مقدمه‌ای بر تئوری پرواز با پاراگلایدر؛ چرا پاراگلایدر پرواز می‌کند؟

چطور با چند متر پارچه و چند رشته نخ می‌توان ساعت‌ها در آسمان ماند؟ این نخستین مقاله از مجموعه «تئوری پرواز با پاراگلایدر» پاراکس‌سی است؛ مجموعه‌ای کاربردی برگرفته از کتاب مربی مجید سرمستی که قدم‌به‌قدم مکانیک پرواز را برایتان روشن می‌کند.

انسان همیشه در رویای پرواز مثل یک پرنده و تماشای طبیعت از زوایای مختلف، بدون نیاز به موتور، بوده است؛ و پاراگلایدینگ این خواسته را محقق کرد. تنها چیزی که نیاز است، تجهیزات مناسب، آموزش و دانش است. واژهٔ پاراگلایدر از دو بخش تشکیل شده: «پارا» به معنی چتر (parachute) و «گلایدر» به معنی سُرنده (glider). این وسیله با دویدن به پرواز درمی‌آید، بالی با سطح منحنی دارد و جز نیروی باد، جاذبه و خود خلبان به انرژی دیگری نیاز ندارد.

پاراگلایدینگ بازه‌ای از پروازهای ساده و آرام تا مسافت و آکروبات را در بر می‌گیرد، اما در هر صورت به یاد داشته باشید که ایمنی مهم‌ترین اصل در پرواز است. این رشته در هر کشور توسط یک فدراسیون ملی سازماندهی می‌شود که بر کیفیت آموزش، بیمه و حقوق خلبانان نظارت دارد.

قوانین فیزیکی حاکم بر پرواز

برای پاسخ به این پرسش که «چرا پاراگلایدر پرواز می‌کند؟» لازم است با سه مفهوم پایه آشنا شویم: قانون برنولی، آزمایش ونتوری و قوانین نیوتون.

قانون برنولی

در سیالات یکنواخت، سرعت با فشار رابطهٔ عکس دارد. به‌طور خلاصه اگر همهٔ متغیرهای دیگر ثابت باشند، بنا بر بقای انرژی وقتی سرعت سیال زیاد می‌شود، فشاری که سیال بر یک سطح وارد می‌کند کم می‌شود و برعکس. منظور از «سیال» گاز و مایع در حال حرکت است و منظور از «یکنواخت» سرعت و جهت یکسان هواست.

اثر ونتوری

اگر سیال در طول حرکت خود درون یک لوله باشد و قطر لوله کاهش یابد، سرعت سیال افزایش می‌یابد؛ به این پدیده Venturi می‌گویند.

قوانین نیوتون

• قانون اول (لختی): اجسام تا زمانی که نیرویی بر آن‌ها اثر نکند، حالت سکون یا حرکت مستقیم با سرعت ثابت خود را حفظ می‌کنند.
• قانون دوم: اگر به جسمی نیرو وارد شود، هم‌جهت با آن نیرو شتاب می‌گیرد.
• قانون سوم: هر عمل، عکس‌العملی برابر و در خلاف جهت دارد.

ایرفویل چیست؟

به شکل یا جسمی که وقتی جریان هوا از سطوح آن عبور می‌کند، بتواند نیروهای آیرودینامیکی ایجاد کند و کمترین مقاومت را در مقابل جریان هوا داشته باشد، Airfoil می‌گویند. در پاراگلایدر از ایرفویل نامتقارن استفاده شده است.

لبهٔ حمله اولین نقطه‌ای است که جریان هوا با ایرفویل برخورد می‌کند و دهانه‌ای دارد که از طریق آن هوا به درون بال جریان پیدا کرده و بال را در شکل خود نگه می‌دارد. مقطع انتهایی بال لبهٔ فرار نامیده می‌شود؛ جایی که لایه‌های فوقانی و تحتانی به هم می‌رسند تا شکل ایرفویل را بسازند. لایه‌ها به‌وسیلهٔ دیواره‌های عمودی به نام Rib به هم متصل‌اند و فضای بین ریب‌ها cell نام دارد که برای باد شدن بال استفاده می‌شود.

پس چرا پاراگلایدر پرواز می‌کند؟

چون ایرفویل نامتقارن است، سرعت عبور هوا از سطح بالایی (که مسیر بیشتری را در زمان یکسان طی می‌کند) بیشتر از سطح پایینی است. طبق قانون برنولی این اختلاف سرعت، اختلاف فشار ایجاد می‌کند: فشار روی بال کمتر شده و نیروی لیفت پدیدار می‌شود. در مقاله‌های بعدی این نیروها را با جزئیات بررسی می‌کنیم.