ما هي مقاومة الهواء؟ وما أهميتها الفيزيائية؟ سوف نتعرف أصدقائي من خلال مقالنا هذا على الدرس العلمي مقاومة الهواء وسوف نشرحه بطريقة سهلة ومبسطة مع الأمثلة.
حيث إن Air Resistance هي القوة التي تحدث بسبب الهواء عندما يتحرك جسم من خلاله. تعمل هذه القوة في الاتجاه المعاكس للجسم الذي يمر عبر الهواء. تمارس مقاومة الهواء قوة احتكاك ضد الجسم المتحرك. وأثناء تحرك الجسم، تعمل Air Resistance على إبطاء سرعته. دعونا نرى ما هي مقاومة الهواء وكيف تعمل Air Resistance من خلال هذا الدرس الهام.
Air Resistance
Air Resistance هي قوة الاحتكاك التي يدفعها الهواء ضد جسم متحرك.
هل تتذكر يا صديقي مدى صعوبة المشي ضد الرياح؟ إن مقاومة الهواء التي تنتجها الرياح تدفعك دائمًا إلى الخلف. من ناحية أخرى، المشي مع الرياح يساعدك دائمًا على المشي بشكل أسرع، لأنه لا توجد مقاومة للهواء.
كما تعلمون أصدقائي الصغار، المشي في الهواء أسهل من المشي في الماء. لكن الهواء يقاوم الحركة أيضًا.
?What is Air Resistance
تعرف مقاومة الهواء بالسحب Drag، حيث تحاول دائمًا إبطاء الجسم المتحرك. كلما تحركت بشكل أسرع، زادت المقاومة.
مثال: كلما تحركت السيارة بشكل أسرع، زادت المقاومة. مثل الاحتكاك Friction، تعمل المقاومة في الاتجاه المعاكس لحركة الجسم.
أمثلة:
- عندما تركب دراجتك بسرعة، يمكنك أن تشعر بالهواء يضغط على وجهك وجسمك.
- في يوم تهب فيه الرياح العاتية، يكون من الصعب جدًا المشي عبر الهواء، لأنه يدفعك للخلف.
- عندما تسقط المظلة، يقاوم الهواء حركتها، مما يؤدي إلى سقوط المظلة ببطء.
- الريشة أو الورقة المتساقطة من الشجرة تطفو بلطف على الأرض..
- في الأيام العاصفة، تطفو الأجسام الخفيفة في جميع أنحاء المنطقة قبل أن تهبط على الأرض.
- من الصعب التمسك بالمظلة في يوم عاصف.
عند ركوب الدراجة، ومع استمرارك في استخدام الدواسات، لن تستمر الدراجة في السير بشكل أسرع وأسرع. وذلك لأنه يصل إلى سرعة قصوى ثابتة. ثم عليك الاستمرار في استخدام الدواسة فقط للحفاظ على سيرها بهذه السرعة. أنت تستخدم قوة دون تغيير سرعة الدراجة.
سؤال هام: لماذا لا تسير الدراجة بشكل أسرع وأسرع؟ يحدث هذا بسبب “الاحتكاك”. هناك نوعان من الاحتكاك يعيقانك أثناء ركوب الدراجة.
أنواع الاحتكاك
- أحد هذه الأنواع يحدث بسبب احتكاك الأجزاء المتحركة، مثل العجلة والمحور. والآخر سببه الهواء. تصبح قوى الاحتكاك هذه أكبر كلما تحركت بشكل أسرع.
- عليك أن تدفع طريقك عبر الهواء للدورة. هذا يحدد الاحتكاك ومقاومة الهواء.
القوى تؤثر عليك وعلى الدراجة أثناء ركوبها، وكلما تحركت بشكل أسرع زادت مقاومة الهواء.
مثال: عندما تتضاعف سرعة الدراجة، تزيد المقاومة أربع مرات. عند السرعة المنخفضة، يكون الاحتكاك صغيرًا، أصغر بكثير من القوة التي تدفع الدراجة للأمام. ومن ثم فإن معظم القوة التي تمارسها على الدواسة “البدال” تذهب نحو تسريع الدراجة. ولكن مع زيادة سرعة الدراجة، يزداد الاحتكاك. وفي النهاية، تصبح كبيرة جدًا لدرجة أنها تساوي القوة التي تدفع الدراجة للأمام. يتم استخدام كل ما تبذلونه من القوة للتغلب على الاحتكاك. القوتان متوازيتان (متساويتان ومتعاكستان). لذلك تستمر الدراجة في السير بسرعة ثابتة.
مقاومة الهواء على الأجسام المتساقطة
القوى على المظلة Parachute
- يستخدم المظليون مقاومة الهواء لإبطاء سقوطهم.
- Air Resistance تساعد المظلي على إبطاء سقوطه.
- تحتوي المظلة المفتوحة على مساحة سطحية كبيرة جدًا.
- كلما زادت مساحة السطح، زادت المقاومة.
لذا فإن المظلة المفتوحة توفر مقاومة كبيرة للهواء. يؤدي هذا إلى إبطاء المظلة ويسقط المظلي بلطف على الأرض. ويستخدم مكوك الفضاء المظلة لإبطائه بسرعة عند هبوطه. وهذا يعني أنها يمكن أن تهبط على مسافة أقصر.
الأجسام الخفيفة
إن الجاذبية التي تعمل على الأجسام الخفيفة، مثل الريش، ليست قوية جدًا بحيث تسحبها نحو مركز الأرض بسرعة. علاوة على ذلك، الهواء في كل مكان. لذلك هناك مقاومة كبيرة للهواء وهذه المقاومة تجعل الأجسام الخفيفة تسقط بشكل أبطأ من الأجسام الأثقل وزنًا.
مقاومة الهواء تجعل الأجسام الخفيفة تسقط بشكل أبطأ مما يجعلها تطفو لفترة أطول من الوقت.
مثال: عندما تسقط الريشة فإنها تسقط ببطء لأن الهواء يقف في طريقها. بينما إذا أسقطت ريشة وكرة جولف في نفس الوقت في الفراغ (مساحة خالية من الهواء)، فسوف تسقط الريشة بنفس سرعة سقوط كرة الجولف.
في يوم عاصف من فصل الخريف، هل رأيت أوراق القيقب البرتقالية أو الحمراء الجميلة تطفو في كل مكان، وتحاول جاهدة أن تلمس الأرض؟ عندما تسقط ورقة من شجرة، فإنها تطفو بلطف على الأرض. مقاومة الهواء تضغط على سطح الورقة. كلما زادت مساحة السطح، زادت المقاومة. تكون الورقة خفيفة جدًا، بحيث لا يكون سحب الجاذبية أقوى بكثير من القوة الصاعدة لمقاومة الهواء. لذلك تسقط الورقة ببطء.
تقليل مقاومة الهواء
مثال: القوى على متن الطائرة
- هناك أربع قوى رئيسية تؤثر على الطائرة هم:
- الدفع Thrust.
- مقاومة الهواء أو السحب Air resistance or drag.
- الرفع Lift.
- الجاذبية Gravity.
مقاومة الهواء والجاذبية هما قوتان طبيعيتان تؤثران على أي شيء يرتفع من الأرض ويتحرك عبر الهواء.
- يتم إنشاء الدفع والرفع بشكل مصطنع للتغلب على Air Resistance والجاذبية لتمكين الطائرة من الطيران.
- تم تصميم مجموعة المحرك والمروحة لإنتاج قوة دفع للتغلب على مقاومة الهواء (السحب).
- صمم الجناح لإنتاج قوة رفع للتغلب على الجاذبية، والتي تسمى أيضًا الوزن.
الإنسيابية Streamline: لكي تتحرك الأشياء بكفاءة عبر الهواء أو الماء، يجب أن تكون لها أصغر مساحة سطحية ممكنة. وذلك لأنه كلما زادت مساحة السطح، زادت المقاومة. ولذلك، يجب اختيار الأشكال الإنسيابية للضغط على الهواء أو الماء.
مثال: يساعد الانحناء على الدراجات راكبي الدراجات على تقليل Air Resistance عليهم والقيادة بسرعة. يعد ارتداء خوذات انسيابية ذات أشكال ناعم، حيث أنها تشكل ميزة بالنسبة لهم لأنها تسمح للهواء بالتدفق فوق راكب الدراجة بسهولة أكبر.
مقاومة الهواء مقابل مقاومة الماء
Air Resistance is stronger than Water Resistance. تحتاج الحيوانات التي تتحرك بسرعة عبر الماء إلى الانسيابية. هذا هو السبب في أن جميع الأسماك مبسطة بشكل جيد. تسمح رؤوسها المستديرة الناعمة وأجسامها الطويلة المستدقة بتدفق الماء عبرها بسهولة أكبر.
مثال: يمكن للدلافين السباحة بسرعة عبر الماء. شكلها الانسيابي يسمح لها بالانزلاق عبر الماء دون مقاومة كبيرة. لذلك يتم بناء الغواصات بنفس الشكل الانسيابي لمساعدتها على التحرك بشكل أسرع عبر الماء.
وفي النهاية نتمنى أن يكون هذا المقال عن درس مقاومة الهواء للأطفال، قد أفادكم في شرحه لأطفالكم بأسلوب مبسط، وحاز على إعجابكم. ولا تنسى عزيزي القاريء أن تقوم بمتابعتنا أيضًا عبر منصات التواصل الاجتماعي:
