بیگ بنگ: يك لوله يا شلنگ باريك مانند خودكار بيك پيدا كنيد و يك سر آن را دو نوار باريك كاغذي از روبرو بچسبانيد ، به طوريكه فاصله آنها از همديگر حدود نيم سانتي متر باشد. سپس از سر ديگر فوت كنيد. چه انتظاري داريد؟ همين كار را مي توانيد با فوت كردن ميان دو برگ كاغذ يا دو بادكنك سبك كه به فاصله كمي از هم جدا شده اند نيز انجام دهيد.حس ما اين است كه فوت ما باعث دوري دو نوار كاغذي از همديگر مي شود، اما واقعيت چيز ديگري است! اين دو نوار به هم نزديك شده و حتي به هم مي چسبند! چرا ؟

121

دليل آن را اولين بار دانشمند سوئيسي، دانيل برنولي در سال 1738 در كتاب خود به نام هيدروديناميك توضيح داد: افزايش سرعت يك سيال (غير لزج)به طورهمزمان باکاهش فشار ويا کاهش در انرژی پتانسيل آن همراه است. زماني كه شما داخل لوله فوت مي كنيد، جريان هوا به عنوان يك سيال از فشار آن بر نوارهاي كاغذي مي كاهد، و در نتيجه فشار اتمسفر از بيرون ، نوارها را به همديگر مي چسباند. اگر بخواهم ساده و دوستانه بگويم، مولكول هاي يك سيال در حال حركت ، برخلاف برخي راننده ها، بيشتر حواسشان به جلو و مسير حركتشان است، نه اطراف و به همين خاطر فشارشان به اطراف كم مي شود. در مسير اصلي قله دارآباد، لوله آبي وجود دارد كه آب چشمه درون آن جاري است. احتمالا كوهنوردان سوراخ كوچكي در آن ايجاد كرده اند تا از آب آن استفاده كنند. برخلاف تصور ، آب از درون اين سوراخ فوران نمي كند و تنها با يك چوب كوچك به راحتي آب بند مي شود. دليل آن نيز اصل برنولي است. جريان آب از فشار به بدنه لوله مي كاهد.

هر چه بر سرعت سيال اضافه شود از فشار آن به اطراف كاسته مي شود. مثلا هرچه مسير جريان آب تنگ تر شود، سرعت آن افزايش يافته و فشار آن به بدنه كاسته مي شود. برعكس آن نيز درست است. مثلا شير آب را كه باز مي كنيم، جريان آب در پايين شير باريك تر مي شود، چون در پايين به خاطر جاذبه ، سرعت آب بيشتر است. در كودكي زمانيكه قايق هاي كاغذي خود را در جويهاي خيابان شناور مي كرديم، به خوبي مي ديديم كه در مناطق تنگ، بر سرعت آب و در نتيجه قايق افزوده مي شد. هنگاميكه دو قايق به موازات و نزديك هم حركت مي كنند ، ميان دو قايق شبيه يك كانال باريك مي شود. طبق اصول نسبيت، فرقي نمي كند كه آب حركت كند يا قايق. نتيجه آن كاهش فشار آب ميان اين دو قايق است كه در بدترين حالت سبب جذب آنها به يكديگر و تصادف مي شود. اين موضوع در حد تئوري نيست و بارها رخ داده است و امروزه در مانوورهاي آبي، اين رخداد را در نظر مي گيرند.

به همين ترتيب قطاري كه به سرعت حركت مي كند ، مي تواند شخصي را كه زيادي نزديك آن ايستاده را به خود جذب كند كه اگر سبب تصادف شود، بسيار خطرناك است. بنابراين جذب يك دوچرخه سوار توسط يك ماشين سنگين كه به سرعت از نزديك آن مي گذرد نيز دور از ذهن نيست! تند آبها و گردابها نيز به همين دليل، شناگران را به ميان خود مي كشند و حتي غرق مي كنند. آيا مي توانيد با اصل برنولي آن را توضيح دهيد؟ يك يا چند توپ سبك مانند توپ پينگ پنگ ، بر روي فواره هوا شناور مي ماند. چرا؟ اصل برنولي به طور مستقيم از قانون دوم نيوتن مشتق مي شود. چگونه ؟

cub_airplanes_lesson02_fig2

در گذشته فكر مي كردم كه پرواز هواپيما همچون بادبادك است و در اثر حركت ، هوا به زير بال ها خورده و باعث پرواز هواپيما مي شود. موضوع به اين سادگي نيست. در پرواز هواپيما، اصل برنولي تعيين كننده است. بال هواپيما به گونه اي است كه سطح پايين آن افقي و صاف است، اما سطح بالاي آن منحني و شبيه گرده ماهي و بال عقاب است. هنگام حركت، نوك بال هوا را مي شكافد. بخش پاييني مسير مستقيمي را طي مي كند، اما بخش بالايي، به خاطر انحناي بال، مسير بيشتري طي مي كند و در نتيجه سرعت آن بيشتر است. نتيجه اينكه فشار سطح پايين بيشتر از بالاست و با رسيدن هواپيما به سرعت كافي، اين اختلاف فشار بر نيروي وزن غلبه كرده و هواپيما به پرواز در مي آيد.

شما مي توانيد با منحني كردن يك برگ كاغذ و فوت كردن به سطح منحني آن مشابه چنين فرآيندي را ببينيد. در اين حالت برگه كاغذ به سمت بالا پرواز مي كند. در ماشينهاي مسابقه يا سرعت بالا ، براي جلوگيري از پرواز ماشين، طراحي برعكس هواپيما صورت مي گيرد و به ويژه يك قطعه بال مانند در پشت ماشين قرار داده مي شود كه برعكس بال هواپيما عمل مي كند و در سرعتهاي بالا، ماشين را به سمت پايين هل مي دهد. اكنون شما بگوييد كه نقش بالچه هواپيما كه در بالهاي عقاب نيز ديده مي شود ، چيست؟

اگر اهل تماشاي فوتبال هستيد، حتما ديده ايد كه بعضي شوتها، توپ را منحني وار به پيش مي برد. شوتي كه ليونل مسي در همين جام جهاني به سوي دروازه ايران شليك كرد، به همين صورت گل شد. نمونه بهتر آن درايو يا لوپهاي تاپ اسپين است كه بازيكنان تنيس روي ميز به كرات از آن استفاده مي كنند. چرخشي كه اين بازيكنان به توپ مي دهند، مسير آن را به سمت پايين منحني مي كند. اين انحنا نيز با اصل برنولي قابل توضيح است. در يك درايو تاپ اسپين، چرخش توپ در همان سمتي است كه حركت مي كند. بنابراين سطح بالاي توپ چرخشي به سمت هوا دارد كه اصطكاك بيشتري ايجاد و از سرعت هوا مي كاهد. برعكس آن براي سطح پايين است. نتيجه اختلاف فشار و هل دادن توپ به سمت پايين است. آيا مي توانيد حركت بومرنگ را با اصل برنولي توضيح دهيد؟ من كه نمي توانم!

نویسنده : احمد مصدر- عضو پیوسته بیگ بنگ

منابع:

فيزيك براي سرگرمي ، پرلمان ياكوف ، ترجمه احسان قوام زاده
چگونه مفاهيم فيزيك را درك كنيم؟ ، لوئيز اپيشتين ، ترجمه جهانشاه ميرزا بيگي
Bernoulli’s principle , youtube , youtube. youtube , video

پاسخ دادن به امین لغو پاسخ

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

12 دیدگاه

  1. خیلی جالب بود . ولی سوالی که واسه ی من ایجاد شد این بود که چرا در انحنای بال هواپیما که مسیر بیشتری رو طی میکنه باعث میشه تندی افزایش پیدا کنه

  2. عالی بود خسته نباشید
    ممنون که وقت گذاشتین و این اطلاعات زیبارو در اختیار ما گذاشتین 😊

  3. سلام
    بسیار زیبا و جالب بود

    بنده هم مهندسی شیمی خوندم و خیلی علاقه به مکانیک سیالات و فیزیک دینامیک دارم.
    و البته ادبیات و موسیقی و مقداری از همه علوم.

    تازگی مدتی هست که مشغول خواندن کتاب مثنوی معنوی هستم
    معتقدم که شخصیتی مثل مولانا دیگر در تاریخ متولد نخواهد شد

    علم حقیقی در واقع، این چیزهایی که میخوانیم نیست و خیلی فراتر از این حرفهاست

    مولانا در یکی از داستانهای مثنوی مورد علوم مختلف صحبت میکنه و در چند بیت میفرماید :

    جامه‌های زرکشی را بافتن
    دُرّها از قعر دریا یافتن

    خرده‌کاریهای علم هندسه
    یا نجوم و علم طب و فلسفه

    که تعلق با همین دنیاستش
    ره به هفتم آسمان بر نیستش

    این همه علم بنای آخرست
    که عماد بود گاو و اشترست

    یعنی اینها قطره ای از علم حقیقی هست که منبعش جای دیگه ست و با حواس 5 گانه انسانها قابل دسترسی نیست

    اما اگر علاقه ای هست به آموختن علم ، این خیلی خوبه و نشانه خوبی هست برای اینکه خدا ما رو انتخاب کرده که اسراری رو از علم حقیقی به ما بگه

    البته اگر خودمون هم تلاش کنیم.