عصر السرعة ؟؟

موضوع: عصر السرعة ؟؟ السبت مارس 12, 2011 9:49 pm

السرعة

سنعالج هنا موضوع السرعة، والقدرة على عصرنتها،، وتأثيرها على جسم الانسان، والمباديء الديناميكية للطيران التي تساهم في تحسينه.
يعود السعي نحو السرعة الى اجدادنا الاولون. ففي سبيل البقاء على قيد الحياة كان الانسان القديم يفر بأقصى سرعته هروبا من حيوانات مفترسة بالكاد تتسلح بانيابها وقرونها ومخالبها. تعتمد حركة الفقريات، سواء البطيئة منها اوالسريعة، على عوامل متعددة ومتناسقه.
الحركة بالنسبة للحيوانات هي كفاءة عاليه، اذ انها مفتاح بقائها على قيد الحياة واستمرارها.
فمن خلال حركتها، تستطيع العثور على الطعام، والحؤول دون استنزاف بيئتها المحيطه.
كما يمكنها الهروب من مفترسيها واللحاق بضحيتها.
وعليها التنقل احيانا للعثور على ازواج لها، فالذكر والانثى يعيشان في اماكن مختلفة بالنسبة لكثير من الانواع، ولا يلتقيان الا عند التزاوج.
وهكذا فعلى مراحل تطورها مرت جميع فصائل الفقريات في عمليات تحول لتصبح اكثر رشاقه.
تعتمد سرعة الحركة على عاملين هما: طول الخطوة ووتيرتها. تتحدد الوتيرة بتحديد عدد الخطوات في الوحدة الزمنيه. يعني ذلك من الناحية العمليه، ان سيقان الحيوان الطويلة تجعل خطواته طويله، ما يسجل في صالحها بالنسبة للسرعه.
ولكن كي يكون الحيوان سريعا، لا بد ان يتمكن من نقل ساقه من نقطة على الارض الى اخرى، بسرعة كبيره، ما يسمح له بالحصول على وتيرة اكبر في الحركه.
الحيوانات الصغيرة، كالقوارض يمكنها ان تتحرك ايضا بسرعة كبيره، لانها رغم صغر ساقيها، تعتد بوتيرة سريعه، اضف الى ان وزنها الخفيف، يجعل كسلها قليلا.
حركة الاقدام الدورية بالنسبة لجميع الفقريات تسجل حركتين رئيسيتين.
الرفع، حيت تترك القدم موقعها على الارض سعيا لموقع اخر ابعد من الاول.
والاستقرار، حيث تبقى القدم في مكانها لتمكن الجسم من التحرك الى الامام.
حركة الحصان تقدم نموذجا حيا لحركة الاقدام الدوريه. فحين يعدو الفرس تتحرك حوافره الاربعة في نظام محدد.
يتم العدو بحركة قطرية متوازيه، بحيث تتحرك قدميه معا والى الامام بشكل قطري .
ولزيادة سرعته، يقلل الحصان من لمسات حوافره للارض، لبعض الوقت.
عدو الفرس بثلاث لمسات واضحة الاصوات، هو اسرع من الخبب، الذي يرفع فيه الفرس حوافره الاربعة معا عن الارض ليعاود ملامستها في وقت واحد وفي كل خطوة من ادائه المتكرر.
يسير الجواد بوتيرة ثابته، وكلما عدل من سرعته يثبت على وتيرة متباينه ثم يعود الى السابقة او اللاحقة وهكذا.
سرعة الحيوان تعتمد ايضا على تركيبته العضويه، حيوانات الاربعة تعتد بسيقان نحيله حيث تلتحم عضلاتها عند اسفل الساق.
هذه التشكيلة تمكن الحيوانات من التغلب على الاعطال التي تعانيه كل من الحوافر.
فمثلا من بين فصيلة القط، يتمتع الفهد بأخف السيقان. لهذا فهو يسجل الرقم القياسي في السرعه. اما الاسد الامريكي بالمقابل بسيقانه الثقيلة فهو اقل رشاقة بكثير.
بالنسبة للاسد، فهو يتحرك ببطء، نتيجة حجمه الهائل. عظامه كبيره، وسيقانه اشبه بالاعمدة كي تقاوم الالتواء والتحطم. يخطو الفيل الى الامام، بتحريك قدمين من جهة واحده في الوقت نفسه. هذه الحركة تحول دون اصابة اقدامه بالاعطال، ولكنها تحول ايضا دون عدوه.
جسديا، تتطلب السرعة نسبة عاليه من الطاقه. يمكن قياس هذه الطاقة بتحديد كمية الاوكسجين التي تستهلكها العضلات. حسب تقنية السرعه، يمكن لالياف العضلات لدى الفقريان ان تكون بطيئة الانقباض، او سريعه.
كلاب التزلج من فصيلة الكلاب مثلا، تتمتع بقدرة احمال عاليه، ورغم انها لا تشتهر بسرعتها، فهي تستطيع العدو طوال النهار. الياف عضلاتها البطيئة تقاوم التعب، وهي تستهلك الطاقة بأعتدال. هذا النوع من الكلاب يعدل افتقاره للسرعة بأستمراريته العاليه. اما الذئب وهو عضو اخر من فصيلة الكلاب، فيتمكن من فريسته بعد ان يتعبها، وهي عادة ماتكون اكثر سرعة منه ولكن عضلاتها تتعب بسرعه.
الفهد صاحب الارقام القياسية في الركض، يمكنه العدو لمسافات قصيرة لا تتعدى المئتي مترا. الياف عضلاته السريعة لا تستهلك الاوكسجين اثناء الاجهاد.ولكن بعد ان يركض بالسرعة القسوى،يصاب الفهد بحالة اختناق، ولا بد ان يتوقف كي يتخلص من هذه الحاله.لهذا يقترب الفهد من ضحيته اولا قدر الامكان، قبل ان ينقض عليها بهجوم مباشر.
لدى البشر ايضا القدرة على الركض. تشكيلتنا الجسدية تسمح لنا بالسير في خطوات طويلة وبوتيرة عالية نسبيا. اضف الى ان عضلاتنا تمنحنا قدرة على المقاومه. اما من ناحية الطاقه، فالحركة المتوالية لأقدامنا هي اشبه بالاكراه. ففي كل مرة نضع فيها قدم على الارض تجعلنا نبطيء ما يدفعنا لمحاولة الاسراع فنبدد مزيدا من الطاقه.
في علم الاحياء، التسوية هي الحل. الحل الانسب هو الاعتداد بكمية اقدام لا تحصى. ما يقلل من الصدمات المستمره، للحركة المتبادله. ولكن تنسيق هذا النظام قد يؤدي الى مشكله، كما ان السرعة ستكون مستحيله، الا اذا ما تم ربط اقدامنا بالكامل اولا.
----------------
كان لزيادة السرعة تأثيرا كبيرا في العالم. فقد حلت السيارة محل الحصان في السباقات. الطائرات والقطارات والحافلات جعلت من السرعة مسألة اعتياديه.الصواريخ والبواخر عبرت الفضاء والبحار بسرعة ما كان الانسان ليتخيلها قبل اقل من مئة عام.
ولكن على مستوى الاجساد ايضا، للسرعة تأثيرها الغير متوقع، على جسم الانسان.
لا يحس الانسان بالسرعه، قد لا نصدق هذا الامر رغم ان عيشنا على سطح الارض يخضعنا الى الحركة المستمره.
لنفكر للحظة ان الكوكب لا يدور حول نفسه بل يدور حول الشمس ايضا، رغم هذا فنحن لا نشعر بهذه الحركة ولا بسرعتها.
احساسنا واحد سواء جلسنا او وقفنا وهو بعدم الحركه. مع ان هذا غير صحيح، لان الارض تدور بنا حول نفسها بسرعة تزيد عن الالف كيلومتر في الساعه، وتلف بنا معها.
رغم اننا لا نحس بالسرعة على حالها فالانسان يشعر بتغيير السرعه، او بزيادتها مثلا.
مثال واضح على ذلك نجده في طائرة حربية تنطلق من على مدرج حاملة للطائرات. عملية الانطلاق هذه تحتاج الى سرعة هائله. اثناء التحليق، مناورات المعركة والطلعات البهلوانية والتغيير المفاجيء للاتجاهات، كلها تخضع الطيار لقوة سرعة هائله.
يتم التعبير عن هذه السرعة في الطيران، من خلال الجاذبيه، او ما يسمى بأعداد الجاذبيه.
طائرة تحمل طيارا وزنه سبعون كيلوغراما ستحتاج الى ستة اضعاف الجاذبية لتغيير الاتجاه. ما يعني مثلا انها ستتطلب قوة سرعة تضاعف ستة مرات وزنه الطبيعي. وكأن وزنه اصبح فجأة يبلغ الاربعمايه وعشرون كيلوغراما.
سرعات كهذه تؤثر في اعضاء الجسم.
فالسواءل في اجسامنا كما هو حال الدم، تضاعف وزنها الطبيعي مجازيا، ستة مرات.
سيعني ذلك بالنسبة للقلب الذي يدفع الدم في انحاء الجسم،ان يسعى لتحريك سائل في كثافة الحديد.
غياب الدم الكافي في الجزء الاعلى من الجسم، وخصوصا في الدماغ، والعيون، يثير اول اشارة تحذيريه. بالرؤية الرماديه.
بالرؤية الرماديه تختفي القدرة على التمييز بين الالوان والدقة في الرؤيه، كما تتقلص زاوية الرؤية وحقلها ايضا.
فيصبح الامر وكأن الطيار يسير في نفق يغطيه الضباب. تحصل الرؤية الرمادية بأستمرار.
وهي اشارة تحذيريه تبلغ الطيار بأنه بلغ اقصى قدراته على الاحتمال. والحقيقة انه اذا زاد السرعة بنسبة صفر فاصله خمسه وحدة جاذبية ستوشح الرؤية بالسواد ما يعني فقدان البصر بالكامل.
ولحسن الحظ كلا الظاهرتين تتراجعان حين تتوقف السرعه.
بعد وشاح الرؤية الاسود اذا استمرت السرعة بنسبة صفر فاصله خمسة اخرى سيفقد الطيار وعيه.
يمكن للطيار ان يفقد الوعي دون هذه الانذارات. وعادة ما يترافق ذلك بحالة من التشنج.
وهذا ما لا يعالج فورا بالتخفيف من السرعه.
قبل ان يستعيد الطيار وعيه بالكامل، سيمر بحالة من فقدان الوعي بالوقت والمكان.
وفي اسوأ الاحتمالات سيحتاج الامر لدقيقة وعشرين ثانية قبل ان يستعيد الطيار وعيه. وهذه الفترة من الزمن قد تؤدي الى عواقب وخيمه في طائرة سريعه، ما قد يشرح اسباب بعض الحوادث.
للتقليل من تأثير السرعه، يرتد الطيارون بنطال مضاد للجاذبيه.
تعتد الملابس المضادة للجاذبية بغاز مضغوط يركز على الجزء الاسفل من الجسم، ليوازن الدورة الدموية في اعلى الجسم.
لأجراء التجارب والدريب، يستخدما الباحثون جهاز طارد من المركز. جزء من هذا الجهاز هو الجيب، الذي يحوي كرسي الطائرة حيث يجلس الطيار. يخضع الجيب لدوران وسرعة الطائرة المقاتلة تماما.
تقوم كاميرة الفيديو وجهاز الاتصال بضمان الاتصال المباشر بغرفة المراقبه،حيث يتم تسجيل المعلومات، وحيث تتم متابعة نشاطات الأوعية الدموية للشخص المعني ايضا. كما يمكن قياس كمية الاوكسجين في الدم، التي تتغير ايضا حسب تعرضها للضغط.
يمكن للتغير في حقل الرؤية ان يؤدي الى الرؤية الرماديه، فأن الطيار في هذا الاختبار يستطيع ان يضغط على زر امامه لايقاف التجربه، والا فسيتولى جهاز اخر الابلاغ عن فقدان الشخص لصوابه حين ترتخي اعصابه فجأه.
ويستمر الباحثون في دراسة امكانات التقليل من تأثير السرعة على قدرات الطيار. رغم هذه الجهود لا بد من الاشارة الى ان المقاومة الجسدية للطيار هي التي تحول دون قدرته على تحمل السرعة الفائقه.
عادة ما يلجأ الطب الى جهاز طارد من المركز لاجراء تجاربه. اما الجهاز الروتيني بالنسبة لديناميكية الهواء، فهي انفاق المياه والرياح.
تعالج ديناميكية الهواء، الية تحرك الاشياء بالنسبة للغازات. وتحديدا تفاعل الاجسام المتحركه، مع الاجواء المحيطه.
يلعب هذا الاختصاص دورا هاما في تصميم المراكب والسيارات. كما وفي تصميم هياكل ثابتة كما هو حال الجسور والابراج، التي تتعرض لضغط الرياح. يستفيد الطيران جدا من خلفية العلوم في هذا المجال. سواء لزيادة سرعة الطائرة او قدرتها على المناوره، او لتحسين استهلاكها من الوقود، يبذل هذا الاختصاص ما بوسعه لتحديد الشكل الانسب لتحقيق اهدافه.
تحلق الطائرات عليا رغم ان وزنها اثقل من الهواء. الاجنحه، هي ما يبقي على الطائرة محلقة في الجو. تعتد اجنحة الطائرات بأنحناءات سفليه. النظرةالجانبيه، توضح بأن الاجنحة تميل اكثر نحو الاعلى، من الاسفل. اثناء التحليق، تمر تيارات الهواء فوق سطحيها، لتحلق الطائرة بسرعة اكبر ، فوق الاجنحة وليس تحتها. بفضل هذا الأنحناء تغطي اجزاء الهواء جزءا اكبر من فوق الاجنحة وليس تحتها.
تبتعد جزيئات الهواء فوق الاجنحة عن بعضها البعض، اما تحت الاجنحه فهي تتماسك او تتحرك بتقارب لبعضها البعض. بالتالي فأن ضغط الهواء الاكبر من تحت الاجنحة يدفع الطائرة نحو الأعلى .
هذه القوة العامودية لديناميكية الهواء تسمى بالرفع. حين يتساوى الرفع بوزن الطائره، تبقى الاخيرة على ارتفاعها، وحين يزداد الرفع عن وزنها تسهب الطائرة في علوها. والعكس صحيح، ان كان الرفع اقل يتدنى ارتفاع الطائره.
يعتمد نظام اجنحة الطائرة على قوة اخرى، هذه القوة الافقية تسمى السحب، وهي تعترض حركة الطائره. دفع المحركات هو ما يعيق هذه المقاومه.
اخصائيي ديناميكية الهواء الموضوعيين، يعملون على تطويل التصاميم وانظمة الاجنحه، ليخفف شكلها من قوة سحب الطائره.
تعديل خلفيتها مثلا، وهي زاوية الاجنحة مقابل نواتها، يمكن ان يزيد من سرعتها. توسيع الخلفية سيؤخر الموجات الصداميه. وهي موجات تنجم عن اقتراب سرعة الطائرة من سرعة الصوت او تزيد عنها، ما يؤدي الى مزيد من المقاومه.
اي انه كلما اتسعت خلفية الطائرة كلما ازدادت سرعتها.
يعتمد تحليق الطائرة العامودية على دوران اجنحتها. نظام الاجنحة هذا يبقي الطائرة في الهواء ويدفعها الى الامام. حركة دوار واحده او اكثر بدفع من محرك فعال يؤدي الى ارتفاع الطائرة في الهواء. وعند انطلاقها تدور شفرات الدوار بأتجاه مواز للارض.
يحقق ذلك ارتفاعا ضئيلا. حينها يميل الطيار باطراف الشفرات نحو الاعلى. وهكذا يصبح مرور الهواء فوق الشفرات اسرع مما هو تحتها.
فتكون النتيجة ان يقل الضغط فوق شفرات الدوار، فيخلق بذلك قوة نحو الاعلى، فترتفع.
سرعة المحرك تزيد من الارتفاع ايضا. احدى اهم مزايا الطائرة العامودية المراوحة او الحوم. تحوم الطائرة بفضل دوار صغير معلق على ذيل الطائره. لولا وجود هذا الدوار الصغير لكانت الطائرة تلف في الاتجاه المعاكس لحركة الدوار الرئيسي. هذا الدوار الصغير يخلق دافعا جانبيا يحول دون هذه الحركة ويضمن استقرار الطائره.
تنتج مناورات الطائرة العامودية بشكل رئيبسي عن ميول الدائره التي تحمل شفرات الادوار.فحين تكون الدائرة افقيه، يصبح الارتفاع عاموديا. وحين يميل الطيار بالدائرة نحو اتجاه معين تسير الطائرة نحو ذلك الاتجاه. للانعطاف يمينا او يسارا يميل الطيار بالدوار نحو الاتجاه الذي يريد الانعطاف نحوه. وهذا مايفعله ايضا لجعل الطائرة تسير نحو الخلف.
اذن يرتكز اعتماد الطائرة على نظام اجنحتها. دوران اجنحتها يحدد سرعتها القصوى بما يقارب الاربعمئة كيلومترا في الساعه. اما اكثر من ذلك فأن مستوى الارتجاج، كما ومقاومة الهواء تصبح اكبر من ان تحتمل.
بتحسين شكل الطائرة العامودية يسعى المصممون الى تحسين سرعتها ايضا.
للتأكد من اداء التعديلات، يستخدم الخبراء تقنيات مشابهه، وهم عادة ما يعملون باشكال بسيطه. في محاولة لفهم ظواهر الديناميكية الهوائيه.
تقام تجارب على الريح للتأكد من صحة عمل الكمبيوتر. تكمن هذه التجارب برط نموذج عن طائرة عاموديه داخل ممر، يعبر فيه الهواء بسرعة محدده.
توضع اجهز قياس داخل الطائرة او على جانبيها، لنقل المعلومات الى الكمبيوتر، بحيث يمكن للباحثين ان يحسبوا قدرة النموذج على الارتفاع والسحب، لمقارنة النتائج باعداد النماذج التي اخضعت للتجربه.
اذا رغب الباحثون في رؤية اتجاه الريح او تياراته، يمكنهم بين تقنيات اخرى اللجوء الى التحليل المائي. والحقيقة انه تحت مستوى المئتي كيلومتر في الساعة عادة ما تكون ردة فعل الماء شبيهة بالهواء. النموذج الذي يوجه السائل الملون نحوه، يتعرض لتيار مائي بسرعة محدده. تلون السائل الذي تختلف كثافته عن كثافة المياه، يكشف عن الجوانب التي تحتاج الى التحليل فيها.
يتم اليوم تصميم طائرات الغد في مختبرات الديناميكية الهوائيه.
كان القرن الماضي مرحلة للسرعة في الفضاء الفعلي. وسيكون القرن التالي عصرا للحظة في الفضاء الافتراضي. ولا داعي للسفر بسرعة فائقه بعد اليوم، بفضل الخوذات الالكترونيه، والقفازات والبدلات، سوف نتمكن من التواجد، حيث نحن الان، وفي مكان اخر، في وقت واحد.[/size]