المپياد جهاني فيزيك
 پيوندهاي المپياد فيزيك
 
 موشك‌ها (زنگ تفريح شماره‌ي 239)
موشك‌ها (زنگ تفريح شماره‌ي 239)زنگ تفريح فيزيك
موشك‌ها

 

 

از مايع اسيدي گوارش در شكم شما تا سطح مريخ، موشك‌ها امكان مكاشفه و عمليات رو براي ما فراهم مي‌آورند.

 

موشك‌هاي بزرگ

اگر همه چيز درست از آب دربيايد، سيستم پرتاب موشكي (SLS) ناسا، فضانوردان را از زمين به سوي سيارك‌ها، ماه و حتي مريخ خواهد بُرد. در اواخر 2011 ناسا اعلام كرد كه طرحي بلند مدت شبيه مانند زحل-5 دارد، كه موشك فضانوردان را به ماه مي‌برد. بااين ‌حال،SLS، هم مثل زحل-5 سوخت مايع دارد تا از گرانش زمين فرار كند. بااين حال SLS حتي قوي‌تر از زحل-5 خواهد بود، و فضانوردان را از زمين بيشتر دور ميكند.

رساندن فضانوردان به اين سياره يا هرجاي ديگري مشابه آن، مستلزم صرف انرژي زيادي است. اين نيرو موشك‌ها را در فضا پيش‌ميراند و «نيروي پرتاب»‌ يا پيش‌رانش ناميده مي‌شود. فرايند شيميايي درون موتور موشك اين نيرو را ايجاد مي‌كند. موتور سوخت مايع،‌ درست مانند SLS است كه با سوخت (مايعي مثل هيدروژن) و اكسيدكننده‌اي مثل اكسيژن مايع شروع شده و به چنبره خالي هدايت مي‌شود. اين دو اندركنش كه واكنش‌هاي شيميايي قوي هم هستند،‌فشار بخار زيادي توليد مي‌كنند كه گاز با سرعت زيادي شروع به حركت مي‌كند. اين گاز از اگزوز‌هاي موشك بيرون زده و موشك را به سمت مخالف شتاب مي‌دهد، تاجايي كه سرعت به 4470 متربر ثانيه مي‌رسد.

يكي از پايه‌اي‌ترين اصول فيزيك حكم مي‌كند كه طراحي موشك،‌ از قانون سوم نيوتن تبعيت كند. يعني به ازاي هر كنشي واكنشي داريم در جهت مخالف. اين كنش و واكنش فيزيكي هستند و نه شيميايي. وقتي اگزوز موشك به صفحه‌ي پرتاب زيرين نيرو وارد مي‌كند، نيروي واكنش، يا پرتاب، موشك را به سمت بالا پرتاب مي‌كند. مقدار نيرو بستگي به ميزان سوخت مصرفي و شتابي كه از موتور گرفته مي‌شود، دارد. اين شتاب از قانون دوم نيوتن بدست مي‌آيد (نيرو برابر است با جرم در شتاب). و در نتيجه موشك كه به‌سمت مريخ فرستاده مي‌شود، مقدار زيادي سوخت مي‌سوزاند، و/يا آن را خيلي زود تمام مي‌كند، قبل از اينكه به مدار نه‌چندان دوري نسبت به زمين برسد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

درست مثل شاتل فضايي، SLS موشك چند مرحله‌ايست، و يك سري موتور و پيش‌ران دارد كه همگي در بوجود‌آوردن نيروي پيش‌ران مؤثر هستند. SLS بسيار قوي‌تر است. شاتل فضايي براي مدارهاي كوچك طراحي شده بود، ولي SLS براي وراي مدار زمين طراحي شده است.

 

موشك‌هاي كوچك

از طرف ديگر در ابعاد كوچك، گروهي از محققان بر روي ماشين‌هاي كوچكي كار مي‌كنند كه انقلابي در اكتشافات بدن انسان بوجود خواهد آورد (نانوروبات‌ها 1 و 2). تاچندي پيش روي ميكرو-ماشين‌ها كار مي‌شد، كه همچنان هم اين تحقيقات ادامه دارد. ولي در ابعاد نانو هم تحقيقاتي شروع شده، كه حتي در غشاهاي سلولي و رگ‌ها هم روبات‌ها بتوانند نفوذ كنند. بخصوص براي از بين بردن سلول‌هاي سرطاني و لخته‌خون‌ در رگ‌ها بسيار مهم است. اين دو نوع ماشين يعني بزرگ مثل SLS و ديگري، ميكرو ماشين‌ها، به اندازه‌ي ده ميليون برابر باهم اختلاف دارند.

ميكروموشك‌ها چالش‌هاي مهندسي خودشان را دارند، ولي به اندازه‌ي SLS پيچيده نيستند. بدنه‌ي ميكروموشك‌ها شبيه لوله بوده و از پليمري بنام پُليا‌نيلين (Polyaniline) ساخته مي‌شوند. درون اين لوله با لايه‌ي فلز روي (Zinc) پوشيده شده و كاملاً با موشك‌هاي فضايي تفاوت دارد. منتهي ما آن‌ها راهم موشك مي‌ناميم، چون ميكروموشك‌ها مي‌توانند واقعاً سريع حركت كنند. همچنين در عمل از قانون سوم نيوتن استفاده مي‌كنند.

 

وقتي يكي از اين موشك‌ها را در حلال اسيدي مي‌اندازيم، مثل مايع گوارشي معده، روي در موشك با اسيد گوارشي واكنش داده و در مسيرش حباب‌هايي درست مي‌كند. اين حباب‌ها از يك انتهاي لوله به انتهاي ديگر مي‌روند، كه جزئي از قانون سوم نيوتن است. به همين ترتيب نيرو به انتهاي ديگر وارد شده و در جهت مخالف موشك حركت مي‌كند. آزمايش‌هاي اوليه نشان مي‌دهند كه موشك‌ها يك‌صد بار بيش از طول بدن در ثانيه حركت مي‌كنند. اين تعريف معادل سرعت ماشيني است كه 1.6 كيلومتر را در 4 ثانيه طي كند!

 

 

 

بعلاوه،‌ محققان توانستند حركت موشك را هم كنترل كنند، حتي چيزهايي را با آن بردارند و چيزهايي با آن حمل كنند، و چيزهايي را هم با نيروي مغناطيسي در بدن قرار دهند. براي اينكار يك لايه ماده‌ي مغناطيسي به لايه بيروني لوله اضافه مي‌شود كه با تغيير ميدان مغناطيسي جهت عوض مي‌كند.

بدست آوردن PH محيط و كنترل حلال‌هاي اسيدي از جمله اينها هستند كه حتي كاربرد صنعتي دارند. همانطوركه در نانوروبات‌ها هم توضيح داديم، اين نوع موشك‌ها سوخت‌شان را خودشان مي‌توانند تأمين كنند.

آينده‌ي بسياري از مسائل علمي به موشك‌ها از داخل بدن تا مريخ بستگي دارد.

1391/2/10لينک 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:  2665
 كاربران عضو آنلاين:  0
  کل كاربران آنلاين:  2665