מבוא:

הנושא אותו בחרנו לחקור בעבודתנו הוא תצורת הרכב ה"אולטימטיבית" בהתחשבות בכוח הגרר. הנושא נבחר מכמה סיבות, הראשונה והעיקרית היא הסקרנות הטבעית שלנו והקרבה שלנו לעולם הרכב הנובעת היותנו בני נוער אשר הוציאו זה עתה רישיון נהיגה.

סיבה נוספת ומשמעותית היא ששמנו לב שאין לנו די אינפורמציה בנושא ועם הזמן הסתבר לנו שלא נעשו הרבה מחקרים בנושא זה – מה שעושה את המחקר שלנו למעניין.

מטרות המחקר ושאלות המחקר:

מטרת המחקר

להציג השפעות שונות של כוח הגרר על עצם נע בכמה היבטים שונים ובנוסף התנסות ראשונית בנושא של חקר עצמאי ועבודה עצמאית.

שאלות המחקר

מהי הצורה האופטימלית של עצם היוצרת את כמות החיכוך הנמוכה ביותר עם האוויר?

השערת המחקר

השערתנו היא שהצורה האופטימלית בעבור עצם הנע באוויר היוצרת את כמות החיכוך הנמוכה ביותר היא צורה נמוכה בעלת שטח פנים יחסית קטן המזכירה צורה של טיפה.

מהלך המחקר

בעבודתנו חקרנו את השפעת כוח "הגרר" על אווירודנמיקת כלי תחבורה.

תחילה גיבשנו שאלת חקר והתחלנו לעבוד על האנליזה המדעית שלנו.

תוך כדי העבודה על האנליזה התחלנו לפתח את התאוריה המתמטית שלנו על מנת להמשיך את המחקר ולבצע ניסוי.

לאחר שהגענו לנוסחה המחשבת את מהירותו הסופית של גוף בהתחשבות ב: מקדם הצורה של הגוף, מקדם הגרר של החומר ושטח הפנים של הגוף חשבנו על ניסוי בו נוכל לאייש את התאוריה שלנו.

בסדרת הניסויים הראשונה צילמנו מנג'טים (ספלולים מניר אפייה) בגדלים שונים הנופלים מגובה קבוע וחיכינו שהם יגיעו למהירות סופית.

את התצלומים ניתחנו בעזרת תוכנת "הטראקר"  ונעזרנו בהם ובפיתוח המתמטי על מנת לאייש את התאוריה שלנו.

לאחר מכן החלטנו לבצע עוד ניסוי בו הכנסנו גופים בעלי שטח פנים ומקדם גרר זהה אך מקדם צורה שונה לתוך מנהרת רוח כשהגופים רתומים לעגלה חסרת חיכוך וקשורים למד כוח.

במהלך הניסוי הפעלנו את מנהרת הרוח ובדקנו במהירויות רוח שונות כמה כוח מופעל על הגופים.

תוצאות הניסוי השני מעט השתבשו מכמה סיבות כגון: כתלי מנהרת הרוח, הצבת מד מהירות הרוח מאחורי הגוף ולא לפניו ושגיאות מדידה כלליות אחרות.

לכן החלטנו בעזרת סימולטור מיוחד שמצאנו לבצע את הניסוי ללא שגיאות מדידה.

לאחר ניסוי הסימולטור ערכנו השוואה בין הנתונים שאספנו בניסוי "מנהרת הרוח" לבין ניסוי "הסימולטור".

ממצאים:

בניסוי המרכזי שעשינו הנחנו בתוך מנהרת רוח העשויה מצינור עץ ומפוח, מסילה עליה נמצאת עגלה. על העגלה הלבשנו בכל פעם צורה אחרת שחתכנו מקלקר על מנת לשנות את מקדם הצורה של העגלה ולמדוד את השפעת שינוי זה על כוח הגרר. העגלה מחוברת בחוט למד כוח המונח בתחילת המנהרה והוא מודד את כוח הגרר המופעל על הגוף. בנוסף ממוקם בסוף המנהרה מד שמטרתו למדוד את מהירות הרוח שאנחנו מפעילים על הגוף.

בכל פעם, הנחנו צורה אחת על העגלה והפעלנו את המפוח. לאט לאט הגברנו את מהירות האוויר בעוד שאנחנו מודדים את כוח הגרר ומהירות הרוח המופעלים על עגלה עד שהרוח הייתה חזקה מדי והוציאה את העגלה משיווי משקל והפכה אותה על צידה.

לאחר שסיימנו לבצע את כל המדידות ניתחנו את הגרפים בצורה הבאה על מנת למצוא את מקדם הצורה של הגוף. הגרף שהכנו הוא גרף של כוח הגרר כפונקציה של ריבוע המהירות, ועקב הפיתוח שעשינו אנו יודעים שהערך של שיפוע גרף זה הוא    ומשם בודדנו את  .

עקב חשד בשגיאה בניסוי שלנו בשל מיקום שגוי של מד מהירות הרוח, החלטנו לערוך ניסוי נוסף בסימולציה המדמה את כח הגרר המופעל על גוף בזורם.

הסימולציה שבה השתמשנו היא סימולציה להדמיית זורמים של אוניברסיטת weber.

בסימולציה אין יחידות מידה ולכן השתמשנו במדידות בצורה יחסית, כלומר, בדקנו את כמות הכוח שמופעלת על כל אחת מהצורות שלנו בסימולציה. התייחסנו לצורה הראשונה כאל נקודת השוואה שאליה יחסנו את הסימולציות של הצורות האחרות וכך קיבלנו את יחס הכוחות. לאחר מכן מצאנו את היחס בין מקדמי הצורה שקיבלנו בניסוי המעשי וחישבנו את היחס בין יחסי הסימולציות לבין יחסי מקדמי הצורה ובכך יכולנו לאשר את השערותינו ללא שימוש ביחידות מידה בסימולציה.

דיון ומסקנות:

המסקנות שאליהן הגענו עקב הסימולציות הן כדלקמן.

המגמה שמצאנו בניסוי נשארה זהה בכיוונה אך קצב השינוי בניסוי שלנו יותר קיצוני.

אנו מסיקים שאצלנו קצב השינוי גבוה יותר בגלל אותה סטייה בנתונים של מהירות הרוח במנהרה.