إجابة سريعة
يدفع مدفع الدوامة دفعة من الهواء عبر فتحة دائرية، ويقوم الاحتكاك بالحافة بلف هذا الهواء إلى حلقة دوارة تُسمى حلقة الدوامة. تحبس الحلقة الدوارة جيبًا من الهواء بداخلها، لذا فهي تسافر لمسافة أبعد وتحافظ على شكلها لفترة أطول بكثير من النفخة العادية. أضف دخانًا أو ضبابًا ويمكنك مشاهدة علم حلقة الدوامة يحدث في الوقت الفعلي.
تبدو حلقة الدخان وكأنها سحر، لكنها واحدة من أكثر التجارب الموثوقة في ديناميكا الموائع. عندما تضرب الجزء الخلفي من مدفع الدوامة، تندفع دفعة قصيرة من الهواء عبر الفوهة الدائرية. يتباطأ الهواء الملامس للحافة بينما يستمر الهواء في المركز في الحركة، ويؤدي هذا الاختلاف في السرعة إلى لف الهواء على شكل دونات دوار.
بمجرد أن يبدأ هذا الدوران، تصبح الحلقة ذاتية الاستدامة. يغلف الدوران نواة من الهواء الساكن داخل غلاف دوار، مما يحميها من الغرفة المحيطة. لهذا السبب يمكن لحلقات دوامة مدفع الدوامة عبور غرفة كاملة مع الاستمرار في إسقاط كوب ورقي. يشرح هذا الدليل الإعداد خطوة بخطوة، بما في ذلك الأخطاء التي تحول الحلقة النظيفة إلى نفخة عديمة الشكل.
ما يحدث بالفعل داخل الحلقة
لا يغادر الهواء المدفع ككتلة صلبة. بل يغادر كدفعة، وتسحب حواف تلك الدفعة ضد الهواء الساكن حول الفتحة. يخلق السحب طبقة قص، وتلتف طبقة القص إلى حلقة من الهواء الدوار. الدوران هو الحيلة بأكملها: تعيد الحلقة تدوير زخمها باستمرار بدلاً من إلقائه في الغرفة.
نظرًا لأن الغلاف الدوار يدفع للخارج بينما يسحب اللب منخفض الضغط إلى الداخل، تظل الحلقة مقروصة ومضغوطة. هذا التوازن هو السبب في أن فيزياء حلقة الدخان تبدو مستقرة جدًا. النفخة العادية من الهواء ليس لها مثل هذا الهيكل، لذا فهي تنتشر وتموت في غضون بوصات قليلة.
- كلما كانت الفتحة أكثر استدارة، كانت الحلقة أكثر تناسقًا. الخدوش أو الشريط اللاصق على الفوهة يكسر عملية الالتفاف.
لماذا يجعل الدخان غير المرئي مرئيًا
حلقات الهواء النظيفة حقيقية، لكن لا يمكنك رؤيتها. يعطي الدخان أو الضباب للحلقة شيئًا لتحمله، لذا يمكنك تتبع مسارها وسرعتها ومدى سفرها قبل أن تتفكك. هذا هو نفس السبب الذي يجعل أنفاق الرياح وخزانات التدفق تستخدم جزيئات التتبع.
لا تحتاج إلى آلة ضباب. بضع ثوانٍ من البخور، أو شريط ورقي مشتعل، أو مبخرة موجهة إلى الفوهة كلها تعمل. الهدف هو ضباب خفيف، وليس سحابة كثيفة، لأن الكثير من الدخان يضيف وزنًا واضطرابًا يقصران عمر الحلقة.
- اترك الدخان يستقر لبضع ثوانٍ قبل الإطلاق. الدخان المتحرك يتم امتصاصه في الحلقة ويجعلها غير متوازنة.
اختيار المدفع وتحديد التوقعات
تم تصميم مدفع الدوامة من CrunchLabs لإنتاج حلقات قابلة للتكرار، لذا فهي نقطة بداية جيدة إذا كنت تريد برنامجًا تعليميًا لمدفع الدوامة يمكنك إنهاؤه بالفعل. إذا كنت تمتلك بالفعل روبوت Hack Pack، فإن البرج بالأشعة تحت الحمراء - مستقبل الأشعة تحت الحمراء هو نوع مختلف من البناء: فهو يعلم البرمجة والاتصال بالأشعة تحت الحمراء بدلاً من تدفق الهواء، ويأتي مع كل ما تحتاجه ويعمل بدون اشتراك. كلاهما مشروعان هندسيان مشروعان، لكنهما يستهدفان مهارات مختلفة.
البرج بالأشعة تحت الحمراء - مستقبل الأشعة تحت الحمراء
حدد توقعاتك حسب الغرفة. الممر الطويل ذو الهواء الساكن يعطي أنقى الحلقات وأبعدها مسافة. الغرفة المزدحمة بالمراوح أو التيارات الهوائية أو الحيوانات الأليفة تكسرها بسرعة. هذا ليس عيبًا في المدفع؛ إنه الهواء يخبرك بما يفعله.
- أطلق النار على طول المحور الطويل للغرفة، وليس عبره، لتقليل تداخل الجدران.
برنامج تعليمي لمدفع الدوامة: خطوات للحصول على حلقة دخان نظيفة
- 1. اختر هواءً ساكنًا: أطفئ المراوح، وأغلق النوافذ، وابتعد عن فتحات التدفئة. اترك الغرفة تستقر لمدة دقيقة قبل أن تبدأ. نقطة تفتيش: إذا كنت ترى الدخان ينجرف جانبيًا، فإن الهواء مشغول جدًا بحيث لا يمكنه إنتاج حلقة نظيفة.
- 2. حمل ضبابًا خفيفًا: وجه مبخرة أو بخورًا أو شريطًا ورقيًا مشتعلًا إلى الفوهة لمدة ثانيتين أو ثلاث ثوانٍ. توقف قبل أن يبدو المدفع غائمًا. خطأ يجب تجنبه: الملء الزائد. الدخان الثقيل يجعل الحلقة تترهل وتتفكك مبكرًا.
- 3. صوب بشكل مستوي واختر هدفًا: وجه المدفع موازيًا للأرض نحو كوب ورقي، أو كومة من الأكواب، أو هدف خفيف على بعد عدة أقدام. نقطة تفتيش: اللقطة المستوية تظهر المدى الحقيقي للحلقة. الإمالة لأعلى تجعلها تتقوس فقط.
- 4. اضرب، لا تدفع: اضرب الغشاء الخلفي أو المكبس بدفعة واحدة سريعة وحازمة واثبت ساكنًا بعد ذلك. النبضة الحادة تخلق حلقة أكثر إحكامًا من الضغط البطيء. خطأ يجب تجنبه: الدفع البطيء والضعيف. إنه يفرغ الهواء دون لفه إلى حلقة.
- 5. شاهد أول قدمين: تتشكل الحلقة مباشرة عند الفوهة. إذا بدت خشنة هناك، فالمشكلة هي الفتحة أو الدخان، وليس الهدف. نقطة تفتيش: الحلقة النظيفة مستديرة وواضحة الشكل كالدونات خلال القدم الأولى.
- 6. غير متغيرًا واحدًا في كل مرة: جرب ضربة أقوى، ثم أخف. ثم حرك الهدف أقرب أو أبعد. حافظ على ثبات كل شيء آخر حتى تعرف ما الذي تسبب في التغيير. الخطوة التالية: سجل أي قوة ضربة تسافر لأبعد مسافة واستخدمها كخط أساسي لك.
حقائق المنتج المهمة لهذه التجربة
- البرج بالأشعة تحت الحمراء - مستقبل الأشعة تحت الحمراء: عرض لفترة محدودة: احصل على روبوت Hack Pack مستقل. لا حاجة للاشتراك. يأتي مع كل ما تحتاجه. تعلم البرمجة باستخدام وحدة التحكم في البرمجة (IDE) الخاصة بنا. إذا كان هدفك هو البرمجة ومنطق الاستشعار بدلاً من تدفق الهواء، فهذا بديل مكتفي بذاته لا يتطلب اشتراكًا.
- قرص التحويم - وسادة هوائية: سعر الكتالوج هو USD 16.48 مع سعر مقارنة كتالوج قدره USD 32.95. لم يتم توفير وصف كتالوج. إنها لعبة أخرى تركز على الهواء بسعر مماثل، لكن الكتالوج لا يصف سلوك تدفق الهواء الخاص بها، لذا تعامل معها كتجربة منفصلة وليس كبديل لمدفع الدوامة.
حلقات الدوامة هي حالة نادرة حيث تكون الفيزياء مرئية وقابلة للتكرار وممتعة حقًا لاختراقها. نفذ الخطوات مرة واحدة، ثم ابدأ في تغيير شيء واحد في كل مرة وشاهد كيف تستجيب الحلقة. تلك العادة، وليس الدخان، هي الدرس الهندسي الحقيقي.
