הקיץ מסתיים לו. אני מקווה שניצלתם אותו היטב, בין אם הייתם בחופשה או בין אם לא. זו הזדמנות נהדרת ללכת לבריכה או לים, ליהנות ממזג האוויר, אבל על הדרך גם לתהות על כל מיני תופעות מדעיות מעניינות שאולי שמתם לב אליהן כשהשתכשכתם. אז לרגל סוף הקיץ, הנה קצת מדע מתחת למים.
למה קל כל כך להרים מישהו במים?
מכירים את האחיין הזה שתמיד דורש שתרימו אותו, אבל הוא כבר גדול מדי וקשה לכם? למה מתחת למים פתאום קל כל כך להרים אותו? ובכן, תנו כבוד לכוח העילוי. בטח שמעתם על לחץ אוויר. בכל רגע נתון יש מעלנו עמודה שלמה של אוויר. זאת הסיבה שבזמן המראה או נחיתה במטוס נוצר לפעמים לחץ באוזניים: ככל שאנחנו נמצאים נמוך יותר, כך יותר אוויר לוחץ עלינו.
במים התופעה הזאת משמעותית יותר, משום שהמים צפופים יותר מהאוויר. ככל שיורדים לעומק הלחץ במים עולה, ומכיוון שהחלק התחתון של הגוף נמצא בעומק גדול יותר מהחלק העליון, הלחץ עליו מלמטה גדול יותר מהלחץ עליו מלמעלה. התוצאה היא כוח נטו שדוחף את הגוף כלפי מעלה. כשאתם מרימים משהו או מישהו מתחת למים הכוח הזה, שנקרא "כוח העילוי" ומתואר באמצעות עקרון ארכימדס, בא לעזרתכם ולכן המשימה קלה יותר.
בהקשר של המוח כוח העילוי עוזר לנו מאוד. המוח שלנו מוקף בנוזל המוח־שדרתי (CSF). בזכות הציפה שמספק הנוזל הזה, הכוח שהמוח מפעיל על בסיס הגולגולת קטן בסדר גודל של אחוזים בודדים ביחס למשקלו באוויר. אילו המוח הגדול והכבד שלנו היה מונח סתם כך על רצפת הגולגולת, העומס המכני על רקמת המוח, כלי הדם והעצבים היה גדול בהרבה והיה עשוי לגרום להם להיפגע ולהיהרס.
למה העור מתקמט אחרי הרבה זמן במים?
אף על פי שבמשך שנים רבות חשבו שהסיבה לכך קשורה בעור עצמו, כיום אנחנו מבינים שזו מערכת העצבים שמעורבת בכך. ב־2003 גילו חוקרים שבעקבות השריית האצבעות במים כלי הדם מתכווצים. מערכת העצבים הסימפתטית, תאי העצב שמעורבים בין היתר בתגובה בשעת חירום ברחבי הגוף שלנו, יכולים לכווץ את כלי הדם באצבעות. ואכן, מחקרים באנשים שעברו השתלת אצבעות סיפקו ראיה נוספת למעורבות מערכת העצבים הסימפתטית: בעוד שבאצבעות רגילות השריה במים גורמת לירידה משמעותית בזרימת הדם, באצבעות מושתלות בעלות עצבוב לא תקין התגובה הזו אינה מופיעה באותה צורה, ובחלק מהמחקרים אף נצפתה עלייה בזרימת הדם.
אנחנו עדיין לא מבינים את המנגנון שדרכו המים מפעילים את תאי העצב. יש מי שטוענים שהם משנים את מאזן היונים שגורם להיווצרות הפולסים החשמליים בתוך התאים, ובכך מפעילים אותם מה היתרון האבולוציוני בכך? ובכן, אפשר להשוות את האצבעות המקומטות לצמיג מחורץ בגשם. המים יכולים לברוח דרך החריצים, מה שעשוי לאפשר מגע יותר יציב בין הצמיג לקרקע (או בין האצבע למה שאנחנו מחזיקים), יש מחקר שהראה שאכן המנגנון יכול לסייע לנו להתנהל עם חפצים רטובים, אבל מחקר אחר לא הצליח למצוא הבדל. לכן עדיין אין הסכמה מלאה לגבי התפקיד האבולוציוני של התופעה.
למה הקול נשמע אחרת במים?
במים גלי קול נעים אחרת מאשר באוויר. למעשה, האוויר הוא מוליך קול לא ממש טוב ביחס למים ולחומרים אחרים. סיפרנו כבר שצפיפות המים גבוהה מצפיפות האוויר. אם נוסיף לכך את האלסטיות של המים, נגלה שמהירות הקול במים גבוהה פי 4.4 מאשר באוויר. האוזן שלנו בנויה בעיקר כדי לקלוט קול שמגיע דרך האוויר. כאשר אנחנו שקועים במים, הקול מגיע אל הראש דרך המים ומשם יכול לעבור דרך רקמות הראש אל האוזן הפנימית. מכיוון שהמעבר במים שונה מאוד מהמעבר אל האוזן דרך האוויר, אותו גל קול שיופק באוויר ומתחת למים ייקלט בצורה שונה באוזן שלנו.
יש שתי דרכים מרכזיות שבהן האוזן הפנימית מקבלת מידע על צליל: כשהוא נכנס דרך עור התוף, או כשהוא מרעיד את העצמות, תופעה שנקראת "הולכה דרך העצמות" (bone conduction). כשאנחנו מתחת למים הולכה דרך העצמות נעשית משמעותית יותר, משום שהמים מעבירים את התנודות לראש באופן שונה מהאוויר. הולכת העצם עוקפת חלק מהמערכת המכנית של האוזן החיצונית והתיכונה, ולכן התגובה של מערכת השמיעה לתדרים השונים משתנה. כתוצאה מכך קולות, ובמיוחד קול אנושי, יכולים להישמע לנו עמוקים ועמומים יותר. אותו מקור קול יכול להפיק צליל דומה, אבל בגלל התווך ומסלול ההולכה השונים, האות שמגיע לאוזן הפנימית שונה ולכן גם הצליל שאנחנו תופסים יכול להיות שונה מאוד.
עד הקיץ הבא, שיהיה לכם ספטמבר שמח.
אני רוצה להודות לתומכי הפטריאון של הבלוג, ובראשם למתן רינג, יובל שער, בני גויכמן, תמר כהן, רועי וקראט ושמואל נוימן התומכים המובילים. אם התוכן עניין אתכם, אני מזמין אתכם להפוך גם לתומכים, לעזור ל”סיור מוחות” לצמוח ולקבל מגוון רחב של הטבות כמו תכנים בלעדיים, יכולת להשפיע על הנושאים וצפייה בפוסטים לפני כולם. פרטים נוספים כאן
הצטרפו לרשימת התפוצה של הבלוג וקבלו את התכנים ישירות למייל
