อากาศมหัศจรรย์
เครื่องบินโบอิ้ง 747 “จัมโบ้” เจ็ท เคลื่อนที่บนทางวิ่ง บรรทุกผู้โดยสารและลูกเรือกว่า 350 ชีวิต ความยาวลำตัวกว่า 180 ฟุต ยาวกว่าเที่ยวบินแรกของพี่น้องตระกูลไรท์ในปี1903 ถึง 10 เท่า น้ำหนักประมาณ 400 ตันใช้น้ำมันเชื้อเพลิงมากพอที่จะขับรถตุ๊กๆ ได้สามปี แต่ภายในไม่กี่วินาทีเจ้าปีศาจเหล็กตัวใหญ่ก็นำสิ่งของต่างๆขึ้นไปอยู่ใน อากาศอย่างรวดเร็ว สามารถบินสูงกว่าภูเขาเอเวอร์เรสที่ความเร็วเกือบ 600 กิโลเมตรต่อชั่วโมง เป็นไปได้อย่างไร มีวิธีการอย่างไรเพื่อทำให้ได้เครื่องบินที่มีขนาดใหญ่และมีน้ำหนักมากบิน ได้ดี ?
นกอัลบาทรอสบินโฉบเฉี่ยวเหนือมหาสมุทรกับปีกยาวห้าฟุตของมัน ตัวมันแทบจะไม่เคยสัมผัสพื้น แต่สูงขึ้นไปอีกสี่หมื่นฟิตเครื่องบินคอนคอร์ดของสายการบิน บินผ่านท้องฟ้าที่สองเท่าของความเร็วของเสียง ในช่วงเวลาเพียงสองชั่วโมงครึ่งนั้นพาผู้โดยสารจากกรุงลอนดอนไปนิวยอร์ค ทั่วโลกมีสิ่งที่บินได้ลอยอยู่ในอากาศมากมาย สิ่งมีชีวิตบินร่วมกับสิ่งที่มนุษย์สร้าง พวกเขาจัดการให้อยู่เป็นระเบียบได้อย่างไร แต่ละเที่ยวบินที่มีการทำงานอย่างไร
คำถาม จะทำอย่างไรห้วงอากาศและการเคลื่อนที่ของวัตถุทางอากาศ
การเคลื่อนที่ของอากาศ และการเกิดแรง
การเคลื่อนที่ของอากาศทำให้เกิดแรง อากาศมีอยู่ทั่วไปรอบตัวเรา มันจะมองไม่เห็น แต่เมื่อเกิดการเคลื่อนมันจะมี อำนาจในการเคลื่อนย้ายทางอากาศสูงอย่างน่าใจหาย ตัวอย่างชัดเจนเช่นการเกิดพายุทอร์นาโดหรือพายุเฮอริเคน ต้นไม้ถูกถอน บ้านและรถถูกยกลอยขึ้นราวกับของเล่น
อากาศดูเหมือนว่าไม่มีน้ำหนัก แต่อากาศที่อยู่รอบตัวคุณมีน้ำหนักประมาณเดียวกับที่คุณออกแรงกระทำ ในความเป็นจริงอากาศทั้งหมดของในโลกมีน้ำหนักประมาณ 11 quintillion
สำคัญที่สุดเช่นเดียวกัน อากาศถูกสร้างขึ้นจากอนุภาคเล็ก ๆ เรียกว่าโมเลกุล ในของแข็งหรือของเหลวโมเลกุลอยู่ด้วยกันอย่างหนาแน่น แต่ในก๊าซเช่นอากาศ โมเลกุลอยู่ห่างไกลกันและไปมาอย่างรวดเร็ว ความเร็วเฉลี่ยของโมเลกุลของอากาศในห้องประมาณ 1,130 ไมล์ต่อวินาที
เมื่อโมเลกุลอากาศเกิดการเปลี่ยนแปลงจากบางสิ่งบางอย่าง เช่นเมื่อดันมือออกไปเพียงเล็กน้อยอากาศจะกลับมาแทนที่อากาศที่ถูกดันออกไป ทันที ผลการเคลื่อนที่ของเพียงหนึ่งโมเลกุลเล็กๆมาแทนที่นั้นก่อให้เกิดแรงกดหรือ แรงดัน โดยสัมผัสจากความรู้สึกได้จากโมเลกุลของอากาศเป็นพันพันล้านที่อยู่รอบมือ ที่มีการเคลื่อนที่ โมเลกุลของอากาศจะเกิดการแทรกสอดกับด้านอื่นๆของมือ ทุกวินาที
การทดลอง
สิ่งที่ต้องเตรียม
กระดาษสองแผ่น กับสมุดเล่มหนา
วิธีการทดลองที่ 1 ถือแผ่นกระดาษไว้ที่ริมฝีปากล่างและเป่าลมออกอย่างเร็วทั่วทั้งพื้นผิวด้านบน จะเกิดอะไรขึ้น?
วิธีกาทดลองที่ 2 วางหนังสือบนโต๊ะห่างกันประมาณ 4 นิ้ว วางแผ่นกระดาษไว้ที่หนังสือด้านหนึ่ง เป่าลมผ่านช่องว่างระหว่างหนังสือ โปรดสังเกตการเคลื่อนที่ของกระดาษ
วิธีกาทดลองที่ 3 ถือกระดาษสองแผ่นห่างกันไม่กี่นิ้วใช้ลมปากเป่าผ่านช่องกระดาษทั้งสองอย่างเร็ว และดูว่าเกิดอะไรขึ้น
ให้อธิบายผลจากการสังเกต เกี่ยวกับความกดอากาศที่เกิดขึ้นกับกระดาษอย่างใดอย่างหนึ่งในแต่ละการทดลอง สิ่งที่เกิดขึ้นมีผลกระทบกับแรงความกดดันในด้านใด?
ในปี ค.ศ. 1738 นักคณิตศาสตร์ชาวสวิส Daniel Bernoulli ทำการค้นพบที่น่าแปลกใจ และได้กลายเป็นที่รู้จักกันในหลักการกฏของไหลเบอร์นูลี “Bernoulli”
Bernoulli พบว่าเมื่อความเร็วของก๊าซหรือของเหลวเพิ่มขึ้นความดันของมันจะลดลง ถ้าอากาศเคลื่อนที่รอบวัตถุที่ความเร็วเท่ากันแล้วความดันทุกด้านจะลดลงด้วย จำนวนเดียวกัน ในกรณีนี้แรงผลักดันจากทุกทิศทางยังคงความสมดุล
จะเกิดอะไรขึ้นถ้าอากาศที่ผ่านวัตถุสองด้านแต่มีความเร็วต่างกัน อากาศด้านบนของของวัตถุมีความเร็วมากกว่าอากาศด้านล่าง ความดันที่เกิดขึ้นจะแตกต่างอย่างไร
จากหลักการของ Bernouilli ทำให้ความดันที่ด้านบนจะน้อยกว่าที่อยู่ด้านล่าง ด้วยเหตุนี้จึงเกิดแรงยกมากกว่าแรงกด
การทดลอง กระแสอากาศ
สิ่งต้องเตรียม
- ขวดแก้ว
- ไม้ไผ่เล็กทำเสาธง 20-30 อัน
- กระดาษ, กรรไกรและกาว
- ไม้บอร์ดขนาดใหญ่หรือบอร์ดไม้ก๊อก
- แผ่นกระดาษขนาดใหญ่\
- ดินสอ
- เครื่องเป่าลม
ตัดกระดาษขนาด กว้าง½ นิ้ว ยาว 2 นิ้ว พับกระดาษติดกับไม้เพื่อทำธงขนาดเล็ก กระดาษควรจะหมุนรอบเสาได้คล่อง
นำขวดแก้ววางที่ใกล้ขอบของกระดานไม้บอร์ด วาดเส้นแบ่งกลางไม้บอร์ด ติดตั้งธงเข้าบนไม้บอร์ดทางด้านหลังของขวดแก้วให้ทั่วบอร์ด
นำเครื่องเป่าลมห่างจากขวดประมาณ 6 นิ้ว ตรงตามแนวเส้นศูนย์ เปิดลมผ่านขวดด้วยความเร็วต่ำและสูงสลับกัน จากนั้นปิด สังเกตุทิศทางของธง
วาดเส้นสั้นๆใต้แต่ละธง เพื่อแสดงทิศทางที่ลมผ่าน แล้วเอาธงออก สังเกตรูปแบบของเส้น ให้บอกเกี่ยวกับวิธีที่อากาศไหลรอบ ๆ โถเป็นอย่างไร
การทดลองที่ 2
ให้ทำการทดลองซ้ำโดยใช้วัสดุที่มีรูปร่างที่แตกต่างกันออกไป มาแทนขวด เช่น รูปทรงรี รูปทรงเหลี่ยม
หรือแผ่นหน้าตัดเป็นต้น
แรงหน่วงผิว
ซึ่งผลได้รับการอธิบายครั้งแรกโดยวิศวกรโรมาเนีย, Henri Coanda, ในปี ค.ศ. 1926 กล่าวคือเมื่อน้ำผ่านใกล้พื้นผิวเรียบ อากาศระหว่างกลางจะถูกน้ำพาเคลื่อนที่ ทำให้ความดันของอากาศระหว่างกลางน้อยกว่าด้านนอก น้ำจึงถูกผลักให้ไหลผ่านผิวเหยือก และเมื่อผ่านพื้นผิวเรียบ ของไหลจะพยายามทำตามพื้นผิวของวัตถุ จะสังเกตุว่าจะมีการเปลี่ยนทิศทางของๆไหลผลการทดลองของกฎ Coanda
ให้สังเกตุน้ำจากเหยือกที่ไหลลงด้านข้างของเหยือก ในความเป็นจริงทุกของเหลวและก๊าซในลักษณะนี้ จะไหลลงพื้นเป็นเส้นทางตรงโดยธรรมชาติ แต่น้ำกลับไหลติดผิวเหยือก
ซึ่งผลได้รับการอธิบายครั้งแรกโดยวิศวกรโรมาเนีย, Henri Coanda, ในปี ค.ศ. 1926 กล่าวคือเมื่อน้ำผ่านใกล้พื้นผิวเรียบ อากาศระหว่างกลางจะถูกน้ำพาเคลื่อนที่ ทำให้ความดันของอากาศระหว่างกลางน้อยกว่าด้านนอก น้ำจึงถูกผลักให้ไหลผ่านผิวเหยือก และเมื่อผ่านพื้นผิวเรียบ ของไหลจะพยายามทำตามพื้นผิวของวัตถุ จะสังเกตุว่าจะมีการเปลี่ยนทิศทางของๆไหล
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น