اگر هر 7 دانستنی مورد اشاره در این صفحه را قبلا میدانستید به احتمال زیاد خیلی باسوادید یا مهندس خیلی خوبی هستید!
شگفتیهای مهندسی
بسیاری از اتفاقات در طبیعت یا در دنیای فناوری آنطور که ما پیشبینی میکنیم رخ نمیدهند. مثلا میدانستید دمای داخل موتور جت هواپیما بالاتر از نقطه ذوب تیغههای توربین موتور جت است، اما ساختار مهندسی آن به گونهای است که این موتور میتواند بهخوبی کار کند و ذوب نشود؟! مهندسی، شاخهای شگفتانگیز از علم است كه امكان تجزیه و تحلیل، طراحی و ساخت ابزارهایی مفید، جالب و شگفتانگیز را فراهم میكند. در هر ابزاری، از اسباببازیهای كودكان گرفته تا فضاپیماهای بزرگ و مریخنوردها میتوان رد پایی از مهندسی را یافت. اصولا هر چیزی كه سرگرمكننده و هیجانانگیز باشد، به احتمال فراوان یك مفهوم مهندسی در آن به كار رفته است. اما همه این مفاهیم به اندازه قانون سوم حركت نیوتن واضح و سرراست نیست. بعضی از آنها آنقدر گیج كنندهاند كه به سختی میتوان باورشان كرد. در ادامه به مفاهیمی از این دست پرداختهایم. unbelievable ــ facts.com :منبع
ایستگاه فضایی بینالمللی (ISS) با سرعتی برابر 27هزار و 576 كیلومتر بر ساعت در حال حركت است. در روی زمین، حتی سریعترین هواپیماها فقط میتوانند با سرعتی حدود 2550 كیلومتر بر ساعت حركت كنند. رسیدن به شیئی با سرعت ایستگاه فضایی بینالمللی یك شاهكار مهندسی باورنكردنی است. سفینه فضایی یا موشك ارسال شده به ایستگاه فضایی بینالمللی باید به همان ارتفاع برسد و همان سرعت را پیدا كند که مسلما كار بسیار دشواری است. به این منظور فضانوردان به جای تعقیب ایستگاه فضایی بینالمللی، اجازه میدهند ایستگاه فضاپیما را تعقیب كند. ممكن است ساده به نظر برسد، اما روند بسیار پیچیدهای است. سفینه فضایی كه با سرعتی اعجابآور حركت میكند، طی چند دقیقه جو زمین را ترك كرده و ابتدا در مداری بیضی شكل به دور زمین قرار میگیرد كه پایینتر از مدار ایستگاه فضایی بینالمللی است. در مرحله بعد فضانوردان در فرآیندی به نام «انتقال هومان» سفینه فضایی را در مدار گردی با ارتفاع بالاتر و در نهایت در مكانی درست قرار میدهند. در طول این مدت سفینه فضایی هر 86 دقیقه یكبار به دور زمین میچرخد، یعنی چهار دقیقه سریعتر از ایستگاه فضایی بینالمللی. این تفاوت كوچك در زمانبندی، نكتهای كلیدی در رسیدن سفینه به ایستگاه فضایی بینالمللی است. در مرحله نهایی، طی دومین انتقال هومان، سفینه، ایستگاه فضایی بینالمللی را پشت سر میگذارد و در مدار ایستگاه فضایی و مقابل آن قرار میگیرد. سپس فضانوردان سرعت سفینه را كاهش میدهند تا ایستگاه فضایی بتواند به آن برسد. با كنار هم گرفتن سفینه و ایستگاه فضایی بینالمللی ماموریت پایان مییابد. تكمیل این فرآیند ممكن است از چند ساعت تا چند روز طول بكشد.
ارسال سفینه فضایی به خورشید مشكلتر از خارج شدن آن از منظومه شمسی است! زیرا سفینه پرتاب شده باید تقریبا به سرعتی برابر با سرعت زمین و در جهت مخالف آن برسد.
تصور عمومی بر این است كه به كمك نیروی جاذبه قوی خورشید ما میتوانیم یك سفینه فضایی را بهراحتی روی آن فرود بیاوریم، اما این كار آنقدرها هم آسان نیست. برای اینكه یك سفینه فضایی به سمت خورشید پرتاب شود باید به سرعتی برسد كه تقریبا با سرعت زمین برابری كند و در عین حال حركتش در جهت مخالف حركت زمین باشد. فقط در این شرایط سفینه میتواند تسلیم جاذبه خورشید شود و شروع به فرود آمدن روی آن كند. با فناوریهای موشكی موجود ما نمیتوانیم به چنین شاهكاری دست پیدا كنیم. با این حال ناسا چندی پیش گام اول را در این زمینه برداشت و در 21 مرداد 97 كاوشگر خورشیدی پاركر را با هدف رسیدن به خورشید پرتاب كرد. این كاوشگر تاكنون سه بار در مواجهه با خورشید قرار گرفته است. این درحالی است كه تا به حال، دو سفینه اكتشافی ویجر1 و ویجر2 موفق شدهاند از منظومه شمسی خارج شوند.
اگر هنگام رعد و برق داخل خودرو باشید، تایرهای لاستیكی شما را از خطر محافظت نمیكنند. بلكه عامل محافظ شما، بدنه فلزی خودرو است.
اینكه تایرهای لاستیكی، خودرو و سرنشینان آن را مقابل برخورد صاعقه محافظت میكنند، باور رایج، اما نادرستی است. اینكه لاستیكها به این دلیل كه عایق خوبی هستند جریان الكتریسیته ناشی از رعد و برق را منتقل نمیكنند، كاملا غیرمنطقی نیست. اما لاستیك نمیتواند جریان قوی الكتریسیته ناشی از رعد و برق را متوقف كند. درواقع چیزی كه شما را نجات میدهد نه لاستیكها، بلكه بدنه فلزی خودروست. سقف و بدنه فلزی هنگام برخورد صاعقه مانند قفس فارادی عمل میكند. مایكل فارادی، فیزیكدان و شیمیدان انگلیسی در كار روی الكتریسیته ساكن، نشان داد كه بار تنها روی سطح خارجی یك هادی باردار قرار میگیرد و بار روی سطح خارجی، روی چیزی كه داخل هادی قرار دارد، هیچ اثری نمیگذارد. طبق این قانون، بار الكتریكی ناشی از رعد و برق از بدنه فلزی عبور كرده و درون زمین ناپدید میشود. بنابراین نكته مهم این است كه هنگام رعد و برق به در خودرو تكیه ندهید و هیچ قسمت فلزی دیگری از بدنه آن را لمس نكنید.
جاروبرقی نیروی مكش تولید نمیكند! بلكه این كاهش فشار هوای موجود در لبهها و داخل جاروبرقی است كه مواد را به درون جاروبرقی میكشد.
معمولا تصور بر این است كه دستگاهی مانند جاروبرقی كارش را با نیروی مكش انجام میدهد. اما این برداشتی اشتباه است و جاروبرقیها یا دیگر دستگاههای مكش به این طریق كار نمیكنند. مكش فقط زمانی اتفاق میافتد كه اختلاف فشار وجود
داشته باشد.
دستگاهی مانند جاروبرقی شامل یك موتور است و وقتی شما آن را روشن میكنید، موتور، یك فن را به حركت درمیآورد. حركت فن باعث میشود میزان فشار در سطح پشت فن نسبت به هوای خارج از جاروبرقی كاهش یابد و خلأ جزئی درون جاروبرقی تشكیل شود. در این حالت، هوای محیط خودش را به طرف داخل جاروبرقی میراند چون فشار هوای درون جاروبرقی كمتر از فشار خارج است و درنتیجه حالتی مانند مكش ایجاد میشود.
باز گذاشتن در یخچال باعث سردتر شدن محیط بیرون آن نمیشود، بلكه فضای بیرون را گرمتر میكند.
حتما برایتان پیش آمده كه كودكی از شما بپرسد چرا برای خنك شدن اتاق به جای روشن كردن كولر در یخچال را باز نمیگذارید؟! احتمالا پاسخ خوبی برایش نداشتهاید و به این جمله كلیشهای بسنده كردهاید كه «یخچال برق بیشتری از كولر مصرف میكند!» و به این ترتیب سر و ته ماجرا را هم آوردهاید!
اما واقعیت این است كه برخلاف تصور ما یخچال سرما تولید نمیكند. یخچال درواقع نوعی موتور گرمایی معكوس است. كاری كه این موتور میكند، این است كه گرما را از یك نقطه به نقطه دیگر منتقل كند. وقتی ما غذا را داخل یخچال قرار میدهیم، دما افزایش پیدا كرده و یخچال شروع به سردكردن خودش میكند و گرمای حاصل از سردشدن یخچال در اتاق رها میشود. بنابراین یخچال حتی وقتی درش بسته است، اتاق را گرم میكند. وقتی درِ یخچال را باز میكنیم، هوای سرد داخل آن بلافاصله بیرون میآید و دما را كمی پایین میآورد. اما از آنجا كه گرمای داخل یخچال افزایش مییابد، یخچال انرژی بیشتری را به شكل الكتریسیته مصرف میكند. بعد از مدتی میزان گرمای منتقل شده از سیمپیچهای خنككننده یخچال به اتاق، از گرمای گرفته شده از داخل یخچال بیشتر میشود و ما در نهایت اتاق گرمتری خواهیم داشت. اگر از خودتان میپرسید دستگاه تهویه مطبوع چطور هوای خانه را خنك میكند، توجه داشته باشید همیشه بخشی از دستگاه در خارج از خانه نصب میشود. این قسمت كه دارای سیستم خنككننده است، گرما را از داخل سیستم تهویه گرفته و آن را در خارج از منزل آزاد میكند.
نیروی گرانش در فضا وجود دارد، اما فضانوردان بهدلیل اینكه سرعتی به اندازه سفینه فضایی دارند، احساس بیوزنی میكنند.
دیدن صحنههایی از بیوزنی و شناوربودن فضانوردان در سفینههای فضایی این تصور را ایجاد میكند كه در فضا نیروی جاذبه وجود ندارد. اما واقعیت این است كه نیروی گرانش در همهجا از جمله در فضا وجود دارد. هر شیئی مقداری نیروی جاذبه - كم یا زیاد - بر دیگر اشیا وارد میكند. فضانوردان داخل سفینه فضایی یا ایستگاه فضایی بینالمللی به دلیل سرعتی كه دارند، شناور بهنظر میرسند. اما در این سناریوها نیز قطعا نیروی جاذبه وجود دارد. جاذبه زمین است كه ایستگاه فضایی را در مدار نگه داشته است. تاثیر جاذبه زمین به حدی است كه ایستگاه فضایی بینالمللی درواقع به سمت زمین سقوط میكند. وقتی ایستگاه فضایی به سمت زمین سرعت میگیرد، زمین در زیر آن میپیچد و ایستگاه بهجای اینكه به زمین بیفتد، در مدار زمین میچرخد. فضانوردان داخل ایستگاه فضایی بینالمللی نیز سرعتی برابر با سرعت ایستگاه فضایی دارند. به همین دلیل احساس بیوزنی میكنند. اگر همچنان فكر میكنید كه بیوزنی فقط در شرایط صفربودن نیروی جاذبه اتفاق میافتد در اشتباه هستید، زیرا حتی در روی زمین هم میتوانید بیوزنی را به طور موقت تجربه كنید. به عنوان مثال در شهربازی هنگام پایینآمدن ترن هوایی از ارتفاع بالا میتوان این حس را تجربه كرد. یا اگر سیم آسانسوری كه در بالاترین طبقه یك ساختمان قرار دارد، ناگهان كنده شود افراد داخل آن لحظاتی بیوزنی را تجربه خواهند كرد. هر چند توصیه نمیكنیم این كار بسیار خطرناك را به هیچ وجه تجربه كنید!
در دمای یكسان، یك قطعه آهنی سردتر از یك قطعه چوبی احساس میشود. اما دمای قطعه آهنی واقعا پایینتر نیست، بلكه این اختلاف دما ناشی از تفاوت در رسانش گرمایی دو ماده است.
فلزات، رسانش گرمایی بهتری نسبت به غیرفلزات دارند و آسانتر میتوانند گرما را جذب یا منتقل كنند. به همین دلیل وقتی كنار یك شیء سردتر قرار میگیرند، بهراحتی گرما را به آن منتقل میكنند و وقتی كنار شیء گرمتر قرار میگیرند از آن گرما جذب میكنند و این انتقال دما بسیار سریع صورت میگیرد. وقتی دست ما یك فلز را لمس میكند انتقال گرما از دست به فلز به سرعت اتفاق میافتد و پایانههای عصبی دست، این تفاوت دمایی را احساس میكند، اما مواد غیرفلزی مثل پلاستیك و چوب، عایق گرمایی هستند و گرما را به آسانی منتقل نمیكنند. از نمونههای این پدیده در زندگی روزمره، سردتر احساس شدن كاشی و گرمتر بودن فرش در تماس با پاست. نمونه دیگر زمانی است كه كیك را از فر بیرون میآورید. شما میتوانید كیك را لمس كنید، اما قادر به لمس كردن ظرف فلزی آن نیستند؛ هرچند دمای ظرف با كیك یكی است!