Tip:
Highlight text to annotate it
X
هذه حقيبة مائية نفاثة.. ولكن هذا ليس أنا .. هذا أنا! إن الأمر أصعب مما يبدو عليه
لمعرفة كيفية عملها علينا أن نناقش علم الصواريخ.
علم الصواريخ من أكثر المواضيع تعقيدًا عادةً، ولكن المبدأ الأساسي
فيه بسيط للغاية. إنه قانون نيوتن الثالث للحركة -- لكل قوة فعل قوة رد فعل
وهما متساويتان في المقدار ومتعاكستان في الاتجاه.
للتوضيح: سأستخدم طفاية حريق على لوح تزلج. عند خروج ثاني أكسيد الكربون
بقوة إلى الخلف من الطفاية فإنه يدفعني بقوة معاكسة إلى الأمام بتسارع
تلك كانت النظرية!
إذا دققت النظر يمكنك تحديد اللحظة التي أدرك فيها فشلي
أين تكمن المشكلة إذن؟ إن القوة التي يؤثر بها ثاني أكسيد الكربون عليَّ تساوي
مقدار الكتلة الخارجة من طفاية الحريق. -لنسمها mْ للاختصار-
مضروبة بسرعة انبعاث الغاز. ففي هذه الحالة انبعاث الغاز لم
بالسرعة الكافية لإحداث قوة كبيرة كفاية للتغلب على قوى الاحتكاك
وجعلي أتسارع. ولكن الأمر ممكن كما قام العديد بتوضيحه على يوتيوب
عندما تنطلق الصواريخ فإن الغازات المنبعثة تنبعث من الخلف بسرعة 3 أو 4 كم\ث، مطلقةً
كتلة تصل إلى 9000 كجم\ث. هذا يولد قوة مقدارها 30,000,000 نيوتن. أو ما يساوي
زهاء مليوني طفاية حريق.
تخيل بأنك رائد فضاء تستعد الآن للإقلاع في مركبة الفضاء.
ستكون جالسًا بصورة أففقية بدل القائمة، عموديًا على اتجاه التسارع.
هذا لأن جسد الإنسان يشبه بالون الماء نوعًا ما؛ حيث أن الماء يمثل الدماء
والبالون يمثل أجزاءك الأكثر صلابة مثل الهيكل العظمي.
إنك إن تسارعت للأعلى بصورة مفاجئة فإن هيكلك العظمي يتسارع للأعلى
ولكن الدماء تبقى حيث هي؛ فينتهي المطاف بالدم في قدميك.
وبما أن الأكسجين لن يصل إلى دماغك فإنك ستفقد الوعي.
ولكن الطيارين الحربيين يواجهون مصيرًا أسوأ إن تسارعوا نحو الأسفل بسرعة كبيرة
لأن كل الدم يسرع إلى رؤوسهم فيعانون ما يسمى بـred-out
حيث تخرج الدماء من محاجر العيون والأنف والفم والأذنين..
عودًا على رواد الفضاء، بما أنهم بوضع أفقي فإن الدماء في أسوأ الحالات تتراجع للخلف
ولمؤخر الرأس، ولكن الدماغ سيبقى لديه قدر كافٍ من الأكسجين
ليبقى وعيه.
عندما تنطلق المركبة الفضائية فإن تسارعها عند بداية الإنطلاق
.يكون بين 5 إلى 8 أمتار لكل ثانية مربعة أي أن تسارعها أقل
من جسم في سقوط حر على سطح الأرض. ولكن عند استمرارها بحرق الوقود
فإن كتلتها تتضاءل، بينما تبقى قوة الإندفاع ثابتة. إن قانون نيوتن الثاني للحركة
يصرح بأن تسارع جسمٍ ما يساوي محصلة القوى المؤثرة عليه مقسومةً على كتلتة.
فلذا، كلما تناقصت الكتلة تزايد التسارع، وهذا التزايد مستمر بمعدل
متزايد، حتى أنه عند نهاية الاحتراق تكون قوة الاندفاع محدودة
من أجل أن يبقى التسارع تحت 3ج
3ج تساوي ثلاثة أضعاف تسارع الجاذبية الأرضية أو ما يعادل 30 مترًا لكل ثانية مربعة.
إن مصطلح "قوة الجاذبية" تم اختراعه ليعبر عن مقدار القوة التي تؤثر
على رواد الفضاء، بمضاعفات القوة التي تؤثر فينا كل يوم. تؤثر عليك -الآن-
قوة جاذبية واحدة، على أسفل ظهرك إن كنت جالسًا.. هل يمكنك الشعور بتلك القوة؟
عند التسارع بمقدار 3ج فإنه سيتم التأثير عليك بثلاث قوى جاذبية. لذا فإن القوة بين
ظهرك وبين اكرسي سكون مساوية لما لو أن اثنين منك كانا جالسين فوقك.
Hey, pipe down below, huh?
- "اهدأ يا صاحبي في الأسفل!" - "أنتما حقًا ثقيلان"
إنه يشابه الشعور عندما تكون في طائرة وقت الإقلاع وتشعر كما لو أنك مضغوط
في مقعدك، في الواقع إن المقعد هو الذي يؤثر عليك. ولكن إذا تخيلت نفس الشعور
مضاعفًا عشرين مرة؛ هكذا هو الإقلاع في مركبة فضائية.
هناك ملاحظة مثيرة للاهتمام وهي أننا نظن بأن تسارع المركبة الفضائية عموديّ؛
لأن هذا ما نراه عندما تقلع. لكن هذا خلاف الحقيقة.
حالما يخرج المكوك من الجزء الأثخن من الغلاف الجوي، فإنه يصبح أفقيًّا
ويتسارع إلى أن يصل لسرعته المدارية 28,000 كم\س.
فلهذا إن أغلب تسارع المكوك، بطريقة مدارية، يكون أفقيًّا.
لربما تتساءل: كيف يكون هذا مثل الحقيبة النفاثة؟ حسنًا، على عكس الصواريخ، إنك لا تحمل وقودك معك.
ولا ننسَ أنه ليس هناك تفاعل كيميائي مولدًا طاقة كافية للاندفاع.
بدل أن دفع مركب الماء هذا الماء من البحيرة عبر الخرطوم بمعدل
يصل إلى 60 لترًا في الثانية. بعد هذا، عند هاتين الفوهتين هنا،
يتغير اتجاه المياه. فإنه يتغير من اندفاعه إلى الأعلى فيخرج من الأسفل
فيغيّر الزخم عندما يمر فوق الانحناء وهذا ما يدفع بالحقيبة النفاثة للأعلى.
لأن الحقيبة النفاثة تدفع بالماء للأسفل، باستعمال قانون نيوتن الثالث
فإن تدفق المياه يدفع بالحقيبة النفاثة للأعلى منتجًا 1800 نيوتن من الدفع
ما يساوي قرابة 150 طفاية حريق جيدة.
هذا كافٍ لمسارعتي حتى 1,5 ج
تستخدم كلتا يديك للقيادة. رفع نفسك للأعلى، تحرك
يديك للأسفل للتسارع لأمام، وتتظاهر بأنك تحرك عجلة ضخمة
رويدًا كي تتحرك من جانب لآخر.
نصيحة: لا تحاول أن تشرح القوانين الفيزيائية للحقيبة النفثة وأنت في وسط الهواء.
ذلك ما كنت أحاول فعله هنا ..
عندا تكون في طور التعلم فإن معلمك يتحكم بالدفع. لذا إن رآك تصنع
فعلًا أحمقًا سيوقف الدفع راميًا بك في البحيرة حتى لا تؤذي نفسك.
هذه -عادةً- فكرة حسنة، عدا إن كنت على مسار اصطدام مع مركب الماء!
تأذت شفتي من هذا الصِّدام لكن أسناني سلمت.
عندما تكون قوة الاندفاع مساوية لوزني + وزن الماء في الخرطوم،
عندها فقط يمكنني أن أحوم بسرعة ثابتة. هناك خطأ شائع يقول بأنك تحتاج
القليل من القوة الغير متوازية كي تتحرك بسرعة ثابتة -- في الواقع إن كانت القوى
متوازية لا يزال بإمكانك التحرك بأي سرعة ثابتة لديك.
هناك خطأ شائع آخر عن الصواريخ وهو بأنك تحتاج شيئًا لتدفع عكسه
كالهواء مثلًا. لكنك -حقًّا- تقذف مادة دافعة. حتى بدون الهواء
حول الحقيبة النفاثة فإنها ستبقى تعمل لأنك تدفع الماء
الخارج من هاتين الفوهتين.
إن أردت تجربة الحقيبة النفاثة أنصحك بأن تتعامل برفق مع مقابض التحكم. إن أسوأ
شيء يمكنك أن تكونه مبالغًا؛ وهذا باعتقادي ردة فعل طبيعية، لأنك
تتجاوب مع أين وبأي سرعة تتحرك ولا تتجاوب للتسارع
الذي هو الشيئ الذي يمكن أن تتحكم فيه فعلًا.
حتى عندما تنزل نحو المياه بسرعة قد تكون متباطئًا
فيكون كل شيء على ما يرام ولا تحتاج لأن تغير شيئًا. عليك فقط أن تثق بأن
الحقيبة النفاثة لن تزج بك في ورطة.
إنها تجربة فوق التصور؛ أن تشعر بقوة الماء مندفعًا بعيدًا.
هذا أشبه شيء بالطيران! هذه قوة الفيزياء!
العديد منكم قد لا يعلمون بأن لديّ قناة أخرى
تدعى 2 Veritasium وقد بدأت برفع مقاطع فيديو هناك مؤخرًا
إن أردت الاطلاع عليها اضغط هذا الرابط أو الرابط في وصف الفيديو.
إن أردت تحميل فيديو من القناة، يمكنك فعل ذلك عن طريق iTunes
عبر اختيار هذا الرابط. هذه الخدمة تم توفيرها من Science Alert وهي من أفضل
صفحات الفيسبوك العلمية الموجودة في الساحة. اختر هذا الرابط إن أردت التعرف أكثر عليهم.
حسنًا، شكرًا للمشاهدة.