يعتمد علم الديناميكا الهوائية الحديث على تأثير رئيسي ضروري لطيران الطائرات: تأثير كواندا . ورغم صعوبة شرحه في حد ذاته، إلا أن تأثير كواندا بالغ الأهمية لدرجة أنه يشكل أساس تطوير الطائرات.
في هذه المقالة سنخبرك ما هو تأثير كواندا وأهميته.
ما هو تأثير كواندا
لتوضيح هذا التأثير، تخيل شمعة مضاءة. إذا أطفأنا هذه الشمعة فسيكون ذلك فوريًا. إذا قمنا بنفس التمرين ولكن وضعنا صندوقًا بحجم معقول بين الشمعة وبيننا. الشيء الأكثر طبيعية الذي يمكن أن نفكر فيه هو أنه إذا نفخنا فإن الهواء سوف يتشتت إلى الجانبين ولن يضرب الشراع. ولكن إذا استخدمنا زجاجة نبيذ بدلاً من علبة، فإن النتيجة لن تكون هي نفسها. المنطق يقودنا إلى الاعتقاد بأن الهواء سوف يتفرق أيضًا إلى الجانبين ولن يطفئ الشمعة.
على الرغم من أن الأمر قد يبدو مفاجئاً، إلا أن الشمعة يمكن إطفاؤها بفضل تأثير كواندا. يفسر تأثير كواندا انحناء السوائل عند ملامستها لجسم صلب. إذ تتغير حركة السوائل وإزاحتها عند اصطدامها بجسم صلب.
يمكن وصف تأثير كواندا بأنه سلسلة من الأحداث التي تفسر سلوك المائع عند اصطدامه بسطح ما . ويُستخدم هذا التأثير كمبدأ ينص على أن جميع الموائع تميل إلى الانجذاب نحو الأسطح المجاورة بدلاً من الارتداد عنها أو الانحراف. وهذا عكس ما يحدث مع الأجسام الصلبة؛ فإذا اصطدم جسم صلب بآخر، فإنه سيرتد على الأرجح ويغير مساره. أما في حالة الموائع، فإنها تنجذب إلى سطح الجسم الصلب.
للتعمق أكثر في مجال الطيران ، يُنصح بدراسة المبادئ التي تحكم طيران الطائرات.
تجربة لتأكيد تأثير كواندا
إذا أجرينا التجربة السابقة، نلاحظ أن الهواء يميل إلى اتباع المسار المنحني للزجاجة بدلاً من الانحراف إلى الجانبين. وإذا قذفنا كرة تنس على زجاجة النبيذ، نلاحظ أن مسار الكرة سيتغير، لكنه لن يكون موازياً لشكل الزجاجة. وهذا يسمح لنا باستخلاص المعلومات اللازمة لفهم أن السائل يتبع شكل الجسم الصلب.
وبعبارات بسيطة، فإن لزوجة الهواء هي العامل الرئيسي لحدوث تأثير كواندا. عندما يصطدم السائل لأول مرة بجسم ذو محيط ناعم ومنحني، فإن لزوجة السائل هي التي تجعل الجسيمات تميل إلى الالتصاق بسطح المادة الصلبة. بهذه الطريقة يتم إنشاء طبقة موحدة ومتوازية حول جسم المادة الصلبة. يمكن مقارنة هذا الميل إلى تشكيل نوع من الورقة حول محيط الجسم بالبلاستيك.
تصطدم جميع جزيئات السائل، وهو الهواء في هذه الحالة، بالجسم لاحقاً، مُولِّدةً طبقات جديدة موازية للطبقة الأصلية . هكذا يحدث انحراف في مسار السائل.
الفائدة والأهمية
لقد تم إثبات تأثير كواندا ويُستخدم يوميًا في الطيران ورياضة السيارات. يُعد فهم تأثير مقاومة الهواء أمرًا بالغ الأهمية لتحسين شكل المركبة. فمعرفة كيفية التصاق جزيئات السوائل بالأسطح تُمكّننا من تصميم أشكال ديناميكية هوائية أفضل. ومن الأمثلة البارزة على تأثير كواندا سيارات الفورمولا 1. إذ تستغل الألواح الجانبية هذا التأثير لتوجيه كميات كبيرة من الهواء إلى مناطق محددة، مثل أرضية السيارة، والمشتتات، والأجنحة. وتؤثر جميع هذه العناصر في سيارة الفورمولا 1 بشكل مباشر على التماسك والسرعة القصوى.
وقد جعل هذا من تأثير كواندا أحد الركائز الأساسية لرياضة السيارات والطيران. ويحدث الشيء نفسه مع الطائرات. على الأجنحة، يخضع مسار الهواء لانحناء طفيف يساعد على توليد القوى التي تبقي الطائرة في الهواء. الهواء منحني، ومع الانخفاض وقانون نيوتن الثالث، نعرف جميع القوى المؤثرة على جناح الطائرة.
بفضل تأثير كواندا، يُمكن تصحيح وتوجيه تدفق الهواء والسوائل الأخرى، مما يسمح للمهندسين بتصميم وسائل نقل أكثر كفاءة. يُعدّ تأثير كواندا على ديناميكيات الهواء في المركبات عنصرًا أساسيًا في بناء مركبات أكثر أمانًا وسرعة. علاوة على ذلك، تُساهم هذه التصاميم الديناميكية الهوائية في توفير كمية كبيرة من الوقود، نظرًا لتقليلها مقاومة الهواء.
الخصائص والفضول
تتعلق ظاهرة كواندا بانعكاس السوائل حول جسم ما. إذا قمنا بتحليل جميع القوى والضغط الجوي الذي تمارسه الغلاف الجوي أثناء الطيران بسرعة منخفضة، فإن الهواء لا يعتبر سائلاً فحسب، بل سائلاً غير قابل للضغط. إن حقيقة أن الهواء عبارة عن سائل غير قابل للضغط تعني أن حجم كتلة الهواء سيكون ثابتًا دائمًا بمرور الوقت. ويجب أن نعلم أيضًا أن تيارات الهواء لا تنفصل عن بعضها البعض لتشكل فراغات، وتسمى أيضًا فجوات.
ينكر العديد من العلماء حدوث تأثير كواندا في الماء، بحجة أن انحراف مسار الماء عند اصطدامه بسطح صلب يعود إلى التوتر السطحي. لذا، يمكن القول إن تأثير كواندا لا ينطبق على جميع أنواع السوائل، إذ يجب مراعاة الكثافة واللزوجة. ومن المعروف أن الهواء يتميز بلزوجة منخفضة، لذا يكون تأثير كواندا أكثر وضوحًا فيه.
آمل أن تتمكن من خلال هذه المعلومات من معرفة المزيد عن تأثير Coanda وأهميته في الطيران وسباق السيارات.