Hallo P3 (1): Jordens rotasjon, dusjing & regnbuen

I går var jeg på besøk hos radioprogrammet Hallo P3 for å hjelpe til med å besvare noen vitenskapsspørsmål som folk lurer på. Her er en oppsummering av spørsmålene jeg fikk.

Radioprogrammet Hallo P3 på NRK P3 har en radiospalte som heter «De smarteste vi kjenner» hvor de inviterer kunnskapsrike folk for å svare på spørsmål som er blitt diskutert på ulike fora på nettet, men som de syns ikke har fått tilfredsstillende svar. Denne uken skulle de ta for seg tre naturvitenskapelige spørsmål fra VG Debatt, og da kalte de inn meg 😀

Det var utrolig spennende og nervepirrende å gjøre min første radioopptreden, og ikke minst å skulle snakke om vitenskap til mange folk. Jeg blir jo veldig engstelig for å si noe feil – og for å få spørsmål på direkten som jeg ikke klarer å svare på 😛 Med meg i radiospalten hadde jeg heldigvis Hallo P3-gjenganger Lars Erlend Leganger som er utdannet fysiker, tidligere naturfagslærer og som nå jobber med finans. Pluss en programleder som er utrolig hyggelig (hun satt riktignok i Trondheim)!

Jeg tror det gikk ganske bra! Men jeg har jo gjort mye mer research enn det jeg rakk å si på radio. Så her er spørsmålene jeg fikk og researchen jeg gjorde på forhånd (jeg skjønner godt at disse spørsmålene har skapt mange diskusjoner på internett, for samboeren og jeg har diskutert i timesvis i helgen):

Spørsmål 1: Hvorfor tar det like lang tid å fly med og mot jordens rotasjonsretning? Burde det ikke gå fortere å fly i samme retning som jorden roterer?

Først noen fakta om jordens rotasjon: Jorden roterer rundt sin egen akse i løpet av 23 timer, 56 minutter and 4 sekunder. Den roterer fra vest til øst, og følger dermed høyrehåndsregelen hvis du peker høyre tommel oppover, for de som har tatt litt fysikk 😉 Eller mot klokka, for de som syns det er bedre å forholde seg til. Jordkloden roterer med en fart på nesten 1700 km/t ved ekvator, og med lavere fart lenger vekk fra ekvator (fordi du deler omkretsen på 24 timer, og omkretsen er mindre jo lenger vekk du er fra ekvator).

Når du står på jordoverflaten, opplever du det som om du og jorden er i ro fordi dere begge beveger dere med den samme hastigheten, mens det ser ut som om verdensrommet roterer rundt deg. Ikke overraskende har folk tidligere trodd at jorden var i sentrum av universet og at alt roterer rundt oss. Svever du derimot ute i verdensrommet og ser «ned» på jorden, er du i ro mens du ser at jorden roterer «under» deg. Hva som ser ut til å rotere er med andre ord avhengig av om du står inni jordsystemet eller ser på jorden sett utenfra.

Men hva har dette å si for et fly som da skal ta av fra bakken og bevege seg i atmosfæren rundt en roterende klode? Det er ikke slik at jordens atmosfære ligger og svever i ro mens jorden roterer på innsiden uavhengig av den; atmosfæren roterer i samme hastighet som selve jordkloden – de sitter fast i hverandre, på en måte. Siden du, der du står på jorden, opplever jorden og atmosfæren som i ro, vil et fly oppleve samme luftmotstand samme hvilken vei den flyr, enten det er med eller mot rotasjonsretningen. Retningen du flyr i vil altså ikke ha noe å si på reisetiden om du flyr øst eller vest.

Men det går ikke an å se på rotasjonen som fenomen alene. Inkluderer vi vær og vind blir situasjonen en annen. Jordens rotasjon skaper nemlig vindfenomener som har innvirkning på flyreisens varighet. Jordens rotasjon gjør at vinder legger seg i bestemte mønstre som vi kan benytte oss av når vi skal fly. Vindmønstrene vi kjenner best fra hverdagen er vestavinden, østavinden og passatvinden:

Easterlies = østavind, westerlies = vestavind, trade winds = passatwind. Figur: Wikipedia Commons

Hvis du lurer på hva som fører til at vi får disse luftstrømningene, er dette resultat av den såkalte corioliseffekten. Fordi rotasjonshastigheten til jorden er mye større ved ekvator enn den er for eksempel her i nord, gjør jordens rotasjon at nordgående vinder bøyes av mot øst og sydgående vinder bøyes av mot vest, og vi får disse mønstrene av luftstrømmer. Disse mønstrene bidrar igjen til å danne to kraftige jetstrømmer på hver av de to halvkulene, og disse jetstrømmene beveger seg alle i jordens rotasjonsretning:

Figur: Wikipedia Commons

Det er målt at jetstrømmene har hastigheter på 100-400 km/t. Disse jetstrømmene er spesielt viktige innen flyvning. De ble først brukt i 1952 på flyvning mellom Tokyo og Honolulu, og kortet ned flytiden fra 18 til 11,5 timer! Dette sparer både tid og drivstoff. Men du må da huske på å fly rundt jetstrømmen når du skal reise motsatt vei! Flyene må altså ta hensyn til værmønstrene i atmosfæren for å finne den raskeste reiseveien 🙂

Fun fact: Når vi skyter opp romskip som skal ut i verdensrommet, skyter vi alltid disse i jordens rotasjonsretning, altså mot øst. Og nærmest mulig ekvator, fordi jordens hastighet er høyest her. Da kan romskipet bruke jordens rotasjon til å bli slynget ut i verdensrommet og spare masse penger på drivstoff, for allerede ved oppskytning har romskipet jordens hastighet ved ekvator, på nesten 1700 km/t, i tillegg til sin egen fart.

De som virkelig har fulgt med, har kanskje fått med seg at romskip som regel skytes opp fra østkysten av Nord- og Sør-Amerika, og ikke vestkysten. Det er fordi romskipene da sendes oppover utover havet, sånn at de lander i havet i stedet for på land dersom det skulle skje noe uforutsett med romskipet 🙂

Noen av oppskytningsstedene som brukes.
Spørsmål 2: Hvor mye koster det å ta en dusj?

La oss si at du har litt dårlig råd og lurer på om det er penger å spare på å korte ned dusjen, eller droppe en dusj i ny og ne. Hvor mye penger er det egentlig å spare?

Dette er ikke vanskelig å finne ut av, for dette har vi en fin fysikkformel for (fra termodynamikken), som ser slik ut:

Q = C · m · dT

hvor Q er energien vi er ute etter. Det vi trenger å vite er varmekapasiteten til vann (C), hvor mye vann som skal varmes opp (m), og hvor mye vi ønsker å øke temperaturen til vannet vi skal dusje i sammenlignet med temperaturen vannet har når det går i rørene (dT).

Varmekapasiteten sier hvor mye energi som må til for å øke temperaturen i en væske eller objekt. For vann er denne størrelsen C = 4,19 kJ/kg K.

For å finne ut hvor mye vann det er snakk om for å ta en dusj, satte jeg på dusjen og lot den renne i en bøtte i 1 minutt. Etterpå veide jeg bøtta. Med tilnærmet fullt trykk i dusjen kom det en masse på 10 kg vann i minuttet. Bruker man at 1 liter vann veier omtrent 1 kg, tilsvarer dette rundt 10 liter vann i minuttet!

Til slutt er spørsmålet hvor høy temperatur du vil ha på vannet. La oss anta at vannet har 6º til å begynne med, og skal opp i 40º. Det betyr en differanse på 34º. Da blir energien som trengs:

Q = C · m · dT = 4,19 · 10 · (40 – 6) kJ = 1424,6 kJ

Men hva betyr dette i penger? Vi må først gjøre om til kilowattimer (kWh). Det gjøres enkelt ved å dele tallet vi fant på 3600, som er antall sekunder i én time, og vi får Q = 0,40 kWh. Videre er det rimelig å anta at du betaler cirka 60 øre/kWh. Så prisen det koster deg å dusje ett minutt er:

Pris = 0,40 kWh · 60 øre/kWh = 24 øre = 0,24 kr.

Så er det bare å gange dette tallet med antall minutter du har lyst til å dusje 🙂 10 minutter er sikkert en ganske vanlig lengde på en dusj, og da koster det altså 2,40 kr. Her er det altså ikke mye penger å spare.

Det jeg ble forundret over er hvor utrolig mye vann som brukes. Siden det brukes rundt 10 liter per minutt, blir det 100 liter vann når du dusjer i 10 minutter. Det er utrolig mye!

Hvis du har lyst til å regne ut for ditt eget forbruk, kan du bruke denne lille ligningen:

Pris = 4,19 · m · dT · x / 3600

hvor m = massen til vannet du bruker i løpet av en dusj (i kilo), dT = endring i temperatur (ønsket temperatur minus opprinnelig temperatur), x = pris per kWh der du bor (i øre hvis du vil ha svaret i ører, eller i kroner hvis du vil ha svaret i kroner) 🙂

Litt info om vannforbruket vårt som kan være til ettertanke:

Hvordan vi (mis)bruker vann i hverdagen vår.
Spørsmål 3: Hva er omkretsen av regnbuen, og er den alltid den samme? Og er regnbuen egentlig en hel sirkel?

Først: Hva er en regnbue egentlig? En regnbue er et optisk fenomen som oppstår når solen skinner gjennom regndråper i atmosfæren. Det nokså hvite sollyset består av alle bølgelengder av farger (rød farge har én bølgelengde, blå har en annen, osv.). Når det hvite lyset brytes i regndråpene, brytes de ulike bølgelengdene i ulik grad, slik at fargene blir skilt fra hverandre og danner et fargespektrum. Det er det samme som skjer når du sender sollys gjennom et prisme.

Men det holder ikke at du har sola i ryggen og regndråper i lufta foran deg for at du skal se en regnbue. Akkurat som i boken Haikerens guide til galaksen, er svaret også denne gangen 42. For at du skal se en regnbue må det nemlig være 42º vinkel mellom sollyset, dråpen og øyet ditt:

Det hvite sollyset treffer en dråpe, brytes, og reflekteres ut igjen. Figur: Wikipedia Commons.

Siden det kun er den ene bestemte vinkelen på 42º som gjør at du ser en regnbue, betyr det at regnbuen alltid vil se like stor ut på himmelen, med en «radius» (eller vinkelutstrekning) på 42º.

Men hva blir radiusen målt i kilometer (som vi kan bruke til å regne ut omkretsen)? Den er så godt som umulig å måle. Selv om regnbuen alltid vil se like stor ut på himmelen, kan regndråpene som danner fargene befinne seg i ulik avstand fra deg fra gang til gang. Og siden regnbuen er et optisk fenomen, ikke en fysisk gjenstand, vil du aldri kunne gå bort til den for å måle avstanden til den (som kan brukes til å bestemme den fysiske radiusen), for så fort du flytter deg, flytter regnbuen seg også. Så du vil med andre ord aldri kunne finne ut hva som gjemmer seg av skatter ved enden av regnbuen 😉 Og en person som står et annet sted enn deg, vil se en annen regnbue enn du gjør, så regnbuen du ser er individuell for deg. Det kan jo være fint å tenke på 🙂

Og så til det siste spørsmålet: Er regnbuen egentlig en hel sirkel? Ja det er den! Hvis du drar til Victoria Falls kan du nesten se hele, se f.eks. dette bildet.

Du må være høyt oppe for å kunne se den fulle sirkelen (høy bygning, fjell eller i fly). Når du står på bakken og ser en regnbue i horisonten ser du alltid 50 % eller mindre av den fulle regnbuesirkelen, fordi bakken er «i veien».

Fun fact: Ofte blir det faktisk en dobbel regnbue. Den innerste og minste regnbuen (primærbuen) er sterkest, mens en svakere sekundærbue ligger innenfor. Det morsomme er at hvilken farge som er innerst og ytterst i de to regnbuene er motsatt av hverandre.

Dobbel regnbue. Bilde: Wikipedia Commons.

For å se en dobbel regnbue er det en annen vinkel som gjelder, nemlig 50º. Mer presist, når vi snakker om disse vinklene, ser du en vanlig regnbue i intervallet 40º-42º for en vanlig regnbue, og i vinklene 50º-52º for en dobbel regnbue, ettersom regnbuebåndet har en viss bredde.

* * *

Håper dette var litt interessant! Jeg har i alle fall lært mye av å skulle svare på disse spørsmålene 🙂

Du kan høre opptak av sendingen her.

Hovedbilde: Calvin Bradshaw (calvinbradshaw.com)

Relaterte innlegg
Relaterte innlegg

Én tanke om «Hallo P3 (1): Jordens rotasjon, dusjing & regnbuen»

Legg inn en kommentar

Dette nettstedet bruker Akismet for å redusere spam. Lær om hvordan dine kommentar-data prosesseres.