نیروی ارشمیدس | هوافضای جوان

نیروی ارشمیدس

تا حالا بالنِ آرزوها دیدین؟ بالنی که وقتی رهاش می کنید شروع می کنه به بالا رفتن، تا جایی که یه نقطه می شه و بعدشم دیگه دیده نمی شه؟ اینکه دقیقا چرا بهش می گن بالن آرزوها رو نمی دونم، ولی به نظر من باید از وقتی رهاش می کنید، تا وقتی دیگه نمی بینیدش، آرزوهاتون رو تو ذهنتون مرور کنید. حتما یکیشون اینه که در آینده یه مهندس هوافضای خیلی خوب بشید. اولین قدمِ برآورده کردنِ این آرزوتون در واقع خودِ بالن آرزوهاست. کافیه از خودتون بپرسید: این بالن، چرا به سمت بالا حرکت می کنه؟

بالن آرزوها

بالن آرزوها یه قسمته پلاستیکی داره و یه شمع که به اون قسمتِ پلاستیکی آویزون شده، نه موتور داره و نه بال. پس چی باعث می شه که پرواز کنه؟ دلیل بالا رفتن اون مشابه دلیل بالا رفتن بالن هاییه که در قدیم آدم ها سوارشون می شدن.

بالن

در واقع اگه بخوایم خیلی به قدیم برگردیم باید بگیم که ماجرای پروازِ بالن ها زمانی شروع شد که هیچ کس فکر نمی کرد بشر یه روزی بتونه پرواز کنه. ماجرا زمانی شروع شد که پادشاهی به زرگری دستور داد که تاجی از طلا براش بسازه. وقتی زرگر تاج رو به پادشاه داد، پادشاه مشکوک شد که نکنه زرگر به جای طلا از نقره استفاده کرده باشه و این موضوع رو با دوستش که دانشمند بزرگی بود در میون گذاشت. در اون زمان مردم با مفاهیمِ حجم و جرم و نسبت اونها آشنا بودن اما، نمی تونستن حجم اجسامی با شکل نامنظم رو اندازه بگیرن. دوست پادشاه می دونست که اگه بتونه حجم تاج رو اندازه بگیره، می فهمه که تاج از طلای خالص درست شده یا نه. بعد از روزها فکر کردن، دانشمند کشف کرد که اگه جسمی رو تو آب بندازیم، حجم قسمتی از جسم که تو آب قرار گرفته برابره با حجم آب جا به جا شده. خب متاسفانه دانشمندِ قصه که اسمش ارشمیدسه فهمید که زرگر تقلب کرده و تاج رو از مخلوطی از طلا و نقره ساخته، اما خوشبختانه این کشف باعث شد که ارشمیدس بیشتر روی این موضوع تحقیق کنه و بفهمه که آب( و یا بقیه ی سیالات) نیروی رو به بالایی رو به اجسام درون خودشون وارد می کنن که برابره با وزن مایع جا به جا شدست. به این نیرو نیروی ارشمیدس می گن.

شکل زیر رو در نظر بگیرید. در این شکل جسمی که روی آب شناور مونده رو می بینید.

جسم غوطه ور

این جسم حرکت نمی کنه، پس نیرویی که به سمت پایین به اون وارد می شه، یعنی وزن(سمت چپ تساوی) برابره با نیرویی که به سمت بالا به اون وارد می شه، یعنی نیروی ارشمیدس(سمت راست تساوی). می تونیم اینطوری بگیم:

حجم قسمت هاشور خورده * چگالی سیال * شتاب جاذبه = حجم کل جسم * چگالی جسم * شتاب جاذبه

همونطور که تو شکل پیداست، حجم قسمتِ هاشور خورده کمتر از حجم کلِ جسمه پس برای اینکه دو طرف این معادله با هم مساوی باشن، باید چگالی جسم کمتر از چگالی آب باشه. دقیقا با استدلالی مشابه استدلال بالا، به نتایج زیر می رسیم:

اگه چگالی جسم از چگالی آب کمتر باشه، جسم روی آب شناور می مونه.

اگه چگالی جسم مساوی با چگالی آب باشه، جسم در آب غوطه ور می شه.

اگه چگالی جسم بیشتر از چگالی آب باشه، جسم به سمت پایین حرکت می کنه تا وقتی که به کف جایی که آب درون اون قرار داره برسه، یا اصطلاحا در آب فرو می ره.

حالا با دونستن این اطلاعات، اگه شما قرار بود چیزی طراحی کنید، که در هوا( که یه سیاله) بالا بره، چه ایده ای به ذهنتون می رسید؟

با توجه به نتایج بحث، که پررنگ تر نوشته شدن، باید دنبالِ ماده ای بگردیم که چگالیش از چگالی هوا کمتره( و یا به زبانِ عامیانه، از هوا سبک تر باشه) . اما چگالی چه ماده ای از هوا کمتره؟ تا حالا طبقه ی بالای یه تختِ دو طبقه خوابیدین؟ معمولا کسی که طبقه ی بالا می خوابه، از گرمای هوای شاکیه. دلیلِ این موضوع اینه که چگالیِ هوایِ گرم  کمتر از هوای سرده و در نتیجه هوای گرم به سمتِ بالا حرکت می کنه. این کلیدِ حل معمای بالن آرزوها و بالن های هوای گرمه. شعله ای که در زیر قسمت پلاستیکی قرار داره، باعث می شه که هوای محبوس در اون قسمت گرم بشه و در نتیجه چگالیش کمتر از هوای اطراف شده و به سمت بالا حرکت کنه. بالن آرزوها تا وقتی که شعله روشنه، بالا میره اما بعد از اون با خاموش شدن شعله سقوط می کنه؛ اما بالن هایی که انسان ها سوار اونها می شن، حرکتشون در جهت بالا و یا پایین با خاموش و روشن کردن شعله، کنترل می شه. حرکت بالن ها در جهت چپ و راست قابل کنترل نیست و مطابق با جهت باد حرکت می کنن.

حدودا سه قرن پیش بشر، تونست با کمک بالن بالا بره اما در اون زمان نمی تونست سرعت و جهت حرکتش رو کنترل کنه، تعداد نفراتی هم که می تونست با خودش حمل کنه، انگشت شمار بودن. حالا بشر هواپیماهایی ساخته که خیلی خیلی کنترل پذیرن و مانورهای زیادی باهاشون انجام می ده و البته هواپیماهایی که تو هر پرواز بیشتر از ۷۰۰ مسافر رو با خودشون حمل می کنن! یعنی سه قرنِ بعد، دنیای مهندسیِ هوافضا چه شکلیه؟


پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

لطفا معادله امنیتی را وارد کنید. * Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.