שמש באיילון דום, וירח במצפה רמון

אסטרונומיה, כדור הארץ, פיזיקה 8 תגובות »
"ניתן למצוא בטבע שלמות המעידה על בריאתו בצלם אלוהים,
ובאותה מידה, חוסר שלמות המעידה על היותו רק צלם."  – בלייז פאסקל

מדוע מכסה הירח באופן כמעט מושלם את השמש בזמן ליקוי חמה מלא?


NASA – Astronomy picture of the day

תשובה: כי זווית הראיה של שניהם שווה.

מצד אחד זו תשובה מדוייקת וממצה, ומצד שני לכתוב פוסט של שלוש שורות זה לא רציני. אז נסביר.

ברור שהשמש גדולה יותר מהירח, לכן היינו מצפים שהיא גם תראה גדולה יותר. מצד שני השמש רחוקה מכדור הארץ  יותר מהירח, לכן היינו מצפים שהיא תראה קטנה יותר. מה משפיע יותר, המרחק או הגודל? למעשה, שניהם משפיעים במידה שווה, אבל אף אחד מהם, כשלעצמו, אינו קובע, אלא השילוב בניהם היוצר מושג חדש – זווית ראייה.

שדה הראייה שלנו ממופה על הרשתית, הממוקמת בחלקו האחורי של גלגל העין. מהרשתית, המורכבת מחיישני אור מיקרוסקופיים (פוטורצפטורים) מועבר מידע חזותי למוח דרך עצב הראייה, ושם הוא הופך לחוויה סובייקטיבית של 'ראייה'. הגודל בו הגוף נראה תלוי בשטח אותו הוא תופס על הרשתית. אם נביט בחתך דו מימדי של העין, נוכל להתרשם ששטח זה מוגדר על ידי זווית הראש במשולש שבסיסו הוא הגוף (העץ בתמונה) וקודקודו באישון. זווית זו (או ליתר דיוק הטנגנס שלה) תלויה ביחס המתקבל בחילוק גודל הדמות למרחקה. מכאן יוצא, שאם גוף  גדול פי שניים אך גם מרוחק פי שניים, הוא ייראה באותו גודל בדיוק!

המשך »

להיכנס לים ולצאת בשלום

כדור הארץ, מדע כללי 153 תגובות »

כמו בכל קיץ, גם השנה החדשות מלאות במקרים קורעי לב של טביעות בים. הסטטיסטיקה מדברת על ממוצע של כ-30 טביעות בשנה (ים תיכון בלבד), ומעל 2000 טביעות מאז הקמת המדינה. האם זו גזירת גורל? האם המחיר הנורא הזה בחיי אדם באמת מחוייב המציאות?
כידוע, מרבית הטביעות מתרחשות בחופים לא מורשים או ללא השגחת מציל. זה אכן חוסר אחריות לטבול בחוף לא  מורשה, אך אין הדבר חייב להסתיים באופן כה טראגי.
מיד נראה, שבמצבי היסחפות, הבנה נכונה יכולה להבדיל בין חיים ומוות. מאמר זה נכתב על מנת ללמד אותך עקרונות פשוטים שיכולים להציל את חייך וחיי יקיריך.

הורדת הפוסט בגרסה להדפסה – כאן
הצטרפות לקבוצת הפייסבוק להיכנס לים ולצאת בשלום 
זרמי סחף – גרסה עבור ילדים ובני נוער (פורסם בגלילאו צעיר) 

מהו זרם סחף?
המושג העיקרי שחשוב להבין הוא Rip current וניתן לתרגמו כ-'זרם סחף' או 'זרם פריצה'. נדמיין גלים הנעים ממים עמוקים לתחום המים הרדודים של החוף ונשברים. היות ושבירת הגלים אינה סימטרית, באזורים מסוימים של החוף תהיה הצטברות גדולה יותר של מים יחסית לאזורים אחרים. מים עודפים אלו יחזרו במסלול מעגלי המנקז אותם פנימה אל הים  – זהו זרם הסחף.

באיור ניתן לראות את תנועת הגלים אל החוף  ואת הסירקולציה הנוצרת כתוצאה מעודף המים באזור הצפוני והדרומי. החצים הכתומים מייצגים את זרם הסחף.

באיור הבא, ניתן לראות את המצב שבו  מתקיימים מספר זרמי סחף באותו חוף. נשים לב, שאין גלים באזורים של זרמי סחף (ועל כך בהמשך).


לא להתנגד!

זרמי הסחף הינם הסכנה מספר אחת למי שאינו יודע לשחות, או לשחיינים שאינם יודעים מה לעשות. 80% (!) ממקרי הטביעה בארה"ב ובאוסטרליה נגרמים עקב היסחפות עם זרמים אלו פנימה אל הים. מהירות זרם הסחף יכולה להיות כמטר לשנייה בים רגוע – עדיין זרם מורגש וחזק, ולהגיע עד שלושה מטרים בשנייה בתנאים סוערים – מהירות שתכריע גם שחיין אולימפי. וכאן הגענו לנקודה החשובה ביותר – אסור להתנגד לזרמי הסחף! מדוע? כאשר אדם מרגיש שהוא נסחף פנימה אל תוך הים, האינסטינקט המידי הוא לחזור בחזרה, אבל היות שזרמי הסחף בדרך כלל חזקים למדי, הניסיון הנואש זה (שלרוב מלווה בפאניקה ואיבוד עשתונות) גורם לאיבוד כוחות, בליעת מים וטביעה תוך זמן קצר.

אם כן, הדבר החשוב ביותר הוא שאין להתנגד לזרם הסחף, לשמור על כוחות, להירגע, ולהחזיק את הראש מעל המים. מה שיקרה הוא, שהזרם ייקח אותנו פנימה ואז נוכל 'לחתוך' שמאלה או ימינה (עד לשבירת הגלים), לשחות במקביל לקו החוף, ולבסוף לחזור במסלול מעגלי כפי שמראה האיור. כאשר חוזרים מהעומק לחוף, יש תמיד לחפש את הגלים ('מים לבנים') ולחזור דרך אזור השבירה. ההיגיון ברור: איננו רוצים להיתקל בזרמי הסחף שמחזירים לעומק.

אם ראיתם מישהו אחר נסחף,  יש לצעוק לו מה לעשות, ואם אפשר, לזרוק לו מצוף כלשהו – אפילו צידנית או קלקר. חלק ניכר ממקרי הטביעה היו ויהיו של אנשים שקפצו להציל אחרים מבלי להבין את פעולת הזרמים. אם בכל זאת קופצים לעזור, צריך להיסחף עם הטובע ואז לחזור בסיבוב דרך שבירת הגלים.

הערה חשובה: ישנו מיתוס שזרמי סחף מושכים כלפי מטה – זה פשוט לא נכון. זרמים אלו מקבילים לקרקע, ולכן אין חשש להיסחף עמם. התופעה שאליה מתייחסים נקראת מערבולת (Vortex) והיא נפוצה בנחלים שוצפים, נהרות או בחופים סלעיים במיוחד. כמו כן, אין לבלבל את זרמי הסחף עם זרמי גאות – אלו תופעות שונות.

איך מזהים זרמי סחף?
מצילים, גולשים מנוסים וימאים יודעים לזהות מיד זרמי סחף – זה פשוט עניין של אימון.
ישנם זרמי סחף קבועים למדי לאורכם של מזחים, מעגנים, או רצועות חוף הנכנסת לתוך הים. לדוגמא, בשפך הירקון, קיימים זרמי סחף קבועים פחות או יותר הנובעים מהמבנה הטופוגרפי של השפך – אלו זרמים שחותרי הקיאק והגולשים נעזרים בהם על מנת להיכנס בקלות לעומק. לעומת זאת, בחופים רציפים, זרמי הסחף עשויים לשנות מיקום בהתאם למשטר הגלים ומיקום רכסי החול מתחת למים. במקרים אלו, ניתן  להיעזר במספר סימנים על מנת לזהות את זרמי סחף:

א. אזורים בהם אין שבירה של גלים (הגלים מביאים את המים לחוף בעוד שזרמי הסחף מנקזים אותם בחזרה לים)

ב. מים עמוקים יותר (בשל התחתרות הזרמים בקרקע לאורך זמן) , ובעקבות זאת –

ג. צבע המים שונה מהסביבה. משקפי שמש עם מקטבים (Polarized) המנטרלים סנוור מקלים על הזיהוי.

שלושת המזהים הללו הופכים את אזורי הסחף לאטרקטיביים עבור מי שלא מבין את המשמעות: זה נראה כמו אזור רגוע ונחמד לטבול בעוד שלמעשה אזור הסחף הוא המקום המסוכן ביותר!

ד. לעתים יופיע קו קצף על המים, לכלוך או אצות הנסחפים לעומק. באופן כללי, זרם הסחף נוטה להיות עכור יותר כתוצאה מחול שמתערבב עם המים הנסחפים פנימה לים.

עד כאן. לסיכום, מצורף סרטון הסברה מעולה של ד"ר רוב בראנדר האוסטרלי (אנגלית)

והגרסה הישראלית: סרטון של רמי וישראל דיין שבחרו בשם  'בורות מוות' כדי להסביר את אותה תופעה.

כל התורה בשישים שניות:

אם הבנתם,  נסו לזהות את זרם הסחף בחופים שבתמונה:

מבחן זרמים


אזהרה:
ייתכן שחלק מהקוראים יחשבו שכעת, כאשר הם יודעים מה הם זרמי סחף, אפשר ללכת חופשי לחופים ללא מציל ולהיכנס בלי בעיות. חס וחלילה! היסחפות עם זרמים היא חוויה מסוכנת וטראומטית מאוד גם עבור שחיינים מנוסים, ויש לעשות הכל בכדי להימנע ממנה.

הורדת המדריך בגרסת הדפסה – כאן
הצטרפות לקבוצת הפייסבוק להכנס לים ולכנס בשלום 
זרמי סחף – גרסה פשוטה עבור ילדים (פורסם בגלילאו צעיר)
תודה לאודטה שקראה והפנתה מהטור שלה!

לסיום – אייטם מתוך תוכנית הבוקר של קשת, בו אני מסביר בקצרה את הרעיון.
אנא הפיצו, וביחד נצמצם העונה אבדן חיים יקר!


rip_current_poster

וזה רק קצה הקרחון…

כדור הארץ, פיזיקה 5 תגובות »

הנה ניסוי ביתי  מעניין:  נשים קוביית קרח בכוס מים, נסמן את קו המים בעזרת טוש או גומייה סביב הכוס, ונניח לקרח להפשיר. שאלה: האם מפלס המים בכוס יעלה, ירד או יישאר אותו דבר? חישבו על כך לרגע בטרם תמשיכו לקרוא.

התשובה היא שמפלס המים לא ישתנה. אבל, מדוע? אפשר להגיד שהמים הם אותם המים, אבל זה לא הסבר. יתר על כן, ה'היגיון' האינטואיטיבי לא יעזור לנו לקבוע, למשל,  מה יקרה אם נניח לקוביית קרח להפשיר בכוס של מי ים. נחוצה כאן איזו תיאוריה.

העיקרון הפיזיקאלי שבו נוכל להעזר נקרא חוק ארכימדס. עקרון זה קובע כי כוח הציפה, כלומר הכוח שפועל כלפי מעלה על גוף השקוע בנוזל, שווה למשקל הנוזל הנדחה על ידי הגוף. ככל שהגוף דוחה יותר נוזל, כך יפעל עליו כוח ציפה גדול יותר (זה גם עובד בגזים כפי שכתבתי כאן). כמו כן, ככל שהזורם הנדחה צפוף יותר, כך משקלו גדול יותר ולכן על פי חוק ארכימדס הוא יפעיל כוח ציפה גדול יותר. למי שלא הבין עד עכשיו מדוע צפים בקלות בים המלח – זו הסיבה.  הדבר גם מבהיר מדוע כשאדם טובע מנפנף בידיו הוא מאבד מכוח הציפה שלו ולכן נוטה לשקוע (הידיים הרי היו שקועות במים ולכן דחו נוזל).

חוק ארכימדס גם מסביר יפה מדוע לווייתנים מניפים את זנבם מעל למים רגע בטרם ישקעו במצולה – הוצאת הזנב מקטינה את העילוי מבלי לשנות את המשקל ובכך יוצרת כוח נטו כלפי מטה.

בחזרה לניסוי: אם קוביית קרח צפה על גבי מים, הרי שהמשקל שלה, שהוא הכוח המושך כלפי מטה, חייב להשתוות לכוח הציפה הפועל כלפי מעלה (אלמלא הכוחות היו מאוזנים, גוש הקרח לא היה נמצא במנוחה).  מכאן, שמשקל הקובייה שווה, על פי חוק ארכימדס, למשקל המים שאותו היא דוחה. כאשר הקובייה מפשירה היא כבר לא דוחה מים, ולכן המפלס צריך לרדת – זה מה שהיה קורה אילו היינו פשוט מוציאים את הקובייה החוצה. אולם ההפשרה  מוסיפה מים לכוס באותו משקל בדיוק, שכן המסה אינה משתנה כאשר חומר משנה מצב הצבירה (ע"פ חוק שימור החומר). כלומר, משקל המים הנדחים שווה למשקל המים המופשרים ולכן המפלס נותר קבוע.

האם נקבל את אותה תוצאה כאשר קוביית הקרח תצוף במי ים? כמו קודם, על פי  חוק ארכימדס, משקל הקובייה שווה למשקל המים הנדחים. אבל נשים לב, שהיות שמי-ים צפופים יותר ממים רגילים (בערך בשלושה אחוזים), הנפח שאותו משקל תופס קטן יותר. כלומר, נפח המים הנדחים על ידי הקובייה קטן יותר מאשר במקרה של ציפה במים לא מלוחים. לעומת זאת, נפח המים שיתקבל כאשר קוביית הקרח תפשיר אינו משתנה, ולכן בסך הכול, הפשרת הקובייה בתנאים אלו תביא לעלייה קטנה במפלס המים.

רבות נכתב אודות ההתחממות הגלובאלית אשר מפשירה את הקרחונים, ובכך מאיימת להעלות את מפלס האוקיינוסים ולהציף את ערי החוף, אך לפי מה שגילינו,  הדבר אינו  אפשרי כלל, שהרי קרחון בים הוא גרסה מוגדלת של קרח בכוס! הפיזיקה כמובן נכונה, אלא שבתסריט ההפשרה הגלובאלית אין מדובר על קרחונים צפים אלא על קרחונים יבשתיים המגירים מים או גולשים בדרמטיות לתוך האוקיינוס – וזה בהחלט מעלה את המפלס כפי שיודע כל מי שנכנס לאמבטיה.

לכך מצטרפות עוד שתי תרומות קטנות: האחת נובעת מכך שכאשר מחממים נוזל נפחו גדל במקצת (כמו כספית במדחום, למשל), וזה מה שקורה למי האוקיינוסים כאשר הטמפרטורות עולות – הם פשוט תופסים קצת יותר נפח. התרומה השנייה קשורה לכך שמנגנון הקפיאה של מים-ים 'מנקה' אותם ממלח (יוני המלח אינם משולבים בתוך המבנה שיוצרות מולקולות המים), ולכן כאשר קרחון מפשיר מתקבלים מים 'מתוקים'.

כפי שראינו קודם, במקרה זה תהיה עלייה קטנה במפלס המים גם עבור קרחונים צפים בשל הפרש הצפיפויות (ראה ניסוי כאן). לא ברור אם אכן תסריטי האימה של הירוקים יתממשו, אבל לטעון שהם שוגים בגלל ניסוי הקרח בכוס – זה לא רציני. אגב, מסקנה מעניינת מחוק ארכימדס היא שכאשר קרחון שקוע במים, 92 אחוזים ממנו נמצאים מתחת לפני המים, וזה מן הסתם המקור לביטוי 'קצה הקרחון' וגם מה שגרם לטביעת הטיטאניק.

נסיים בחידה: פיל גדול העומד על רפסודה באמצע אגם. השעה שעת צהריים, השמש קופחת, והפיל מחליט לרדת מן הרפסודה ולהשתכשך במים. נניח שהפיל כולו נכנס למים, ושהוא שוקע (כלומר, צפיפותו הממוצעת גדולה מצפיפות המים. ראה ציור). האם כתוצאה מירידת הפיל מפלס המים ישתנה?  אם כן, האם ירד או יעלה? מי שרוצה לנסות לפתור שיעצור כאן.

דרך יפה להסביר את הפתרון היא על ידי הקצנה. נדמין שבמקום פיל יש לנו על הרפסודה חומר צפוף ביותר: סיכה מיוחדת מכוכב ניוטרונים שמסתה טון.
על פי חוק ארכימדס, משקל המים הנדחים שדרוש כדי לאזן את הסיכה על גבי הרפסודה הוא של טון.
אם הסיכה תיפול מהרפסודה למים, מפלס המים ירד כי היא לחצה את הרפסודה מטה בחוזקה ובכך גרמה לבולי העץ  לדחוק יחסית הרבה מים. אבל, היות שנפח הסיכה כה קטן, כניסתה למים לא תתרום כמעט דבר להעלאת המפלס. מכאן שבסך הכל, מפלס המים ירד.
במקרה של הפיל ההגיון זהה: היות שהפיל 'דחוס' יותר ממים, נפח המים הדרוש לאזנו על הרפסודה גדול מנפח המים שגופו דוחה כאשר הוא נכנס לאגם,  ולכן המים ירדו יותר מאשר יעלו.

Blowing in the wind

טכנולוגיה, כדור הארץ 5 תגובות »

החיפוש הקדחתני אחר טכנולוגיות להפקת אנרגיה נקייה ממקורות לא מתכלים (שמש, רוח, מים) מוביל לשפע יצירתי של רעיונות. רובם ככולם עולים בקול תרועה וחצוצרות וזוכים לסיקור תקשורתי (כמו לאחרונה: תא דלק שמפיק חשמל נקי מחול או ספינת אוויר סולארית) אך שוקעים לבסוף לתהום הנשייה בשל מודל כלכלי רעוע או בשל שגיאות מדעיות (או שניהם). לעיתים ניכר שהרעיון יעבוד מבחינה מדעית-טכנולוגית-כלכלית, אך נדרשת ההשקעה ההתחלתית עצומה היוצרת חיץ בלתי עביר בין התיאוריה ליישומה.

המפרש של SkySail – זו רק ההתחלה

שני מדענים קוריאנים פרסמו לאחרונה בכתב העת Energy הצעה מדהימה להפקת אנרגיה ירוקה. הרעיון פשוט: במקום שמפרש יהיה על הספינה כמקובל, מדוע שלא נשלח אותו גבוה לשמיים? הסיבה לכך היא שמהירות הרוח גוברת עם הגובה, וכךהמפרש הופך למעיין מצנח רחיפה המניע את הספינה קדימה בכוח אדיר. עד כאן אין חידוש, מכיוון שפועלת כיום חברה בשם SkySail שעושה בדיוק את זה – הנעת מכולות ימיות בעזרת מצנחי רחיפה תוך חיסכון של 35% (!) מהוצאות הדלק (ראה תמונה וסרטון).  אבל הקוריאניים הולכים צעד קדימה, ומציעים ספינה ייעודית שעליה תותקן טורבינה הידרואלקטרית מאסיבית להפקת חשמל. האנרגיה החשמלית הרבה שתיווצר בדרך זו, תנוצל לצורך אלקטרוליזה של מים, שתוצריה (מימן + חמצן) יאוחסנו במיכלים על גבי הספינה, וישמשו להפקת אנרגיה על היבשה.

שלא תהיה טעות, מדובר בהיקפים גרנדיוזיים. על פי התכנון, הטורבינה צריכה להפיק חשמל בהספק של 800 מגוואט (כמעט עשירית מצריכת החשמל של ישראל)  ולשם כך נחוץ מצנח רחיפה בשטח בלתי נתפס של של 0.75 קמ"ר (כ-100 מגרשי כדור-רגל!). אבל, מרגע שהטכנולוגיה תהיה זמינה, אפשר 'להריץ' מספר ספינות לאורך קווי הרוחב הממוזגים (בהם הרוח בגובה היא מקסימאלית ונושבת ביציבות), ועל פי החישובים של הוגי הרעיון, הדבר יספק מעל ומעבר את כלל צריכת האנרגיה העולמית (!). מרשים מאוד, לפחות על הנייר. למעשה, יש כאן חיבור של כמה רעיונות 'ירוקים' והעצמתם למקסימום. אין פה משהו שטרם נוסה, למעט קנה המידה: למשל, שטחו של המצנח הגדול ביותר שנתפר עד היום הוא רק אלפית מהשטח הנחוץ, וגם טורבינות הידרואלקטריות אימתניות כאלו  עדיין לא יוצרו (אבל אין לכך מניעה עקרונית). האם רעיון מופלא זה יקרום עור וגידים או שכמו רבים אחרים יישאר לעד על לוח השרטוט? The answer my friend is blowing in the wind.

אגב, לפרויקט התאורטי הזה אין עוד אפילו שם קליט. יש הצעות?

קישורים:
כתבה באתר Wired

"Wind power generation with a parawing on ships, a proposal" Energy 35 (2010) 1425–1432 by J. Kim and C. Park