ΘΕΩΡΙΑ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΣΥΣΚΕΥΩΝ ΕΠΙΤΕΥΞΗΣ ΒΙΟΛΟΓΙΚΗΣ ΝΕΟΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗΣ ΑΝΙΑΤΩΝ ΑΣΘΕΝΕΙΩΝ Αίτηση διπλώματος ευρεσιτεχνίας 20150100032/27-01-15 Αλέκος Χαραλαμπόπουλος 5 Η ΣΥΜΒΟΛΗ ΣΕ ΕΝΑ ΔΥΑΛΙΚΟ ΣΥΜΠΑΝ Η απλή χρονική ταλάντωση y=acos(ωt), είναι η ταλάντωση σημείου χορδής, διαπασών, ράβδου, κλπ και παριστάνεται ως, σχήμα 1 στο τέλος 10 Η χωρική ταλάντωση σημείων χορδής, ή ράβδου είναι y=acos(2π/λ)x=acos(kx), σχήμα 2. H πρόσθεση δύο συνημιτόνων ή ημιτόνων με διαφορετική γωνιακή συχνότητα ω, ή διαφορετικό κυματαριθμό k είναι, y=acos(ω 1 t)+acos(ω 2 t)=2acos tcos t και αυτή είναι η συμβολή των κυμάτων και δίνουμε παράσταση, σχήμα 3 στο τέλος 15 Στην συμβολή η συχνότητα συχνότητας. περιλαμβάνεται και εξελίσσεται εντός της μικρότερης ΓΕΝΙΚΗ ΧΡΟΝΙΚΗ ΤΑΛΑΝΤΩΣΗ 20 θεωρείστε μία ταλάντωση χορδής, ελατηρίου κλπ, σχήμα 4 στο τέλος, να συμβαίνει στο Ο και να διαδίδεται στον άξονα x. Σε χρόνο Δt=x/v, φθάνει στο σημείο Α, άρα στο Ο ο χρόνος πλην Δt ακριβώς, θα δίδει συνφασική ταλάντωση y=acosω(t-δt)=acosω(t-x/v)=acos(ωt-kx). H εξίσωση 25 y= Acos(ωt-kx) είναι η γενική χρονική ταλάντωση. ΓΕΝΙΚΗ ΧΩΡΙΚΗ ΤΑΛΑΝΤΩΣΗ 30 Στην χορδή ή το ελατήριο διαδίδεται κύμα x=x 0 +vt, οπότε στο σημείο x 0 =x-vt. Άρα σε ένα σημείο συμβαίνει η ταλάντωση y=acos(kx-vt)=acos(kx-ωt). H εξίσωση, 1
y= Acos(kx-ωt) είναι η γενική χωρική ταλάντωση. 35 ΣΥΜΒΟΛΗ ΣΕ ΧΟΡΔΗ ή ΡΑΒΔΟ Με την χρονική μορφή, στην χορδή ισχύει, y=acos(ω 1 t-kx). Αλλά το κύμα της χορδής ανακλάται στο στερεωμένο άκρο της και επιστρέφει, αλλά τώρα όπως η εξίσωση, y=acos(ω 2 t+kx) 40 και συμβάλλει. Άρα, y=acos(ω 1 t-kx)+ Acos(ω 2 t+kx)= =2Acos( Στην χωρική συμβολή έχουμε, t kx)cos t y=acos(kx-ω 1 t)+ Acos(kx+ω 2 t)= 45 =2Acos( t kx)cos t Χωρική και χρονική συμβολή είναι ίδιες και δείτε μία ταλαντούμενη χορδή, αν είναι παράδειγμα συμβολής. 50 Επειδή το σύμπαν είναι δυαλικό, επειδή σε κάθε ηλεκτρόνιο του μετάλλου της χορδής ή της ράβδου, αντιστοιχεί ένα ίσης μάζας πρωτόνιο και επειδή στο κρύσταλλο προηγούνται ας πούμε τα πρωτόνια, με την διέγερση της χορδής αυτά θα διεγερθούν σε συχνότητα ω 1 και τα ηλεκτρόνια σε συχνότητα ω 2. Και έχουμε συμβολή, η δε συχνότητα ω 1 +ω 2 είναι στα επίπεδα της συχνότητας του φωτός. LASERS-ΠΥΚΝΩΤΕΣ-ΔΙΑΠΑΣΩΝ 55 60 65 Τα lasers ήταν η αφετηρία της ανακάλυψης και το διαπασών η επιβεβαίωση. Στο τέλος παρουσιάζεται φωτογραφία 1, που δείχνει την συμβολή φωτός ακτίνας laser που πίπτει σε φωτοπολλαπλασιαστή και στο κύκλωμα παρεμβάλλεται συχνοτόμετρο. Σε μία φυσική (Κυματική Κουγιουμζέλη-Περιστεράκη) προπτυχιακού επιπέδου που προμηθεύτηκα από παλαιοβιβλιοπωλείο, θα βρείτε το σχήμα. Ένα διαπασών να ηχεί και να έχει περιοχές μέγιστου και ελάχιστου. Έ! Πρόκειται για συμβολή. Όταν η σφύρα κτυπά το ένα σκέλος του διαπασών, αυτό το σκέλος δονείται σε συχνότητα ω 1. Και το άλλο σε λίγο μικρότερη, την ω 2. Το ίδιο συμβαίνει και στα μόρια του αερίου ή του υλικού των lasers ή στο ένα οπλισμό του πυκνωτή ενός κυκλώματος Tomson (στον άλλο οπλισμό του πυκνωτή,λίγο μικρότερη η συχνότητα). 2
Στον ένα οπλισμό του πυκνωτή ή το ένα σκέλος του διαπασών, ΑΝΑΚΛΑΤΑΙ η ταλάντωση και η εξίσωση είναι, και στον άλλο οπλισμό πάλι, y 1 =Acos(ω 1 t+kx 1 ) 70 y 2 =Acos(ω 2 t+kx 2 ) τα x 1,x 2 διαφέρουν συνήθως επειδή η διαδρομή είναι άνιση. Και, y=y 1 +y 2 =2Acos{ Επειδή (x x ) = (v v )t = 2π(ν 1 -ν 2 )t Θα έχουμε, t + (x x )}cos{ t + (x + x )} 75 y=2acos2π(ν 1 -ν 2 )tcos2π(ν 1 +ν 2 )t Αυτή είναι η εξίσωση των lasers-πυκνωτών-διαπασών. ΤΙ Ο ΠΑΛΜΟΓΡΑΦΟΣ ΚΑΤΑΓΡΑΦΕΙ 80 Ο παλμογράφος καταγράφει την ν 1 -ν 2 σαν απλή αρμονική ταλάντωση και δεν μπορεί να συλλάβει την ν 1 +ν 2 επειδή βρίσκεται στις συχνότητες του φωτός. Ο ΑΙΘΕΡΑΣ 85 Ο αιθέρας είναι ένα συνεχές και ελαστικό μέσο που διαπλέει τα πάντα. Τα μικροσωματίδια της ύλης «αιωρούνται» στον άπειρο αιθέρα. Έχει ιδιότητες στερεού, υγρού και αερίου ταυτόχρονα και η πίεσή του είναι άπειρη. Τα σωματίδια μπορούν και ταλαντώνονται στον αιθέρα και συνέχονται μεταξύ τους, μέσω του αιθέρα 90 ΕΠΙΡΡΟΗ ΤΗΣ ΤΑΛΑΝΤΩΣΗΣ ΤΩΝ ΜΙΚΡΟΣΩΜΑΤΙΩΝ ΣΤΟΝ ΑΙΘΕΡΑ Τα μικροσωμάτια που ταλαντώνονται σαν μάζες δεμένες με ελατήριο, ταλαντώνουν και τον αιθέρα. 95 3
ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΣΩΛΗΝΩΝ ΜΙΚΡΟΣΥΧΝΟΤΗΤΩΝ ΤΟΥ ΑΙΘΕΡΑ ΓΙΑ ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗ ΑΝΙΑΤΩΝ ΑΣΘΕΝΕΙΩΝ 100 105 110 115 120 Παίρνουμε γυάλινη ένεση (χαλαζία) και την χρησιμοποιούμε σαν ανοικτό σωλήνα από την μία πλευρά. Κολλάμε δύο αγώγιμες ροδέλες στα δύο στόμια εκατέρωθεν (φωτογραφία 2) και συνδέουμε τις ροδέλες με ταλαντωτή (φωτογραφία 3) σε KHz. Περιοχή συχνοτήτων από 30 περίπου KHz έως 1.5 MHz, δρα όπως η συμβολή, συχνότητα ν 1 -ν 2. Η ν 1 και η ν 2 είναι οι συχνότητες των πρωτονίων και των ηλεκτρονίων του χαλαζία, που δονούνται από την ηλεκτρική ταλάντωση των ροδέλων. Είναι κάτι σαν το πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο, όπου είναι γνωστό ότι το γυαλί πάλλεται σε υπερήχους (στην πραγματικότητα πρόκειται για την διαφορά που σμειώσαμε). Τώρα ο γυάλινος σωλήνας δονείται στις δύο συχνότητες των σωματίων, που πάλλουν τον αιθέρα. Ο σωλήνας δρα όπως ο ηχητικός σωλήνας, μόνο που συντονίζεται σε κάποιες συχνότητες, αλλά και χωρίς συντονισμό παράγουν αποτελέσματα. Από τον σωλήνα εξέρχονται κύματα του αιθέρα. Τα κύματα έχουν συμβολή στην συχνότητα των KHz που παράγει ο ταλαντωτής όπως περιγράψαμε για LCR, ν 1 -ν 2 και μέσα σε αυτό το κύμα που είναι πολύ μεγάλο, πραγματοποιούνται τα ξεχωριστά κύματα των συχνοτήτων ν 1,ν 2, τα οποία έχουν σχετικά μικρό μήκος και των οποίων τα κύματα βρίσκονται σε υπέρυθρες, ή μικροκυματικές συχνότητες, όπως αναμένονταν αφού στα lasers βρίσκονται σε φωτεινές. Άρα παρήγαμε κύματα θερμικά του αιθέρα. Αυτά τα κύματα θερμαίνουν τον αέρα μπρος και πάνω από τον σωλήνα και μπορούμε να τα ανιχνεύσουμε αν βάλλουμε τον αισθητήρα θερμομέτρου. Αλλά το κυριώτερο, αν βάλλουμε θερμόμετρο σώματος στην μασχάλη και κάτω από όσα ρούχα, αλλά να στοχεύσουμε στο μεταλλικό αισθητήρα του θερμομέτρου στην μασχάλη και σε κοντινή απόσταση, θα διαπιστώσουμε άνοδο θερμοκρασίας του θερμομέτρου. Εγώ μέτρησα μέχρι 0.6 βαθμούς Κελσίου. Πρόοδος της συσκευής, θα χρησιμοποιηθεί για θερμοπληξία σε ανίατες ασθένειες. ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΒΙΟΛΟΓΙΚΗΣ ΝΕΟΤΗΤΑΣ 125 130 135 Σύμφωνα με την ΒΙΟΛΟΓΙΑ Πανεπιστημιακών εκδόσεων Κρήτης, σε τρυβλία Petri και σε θερμοκρασία 37 βαθμών Κελσίου, ο πληθυσμός των κυττάρων διατηρείται σταθερός. Δηλαδή όσα κύτταρα γεννιούνται, άλλα τόσα πεθαίνουν. Στόχος είναι να ανεβάσουμε την θερμοκρασία του σώματός μας κατά 0.5 βαθμούς Κελσίου, οπότε εκτιμάται ότι θα πετύχουμε την βιολογική ισορροπία και μόνιμα (νεότητα). Ήδη έγινε αντιληπτή η αναγκαιότητα συσκευών που θα ανεβάζουν την θερμοκρασία. Οι μικροκυματικές συχνότητες του αιθέρα θα ανεβάσουν την θερμοκρασία. Παίρνουμε αγώγιμο βώλο (σφαίρα), αντιδιαμετρικά κολλάμε δύο ηλεκτρόδια και στο μέσο σύρμα να κρεμάσουμε την σφαίρα (φωτογραφία 4). Με τον ίδιο ταλαντωτή, ή κατάλληλη ισχύ σήματος ανάλογα με το μέγεθος της σφαίρας, θα πάρουμε συμβολή κυμάτων στον χώρο. Πάλι οι ίδιες συχνότητες και οι ν 1,ν 2 θα ανεβάσουν την θερμοκρασία του 4
σώματος. Σε πολύ κοντινή απόσταση της σφαίρας από την μασχάλη, κατέγραψα άνοδο της θερμοκρασίας μέχρι 0.3 βαθμούς Κελσίου. 140 Επισημαίνουμε ότι ισχύει το επιδερμικό ηλεκτρικό φαινόμενο και θα ταλαντωθούν τα επιφανειακά σωματίδια της σφαίρας. Στον χώρο που καλύπτουν τα ηλεκτρόδια δεν έχουμε συμβολή. 145 150 155 160 165 5
ΣΧΗΜΑΤΑ -ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΕΣ 2 y=2*cos(1.5*t) 1.5 1 0.5 y 0-0.5-1 -1.5-2 0 5 10 15 t Σχήμα 1 χρονική αρμονική ταλάντωση 2 y=2*cos(1.5*x 1.5 1 0.5 y 0-0.5-1 -1.5 170-2 0 5 10 15 x Σχήμα 2 χωρική ταλάντωση σε μία διάσταση 2 y=cos(5.1*t)+cos(4.9*t) 1.5 1 0.5 y 0-0.5-1 -1.5-2 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 t Σχήμα 3 cosa+cosb, συμβολή κυμάτων 6
175 y Ο Α x 180 Σχήμα 4 εξέλιξη στο άξονα x του κύματος 185 190 Φωτογραφία 1 Η ακτίνα του laser δεξιά, πέφτει στον φωτοπολλαπλασιαστή. Κάτω το συχνοτόμετρο καταγράφει συχνότητα, είτε στο κύκλωμα παρεμβάλλουμε πυκνωτή είτε όχι. Πρόκειται για την συχνότητα ν 1 -ν 2 και οι δύο αυτές συχνότητες που δεν μπορεί το συχνοτόμετρο να καταγράψει επειδή είναι φωτεινές, υπάρχουν στην «μονοχρωματική» ακτίνα laser. Επειδή η διαφορά αυτή συχνοτήτων κυμαίνεται, υπάρχει μικρή διακύμανση στην συχνότητα που καταγράφει το συχνοτόμετρο. 7
195 Φωτογραφία 2 σωλήνας από ένεση ή άλλος, που κολλώνται αγώγιμες ροδέλες εκατέρωθεν. Διαβιβάζουμε εναλλασσόμενο ρεύμα με προτίμηση τα 55 ή 112 khz, πάντως σε ζώνη συχνότητας κάτω των 1.5 MHz. Φωτογραφία 4. Μεταλλική αγώγιμη σφαίρα με ηλεκτρόδια 8