بناء الرذاذ من القشّة - قشّة فينتوري

في هذه التجربة، سوف نقوم بصنعِ رذاذ من الماء أو كريات البوليستيرين (الكلكر) باستخدام مبدأ علمي يسمى "تأثير فينتوري"، الذي يتعامل مع ضغط السوائل والغازات.

من المستحسن الاستعانة بشخصٍ بالغ أثناء تطبيق التجربة.

الشرح

في هذه التجربة، سوف يتم عرض مبدأ فينتوري، وهو بمنزلة "حالة خاصة" لمبدأ بيرنولي الذي يتعامل مع ضغط المواد الجارية (الضغط المائع).

إذن، كيف يُنتج نفخ الهواء مضخة؟ عندما ننفخ الهواء في داخل القشة فإننا نقوم بضغط كمية كبيرة من الهواء في داخلها مما يؤدي إلى تحرك الهواء، يوجد في طرف القشة تضييق في الفتحة (لم نقصّ القشة حتى النهاية) مما يؤدي إلى زيادة إضافية في سرعة الغاز؛ لأنّ نفس كمية الغاز المتدفقة من خلال القشة الواسعة يجب أن يتم دفعها من خلال فتحة أكثر ضيقًا، لذلك فمن الضروري أن تقوم بزيادة السرعة لتنفيذ ذلك. تؤدي مثل هذه الزيادة في سرعة الغاز إلى انخفاض في ضغطه؛ بسبب مبدأ فيزيائي يسمى مبدأ بيرنولي.

باختصار، نجح بيرنولي في إثبات أنّ هذه الظاهرة نابعة من قانون حفظ الطاقة، وهو واحد من القوانين الأساسية للفيزياء. عندما يزيد الغاز من سرعته، تزداد طاقته الحركية أيضًا. يعود ذلك إلى أنه يجب حفظ الطاقة في كامل النظام، ضغط الغاز (والذي يمكن التعبير عنه بأنّه الطاقة لكل وحدة حجم)، يجب أن ينخفض كتعويض عن الزيادة في الطاقة الحركية. من الجدير بالذكر أن هذا القانون غير ساري المفعول إلا في مثل هذه الحالات، والتي نتج ارتفاع الغاز فيها عقب تضييق في مسار جريانه، لكنه غير سار على الإطلاق عندما يزيد جهاز كهربائي (كالمروحة أو مجفف الشعر) سرعة الغاز؛ وذلك بسبب وجود إضافة خارجية من الطاقة إلى النظام، لذا من غير الضروري انخفاض ضغط الغاز.

في الواقع، يؤدي هذا الانخفاض في الضغط إلى تأثير الضخ - وهو نوع من "الفراغ" الذي يتم إنشاؤه ويقوم بضخّ الماء أو كريات البوليستيرين إلى داخل تيار الهواء. هذا ما يسمى بمبدأ فينتوري، أو تأثير فينتوري، على اسم الفيزيائي الذي اكتشف ذلك. من المهم هنا أن ندقق ونذكر أنه من الناحية الفيزيائية لا يوجد للفراغ قوة ضخ ذاتية، بحيث أنّ السبب في ضخّ الماء أو كريات الكلكر هو الضغط الخارجي الكبير الذي يسحبها إلى منطقة الضغط المنخفض في القشة. بعد ارتفاع الماء (أو كريات الكلكر) نحو الأعلى ووصولها إلى تيّار الهواء في القشة الأفقية، يتمّ رشّها ونشرها في جميع الاتجاهات بواسطة التيار السريع الذي يصطدم بها.

في جهاز فنتوري "حقيقي"، تقع القشة العامودية داخل التضييق المبني في الأنبوب الأفقي (الذي يتم النفخ من خلاله)، وليس اتصالًا بالهواء المفتوح في طرف الأنبوب كما فعلنا (صورة اتصال تقلل من قوة التأثير) هذا التضييق يضمن ارتفاعًا في سرعة التدفق. كلما كان تدفق الهواء في القشة أسرع، كلما انخفض الضغط فيها وزادت قوة الضخ، لذلك إذا لم تنجح التجربة في المحاولة الأولى، حاولوا النفخ بقوة أكبر أو قوموا بتضييق فتحة المخرج أكثر.

يمكن بناء مضخة فينتوري بشكل أكثر نجاعة بواسطة إدخال قشة دقيقة عموديًا داخل فتحة صغيرة يتم فتحها باستخدام قشة أكثر اتساعًا (نقوم بإغلاق الاتصال بواسطة المعجونة).

من الجدير بالذكر

في الماضي، قبل اختراع البخاخات التي تعمل على الغاز المضغوط، تم إنتاج البخاخات باستخدام جهاز مشابه للمعروض في التجربة، لكن بدلاً من النفخ بواسطة الفم، ينتج تدفق الهواء بواسطة مضخة يدوية. يتم فعل ذلك في جهاز رش المبيدات الحشرية، ويتم فعل ذلك أيضًا اليوم في بخاخات العطر كما هو معروض أدناه.

زجاجة عطر مع بخاخ يعمل وفقًا لمبدأ فينتوري - تصوير: Mcapdevila ، ويكيبيديا

بالإضافة إلى ذلك، فإن لتأثير فينتوري العديد من الاستخدامات التكنولوجية عندما نود إنتاج بخاخات ومضخات، حتى بالنسبة لأجهزة توفير المياه؛ حيث تضخ المياه الجارية الهواء في طريقها وبذلك تنتج رذاذا من الماء ممزوجًا بالهواء، فتوفر الماء دون تقليل قوة التيار.

الترجمة للعربيّة: بنان مواسي