فریزبی، هواپیما، کاربراتور خودرو و نابغه ای به نام برنولی

تا حالا فکر کرده ايد که چرا وقتي فريزبي را پرت مي کنيم، اين صفحه ي دايره اي يک مسير مستقيم را طي نمي کند و چرا در يک مسير خميده حرکت مي کند؟ يا مبناي فيزيکي ضربات قوس دار (يا کات دار) در فوتبال چيست؟ شايد در نگاه اول اين مسئله براي ما معمولي شده باشد اما پاسخ به آن در تئوري برنولي که يکي از قوانين فيزيک هيدروديناميک است، يافت مي شود. دانيل برنولي فيزيک دان برجسته ي سوئيسي (متولد در آلمان) قرن هجدهم (1700-1782) است که فرزند رياضيدان بزرگ ژاکوب برنولي است، اين تئوري را در سال 1738 مطرح کرد. تئوري برنولي مي گويد: "هرگاه سرعت يک سيال (گاز يا مايع) افزايش يابد، فشار روي آن سيال کاهش مي يابد." اثبات اين قضيه را در همه ي کتاب هاي هيدروديناميک و هيدرواستاتيک پايه مي توان پيدا کرد اما چگونه از اين ويژگي فيزيکي در طراحي هاي مهندسي استفاده شده است؟ قبل از اين که اين مسئله را مورد کاربراتور خودرو بررسي کنيم مي خواهم جواب سوال ابتداي متن را بدهم: وقتي ما بشقاب را پرت مي کنيم، هواي متحرک اطراف آن به همراه بشقاب سرعت مي گيرد و در نتيجه فشار در يک سوي بشقاب کم و در سوي ديگر زياد مي شود و در واقع فشار بيشتر در يک سو باعث ايجاد يک مسير خميده مي شود. توضيح دقيقتر به اين صورت است که وقتي يک جسم در يک محيط غير خلا سرعت مي گيرد جريان هواي روبرو با حرکت آن جسم مخالفت مي کند پس ما يک بردار نيروي رو به عقب داريم اما گفتيم بر حسب قانون برنولي در اطراف جسم متحرک کاهش فشار وجود دارد اما چون ما بشقاب را به صورت دوار پرت مي کنيم پس بردار سرعت در يک سوي با اين فشار مخالف که از روبرو وارد مي شود موافقت و در سوي ديگر از آن کم مي شود، پس فشار در يک سو کم و در سوي ديگر زياد مي شود. همين مسئله در مورد نيروي بالا برنده ي وارد بر هواپيما هم وجود دارد بدين صورت که بال هواپيما را در قسمت فوقاني به صورت محدب مي سازند و اين مسئله باعث افزايش سرعت هوا در آن قسمت و در نتيجه طبق تئوري برنولي باعث کاهش فشار در قسمت فوقاني بال مي شود و فشار بيشتر موجود در قسمت پايين باعث ايجاد بخشي از نيروي بالابرنده ي وارد بر هواپيما مي شود.
 

در موتورهاي درون سوز که در خودروهاي بنزيني استفاده مي شود کاربراتور وظيفه دارد نسبت مناسب سوخت به هوا تنظيم کند. اين نسبت که نسبت استوکيومتري ناميده مي شود در مورد بنزين 14.7 قسمت هوا به يک قسمت سوخت است. اما هميشه اين نسبت، نسبت مناسبي نيست زيرا اگرچه با فرض اين نسبت، معادله ي شيميايي سوختن بنزين موازنه مي شود و سوخت تماماً مي سوزد و بدون هيچ آلايندگي از اگزوز خارج مي شود اما در شرايط مختلف کار موتور بايد اين نسبت تغيير کند. مثلا در حالتي که خودرو تازه روشن شده است بايد مقدار بيشتري سوخت وارد کاربراتور شود، چون دماي موتور پايين است و تمام سوخت تبخير نمي شود. در اين حالت گفته مي شود که بايد سوخت غني وارد سيلندر شود، مثلا در اين حالت نسبت 9 به 1 مناسب است. اين کار بوسيله ي ژيگلور دور آرام کاربراتور انجام مي شود. يا در شرايط ديگري لازم است که مقدار سوخت کاهش يابد مثلا نسبت 16 به 1 که در اين حالت گفته مي شود سوخت فقير وارد موتور مي شود. علاوه بر اين در لحظه ي افزايش دور موتور خودرو نياز به سوخت افزايش مي يابد و بايد سوخت بيشتري وارد کابراتور شود. اما مکانيزمي که بوسيله ي آن اين نسبت تنظيم مي شود بسيار جالب است و مستقيما از قانون برنولي استفاده مي شود. بدين صورت که کاربراتور در ساده ترين حالت از يک مجراي استوانه اي تشکيل شده که در قسمت مياني خود باريک تر شده، به اين مجرا ونتوري گفته مي شود. زماني که ما با فشردن پدال گاز مقدار هواي ورودي از دريچه ي گاز را افزايش مي دهيم، سرعت ورود هوا نيز افزوده مي شود. زماني که اين جريان هوا از ونتوري عبور مي کند به علت کاهش حجم سرعتش افزايش مي يابد و در نتيجه باعث کاهش فشار در آن ناحيه مي شود. در اين حالت سوخت موجود در مخزن کابراتور بوسيله ي لوله باريکي ژيگلور اصلي ناميده مي شود در اثر کاهش فشار، مکيده مي شود و به همراه هوا وارد سيلندر خودرو مي شود. در تصوير يک کاربراتور بسيار ساده را که در ماشين چمن زني استفاده مي شود مشاهده مي کنيد.

اگرچه کاربراتورحدود يک صده به عنوان ابزار تنظيم سوخت در خودرو استفاده شده است اما به علت پايين بودن دقت آن نسبت به به سيستم هاي انژکتوري از سال 1990 بر اساس قوانين حفاظت از محيط زيست تمام خودرو سازان امريکايي مجبور به استفاده از روش انژکتوري در خودرو هاي توليدي خود شدند. دقت بالاي سوخت رسان هاي انژکتوري ناشي از مکانيزهاي کنترلي دقيق با استفاده از سنسورها ،کامپيوتر مرکزي خودرو (ECU) و عملگرهاي الکترونيکي (انژکتورها، سولنوئيدها، استپر موتور و ...) است. سعي مي کنم در يادداشت هاي بعدي در مورد سوخت رسان هاي انژکتوري بنويسم.

 

 

 

آمل تک دات کام

  میکرو کنترلر | معرفي کتاب  | جستجو در اينترنت | ثبت دامنه و هاستينگ | محصولات الکترونيکي | لینکستان | نقشه سايت | درباره آمل | تماس با ما | وبلاگ  آمل تک |

آمل تک دات کام

Copyright © 2006, Mazandaran Central Network (MCN) All rights reserved.
Privacy Policy | User Agreement | Terms of Use | 
Copyright Information