پرواز در طبیعت | هوافضای جوان

پرواز در طبیعت

همونطور که تو بخش قبل دیدیم انسان همیشه علاقه داشته تا روزی بتونه از زمین جدا بشه و پرواز کنه. افراد مختلفی زندگیشون رو تو این راه صرف کردند. اما نباید فراموش کنیم که ما آدم­ها برای پیدا کردن راه پرواز هیچوقت تنها نبودیم. بلکه حیواناتی که با توانایی پرواز کنار ما زندگی میکردند همیشه با نمایش شکوه پریدن آرزوی پرواز رو تو دل نیاکان ما زنده نگه می ­داشتند و اون­ها رو به تلاش بیشتر تشویق می کردند. علاقه­ ی اونها به پرواز باعث شده افسانه‌هایی درباره ققنوس و سیمرغ و هما بسازند. اما کمک حیوانات به آدم ها برای پریدن به همین جا ختم نمی‌شه؛ بلکه اونها با نمایش روش پروازشون به انسان‌ها بهترین نمونه‌ها برای الگوبرداری رو به ما هدیه دادند. اولین تلاش‌های لئوناردو داوینچی برای ساختن وسیله پرنده یک کپی برداری کامل از نحوه پرواز پرنده‌ها بود یعنی وسیله ای که سعی می­کرد دقیقاً مثل یک پرنده بال بزنه تا از زمین جدا بشه و پرواز کنه. اما ساخت دستگاهی که به خوبی پرنده‌ها این کار رو انجام بده اصلاً کار ساده ای نبود. بالاخره بعد از چند قرن بشر متوجه شد که شاید بهتره برای تهیه­ی نیروی لازم برای پرواز، به جای بال زدن از روش دیگه ­ای استفاده کنه. تو این زمان ما انسان‌ها موتورهایی مثل چیزی که تو خودروهامون استفاده میکردیم، روی وسایل پرنده نصب کردیم و بالاخره تونستیم یک پرواز واقعی رو تجربه کنیم. درسته که برای تأمین نیروی پیشران مورد نیاز پرواز روشی ابتکاری استفاده کردیم، اما در یک چیز دقیقاً از پرنده‌ها کپی برداری کردیم، و اون هم استفاده از بال برای ایجاد نیروی بالابر بود. نیروی بالابر که تو هواپیما به اون نیروی «بَرا» گفته میشه، نیروییه که رو به بالاست و میتونه نیروی وزن ما رو تحمل کنه، یعنی وقتی یک پرنده پرواز میکنه حسی شبیه به وقتی داره که ما با دستامون از یک میله آویزان شدیم؛ چون درواقع موقع پرواز پرنده با بال­هاش از هوا آویزان میشه! همونطور که تو تصویر زیر دیده میشه، هواپیما از روشی مشابه پرنده برای ایجاد نیروی برا استفاده میکنه. این سوال که بال چطور برآ ایجاد میکنه چیزیه که تو بخش‌های بعدی درس ایرودینامیک جوابش رو پیدا میکنیم.

Untitled

استفاده از بال برای ایجاد برا روشیه که ما تقریباً تو همه ­ی هواپیماها ازش استفاده میکنیم، از هواپیماهایی که میتونند فاصله­ ی بین قاره ­ها رو طی کنند گرفته، تا موشک­های کاغذی که بدون هیچ موتوری و فقط با انرژی اولیه­ ی دستِ پرتاب کننده، میتونند چند متر پیش برند. دقیقاً به همین صورت حیوانات هم استفاده­های مختلفی از بال یا چیزی مثل اون کردند. یکی از این حیوانات سنجاب پرنده است که دقیقاً مثل یک موشک کاغذی عمل می­کنه. یعنی از درختی بالا می­ره و به سمت درخت بعدی می­پره و برای اینکه بتونه مسافت پرش بیشتری داشته باشه دست‌هاش رو از هم باز میکنه تا با پوست نازکی که بین دست و پاهاش کشیده شده، (مثل شکل زیر) نیروی برا ایجاد کنه. این سنجاب هم مثل موشک کاغذی بدون نیروی جلو برنده و با چیزی شبیه به بال و فقط با انرژی پرش اولیه پرواز میکنه.

ث

وابستگی شکل پرنده به سبکِ زندگی آن

شاید تا حالا به این مسأله توجه کرده باشید که پرنده‌های مختلف شکل ظاهری متفاوتی دارند. این تفاوت­ ظاهر که گستردگی طرح و رنگ و اندازه پرنده‌ها رو تشکیل داده، بدون شک دلیلی داشته، به طور مثال پرنده‌هایی که خطر شکار شدن رو حس می­کنند، باید رنگی شبیه به محیط داشته باشند تا از دید شکارچی در امان باشند. اما تأثیر این نیازها فقط در رنگ محدود نشده و روی بیشترِ ویژگی‌های ظاهری پرنده­ها تأثیر گذاشته. مثلاً همونطور که شکل زیر نمایش میده، شکل بال یک مرغ دریایی آلباتراس با یک کرکس تفاوت زیادی داره.

ق

ریشه­ ی این تفاوت تو نیازهای مختلف زندگی این دو پرنده است، یعنی مرغ دریایی که هرسال مسافت­های طولانی رو مهاجرت میکنه، برای طی این مسافت زیاد نیاز به بال­هایی بلند و نازک داره ولی این کرکس به سفرهای دور و دراز نمی­ره و برای همین چنین نیازی نداره و بال پهن تری داره که می­تونه وزن بیشتر این پرنده رو برای پروازهای کوتاه تحمل کنه. این تفاوت، چیزیه که تو هواپیماهای ساخته‌ی ما هم خودش رو نشون میده، عکس زیر یک هواپیمای برقیه که با استفاده از انرژی تابش خورشید میتونه دور دنیا رو پرواز کنه و به خاطرِ این مسافت طولانی بال­های این هواپیما شکلی شبیه به بال مرغ دریایی پیدا کرده.

غ

تودرس­های آینده­ی ایرودینامیک متوجه میشیم که چطور بال­های کشیده و باریک باعث میشه پروازهای طولانی انرژی کمتری از پزنده بگیره.

این هماهنگی بین نیازها و شکل ایرودینامیکی پرنده، در موارد دیگه هم دیده می‌شه، جغدها برای اینکه شکارشون رو غافلگیر کنند باید پرواز بی سروصدایی داشته باشند، علم ایرودینامیک و اون چیزی که تو ایرودینامیک بهش “کنترل لایه مرزی” گفته میشه به جغد امکان یک پرواز بی­صدا رو میده که این پرواز بی صدا از شکل دندانه­ای و شانه مانند پرهای لبه­ ی بال جغد ایجاد میشه و جغد رو از نظر مخفی موندن حین پرواز، شبیه به هواپیماهای پنهان کار ساخت ما انسان ها میکنه!

ه

بعضی پرنده‌های شکاری هم برخلاف جغد ترجیح می­دهند برای گرفتن شکار به جای غافلگیر کردن، از سرعت بالا استفاده کنند. در این مورد هم ایرودینامیک به این پرنده­ها توصیه می­کنه برای رسیدن به سرعت بالا، در زمان حمله بال­های خودشون رو جمع کنند. بعضی از هواپیماهای جنگنده نظامی هم در سرعت بالا از همین مسأله استفاده میکنند. (به طور مثال جنگنده F14 که ارتش کشورمون در اختیار داره)

ا

مثال­های دیگه­ ی رفتارهای ایرودینامیکی دنیای طبیعت که میتونه منبع ایده برای نحوه‌ی پرواز ما انسان­ها باشه، خیلی بیشتر از این تعدادی هست که مرور کردیم، از پرواز ثابت (اصطلاحاً هاور) مرغ مگس خوار که دقیقاً مثل هلیکوپتر عمل میکنه، تا روش زیبای فرود اومدن تخم درخت افرا از شاخه­ ها و هزاران مثال دیگه، همگی کاربردهای هنرمندانه­ ی علم ایرودینامیک در طبیعت هستند که این علم رو تبدیل به یک تفریح خیلی مفرح میکنند. در این مجموعه درس قصد داریم بخش کوچکی از دنیای ایرودینامیک رو با هم مطالعه کنیم تا بعد از این به خاطر دونستن دلیل علمی خیلی از اتفاقات، از پدیده­ هایی که قبلاً معمولی به نظر می­ آمد لذت ببریم و ضمناً امیدواریم با مطالعه ­ی این علم بتونیم خودمون و با اتکا به سواد و ایده­ های خودمون وسایل هوافضایی بسازیم. پس ادامه ­ی طرح درس ایرودینامیک (و صد البته مابقی طرح درس‌های سایت) رو از دست ندید!

تصویری از لحظات مختلف پرواز تخم درخت افرا برای فرود آمدن روی زمین


یک دیدگاه در ”پرواز در طبیعت

  • ۲ مرداد ۱۳۹۵ در ۴:۲۹ ق.ظ
    پیوند یکتا

    بسیار ساده زیبا و آموزنده بود.
    سپاس

    پاسخ

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.