گاما رو نصب کن!

{{ number }}
اعلان ها
اعلان جدیدی وجود ندارد!
کاربر جدید

جستجو

پربازدیدها: #{{ tag.title }}

میتونی لایو بذاری!

ورقه دورشونده: ورقه‌هایی که از هم دور می‌شوند.

بروزرسانی شده در: 14:21 1404/09/22 مشاهده: 7     دسته بندی: کپسول آموزشی

ورق‌های دورشونده: یک پدیده‌ی ساده با مثال‌های جذاب

چگونه برخی از صفحات از هم دور می‌شوند و این پدیده در زندگی ما کجاها دیده می‌شود؟
خلاصه: ورق‌های دورشونده پدیده‌ای است که در آن دو صفحه یا سطح نزدیک به هم، به دلایل مختلفی مانند حرکت هوا یا جریان مایع، از یکدیگر فاصله می‌گیرند. این موضوع ساده درک مفاهیم اولیه‌ای مانند فشار1، جریان و اصطکاک2 را آسان می‌کند. در این مقاله با مثال‌های ملموس از زندگی روزمره، مثل جدا شدن برگه‌های کتاب یا پرواز هواپیما، این پدیده را بررسی می‌کنیم.

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؟

نکته: قانونی در فیزیک به نام برنولی3 وجود دارد. این قانون به زبان ساده می‌گوید: هرچه سرعت حرکت یک سیال (مثل هوا یا آب) بیشتر شود، فشاری که آن سیال وارد می‌کند کمتر می‌شود. با فوت کردن بین دو برگه، سرعت هوا زیاد و فشار بین آن‌ها کم می‌شود. در نتیجه فشار هوای معمولی اطراف که بیشتر است، دو برگه را به سمت یکدیگر فشار می‌دهد و آن‌ها به هم می‌چسبند! بله، درست خواندید؛ این آزمایش معروف معمولاً باعث نزدیک شدن برگه‌ها 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.

فرمول نمادین: برای علاقه‌مندان، رابطه برنولی به صورت ساده شده این است: $P + \frac{1}{2} \rho v^2 = \text{ثابت}$ که در آن $P$ فشار، $\rho$ چگالی هوا و $v$ سرعت است. وقتی $v$ زیاد شود، $P$ در آن ناحیه کم می‌شود.

اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم

سوال: آیا این پدیده فقط برای کاغذ و هوا صدق می‌کند؟

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.

سوال: یک اشتباه رایج در انجام آزمایش فوت کردن بین دو برگه چیست؟

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.

سوال: آیا وزش باد شدید می‌تواند سقف خانه را به بالا بکند (از دیوارها دور کند)؟ آیا این همان پدیده است؟

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.

جمع‌بندی: پدیده ورق‌های دورشونده یک نمایش ساده و قابل آزمایش از یک قانون فیزیک مهم (برنولی) است. ما یاد گرفتیم که این اتفاق فقط محدود به کاغذ نیست و در مثال‌های متنوعی از پرده حمام گرفته تا پرواز هواپیما دیده می‌شود. کلید فهم این موضوع، درک رابطه معکوس بین سرعت حرکت هوا (یا هر سیال دیگری) و فشار آن است. با انجام آزمایش پیشنهادی، می‌توانید این مفهوم را به طور عینی و ملموس درک کنید.

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.

اصل برنولی فشار هوا آزمایش علمی ساده آیرودینامیک پدیده‌های فیزیکی