη, όπως ακριβώς και η ταχύτητα του φωτός. Σύμφωνα με τη θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης, το σύμπαν δημιουργήθηκε πριν από 14 περίπου δισεκατομμύρια χρόνια, και έκτοτε διαστέλλεται συνεχώς. Ακόμα κι αν το σύμπαν είναι άπειρο, μόνο ένα μικρό κομμάτι του είναι ορατό σ’ εμάς: εκείνο που αντιστοιχεί στην απόσταση που διήνυσε το φως από τη δημιουργία του, δηλαδή περίπου 14 δισεκατομμύρια έτη φωτός. Φωτεινές πηγές που ενδεχομένως βρίσκονται σε μεγαλύτερες αποστάσεις δεν είχαν ακόμη το χρόνο για να στείλουν σ’ εμάς το φως τους, που θα τις έκανε ορατές.

Πώς μπορούν τα έντομα να κινούν τα φτερά τους τόσο γρήγορα;

Τα έντομα μπορούν να φτερουγίζουν πολύ πιο γρήγορα από τα πουλιά. Γιατί;

Τα έντομα κινούν τα φτερά τους με εντελώς διαφορετικό τρόπο απ’ ό,τι τα πουλιά. Τα πουλιά πετούν με άμεση πτήση, καθώς οι πτητικοί τους μύες είναι άμεσα συνδεδεμένοι με τα φτερά. Με την τεχνική αυτή, οι μεγάλοι πτητικοί μύες, οι οποίοι κινούν τα φτερά προς τα κάτω, πρέπει να κάνουν όλη την κίνηση του φτερουγίσματος. Αυτό απαιτεί χρόνο, και το ίδιο απαιτεί και η προσαρμογή των νεύρων για το ίδιο το φτερούγισμα.

Με ελάχιστες εξαιρέσεις, τα έντομα πετούν με έμμεση πτήση, που σημαίνει ότι οι μύες τους δεν είναι συνδεδεμένοι με τα φτερά. Σε ένα κουνούπι, για παράδειγμα, τα φτερά είναι δύο χαλαρές πλάκες, συνδεδεμένες με «μεντεσέδες» στον εξωτερικό σκελετό του εντόμου. Οι μύες επηρεάζουν το σκελετό ώστε αυτός να αλλάζει σχήμα, και έτσι τα φτερά αρχίζουν να ανεβοκατεβαίνουν. Το εσώτερο τμήμα των φτερών δε χρειάζεται να κινηθεί πολύ. Αρκεί να συσπαστούν λίγο οι μύες. Αυτό γίνεται πολύ πιο γρήγορα απ’ ό,τι η μεγαλύτερη κίνηση που απαιτούν τα φτερουγίσματα ενός πουλιού.

Χάρη σε αυτή την τεχνική, πολλά έντομα μπορούν να κάνουν μέχρι και 200 φτε-ρουγίσματα το δευτερόλεπτο και ορισμένα –π.χ. τα κουνούπια– μπορούν να φτάσουν και τα 1.000. Συγκριτικά αναφέρουμε τα κολιμπρί, που καταφέρνουν μέχρι και 90 φτερουγίσματα το δευτερόλεπτο.