ΡΙΖΟΣΠΑΣΤΗΣ
ΡΙΖΟΣΠΑΣΤΗΣ
Κυριακή 23 Ιούνη 2002
Σελ. /24
ΕΝΘΕΤΗ ΕΚΔΟΣΗ: "7 ΜΕΡΕΣ ΜΑΖΙ"
ΑΦΡΟΣ
Ενας πασίγνωστος άγνωστος

Δύο σταγόνες αφρού αιωρούνται πάνω σε ένα μαξιλάρι υπερήχων συχνότητας 30 χιλιοκύκλων, κατά τη διάρκεια πειράματος στο Πανεπιστήμιο της Βοστόνης
Δύο σταγόνες αφρού αιωρούνται πάνω σε ένα μαξιλάρι υπερήχων συχνότητας 30 χιλιοκύκλων, κατά τη διάρκεια πειράματος στο Πανεπιστήμιο της Βοστόνης
Ενα από τα πιο καθημερινά πράγματα που η επιστήμη δεν έχει ακόμη καταφέρει να κατανοήσει σε βάθος είναι ο αφρός. Αφρός δημιουργείται στη φύση συνέχεια, όπως στη θάλασσα, αλλά και τεχνητά από τον άνθρωπο, όπως ο αφρός ξυρίσματος, ή ο αφρός κατάσβεσης πυρκαγιών. Αφροί σχηματίζονται σε όλες τις φυσικές κλίμακες, από τις κβαντο-βαρυτικές φυσαλίδες στον ιστό του χωροχρόνου μέχρι τις δομές που σχηματίζουν οι γαλαξίες στο ορατό σύμπαν.

Οι ειδικοί επιστήμονες που ασχολούνται με τις φυσικές ιδιότητες των αφρών, τους χαρακτηρίζουν ως μαλακή ύλη. Δε ρέουν ελεύθερα όπως τα υγρά, αλλά δεν έχουν και κρυσταλλική δομή, όπως πολλά στερεά. «Είμαστε πολύ καλοί στην εξήγηση της συμπεριφοράς της στερεάς ύλης όπως οι κρύσταλλοι. Ολόκληρη η βιομηχανία ημιαγωγών, για παράδειγμα, βασίζεται σ' αυτούς», λέει ο Σ. Πέρκοβιτζ, καθηγητής Φυσικής του Πανεπιστημίου Εμορι. Αν και οι φυσικοί σωματιδίων πιστεύουν ότι μια μεγάλη ενοποιημένη φυσική θεωρία θα βασίζεται στα στοιχειώδη σωματίδια, οι φυσικοί στερεάς κατάστασης θεωρούν ότι το κλειδί βρίσκεται στην ερμηνεία των φυσικών νόμων που διέπουν σύνθετα συστήματα όπως ο αφρός.

Οι αρχές και η μακροσκοπική δομή των αφρών έχουν κατανοηθεί καλά. «Δεν ανακαλύπτουμε τον αφρό. Υπάρχει εδώ και πολύ καιρό», σημειώνει ο Ντ. Ντούριαν, του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Λος Αντζελες. «Απλώς προσπαθούμε να καταλάβουμε γιατί συμπεριφέρεται όπως συμπεριφέρεται». Οι περισσότεροι αφροί περιέχουν μια ουσία αύξησης της επιφανειακής τάσης του υγρού, μια συλλογή από σύνθετα μόρια που συγκεντρώνονται στην επιφάνεια των φυσαλίδων. Τέτοιες ουσίες είναι τα λίπη και οι πρωτεΐνες στους φυσικούς αφρούς και τα χημικά πρόσθετα στους τεχνητούς. Τα μόρια των ουσιών αυτών έλκονται ισχυρά μεταξύ τους και απωθούν το νερό, επιτρέποντας στις φυσαλίδες να διατηρηθούν για αρκετή ώρα.

Οι φυσαλίδες αφρού σαπουνιού, που βρίσκεται εγκλωβισμένος ανάμεσα σε δύο πλάκες πλεξιγκλάς οι οποίες απέχουν μεταξύ τους 2,5 εκατοστά, συνθέτουν πολύπλοκους γεωμετρικούς σχηματισμούς. Οι σχηματισμοί αυτοί μελετήθηκαν για πρώτη φορά από τον λόρδο Κέλβιν το 19ο αιώνα
Οι φυσαλίδες αφρού σαπουνιού, που βρίσκεται εγκλωβισμένος ανάμεσα σε δύο πλάκες πλεξιγκλάς οι οποίες απέχουν μεταξύ τους 2,5 εκατοστά, συνθέτουν πολύπλοκους γεωμετρικούς σχηματισμούς. Οι σχηματισμοί αυτοί μελετήθηκαν για πρώτη φορά από τον λόρδο Κέλβιν το 19ο αιώνα
Οι επιστήμονες γνωρίζουν πολλά για τις μεμονωμένες φυσαλίδες και τον τρόπο που αλληλεπιδρούν μεταξύ τους μέσω της τριβής. Αλλά όταν πάρα πολλές φυσαλίδες συγκεντρωθούν και σχηματίσουν έναν αφρό, το υλικό που προκύπτει επιδεικνύει μια πλειάδα απρόβλεπτων ιδιοτήτων. Οι υγροί αφροί αποτελούνται κατά 95% από αέριο και κατά 5% από υγρό, ωστόσο είναι πολύ πιο συμπαγείς από τα συστατικά τους. Το φαινόμενο αυτό οφείλεται στη συγκέντρωση μεγάλου αριθμού φυσαλίδων σε μικρό χώρο, με αποτέλεσμα όταν ο αφρός βρεθεί υπό πίεση, οι φυσαλίδες να μην μπορούν να γλιστρήσουν η μια πλάι στην άλλη, να αυξάνεται η εσωτερική τους πίεση όσο αυξάνει η πίεση στον αφρό και το υλικό να επιδεικνύει χαρακτηριστικά στερεού (δυσκαμψία κτλ.).

Οι ιδιότητες ενός αφρού εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από το σχήμα των φυσαλίδων που τον απαρτίζουν. Αυτό το σχήμα είναι από τα παλιότερα μαθηματικά αινίγματα. Το 19ο αιώνα, ο λόρδος Κέλβιν, γνωστότερος για την κλίμακα θερμοκρασιών που αρχίζει από το απόλυτο μηδέν, συμπέρανε ότι ένα από τα σχήματα που παίρνουν οι φυσαλίδες στους αφρούς αποτελείται από έξι τετράγωνα και οκτώ εξάγωνα. Πρόσφατες έρευνες με τη βοήθεια ηλεκτρονικού υπολογιστή έδειξαν ότι υπάρχουν και άλλα σχήματα που επιτρέπουν ακόμα μεγαλύτερο πακετάρισμα φυσαλίδων.

Η μεγαλύτερη πρόκληση για τους επιστήμονες είναι να κατασκευάσουν μοντέλα ρεολογίας αφρών που να μπορούν να προβλέψουν τους τρόπους με τους οποίους οι αφροί παραμορφώνονται ή ρέουν ως συνάρτηση του χρόνου. Καθώς η ώρα περνάει, η βαρύτητα στραγγίζει το υγρό στοιχείο του αφρού. Ετσι οι μικρότερες φυσαλίδες απορροφούνται από τις μεγαλύτερες. Μέχρι πρόσφατα η γνώση μας γύρω από αυτή τη διαδικασία περιοριζόταν από τον εφήμερο χαρακτήρα του φαινομένου. Οι αφροί είναι «εύθραυστοι» και πρέπει συνήθως να περιορίζονται στα τοιχώματα κάποιου δοχείου για να μελετηθούν, αλλά αυτός ο περιορισμός (η επαφή με το γυαλί) αλλοιώνει τη συμπεριφορά τους.

Με την τεχνική χειρισμού σταγόνων αφρού με υπερήχους, οι επιστήμονες αποφεύγουν την επίδραση του δοχείου πάνω στον αφρό, αλλά ταυτόχρονα παίρνουν και σημαντικές πληροφορίες για τις μηχανικές ιδιότητες του αφρού και κυρίως για το σημείο που αρχίζει να συμπεριφέρεται ως στερεό. Σε άλλα, λίγο παλαιότερα πειράματα με χρήση ακτίνων λέιζερ είχε διαπιστωθεί τόσο η σταδιακή αλλαγή των ιδιοτήτων των αφρών καθώς προχωρά η διαδικασία απορρόφησης των μικρότερων φυσαλίδων από τις μεγαλύτερες, αλλά και η αλματική μεταβολή από ένα σημείο και πέρα. (Η εμφάνιση του διαλεκτικού νόμου του περάσματος από την ποσότητα στην ποιότητα είναι προφανής).

Είναι ακριβώς αυτό το πλατύ φάσμα μηχανικών ιδιοτήτων που επιδεικνύουν οι αφροί -- από ελαστικού στερεού μέχρι ιξώδους ρευστού -- που τους κάνει τόσο χρήσιμους στις καθημερινές εφαρμογές. Η κατανόηση της συμπεριφοράς των αφρών ίσως βοηθήσει και στην εξήγηση της δομής των κυττάρων των φυτών και των τρόπων που εξελίσσονται τα βιολογικά συστήματα.


Επιμέλεια:
Σταύρος ΞΕΝΙΚΟΥΔΑΚΗΣ
Πηγές: «Discover», Space.com


Νέες σημαντικές ανακαλύψεις πλανητών

Φανταστική απεικόνιση του παρόμοιου με το Δία πλανήτη στον αστέρα 55 του Καρκίνου. Το άστρο φαίνεται αριστερά στο βάθος, ενώ σε πρώτο πλάνο απεικονίζεται ένα υποθετικό φεγγάρι του πλανήτη
Φανταστική απεικόνιση του παρόμοιου με το Δία πλανήτη στον αστέρα 55 του Καρκίνου. Το άστρο φαίνεται αριστερά στο βάθος, ενώ σε πρώτο πλάνο απεικονίζεται ένα υποθετικό φεγγάρι του πλανήτη
Τον πρώτο πλανήτη εκτός του ηλιακού μας συστήματος με τροχιά παραπλήσια με την τροχιά του Δία ανακοίνωσε πριν από μερικές μέρες μια ομάδα αστρονόμων στις ΗΠΑ. Ο πλανήτης αυτός περιστρέφεται γύρω από τον αστέρα 55 του αστερισμού του Καρκίνου, έχει 3,5 έως 5 φορές μεγαλύτερη μάζα από το Δία και ο χρόνος περιστροφής του είναι 13 γήινα έτη (του Δία είναι 11,86).

Πρόκειται για τον πρώτο πλανήτη που βρίσκεται να μοιάζει με έναν από τους πλανήτες του ηλιακού μας συστήματος. Η ίδια ερευνητική ομάδα ανακοίνωσε την ανακάλυψη και άλλων 11 πλανητών, ανεβάζοντας το σύνολο των εκτός του ηλιακού μας συστήματος πλανητών στους 98. Ενας από τους 11 μάλιστα έχει μάζα μόλις 40 φορές περισσότερη από τη Γη και είναι ο μικρότερος από τους 98.

Το πλανητικό σύστημα του αστέρα 55 του Καρκίνου θεωρείται ήδη ένας από τους πρώτους στόχους των νέων διαστημικών τηλεσκοπίων που θα εκτοξευτούν τα επόμενα χρόνια σε αναζήτηση πλανήτη που να μοιάζει με τη Γη. Η ύπαρξη σ' αυτό του πλανήτη που μοιάζει με το Δία, αλλά και ενός άλλου μικρότερου απ' αυτόν σε πιο εσωτερική τροχιά κάνουν αρκετά πιθανή την ύπαρξη και μικρότερων μη αεριωδών πλανητών που θα είναι μάλιστα προστατευμένοι σε μεγάλο βαθμό από αστεροειδείς και κομήτες, όπως είναι και η Γη χάρη στο Δία που τους έλκει και τους σαρώνει με τη μεγάλη βαρύτητά του καθώς μπαίνουν προς το εσωτερικό του ηλιακού συστήματος.

Ο αστέρας 55 του Καρκίνου απέχει 41 έτη φωτός από τη Γη και έχει ηλικία 4,7 δισεκατομμυρίων ετών, ανάλογη δηλαδή με την ηλικία του Ηλιου.



Ο καθημερινός ΡΙΖΟΣΠΑΣΤΗΣ 1 ευρώ