תעופת חרקים
מבוא: קיימת פליאה רבה בכך שגופים הכבדים מהאוויר, מסוגלים לעוף מבלי ליפול חזרה לקרקע. ישנן מספר דרכים בהן גופים כאלה מחזיקים את עצמם באוויר. החל ממסוקים, מטוסים, עפיפונים וצלחות מעופפות, ועד לפתרונות יצירתיים בעולם החי והצומח כמו: ציפורים, עטלפים, חרקים, זרעים ועוד. בעבודה זו נבדוק יכולות ופתרונות תעופתיים אצל מספר חרקים שונים. וננסה למצוא מאפיינים דומים ושונים ביניהם. הדגש הוא במציאת החוקיות הפיזיקלית העומדת מאחרוי יכולות טיסה אלה.
עקרונות פיזיקליים מרכזיים:
- כוח עילוי ומקדם עילוי.
- כוח גרר ומקדם גרר.
- עקרון ברנולי ומשוואת ברנולי.
- אפקט קואנדה.
- זווית התקפה.
שאלות המחקר:
- חקירת תנועת כנפי חרקים ופיתוח משוואת עילוי עבור תנועה זו.
- מציאת התלות של כוח העילוי בתדירות נפנוף הכנפיים של חרקים מסוימים.
- כיצד משפיע זוג כנפיים אחד על השני, עבור חרקים בעלי שני זוגות כנפיים?
- מהו הקשר בין מסת החרק לכוח העילוי שהוא מסוגל לייצר?
- מהי התלות בין מסת החרק לבין שקול הכוחות הפועלים עליו?
מערך ומהלך המחקר:
- בניית מודלים של כנפיים והצבתם במנהרת רוח להבנת מאפייניהם של כוח העילוי וכוח הגרר (כמתואר בגרף הבא).
- שימוש במצלמה מהירה לצילום תנודות הכנפיים ותדירותן, מיקום החרק, מהירותו ותאוצתו.
- שימוש במיקרופון ותוכנה לעיבוד קול לזיהוי תדירות נפנוף הכנפיים (בעזרת טרנספורם פוריה).
- שימוש במדי כוח ובמשקולות על מנת לחשב את כוח העילוי של החרק.
- בניית סימולציות שיתארו את תנועת החרק ואת הכוחות הפועלים עליו.
גרף המתאר תוצאות של אחד המחקרים שביצעה תלמידה במרכז אחר"ת.
הגרף מתאר את כוח העילוי על כנף שטוחה כתלות במהירות הרוח.
מטרות העבודה:
- הבנה מעמיקה של כוחות העילוי והגרר ושל התופעות הפיסיקליות הגורמות להיווצרותם.
- חקירת תנועת כנפיו של החרק, והבנת הכוחות שהן מייצרות.
- למידת התופעות הפיסיקליות המייצרות את הכוחות הפועלים על החרק בעת מעופו.
- הכרות נרחבת עם שיטות מחקר מתקדמות בתחום, כמו עבודה עם מנהרת רוח ובניית דגמים לצורך ניסויים ומחקר.
- רכישת מיומנות בפיתוח תיאוריות פיסיקליות והפרכתן או אישושן בעזרת ניסוי ותהיה.