من الصعب أن تصب الشاي من فنجان إلي فنجان آخر دون أن ينسكب جزء منه، وكلما كان حافة الكوب سميكة كلما كانت المهمة أصعب. ما سبب هذا الأمر؟ سوف تكتشف أن الظاهرة المسؤولة عن إراقة الشاي من إبريق الشاي هي نفس الظاهرة المسؤولة عن تحليق الطائرات في الجو! في هذا المقال سوف نستعرض ظاهرة هامة ولها الكثير من التطبيقات العملية والتي تعرف باسم تأثير كواندا Coanda effect، عند تحليق الطائرة في الجو فإن الهواء المحيط يلتصق بجناحي الطائرة ويتسبب في توليد قوة الرفع اللازمة لطيرانها، أما في حالة إبريق الشاي فان السائل يلتصق بحافة فوهة الإبريق المنحنية وينزلق على امتداد سطح الابريق الخارجي مما يؤدي إلى انسكابه على الأرض أثناء محاولة صبه في الفنجان.
تأثير كوندا Coanda Effect
تم تحديد تأثر كوندا لأول مرة بواسطة هنري كواندا، وهو مهندس روماني وعالم رياضيات. في عام 1910، كان كواندا يختبر طائرة قام بصناعتها. الطائرة لم تتمكن من التحليق ولكن اشتعلت أثناء الاحماء. لكن لم يعتبر كوندا ان الامر انتهى وان كل ما صنعه ضاع هباء لأنه لاحظ شيء غير اعتياديا.
لقد لاحظ كوندا الغازات المشتعلة الخارجة من المحرك وهي تطير بالقرب من جسم الطائرة. أدت التجارب والدراسات التي أجراها لاحقا إلى اكتشاف ما نعرفه الآن باسم “تأثير كوندا Coanda”.
وصف كواندا ان هذا التأثير هو ميل السوائل النفاثة والخارجة من فتحة تلتصق بالأسطح المجاورة سواء كانت هذه الأسطح مستوية او منحنية.
آلية عمل تأثير كوندا
الهواء النفاث الخارج من فتحة يجتاح الهواء المحيط به. لكن سرعة الهواء النفاث أكبر من سرعة الهواء المحيط، وطبقا لمبدأ برنولي فإن الموائع التي تتدفق بسرعات عالية يكون لها ضغط أقل والعكس صحيح. لهذا فان الهواء النفاث له ضغط أقل من ضغط الهواء المحيط وبالتالي يعمل الهواء المحيط على دفع الهواء النفاث من الجانبين ويجعله في المنتصف تماما.
عند إدخال جسم صلب بمحاذاة حافة الهواء النفاث فإن الضغط العالي من الهواء المحيط يعمل على دفع الجسم الصلب للأعلى فيختل التوازن. ونتيجة لذلك فإن الهواء المحيط من الحافة الأخرى للهواء النفاث سوف تدفعه للأسفل مما يجعله يلتصق بالسطح. يستمر التصاق الهواء النفاث بالسطح حتى لو كان منحنيا.
تأثير كواندا أثناء سكب السوائل
بالعودة إلى سؤالنا، من الصعب سكب السوائل فإن الأمر يعود إلى سببين. أولاً، تكمن الصعوبة بسبب التوتر السطحي للسائل، والسبب الثاني يعود إلى التصاق جزيئات السائل على سطح الفنجان نتيجة لتأثير كواندا.
تخضع جزيئات السوائل داخل الفنجان للضغط المحيط من الهواء المحيط. عندما يصب المرء من الفنجان، فإن الضغط المحيط يجبر السائل على الالتصاق بسطح الفنجان. تبقى الجزيئات عالقة، حتى عندما يكون سطح الفنجان منحنيًا عند حافته. لمنع سقوط السائل على الأرض أثناء سكبه من الفنجان يجب أن تتغلب الجاذبية على كل من التوتر السطحي للسائل والتصاق السائل بسطح الفنجان، بسبب تأثير كواندا. لكن مع التجربة تبين أن القوى المشتركة للتوتر السطحي وتأثير كواندا أكبر من أن تتغلب عليها قوة الجاذبية، لذلك تسقط منا بعض القطرات على الأرض أثناء سكب الشاي وفي الأغلب تصمم فوهة الابريق بسمك رقيق حتى نمنع تأثير كواندا.
توليد قوة الرفع في الطائرات
يُعتقد أيضًا أن تأثير كواندا هو السبب في أن شكل الجناحين يولد قوة الرفع، على الرغم من أن اعتقاد الناس أن الجناحين تولد قوة الرفع بسبب برنولي، لكن الدراسات المكثفة التي أجريت باستخدام برامج المحاكاة تدل على خلاف ذلك.
استنتاج
بصرف النظر عن توليد الرفع في الطائرات، تشتمل التطبيقات الأخرى لتأثير كواندا Coanda مجال الطاقة الكهرومائية، ومقاييس التدفق التذبذبي، وفي تكييف الهواء، وما إلى ذلك. كما يجد التأثير أيضًا تطبيقات في مجالات والسيارات والطب. في السيارات، يتم استخدام تأثير كواندا بشكل أساسي من قبل مصنعي سيارات الفورميلا ون للحفاظ على غازات العادم من عدم الالتفاف والعودة إلى السيارة، وكذلك في بعض الطوافات او الجناح المثبت على جسم سيارات الفورميلا ون لتحكم في توجيه الهواء نحو مناطق محددة للحفاظ على ثبات السيارة عند انطلاقها بسرعات كبيرة. بينما في الطب، يظهر التأثير في أجهزة التنفس الصناعي ويساعدنا على فهم أفضل لارتجاع القلب التاجي للقلب.
ومع ذلك، فإن تأثير كواندا ليس مشهورا ولا يظهر إلا عندما يكون انحناء السطح حادًا جدًا. وبالتالي، لتجنب سكب مشروبك، اسكب الفنجان بسرعة مع إبقاء زاوية الفنجان أكبر على المستوى الأفقي!
