من التطبيقات التي يستخدم فيها مبدأ برنولي هو رفع الطائرات بواسطة الأجنحة، إليكم مبدأ برنولي:
مبدأ برنولي: كلما زادت سرعة السائل، كلما قل ضغطه.
المبدأ يبدو بسيطًا لكنه معقد في نفس الوقت.
ولفهم مدى صحة هذه القاعدة ينبغي تعريف الضغط.
معادلة الضغط هي: P=F/A
هذا التعريف ليس مفيدا جدا في هذه الحالة.
لنفترض أننا سنستبدل «السوائل» fluid بمجموعة من الكرات الصغيرة.
(وهذا ينطبق على الغازات أيضا).
تكون الجزيئات في هذا النموذج مثل كرات صغيرة.
فهي تتحرك في جميع الاتجاهات مع قيم سرعة مختلفة.
يمكن أن تصطدم أحيانا هذه الكرات مع جدار أو سطح.
ويسبب اصطدام الكرة تغير زخمها (حيث الزخم هو نتاج الكتلة والسرعة).
يتطلب هذا التغيير في الزخم قوة، وهذه القوة تسلط على الكرة من قبل السطح.
لأن القوى هي التفاعل بين كائنين، بحيث دفع سطح كرة الهواء يعني أنها تدفع هي الأخرى السطح بنفس القوة.
بمعنى أن الضغط الذي ينتج بسبب الغاز أو السوائل يرجع إلى اصطدام كرات الهواء الصغيرة (أو كرات الماء).
أيضا من أجل فهم مبدأ برنولي، نحتاج إلى تخيل هذه الكرات تتحرك بسرعات مختلفة وفي اتجاهات مختلفة.
هنا صورة للمساعدة (انها صورة تخيلية، وليست كرات الهواء الحقيقية).
النقطة الرئيسية هي أن الضغط على السطح السفلي يعتمد على كل من سرعة وكتلة الكرات وكذلك التردد الذي تصطدم به.
المزيد من الاصطدامات يعني زيادة الضغط.
الآن نفترض أن هذا الهواء يتحرك إلى اليمين بسرعة متوسطة.
هذا يعني أن متوسط سرعة الكرات هو إلى اليمين، لكنها لا تزال تتحرك في جميع الاتجاهات -هي فقط تتحرك أكثر إلى اليمين من اليسار.
تكون كرات الهواء في هذه الحالة هي نفسها كما كانت من قبل، ولكن مع متوسط سرعة إلى اليمين (السهم الأصفر يظهر السرعة الإجمالية)
ولكن ما علاقة ذلك بالضغط؟
كلما تحركت كرات الهواء إلى اليمين كلما قل اصطدامها بالسطح السفلي.
مع عدد أقل من الاصطدامات، ينخفض الضغط.
هذه هي الطريقة التي يعمل بها مبدأ برنولي.
من الأسهل أن نفهم السوائل والغازات باعتبارها مجموعة من الكرات التي تتحرك – وهذا جوهريًا صحيح.
الجزء المرح في الموضوع هو أن بعض نتائج مبدأ برنولي يمكنك أن تجربها بنفسك.
الأول وهو الأسهل، كل ما تحتاجه هو ورقة. ضع حافة واحدة من ورقة تحت فمك وانفخ. كما في الصورة التالية.
_
ما الذي يحدث؟
كلما نفخت على الورقة، يتحرك الهواء عند القمة أسرع من الهواء على الجزء السفلي.
وفقا لمبدأ برنولي، الهواء الذي يتحرك بشكل أسرع عند القمة يصبح أقل ضغطًا من الجزء الذي لا يتحرك من الهواء عند القاع. مع وجود ضغط أعلى عند قاع الورقة يصبح هناك قوة اكبر تقوم بدفعها.
وبالتالي ترتفع الورقة عاليا. حينما تصبح الورقة عالية جدا فإن تيار الهواء يدفع إلى الأسفل.
مثال مشابه آخر.
انه بالون الأطفال.
بعد تفجيره وترك الهواء يخرج منه، قد يفعل شيئا من هذا القبيل.
إنه نفس ما يحدث بالنسبة للورقة لكن الاختلاف أن الهواء بداخل الأنبوبة المطاطية يكون أسرع.
هذا الهواء السريع يقلل من الضغط في الأنبوب وبالتالي الضغط العالي بالخارج يسبب إنهيار الأنبوب.
طبعا الأنبوب الذي انهار يوقف الهواء الذي يزيد الضغط للخلف مرة أخرى. الورقة والبالون هما مثالين لكيفية عمل آلات النفخ الموسيقية – مثل الكلارينت والسيكسافون و الأوبوا – في حين أن فم البالون يشبه الآلات النحاسية الموسيقية مثل الطوبا و الترومبت والترومبون.
تطبيق ممتع آخر هو البخاخة.
هي لا تكسر الذرات – هذا سيكون مريعا.
هي مجرد وسيلة لرش السائل. يمكن بنائها بالقش المبلل.
تجربة أخرى:
إذا كان لديك اثنين من كرات البينغ بونغ معلقتين عموديا ( استخدم الشريط بدلا من سلسلة لأنه أسهل).
هناك فجوة صغيرة بين الكرات. الآن شاهد ما يحدث إذا سلطت نفخة هواء بين الكرتين.
من الواضح أن الكرتين حصلتا على دفعتين معا.
يمكن أن تفعل هذا مع أي كائنين آخرين.
يمكن إعادته مع اثنين من علب الصودا الفارغة.
لكن لا تزال الفكرة هي أن نقل الهواء أسرع بين العلب يقلل الضغط بحيث يصبح الضغط الخارجي أكبر ثم يقوم بدفعهما معا.
على برنولي أن يكون سعيدا الآن لأننا أثبتنا مبدأه.
- ترجمة : مصطفى العدوي.
- تدقيق: بدر الفراك.
- تحرير: ندى ياغي.
- المصدر
