ב-10 באוגוסט 1628 יצאה האונייה השבדית ואסה (Vasa) להפלגת הבכורה שלה לעיניהם של המוני צופים נלהבים בנמל שטוקהולם. היא הייתה חמושה ב-64 תותחים מצופים ארד ועוטרה במאות פסלים מגולפים. כל גאוותו של הכתר השבדי הייתה תלויה באוניית המפרשים הזו. אך כמאמר שירו של דני סנדרסון, “אין לדעת לאן או את סופו של המסע”, הסוף הגיע אחרי 1,300 מטרים בלבד: משב רוח קל הטה את ואסה על צדה, מים חדרו מבעד לפתחים ששימשו להוצאת קני התותחים, והאונייה ורוכביה רמו בים. לא חלפו אלא 333 שנה ושלד הספינה הטרופה הועלה מהמצולות והועבר לשימור ומחקר.
האם אפשר היה למנוע את טביעתה של ואסה? מחקר חדש עשוי לגלות מאילו חומרים כדאי היה לבנות אותה כך שלא תגיע אל קיצה הטרגי.
2 צפייה בגלריה
רפסודה בנויה מצינורות אלומיניום שאי אפשר להטביע |
(צילום: University of Rochester photo / J. Adam Fenster)
לעטוף את המתכת באוויר
כבר מגיל צעיר, תוך כדי משחק עם ברווזוני אמבטיה, אנו לומדים שיש חומרים שנוטים לצוף וחומרים שנוטים לשקוע. בבית הספר אנחנו לומדים על הסיבה לכך: קיומו של כוח ציפה, שמנוגד לכוח הכבידה. לעתים הכבידה גוברת על הציפה ולעתים קורה ההפך. אלפי שנים אחרי שארכימדס צעק בששון “אאוריקה” כשגילה את חוק הציפה שנקרא על שמו, חוקרים ממשיכים לעסוק בשיפור תכונותיהם של חומרים כך שיצופו טוב יותר על פני המים.
עוד כתבות באתר מכון דוידסון לחינוך מדעי:
כשמערכת החיסון שוכחת
מחלות ללא גבולות: אזהרת כלבת ברכבת
לשבור את מחסום הקול – בשקט
התכונה שאחראית יותר מכל על כוח העילוי היא צפיפות החומר, כלומר מסת החומר שאצורה בנפח נתון. ניסיון היומיום מלמד ששמן פחות צפוף ממים ולכן צף עליהם; מצד שני, חול וסוגים שונים של פלסטיק יותר צפופים ממים ולכן שוקעים. ברזל כמובן גם הוא צפוף ממים, בערך פי שמונה, ועדיין בונים ממנו אוניות שברוב המקרים לא שוקעות. זה מתאפשר הודות לכך שבבטן האונייה אגור אוויר רב, ולכן באופן ממוצע האונייה פחות צפופה מהמים וצפה עליהם.
2 צפייה בגלריה
האם אפשר ליצור מבנה מתכתי מסיבי שאי אפשר להטביע? צינור האלומיניום שנוצר במחקר, אינו שוקע גם כשהוא מחורר
(צילום: University of Rochester photo / J. Adam Fenster)
המבדיל בין אוויר למים
האם אפשר ליצור מבנה מתכתי מסיבי שאי אפשר להטביע גם כשמפעילים לחץ חיצוני ומנסים להטביע אותו בכוח? חוקרים מאוניברסיטת רוצ’סטר (Rochester) בניו יורק הוכיחו שאפשר. במאמר שפורסם לאחרונה בכתב העת Advanced Functional Materials הציגו החוקרים צינורות אלומיניום דוחי מים שאי אפשר להטביע. כדי להעניק לחומר סופר-הידרופוביות, כלומר יכולת מוגדלת לדחות מים, החוקרים ייצרו בחומר מארג של נקבוביות בקנה מידה ננומטרי ומיקרומטרי, והן מקנות לחומר שטח פנים עצום.
כשהצינור טובל במים, המבנה הנקבובי הזה לא מאפשר למים להיכנס לשקעים הגדולים יותר שקיימים בחומר במבנהו הטבעי; תחת זאת, מולקולות המים נותרות תלויות על בליטות זעירות בקצה של כל נקבובית, וכך הצינור כולא בועת אוויר שדוחקת את המים החוצה. הנקבוביות האלה נוצרות בדרך כלל בתהליך הננוטכנולוגי גילוף (Etching) שבו כימיקלים, למשל חומצות או בסיסים חזקים, מסירים שכבות ומשנים את פני השטח של החומר באופן מבוקר, וכך עשו החוקרים גם במקרה הזה.
(סרטון שמראה את הצינורות הצפים)
כדי לחזק את המבנה, החוקרים הוסיפו מחיצה באמצע הצינור, כך שגם אם הוא נטבל באופן אנכי, בועת האוויר תעמוד איתנה בלי לברוח החוצה, והצינור לא ישקע. וחשוב מכל, גם אם נחורר בו שלל חורים וננסה לחקות את פעולתו האכזרית של הקרחון שקרע את הטיטאניק, גם אז לא נצליח להטביע את המבנה, כי האוויר צמוד לפני השטח של החומר ברמה המיקרוסקופית, וכך תמיד יישאר מספיק אוויר לכוד, כדי שהצפיפות הממוצעת של המבנה תהיה נמוכה מזו של המים.
העכביש עשה את זה קודם
את הרעיון היצירתי שאלו החוקרים מעולם החי. כבר סיפרנו לכם בעבר על ביומימטיקה, התחום ששואל עקרונות פיזיקליים והנדסיים מהטבע, וזה גם המקרה שלפנינו. עכביש פעמון הצלילה (Argyroneta aquatica), שנקרא גם עכביש הבועה, מתמחה ביצירת בועות כאלה כדי ליהנות ממזונו תחת המים. הוא לוכד בועות אוויר על זיפי גופו ומשחרר אותן מתחת לקורת גג שהוא בונה בתוך המים, כך שכעבור זמן קצר נוצר סביבו כיס אוויר שמאפשר לו לסעוד את לבו בנחת. לפעמים הוא מתאמץ ולוקח את טרפו אל מעל למים, אבל עדיין רוב חייו מרוכזים מתחת לפני המים.
את הצינורות החדשים והמבטיחים, אומרים החוקרים, נוכל לחבר זה לזה במערך דמוי רפסודה וכך ליצור בסיס לכלי שיט מתקדמים –- אם כי לא ברור אם יוכלו לנוע במים כמו כלי שיט קיימים. עם זאת, בניגוד לטיטאניק הישנה והלא-טובה, הכלים האלה יצליחו לגבור על כל מעצור ומיצר, ואף נוכל להשתמש במבנה ובתפקוד שלהם על מנת לקצור אנרגיה מגלי הים וּמִשְׁבָּרָיו.
יהונתן ברקהיים, מכון דוידסון לחינוך מדעי, הזרוע החינוכית של מכון ויצמן למדע
