Znanstveni utorak: Kako se izvući iz živog pijeska?

Živi pijesak nije nešto na što možemo „naletjeti“ svaki dan, ali vjerujem da većina shvaća problematiku koju on nosi sa sobom. Najprostije objašnjenje je kako nas živi pijesak „proguta“ i onda nas nema. Na koji način i zašto se to dogodi, ako se uopće i dogodi? pokušat ćemo objasniti danas.

Živi pijesak baš se i ne može naći na našem području, ali je on malo češća pojava u nekim dijelovima Amerike. Potrebno je ostvariti poneke uvjete za njegovo stvaranje što kod nas i nije baš slučaj. Međutim, kako mi u većini naših tekstova nešto zamišljamo, zamislit ćemo i da smo nekim ludim slučajem ugazili u živi pijesak, a da to nismo znali i počeli smo lagano tonuti. Živi pijesak nas polako guta. Što trebamo napraviti da se izvučemo?

Što je živi pijesak i po čemu se on razlikuje od običnog? Kada stanemo nogom na običan pijesak, onaj na kojega smo navikli, neće se ništa posebno dogoditi. Nastat će malo udubljenje zbog naše noge jer su njegove čestice otprilike na istoj udaljenosti jedna od druge, pa viskoznost (ona predstavlja otpor kojim se pojedini slojevi tečnosti suprostavljaju jedan prema drugome) ostaje uvijek ista. To znači da je trenje između čestica puno veće i podnosi našu težinu kojom mi koračamo po njemu. Za razliku od njega, živi pijesak predstavlja Nenjutnovski fluid. Kao takav ne podnosi silu koju podnosi obični pijesak i kada je upotrijebimo, njegova viskoznost se mijenja. Između „zrnaca“ pijeska uđe voda, ona mijenja njegovo stanje i trenje slabi. Živi pijesak neformalno je smjesa pijeska i vode i taj pijesak se vrlo lako kreće u takvom stanju.

Slika 1. Građa živog pijeska. [1]

Međutim, hoće li nas on zaista cijelog progutati i neće nas više biti? On predstavlja opasnost, ali ne u tolikoj mjeri. Nećemo skončati ako slučajno stanemo krivo na  njega, ali možemo ostati zaglavljeni i tu nastaju problemi. Čak i ako imamo nekoga „izvana“ tko bi nam mogao pomoći, nećemo se puno usrećiti. Da bi nas netko izvukao, potrebna mu sila ogromnih razmjera, otprilike ista onoj da podignemo manji automobil. Tako da nam druga osoba i ne igra preveliku ulogu u spašavanju. I da, ne može nas cijelog progutati, nego negdje otprilike do struka. Zašto nas ne poguta cijelog? Zato što je gustoća živog pijeska dva puta veća od gustoće čovjeka. Naša gustoća je oko 985kg/m3, dok je gustoća živog pijeska onda 1970 kg/m3. (za usporedbu, gustoća vode iznosi 997 kg/m3). Sila uzgona također je na našoj strani. Pokušat ćemo računski dokazati da nećemo potonuti cijeli i utvrditi s kolikim postotokom hoćemo.

Krenut ćemo kao i uvijek u nadi da ćemo pojednostaviti problem, crtanjem naše situacije.

 Slika 2. Čovjek u živom pijesku.

 

Na slici 2. Fg  težinu, a Fuz  silu uzgona (sila kojom tekućina djeluje na uronjeno tijelo). Formulirat ćemo ova dva izraza

(1)

Težina je jednaka umnošku mase čovjeka mčovjek i ubrzanju Zemljine sile teže g.

Masu čovjeka možemo zamijeniti s već nama poznatom formulom za gustoću. Pa imamo

(2)

(3)

Jednostavnom matematičkom operacijom došli smo do izraza za masu čovjeka. Sada izraz (3) uvrštavamo u izraz (1)

(4)

Prijeđimo sada na silu uzgona

(5)

Izraze (4) i (5) koristit ćemo pri našem daljnjem računanju i možemo primjetiti njihovu sličnost. U izrazu (5) imamo volumen uronjenog dijela tijela Vuronjeni, gustoću živog pijeska ρpijesak i ubrzanje Zemljine sile teže g.

Pretpostavimo da smo u jednom trenutku prestali tonuti i zanima nas pitanje sa samog početka, koji postotak nas je u živom pijesku. Ako mirujemo, to znači da sile koje djeluju na nas možemo izjednačiti

(6)

(7)

I izraza (7) vidimo kako je moguće pokratiti ubrzanje Zemljine sile teže, pa ćemo to i učiniti. Naša jednadžba poprima oblik

(8)

Trebamo dobiti omjer uronjenog dijela volumena i volumena čovjeka i upravo taj omjer predstavljat će postotak koji je uronjen. Pa uz malo čarolije koju nam dopušta jednostavna matematika dolazimo do konačnog izraza

(9)

U naš izraz (9) potrebno je samo uvrstiti gustoće čovjeka i živog pijeska. To su nam poznate stvari koje smo utvrdili na početku teksta. Pa to i činimo

(10)

Dobivamo 0.5, odnosno 50%. Znači da će 50% našeg tijela utonuti u živi pijesak, sada smo to i računski pokazali.

Isto tako, ako već vidimo da tonemo, a da na sebi imamo primjerice ruksak ili torbu, bilo bi dobro da se toga što prije riješimo inače ćemo potonuti zbog težine još i dublje. Bilo kako bilo, ovo nas je malo ohrabrilo. Loše nam se piše jedino ako upadnemo prvo glavom, a takvu situaciju bolje da sada ne prejudiciramo.

Što dalje? Kako ćemo se izvući? Prvo pravilo je da se ne mrdamo previše, na taj način si možemo samo blago zakomplicirati već nepovoljnu situaciju u kojoj smo se našli. S obzirom da je našim „uranjanjem“ voda otišla u gornji sloj, a pijesak u donji, dobro smo zacementirani. Ključno bi bilo sada „pustiti“ vodu između naše noge i pijeska, a to možemo jedino laganim mrdanjem nogu i pravljenjem prostora. Uz to, bilo bi poželjno da se nagnemo na leđa i tako što više rasporedimo našu težinu preko površine što će dodatno otežati tonjenje. Isto tako, zbog dubine u kojoj se nalazimo i većeg hidrostatskog tlaka na većoj dubini, sile koje na tijelo djeluju prema dolje, manje su od onih koje djeluju prema gore. Sada nam samo preostaje da lagano mrdamo noge i „plivamo“ leđno do sigurne površine. Trebamo zapamtiti da je ovo dugotrajan proces i da će nam trebati dosta vremena kako bismo se izbavili.

Ukoliko se uspaničimo i mislimo da je kraj, a magično se pojavi služba za spašavanje. Kako bi nas izbavili koristit će velike „igle“ s rupicama iz koje izlazi voda. Te igle ubrizgavaju pored naših nogu kako bi učinili ono što mi nismo uspjeli laganim mrdanjem, prostor za vodu iz koje možemo povući noge gore.

Dakle, poruka je jasna. Samo se opustite i lagano pedalirajte!

 

Autor: Dejan Gemeri

 

ZA ONE KOJI ŽELE VIŠE:

Hidrostatski tlak

Ukapljivanje

Arhimedov zakon

 

LITERATURA:

[1] https://science.howstuffworks.com/environmental/earth/geology/quicksand1.htm, 2018.

[2] http://www.ffh.bg.ac.rs/OKFH/download/2017-OKFH2-07.pdf, 2018.

[3] https://geek.hr/clanak/zlu-ne-trebalo-saznajte-sve-o-ivom-pijesku/, 2018.

[4] http://www.enciklopedija.hr/natuknica.aspx?ID=63570, 2018.

[5] https://hr.wikipedia.org/wiki/Uzgon, 2018.