كيف تلعب العاصفة والجناح
- اختر اختبارًا واقرأ السرعات والكتلة والمساحة في البطاقة.
- الهواء الأسرع ضغطه أقل: الانخفاض ½·ρ·v²، لذا يترك الهواء الأسرع فوق السطح منه تحته فرقًا في الضغط.
- يؤثر هذا الفرق على المساحة كلها: F = ½·ρ·(v_over² − v_under²)·A. اكتب توقّعك واضغط ابدأ.
- راقب الأعمدة: يرتفع السقف أو الطائرة أو الشريط لحظة بلوغ قوة الرفع وزنه.
كيف يستطيع الهواء المتحرك رفع سقف؟
مبدأ برنولي يعمل في الهواء أيضًا: حيث يتحرك الهواء أسرع يكون ضغطه أقل، بمقدار ½·ρ·v² مقارنة بالهواء الساكن. الهواء خفيف، نحو 1.2 kg لكل متر مكعب، لذا يبدو الانخفاض صغيرًا: 540 Pa لعاصفة سرعتها 30 m/s، أي نحو نصف في المئة من ضغط الهواء. لكنه يؤثر على كل متر مربع. وعلى سقف مساحته 100 m²، مع هواء ساكن داخل البيت يدفع إلى الأعلى بالضغط الكامل، يساوي ذلك 54 kN، وهذا يكفي لاقتلاع سقف ثقيل كاملًا. والجناح يعمل بالطريقة نفسها: يُشكَّل ويُمال بحيث يتدفق الهواء فوقه أسرع منه تحته، فيشعر بفرق ضغط ½·ρ·(v_over² − v_under²) على مساحته كلها، وكلما زادت سرعة الطائرة كبر هذا الفرق، مع v². لهذا تحتاج الطائرات إلى مدرج لتبلغ سرعة الإقلاع. وانفخ فوق شريط من الورق فيرتفع للسبب نفسه.
نموذج تعليمي مركّز
الهواء 1.2 kg/m³ ولا ينضغط عند هذه السرعات؛ والهواء تحت السقف أو الشريط ساكن، ويؤثر فرق الضغط بالتساوي على المساحة كلها. تتسارع الريح أو الطائرة أو نفَسك بانتظام مدة 2 s؛ والشيء الذي يرتفع يرتفع لحظة بلوغ F = ½·ρ·(v_over² − v_under²)·A وزنه (وما يقع ضمن 0.15% يرتفع)، ويُرسم صاعدًا مدة 1 s. الأجنحة الحقيقية تدفع الهواء أيضًا إلى الأسفل، وهذا ما يُهمله النموذج. لا شيء بمقياس صحيح. تكون القوة صحيحة ضمن 2%؛ ويجب أن ترفع السرعة بفائض لا يزيد على 2%. g = 9.8 m/s². يجري في الزمن الحقيقي.