Tehnocultura TVS 004 – Tehnologia pomului de Crăciun și știința fulgilor de zăpadă


Episodul special de Crăciun, cu tehnologia pomilor de Crăciun și știința fulgilor de zăpađă, a fost difuzat la TVS Brasov în data de 25 decembrie 2014, orele 19:00.

Știai că pomul de Crăciun semnfică nemurirea? În multe culturi pomii reprezintă imortalitatea. Mai știai că obiceiul Pomului de Crăciun vine de la germani, care se închinau la stejari?

În acest episod special de Sărbători vom afla despre istoria și tehnolgoia din spatele pomului de Crăciun, apoi vom afla mai multe despre chimia din spatele mirosurilor de Crăciun ca cel de vin fiert sau cel de turtă dulce.

La final de episod aflăm despre studiile făcute pe fulgii de nea. S-a aflat de ce au formă hexagonală iar românul Adrian Bejan, de la Universitatea Duke din Anglia, a fost cel ce a explicat de ce fulgii au forma aceasta.

Afla mai multe despre mirosurile de Crăciun și studiile făcute pe fulgii de zăpadă din transcriptul emisiunii:

Nu avem interviu în această ediție specială 😀

Dacă nu ai timp de văzut filmul, poți urmări varianta de podcast aici sau pe iTunes.

Pentru idei, corecturi, sugestii, reclamații îți stau la dispoziție în zona de comentarii sau pe canalul YouTube al TehnoCultura.
============= TRANSCRIPT =============
Simți deja mirosul de portocale, vin fiert și brad verde? Foarte bine. Rămâi aproape ca să afli câteva lucruri interesante.

Impodobirea pomului de Crăciun este un obicei relativ nou care își are începuturile prin secolul al XVI-lea, în zona Germaniei. Unele surse plasează apariția obiceiului în zona Scandinaviei prin secolul al XV-lea.

img-1-179 (Medium)
(sursa http://www.thelistlove.com/10-christmas-tree-facts-to-make-you-feel-festive/ )
Se folosesc pomi coniferi, pe cum este bradul, apoi se aduc lumini, betele, jucării, ornamente și o stea sau un nger care se pune în vârful pomului.

După 1850 obiceiul a prins amploare și în alte țări în afară de Germania, astfel că azi o bună parte din planetă este obișnuită cu prezența pomului de Crăciun în casă.

Până în 1900 numai familiile bogate avea pomi de Crăciun în casă, dar după 1920 pomii de Crăciun au putut fi văzuți în orice casă.

La începuturi pomul era împodobit cu dulciuri, mere și lumânări. Se spune că Martin Luther a fost primul care a pus lumânări în pom. Azi merele sunt înlocuite de globuri iar lumânările înlocuite de beculețe.

In vremurile de dinaintea acestui obicei, prin secolul al VII-lea, germanicii se închinau la stejari.

Sfântul Boniface, protectorul Germaniei, cel care a ajutat la convertirea germanilor la creștinism, a tăiat un stejar la care se închinau germanii și in locul lui a pus un brad.

Boniface spunea că bradul semnifică Trinitatea datorită formei tringhiulare. Să nu uităm că pomii semnifică veșnicia în multe culturi. Tocmai de aceea Crăciunul are propriul pom.

Extra:
http://en.wikipedia.org/wiki/Christmas_tree
http://en.wikipedia.org/wiki/Saint_Boniface

Anual în Europa se folosesc 50 – 60 de milioane de pomi de Crăciun, mare parte din ei fiind crescuți special pentru această ocazie. Uneori se pot cumpăra cu tot cu rădăcini.

Pomii artificiali

Pomii de Crăciun artificiali de azi sunt făcuți din PVC, policlorură de vinil – n[CH2 = CHCl], substanță sintetizată accidental de Eugen Bauman în 1872.

Policlorura de vinil are la bază un monomer numit cloro-etenă sau clorură de vinil. 13 miliarde de kilograme de PVC se fac anual.

img-2-interior-best-pre-lit-christmas-treejpg
(sursa http://uscountryproperties.com/wonderful-photos-artificial-christmas-trees-interior-ideas/best-pre-lit-christmas-tree-pictures-captivating-artificial-christmas-trees-houston/ )

Extra:
http://en.wikipedia.org/wiki/Christmas_tree#Artificial_trees
http://en.wikipedia.org/wiki/Polyvinyl_chloride
http://en.wikipedia.org/wiki/Vinyl_chloride

Primii pomi artificiali s-au creat prin secolul al XIX-lea și foloseau pene de gâscă colorate în verde. Abia după 1930 s-au creat pomi aritficiali din perii, apoi s-au folosit tije de aluminiu iar după anul 2000 am avut chiar și pomi cu fibra optică.

Avantajul pomilor artificiali este că nu murdăresc și pot fi refolosiți ani la rând. Prețurile variază între 70 și 300 de lei, în funcție de complexitatea acestora. Acum să trecem la ornamente.

Luminile de Crăciun

Pomii de Crăciun nu sunt la fel fără luminile de pe ei. La început erau folosite lumânări, apoi felinare iar azi se folosesc becuri foarte mici.

Primul care a folosit un șir de becuri pentru pomul de Crăciun a fost Edward. H. Johnson, în anul 1882. Edward H. Johnson era un asociat al lui Thomas Edison și a folosit 80 de becuri incandescente de mărimea unei nuci. Becurile aveau culoarea roșie, albă sau albastră.
img-3-Rockefeller_Center_christmas_tree (Medium)
( sursa http://en.wikipedia.org/wiki/Christmas_lights )
Abia după aproape 20 de ani, prin 1900, firmele au început să folosească șiruri de beculețe de Crăciun iar becurile pentru pom au fost adoptate de publicul larg după 1930 când s-au ieftinit.

De fapt, au ajuns într-atât de apreciate încât Carson Williams, inginer electronist din SUA, a creat un spectacol de lumini pe casa lui folosind 25 000 de becuri în anul 2005.

Să vedem puțin spectacolul
run video – 1 min –

Iată un alt exemplu
run video – 1 min – https://www.youtube.com/watch?v=bua18A09xfQ

Extra:

http://en.wikipedia.org/wiki/Carson_Williams http://en.wikipedia.org/wiki/Christmas_lights
http://www.snopes.com/photos/arts/xmaslights.asp

Luminile de pom de azi pot fi numai un simplu șir de becuri foarte mici sau pot fi controlate cu ajutorul unui microchip pentru a lumina în orice mod ai dori. La unele seturi de lumini se folosesc LED-uri pentru că sunt mai durabile și consumă mult mai puțină energie electrică.

De altfel, se pot crea sculpturi de lumină precum ai văzut în filmulețele anterioare.

Globurile de Crăciun

Pe lângă luminile de pe pomul de Crăciun mai avem bomboane, dulciuri, bețigașe de zahăr, fulgi artificiali, betele, ghirlande, vată, jucării sau Moși în miniatură. Cu toate acestea cel mai mult atrag atenția globurile de sticlă.
img-4-Blue_Christmas_ornament (Medium)
(sursa http://en.wikipedia.org/wiki/Christmas_ornament )
Globurile de Crăciun au fost folosite pe scară largă încă din 1847, dar primele globuri din lume au fost create prin 1580 în Lauscha, Germania. Pe la acea vreme Hans Greiner, care făcea ghirlande din mărgele de sticlă, s-a gândit să schimbe rețeta și să facă niște globuri de sticlă.

Mai mulți producători au văzut potențialul și, în scurt timp, Lauscha exporta globuri de sticlă către toată Germania.

Globurile de sticlă se fac, în principiu, în același mod ca acum câteva sute de ani: se ia un tub de sticlă, se încălzește foarte mult, apoi este pus într-o formă din lut iar lucrătorul suflă aer în tub.

Tubul se umflă și ia forma vasului de lut după care restul tubului este tăiat. În globul de sticlă este turnată apoi o soluție de nitrat de argint pentru a-i da culoarea gri. Se pune apoi un capac cu fir la capat și este gata globul de Crăciun.
img-5-REU-POLAND-ODDLY-21 (Medium)
(sursa http://darkroom.baltimoresun.com/2014/12/hand-blown-polish-christmas-ornaments/#1 )
Anual se produc sute de milioane de globuri de sticlă în peste 10 000 de modele.

Extra:
http://en.wikipedia.org/wiki/Christmas_ornament
https://www.youtube.com/watch?v=smvnEx4w3dI

Nu trebuie să uităm că sticla nu este altceva decât nisip încălzit la 1200 de grade Celsius și apoi topit. Un lucru interesant: dacă încălzești nisip la temperaturi mari obții sticlă, dar dacă încălzești sticla la 1200 de grade nu mai obții nisip înapoi.

Sticla are o istorie veche de mai bine de 3000 de ani și merită un episod întreg. Hai să urmărim cum se face un asemenea glob de sticlă azi:

Extra:
http://www.newscientist.com/article/dn24787#.VIiJ5zGUd5I

Vârful pomului de Crăciun

Extra
http://en.wikipedia.org/wiki/Tree-topper

Ultimul lucru care se pune pe pomul de Crăciun este vărful acestuia. Vârful pomului de Crăciun poate fi un înger, o stea ori chiar o jucărie oarecare. La început s-a folosit figurina unui înger pentru a-l reprezenta pe Ingerul Gabriel, de la Nașterea lui Hristos, dar apoi s-au folosit multe alte modele. Steaua pomului de Crăciun, de exemplu, reprezintă Steaua de la Betleem.
img-7-10373119974_85bff04800_b
(sursa https://www.flickr.com/photos/notionscapital/10373119974/ )
Acest obiect poate fi din plastic sau din sticlă, poate avea lumini sau poate genera sunete.

Steaua din plastic cu leduri imi este cea mai simpatica

Cei mai mulți romăni preferă să cumpere stele de Crăciun și să le folosească an de an. Acestea se pot face și acasă din conuri de carton și hârtie. In fabrică stelele cu leduri au carcasa dintr-un plastic numit PVC, sau policlorură de vinil, în care sunt inserate benzi cu LED-uri și un microcontroller, un procesor mai mic, care are rolul de a aprinde luminile după tipare dinainte stabilite.
img-6-11b9e4b6ac005056b7261c (Medium)
(sursa http://www.rakuten.co.uk/shop/xsstock/product/XS2989/ )

Extra
plasticuri http://en.wikipedia.org/wiki/Plastic#Common_plastics_and_uses

Știința mirosurilor de Crăciun

Și acum să trecem la Știința mirosurilor de Crăciun. De Crăciun ne înconjurăm de tot felul de miresme, de la cele de portocală la cele de vin fiert. Te-ai întrebat vreodată ce substanțe dau acele miresme?

Ei bine, Andy Brunning, de la compoundchem.com, profesor de chimie, a făcut o listă scurtă de lucruri de prin preajma Crăciunului și le-a notat în jurnalul de inginerie și chimie din SUA numit C&EN News.
st-m-00-1417988450080

Să începem:
1. mirosul bradului este dat de substanța numită alfa-pinenă – C10H16, un tip de terpen des întâlnit în natură în lumea vegetală. Terpenii sunt o clasă cu zeci de mii de substanțe diferite, unele dintre ele folosite pentru obținerea insecticidelor, bactericidelor sau a unor parfumuri.
st-m-01-Alpha-Pinene_Isomers.svg
2. vinul fiert are un mirosul binecunoscut datorită cuișoarelor. Mirosul din uișoare este dat de substanța numită eugenol- C10H12O2, care este un lichid uleois, galben, găsit și în nucșoară sau scorțișoară. Eugenolul este folosit pentru parfumuri, dar și în medicină ca antiseptic sau anestezic local.
st-m-02-Eugenol2DCSD.svg
3. turta dulce are mirosul caracteristic datorită zingheronei-C11H14O3, substanță asemănătoare eugenolului sau a vanilinei. Se găsește în ghimbir, după ce acesta este gătit. In anumite țări în dezvoltare ghimbirul gătit este folosit împotriva diareeei. Ghimbirul proaspăt nu are zingheronă astfel că acesta trebuie gătit pentru a transforma gingerolul în zingheronă.
st-m-03-Zingerone

4. mirosul focului de lemn, mai precis de afumat, este dat de syringol – C8H10O3 . Aceeași substanță dă mirosul specific cărnii afumate.
st-m-04-1-1280px-Syringol
Syringolul este un produs rezultat în urma pirolizei ligninei – (C31H34O11)n . Piroliza este descompunerea unei substanțe organice în altă substanță la temperaturi mari în absența oxigenului.

Lignină, nume provenit de la lignis, lb. lat., unde înseamnă “lemn”, este un tip de alcool aromatic prezent în celulele plantelor. Una dintre utilizările recente ale ligninei este obținerea de fibră de carbon.
st-m-04-2-1060px-Lignin_structure.svg

Stiinta
http://cen.acs.org/articles/92/i49/Periodic-Graphics-Scents-Season.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Alpha-Pinene / http://ro.wikipedia.org/wiki/Terpen
http://en.wikipedia.org/wiki/Eugenol / http://en.wikipedia.org/wiki/Zingerone
http://en.wikipedia.org/wiki/Syringol / http://en.wikipedia.org/wiki/Pyrolysis / http://en.wikipedia.org/wiki/Lignin
http://www.compoundchem.com/

Știința fulgilor de nea

Extra
http://www.forbes.com/sites/anthonykosner/2013/12/22/winter-wonderland-snowflakes-are-predictably-diverse-but-not-unique/
http://www.compoundchem.com/2014/12/10/snowflakes/

http://www.researchgate.net/publication/257132993_A_global_classification_of_snow_crystals_ice_crystals_and_solid_precipitation_based_on_observations_from_middle_latitudes_to_polar_regions – DOI: 10.1016/j.atmosres.2013.06.006

st-mf-00-a1600by1200 (Medium)
(sursa http://www.its.caltech.edu/~atomic/snowcrystals/ )

Dacă tot am aflat despre știința mirosurilor hai să aflăm câte ceva și despre știința fulgilor de nea. Fulgii de nea sunt acumulări de cristale de gheață care au, în general, o formă generală hexagonală, cu șase laturi, dar ei există în 8 categorii generale, 39 intermediare și 128 elementare. Cu alte cuvinte, există 128 de tipuri de fulgi iar fiecare dintre ei este diferit de oricare altul. Rareori vezi doi fulgi la fel.

st-mf-02-The-Shapes-of-Snowflakes
Forma fulgilor depinde de umiditatea aerului și temperatura la care au fost creați. Cercetătorii de la Caltech au realizat chiar și o diagramă care să reflecte acest lucru:

st-mf-01-morphologydiagram
(sursa http://www.its.caltech.edu/~atomic/snowcrystals/primer/morphologydiagram.jpg )

La umidități mici fulgii au forme simple iar la umidități mari fulgii au forme foarte complexe. Ultima clasificare, făcută prin anii 60 spunea că există 80 de categorii de fulgi. Cea făcută de Takao Kameda și echipa sa în 2013 a ridicat numărul la 128 de categorii.

Extra
– lucrarea lui Takao Kameda
http://www.researchgate.net/publication/257132993_A_global_classification_of_snow_crystals_ice_crystals_and_solid_precipitation_based_on_observations_from_middle_latitudes_to_polar_regions

Fulgii ar putea fi clasificați în 8 mari categorii:
– cristale tip coloană
– cristale plane
– combinație coloană și plane
– agregate de cristale de zăpadă
– coloane cu capace
– germeni de cristal
– particule neregulate
– alte tipuri de precipitare solidă

S-a creat inclusiv ecuațiile de formare a fulgilor, ecuații gândite de cercetătorul Adrian Bejan, de la Universitatea Duke, din Anglia.

Formulele publicate în Revista Nature exemplifică solificarea de tip S, graficul de solidificare având forma literei S. Adrian Bejan ne explică faptul că forma fulgului este dată de condițiile atmosferice și de modul în care căldura este distribuită în fulg.

Un lucru trebuie subliniat: se știe din fizică faptul că atunci când o substanță se solidifică, aceasta elimină căldură. Pe același principiu al căldurii latente se face izolarea caselor cu un tip special de ceară care absoarbe căldură ziua, când este cald, și se topește iar noaptea elimină căldură și se solidifică. Găsești mai multe detalii în transcriptul acestui episod, pe tehnocultura.ro

Extra:
http://www.nature.com/srep/2013/130424/srep01711/full/srep01711.html
– căldură latentă http://tehnocultura.ro/2014/08/26/stiinta-practica-principiul-caldurii-latente-in-izolarea-termica-a-caselor/
– http://www.forbes.com/sites/anthonykosner/2013/12/22/winter-wonderland-snowflakes-are-predictably-diverse-but-not-unique/

Revenind la fulgi, ei sunt mai calzi decât mediul ambiant atunci când se formează, iar forma hexagonalâ este dată de orientarea cristalelor pe direcția a șase ace în jurul cărora se construiește fulgul.

Domnul Bejan a calculat că forma hexagonală este cea mai eficientă în eliberarea căldurii către mediul exterior.

Un lucru mai puțin știut este faptul că toți fulgii au ca punct de pornire un fir de nisip, o bacterie, un virus sau chiar radiație cosmică în anumite cazuri. Dacă ai mări un fulg la microscop ai gasi mereu ceva în centrul lui.

De asemenea, în interiorul fulgilor sunt prinse și bule de aer, tocmai de aceea zăpada poate fi folosită pe post de izolator termic. Aproximativ 95% din volumul unui fulg este aer prins între cristalele din el.

Extra
http://tehgeektive.com/2014/12/07/13-things-you-didnt-know-about-the-snowflakes-and-snow/

http://en.wikipedia.org/wiki/Igloo

Casele iglu ale eschimoșilor sunt călduroase tocmai pentru că fulgii sunt izolatori termici. Dat fiind că fulgii au mult aer în ei zăpada absoarbe sunetul destul de bine, astfel că nopțile înzăpezite sunt mai liniștite de fel.
st-mf-04-Beautiful-Snow-Igloo-HD-Wallpaper
(sursa http://wallpaperhdfree.com/beautiful-snow-photography-hd-wallpapers/beautiful-snow-igloo-hd-wallpaper/ )
Să nu uităm și faptul că fulgii cad cu aproximativ 5 km/h către pământ și că ei conțin cristale care, la rândul lor, au 180 de miliarde de molecule de apă în ele. Fulgii sunt transparenți de fel, dar dacă pui mulți la un loc îi vezi albi.

Fulgii au cel mult 0,2 grame și ai avea nevoie de peste 50 000 de fulgi pentru a strânge 1 kg de zăpadă. Ei cad în număr de 10-20 de fulgi pe secundă pe metrul pătrat, asta dacă ai norocul să ningă, ceea ce nu s-a întâmplat în ultima perioadă prin Brașov.

Și iată cum fulgii au fost luat la rost și ne-au arătat secretele. Totul în numele științei și pentru binele nostru. Trebuie să precizez că nici un fulg nu a fost rănit în crearea acestui episod.

Iți mulțumesc că ai fost alături de mine la ediția specială de Sărbatori și te invit să trimiți sugestii, comentarii sau întrebări pe:
– tehnocultura.ro
– YouTube : youtube.com/tehnocultura
– Facebook : facebook.com/tehnocultura
sau prin email la manuel@tehnocultura.ro.

Ne vedem data viitoare.
Fii o sumă de atomi curioși!

**************************************************

No comments yet... Be the first to leave a reply!

Leave a Reply