اصل برنولی

یک لوله یا شلنگ باریک مانند خودکار بیک پیدا کنید و یک سر آن را دو نوار باریک کاغذی از روبرو بچسبانید ، به طوریکه فاصله آنها از همدیگر حدود نیم سانتی متر باشد. سپس از سر دیگر فوت کنید. چه انتظاری دارید؟ همین کار را می توانید با فوت کردن میان دو برگ کاغذ یا دو بادکنک سبک که به فاصله کمی از هم جدا شده اند نیز انجام دهید.حس ما این است که فوت ما باعث دوری دو نوار کاغذی از همدیگر می شود، اما واقعیت چیز دیگری است! این دو نوار به هم نزدیک شده و حتی به هم می چسبند! چرا ؟ [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
دلیل آن را اولین بار دانشمند سوئیسی، دانیل برنولی در سال ۱۷۳۸ در کتاب خود به نام هیدرودینامیک توضیح داد: افزایش سرعت یک سیال (غیر لزج)به طورهمزمان باکاهش فشار ویا کاهش در انرژی پتانسیل آن همراه است. زمانی که شما داخل لوله فوت می کنید، جریان هوا به عنوان یک سیال از فشار آن بر نوارهای کاغذی می کاهد، و در نتیجه فشار اتمسفر از بیرون ، نوارها را به همدیگر می چسباند. اگر بخواهم ساده و دوستانه بگویم، مولکول های یک سیال در حال حرکت ، برخلاف برخی راننده ها، بیشتر حواسشان به جلو و مسیر حرکتشان است، نه اطراف و به همین خاطر فشارشان به اطراف کم می شود. در مسیر اصلی قله دارآباد، لوله آبی وجود دارد که آب چشمه درون آن جاری است. احتمالا کوهنوردان سوراخ کوچکی در آن ایجاد کرده اند تا از آب آن استفاده کنند. برخلاف تصور ، آب از درون این سوراخ فوران نمی کند و تنها با یک چوب کوچک به راحتی آب بند می شود. دلیل آن نیز اصل برنولی است. جریان آب از فشار به بدنه لوله می کاهد.

هر چه بر سرعت سیال اضافه شود از فشار آن به اطراف کاسته می شود. مثلا هرچه مسیر جریان آب تنگ تر شود، سرعت آن افزایش یافته و فشار آن به بدنه کاسته می شود. برعکس آن نیز درست است. مثلا شیر آب را که باز می کنیم، جریان آب در پایین شیر باریک تر می شود، چون در پایین به خاطر جاذبه ، سرعت آب بیشتر است. در کودکی زمانیکه قایق های کاغذی خود را در جویهای خیابان شناور می کردیم، به خوبی می دیدیم که در مناطق تنگ، بر سرعت آب و در نتیجه قایق افزوده می شد. هنگامیکه دو قایق به موازات و نزدیک هم حرکت می کنند ، میان دو قایق شبیه یک کانال باریک می شود. طبق اصول نسبیت، فرقی نمی کند که آب حرکت کند یا قایق. نتیجه آن کاهش فشار آب میان این دو قایق است که در بدترین حالت سبب جذب آنها به یکدیگر و تصادف می شود. این موضوع در حد تئوری نیست و بارها رخ داده است و امروزه در مانوورهای آبی، این رخداد را در نظر می گیرند.

به همین ترتیب قطاری که به سرعت حرکت می کند ، می تواند شخصی را که زیادی نزدیک آن ایستاده را به خود جذب کند که اگر سبب تصادف شود، بسیار خطرناک است. بنابراین جذب یک دوچرخه سوار توسط یک ماشین سنگین که به سرعت از نزدیک آن می گذرد نیز دور از ذهن نیست! تند آبها و گردابها نیز به همین دلیل، شناگران را به میان خود می کشند و حتی غرق می کنند. آیا می توانید با اصل برنولی آن را توضیح دهید؟ یک یا چند توپ سبک مانند توپ پینگ پنگ ، بر روی فواره هوا شناور می ماند. چرا؟ اصل برنولی به طور مستقیم از قانون دوم نیوتن مشتق می شود. چگونه ؟

در گذشته فکر می کردم که پرواز هواپیما همچون بادبادک است و در اثر حرکت ، هوا به زیر بال ها خورده و باعث پرواز هواپیما می شود. موضوع به این سادگی نیست. در پرواز هواپیما، اصل برنولی تعیین کننده است. بال هواپیما به گونه ای است که سطح پایین آن افقی و صاف است، اما سطح بالای آن منحنی و شبیه گرده ماهی و بال عقاب است. هنگام حرکت، نوک بال هوا را می شکافد. بخش پایینی مسیر مستقیمی را طی می کند، اما بخش بالایی، به خاطر انحنای بال، مسیر بیشتری طی می کند و در نتیجه سرعت آن بیشتر است. نتیجه اینکه فشار سطح پایین بیشتر از بالاست و با رسیدن هواپیما به سرعت کافی، این اختلاف فشار بر نیروی وزن غلبه کرده و هواپیما به پرواز در می آید.

شما می توانید با منحنی کردن یک برگ کاغذ و فوت کردن به سطح منحنی آن مشابه چنین فرآیندی را ببینید. در این حالت برگه کاغذ به سمت بالا پرواز می کند. در ماشینهای مسابقه یا سرعت بالا ، برای جلوگیری از پرواز ماشین، طراحی برعکس هواپیما صورت می گیرد و به ویژه یک قطعه بال مانند در پشت ماشین قرار داده می شود که برعکس بال هواپیما عمل می کند و در سرعتهای بالا، ماشین را به سمت پایین هل می دهد. اکنون شما بگویید که نقش بالچه هواپیما که در بالهای عقاب نیز دیده می شود ، چیست؟

اگر اهل تماشای فوتبال هستید، حتما دیده اید که بعضی شوتها، توپ را منحنی وار به پیش می برد. شوتی که لیونل مسی در همین جام جهانی به سوی دروازه ایران شلیک کرد، به همین صورت گل شد. نمونه بهتر آن درایو یا لوپهای تاپ اسپین است که بازیکنان تنیس روی میز به کرات از آن استفاده می کنند. چرخشی که این بازیکنان به توپ می دهند، مسیر آن را به سمت پایین منحنی می کند. این انحنا نیز با اصل برنولی قابل توضیح است. در یک درایو تاپ اسپین، چرخش توپ در همان سمتی است که حرکت می کند. بنابراین سطح بالای توپ چرخشی به سمت هوا دارد که اصطکاک بیشتری ایجاد و از سرعت هوا می کاهد. برعکس آن برای سطح پایین است. نتیجه اختلاف فشار و هل دادن توپ به سمت پایین است. آیا می توانید حرکت بومرنگ را با اصل برنولی توضیح دهید؟ من که نمی توانم!
hupaa