Sildiarhiiv: füüsika

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.

Talisupluseks vett ringi ajavad propellerid

Talisupluse jaoks jääaugu lahti hoidmiseks kui õhutemperatuur on alla nulli on vaja tihti pinnalt jääd riisuda, sest õhuke tekkiv jää on terava servaga ja võib ujujaid lõigata. Nõmme Spordikeskuse basseinis näiteks riisuti 08.03.2021 hommikul. Riisumisest lihtsam oleks populaarsetesse taliujumiskohtadesse vee alla aeglane propeller paigaldada, mis veeringlusega jää tekkimist takistab. Siis ei ole muret, et raskestinähtavat läbipaistvat õhukest jääd õigel ajal ei eemaldata. Piisab ühest pöördest minutis, mis ei vigasta juhuslikku vastupuutujat. Basseini on eriti lihtne propellerit panna, aga saab ka avavette.

Sellised propellerid olid kunagi Võrtsjärves kalade ummuksisse jäämise (lämbumise) vältimiseks – jäävabad laigud propellerite kohal võimaldasid kaladel seal hapnikurikkamat vett hingamas käia. Vist korraldas seda veesegamisprojekti Võrtsjärve Limnoloogiakeskus, aga praegu ma internetist selle kohta materjale ei leidnud.

Kui veealune propellerimehhanism ummistuma kipub või muidu liiga kulukas on, siis teine viis jäätumist takistada on akvaariumipumba laadne voolik, mille kaudu vee alla aeglaselt õhumulle puhutakse. Tõusvad mullid segavad vett, tõstes põhjast soojemat pinna lähedale. Kui veekogu kaldal on soojustatud hoone, võib vooliku teise otsa sisse õhku pumpav mootor olla hoones, ise külmumise eest kaitstud.

Energia kokku hoidmiseks võib propelleri ja õhupumba kiirust automaatselt õhutemperatuurile vastavaks kohandada. Plusskraadidega pole vaja vett segada. Mida külmem õhk, seda kiiremini propeller või pump peab töötama. Kontrolleriks sobib näiteks temperatuurianduri ja releega Arduino.

Sisekujundus, mis arendab mõtlemist

Eriti koolides ja lasteaedades võiks kõik pinnad ja esemed muuta õppevahenditeks. Põrandal võiks olla maakaart, putuka- või taimepildid, teed ja liiklusmärgid. Seinad kaetud geomeetriliste kujundite (Sierpinsky vaip, mingi tessellatsioon), valemite, luuletuste või muu teabega. Laes tähekaart, pilvenäidised, linnupildid koos nimedega või ilma. Projektoriga võib valgele laele ja seintele ka pidevalt vahetuvat materjali kuvada. Laudade ja toolide pinnad võib ka teabega katta, sealhulgas altpoolt, mis pakub avastamisrõõmu.

Uksepiitadele võib joonistada või kleepida sentimeetripaela või ruudustiku, mille iga ruudu küljepikkus on algarv sentimeetreid, erinevatel piitadel erinev.

Trepiastmete vertikaalne ja horisontaalne osa võiks olla eri värvi, nii et trepi keskmine värvus muutub vastavalt vaatenurgale.

Mänguväljaku kiik võiks olla lihtsalt põrandalaud üle silindrilise paku, nii et jõu õlga saab muuta, nihutades lauda asümmeetriliselt üle paku. Teine huvitav kiik on ülal tala küljes kiikuv pulk, eri otsad eri pikkusega, otste küljes köied, nii et kiikuda saavad erineva raskusega inimesed või lühemas pulgaotsas kaks, pikemas üks.

Jooginõud võiksid olla mõõtetopsid, mille pealt saab ühikuid õppida. Erineva teadaoleva suurusega mõõtetopside abil saab diofantilisi võrrandeid tutvustada, näiteks mõõda 4- ja 7-ühikulise topsi abil 9 ühikut vett. Taldrikutele võib erineva laiusega sektorid glasuurida.

Klaasist või läbipaistvast plastikust prismad akendel tekitavad ilusaid vikerkaari. Saab võrrelda, miks LED lambid prismas vikerkaart ei tekita.

Difraktsioonivõre saavad lapsed ise teha, kriipides või joonistades läbipaistvale plastikplaadile lähestikku paralleelseid sirgjooni. Plaadi võib siis aknaklaasi asemele panna.

Peeglid 90-kraadistes nurkades ei pööra kujutist ümber kui täpselt keskele vaadata. Peeglid vastasseintes tekitavad lõpmatuid peegelduste jadasid.

Kõikvõimalikud masinad ja seadmed võiksid olla korpuseta või kui ohutus nõuab korpust, siis läbipaistva korpusega, et näha osi, mis seal sees. Loputuskast tualetis, ukseluku ja aknalinkide katteplaadid näiteks.

Teaduskatsete ideed teadusmessiks annavad veel võimalusi.

Ühesuunaline liiklus kitsas garderoobis kiirendab kokkuvõttes asjade kättesaamist võrreldes sama ukse või käiguvahe kaudu sisse ja välja trügimisega. Klassi eesotsast kontrolltööde võtmisel on samuti ühesuunaline ringiratast käimine parem kui punti kogunemine ja seal keskele ja välja trügimine.

Köieveo asemel võib teha paljude inimestega rõngavedu, kus igaüks püüab rõngast võimalikult oma nurga lähedale saada. Koostöös on lihtsam tõmmata, aga siis peab nurga osas teistega kompromissi leidma. Kolme võistkonnaga jalgpall auhindab ka strateegilist tegutsemist.

Inimesesuurune hamstri jooksuratas on lõbus. Selleks, et pööreldes ettevaatamatult küljele sirutatud käed ratast ülal hoidvate pulkade ja ratta diameetripulkade „kääride” vahele ei jääks, võiks ratast külgedelt kinnitada pikemate horisontaaltorudega, mis alles meetri kaugusel ratta diameetripulkadest allapoole maapinnani pöörduvad.

Käsitsi vändatav ventilaator (kaitsevõrega), või ka jalgrattatrenažööri või sõudeergomeetri külge ühendatud.

Kala luude eemaldamine koos selgrooga

Kala luud on tihti söömisel ebamugavad ja tundub, et tööstuslikult pole välja mõeldud eriti head võimalust nende eemaldamiseks. Filee lõikamine on üsna ebatäpne ja raiskab suure osa kalast. Ka filees olen enamasti luid avastanud, sest fileesse ulatuvad ribid lõigatakse läbi, mitte ei tõmmata välja. Kalakonservides on ka jupp selgroogu, kuigi lihtsam oleks karpi pakendada painduvamaid lihatükke kui jäika luutükki. Luudel on muidugi madalam omahind, mis hoiab tootja kulusid kokku, aga luudeta konserv oleks kasumlikum, sest selle eest saaks oluliselt kõrgemat hinda.

Avastasin lihtsa mooduse peaaegu kõiki luid roogitud (sisikonnata, kuid pea, uimede, saba ja nahaga) kalast eemaldada. See õnnestus esimesel katsel vikerforelliga ja enamik toidukalasid on sarnase ehitusega. Kuumuta kala madalal temperatuuril kuni liha pehmeneb ja luudelt lahti tuleb – umbes 50 kraadi juures umbes tund aega (mina kasutasin survekeetja soojendusrežiimi ilma rõhuta). Seejärel saab kalal peast või selgroo otsast kinni võtta ja sõrmedega liha luudelt maha lükata. Osa lihast kukub ise küljest kui kala selgroogu pidi õhku tõsta. Ribid ja saba jäävad selgroo külge, ainult mõni üksik luu kukub lihaga koos potti (pildid allpool). Uimed saab samuti lihtsasti naha küljest ära tõmmata. Minu katsetatud forellil tuli ka pea selgroo küljest ära.

Pärast võib seda selgroolt ära pühitud lihahunnikut maitse järgi keeta-küpsetada. Enamik lihatükke on üsna suured, sobides ka fileena serveerimiseks. Harjutamise ja kuumuse optimeerimisega saaks ilmselt fileed tervena kätte. Naha saab ka küljest tõmmata, aga mina jätsin selle potti, kuna söön seda hea meelega.

Oluline on hoida kuumus madal, et luud pehmeks ei läheks ja selgroo küljest lahti ei tuleks, muidu kukuksid need koos lihaga ja oleksid ikka selles segamini. Meetodi põhimõte ongi, et liha ja selle ühendus luudega pehmenevad palju madalamal kuumusel ja lühema keetmisajaga kui luud ja nende omavahelised ühendused.

Kala oli mul potis rõngasse keeratuna, nina vastu saba, kõht ülespidi ja avatud. Õnneks on kalad üsna painduvad loomad, muidu poolemeetrine forell kuueliitrisesse potti ei mahuks.

Kalatööstuses oleks seda meetodit lihtne laialdaselt rakendada, sest palju kalu saab korraga suures madala temperatuuriga aurukatlas (türgi saunas) või keedupotis liha eraldamiseks parajaks kuumutada. Juba kalalaeva peal või kalafarmis saaks luud, pead ja uimed eraldada ja olenevalt keskkonnanõuetest võibolla ka vette tagasi visata.

Optimaalne kuumutamismeetod võib olla altpoolt, kalad selili üksteise kõrval, et kuumus just selgrooümbruse liha-luu ühendusi nõrgendaks. See ehk ei tasu vaeva, mida nõuab kalade paigutamine. Lihtsam on visata kalad soojaveevanni ja tunni pärast peadpidi välja tõmmata liha mahalükkamiseks. Võibolla saab seda kuidagi mehhaniseerida, näiteks konks läbi pea ja seljauime juba enne keetmist, siis välja tõmmata ja raputada, et liha kukuks, aga see nõuab katsetamist, sest ilmselt kukub selgroog koos lihaga pea küljest. Võibolla ultraheliga vibreerimine aitab liha luudest eraldada.

Rookimata terve kala puhul tekib küsimus, kas sisikonda saab samal meetodil eemaldada. Oletan, et see on keeruline, sest sisikond koosneb pehmetest kudedest nagu lihagi ja läheb vist umbes sama pehmeks sama temperatuuri ja ajaga. Sõrmedega kahe pehme koe eraldamine nõuab vist harjutamist.

mde

cof

Häälekast väljahingamisest kehalise pingutusega

Lisaks psühholoogilisele enesejulgustamisele võib ka füsioloogiline põhjus olla, miks suure kehalise pingutuse korral häälega välja hingatakse, kuigi häälitsedes ju suletakse häälepaeltega osaliselt kõri, mis takistab õhu liikumist. Tundub evolutsiooniliselt ebamõistlik pingutades väljahingamist takistada, sest aeglasem kasutatud õhu väljavool pikendab aega värske õhu sissevooluni ja sedakaudu vähendab lihaste varustatust hapnikuga, seega kehalist võimekust.

Põhjus võib olla, et kõri osalisel sulgemisel sama väljahingamislihaste pingutuse korral rõhk kopsudes suureneb, mis kiirendab hapniku imendumist verre. Lisaks tekitab rõhuerinevus õhuvoole (tuult) kopsudes, mis segab õhu paremini läbi ja viib selle kaugematesse soppidesse. Ühtlasema hapnikusisaldusega õhk suuremal kopsupinnal kiirendab samuti hapniku imendumist. Väljahingamist saab takistada ja kopsurõhku suurendada ka hambaid kokku surudes või huuli torutades.

Kui pingutus on ühekordne (jõutõstmine näiteks), siis võib sportlane täis kopsudega üldse hinge kinni pidada, et neis hetkel sisalduvat õhku pikemalt ära kasutada selle kogust mitte vähendades. Tekkiva hapnikuvõla saab tasuda peale pingutuse lõppu. Samuti saab hingamise peatamisega natuke kokku hoida hingamislihaste energia- ja hapnikutarbe pealt.

Soojuskao täpsem mõõtmine

Mõõtmaks kui kiiresti keha külmas vees minutis soojust kaotab (et hinnata näiteks kalorikulu talisuplusel), peaks organismi sisemise soojendusmehhanismi välja lülitama, ehk määrama laiba soojuskao. Seda on lihtsam ja odavam teha näiteks sea laibaga kui inimese. Selleks peab soojendama lihakeha ühtlaselt kehatemperatuurini ja siis panema teatud ajaks külma vette. Seejärel tuleks mähkida laip põhjalikult soojusisolatsiooni, et lasta temperatuuril kogu organismis ühtlustuda ja alles siis mõõta temperatuuri mitmest kohast. Korrata võib mitu korda, et mõõtmisi keskmistades täpsemat tulemust saada.

Püsisoojase looma sisemine soojustootmine töötab temperatuurikaole vastu, nii et temperatuuri põhjal ei saa siis kalorikulu arvutada. On ka teisi võimalusi kalorikulu määrata, näiteks hingamise hapnikukulu ja süsihappegaasi teket mõõtes (kinnises kapis).

Suhteliselt lihtne ja odav viis soojuskao teada saamiseks on ka vee soojenemise mõõtmine: vee kogus korda temperatuurierinevus enne ja pärast inimese selles viibimist korda vee erisoojus. Vesi peab olema hästi soojusisoleeritud ja peale ujumist peab laskma selle temperatuuril ühtlustuda enne kui mõõta. Vee segamine kiirendab ühtlustumist. Bassein peab olema ka pealtpoolt soojusisoleeritud, soovitatavalt ka inimese selles viibimise ajal. Võimalik on vahtplastiga vooderdatud veekindel kast, peal vahtplastist kaas mille sees on inimesele hingamistoru.

Teekannu väike energiakokkuhoid

Rohelise tee jaoks soovitatakse 80-kraadist vett. Taimeteeks piisab isegi madalamast temperatuurist, vaid pisut kuumast veest. Isegi musta teed saab teha mittekeeva veega. Kui seada elektrilise teekannu termostaat seda madalamal temperatuuril välja lülitama kui 100 kraadi, siis saaks igal kasutuskorral pisut energiat kokku hoida.

Kui inimene ootab kannu väljalülitumiseni, siis madalamal temperatuuril lülitumine aitab ka aega säästa.