فيزياء المظلة

المقدمة :
القفز بالمظلات كتبها أفراد قفزوا بالمظلة من طائرات وظلوا أحياء لكي يرووا تجربتهم. وقد استخدموا المظلات للتقليل من سرعة هبوطهم حتى يصلوا إلى الأرض سالمين . وتعمل المظلة بنشر قطعة كبيرة من القماش فوق الشخص مما يزيد من احتكاكه بالهواء زيادة كبيرة .
يعتبر القفز بالمظلات أحد الأنشطة الهامة التي يمكن من خلالها تطبيق بعض القوانين الأساسية في الفيزياء . ويقفز المظليون بالمظلات من طائرات تحلق على ارتفاع كبير فوق الأرض . وفجأة، وبطريقة مثيرة للغاية، يصبحون مدركين لقوة الجاذبية . وعند نقطة معينة تنفتح المظلة مما يعطيهم، علاوة على الشعور الهائل بالأمان، إحساساً بتناقص سرعتهم نتيجة للاحتكاك مع الهواء، أو نتيجة لقوة السحب .
من البديهي أن الهابط بالمظلة أثناء القفز بالمظلات في الجاذبية والسحب , يهبط بها في خط رأسي إلى أسفل . ولكن الحقيقة أن هناك حركة أخرى في الاتجاه الأفقي، ويتلاءم الشرح الذي في الهامش مع ما حدث عندما بدأ فيليب ثيز القفز بالمظلة عام 1970 "... وكانت المظلة مستديرة مثل نبات عش الغراب" حيث كانت تلك المظلات تهبط رأسيا في الهواء.
وهناك العاب رياضية جوية كثيرة تتعلق بالهبوط بالمظلات . فالانزلاق المُعلَّق يشبه الهبوط بالمظلات، ولكن في هذه الحالة يكون هناك إطار صلب يمسك أطراف المظلة، وبدلاً من القفز من الطائرة يقفز المرء من فوق تل أو جرف .
وفى رياضة السباحة في الهواء يقوم الناس بالطيران في طائرات بدون محرك، ولتلك الطائرات الشراعية أجنحة وأجساما صلبة ملساء . وينتج عن ذلك حدوث قوة سحب أقل من حالة المظلات والانزلاق المعلق . ويتم الانزلاق بزاوية حادة ويمكن التوجه إلى أعلى مع تيارات الهواء مثلما تفعل النوارس والنسور، ويمكن أن تبقى محلقة لعدة ساعات في كل مرة .
إننا الآن نتحدث عن الحركة في الهواء ،ولكن إذا لم يكن الجو هادئاً تماماً وليس به أى رياح، فإن الهواء سوف يتحرك فوق الأرض . وليس لذلك تأثير على كيفية هبوط المظلة في الهواء، ولكنه سيؤثر على مكان هبوطك .


نبذة :
تذكر موسوعة جينس للأرقام القياسية القفز بالمظلات باعتباره الرياضة التي تحدث بأكبر سرعة لفرد ما دون استخدام آلات . والفكرة في القفز بالمظلات ليست جديدة, فقد فكر فيها ليناردو دافنشي وترك لنا بضعة أشكال مرسومة توضح كيف تعمل تلك الوسيلة. وفي فرنسا خلال القرن الثامن عشر صمم سيبا ستيان لنيومارد،وج . ب بلانكارد و أندريه جاكس على القفز من ارتفاعات شاهقة كبيرة وقاموا بقفزات تجريبية من بالونات تعمل بالهواء الساخن . وأثناء الحرب العالمية الأولى استخدمت المظلات ذات " الخط الساكن " وهو حبل يتصل بالطائرة والمظلة بحيث يجعل المظلة تفتح آليًا. وقد تم استخدام هذه المظلات بصورة كبيرة في إخلاء الطائرات التي تحطمت.

الخطة:
الأهداف:
في هذا المشروع سوف نقوم بثلاث بثلاث تنفيذات أو ثلاث تجارب ونهدف من هذا إلى عدة أغراض ألا وهي :
• كيفية مبسطة لصنع مظلة مصغرة.
• معرفة تأثير مقاومة الهواء على المساحة.
• حساب السرعة النهائية المناسبة للمظلي لكي يهبط بسلام.


أدوات:
• قطعة من القماش أو النايلون على شكل مربع يبلغ طول ضلعه حوالي 15سم .
• أربع خيوط متساوية في الطول.
• وزن معين ، مثل قطعة معدنية أو حصى ، أو أي جسم شبيه .
• ورقة مكرمشة.
• ساعة إيقاف.
• مقص.


تنفيذ: (1)

كيف تصنع المظلة؟؟
1. ثبت خيطاً في كل ركن من أركان قطعة القماش .
2. ضم أطراف الخيوط الأربعة إلى بعضها وأربطها في القطعة المعدنية .

والآن ها هي المظلة.

تنفيذ: (2)

تعلمنا في تنفيذ(1) كيفية صنع المظلة والآن توضح لنا تجربة مقاومة الهواء كيف يعتمد السحب على العلاقة بين مساحة سطح الجسم ووزنه .
الاجراءات:
• والآن لدينا قطعة ورقة مكرمشة إضافة إلى المظلة التي تم صنعها سابقًا .(متساويتين في الوزن)
• ألقيناهما من ارتفاع معين , ولاحظنا ما حدث بعد أن توقعنا مايلي.

الفروض و التوقعات:
• من المعلوم أن ضغط الهواء يزداد تأثيره على سطح ما كلما زادت مساحة هذا السطح فلذلك أعتقد بأن تسقط الورقة المكرمشة بسرعة أكبر من الورقة العادية.
.الاستنتاج :(2):
وعند إسقاطهما سنجد أن هناك قوة سحب أكبر على الورق (المكرمشة) لأن لها مساحة سطح أكبر بالنسبة للهواء الذي تتحرك خلاله . لاحظ أن لقطعتي الورق نفس الوزن، وإذا لم يكن هناك هواء، فإنهما سوف تسقطان بنفس السرعة .





تنفيذ: (3)

والآن سنقوم بتطبيق الفكرة واقعيًا وباستخدام معادلات معينة على الدمية محاولةً للوصول إلى السرعة النهائية المناسبة لوصول المظلي بسلام.


عند إسقاط جسم ما، سوف تعمل قوة الجاذبية على زيادة سرعته أثناء سقوطه، ولكن الاحتكاك مع الهواء، وهو ما يسمى بالسحب، سوف يعمل على تقليل سرعته، أما مقدار السحب فيعتمد على عاملين رئيسيين :

1. السرعة : فكلما ازدادت سرعة الجسم الساقط في الهواء، كلما ازدادت قوة السحب
2. الشكل : حيث يتعرض الجسم ذو الأسطح الملساء لقوة سحب أقل من الجسم الذي له نفس الكتلة ولكنه منتشر وخشن .
الإجراءات:
1- والآن قمنا بإسقاط جسم من ارتفاعات نختلفة ما حاسبين الزمن .












2- بعد ذالك قمنا بتعويض الزمن لنجد y∆ في المعادلة التالية :
t)∆g( y = - ∆
y∆ t∆ المحاولات

-12.09 1.57 1
-7.6 1.25 2
-3.9 0.89 3



3- والآن نعوض y∆ في المعادلة التالية :
y∆


y∆

237.2 -12.09
149 -7.6
76.5 -3.9

الاستنتاج :(3)

• لاحظنا من الجدول السابق أنه كلما زاد الارتفاع يصبح سقوط المظلي أي سرعته النهائية أكبر وبما أن قوة السحب تزداد بزيادة سرعة الجسم، فسيكون الارتفاع الأعلى للمظلي هو الذي يؤمن السقوط الأكثر أمانًا للمظلي .



حلول و مقترحات:
اعتمادًا على العوامل السابقة المؤثرة في حركة المظلة سوف نقوم بتصميم نموذج للمظلة الأنسب، ونقصد بـ"الأنسب" .. الأكثر ملائمة لسقوط المظلي , و العوامل المؤثرة التي استنتجناها من التنفيذات السابقة هي كما يلي :

1- مقاومة الهواء: فهي تتعلق بالمساحة.
2- المساحة: فسوف نجعلها أكبر حتى تزيد مقاومة الهواء عليها.
3- الشكل: سنجعله مفرودًا وخشنًا حتى تؤثر مقاومة الهواء عليه.
4- السرعة: سوف نزيدها بزيادة وزن الجسم التي تحمله المظلة حتى تصل إلى السرعة الحدية المطلوبة.



اقتراح:
يمكن للمظلي أن يضع غاز الهيليوم داخل المظلة فهو غاز خفيف الوزن يساعد على مقاومة الجاذبية وهبوط آمن للمظلي.

تقرير المشروع


لإبراز السرعة النها ئية المناسبة للمظلي عند بلوغه الأرض ؛ قامت فكرة مشروعنا على حساب السرعة النهائية من تغير عدة عوامل .



ابتدئ عملنا بصنع مظلة مصغرة ، وبعد ذلك قمنا بمقارنة سقوط هذه المظلة بسقوط مظلة أخرى منكمشة حتى نوضح علاقة المساحة بمقاومة الهواء وقد قمنا في النهاية بمحاولات لحساب السرعة النهائية للمظلة المصغرة ، وأخيرا توصلنا إلى السرعة النهائية المطلوبة .

و بعد كل ما بذلناه من جهد ، توصلنا إلى أن حساب السرعة النهائية مهم جدًا للحصول على سلامة المظلي، فعلى سبيل المثال أثبتنا في التجربة السابقة أن السرعة النهائية تكون أأمن كلما زاد ارتفاع المظلي عن سطح الأرض .

ونرجو أن يصلح هذا المشروع بنفعنا ونفع غيرنا في التطبيق واقعيًا و نسأل الله التوفيق.


والله ولي التوفيق

مشكورررررررررررررررررررررررررررررررررررر
ررررررررررررررررررررررررررررررررر
رررررررررررررررررررررررررررر
رررررررررررررررررررررر
ررررررررررررررررر
رررررررررررر
رررررررر
ررررر
ررر
رر
ر