ورقهای دورشونده: یک پدیدهی ساده با مثالهای جذاب
چرا ورقها از هم دور میشوند؟ (دلیل اصلی)
برای فهم این پدیده، اول باید با مفهوم فشار هوا آشنا شویم. فشار هوا نیرویی است که هوای اطراف ما به همهی سطوح وارد میکند. وقتی دو ورق کاغذ به هم نزدیک هستند، هوای بین آنها فضای کمی دارد. حالا اگر بین آنها فوت کنید چه میشود؟
پس منظور از "دورشونده" چیست؟ اگر دو برگه را طوری بگیریم که لبههای بالایی آنها کنار هم و لبههای پایینی کمی از هم فاصله داشته باشند و از بالا بین آنها فوت کنیم، این بار برگهها از هم دور میشوند. دلیلش این است که هوای پرسرعتی که از بالا وارد میشود، فشار بین برگهها در قسمت بالا را کم میکند. در پایین که هوا ساکن است و فشار بیشتر، این فشار زیاد برگهها را از پایین به سمت بیرون و بالا میراند، گویی که از هم دور میشوند.
دستهبندی ورقهای دورشونده در طبیعت و فناوری
این پدیده فقط مربوط به کاغذ نیست. میتوانیم نمونههای مختلف آن را در سه دسته طبقهبندی کنیم:
| دستهبندی | مثال ملموس | چه چیزی نقش "ورق" را بازی میکند؟ | علت دور شدن |
|---|---|---|---|
| در زندگی روزمره | جدا شدن پردههای دوش حمام هنگام روشن بودن دوش | دو لایه پردهٔ حمام | جریان آب و هوای مرطوب با سرعت نسبتاً بالا بین دو پرده، فشار را کم میکند. |
| در حملونقل | بال زدن پرندگان یا پرواز هواپیما | بال پرنده یا هواپیما (بال به عنوان یک سطح) | شکل خاص بال باعث میشود هوا روی آن سریعتر (فشار کمتر) و زیر آن کندتر (فشار بیشتر) حرکت کند. این تفاوت فشار، برآ4 ایجاد میکند که جسم را بالا میبرد. میتوان گفت بال "میخواهد" از زمین دور شود. |
| در طبیعت | باز شدن غنچه گل یا برگهای جوان | گلبرگها یا برگهای به هم چسبیده | این بیشتر یک رشد فیزیکی است، اما در مقیاس کوچک، ترشح مواد یا رشد سلولها باعث ایجاد نیرویی میشود که صفحات گیاهی را از هم دور میکند. |
| مثال برعکس (نزدیکشونده) | چسبیدن دو پردهٔ سبک به هم هنگام باز کردن پنجره در حرکت | پردههای سبک | باد یا جریان هوای سریع از کنار پنجره، فشار بین پردهها را کاهش میدهد و فشار هوای پشت آنها آنها را به هم میچسباند. |
از آزمایش تا ساخت: یک کاردستی علمی ساده
بیایید یک آزمایش عملی و جذاب انجام دهیم تا مطمئن شویم موضوع را فهمیدهایم.
وسایل مورد نیاز: دو تکه کاغذ A4 (یا دو برگ از یک دفتر)، یک نی نوشیدنی.
روش آزمایش:
۱. هر دو برگه کاغذ را از طول تا بزنید تا مثل یک کتاب بشوند.
۲. آنها را کنار هم روی میز بگذارید، طوری که لبههای تا خورده به هم چسبیده و لبههای باز آنها از هم حدود 2 سانتیمتر فاصله داشته باشد (شکل V برعکس).
۳. نی را بین دو کاغذ، نزدیک به لبههای تا شده، قرار دهید و محکم فوت کنید.
مشاهده: با کمال تعجب، دو برگه از هم دور میشوند! این اتفاق به خاطر همان اصل برنولی رخ میدهد. هوای پرسرعت حاصل از فوت کردن شما، فشار در فضای باریک بین دو کاغذ را کاهش میدهد. فشار هوای معمولی بیرون که حالا از فشار بین کاغذها بیشتر است، از طرف لبههای باز (که فاصله داشتند) به کاغذها نیرو وارد کرده و آنها را از هم باز میکند.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاسخ: خیر. این اصل برای هر سیالی (گاز یا مایع) و هر دو سطح نزدیک به همی کاربرد دارد. مثلاً اگر دو صفحه تخت را در آب به هم نزدیک کنید و بین آنها آب را به سرعت به جریان بیندازید، همین اثر دور شدن یا کمتر چسبیدن را میبینید. این حتی در طراحی بدنه قایقهای تندرو نیز مورد توجه قرار میگیرد.
پاسخ: اشتباه رایج این است که افراد دو برگه صاف و کاملاً موازی را در دست میگیرند و از بالا به پایین بین آنها فوت میکنند. در این حالت، همان طور که توضیح دادیم، برگهها به هم میچسبند (نزدیک میشوند). برای دیدن اثر "دور شدن"، باید شرایطی ایجاد کرد که فشار هوای بیرون بتواند از یک سمت به برگهها نیرو وارد کند، مثل همان آزمایش کاردستی که لبههای کاغذها در پایین باز بود.
پاسخ: بله، تا حدی مشابه است. وقتی طوفان شدیدی میوزد، هوا با سرعت بسیار بالا از روی سقف شیبدار حرکت میکند. این باعث کاهش فشار هوا در بالای سقف میشود. در حالی که فشار هوای داخل خانه (زیر سقف) معمولاً بیشتر است. این اختلاف فشار میتواند نیروی خالص بزرگی به سمت بالا ایجاد کند و در موارد حاد، سقف را "کنده" و از دیوارها دور کند. پس بله، یک نمونه بزرگمقیاس از تأثیر تفاوت فشار ناشی از سرعت سیال است.
پاورقی
1 فشار (Pressure): نیروی وارد بر واحد سطح. واحد آن در سیستم بینالمللی پاسکال (Pa) است.
2 اصطکاک (Friction): نیرویی که در مقابل حرکت نسبی دو سطح در تماس با هم مقاومت میکند.
3 برنولی (Bernoulli's Principle): اصل فیزیکی که رفتار یک سیال در حال جریان را توصیف میکند و به افتخار ریاضیدان سوئیسی، دانیل برنولی نامگذاری شده است.
4 برآ (Lift): نیروی آیرودینامیکی که عمود بر جهت جریان هوا بر یک جسم (مانند بال) وارد میشود و آن را بالا میبرد.
