سؤال وجواب

لماذا يصعب سكب السوائل؟ تأثير كواندا Coanda effect

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.

Coanda effect
لاحظ كيف يلتصق الشاي بالفنجان … كلما كانت حافة الفنجان سميكة كلما كان الالتصاق اكبر

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”.

اعلانات جوجل
Coanda effect
آلية عمل تأثير كواندا Coanda effect

وصف كواندا ان هذا التأثير هو ميل السوائل النفاثة والخارجة من فتحة تلتصق بالأسطح المجاورة سواء كانت هذه الأسطح مستوية او منحنية.

Coanda effect
تأثير كوندا هو المسؤول عن انحناء مسار الهواء على السطح الاسطواني ليصل مباشرة إلى لهب الشمعة

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!

اعلانات جوجل

الدكتور حازم فلاح سكيك

د. حازم فلاح سكيك استاذ الفيزياء المشارك في قسم الفيزياء في جامعة الازهر – غزة | مؤسس شبكة الفيزياء التعليمية | واكاديمية الفيزياء للتعليم الالكتروني | ومنتدى الفيزياء التعليمي

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

هذا الموقع يستخدم Akismet للحدّ من التعليقات المزعجة والغير مرغوبة. تعرّف على كيفية معالجة بيانات تعليقك.

زر الذهاب إلى الأعلى