Dlaczego wieloryby nie latają?

drzewa, drzewo iglaste, fotografia zwierzęcia

„What if?” to jedna z moich ulubionych książek popularnonaukowych! Randall Munroe, który jest jej autorem, to fizyk pracujący w NASA, a także rysownik. Takie połączenie rodzi tylko KŁOPOTY! Naukowiec udziela odpowiedzi na absurdalne i hipotetyczne pytania w sposób naukowy, ale także z niezwykłym poczuciem humoru. Jest on również twórcą popularnego komiksu internetowego xkcd, gdzie udziela zaskakujących odpowiedzi na śmieszne pytania, które prawdopodobnie nigdy nie przyszłyby czytelnikowi do głowy. Dlatego ucieszyłem się, kiedy nadarzyła się niezwykła okazja, aby pójść trochę w jego ślady, kiedy to zadano mi pytanie „Dlaczego wieloryby nie latają?”.

 

Zacznijmy więc od początku

 

Latanie według słownika PWN to unoszenie się w powietrzu lub przenoszenie się z miejsca na miejsce drogą powietrzną. Rozszerzmy to pojęcie, gdyż w słownikowej wersji jest trochę nieścisłości. Weźmy np. zbiornik wypełniony dwutlenkiem węgla  – w takowym zbiorniku balon napełniony helem latałby tak samo jak w normalnym powietrzu. Zdefiniujemy zatem latanie jako unoszenie lub przemieszczania się ciała w obrębie gazu. Weźmy teraz dorosłego płetwala błękitnego, którego średnia masa wynosi 150 000 kg, długość 25 m, a promień 3,8 m. Taki wieloryb kształtem przypomina bardziej stożek, a szybka kalkulacja doprowadza nas do gęstości ok. 1028,5 kg/m3, co pi razy oko zgadza się z gęstością wody (zdaje się więc poprawne).

Wesoły wieloryb latający nad miastem

 

Aby powyższy wieloryb zaczął się unosić musi istnieć siła, która w granicznym przypadku zrównoważy jego siłę ciążenia grawitacyjnego. Pierwsza myśl jaka przychodzi to zmienić gęstość otaczającego powietrza tak, aby osiągnąć gęstość wieloryba, a wtedy ten, na skutek siły wyporu, zacznie sobie latać nad naszymi głowami. Jednakże jest pewien szkopuł, gdyż gaz o największej gęstości w warunkach standardowych to sześciofluorek wolframu (13 kg/m3) – gaz bezbarwny, trujący, a co ważniejsze powodujący obrzęk płuc. Zatem wymienienie go z powietrzem otaczającym Ziemię nie dość, że nie uniesie wieloryba, to jeszcze wszystkich zabije.

 

Wieloryb w masce nurka

A może inna planeta?🤔

 

Próby wrzucenia go na gazową planetę też spalą na panewce. Dlaczego? Otóż użycie słowa „spalą” nie jest tu przypadkowe, ale o tym zaraz. Można by wziąć płetwala np. na Jowisza, ale niestety należy pamiętać, że wraz ze wzrostem gęstości wzrasta również ciśnienie  – w pewnym momencie dochodzi do skroplenia gazu w ciecz, a to już jest pływanie, nie latanie! Zatem trzeba byłoby zwiększać temperaturę, tak aby pozostać choć trochę w stanie gazowym. Już wiecie dokąd zmierzam… Niestety, aby naszego wieloryba nie zdyskwalifikować trzeba byłoby zwiększyć temperaturę tak mocno, że otaczający gaz osiągnąłby stan nadkrytyczny (stan, w którym ciecz i gaz są nierozróżnialne) lub co gorsza zamieniłby się w plazmę = nasz wieloryb byłby bardzo dobrym obiadem. Bon appetit!

Wypróbujmy może bardziej standardową metodę i napompujmy balony z helem, a te podniosą naszego nowego przyjaciela do chmur. Jeden balon o objętości ok. 10 dm3  wypełniony helem wytwarza siłę skierowaną do góry o wartości koło 0,1N. Oznacza to, że potrzeba byłoby około 15 mln balonów! Co więcej do napompowania nich musielibyśmy zatrudnić cały Radom (ok. 200 tys. mieszkańców), przy założeniu, że pracowaliby nieustannie przez całą godzinę.

Wieloryb unoszony przez trzymane balony

 

A może warto spróbować podmuchem wiatru?

 

Gdybyśmy pod naszym wielorybem umieścili ogromny wiatrak, może wiatr zdołałoby go podnieść? Zacznijmy od tego, gdzie tak ogromny wiatrak, o tak ogromnej mocy miałby powstać  – choć już rozpędzamy wieloryba, więc co nam szkodzi. Niestety nawet jeśli zbudujemy podobne urządzenie i postaramy się, aby nasz wieloryb był podobny do żagla to ta masa robi swoje. Aby tego dokonać byłoby trzeba rozpędzić wiatr do prawie 240 m/s, czyli 870 km/h. Dodam tylko, że rekord pomiarów zmierzonej prędkości wiatru huraganu to 408 km/h, a my musimy uzyskać ponad dwa razy więcej!

Wieloryb unoszony przez ścianę wiatru

No nie… Nasz przyjaciel chyba nie polata. A może? Wróćmy może do tematyki grawitacji. Być może pomyślałeś, że warto zmniejszyć grawitację i np. przenieść wieloryba na księżyc? Niestety warunek pływania ciał nie zależy od przyspieszenia grawitacyjnego, dlatego to również za wiele nie pomoże.

 

A jakby wyłączyć grawitację?

 

Da się? Wyłączyć się nie da, ale da się doprowadzić, aby siły działające ze wszystkich stron wieloryba równoważyły się. Co ciekawe tak zadziałoby się, gdybyśmy wydrążyli centralnie kulę w samym środku Ziemi, a całą masę skupili symetrycznie na jej powierzchni. W takich warunkach wieloryb doznawałby zerowej siły wypadkowej i  w konsekwencji lewitował, a my popijali sobie ciepłą kawkę ponad nim. Niestety jak na lekarstwo szukać takich obiektów we wszechświecie, które są planetami z próżnią w środku. Smuteczek ☹

 

Wieloryb w okręgu

Oczywiście przychodzi mi jeszcze pomysł, aby naszego płetwala zamienić w wielorybolot tzn. przymocować mu skrzydła samolotowe z silnikami rakietowymi, które w efekcie generowałyby siłę nośną zdolną podnieść go z pasa startowego. Najcięższy samolot na świecie z załadunkiem waży 250 000 kg, a więc nasz 100 t lżejszy kolega dałby raczej radę – tym bardziej, że ma również całkiem opływowy kształt.

Ostatnim sposobem i chyba najbardziej realnym jest rozpędzić wieloryba do pierwszej prędkości kosmicznej i wrzucenie go na orbitę okołoziemską (byłby jak taki satelita). Prędkość jaką musiałby uzyskać to raptem 7,9 km/s czyli ponad 28 tys. km/h. Nasz wieloryb (po otrzymaniu skafandra kosmicznego) byłby już taką małą rakietą i w końcu spełnił swoje marzenia.

 

Wieloryb latający dookoła świata

 

autor: Kacper Raciu Raciborski
ilustracje: Sebastian Wyszczelski

Indeks w Kieszeni
kontakt@indekswkieszeni.pl