ใส่ความเห็น

อากาศมหัศจรรย์

อากาศมหัศจรรย์


      เครื่องบินโบอิ้ง 747 “จัมโบ้” เจ็ท เคลื่อนที่บนทางวิ่ง  บรรทุกผู้โดยสารและลูกเรือกว่า 350 ชีวิต ความยาวลำตัวกว่า 180 ฟุต ยาวกว่าเที่ยวบินแรกของพี่น้องตระกูลไรท์ในปี1903 ถึง 10 เท่า น้ำหนักประมาณ 400 ตันใช้น้ำมันเชื้อเพลิงมากพอที่จะขับรถตุ๊กๆ ได้สามปี  แต่ภายในไม่กี่วินาทีเจ้าปีศาจเหล็กตัวใหญ่ก็นำสิ่งของต่างๆขึ้นไปอยู่ในอากาศอย่างรวดเร็ว สามารถบินสูงกว่าภูเขาเอเวอร์เรสที่ความเร็วเกือบ 600 กิโลเมตรต่อชั่วโมง เป็นไปได้อย่างไร  มีวิธีการอย่างไรเพื่อทำให้ได้เครื่องบินที่มีขนาดใหญ่และมีน้ำหนักมากบินได้ดี ?

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 เช่นเมื่อดันมือออกไปเพียงเล็กน้อยอากาศจะกลับมาแทนที่อากาศที่ถูกดันออกไปทันที  ผลการเคลื่อนที่ของเพียงหนึ่งโมเลกุลเล็กๆมาแทนที่นั้นก่อให้เกิดแรงกดหรือแรงดัน โดยสัมผัสจากความรู้สึกได้จากโมเลกุลของอากาศเป็นพันพันล้านที่อยู่รอบมือที่มีการเคลื่อนที่  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?

เมื่อ  ความเร็วเพิ่มขึ้น  ความดันลดลง

ในปี ค.ศ. 1738  นักคณิตศาสตร์ชาวสวิส Daniel Bernoulli ทำการค้นพบที่น่าแปลกใจ และได้กลายเป็นที่รู้จักกันในหลักการกฏของไหลเบอร์นูลี “Bernoulli”
Bernoulli พบว่าเมื่อความเร็วของก๊าซหรือของเหลวเพิ่มขึ้นความดันของมันจะลดลง ถ้าอากาศเคลื่อนที่รอบวัตถุที่ความเร็วเท่ากันแล้วความดันทุกด้านจะลดลงด้วยจำนวนเดียวกัน ในกรณีนี้แรงผลักดันจากทุกทิศทางยังคงความสมดุล

จะเกิดอะไรขึ้นถ้าอากาศที่ผ่านวัตถุสองด้านแต่มีความเร็วต่างกัน อากาศด้านบนของของวัตถุมีความเร็วมากกว่าอากาศด้านล่าง  ความดันที่เกิดขึ้นจะแตกต่างอย่างไร

จากหลักการของ Bernouilli ทำให้ความดันที่ด้านบนจะน้อยกว่าที่อยู่ด้านล่าง ด้วยเหตุนี้จึงเกิดแรงยกมากกว่าแรงกด

การทดลอง กระแสอากาศ

สิ่งต้องเตรียม

  1.  ขวดแก้ว
  2. ไม้ไผ่เล็กทำเสาธง 20-30 อัน
  3. กระดาษ, กรรไกรและกาว
  4. ไม้บอร์ดขนาดใหญ่หรือบอร์ดไม้ก๊อก
  5. แผ่นกระดาษขนาดใหญ่\
  6. ดินสอ
  7.  เครื่องเป่าลม

การทดลองที่ 1
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

ใส่ความเห็น

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Connecting to %s

%d bloggers like this: