Sildiarhiiv: füüsika

Kardina täiendamine papist aknapalistusega

Kui ruloo on läbimõtlematult väike ja kinnitatud akna ülaservast madalamale, nii et valgus paistab ruloo kohalt ja külgedelt öösel tuppa, siis oleks hea kas parem kardin paigaldada või vähemalt akna ülaservale ja külgedele varjav riideriba kinnitada. Kui aga üürikorteris kardinat vahetada ega seina ega akna külge midagi kleepida, kruvida ega naelutada ei tohi, siis on akna palistamine raskendatud.

Üks lahendus on riputada palistus aknapiida külge nii, et see püsib vaid hõõrdejõu abil. Pappkarpide sisenurgad sobituvad hästi aknapiida ülaserva välisnurkadega, nagu juuresoleval pildil. 

Akna papist palistusriba

Karbinurkadest lõigatud tükid saab tasapinnaliste papiristkülikutega omavahel ühendada. Kui selline papist aknaääristusriba kleeplindi abil piisavalt pingule tõmmata, siis ei libise see ka tuulise ilma ja lahtise aknaga aknapiidalt maha. Pinge ei tohi muidugi nii suur olla, et pappkarpide nurgad rebenevad või laiali painduvad.

Painduv materjal nagu riie kipub aknapiidalt maha libisema, aga tõenäoliselt saaks ka riidest sarnase palistuse teha kui see piisava pinge all on. Üks variant on jäika mittevenivasse riidetükki „nurgad” õmmelda, mille saab sarnaselt pappkarbinurkadele aknapiidale venitada. Kaugus õmmeldud „nurkade” vahel peab täpselt aknapiida laiusega sobituma, muidu kas ei lähe riie piidale või on lõtv ja libiseb maha. Teine variant on elastne riie või kummipael, millel venitamisruumi rohkem. Selle probleem on, et „nurgad” venivad ja painduvad, mis soodustab mahalibisemist.

Salati söömise mehaanika

Salatit on keeruline süüa, sest seda lamedalt taldrikult torkides ei jää see hästi kahvli otsa ja kahvlit labidana selle alla nihutades kalduvad ebakorrapärase kujuga lehetükid küljele, mitte ei jää tasakaalu. Mõlemal juhul kipub salat tõstes kahvlilt maha kukkuma. Kausist salati kurku kallutamine ka ei toimi, sest lehed kleepuvad kausi külge, on liiga suured või kukuvad ebakorrapärase kuju tõttu raskestiennustatavas suunas suust mööda.

Paar lahendust, mida ma pole kasutatavat näinud, on salati blenderis joodavaks püreeks tegemine või batooniks kokkupressimine. Mõlemad variandid on mehaaniliselt lihtsamad juua-süüa kui tavaline salat. Näppudega söömine on lihtsam kui kahvliga, aga kaugel ideaalsest. Juurviljamahl või smuuti on pisut sarnased salatipüreele, aga neist on kiudained (viljaliha) eemaldatud.

Üks võimalus salatit mugavalt püstijalu süüa oleks muu salat ühe suure salatilehe sisse rullida ja sushisarnaselt kinni siduda. Kahjuks oleks selline salatirull üsna ebastabiilne ja lekkiv, sest salat kipub rebenema, on elastne pinna normaali suunas ehk püüab end lahti kerida, vedelikku mitteimav, seega laseb kastmel lihtsasti lekkida. Salatileht ei kleepu enda külge, mis takistaks lahtirullumist.

Aasia köögis on probleemile lahendus leitud, kuigi ma pole seda laialt kasutuses näinud. Nimelt rullitakse salat (või ka muu toit) riisipaberi sisse, mis on lihtsalt õhuke taignakiht. See on pinna normaali suunas plastne, mitte elastne, seega ei keri end lahti. Pinnaga paralleelselt on aga veniv ja elastne, nii et ei rebene. Riisipaber on pisut niiske ja kleepub enda külge nagu iga tainas, mis takistab rulli lagunemist ja hoiab vedeliku selle sees. Pisut imab riisipaber ka vedelikku, aga see pole oluline omadus.

Söömise alustamine servadest või keskelt

Vastkeedetud toidu söömist tasub alustada servadest, mis jahtuvad kiiremini. Seevastu ülessoojendatud toitu, eriti mikrolaineahjus tehtut, maksab esmalt pigem keskelt haugata, sest keskkoht on jahedaim. Mikrolaineahjus kuumenevad kõigepealt toidu servad, pliidil tehes põhi, gaasipliidil järgmisena servad. Mittekonvektiivne soojusjuhtivus on toidul üldiselt halb, mistõttu võib söök väljast kõrbeda*, samas seest tooreks jääda, ning on enamasti keskelt jahedaim.

Värskelt keedetud toit on üldjuhul ühtlaselt läbi kuumenenud, eriti kui tegemist on vedela supi või pudruga, milles soojus konvektsiooni teel levinud on. Ühtse algtemperatuuriga toidu soojuse söömishetkel määrab jahtumiskiirus.

*Erand on mikrolaineahjusai, mis kõrbeb esimesena keskelt, mu isikliku kogemuse kohaselt.

Ujumisprillidele peeglite lisamine

Selleks, et kroolides või selili ujudes ujumissuunas näha, võiks ujumisprillidele väikesed peeglid lisada. Erinevalt võistlusbasseinist ei ole enamikus ujumiskohtades lipukestega nööri, mis hoiatab läheneva takistuse (basseini otsa) eest. Praeguste ujumisprillidega peab vaatamiseks kroolides pea veest välja tõstma ja selili ujudes end kõhuli pöörama, mis tähendab paari tõmbe vahele jätmist.

Peeglite disain nõuab natuke nuputamist, et prillid nendega ikka hüdrodünaamiliseks jääksid. Seda mitte niivõrd ujumiskiiruse jaoks, vaid selleks, et veetakistus prille näolt alla ei tõmbaks. Juba praeguste ujumisprillide puhul on probleem, et laine või pea ees vettehüpe lööb need lihtsasti näolt maha ja siis lähevad need kergesti kaotsi. Ilmselt peab iga peegel olema läbipaistva kupli (prilliklaasi) all. Need kuplid kujutaksid endast üsna suuri pungsilmseid prille. Kaks prilliklaasi saab asendada ühega, muutes prillid ujumismaskiks, mis on suurem ja mille alla on lihtsam peegleid mahutada.

Teine variant selili ujumiseks oleks peeglid eraldatavate hingedega prillide alaosa külge kinnitada. Kõhuli ujudes saaks peeglid vastu põski panna või küljest ära võtta, et veetakistust vähendada. Selili ujudes oleks võimalik peeglid endale sobiva nurga alla kallutada, et liikumissuunas vaadata. Kroolimiseks peeglid prillide välisküljel ei sobi, sest nägu vees ujudes kipub peeglite veetakistus prille paigast lükkama.

Toidukalorite täpsem mõõtmine

Praegu mõõdetakse toidukaloreid, summeerides toidus sisalduvatest süsivesikutest (miinus seedimatu kiudaine), rasvadest ja valkudest saadud energia. Iga komponendi energiasisaldust mõõdetakse pomm-kalorimeetris, mis on kahekestaline anum, kestade vahel vesi, milles on termomeeter, ja sisemise kesta sees põletuskamber. Toit põletatakse kalorimeetri keskel ja vee temperatuuri tõus mõõdab toidu energiasisaldust. Näiteks USA seadus (Nutrition Labeling and Education Act 1990) nõuab toidusiltidel olevate kalorite arvutamist ülaltoodud toidukomponentide kokkuliitmise meetodil (mida kutsutakse Atwateri süsteemiks), mille puhul ei pea iga tootja valku, rasva ja süsivesikuid põletama, vaid peab kasutama järgnevaid keskmisi kalorisisaldusi: rasv 9 kcal/g, valgud ja süsivesikud 4 kcal/g. Need sisaldused mõõdeti paljude katsete keskmisena ülalkirjeldatud kalorimeetris põletamise meetodil.
Probleem selle meetodiga on, et peenestatud ja kuumtöödeldud toidu energiasisaldus on põletamisel sama kui toorel peenestamata toidul, aga viimane imendub seedetraktist organismi oluliselt halvemini. Seega söögist saadud kalorid ja muud toitained võivad kordades erineda toidusildil olevatest. Näiteks raamatu Modernist Cuisine kohaselt (http://sanderheinsalu.com/ajaveeb/?p=817) seedub toorest porgandit närides 3% selles sisalduvast beetakaroteenist, keedetud porgandist 6%, toore porgandi püreest 21% ja keedetud püreest 39%. Kodus lihtsasti kontrollitav näide on maapähklite ja tükkideta 100% maapähklivõi erinev seedumine: peale pähklite põhjalikku närimist on väljaheites ikka heledaid pähklitükikesi näha, aga pähklivõi söömise järgselt mitte. Nendes pähklitükikestes sisalduvad toitained jäid organismil suures osas saamata, sest ainete difusioon kõvast pähklimaterjalist välja on väga aeglane. Veel äärmuslikum näide on, et kui pähkleid (samuti herneid, maisiteri jne) tervelt neelata, ei omasta organism neist peaaegu midagi. Seevastu USDA toitainesisalduse andmebaas (https://ndb.nal.usda.gov/ndb/search/list) näitab maapähklite ja maapähklivõi puhul ligilähedaselt sama kõigi toitainete sisaldust ja energiakogust.
Seedimise efektiivsuserinevust toore ja kuumtöödeldud toidu vahel võtab USDA teatud määral arvesse, korrutades kuumtöödeldud toidu vitamiinisisaldused koefitsientidega (https://www.ars.usda.gov/ARSUserFiles/80400525/Data/retn/retn06.pdf). See arvutus on muidugi ebatäpne, sest ei arvesta, kui kaua ja mis temperatuuril on toitu kuumutatud. Näiteks pisut keedetud poolkõvadest riisiteradest omandab organism palju vähem toitaineid (jällegi, kui väljaheites on tükikesi näha, siis neist tükikestest ei imendunud seedimisel eriti midagi) kui püreeks keedetud riisist. Samuti võib võrrelda kikerherneid ja hummust (mis on kikerhernepüree).
Täpsem ja peaaegu sama lihtne toidukalorite mõõtmismeetod oleks koguda teadaolevast toidukogusest seeditud väljaheited, kuivatada ja kalorimeetris põletada, ja siis võrrelda vabanenud soojusenergia hulka sama koguse kuivatatud toidu põletamisega. See diferentsiaal-kalorimeetria võtaks automaatselt arvesse efektiivset või vähemefektiivset närimist, toidu kuumutamist, peenestamist või muud eeltöötlemist. Mida paremini keedetud ja peenestatud toit seedub, seda vähem jääb sinna kehast väljutamise ajaks kaloreid (ja muid toitaineid) järele. Lahutades väljutatud põletuskalorid sissesöödud põletuskaloritest, on tulemuseks organismi imendunud energia.
Selleks, et ühe toidu kalorisisaldust ülaltoodud viisil mõõta, peab sellest toidust tekkinud väljaheite selle toiduga vastavusse viima. Üks viis on, et katseloom või inimene sööb päeva või paar järjest ühte ja sama toitu, nii et katseperioodi lõpuks ei segune väljaheites mitu erinevat sööki. Teine viis on määrata, mis ajal söödud toit millisel ajal väljub. Näiteks võib igale söögikorrale lisada erinevat (toitainevaest) toiduvärvi või raskestiseeduvaid tükikesi nagu amarantiterad või millimeetrised porgandikillud. Värvi või tükikesi on väljaheites näha ja nende abil saab määrata seedimise kestuse. Siis saab eraldada eri toitudest tekkinud ekskremendid ja neid ükshaaval mõõta.
Kuivatamise ja põletamise saaks tõenäoliselt asendada ka põhjaliku jahvatamise ja siis aeroobse fermenteerimisega süsihappegaasiks ja veeks, aga see meetod võtab vist kauem aega.

Huulte lõhenemine sõltuvalt tavalisest näoilmest

Huulte lõhenemine on tõenäolisem inimestel, kelle tavaline näoilme on neutraalne või morn, sest sellise ilmega on huuled horisontaalsuunas keskele lühenenud. Kui nad siis naeratades, süües või muul põhjusel järsku huuled pikaks venitavad, siis huule limaskest rebeneb. Seevastu enamasti laialt naeratavatel inimestel on huulte limaskest venitusega harjunud ja vastavalt horisontaalsuunas laienenud (nahk ja limaskest reageerivad venitusele rakkude paljunemisega, nii et pikenevad venitussuunas). Huulte laia asendisse venitamine pole siis protsentuaalselt nii suur limaskesta pikenemine kui tavaliselt lühikeses asendis huultele. Lisaks võib tihe huulte naeratusega venitamine limaskesta elastsemaks treenida. Nii venivam limaskest kui protsentuaalselt väiksem pikenemine vähendavad rebendiohtu, ehk huulelõhesid tekib vähem.
Huulelõhede ennetus on niisiis üks motiiv positiivse ilmavaate poole püüdlemiseks ja ameerikalikuks pidevaks naeratamiseks.

Põhjuslik seos huulelõhede ja näoilme vahel on kahesuunaline: kui inimesel huuled naeratades lõhenevad, siis see pisut valus kogemus tekitab nii teadliku kui alateadliku naeratamisest hoidumise. Inimene hoiab näoilme neutraalse, et mitte huuli rebestada. Kui huuled on juba lõhenenud ja kipitavad, siis tuju langeb, nii et näoilme muutub morniks. See kahesuunaline põhjuslikkus on tagasisideahel: morn ilme soodustab huulte lõhenemist (isegi kui mitte naeratada, võib huule limaskest rebeneda suure suutäie haukamisel või täishääliku hääldamisel) ja see omakorda morni ilmet.

Jahust pole lihtne putru keeta

Teoreetiliselt võib tunduda et jahust on lihtne putru teha, kuna jahuosakesel on suur pindala/ruumala suhe, seega peaks see võrreldes suurema kruubi või täisteraga kiiresti vett imama ja pehmeks keema. Empiiriliselt aga läheb tatrajahu klimpi ja kõrbeb põhja (muid jahusid pole ma pudruks keeta proovinud), segades kleepub lusika külge. Peale poti põhja kleepunud jahukile ära kraapimist taastekib see kile kiiresti, isegi madalaimal pliidikuumusel, ja hakkab jälle kõrbema.
Isegi üleöö vees seistes ei ima jahu korralikult vett – klimpide keskmed on kuivad. Nii et ka leotamine ei aita jahust putru teha. Suuremad tatraterad, mille vahele vesi lihtsasti pääseb, on pudruks palju paremad, sest ei moodusta klimpe ega kleepu nii lihtsasti poti ega lusika külge.
Amarant on väikseteraline (1mm läbimõõduga) ja selle keetmisel on osaliselt sarnased probleemid kui jahuga.

Susside soojusest

Jalanõude üks ülesanne on jalgu soojas hoida. Selleks on need tihti soojust isoleerivast materjalist. Aga sooja tunde jaoks ei pea sussid olema vähem soojustjuhtivad kui põrand. Jalalaba ümbritsedes ei lase need keha poolt soojendatud õhul minema liikuda, hoides sellega soojust.
Talla puhul on õhu roll väiksem – soojust hoiab talla inimesega kaasa liikumine. Kui tald kord soojaks läheb, siis on selle soojana hoidmiseks vaja vähem kehasoojust kui uue põrandatüki soojendamiseks pärast teise kohta kõndimist. Põrandal ühe koha peal püsides võivad tallad olla soojemad kui sandaalides, kui sandaalid põrandast paremini soojust juhivad.

Matemaatika ja füüsika koos õpetamisest

Üks rakendusmatemaatika doktorant Yale’is oli veendunud, et klassikalist füüsikat peaks õpetama koos tuletiste ja integraalidega matemaatikas, kuna see matemaatika osa leiutati just klassikalise füüsika kirjeldamiseks ja sellega samaaegselt. Nõustun sellega täielikult.

Koolis ei loodud nende kahe valdkonna vahele peaaegu mingit seost, see tuli mul pärast endal avastada. Oleks olnud lihtsam tuletistest ja integraalidest intuitiivselt aru saada, kui neid oleks seostatud teepikkuse, kiiruse ja kiirenduse või energia ja impulsiga. Matemaatikas sai õpitud pähe palju pindalade ja ruumalade valemeid, aga neid oleks olnud lihtsam meelde jätta, kui neid tuletise kaudu üksteisega seostatud oleks – näiteks kera pindala on ruumala tuletis, ringi ümbermõõt on pindala tuletis. Füüsikas tuli samuti pähe õppida hulk valemeid kiiruse, kiirenduse, jõu, energia jm kohta, mida oleks olnud lihtsam teha, kui neid tuletiste ja integraalide kaudu omavahel seostatud oleks. Lisaks oleks mõningaid arvutusi olnud kergem teha tuletiste ja integraalide abil kui valemite abil.

Sarnane seose mitteselgitamine toimus füüsikas gravitatsiooni ja elektromagnetismi ülesannete puhul. Samad valemid, ainult erinevate muutujanimedega, kirjeldavad raskusjõudu ja elektrostaatilist tõmmet, elektrivälja kogu tehtavat tööd ja potentsiaalset energiat jne. Analoogia elektrivoolu ja veevoolu vahel oleks kasulik – pinge on kõrguste vahe jõe alguse ja lõpu vahel, voolutugevus on jõe ristlõiget läbiva vee hulk sekundis, võimsust ja tehtavat tööd arvutatakse mõlemal juhul samamoodi.

Mulle on jäänud mulje, et inimesed mäletavad seoseid faktide vahel paremini kui fakte. Sel juhul on igasugusel õppimisel kasulik luua seoseid aine sees ja ainete vahel. Minu koolis seda eriti ei tehtud.