درگ و انواع آن | هوافضای جوان

درگ و انواع آن

دقت کردین که شکل اتومبیل مسابقه با اتومبیل های عادی متفاوته؟ به نظر شما دلیلش چیه؟ هدف اصلیه ماشین های مسابقه اینه که با سرعت خیلی زیادی حرکت کنند. اما وقتی یه اتومبیل(یا هر جسم دیگه ای) داره حرکت می کنه، از طرف هوا( یا هر سیال دیگه ای که جسم رو دربر گرفته) به اون نیرویی وارد می شه که می خواد مانع حرکتش بشه. به این نیرو درگ یا پسا می گن. تغییر شکل بدنه ی اتومبیل برای این انجام می شه که درگ رو کاهش بده تا اتومبیل بتونه با سرعت بیشتری حرکت کنه. این نیرو از طرف هوا روی هواپیما هم اعمال می شه و انواع متفاوتی داره و به دلایل مختلفی تشکیل می شه. درگ یا پسای اصطکاکی که به خاطر اصطکاک بین سیال و بدنه ی هواپیما به وجود می یاد، درگ القایی که علت تولید اون، لیفت هواپیماست، درگ فشاری که به خاطرِ متقارن نبودن توزیع فشار حول ایرفویل به وجود می یاد و در آخر درگ موجی که به خاطر سرعت زیاد هواپیما تولید می شه، همگی مثال هایی از انواع درگ هستند. در ادامه با اونها بیشتر آشنا می شیم.

درگ اصطکاکی

لزجت چیست؟

لزجت یکی از ویژگی های سیالاته که نشون دهنده ی مقاومت اونها در برابر حرکته. هرچی لزجت سیالی بیشتر باشه، مقاومت سیال در برابر حرکت بیشتره. لزجت، به ساختار مولکولی مواد بستگی داره، در بعضی از مواد ساختار مولکولی به صورتیه که در هنگام حرکت سیال، اصطکاک بیشتری تولید می شه و در نتیجه مقاومت در برابر حرکت بالاتره و در بعضی دیگه برعکس. در واقع دلیل اینکه وقتی قاشق آغشته به عسل رو به سمت پایین می گیرین عسل خیلی آهسته روی قاشق حرکت می کنه، همینه. چون لزجت عسل بالاست، مقاومت اون در برابر جاری شدن بیشتره. درست برعکس آب که چون لزجت پایین تری داره، مقاومت اون در برابر جاری شدن کمتر و در نتیجه سرعت جاری شدنش بیشتره.

Honey Photo/Big Stock photo   ((stock photo purhcased from BigStockPhoto www.bigstockphoto.com))

لزجت بعضی از مایعات اونقدر زیاده که مثل جامدات به نظر می رسن، اما اگه اونها رو چند سال تحت نظر قرار بدیم می بینیم که مایع هستند و قابلیت جاری شدن دارن، درست مثل آزمایشی که استادی به نام پارنل انجام دادم تا همین موضوع رو به دانشجویانش ثابت کنه.این آزمایش به این صورت بود که مقداری از یک مایع با لزجت خیلی بالا رو در یک قیف قرار دادن. هشتمین قطره از این مایع بعد از حدود ۷۰ سال(در سال ۲۰۰۰) پایین افتاد و دانشمندان تونستن لزجتش رو اندازه بگیرن که حدود ۲۳۰ میلیارد برابرِ لزجت آب بود. این آزمایش به عنوان طولانی ترین آزمایش دنیا در کتاب گینس ثبت شده و هنوز هم انقدر مایع در قیف وجود داره که حداقل ۱۰۰ سال دیگه هم طول بکشه! شکل زیر این آزمایش رو نشون می ده.

pitch drop experiment

لایه مرزی چیست؟

برای درک بهتر این قسمت باید سیال رو به صورت لایه لایه تصور کنید. درسته که در واقعیت هوایپما در هوا حرکت می کنه، اما برای شبیه سازی حرکت هواپیما در تونل باد این هواست که روی هواپیما حرکت می کنه. حالا هواپیما توی تونل باد رو در نظر بگیرید. وقتی هوا از روی هواپیما حرکت می کنه، لایه هایی از هوا که از بدنه دور هستند سرعتی دارن که به اون سرعت جریان آزاد گفته می شه اما برخلاف لایه های گفته شده، لایه ای که در نزدیکی سطح قرار داره به بدنه می چسبه و سرعتش صفر می شه. در واقع سطح جامد، سیال رو با خودش همراه می کنه. لایه ای که روی لایه ی چسبیده قرار داره، سرعتش کمی بیشتر از صفر شده و به همین ترتیب لایه های بعدی کم کم سرعتشون زیاد می شه، تا سرعت لایه مساوی با سرعت نسبی جریان آزاد بشه، به قسمتی که با سرعت متفاوتی نسبت به جریان آزاد حرکت می کنه، لایه مرزی می گن. همونطور که تو شکل پایین می بینید، لایه ی مرزی دور تا دور ایرفویل رو در بر می گیره، فلش هایی که در شکل دیده می شن، نشون دهنده ی سرعت سیال هستند که اندازه ی هر کدوم در واقع نشون دهنده ی اندازه ی سرعت نسبی سیاله. همونطور که پیداست سیالِ مجاور سطح، اندازه ی بردارش برابر با صفره و هرچه از سطح جسم فاصله بگیریم، اندازه ی بردارها بزرگتر می شه.

b.l

لایه ی مرزی با اینکه نسبت به ابعاد جسم و نسبت به ابعاد جریان آزاد اندازه ی کوچیکی داره، اما تاثیرات آیرودینامیکی زیادی روی اجسام متحرک در سیال می ذاره. اولین اثر مهم اون ایجاد درگه. در اینجا باید از قانون عمل و عکس العمل نیوتن کمک بگیریم. سطح جسم نیرویی در جهت حرکت خودش به سیال وارد می کنه تا بتونه اون رو با خودش همراه کنه و در نتیجه سیال هم نیرویی به همون اندازه در خلاف جهت حرکت به جسم وارد می کنه. به این نوع درگ، درگ اصطکاکی می گن. گفتیم که هرچقدر سیال لزج تر باشه، در مقابل حرکت یا جاری شدن مقاومت بیشتری نشون می ده، در نتیجه نیروی مقاوم بیشتری به جسم وارد می کنه، پس هرچقدر که سیال لزج تر باشه درگ اصطکاکی برای اجسام متحرک در اون بیشتره؛ به خاطر همینه که حرکت دادن قاشق در ظرف عسل، سخت تر از حرکت دادن اون در ظرفِ آبه. فیلم پایین این موضوع رو روشن تر می کنه. در این فیلم سه ظرف حاوی سیال های مختلف رو مشاهده می کنید، به ترتیب از ظرف چپ به راست لزجت مایعات افزایش پیدا می کنه، اگه سه گوی با وزن مساوی(یعنی نیروی رو به پایینی که به اونها وارد می شه با هم مساویه) رو درون ظرف ها بندازیم، همونطور که تو فیلم پیداست، گوی در ظرف سمت راست از گوی های دیگه کندتر حرکت می کنه و این به خاطر اینه که نیرویی درگ وارد به اون بیشتر از بقیه ی گوی هاست.

البته باید توجه کنیم که پسای اصطکاکی به جز جنس سیال به جنس سطح هم بستگی داره و هرچی سطح صاف تر باشه این نوع پسا کمتره. از اونجایی که هواپیما ها همیشه  در هوا حرکت می کنن و لزجت هوا تقریبا ثابته، پارامتری که در دست ماست و می تونیم اونو بهتر کنیم تا درگ کاهش پیدا کنه، جنس بدنه ی هواپیماست.

به فیلم زیر توجه کنید. اتفاق وحشتناکی برای این هواپیما افتاد، درسته؟ وظیفه ی ما اینه که علت  وقوع این حوادث رو کشف و از تکرار اونها جلوگیری کنیم. به نظر شما علت این سقوط ناگهانی چی بوده. جواب این سوال هم به نوعی به اثرات لزجت مربوطه که تو قسمت بعد با هم بررسیش می کنیم.


3 دیدگاه در ”درگ و انواع آن

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.