מאחורי הירכתיים, בזרם מוקצף. ציור, תיאור

מעבדה מדעית לילדים
ספרייה חינם / מדריך / מעבדת מדע לילדים

מאחורי הירכתיים, בזרם מוקצף. מעבדת מדע לילדים

מעבדת מדע לילדים

קטנוע מרוצים זריז ומכלית באורך חצי קילומטר, צוללת גרעינית וגוררת נהר - הספינות השונות הללו ועוד עשרות אחרות נעות במים ומתחתן בעזרת מדחף. תשעה כלי שיט מודרניים מתנייעים מתוך עשרה הם מונעי מדחף.

מאחורי הירכתיים, בזרם הקצף

הידרוביולוגים חקרו מאות תושבי נהרות, אגמים ואוקיינוסים - משרימפס ועד דיונונים, משפריץ ועד לוויתן, חקרו בקפידה את דרכי תנועתם במים. אף אחד מהם לא ניחן מטבעו במשהו שדומה למדחף. כמו הגלגל, למניע העיקרי של הצי המודרני אין אנלוגים בטבע. בורג הספינה הוא צאצא של הבורג שיצר ארכימדס המבריק להרמת מים. אם נזכיר גם את חוק ארכימדס, מסתבר שהספנות היום מחויבת פעמיים לסירקוזן הגדול...

בשנת 1793 הציע המתמטיקאי הצרפתי פונטון להשתמש במדחף להנעת ספינות. שלושה עשורים לאחר מכן, הממציא הצ'כי I. Ressel יצר את עיצוב הבורג הראשון - המקדחה. ובשנת 1836, תאונה הובילה לכך שהבורג פינה את מקומו לבורג בצורת היום - הלהב. במהלך הבדיקות, ארוך, כמו מטחנת בשר, התנתק המקדחה, והספינה נסעה מהר יותר.

בשנת 1849, היתרונות של המדחף הוכחו בקרב הוגן. ספינות הקיטור האנגליות, הניג'ר המונעת מדחף והבסיליסק הגלגלים, שתיהן עם מנועי 400 כ"ס, המחוברים בכבלים, יצאו לדרך בכיוונים מנוגדים. זה היה משהו כמו משיכת חבל. במשך יותר משעה, ספינת הברגים משכה את יריבתה במהירות של 1,5 קשר.

נכון, לאחר התחרות הזו, נבנו ספינות קיטור במשך יותר מעשור אחד. אבל סביר להניח, על ידי אינרציה...

לגלובטיק טוקיו, מובילת צי המכליות העולמי, יש על הסיפון מנועים בהספק כולל של 45 כ"ס. s., כוח המנועים של שוברת הקרח "Ermak" - 000 42 ליטר. s., אנית נוסעים "Queen Elieabet-0" - 2 ליטר. עם. אבל קבלת אנרגיה היא לא הכל: יש להשתמש בה.

הספינה נעה על ידי זריקת זרימות מים, במילים אחרות, כל הספינות המונעות עצמיות הן הידרומטים. הגלגלים משליכים מים על ידי לחיצה עליהם עם להב - צלחת. עם בורג, תהליך זה מסובך יותר. כל אחד מהלהבים שלו משמש כמעין כנף. כאשר הלהב מסתובב בעמוד המים, נוצר אזור נידוף על משטח אחד של הכנף, ואזור דחיסה בצד השני. הפרש הלחצים יוצר את כוח ההרמה של הפגיעה, וסכום כוחות ההרמה של הלהבים הוא מעצור המדחף. שלא כמו בורג רגיל, שראשו נע עם כל סיבוב בצעד של קו הבורג, המדחף, כביכול, מסיר את ההברגה, וזורק לאחור הרבה מים. ככל שמסה זו גדולה יותר, הדגש חזק יותר והבורג טוב יותר.

נראה שכדי להגביר את הדגש, מספיק להגביר את המהירות. אבל יחד עם זאת, זה כבר לא ריסוק, אלא קרע של חוט מים בלתי נראה. הלחץ בקצה המוביל של הלהב יורד עוד יותר, והמים רותחים ויוצרים בועות רבות. ברגע שהבועה עפה מחוץ לאזור הלחץ הנמוך, היא קורסת: היא נדחסת על ידי עמוד המים. מותה של כל בועה מלווה במיקרו-פיצוץ.

מכות נפץ של בועות על להב המדחף גורמות לא רק לרעש ורעידות. סרט התחמוצת המגן שובר את המתכת, שחיקת הקוויטציה מתחילה. להב המדחף, כפוף לקוויטציה, דומה למטרה זרועה כדורים.

קוויטציה מתרחשת בסיבובי מדחף מסוימים. כדי להיפטר מהתופעה הלא נעימה הזו, אתה צריך להפחית את המהירות. אבל אז הדחף של הבורג ייפול, הדחף שלו.

המאבק בשחיקת מתכות ניווט הוביל לפתרון טכני פרדוקסלי: הם החליטו להגביר את הקוויטציה. נוצרו מדחפים עם להבים של פרופיל מיוחד. במהירויות גבוהות במיוחד, בועות ניווט החלו לכסות את כל משטח העבודה של הלהב, ויצרו בועת קיטור ענקית. הגדלת המהירות של בורג כזה כמעט ואינה משנה את הלחץ בבועת האדים, והלחץ מאחורי הלהב והעצירה הכללית עולים. ברגים כאלה נקראים supercavitating. עבור ספינות רגילות, הם לא יעילים, אבל הם הכרחיים כאשר אתה צריך להגיע למהירויות העולה על 40 קשר. לדוגמה, הידרופויל של טורבינת הגז הסובייטית "Typhoon" מצוידת במדחף supercavitating.

הלהבים מסתובבים בריקוד עגול מתמשך. מספיק שאחד מהם "יפסיד זמן" כדי שכל המדחף יתחיל לרטוט, ומאחוריו כל הירכתיים. קרה שעקב הרטט של המדחף היה צורך לבנות מחדש את הספינה. לכן הברגים מאוזנים בקפידה מיוחדת, צורת הלהבים והנטייה שלהם מאומתים עם תבניות מיוחדות, המשטח מלוטש לגימור מראה לפחות פעם בשנה. אם כאשר בוחנים בורג שעבד זמן מה, מתגלים בורות עמוקים ממילימטר אחד על פניו, משככים אותם בתרכובות אפוקסי ומבריקים שוב לגימור מראה.

בעיה מסוימת היא בחירת המתכת למדחף. בשל קורוזיה חמורה במי ים, פלדות קונבנציונליות כמעט בלתי קבילות. די לומר שעל שוברת הקרח "מורמנסק" במשך שנתיים של פעילות, כל להב סליל ירד במשקל 200 קילוגרם. זה מפלדות סגסוגת מיוחדות!

בשנים האחרונות יותר ויותר מדחפי ספינות עשויים מפליז או ברונזה. העמידות בפני קורוזיה של פליז גדולה פי מאה מזו של פלדה רגילה. אבל במי ים, פליז גם רגיש לקורוזיה - אבץ נשטף ממנו. אזורים עם תכולת אבץ נמוכה מכוסים בסדקים, חוזק הלהבים פוחת. סדק קטן נפתח ונסגר עם כל סיבוב של הבורג, מוצרי קורוזיה טוחנים את הקצוות שלו, מרחיבים אותו. ואז מגיע הרגע שבו המתכת לא עומדת ונשברת...

פליז אינה מתכת עמידה במיוחד. עבור ברגים מהירים משתמשים לעתים קרובות יותר באלומיניום מנגן או ברונזה ניקל-אלומיניום, שעוצמתם קרובה לחוזק של פלדות סגסוגת, וההתנגדות במי ים גבוהה פי כמה מזו של פליז. ברגים במשקל של יותר מ-50 טון יצוקים מברונזה כאלה עבור ספינות מכולות מודרניות וסופרטנקרים.

עם זאת, סגסוגות כאלה אינן עומדות בפני התנגשות אפילו עם קרח קל. לכן, עבור שוברי קרח יש צורך לייצר מדחפים מנירוסטה סגסוגת, הכוללת נחושת, מנגן, ניקל, טיטניום ועוד מספר תוספים.

סיפור על חומרים מודרניים למדחפי ספינות לא יהיה שלם מבלי להזכיר פלסטיק. לאניות כבר יש מדחפים יצוקים בניילון. אבל רק בסירות קטנות. אפילו להבי ניילון עם שוליים ביריעות פלדה לא יכולים לעמוד בעומסים המכניים הענקיים שנושאים על ידי המדחפים של ספינות גדולות. אבל המדחף קיים כבר מאה וחמישים שנה, והניסויים הראשונים עם להבי פלסטיק החלו רק לפני כעשר שנים ...

מחברים: M.Korotkiy, M.Nyding

אנו ממליצים על מאמרים מעניינים סעיף מעבדת מדע לילדים:

▪ כפית גדולה של טבע

▪ לאוזני כלב בלבד

▪ פריסקופ לנראות מכל עבר

ראה מאמרים אחרים סעיף מעבדת מדע לילדים.

תקרא ותכתוב שימושי הערות על מאמר זה.

<< חזרה

חדשות אחרונות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה:

דרך חדשה לשלוט ולתפעל אותות אופטיים 05.05.2024

עולם המדע והטכנולוגיה המודרני מתפתח במהירות, ובכל יום מופיעות שיטות וטכנולוגיות חדשות שפותחות בפנינו אפשרויות חדשות בתחומים שונים. חידוש אחד כזה הוא פיתוח של מדענים גרמנים של דרך חדשה לשלוט באותות אופטיים, שעלולה להוביל להתקדמות משמעותית בתחום הפוטוניקה. מחקרים אחרונים אפשרו למדענים גרמנים ליצור לוח גלים שניתן לכוונן בתוך מוליך גל סיליקה מאוחה. שיטה זו, המבוססת על שימוש בשכבת גביש נוזלי, מאפשרת לשנות ביעילות את הקיטוב של האור העובר דרך מוליך גל. פריצת דרך טכנולוגית זו פותחת אפשרויות חדשות לפיתוח התקנים פוטוניים קומפקטיים ויעילים המסוגלים לעבד כמויות גדולות של נתונים. הבקרה האלקטרו-אופטית של הקיטוב שמספקת השיטה החדשה יכולה לספק את הבסיס לסוג חדש של התקנים פוטוניים משולבים. זה פותח הזדמנויות גדולות עבור ... >>

מקלדת Primium Seneca 05.05.2024

מקלדות הן חלק בלתי נפרד מעבודת המחשב היומיומית שלנו. עם זאת, אחת הבעיות העיקריות שעמן מתמודדים המשתמשים היא רעש, במיוחד במקרה של דגמי פרימיום. אבל עם מקלדת Seneca החדשה של Norbauer & Co, זה עשוי להשתנות. Seneca היא לא רק מקלדת, היא תוצאה של חמש שנים של עבודת פיתוח ליצירת המכשיר האידיאלי. כל היבט של מקלדת זו, ממאפיינים אקוסטיים ועד מאפיינים מכניים, נשקל ומאוזן בקפידה. אחד המאפיינים המרכזיים של Seneca הוא המייצבים השקטים שלה, הפותרים את בעיית הרעש המשותפת למקלדות רבות. בנוסף, המקלדת תומכת ברוחב מקשים שונים, מה שהופך אותה לנוחה לכל משתמש. למרות ש-Seneca עדיין לא זמין לרכישה, הוא מתוכנן לצאת בסוף הקיץ. Seneca של Norbauer & Co מייצגת סטנדרטים חדשים בעיצוב מקלדת. שֶׁלָה ... >>

המצפה האסטרונומי הגבוה בעולם נפתח 04.05.2024

חקר החלל והמסתורין שלו היא משימה שמושכת את תשומת לבם של אסטרונומים מכל העולם. באוויר הצח של ההרים הגבוהים, הרחק מזיהום האור בעיר, הכוכבים וכוכבי הלכת חושפים את סודותיהם בבהירות רבה יותר. עמוד חדש נפתח בהיסטוריה של האסטרונומיה עם פתיחתו של המצפה האסטרונומי הגבוה בעולם - מצפה הכוכבים אטקמה של אוניברסיטת טוקיו. מצפה הכוכבים אטקמה, הממוקם בגובה של 5640 מטר מעל פני הים, פותח הזדמנויות חדשות עבור אסטרונומים בחקר החלל. אתר זה הפך למיקום הגבוה ביותר עבור טלסקופ קרקעי, ומספק לחוקרים כלי ייחודי לחקר גלי אינפרא אדום ביקום. למרות שהמיקום בגובה רב מספק שמיים בהירים יותר ופחות הפרעות מהאטמוספירה, בניית מצפה כוכבים על הר גבוה מציבה קשיים ואתגרים עצומים. עם זאת, למרות הקשיים, המצפה החדש פותח בפני אסטרונומים אפשרויות מחקר רחבות. ... >>

חדשות אקראיות מהארכיון

מחולל אנרגיה אינסופית מבוסס גרפן 16.10.2020

קבוצה של פיזיקאים מאוניברסיטת ארקנסו פיתחה מעגל חשמלי המסוגל להמיר את הרעידות התרמיות של הגרפן לזרם חשמלי. המחקר תומך בתיאוריה שפותחה לפני שלוש שנים לפיה גרפן חופשי - שכבה אחת של אטומי פחמן - מתכופף ורוטט בצורה כזו שניתן לרתום את האנרגיה של התנודות הללו.

הרעיון של יצירת אנרגיה מגרפן שנוי במחלוקת מאוד, מכיוון שהוא מפריך את הטענה הידועה של ריצ'רד פיינמן לפיה התנועה התרמית של אטומים (המכונה תנועה בראונית) אינה יכולה לעשות עבודה מועילה. המדענים גילו שבטמפרטורת החדר, התנועה התרמית של הגרפן גורמת למעשה לזרם חילופין במעגל, שנראה בלתי אפשרי.

בשנות ה-1950, הפיזיקאי לאון ברילוין פרסם מאמר ציון דרך המפריך את העובדה שהוספת דיודה בודדת למעגל תעשה שימוש באנרגיה של תנועה בראונית. בידיעה זאת, קבוצת מדענים יצרה מעגל עם שתי דיודות הממירות זרם חילופין לזרם ישר. דיודות ממוקמות זו מול זו, זרם יכול לזרום בשני הכיוונים. זרם ישר פועם כזה יכול לעשות עבודה מועילה.

החוקרים השתמשו בתחום החדש יחסית של הפיזיקה, תרמודינמיקה סטוכסטית, כדי להוכיח שדיודות מגדילות את הכוח של מעגל שלם.

הגרפן והמעגל החשמלי נכנסים לקשר סימביוטי. למרות שתנודות הטמפרטורה מייצרות עבודה מועילה, הגרפן והמעגל החשמלי נמצאים באותה טמפרטורה ואין ביניהם חילופי חום.

המכשיר שפותח מגביר את כמות ההספק המתקבל, והתנועה האיטית יחסית של הגרפן משרה זרם במעגל בתדרים נמוכים, דבר שחשוב מנקודת מבטם של סיכויים טכנולוגיים.

עוד חדשות מעניינות:

▪ מטוס חלל דרים צ'ייסר נבדק

▪ Logitech G Pro X Superlight Ultralight Wireless Mouse

▪ דיסק זהב 10 גיגה

▪ שריפות ביערות האמזונס האיצו את הפשרת הקרחונים בהרי האנדים

▪ מקליט DVD-RAM/-RW/-R רב תקני

עדכון חדשות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה

חומרים מעניינים של הספרייה הטכנית החופשית:

▪ חלק של אתר גרלנד. מבחר מאמרים

▪ מאמר הארץ המובטחת. ביטוי פופולרי

▪ מאמר איך ספוגים אוכלים? תשובה מפורטת

▪ מאמר מאסטר בתיקון כלי רכב. הוראה סטנדרטית בנושא הגנת העבודה

▪ מאמר איפור תיאטרלי. מתכונים וטיפים פשוטים

▪ מאמר רמקולים עם רדיאטורים דיפולים. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

השאר את תגובתך למאמר זה:

כל השפות של דף זה

בית | הספרייה | מאמרים | <font><font>מפת אתר</font></font> | ביקורות על האתר