المپياد جهاني فيزيك
 پيوندهاي المپياد فيزيك
 
 فيزيك چنبره‌هاي گردابي (زنگ تفريح شماره‌ي 88)
فيزيك چنبره‌هاي گردابي (زنگ تفريح شماره‌ي 88)زنگ تفريح فيزيك
آزمايشي ساده در مكانيك سيالات

فيزيك در چنبره‌ي گردابي:
 لوله‌ي هوا





قرار است كه مولد چنبره‌ي گردابي ايجاد كند. اين ابزار به‌طور مؤثري هوا را در حالتي كه در ديناميك سيالات بررسي مي‌كنيم منتقل مي‌كند.

آنچه نياز داريد

    قوطي كنسرو

    جعبه‌‌ي پلاستيكي

    نوار

    قيچي يا كاتر (هشدار: از يك بزرگتر بخواهيد اين‌ كار را انجام دهد.)

چه بايد كرد

ابتدا بايد حفره‌اي در انتهاي محفظه‌ (سطح مقطع) قوطي يا سطل ايجاد ايجاد كنيد. برش يك حفره در مقواي قوطي راحت‌تر از قوطي پلاستيكي است. از قيچي براي ايجاد حفره استفاده كنيد. اين حفره بايد در مركز و شكل آن مطابق (شكل 1) دايره‌اي باشد. قطر 2 اينچ مطلوب است. به سطح فشار وارد نكنيد. حفره نبايد كاملاً دايره‌اي باشد. علت را توضيح مي‌دهيم.


سپس با نوارچسب يا كش محكم،‌ طرف ديگر را با كيسه‌ي پلاستيكي ببنديد (شكل2). مطمئن شويد كه از اين سطح هيچ هوايي عبور نمي‌كند. سطح قابل انعطاف را غشاء يا پوسته (Membrane)مي‌ناميم. بهتر است در حين ساختن وسيله‌اي نام نامتعارفي براي‌اش انتخاب كنيد. در نتيجه غشاء يا پوسته‌ي اين مولد پيچه‌ي هوا نام بسيار جالب‌تري است نسبت به قوطي!


از يك تكه چسب براي درست دسته‌ي اين قوطي استفاده كنيد (شكل 3). اين چسب را برگردانيد تا به خودش بچسبد. ولي يك انتهاي آن را آزاد بگذاريد.

حالا مي‌توانيد غشاء را به دو سمت داخل و بيرون فشار دهيد. ابتا به آرامي آن را به سمت خود بكشيد و سريع به سمت داخل. هر چيز قابل انعطافي مي‌تواند هدف اين تونل ساده‌ي باد باشد؛‌مثلاً موي دوست‌تان، پوسترها،‌گربه(!)،‌و شمع (فقط مراقب آتش باشيد. اينجا بايد از يك بزرگ‌تر كمك بگيريد).

چه اتفاقي مي‌افتد؟

وقتي غشاء توده‌اي از هوا را از آن خارج مي‌شود،‌ هواي اطراف را جابه‌جا مي‌كند. هواي اطراف به‌صورت يك پيچه‌‌ي حلزوني (شكل4) نزديك حفره مي‌چرخد. اين حلقه‌ها توده‌ي اصلي هوا را تا 50 فوت جابه‌جا مي‌كند.

فيزيك حركت هوا را ديناميك شاره‌ها مي‌ناميم. شايد جالب باشد كه هوا يك سيال است ولي حركت گازها و مايعات بسيار مشابه آن هستند. وقتي هوا مي‌پيچد يا چرخش دارد آن را «گرداب» (toroid)مي‌ناميم. دوباره به كلمه‌ي نامتعارف گرداب دركنار «پيچه» (Swirl) توجه كنيد. پيچه را زماني استفاده مي‌كنيم كه درباره‌ي «فيزيك بستني» صحبت مي‌كنيم!؟ كمي فكر كنيد ببيند در منزل كجا مي‌توانيد اين گرداب را ببينيد؟ حمام،‌سينك ظرف‌شويي يا دست‌شويي. حالا مولدي كه ساختيد گردابي متفاوت را مسبن به آنچه مثلاً در حمام ديديد، توليد مي‌كند.

آن‌ها شكل دونات يا پيراشكي را درست مي‌كنند! و نام رياضياتي آن «چنبره» (Vortex) است. بنابراين مولد «گرداب‌هاي چنبره‌اي» (Toroid Vortex) درست مي‌كند. چنبره‌ها پديده‌ي جالبي هستند. زيرا حركت هوا پايدار بوده و نيازي به عامل ديگري براي ادامه‌ي حركت خود ندارند. براي مثال سعي كنيد توده‌اي از هوا را فوت كنيد. اين جريان هواي ناپايداري است كه نسبت به زمان پراكنده شده تا به اندازه‌ي يك بازو جابه‌جا شود. از طرف ديگر چنبره‌ي گردابي در تمامي جهات در اتاق حركت مي‌كند. نكته‌ي قابل توجه اين‌است كه رياضيات چنبره‌ها بسيار جذاب است!

وقتي وارد دانشگاه شديد و مكانيك سيالات را خوانديد متوجه خواهيد شد. در آن زمان احتمالاً فيزيك رشته‌ي تحصيلي شماست (البته مكانيسم سيالات در رشته‌ي مكانيك سيالات و هوافضا هم به‌طور كامل بررسي مي‌شود).

حالا خودتان تلاش كنيد

    اگر يك تونل باد داشتيد، مي‌توانستيد شكل اين چنبره‌ها را ببينيد. براي اينكه بتوانيد با اين ابزار هم ببينيد چه اتفاقي مي‌افتد مي‌توانيد درون قوطي را گرد بريزيد تا شبيه سازي ساده‌اي كرده باشيد. اگر يخ خشك داريد همين كار را مي‌توانيد انجام دهيد.

    اگر مولد چنبره‌ي گردابي داشته باشيد آن را مي‌توانيد ببينيد. ولي همه‌ي مطالب علمي كه در اين‌جا‌ اتفاق مي‌افتد با چشم قابل رويت نيست.

    حفره‌هايي با شكل‌هاي گوناگون را امتحان كنيد. مي‌توانيد مه چنبره‌اي مربعي يا مثلثي درست كنيد؟

    وقتي دو چنبره به هم برخورد مي‌كنند چه اتفاقي مي‌افتد؟ توصيه مي‌كنيم اين مورد را حتماً امتحان كنيد. اين حالت و حالت‌هاي پيچيده‌تر بيش‌تر مورد علاقه‌ي فيزيكدانان هستند.

1387/7/10لينک مستقيم

نظر شما پس از تاييد در سايت قرار داده خواهد شد
نام :
پست الکترونيکي :
صفحه شخصي :
نظر:
تاییدانصراف
 
 المپياد فيزيك

 

     

 

 

صفحه‌ي اصلي

     

 

راهنماي سايت

     

 

 

آموزش

     

 

بانك سوال

     

 

 

مسابقه

     

 

 

زنگ تفريح

     

 

 

مصاحبه و گزارش

     

 

 

معرفي كتاب

     

 

 

مشاوره

     

 

 

پرسش‌و‌پاسخ‌علمي

     

 

اخبار

 

فعاليت‌هاي علمي

 سايت‌هاي المپياد فيزيك
 بازديدها
كاربران غيرعضو آنلاينكاربران غيرعضو آنلاين:  1232
 كاربران عضو آنلاين:  0
  کل كاربران آنلاين:  1232