A zsiráf és a szívószál

A zsiráf az egyik legérdekesebb állat az állatkertben. Amikor az ember először pillantja meg, az első gondolata, hogy „ilyen állat márpedig nincs”. Amikor a zsiráf iszik, az még furcsább és viccesebb, szegény nagyon kiszolgáltatottnak tűnik nagy terpeszben a vízbe hajolva, amit néha a krokodilok ki is használnak. Mennyivel praktikusabb lenne, ha a zsiráf szívószálon keresztül ihatna. Biztos sok aranyos mese foglalkozik a témával és hát engem is gondolkodásra késztetett, hogy ez vajon lehetséges lenne-e.

Hogy miért vannak kétségeim? Hát azért, mert a víz magasra való felszívásához egy nagyon jelentős nyomáscsökkenést kell produkálni fent a zsiráf fejében, ami majd felszívja a vizet. Ez még megoldhatónak tűnik izmokkal és a szájüreg körül szelepként funkcionáló részekkel (ez akkor is kell, ha a zsiráf úgy iszik, mint ahogy azt mi ismerjük, írtak is erről tudományos cikket). A szívószál esetében a gond a fizikával, pontosabban a hidrosztatikai nyomással lehet: amikor valamit nagy mélységből fel akarunk szívni, akkor igazából földünk légköri nyomása (~1 Bar, ~100 000 Pa, ~14.5 Psi) pumpálja fel a folyadékot, a vákuum, amit ehhez létesítünk, csak lecsökkenti az ellennyomást. Márpedig negatív abszolút nyomás nem létezik, a légüres térnél üresebb nincs, tehát a maximális magasság, ahova fel lehet szívni valamit, az a légköri nyomásból adódik ki a hidrosztatikai nyomás képletéből:

nyomás=sűrűség*magasság*gravitáció. Ebből adódóan: magasság=nyomás/(sűrűség*gravitáció) . A víz sűrűsége 1000 kg/m³, a nyomás 100 000 Pa, a gravitáció 9.81 m/s². Ezzel a képlettel picit 10 méter fölötti magasság adódik.

Ha tehát a zsiráf feje ennél nem magasabb, akkor van esélye még szívószállal inni.

A gyakorlatban ez a magasság kisebb, hiszen a nyomás egy része arra fordítódik, hogy a tóban álló vizet begyorsítsa a szívószálban szükséges sebességre, valamint a teljes vákuum helyett valamekkora vízgőz nyomás uralkodik a vízoszlop felett. Egy ilyen számítás Bernoulli-egyenlet néven kerül be a tananyagokba, én ezt a zsiráf esetére grafikusan vázoltam fel:

Ha a mellékelt számítás paramétereivel játszunk egy picit, néhány -a zsiráf életvitele számára- rendkívül fontos tanulságot vonhatunk le:

• minél magasabb a zsiráf, annál nehezebb szívószállal innia
• ha túl vékony a szívószál, a többi zsiráf már rég ivott és elszaladt, míg kreatív barátunk még ott piszmog a tónál. Ez a krokodiloknak is feltűnik majd…
• Kb. 8 méter magasság felett egyre lassabban tudja csak inni a vizet, mert, ha siet, vízgőz-buborékok keletkeznek (a jelenség neve kavitáció) a szívószál tetejénél és azt nem tudja meginni
• ha a zsiráf ~10 méternél magasabb, ha megszakad, akkor sem tudja felszívni a vizet, mert a légköri nyomás nem tudja olyan magasra felnyomni azt.
• ha a hórihorgas zsiráf ráadásul egy magas hegyen él, a légnyomás ott kisebb, mint a tengerszinten, muszáj lesz kicsit lehajolnia és egy rövidebb szívószálat használni.
• végső megoldás a zsiráf számára is az alkoholizmus, hiszen az alkohol sűrűsége kisebb a víznél, tehát egy koktélt magasabb zsiráf is meg tud inni szívószállal, mint amelyik vizet iszik. Valószínűleg az alkoholt választó hegyvidéki zsiráfokat az evolúció során könnyebb volt zsákmányul ejteni, hiszen maguktól is eldőltek. Ékesen bizonyítja az elméletet az a tény, hogy magas hegységekben nem találunk zsiráfot.

Akinek a tapasztalat fontosabb a számításoknál, kénytelen saját magán kísérletezni, én is így szereztem a tudásomat: Először is tengerszinten kezdtem alkoholt felszívni szívószállal…