Sildiarhiiv: füüsika

Kummardades tõstmine kükitamise asemel

Inimesed kipuvad asju maast üles korjama kummardudes, mitte kükitades, kuigi õige tõstetehnika raskuste jaoks on kükitades kandadega surumine, põlved varvaste suunas, selg sirge. Kummardudes tõstmine riskib selgroovigastusega (diski väljasopistumine ehk selgroosong).

Kummardudes tõstetakse laiskusest, mille evolutsiooniline põhjus on energia kokkuhoid. Kui niisama kummardada ja kükitada, siis tunduvad need mulle umbes sama rasked tegevused. Teoreetiliselt on kummardumine vähem energiakulukas, sest enda kehamassist liigutatakse väiksemat osa lühema teepikkuse jagu. Tehtav töö ehk kulutatud energia võrdub teepikkuse ja jõu korrutisega, jõud omakorda massi ja kiirenduse korrutisega nagu põhikoolifüüsika õpetab. Keha kiirendus on kummardudes ja kükitades umbes sama. Kummardudes liigutatakse peamiselt vööst ülespoole jäävat osa kehast, sealjuures kõhtu ainult paarkümmend sentimeetrit, pead poole kuni kolmveerandi kehapikkuse jagu, pea ja kõhu vahelist osa vahepealse teepikkusega. Kükitades liigub pahkluust ülespoole jääv osa kehast jalgade pikkuse ehk poole kehapikkuse võrra.

Kalorite kulutamiseks on kasulikum kükitada nagu ka seljavigastuste vältimiseks. Kui ma hajameelsusest kummardun ja end taban, siis tuletan endale õiget tehnikat meelde, tehes sama tõstetava asjaga küki või paar.

Ahjukütte asemel mastaabisääst

Ahjuküte on aedlinnades talvisel kütteperioodil suurim õhusaaste allikas, mistõttu mitmes riigis seda piiratakse või keelatakse. Tuleoht on samuti argument keelamiseks. Kui ahjuga kütjad peaksid ise oma tulekahjuriski kindlustama, selmet riiklik Päästeamet ja vabatahtlikud neid sisuliselt teiste maksuraha eest kindlustaksid, siis tekiks kütjatel pisut motivatsiooni üleminekuks teistele kütteviisidele.

Eesti ajakirjanduses on arvamused vastu ahjukütte piiramisele ja isegi sellest loobumise subsideerimisele. Pealiskaudne vastu olemine on psühholoogiliselt mõistetav, kuna õhusaaste kahju on pikaajaline, ebakindel ja jaotub paljudele inimestele, aga ahjukütte kasu on isiklik ja kohene (soojus, elektri- või gaasikulu kokkuhoid). Samamoodi oldi vastu suitsetamispiirangutele, kiirusepiirangutele, öise alkoholimüügi keelamisele, aias prügipõletamise keelamisele.

Ahjukütte odavuse üks põhjus on keskkonnanõuete puudumine, mida katlamajad täitma peavad kui puitu või muud kütust põletavad – heitgaaside puhastamine ja CO2 kvoodi ostmine. Tihedalt asustatud aedlinnas võib teistele õhusaastega tekitatav kogukahju ületada isiklikku kasu, nagu ka prahi põletamisel. Sel juhul kõik võidaksid kui kõik lõpetaksid tahkekütuse kasutamise. Igaüks tahab muidugi, et teised lõpetaksid tema kahjustamise, aga ise saaks jätkata teiste kahjustamist.

Teine ahjukütte näilise odavuse põhjus on enda tööjõukulu mittearvestamine: puude riita ladumine, sealt ahju kandmine, süütamine, siibrite reguleerimine, tuha väljaviimine. Kui kütmisaja asemel teha palgatööd, saaks selle eest teatud raha. Küttes jääb see palk saamata. See palk on kütmise alternatiivkulu alampiir. Kui mõni väidab, et talle meeldib kütta, siis peaks ta teistele küttetoiminguid tasuta tegema, kuna väidetavalt naudib kütmist. Kindlasti elab ahjuküttega majades kehalise puudega inimesi, kes seda tasuta abi vajaksid.

Jättes kõrvale tervise- ja keskkonnakahju ning enda tööjõukulu, võib isegi ainult energiakasutuse mõttes olla efektiivsem viia oma küttepuud kesksesse katlamajja, toota seal elektrit, puugaasi või keskkütte kuuma vett ja edastada see eramutesse. Edastamise transpordikaod on elektril USAs keskmiselt 6% ja edastamiskaugused on seal oluliselt suuremad kui Eestis. Kuigi Eestis 2007 olid kaod suuremad. USAs Wisconsinis 2003 oli puidust elektri tootmise efektiivsus 18-24%. Edastamiskadu 6% maha, jääb järele 16,92-22,56%. Elektri kütteefektiivsus on 100%, soojuspumbaga kõrgem, sest soojusenergiat juhitakse siis majja sisse rohkem kilovatt-tunde kui elektrit kulub. Vanaaegse ahju kütteefektiivsus on California andmetel 20-40%. Suur osa puidus sisalduvast energiast läheb lihtsalt korstnasse. Lisaks jahutab mittehermeetilise siibriga korsten hoonet pidevalt, tõmmates sooja õhku välja. Kui ahju efektiivsus on 20% ja küttepuude soojuselektrijaama saatmisel saadava elektrikütte efektiivsus 22,56%, siis on keskne küte selgelt parem. Efektiivsem energiakasutus peaks peegelduma madalamas hinnas, aga maksud ja toetused võivad hinda moonutada.

Puidugaasi tootmise efektiivsus (gaasis sisalduv soojusenergia jagatud puidus sisalduvaga) on ÜRO Toidu- ja Põllumajandusorganisatsiooni andmetel 60-75% (ptk 2.2.2). Gaasi edastamiskadusid ei suutnud ma internetist leida, aga kui need on alla kolmandiku, siis on küttepuude gasifitseerimisjaama suunamine ja sealt tuleva puidugaasiga kütmine selgelt energiaefektiivsem (>40%) kui tavalise vana ahjuga. Seda eeldusel, et gaasitorustik on juba olemas, muidu tuleks paigaldamise kapitalikulu kasutusaastate peale jaotatuna gaasikütte hinnale juurde lisada.

Tänapäevasemad kodused pelletipõletid on USA keskkonnaameti andmetel kuni 87% efektiivsed. 1996. aastal olid need kuni 75% efektiivsed (tabel 2-2) ja 1988 kuni 68%. Kui eirata tervise- ja keskkonnakahju ja enda tööaega, siis tänapäevase pelletipõletiga soojuselektrijaama ja elektrikütte kombinatsioon ei konkureeri, ega ka puidugaasijaama ja gaasikütte kombinatsioon. Neid tegureid arvestades on ahjuküttest loobumine aedlinnades tõenäoliselt mõistlik.

Kamina kütmine võib maja jahutada

Lugesin California õhukvaliteediameti õppematerjalist (lk 7), et kamina soojendusefektiivsus võib olla miinus kümme protsenti. Tundus imelik, et negatiivne soojendus on võimalik, aga järele mõeldes saab seda seletada korstna suurema jahutava mõjuga kui põletamisel vabanev soojus. Siiber pole täiesti õhukindel, nii et korsten tõmbab igal ajal hoonest sooja õhku välja ja tekitab alarõhu. Selle tulemusel siseneb pragude kaudu hoonesse külm õhk. Kütmise ajal on siiber lahti ka natuke enne ja pärast põlemisprotsessi. Sel ajal on sooja õhu väljatõmme ja külma pragudest sissetõmme oluliselt suurem, mis kokkuvõttes võib küttesoojuse üles kaaluda.

Vanaaegse ahju soojendusefektiivsus on samas allikas 20-40%, mis kehtib ilmselt ka enamiku Eestis kasutatavate ahjude kohta. Pisut kaasaegsem 1990. aasta õhukindel ahi on USA keskkonnakaitseameti andmetel (tabel 1.10-5) 54% efektiivne. 2021. aasta parim kodune pelletiahi on 87% efektiivne ja halupuiduahi 81%, mis on pisut parem 2018 teadustöös leitust.

Ilutulestiku asendamine valgustatud droonidega

Ilutulestiku halbu külgi (õhureostus, raketijäänused maad prügistamas, tuleoht, müra) on püütud vältida, asendades selle laservaatemänguga, aga see vajab udu või suitsu, mis laserkiired küljelt nähtavaks teeks. Laseršõu piirdub ka ainult lehvikukujuliste laseriallikast algavate kujunditega, sest kiirt ei saa suvalises kohas alustada ja lõpetada. Tänapäeval saaks ilutulestikku üsna hästi jäljendada droonide ja mudellennukitega, millel värvilised ledid süttivad ja kustuvad. Näiteks droonid kogunevad punti, tuled kustus, siis süütavad tuled ja lendavad laiali nagu plahvatav ilutulestikurakett. Samuti mudellennukid lendavad kustus tuledega ühe keskpunkti suunas ja üksteisest lähedalt möödudes süütavad tuled.

Led-lampide valgustugevus on juba üsna suur, aga kui see veel ilutulestiku omani ei küüni, võib katsetada superkondensaatorilt järsku suurt voolu saavat ledi. Peale äkilist valgussähvatust peab kondensaatorit uuesti laadima, mille jaoks annab aega drooni pimendatud tagasilend alguspunkti.

Toitumissoovitused peaksid sisaldama menüüd ja retsepte

Kui inimesed silma järgi õiged toiduained ja nende õige koguse valida suudaksid, siis poleks ametlikke toitumissoovitusi tarvis. Kahjuks näitab rasvumise statistika, et inimesed seda ei suuda, ka tasside-lusikate-kausside abil mõõtes mitte. Toitumine on rikastes riikides keskmiselt ebatervislik ja kogused liiga suured. Üks samm teel tervislikuma toitumiseni on endale aru andmine, kui palju ja mida süüakse. Täpne mõõtmine aitab sel puhul kaasa. Veel üks samm on ühe söögikorra järel täis kõhuga järgmise toidukorra kogused välja mõõta, et vähendada järgmisel söögivalmistamisel kiusatust kogust suurendada.

Praegused toitumissoovitused on ilusate piltidega, aga ebamäärased stiilis “söö rohkem seda ja vähem toda”. Pildi ja umbmäärase jutu põhjal söödava toidusedeli organismile kättesaadav kalorisisaldus võib suurusjärkude võrra erineda, olenevalt toidu töötlemisest, sest organismile on olulised imendunud toitained, mitte toidus sisalduvad. Mõõdetakse kahjuks toidus sisalduvaid kaloreid põletusmeetodil, mitte imenduvaid (Eesti toitumis- ja liikumissoovitused lk 62). Töödeldud ja toore toidu toitainete imendumine erineb suurusjärkude võrra, näiteks toorest porgandit närides imendub sellest umbes 1%, aga püreestatud ja kuumutatud porgandist 39% (Modernist Cuisine, märkmed siin). Inimene, kes sööb toitumissoovituste pildil olevaid juurvilju toorelt närides, leiba röstimata, kala sashimina ning kaerahelbeid leotatud külmpudruna, saab palju vähem kaloreid ja toitaineid kui inimene, kes sööb juurvilju ja helbeid püreestatult ja keedetult, leiba peeneks riivitult ja praetult, kala kuumtöödeldult. Ka 338-leheküljelisest toitumis- ja liikumissoovituste dokumendist pole otsustamisel abi – portsjonid lk 293 ei maini, kas tegu on kuumutatud ja jahvatatud või toorelt näritud kogustega.

Lisaks sõltub imendumine koos tarbitavatest teistest toiduainetest (raud imendub paremini C-vitamiiniga, D-vitamiin kaltsiumiga, vesi soola ja suhkruga, raud halvemini kohvi ja teega), mida toitumissoovitused õnneks mainivad. Mõned toitained on rasvlahustuvad, sh D-vitamiin, beeta-karoteen, mõned konkureerivad omavahel imendumisvõimekuse pärast (kaltsium ja raud). Suur kiudainekogus vähendab kontakti toitaine ja sooleseina vahel, nii et aeglustab imendumist.

Portsjoni suuruse selgitamine on hea, aga ebapiisav. Abiks oleks nädala plaanmenüü, mis sisaldaks konkreetseid toite ja nende retsepte täpselt väljendatud koguste (grammid ja milliliitrid, mitte lusikatäied ja tassid) ja kuumutamise ja peenestamise eesmärgistatud ja täpselt väljendatud juhenditega. Eesmärgistatud kuumutamisjuhend on näiteks, et toidu sisemuse jahedaim osa peab jõudma x temperatuurile y minutiks, mitte et pange 200-kraadisesse ahju kuni kuldpruun. Viimane on ka abiks, eriti kui toidutermomeetrit pole, aga ei asenda esimest, sest toidu pruunistumine näitab vaid pinnatemperatuuri, mitte sisemust. Oleks hea kui toiduretsept selgitaks, milline väline kuumutamine ja kui kaua on tavaliselt vajalik, et teatud paksusega toidu nõutavat sisetemperatuuri nõutav aeg hoida. Peaks aga olema selgelt välja toodud, et väline kuumutamine on sisend, aga oluline on hoopis väljund ehk toidu sisetemperatuur.

Täpne kuumutamisjuhend väljendab sisendit ja väljundit mõõtühikutes: kraadides ja minutites, mitte „laske vesi keema” või „käesoe”.

Peenestamise täpne juhend ütleb suurima tüki mõõtmed, jällegi mõõtühikutes nagu millimeetrid, mitte „sõrmeotsa suurused kuubikud” või „õhukesed viilud”. Püree tükisuurust on koduste vahenditega raske mõõta, nii et selle puhul on mõõtühikute asemel tõenäoliselt kasulikum selgitada kaudseid kontrollimisviise, näiteks sõelaaukude läbimõõtu (mis loodetavasti on sõelale kirjutatud), millest püree läbi peaks minema või püree väljanägemist või voolavust. Eesmärgistatud peenestamisjuhend selgitab vajalikku lõpptulemust, näiteks suurima tüki läbimõõtu, mitte sisendit või protsessi stiilis „kurnake läbi sõela” (kui peene?), „riivige” (millise riiviga?).

Plaanmenüüle lisaks oleksid kasulikud ka ostusoovitused: mis toiduaineid mis kogustes nädalas osta, et seda menüüd valmistada.

Hea, et toitumissoovitustes soovitatakse mitmekesist toitu. Mitmekesisuse annab sisu, mitte vorm.

Toitumissoovitustes on problemaatilised kasutatud allikad, mis enamasti on vähetuntud või eelretsenseerimata ajakirjade artiklid (Natka K. Õdede toitumisharjumused öises vahetuses ja nende mõju tervisele. Eesti Õde, 2012 ) ja vähetuntud ja mitteteaduslike kirjastuste raamatud (Maser M. Kogu pere toiduraamat. Tallinn: Ühinenud Ajakirjad, 2013). Toitumise kohta on palju avaldatud teaduse tippajakirjades nagu Science ja Nature, meditsiini tippajakirjades (New England Journal of Medicine, Journal of the American Medical Association, Lancet) ja raamatuid tippülikoolide kirjastuste poolt (MIT Press, Harvard University Press, Cambridge University Press), nii et kvaliteetsete allikate puudust pole.

Valikuline mälu seletab väidet täiskuu mõju kohta ilmale

Kuulsin väidet, et täiskuu ajal on ilus ilm, sest Kuu raskusjõu mõju tekitab kuidagi kõrgrõhkkonna. Valikuline mälu seletab, miks inimestel tekib mulje nagu täiskuu ajal oleks ilus ilm. Vihmase ilmaga pole taevas Kuud näha. Kuuloomise ajal pole Kuud samuti näha, olgu ilm milline tahes. Inimesed mäletavad paremini seda, mida nad näevad. Seega mäletatakse täiskuud selge ilma ajal, mitte täiskuud vihmase ilmaga ega kuuloomist selge ilmaga. Tagantjärele tundub nagu oleks täiskuu ja selge ilma vahel positiivne korrelatsioon.

Valikulise mälu mõju tugevdab see kui teised räägivad, et seos on olemas, sest kui inimene väidetavat seost mäletab, siis paneb ta seda seost kinnitavaid vaatlusi rohkem tähele kui seda ümber lükkavaid. Inimene mäletab pigem oma eelarvamust toetavaid andmepunkte. Ise oma valikulist mälu mitte arvestades tundub tagantjärele, et seost kinnitavaid vaatlusi oligi rohkem.

Andmete põhjal on lihtne kontrollida, kas kuufaaside ja ilma vahel on seos. Nii ilmastatistika kui kuufaaside andmed on internetis tasuta kättesaadavad. Teoreetiliselt on argument seose puudumise poolt see, et kuufaas on kogu maailmas samal ööl sama, aga kõrgrõhkkond on suhteline (ümbritseva piirkonna õhurõhust kõrgem), nii et kui kusagil on kõrgrõhkkond, peab kusagil olema madalrõhkkond sama kuufaasi ajal. Keskmiselt on rõhkkond keskmine ükskõik millises kuufaasis, ka täiskuu ajal.

Teoreetiliselt võib juhtuda, et mingis kuufaasis katavad kõrgrõhkkonnad suurema osa Maa pinnast kui teises faasis, sest rõhk võib olla keskmisest pisut kõrgem suures piirkonnas ja keskmisest palju madalam väikesel alal, nii et keskmine rõhk on ikka keskmine :) Teises faasis võib jällegi väikeses piirkonnas keskmisest palju kõrgem rõhk olla ja suurel alal pisut madalam, aga see ei tundu kuigi tõenäoline. Pakun, et kuufaasi ja ilma seose puhul on tegu niinimetatud vanarahva tarkusega, mis kontrollimisel osutub vanarahva lolluseks.

Isejuhtiva auto inimesele otsasõidu vältimine telefoni abil

Lisaks kaameratele ja lidarile võiksid isesõitvad autod jm robotid inimesi tuvastada ka mobiilisignaali kaudu näiteks GSM signaalileidjaga. Telefon on tõenäoliselt inimese küljes, olgu ta jalakäija või sõidukis, nii et telefonile otsasõitu peaks vältima. Mobiilisignaal on lihtsasti loetav – selle selgus on telefonitootjate üks põhieesmärk. Minu piiratud intenetiotsing andis tulemuseks, et telefon saadab pidevalt signaali ja sekundite jooksul selle tugevus tavaliselt eriti ei muutu (kui ei toimu kõne alustamist või lõpetamist, mobiilimasti vahetamist vm sündmust). Signaali tugevuse põhjal saab selle kaugust arvutada, tugevuse muutuse põhjal kauguse muutust. Seega saab inimesele lähenemist paar sekundit enne võimalikku kokkupõrget ennustada, mis võimaldab pidurdada.

Pikivahe eessõitva autoni on samuti korreleeritud selles olijate telefonide signaalide tugevusega.

Kukkuval esemel üles jooksmine võib töötada

Ameerika multifilmides on vahel stseen, kus tegelane jookseb paaniliselt mööda kukkuvat oksa või muud eset ülespoole, aga see ei päästa teda laiaks kukkumisest. Teoreetiliselt võib üles jooksmine kukkumist piisavalt pehmendada ja isegi jooksjat ülespoole liikuma panna. Newtoni kolmanda seaduse kohaselt kui jooks tõukab oksa allapoole teatud kiirendusega (lisaks raskusjõule), siis tõukab see jooksjat ülespoole jõuga mis võrdub oksa massi korda kiirendusega. Jooksja kiirendus üles on see oksale kantud jõud jagatud jooksja massiga. Põhimõte on sama, mis raketimootoril, mille tagant välja paisatava gaasi mass korda kiirendus võrdub raketi massi korda kiirendusega vastassuunas.

Kukkuval oksal piisava kiirendusega üles joostes hakkab jooksja isegi ülespoole tõusma. Praktikas pole selline kiirendus üldiselt saavutatav, sest imetajate lihased on liiga väikese võimsusega. Erand on näiteks endast palju raskemal kukkuval oksal üles jooksev orav. Põhikooli füüsikas võib orava kiirenduse kohta ülesande koostada: antud on oksa ja orava mass, orava lihasvõimsus, raskusjõud, arvuta orava vertikaalsuunaline kiirendus.

Lisavõimalus kukkumist pehmendada tekib kui alla tõugatud oks põrkab maapinnalt tagasi nii, et tabab uuesti jooksjat, kes võib selle siis uuesti alla tõugata. Mitu korda oksa maast põrgatades saab jooksja iga kord ennast ülespoole kiirendada, seega raskusjõule vastu töötada. Väheneb vajalik lihasvõimsus, sest sama jooksujõu saab jagada mitmeks episoodiks. Praktikas pole selleks põrgatamiseks kukkudes piisavalt aega, ebakorrapärase kujuga oks ei põrka kukkuva jooksjani tagasi ja võib ka esimesel põrkel puruneda.

Asfaldisse villa segamine tõmbetugevuse suurendamiseks

Taaskasutuse ideedevõistlusel Negavatt pakuti mitut viisi lihalammaste villa kasutamiseks, mis hetkel suuremalt jaolt põletatakse või prügina maha maetakse. Need ideed kasutaksid enamasti väheses koguses villa, näiteks pesukäsnade valmistamiseks või pehmendava pakkematerjalina.

Täitematerjalina annaks vill segule, millele see lisatakse, tõmbetugevust, sarnaselt kiududega fiibertsemendis või klaaskiudmaterjalis. Valguahelatest karvad on oma mahu ja kaalu kohta vastupidavad ja tugevad. Veepõhise betoonisegu sisse vill tõenäoliselt ei sobi, sest on kaetud rasuga ja vetthülgav, seega ilmselt eralduks betoonist ja kiirendaks selle murenemist. Asfalt on aga bituumenipõhine segu ja bituumen koosneb mittepolaarsetest süsivesinikest, millega rasune vill tõenäoliselt hästi seguneb.

Tõmbetugevust oleks asfaldis vaja pragude ennetamiseks viletsa teepõhja korral, millele paigaldatud asfalt vajuma hakkab. Paljud Eesti teed on selline praak, nagu ajakirjandus paljastanud on, aga eriti on viletsale põhjale ehitatud kergliiklusteed. Kitsaste ratastega kergliikureid segavad praod ka rohkem kui laiade rehvidega autosid. Pikipragu võib jalgratta rehvi järsult peatada, diagonaalpragu seda külgsuunas jõnksatada.

Arvestades koroonakriisijärgset teedeehituse buumi majanduse elavdamiseks ja rohepööret, suudaksid kergliiklusteed tõenäoliselt neelata kogu üle jääva lambavilla.

Plekk-katus paraboolseks antenniks

Valtsplekist katus on elektriliselt üks plaat, nii et seda saaks kasutada satelliidikettana kui see oleks paraboolse kausi tüki kujuline (näiteks nagu kausist välja lõigatud nelinurk). Tänapäeval peaks saama katusepleki tükid masinas pisut nõgusaks valtsida, et need kokku sobitades paraboolse kujuga nelinurga moodustaksid.

Nelinurkne kauss pole küll nii efektiivne raadiolainete koondaja kui sama pindalaga ringikujuline, aga koondab neid siiski. Katuse suurus kompenseerib kujust tuleneva väiksema efektiivsuse – antenni võimsus on võrdeline pindalaga.

Katus ei pea antennina töötamiseks keskelt madalam olema, sest enamik satelliidikettaid on nagunii nurga all, mitte seniidis. Vesi jookseb praegu majadele paigaldatud satelliidiketastelt maha, mitte ei moodusta neis lompi.

Keerulisem sellise katuse paigaldamise juures on sarikate ja lattide enamvähem paraboolse kausi kujulisena paigaldamine, et need plekki ühtlaselt toestaksid. Pisut nõgusate plaatide katuseks kokkuvaltsimine ei tohiks väga raske olla, sest iga plaadi kõverus on väike – plaat on peaaegu tasapinnaline, nii et praegused valtsimistööriistad peaksid sellega töötama.

Terve katus ei pea ühe paraboolse ketta tükk olema. Jaapanipärane ülespööratud nurkadega neljakandiline katus (püramiid nõgusate tahkudega) moodustab neli antenni kui tahkude nõgusus just paraboolse kujuga on.

Kui keegi aeda poolkerakujulist basseini plaanib, siis võib ka selle paraboolse kujuga teha ja selle alla kahe geotekstiilikihi vahele hõbepaberi panna, mis antennina toimib kui bassein tühi on. Elektrit juhtiv destilleerimata vesi muidu takistab raadiolainete levikut.