علم

تأثير ماغنوس: الفيزياء وراء ثنيها مثل بيكهام

تأثير ماغنوس: الفيزياء وراء ثنيها مثل بيكهام


هل تساءلت يومًا كيف يمكن للاعبي كرة القدم ثني الكرة كما يفعلون؟ ربما لاحظت كيف تبدو الأجسام الصلبة الأخرى الدوارة وكأنها تتحرك بشكل سحري جانبيًا عند سقوطها؟ لماذا هذا؟ كل ذلك يعود إلى عجب تأثير ماغنوس.

في هذه المقالة ، سنلقي نظرة سريعة على ماهيتها وكيف يمكنك رؤيتها أثناء العمل. سنعرض لك أيضًا بعض التطبيقات الرائعة للتأثير في التكنولوجيا.

ها نحن ذا.

إذا ما هو؟

خلافًا للاعتقاد الشائع ، لم يتم تسمية تأثير Magnus على اسم الصحفي الأيسلندي ومقدم Mastermind السابق Magnus Magnusson. حسنًا ، لقد اختلقت هذا ، بالطبع تمت تسميته على اسم الفيزيائي والكيميائي الألماني H.G. Magnus.

في عام 1853 ، قرر ماغنوس أن يدرس بشكل تجريبي التأثير الغريب لانحراف المقذوفات عن الأسلحة النارية مثل المدافع ذات التجويف الأملس. عادة في العلم ، لم يكن أول من وصفها. استنتج إسحاق نيوتن ، في عام 1672 ، التأثير بشكل صحيح بعد مشاهدة لاعبي التنس في كامبريدج.

وبالمثل ، تمكن بنجامين روبينز ، عالم الرياضيات البريطاني وباحث المقذوفات والمهندس العسكري ، أيضًا من شرح الانحرافات في مسارات كرة المسكيت لهذا الغرض.

بغض النظر عن الجدل ، كل هؤلاء العلماء البارزين ، وليس ماغنوس ماجنوسون ، توصلوا إلى ما كان يجري بالضبط. تأثير ماجنوس هو جيل من القوة الجانبية أو العمودية على جسم أسطواني أو كروي دوار مغمور في سائل (غاز أو سائل).

هذا ينطبق فقط عندما يكون هناك حركة نسبية بين الجسم الدوار والسائل. سترى ذلك أثناء العمل عندما تشاهد مباريات كرة القدم أو تشاهد لاعبي التنس وهم يخدمون.

عندما يتحرك الجسم الدوار خلال سائل فإنه يغادر أو ينحرف عن مسار مستقيم. تتطور الاختلافات في الضغط وتدفق الهواء عندما يمر الجسم عبر السائل بسبب تغيرات السرعة التي يسببها الجسم الدوار.

تأثير ماجنوس هو ، في الواقع ، حالة خاصة لمبدأ برنولي الذي ينص على أن "الزيادة في سرعة السائل تحدث في وقت واحد مع انخفاض في الضغط أو انخفاض في الطاقة الكامنة للسائل".

ذات صلة: شاهد تأثير MAGNUS الذي يحدث عندما يسقط YOUTUBER كرة ZORB من 165 سم

لنلقي نظرة على مثال

لنأخذ على سبيل المثال كرة تدور في الهواء. سوف "تسحب" الكرة بعض الهواء المحيط بها أثناء دورانها. من وجهة نظر الكرة ، يتدفق الهواء في الماضي من جميع الجوانب. إن دوران الجانب الأمامي للكرة الذي يتحول إلى تدفق الهواء "يسحب" أو ينحرف الهواء في اتجاه الدوران.

يتم فصل الهواء الذي يسير عكس اتجاه الدوران عن الكرة ، كما تتوقع. النتيجة النهائية تعني سحب الهواء إلى اتجاه الدوران مع "دفع" الكرة في الاتجاه المعاكس. عادة ما يكون هذا عموديًا على مسار الكائن الدوار.

يؤدي هذا إلى انحراف الكائن في قوس ملحوظ بعيدًا عن المسار المتوقع. يوضح الفيديو التالي من Veritasium هذا التأثير بكل عظمته.

أمثلة رائعة من العالم الحقيقي وتطبيقات لتأثير ماغنوس

يمكنك رؤية تأثير Magnus في كل مكان حولنا ، وغالبًا ما يثيرنا أو يزعجنا (حسنًا إذا كنت من محبي الرياضة). لقد ساعد في تحقيق النصر من الهزيمة في الدقائق الأخيرة من ألعاب الكرة أو ربما أنقذ حياة أسلافك في ساحة المعركة في الماضي. أو بالطبع العكس. أثارت آثاره أيضًا بعض المشاريع الطموحة حقًا التي يمكن أن توفر تحسينات رائعة في كفاءة الوقود أو طرق جديدة للنقل.

دعنا نلقي نظرة سريعة على بعض هذه.

سفن فليتنر الدوار

تشبه هذه السفن الرائعة شيئًا قد يجمعه الطفل من مجموعات نماذج السفن والقش ، وتستخدم أسطوانات دوارة عمودية كبيرة لتوفير طريقة دفع محتملة للسفن العابرة للمحيطات. هذه السفن ، التي بناها المهندس الألماني أنطون فليتنر لأول مرة ، تستخدم أشرعة دوارة تعمل بمحركات للاستفادة من التأثير.

طبق فليتنر تقنيته لبناء أول سفينة دفع Magnus Effect ، وهي Buckau. بدت السفينة غريبة بعض الشيء لكنها كانت تطبيقًا رائعًا "خارج الصندوق" للنظرية. تستخدم Enercon GmbH هذا اليوم على سفينتها E1.

بوكاو ، سفينة Flettner Rotor ، تم تصويرها في عام 1924 [مصدر الصورة: ويكيميديا ​​المشاع الإبداعي]

الطائرات - الجناح الدوار

التطبيقات ليست مقتصرة على أعالي البحار. حاول المخترعون الاستفادة من هذا في آلات الطيران أيضًا.

حاول المهندسون معرفة ما إذا كان يمكن توليد الرفع من الأسطوانات الدوارة عند وضعها على الحواف الأمامية للأجنحة. من الناحية النظرية ، سيسمح هذا بالطيران بسرعات أفقية منخفضة. كانت واحدة من أولى المحاولات للقيام بذلك في عام 1910 من قبل بتلر أميس. كان أميس عضوًا في الكونجرس الأمريكي قام ببناء طائرة أثقل من الهواء.

اليوم iCar 101 Ultimate هو مشروع مقترح يستخدم دوارات Flettner في تصميم طائرة قابل للطرق للجمع بين الاكتناز وزيادة إمكانات الرفع ، وهو أمر رائع جدًا.

طائرة بليموث A-A-2004 ، طائرة Flettner الدوارة[مصدر الصورة: ويكيميديا ​​المشاع الإبداعي]

ثنيه مثل بيكهام

يساعد تأثير ماجنوس في تفسير الملاحظات الشائعة في رياضات الكرة. عادة ما يوفر هذا حيلًا رائعة أو لقطات أو كرات منحنية تظهر في مسارات الكرة الرياضية. ستلاحظ ذلك بشكل كبير في كرة القدم. تشمل الأمثلة الرائعة الأهداف أو الركلات الحرة المأخوذة من أمثال رونالدو أو بالطبع ديفيد بيكهام.

ومن المثير للاهتمام ، أنه كان هناك جدل في عام 2010 خلال كأس العالم لكرة القدم. تسبب تأثير ماغنوس في بعض الانتقادات لكرة المباراة خلال هذه البطولة. تقول الحجة أن الكرات كانت أقل سيطرة على الانحراف ولكنها طارت أبعد من ذلك.

غالبًا ما تستفيد الأباريق في لعبة البيسبول من هذه الظاهرة أيضًا. أثناء رمي الكرة ، ينقلون لفات مختلفة على الكرة مما يؤدي إلى تقويسها في الاتجاه المطلوب. تستخدم Major League Baseball نظام PITCHf / x لقياس التغيير في هذه المسارات طوال الوقت.

أسلحة مقذوفة

أي رصاصة دوارة هي أيضًا تحت رحمة هذا التأثير أثناء الطيران. على الرغم من أنه أقل أهمية عند مقارنته بالجاذبية أو الرياح المتقاطعة أو مقاومة الهواء ، إلا أن تأثير ماغنوس يلعب دوره. حتى في يوم هادئ تمامًا ، ستعاني القذيفة من مكونات جانبية صغيرة للرياح ، مما يؤدي إلى إمالة أنف الرصاصة قليلاً عن اتجاه الحركة. الرصاصة "تنزلق" بشكل فعال في الهواء. هذا التثاؤب يخلق قوى Magnus Effect التي تؤثر على المسار العمودي للرصاصة وتغير نقطة الهبوط / التأثير النهائية المقصودة.

المصادر:بريتانيكا


شاهد الفيديو: تأثير ماغنوس ومبدأ برنولي