יום ראשון, 22 במרץ 2009

אנרגיית רוח בדנמרק

דנמרק היא המובילה העולמית מבחינת ייצור חשמל בעזרת אנרגיית רוח יחסית לגודל האוכלוסייה. חמישית מייצור החשמל בדנמרק מתבצעת באמצעות טורבינות רוח - הרבה יותר מכל מדינה אחרת. ספרד, אגב, נמצאת במקום השני. הסוד של שתי המדינות הללו נעוץ בעידוד ממשלתי שנשען על דעת קהל חיובית בנוגע לאנרגיה חלופית. דעת הקהל מחייבת את הפוליטיקאים המועמדים לתמוך בפתרונות של אנרגיה חלופית, ובו בזמן עוזרת לממשלות לקבל החלטות מחייבות וארוכות טווח בכל הנוגע לסובסידיות והקלה במס בשלבי ההקמה של תחנות כוח חלופיות בכלל וחוות רוח בפרט.

אנרגיית רוח היא פיתרון מעולה למרבית המדינות, במיוחד אם עצמת הרוחות בהן גבוהה במיוחד. דנמרק מנצלת את הפוטנציאל הזה כמעט עד תום - הן ביבשה והן בים. יש לציין שדנמרק היא מעצמה גם בכל הנוגע לייצור טורבינות - כמחצית מייצור אנרגיית הרוח בעולם מתבצעת באמצעות טורבינות של חברות דניות. נקודה מעניינת נוספת היא מעורבות הקהילות בדנמרק בהקמת הטורבינות - מרבית הטורבינות שייכות לקואופרטיבים מקומיים, כלומר לבעלי הקרקעות ולתושבי הכפרים שבסמוך להם הוקמו הטורבינות.

יום ראשון, 15 במרץ 2009

האם ניתן לשבור כוס באמצעות שירה?





לכל כלי יש צליל מיוחד שאותו שומעים כשמקישים עליו. הצליל הזה נקרא התדירות הטבעית של הכלי (natural frequency). הוא נקבע על ידי מבנה הכלי ועל ידי הרכב החומרים שלו. התדר הזה (תדר הוא בעצם גובה הצליל) נקרא גם תדר התהודה (resonance) ויש לו תכונה מיוחדת - אם משמיעים אותו בעצמה נמוכה יחסית בקרבת הכלי, הכלי מתחיל להתנדנד בעצמה חזקה.

גלי קול שמתפשטים באוויר הם בעצם תנודות של האוויר. מקור גלי הקול גורם לאוויר לנוע במהירות קדימה ואחורה למרחק קטן מאוד, וכך נוצרים שינויים מהירים בלחץ האוויר. אותם שינויים בלחץ האוויר שפוגעים בכלי מרעידים אותו. תדרים מסוימים, תדר התהודה והכפולות שלו, גורמים להיווצרות של גלים עומדים בכלי - אזורים מסוימים בכלי רועדים בעצמה גבוהה ואילו אזורים אחרים כלל לא זזים. אם מדובר בכוס זכוכית דקה, שירה בתדר התהודה יכולה בהחלט לגרום לתנודות חזקות מספיק כך שהכוס תישבר.

על מנת לזהות את תדר התהודה של הכוס, כל מה שצריך זה להקיש על הזכוכית ולשיר בצורה יציבה בתדר הנכון עד שהכוס נשברת. מי שאין לו שמיעה מוזיקלית ויכולת שירה, כלומר קול חזק ויכולת לזהות צליל ולשמור על תדר קבוע, יתקשה לעשות זאת. אגב, הקשית מסייעת לזמר לראות אם הוא שר בתדר הנכון - היא זזה וקופצת כשהתדר הוא תדר התהודה.

אני לא ממליץ לנסות בבית, אבל אם בכל זאת החלטתם ללכת על זה, אז כמה עצות:
  1. קנו כוסות יין זולות, כאלו שאין בהן עופרת.
  2. אם זה לא הולך, חתך קטן בכוס עם סכין חדה מאוד יכול לעזור לשבר להתפתח.
  3. תיבת תהודה (קופסה חלולה מעץ בסגנון תיבת התהודה של גיטרה) מאחורי הכוס יכולה להגביר תדרים מסוימים.
  4. הרכיבו משקפיים או עמדו מאחורי מחסה - זה יכול להיות די מסוכן.
  5. יותר בטוח לעשות את הניסוי עם מחולל תדרים.

יום חמישי, 12 במרץ 2009

עוד כמה מילים על מעבורת החלל

שתי שאלות שקיבלתי במייל לאחר פרסום הפוסטים אודות אסון הצ'לנג'ר:

1. האם תוכל לתאר את מערכת ההנעה של המעבורת?
מעבורת החלל עצמה מכילה שלושה מנועים רקטיים. הדלק למנועים אלו מסופק ממיכל הדלק החיצוני (צבע חום-כתום בתמונה). המיכל מכיל חמצן נוזלי בחלקו העליון ומימן נוזלי בחלקו התחתון. המימן הוא בעצם הדלק והחמצן (המחמצן) משמש לבעירה של המימן. משני צדי מיכל הדלק נמצאים משגרי דלק מוצק שמספקים את מירב ההנעה בעת ההאצה הראשונית. הם מתנתקים כשתי דקות לאחר ההמראה. אסון הצ'לנג'ר נבע מאיבוד האלסטיות של אטמים שנמצאים במשגרים.

2. למה נדחתה המראת מעבורת החלל דיסקברי היום?
הדחייה ליום ראשון (לפחות) נובעת מדליפת מימן ממיכל הדלק החיצוני. גם כאן, בדומה לאסון הצ'לנג'ר, מדובר בבעיית איטום, אלא שהפעם הבעיה במיכל הדלק החיצוני ולא במשגר הדלק המוצק.

לסיום, ארבע המלצות לצפייה וקריאה (באנגלית) אודות אסון הצ'לנג'ר ואודות ריצ'ארד פיינמן:
סרט תיעודי אודות אסון הצ'לנג'ר (10 חלקים)
סרט תיעודי אודות פיינמן (6 חלקים)
ראיון עם פיינמן (5 חלקים)
הפרק בספרו של פיינמן שעוסק בחקירת אסון הצ'לנג'ר

יום רביעי, 11 במרץ 2009

בדיקה מדעית של סיאנסים

בעקבות פרסום הפוסט אודות הסיאנס שהתחמקתי ממנו קיבלתי מספר תגובות מעניינות. שאלה שקיבלתי במייל: האם סיאנסים נבדקו באופן מדעי? אם לומר את האמת, מדענים לא ששים לעסוק בעניינים כאלו. זה טוב לפרסום תקשורתי, אבל גרוע לקריירה אקדמאית. גם במדע יש ענייני אופנה, ואני מתאר לעצמי שקשה לגייס תקציב למחקר אודות סיאנסים, אך בכל זאת היו מדענים שניסו לבדוק את הנושא בצורה מבוקרת. רובם הגיעו למסקנה שמדובר בעורבא פרח, ואף אחד מהם לא הצליח להראות תוצאה מובהקת המצביעה על חיים אחרי המוות. היו מדענים שניסו למצוא הסברים פסיכולוגיים להתרחשות בעת סיאנס, דוגמת הזיות, שנבעו אולי מסיבות פיזיקליות, כמו למשל צליל מסוים בתדרי תת-שמע (פחות מ-20 הרץ) שעליו נטען שהוא גורם למצב של תהודה בעין, וכך השומע אותו רואה "רוח רפאים". אני לא סגור על ההסבר הזה - אנסה לבדוק עוד. בכל אופן הדעה המדעית המקובלת היא שאין ראיות לקיומן של רוחות רפאים.

על החשיבות של חקירת "כמעט תאונה"

שני הפוסטים שפרסמתי אודות אסון הצ'לנג'ר (הראשון והשני) גרמו לי לחשוב על החשיבות של חקירת מקרים של כמעט תאונה. זו הייתה תאונה ידועה מראש. אטמי הגומי היו בעייתיים, ומקבלי ההחלטות, הן בחברה שייצרה אותם והן בנאס"א, ידעו על זה. האטמים נטו להישחק בתנאים מסוימים. הדבר התגלה בניסויים מוקדמים ושחיקה כזו התרחשה גם בטיסה השנייה של תכנית מעבורת החלל האמריקאית (STS-2) ובטיסות נוספות. השחיקה לכשעצמה יכולה הייתה להביא לאסון, אך כאמור ההתפרקות של הצ'לנג'ר אירעה מסיבה אחרת - האטמים איבדו את האלסטיות עקב הטמפרטורה הנמוכה. אין ספק שחקירה אינטנסיבית יותר של אותם מקרי כמעט תאונה היו עשויים למנוע את האסון של 1986.

יום שני, 9 במרץ 2009

ריצ'ארד פיינמן ואסון הצ'לנג'ר

לפני מספר שבועות הזכרתי את ריצ'ארד פיינמן שהשתתף בחקירת אסון מעבורת החלל צ'לנג'ר. בתגובה לפוסט נשאלתי לגבי הסיבה לאסון. המעבורת התפרקה 73 שניות לאחר ההמראה, בגובה של 14.6 ק"מ. ההתפרקות נגרמה כתוצאה מדליפה של גז חם מאוד (מעל 2,500 מעלות צלזיוס) מאחד המנועים הרקטיים. זרם הגז הגיע למיכל הדלק החיצוני ופגע בו, ובמקביל התנתק המנוע הרקטי מהמעבורת. עקב כך שינתה המעבורת את זווית ההטיה שלה, ובבת אחת פעלו עליה כוחות אווירודינמיים עצומים שגרמו לה להתפרק לחתיכות. באותו זמן התלקח הדלק שיצא מהמיכל והוא זה שיצר את ענן העשן סביב המעבורת, אך האסון לא נגרם מפיצוץ.

הסיבה לדליפת הגז נעוצה ברכיב בעייתי במנוע - אטמי גומי (O-ring). מהנדסים של החברה שייצרה את המנועים (Thiokol) ומהנדסים של נאס"א ידעו על מספר בעיות הקשורות לאטמים והתריעו על כך לפני ההמראה. מספר גדול של דחיות בהמראה (מסיבות שונות) יצר לחץ על מקבלי ההחלטות בנאס"א, ובסופו של דבר המעבורת המריאה ב-28 בינואר 1986, לאחר לילה קר במיוחד.

דנידין המודרני

בילדותי אהבתי לקרוא את ספרי דנידין, הילד הרואה ואינו נראה, וחלמתי להיות כמוהו. שאלה שנשאלתי על ידי אורי, תלמיד י"ב מיבנה, החזירה אותי לאותם זיכרונות. אורי שאל אותי אודות חומרים חדשים שיאפשרו ליצור בגדים שקופים, כאלו שמי לובש אותם הופך לבלתי נראה. הוא התעניין באופן הפעולה של אותם חומרים.

ובכן, מדובר במטא-חומרים (metamaterials; ביוונית: "מטא" = "מעבר ל..."), כינוי לחומרים מלאכותיים בעלי תכונות שאין לחומרים רגילים. ייתכן שבעתיד יהיו סוגים שונים של מטא-חומרים, אך כיום הכוונה היא בדרך כלל לחומרים בעלי מקדם שבירה שלילי. מקדם השבירה קובע את כיוון קרני האור שנעות בתוך החומר יחסית לזווית שבה הן חדרו לתוכו. חומרים בעלי מקדם שבירה שלילי מעקמים את קרני האור בצורה שאינה אפשרית בחומרים רגילים (ראו הערה בסוף). מסלול קרני האור יכול, בעצם, לאפשר לנו לראות מקורות אור שנמצאים מאחור, כלומר ניתן להסוות עצם שמכוסה בשכבה עשויה ממטא-חומר.

יום ראשון, 1 במרץ 2009

טורניר הכספות

מדי שנה מקיים מכון ויצמן תחרות פיזיקלית בין קבוצות מבתי ספר תיכוניים. במסגרת טורניר הפיזיקה על שם שלהבת פריאר, פיזיקאי ישראלי רב-פעלים, בונים צוותים של 5 תלמידים כספת שלצורך פתיחתה יש לפתור חידה פיזיקלית אחת או שתיים. מדובר בתלמידים שמגבירים לימודי פיזיקה, והידע הנדרש לצורך פיצוח הכספות אמור להתאים לרמה של 5 יחידות בפיזיקה. ניתן לשלב חידות מורכבות, אבל אם החומר נמצא מעבר לתכנית הלימודים, יש להסביר אותו לפורצים.