Пређи на главни садржај

Ронилачко одело

Да ли вода може да буде изолатор? Користим ронилачко одело са водом изнутра.
С обзиром да слабо роним и да ронилачко одело никада нисам обукао, први пут сам имао прилику да чујем за мокро ронилачко одело. Међутим, гуглањем сам открио да постоје две врсте одела, а такозвана мокра су предмет питања моје ученице. Привлачи пажњу податак да је овај тип одела осмислио физичар.
Чињеница је да ваздух представља одличан изолатор топлотне размене - под условом да се не креће - јер при кретању је присутно провођење путем струјања. Пример за тако нешто је слој ваздуха између коже и одеће. Вода, с друге стране, због веће густине топлоту одводи из организма неколико десетина пута боље у односу на ваздух - ако се креће. Та појава доводи до хипотермије, таквог стања организма да функције слабе све до гашења због пада телесне температуре. Зато ми је ово питање привукло пажњу.
Дакле, код мокрих одела вода је између коже рониоца и тканине, али је заробљена оделом да не би дошло до њеног струјања, а загрејана је од тела. С обзиром да ову појаву гледам из угла физичара, намеће се питање предности оваквих одела. Ако упоредимо воду и ваздух, прво што ми пада на памет је својство воде да се снажно супротставља сабијању када се спољашњи притисци увећају - на већим дубинама - док то није присутно код ваздуха и то, претпостављам, утиче на комодитет рониоца или, можда, покретљивост. 
Међутим, прочитао сам да се мокра одела употребљавају у топлијим водама. Да би то протумачили потребно је сагледати пренос топлоте Qₚ путем провођења:
Qₚ/t = kS∆T/L
при чему је k коефицијент проводљивости који за воду износи 0,56 J/sm°C, док је за ваздух 0,023 J/sm°C, S је површина тела, L дебљина слоја воде уз тело и ΔT разлика температура два гранична слоја воде. Једначина нам указује да је пренос топлоте овим механизмом већи од стране воде, чак и када наступи сабијање ваздуха и увећање његовог коефицијента.

Треба размотрити пренос топлоте Qₑ путем електромагнетног зрачења. Једначина повезује емисивност воде e, површину тела S, Штефан-Болцманову константу и разлику наведених температура:
Qₑ/t = e𝛿S(T₂⁴ ₋ T₁⁴)
За емисивност можемо узети приближно 1. Ако извршимо поређење претходне две једначине, уврстимо процењене вредности температура и претпоставимо дебљину слоја воде уз тело (заиста не знам колико износи, нека буде 1 cm) проистиче да се десетак пута већи износ топлоте преноси путем провођења у односу на топлотно зрачење. Зато је провођење доминантан начин преноса топлоте код рониоца, у случају када струјање није присутно. То потврђује употребу мокрих одела у топлим водама.

Коментари

Популарни чланци

Карноов циклус

На почетку индустријске револуције постојала је потреба да се унапреди рад парне машине и ефикасност. Сади Карно, физичар и официр у француској војсци, размишљао је о томе који гас/пару је потребно употребити и на какав начин да би се остварио највећи степен искоришћења. Из тог делања је проистекао други закон термодинамике, мада установљен од стране других физичара. Треба запазити да је Карно све време писао о калорику као радној супстанци парне машине - флуиду који садржи топлотну енергију и струји између објеката на различитој температури. Није први пут да се у физици стиже до нових открића помоћу погрешних претпоставки. Графички приказ машине, такозвани Карноов циклус, је уведен у физику много година касније. Приказ представља Карноову топлотну машину, на начин како је он замислио рад уређаја са највећим степеном искоришћења калорика:

Централни део записа сачињава цилиндар са радним телом. Карно није прецизно назначио о каквом флуиду се ради. Са леве стране је грејач, извор топло…

Експеримент Мајкелсона и Морлија

У XIX веку постојало је уверење да електромагнетне таласе преноси етар. Међутим, етар није опажен, али то није било препрека да се фама о постојању одржи дуго. Етар је поседовао крајње необичне особине и током времена својства су проширена, у складу са потребама физике.  Крајем XIX века коначно се кренуло у подухват тражења доказа о постојању етра и његовом кретању (или мировању). Међу физичарима је владало уверење да је ова наука углавном открила све тајне природе, а остало је још пар ситница да се заокружи ова грандиозна творевина. Једна од тих ситница био је етар. Нико није сумњао да постоји. Алберт Мајклсон се као дете преселио из Немачке у САД. Породица се настанила у рударској колонији, у Калифорнији, а његов отац је трговао бакалуком. Упркос сиромаштву успео је да стекне стипендију и упише Поморску академију. Десетак година касније постаје професор физике на једном универзитету и интересује се за проблем доказивања постојања етра. Успео је да убеди хемичара Едварда Морлија да …

Боров модел атома

Не дешава се често да физичар изнад улазних врата своје куће држи потковицу, а то је Нилс Бор чинио. Посао професора није баш обављао са великим ентузијазмом, али је волео да дискутује са студентима не устручавајући се да покаже да нешто не зна, а понекад би са њима решавао укрштене речи или играо стони тенис, што га је чинило популарним међу младим људима. Током Другог светског рата је био принуђен да побегне из Данске у САД, где се придружује пројекту „Менхетн“, односно тиму физичара који се бавио израдом прве нуклеарне бомбе. Након катастрофе у Јапану преобразио се у предводника оних који су се залагали за забрану коришћења нуклеарне енергије у војне сврхе.  Радерфордов ђак је учинио исто што и његов професор - надмашио је учитеља. Боров модел атома данас има једино историјски значај, али му посвећујем страницу јер представља непроцењив помак у развоју физике. У чланку о Радерфордовом моделу атома поменуо сам да је поседовао једну велику ману: такав атом би могао да постоји кратко…

Једначина континуитета

Условљеност брзине протицања флуида површином попречног пресека струјне цеви први је уочио Леонардо да Винчи. Он, наравно, није изучавао струјне цеви већ је појаву уочио осматрајући протицање воде при различитим условима. Галерија Уфици у Фиренци садржи импозантну збирку његових нацрта и модела, али се Леонардово име ипак ретко помиње у контексту открића у физици - јер не постоје. Узрок томе сигурно није слабо познавање математике, јер би у том случају и Мајкл Фарадеј проживео живот као непознати књиговезац. Према томе, математичка формулација једначине није његово дело.

Запис је могуће употребити као пратећи садржај наставе физике у гимназији. Струјна цев садржи три струјне линије, а свакако их може бити много више, и то што се не секу је последица ламинарног протицања флуида. Ламинарност представља неопходан услов за формулисање једначине континуитета, у облику који се наводи у гимназији. Исто тако флуид поседује сталну густину упркос промени притиска, а ни вискозност није присутна…