Τα «φυσικά» θαύματα της θάλασσας

Πώς γλιστράμε με τα σκι στο νερό, πώς πλέουμε κόντρα στον άνεμο και άλλα θαυμαστά φαινόμενα που μπορούν να εξηγηθούν με τη βοήθεια της επιστήμης.

Περπατώντας στο νερό

Το 1922 ο Αμερικανός Ralph Samuelson έβαλε στα πόδια του δυο σανίδες από πεύκο, λέγεται πως ήταν παρμένες από τη διάλυση ενός βαρελιού, και άρχισε να κάνει δοκιμές για να σταθεί επάνω στο νερό σε μια λίμνη κοντά στη Μινεσότα. Στις 2 Ιουλίου φαίνεται πως βρήκε επιτέλους τον τρόπο και κατάφερε να ισορροπήσει όσο χρειαζόταν. Επρεπε να έχει τα γόνατα λυγισμένα, το σώμα σε ημικάθισμα με κλίση προς τα πίσω και από την αρχή οι μύτες των σκι να εξέχουν ως προς το νερό. Είναι κάτι διαφορετικό από το να γλιστράς με τα σκι στο χιόνι. Ο λόγος είναι πως συνεχώς χτυπάς με το κάτω μέρος των σκι το νερό, σαν να προσπαθείς να το παραμερίσεις, αυτό αντιστέκεται και με βάση την αρχή της δράσης που δημιουργεί την αντίδραση, το σωματικό βάρος (επί το συνημίτονο της γωνίας με την κατακόρυφο, αλλά αυτό μικρή διαφορά κάνει), που αν ήταν μόνο του θα βυθιζόσουν πάραυτα, τώρα εξισορροπείται από αυτή τη δύναμη της αντίδρασης του νερού. Και η αντίδραση μεγαλώνει με την ταχύτητα του σκάφους που σε ρυμουλκεί, την επιφάνεια των σκι ενώ η γωνία τους πρέπει να είναι τουλάχιστον 15 μοίρες ως προς την επιφάνεια του νερού. Οσο πιο μεγάλη η ταχύτητα τόσο πιο εύκολα μένεις στην επιφάνεια. Εχει υπολογιστεί ότι η ελάχιστη ταχύτητα μπορεί να είναι, ανάλογα και με το σωματικό βάρος, κοντά στα 20 χιλιόμετρα την ώρα. Από το 1950 υπάρχουν και οι αθλητές χωρίς σκι στα πόδια, οπότε απαιτείται ακόμη μεγαλύτερη ταχύτητα από το σκάφος, μεταξύ 50 και 70 χιλιομέτρων την ώρα.

Πώς και δεν παθαίνουν τα δελφίνια τη νόσο των δυτών;

Είναι βέβαια φανερό ότι, αν και θηλαστικά με πνεύμονες και κυκλοφορία αίματος, τα δελφίνια δεν παθαίνουν εμβολή λόγω εμφάνισης φυσαλίδων αζώτου στο αίμα τους από την απότομη άνοδό τους στην επιφάνεια και αυτό οφείλεται στο ότι αδειάζουν τους πνεύμονές τους όσο γίνεται περισσότερο προτού καταδυθούν και όσος αέρας μένει βρίσκεται σε ζώνες που δεν επικοινωνούν με το αίμα και έτσι το άζωτο κρατιέται μακριά. Επίσης η ανάδυση από τα μεγάλα βάθη γίνεται ήρεμα και ομαλά. Εχει όμως επισημανθεί από σχετική μελέτη ότι τα σόναρ που τοποθετούνται σε διάφορα σημεία του βυθού ή χρησιμοποιούνται σε ασκήσεις υποβρυχίων κυριολεκτικά «τρελαίνουν» τα δελφίνια και τα κάνουν να ανεβαίνουν πανικόβλητα στην επιφάνεια, οπότε και ο λίγος αέρας που υπάρχει στο αίμα τους μπορεί να δημιουργήσει πρόβλημα.

Σεβασμό στη… μαρίδα

Στα πιάτα έρχονται σε στοίβες, με μπόλικο χοντρό αλάτι, ξέψυχες πια και έτοιμες πλέον για μαζική κατανάλωση. Παλαιότερα η λέξη «μαρίδα» χρησιμοποιήθηκε επίσης για να χαρακτηρίζει ένα πλήθος ανθρώπων αλλά με όχι πολύ κολακευτική διάθεση. Μαρίδα, αθερίνα και άλλα ψάρια που ζουν τον περισσότερο καιρό σαν ομάδα κάτω από το νερό έχουν γίνει αντικείμενο μελέτης και ως έναν βαθμό θαυμασμού από επιστήμονες που ασχολούνται με την επιστήμη της ανάδυσης (Emergence), της μελέτης των κανόνων που προκύπτουν από τη ζωή των οργανισμών όταν αυτοί συγκροτούν ένα κοπάδι, ένα σμήνος ή μια κυψέλη. Κολυμπούν λοιπόν και κινούνται ομαδικά κάποια ψάρια διότι έτσι, αν και δίνουν μεγαλύτερο στόχο, έχουν πολύ περισσότερα πλεονεκτήματα. Εχουν περισσότερες πιθανότητες να ειδοποιηθούν έγκαιρα για κάποιον κίνδυνο και μάλιστα με πολύ μεγαλύτερη ταχύτητα από ό,τι αν θα τον αντιλαμβάνονταν με τα ίδια τους τα μάτια, να είναι σίγουρο ότι υπάρχει κίνδυνος αφού θα τον αντιληφθούν περισσότερα άτομα και να έχουν ενδιάμεσα περισσότερο χρόνο για αναζήτηση τροφής αφού τα χίλια μάτια εξασφαλίζουν λίγες στιγμές προσήλωσης και σε κάτι άλλο. Οι επιστήμονες έχουν μάλιστα εντοπίσει και τρεις διαφορετικούς χώρους για το κάθε μέλος. Ενας ακριβώς γύρω τους, όπου κρατούν μια απόσταση από τα επόμενα μέλη και είναι ο ιδιωτικός, ένας μεγαλύτερος όπου προσανατολίζονται με βάση τα επόμενα και τα πιο πίσω μέλη και ο γενικότερος όπου κινείται όλη η ομάδα. Επίσης σχετικά πειράματα έδειξαν ότι το πλήθος ακολουθεί αυτούς που δίνουν σημάδια αξιοπιστίας, καλής υγείας και ικανότητας να βρίσκουν τροφή. Πρόκειται για έξυπνα μέλη μιας κοινωνίας που θα μπορούσε να επιβιώσει αρκετά καλά αν δεν έβρισκε μπροστά της έναν πολύ πιο άνισο στη συμπεριφορά του εχθρό που βρίσκεται μάλιστα έξω από το νερό.

Φύσα αεράκι

Προσπαθώντας να καταλάβω πώς ένα σκάφος ιστιοπλοϊκό μπορεί να πηγαίνει κόντρα στον άνεμο και να τα καταφέρνει να προχωρεί, είχα διαβάσει και το σχετικό παράδειγμα με το κουκούτσι από το κεράσι. Ξέρετε, το γνωστό, όπου κρατάμε το μικρό και κάπως λείο κουκούτσι ανάμεσα στα δάχτυλά μας και το πιέζουμε τόσο ώστε κάποια στιγμή ξεφεύγει και εκτοξεύεται με απρόσμενη ορμή φθάνοντας αρκετά μέτρα μακριά. Δεν με είχε τότε διαφωτίσει και μάλλον έπρεπε να καταλάβω με άλλον τρόπο το πανάρχαιο αυτό ανθρώπινο τέχνασμα με τα πανιά.

Το πρώτο είναι βέβαια πως το ιστιοπλοϊκό δεν πηγαίνει μετωπικά κόντρα στον άνεμο. Αν θέλει να φθάσει σε σημείο που είναι κόντρα στον άνεμο, θα το κάνει με μια κίνηση ζιγκ-ζαγκ. Πηγαίνει δηλαδή συνεχώς λοξά. Φθάνει σε ένα σημείο και αλλάζει τη γωνία του πανιού για να προχωρήσει πάλι λοξά αλλά αντίθετα από ό,τι πριν. Κάθε φορά ο καλός καπετάνιος στρέφει τόσο το πανί του όσο χρειάζεται, όπως λέμε, για να «γεμίσει» με αέρα. Αυτό σημαίνει να είναι σε τέτοια γωνία ως προς τον άνεμο που φυσάει ώστε να καμπυλώνει προς τα έξω το πανί. Τότε κατά κάποιον τρόπο δημιουργείται κάτι σαν την πτέρυγα του αεροπλάνου. Εκεί στο επάνω μέρος έχουμε υποπίεση και στο κάτω υπερπίεση, άρα συνολικά μιαν ανύψωση, ακολουθώντας και τον νόμο του Bernouilli (έχουμε μεγαλύτερη ταχύτητα του αέρα στο επάνω μέρος της πτέρυγας, άρα μικρότερη πίεση από ό,τι στο κάτω). Αντίστοιχα στο ιστιοπλοϊκό έχουμε υποπίεση στην έξω πλευρά και υπερπίεση στη μέσα, και αυτό ωθεί το σκάφος προς την πλευρά από όπου φυσάει ο άνεμος. Βοήθεια στο να μην έχουμε ανατροπή δίνει η μεγάλη και βαθιά καρίνα του σκάφους που κρατάει κόντρα.

Μοναχικό αλλά ισχυρό

Δεν υπάρχει μοναξιά μόνο στη στεριά. Υπάρχει και στη θάλασσα και μάλιστα όχι μόνο στα έμψυχα αλλά και στα άψυχα. Οπως είναι τα κύματα της θάλασσας. Μέσα στον ακατάπαυστο κυματισμό που δημιουργείται από την επίδραση του ανέμου και τις ανωμαλίες του βυθού στα πιο ρηχά σημεία, μαζί με την περιστροφή της Γης εντελώς απροσδόκητα τα παλαιότερα χρόνια είχαν καταγραφεί περιπτώσεις ναυαγίων όπου ένα και μοναδικό γιγάντιο κύμα είχε βυθίσει ένα πλοίο. Το 1995 το τεράστιο κρουαζιερόπλοιο «Queen Elizabeth II», που έπλεε στη Βόρεια Θάλασσα γεμάτο με τουρίστες, ήλθε ξαφνικά αντιμέτωπο με ένα κύμα 30 μέτρων όταν ο μέσος όρος για το ύψος των κυμάτων στην περιοχή ήταν μόλις 8 μέτρα. Οι λεπτομερείς καταγραφές μέσω δορυφόρων έδειξαν ότι γεννιούνται ξαφνικά τέτοια κύματα που πορεύονται μοναχικά και σχεδόν άφθαρτα διανύοντας μεγάλες αποστάσεις και αλίμονο σε όποιο πλεούμενο βρεθεί στον δρόμο τους. Για πρώτη φορά το φαινόμενο είχε παρατηρηθεί σε μιαν ανώδυνη περίπτωση το 1834 όταν σε ένα κανάλι νερού μια μαούνα που την έσερναν από τις δυο όχθες άλογα, ξαφνικά σταμάτησε αλλά το κύμα που δημιουργούσε μπροστά της συνέχισε απτόητο για μεγάλη απόσταση χωρίς να κόψει ταχύτητα. Αυτά τα κύματα στη δεκαετία του '50 απασχόλησαν ακόμη και τον Enrico Fermi. Λόγω της μοναχικής τους πορείας ονομάστηκαν το 1965 σολιτόνια. Εκτοτε κάθε μοναχικός παλμός που διαδίδεται χωρίς να μεταβάλει τη μορφή του ακόμη και μετά από αλληλεπίδραση με άλλο όμοιο κύμα ονομάζεται σολιτόνιο. Και μια από τις πιο παράξενες και κάπως τρομακτικές του ιδιότητες είναι πως όταν συναντηθεί και συγκρουστεί με άλλο σολιτόνιο φεύγουν και τα δύο από το σημείο της σύγκρουσης σχεδόν ανέπαφα, σαν να βλέπεις ταινία επιστημονικής φαντασίας. Τα σολιτόνια μελετήθηκαν πολύ καλά μετά την ανάπτυξη των θεωριών του χάους διότι με αυτές βρέθηκαν αποτελεσματικές εξισώσεις για την περιγραφή φαινομένων που δεν υπακούουν στους απλούς νόμους της Φυσικής και ονομάζονται μη γραμμικά φαινόμενα. Η «σκληρή» συμπεριφορά τους οφείλεται, εντελώς σχηματικά βέβαια, στο ότι η μη γραμμική τους συμπεριφορά και η διασπορά, δηλαδή η διαλυτική τάση που παρουσιάζει ένα κύμα μόλις σχηματιστεί, στο σολιτόνιο αλληλοαναιρούνται κατά έναν μοναδικό τρόπο και τα κάνει να είναι ένα κακό συναπάντημα για τα πλοία.

Κινούμενη άμμος

Ολόκληρη διατριβή μπορεί να κάνει κάποιος για τα όσα στραβά από την άποψη της Φυσικής, της Χημείας και των Μαθηματικών μάς μαθαίνει ο κινηματογράφος προκειμένου οι σκηνοθέτες να δώσουν σε εικόνες τα όσα απαιτεί για την ολοκλήρωσή του ένα σενάριο. Μια κλασικά στερεότυπη εικόνα, σε έργα είναι η αλήθεια δεύτερης ποιότητας, αποτελεί ο άνθρωπος που τον «καταπίνει», αν ανήκει στους «κακούς», ή που απειλεί να τον καταπιεί αλλά στο τέλος σώζεται, αν ανήκει στους καλούς, η λεγόμενη κινούμενη άμμος. Που ούτε κινούμενη είναι ούτε καταπίνει ανθρώπους. Αυτό που μπορεί να συμβεί, στη χειρότερη περίπτωση, είναι να υπάρχει κάτω από την άμμο κάποια σπηλαίωση και με το βάρος των διερχομένων να έχουμε μια κατακρήμνιση. Σε κάθε περίπτωση όμως είναι δύσκολο να μας καταπιεί. Αν η περιοχή είναι επικίνδυνα αμμώδης, η συμβουλή είναι να κρατά κάποιος ένα χοντρό κλαδί ώστε να το τοποθετήσει στην επιφάνεια και να προσπαθήσει να βάλει το σώμα του κάθετα σε αυτό παραμένοντας στην επιφάνεια. Αν τα πράγματα είναι χειρότερα και βυθιστεί απότομα, δεν θα πρέπει να κάνει ξαφνικές κινήσεις πανικού. Το να μείνει ακίνητος σε πρώτη φάση είναι το καλύτερο. Τουλάχιστον έτσι δεν θα βυθιστεί περισσότερο. Επίσης θα πρέπει να σκεφθεί ότι αφού επιπλέει στο νερό, είναι πιο δύσκολο να βουλιάξει ολοκληρωτικά στην πιο πυκνή από το νερό άμμο. Με όσο το δυνατόν πιο απαλές κινήσεις των χεριών πρέπει να προσπαθήσει να δημιουργήσει χώρο ώστε να βρεθεί αν γίνεται ανάσκελα και να συνεχίσει σαν να κολυμπά ύπτιο για να βγει από την επικίνδυνη περιοχή.

Τα άστεγα παγόβουνα

Πόσες είναι οι πιθανότητες ένα παγόβουνο να φθάσει ως τον Ισημερινό; Ακόμη και αν αγνοήσουμε τα ρεύματα και τους ανέμους, υπάρχει μια σταθερή δύναμη, ας το πούμε έτσι, που τα ωθεί προς τον Νότο και αυτό εξαιτίας της περιστροφής της Γης. Για να κάνουμε απλά τα πράγματα, ας δεχθούμε ότι ξαφνικά κάπου σε ένα σημείο του βόρειου ημισφαιρίου μια ποσότητα νερού παγώνει. Αρα αρχίζει να εξέχει από την επιφάνεια της θάλασσας και επιπλέει. Στο σημείο που βρίσκεται λόγω της περιστροφής της Γης υφίσταται μια κεντρομόλο δύναμη, δηλαδή συμπεριφέρεται όπως ο κουβάς με το νερό που δεμένος με ένα σχοινί περιστρέφεται από το χέρι μας. Θέλει συνεχώς να ξεφύγει και να πάει σε ευθεία τροχιά λόγω της αδράνειάς του και εμείς αισθανόμαστε ότι μας τραβάει προς τα έξω. Το ίδιο συμβαίνει και με το παγόβουνο. Αναλύοντας την κεντρομόλο δύναμη σε δυο κάθετες μεταξύ τους δυνάμεις διαπιστώνουμε ότι η μία από αυτές εφάπτεται κατά κάποιον τρόπο της επιφάνειας του νερού και οδηγεί προς τον Ισημερινό. Υπολογίστηκε ότι για ένα παγόβουνο με μήκος 10 χιλιόμετρα και πάχος 200 μέτρα η ταχύτητά του θα είναι 1 μέτρο το δευτερόλεπτο ή 60 μέτρα το λεπτό. Και έτσι αν δεν λιώσει - που αυτό μπορεί να πάρει ένα με δύο χρόνια - και ανεξάρτητα από τα ρεύματα σε έναν χρόνο μπορεί να φθάσει στον Ισημερινό.

tovima