بیگ بنگ: در آوريل 1987، چترباز سقوط آزاد، گرگوري رابرتسون در حين سقوط متوجه شد كه دوست چتربازش، دبي‌ويليامز، بر اثر ضربه‌اي كه در برخورد با چترباز سومي ديده بود بي‌هوش شده است و نمي‌تواند چترش را باز كند. رابرتسون كه در آن زمان خيلي بالاتر از ويليامز بود و هنوز چترش را باز نكرده بود، براي شيرجه‌اي 4 كيلومتري بدنش را تغيير جهت داد و سرش را به طرف پايين گرفت تا سطح‌ مقطعش را به حداقل و سرعت رو به پايين خود را به حداكثر برساند.

538652_443469595705341_1371092437_nبه گزارش بیگ بنگ، او با سرعت برآورد شده 320 كيلومتر بر ساعت، خود را به ويليامز رساند و سپس به صورت افقي همچون عقاب بال‌گستر تغيير وضعيت داد تا سطح مقطع بدن خودش را افزايش داده و از سرعت خود بكاهد. وي ابتدا چتر دوست خود را باز كرد و سپس، بعد از رها كردن او، در زماني كه فقط 10 ثانيه با برخورد به زمين فاصله داشت چتر خودش را باز كرد. ويليامز، به‌دليل اين‌كه نتوانسته بود در برخورد با زمين خودش را كنترل كند، آسيب‌هاي داخلي زيادي ديد ولي از اين مهلكه جان به در برد. اگر گرگوري رابرتسون با قوانين فيزيك آشنايي نداشت، شايد هم‌اكنون ويليامز از بين رفته بود. اما اين قوانين فيزيكي چه بودند؟

شاره يا سيال، هر گونه ماده‌اي است كه قابليت شارش يا جاري‌شدن داشته باشد. معمولا شاره يا به صورت گاز است يا مايع. هنگامي كه جسم و شاره نسبت به يكديگر در حركت باشند (وقتي كه جسم در شاره حركت كند يا اين‌كه شاره در حال حركت باشد و از كنار جسم بگذرد)، در جهت حركت شاره نسبت به جسم نيرويي بر جسم وارد مي‌شود كه نيروي پس‌كشي D نام دارد و تأثيرش مخالفت با حركت نسبي است. فرض مي‌كنيم جسم مورد نظر پهن‌پيكر باشد (مثل توپ بيسبال) نه باريك و كشيده (مثل نيزه). و سرعت حركت نسبي هم به اندازه‌اي زياد است كه جريان هوا در پشت سر جسم به تلاطم درمي‌آيد (و پيچ و تاب مي‌خورد). در اين حالت نيروي پس‌كشي D به صورت زير با سرعت نسبي v مرتبط مي‌شود.

نيروي پس كشي برابر است با:

(ضريب پس‌كشي * چگالي هوا * سطح مقطع موثر * سرعت نسبي به توان 2) تقسيم بر 2 = نيروي پس‌كشي

D = (CpAV^2)/2

چگالي هوا (p)، جرم واحد حجم است. سطح مقطع مؤثر (A)، مساحت سطح مقطع عمود بر سرعت نسبي (v) است. ضريب پس‌كشي (C) كه گسترده آن معمولا بين 0/4 تا 1 است، براي هر جسم، در واقع مقدار ثابتي ندارد. زيرا مقدار آن بر اثر تغييرات شديد v مي‌تواند تغيير كند.

گربه‌اي كه در حال سقوط است. بايد به اندازه ارتفاع شش طبقه‌ي ساختمان سقوط كند تا سرعتش به سرعت حد برسد. تا وقتي كه ارتفاع سقوط به اين مقدار نرسيده باشد، نيروي گرانش بيشتر از نيروي پس‌كشي است. و گربه به دليل نيروي برايند رو به پايين شتاب خواهد داشت. توجه شود كه بدن انسان هم يك دستگاه شتاب‌سنج است نه سرعت‌سنج. گربه هم چون شتاب را حس مي‌كند، هراسان مي‌شود و پاهايش را زير بدن جمع‌شده‌اش نگه‌ مي‌دارد، سرش را به درون بدن فرو مي‌برد و ستون فقراتش را به طرف بالا قوز مي‌كند. به اين ترتيب‌، براي گربه سطح مقطع مؤثر (A) كاهش و سرعت نسبي افزايش مي‌يابد و در نتيجه آسيب‌ديدگي‌اش هم محتمل مي‌شود.

اما اگر گربه در خلال مسافت طولاني‌تر سقوط به سرعت حد برسد، شتاب حركت از بين مي‌رود و گربه تا حدي آسوده‌خاطر مي‌شود. پاها و گردنش را به حالت افقي كشيده در مي‌آورد و ستون فقراتش را راست مي‌كند و به‌ صورت سنجاب در حال پرواز در مي‌آيد. اين واكنش‌ها سبب مي‌شود كه سطح مقطع مؤثر افزايش يافته و در نتيجه طبق فرمول، نيروي پس‌كشي هم افزايش يابد. چون در اين حالت نيروي پس‌كشي بيشتر از شتاب جاذبه زمين و برايند نيرو رو به بالا است، حركت گربه شروع به كند‌شدن مي‌كند تا اينكه سرعت جديد كوچكتري براي v حاصل شود. كاهش سرعت حدي، امكان آسيب‌ديدگي جدي گربه را در برخورد به زمين كاهش مي‌دهد. در لحظه‌هاي پاياني سقوط، گربه وقتي مي‌بيند كه دارد به زمين مي‌رسد، پاهايش را به زير بدن مي‌برد تا آماده‌ي فرود شود.

نویسنده: اسماعیل جوکار/ سایت علمی بیگ بنگ

برگرفته از كتاب مباني فيزيك نوشته جرل واكر، هاليدي، رزنيك، ترجمه دكتر محمدرضا كلاه‌چي و دكتر محمدابراهيم ابوكاظمي

دیدگاهتان را بنویسید

این سایت از اکیسمت برای کاهش هرزنامه استفاده می کند. بیاموزید که چگونه اطلاعات دیدگاه های شما پردازش می‌شوند.

3 دیدگاه

  1. خیلی ممنون از مطالب خوبتون.

    اگر ترجمه ها هر بیشتر ساده و توضیحات روان تر بشه، علاقه عمومی به دانش و مطالب علمی بیشتر میشه.

  2. ترجمه ها تاثیر زیادی در فهم ما از علوم خواهند داشت.
    یادمه تودوره دبیرستان به ما الکترو مغناطیس رو آموختن، به دلیل ترجمه های نا مناسب از این علم هنوز برخی از معانی و مفاهیم رو متوجه نشدم.
    نیروی پس کشی یه خورده جانیفتاده است. حقیقتش من که تا به حال نشنیدم. روابطی که نوشته شد رو تو کتاب سیالات با عنوان نیروی درگ نام گذاری می کنن که از جنس نیروی اصطکاکی و از نوع اصطکاک ویسکوز. عمریه بیشتر اساتید و دانشگاهیان با همین نام میشناسنش یا درگ (Drag) یا اصطکاک ویسکوز. بدست آوردن رابطش هم با نوشتن روابط ناویراستوکس قابل اثبات.
    ضمن اینکه ضریب لیفت و درگ (Cp ) در آزمایشگاه ها بدست می یاد.