ما هي قوة الطرد المركزي؟ التعريف والتاريخ والتطبيق

ما هي قوة الطرد المركزي?

قوة الطرد المركزي هي قوة افتراضية، وهي قوة القصور الذاتي، التي تحرك جسمًا دوارًا بعيدًا عن مركز دورانه. يتم إنتاج قوة الطرد المركزي تحت شرطين، يتم إنتاجها من خلال تشابك قوة الحركة بالقصور الذاتي للجسم وقوة الربط المركزية، ويتم طرد المادة المتحررة من قوة الربط المركزية بعيدًا. والقوة التي تنتج القوة الملزمة نسميها قوة الجذب المركزي.

حتى الكلمات البسيطة قد تبدو غير مفهومة عندما يتعلق الأمر بوصف القوى الافتراضية. في الواقع، توجد قوى الطرد المركزي والجذب المركزي وتتفاعل مع بعضها البعض؛ إذا كانت قوة الطرد المركزي أقل من أو تساوي قوة الجذب المركزي، فإن الجسم يتحرك حول مركز دورانه، وعلى العكس من ذلك، يميل الجسم إلى الابتعاد عن مركز الدوران.

أين توجد قوة الطرد المركزي؟

أقرب مكان يمكن فيه اكتشاف قوة الطرد المركزي وذات صلة بالوجود البشري كان في حركة النجوم (أنظمة الأقمار الصناعية). تمارس قوة الجاذبية الهائلة للنجوم قوة ربط هائلة على الكواكب، مما يجعل الكواكب تدور حول النجوم؛ وقوة الربط التي تمارسها النجوم على الكواكب ثابتة (على الأقل في البعد البشري للزمن المدرك)، بحيث تدور الكواكب حول النجوم في مسارات مدارية شبه ثابتة - أصل مفهوم 'السنة' '. أصل مفهوم 'السنة'.

ولعل أول مشهد في تاريخ البشرية المسجل حيث تم اكتشاف وتطبيق قوة الطرد المركزي كان في ينابيع المملكة البابلية القديمة - إذا كانوا يستخدمون مبدأ مضخة الطرد المركزي. كان مفهوم النوافير حاضرا في حدائق السماء التي أنشأتها الحضارة البابلية القديمة في بابل (أو نينوى كما كانت تسمى) في القرن السادس قبل الميلاد. النافورة عبارة عن مزيج من الماء أو سائل آخر تحت الضغط، يتم رشه من خلال فوهة ذات شكل محدد. النوافير الحديثة عادة ما تكون مصنوعة من مضخات الطرد المركزي لتطبيق الضغط على تدفق المياه، جنبا إلى جنب مع الفوهة لإنتاج شكل معين، وذلك لتشكيل مجموعة متنوعة من النوافير الجميلة. ولعل مصممي حديقة السماء البابلية القديمة اكتشفوا وجود قوة الطرد المركزي في حياتهم اليومية، ومن ثم صمموا ينابيع ساخنة جميلة؛ أو ربما يكون مجرد تفكير بالتمني من جانبنا.

أقرب سجل في الصين للأشخاص الذين يستخدمون قوة الطرد المركزي بشكل فعال في حياتهم كان في بداية القرن الثالث الميلادي. كان ذلك خلال عهد سلالتي وي وجين في الصين، عندما كان يتم بالفعل استدراج النحل بشكل واعي إلى أوعية خشبية للتكاثر ويتم إزالة العسل من الخلية لمعالجته أو الاستمتاع به عن طريق ربط خيط ورج الجرة. هذه الطريقة، التي لا تلحق الضرر بالعسل بسهولة، انتقلت من جيل إلى جيل وتطورت إلى الطريقة الحالية لرج العسل. بالإضافة إلى نفض العسل والنوافير، هناك أجزاء كثيرة من حياتنا مرتبطة بقوة الطرد المركزي. على سبيل المثال، آلات حلوى القطن الموجودة على جوانب الطرق، والمظلات الدوارة للتخلص من مياه الأمطار في يوم ممطر، والمطارق المتأرجحة والأراجيح في الملاعب. ...... قوة الطرد المركزي موجودة في كل مكان في حياتنا.

- تربية الماشية

افتقرت تربية الحيوانات المبكرة إلى أدوات إدارة فعالة عند الرعي، وكان الرعاة يربطون حبلًا ليبدو مثل مشبك حبل حي، ثم يقذفونه للخارج لوضعه على أعناق أو أرجل الحيوانات مثل الأبقار والماعز بعد الدوران عدة مرات لتحقيقه. تأثير السيطرة على القطعان الضالة أو الحيوانات المجنونة. وتم تطبيق هذا اللاسو أيضًا في ساحة المعركة للسيطرة على العدو. ربما يكون هذا التطبيق هو الاستخدام الأكثر انتشارًا لقوة الطرد المركزي - على الرغم من أن الناس في البداية لم يعرفوا ما هي قوة الطرد المركزي.

- تصنيع الآلات

أدى التقدم السريع في الفيزياء والعلوم الطبيعية إلى تقدم الصناعة بسرعة، وأنتجت الثورة الصناعية الأولى في القرن الثامن عشر عددًا من التصاميم الصناعية الحديثة الممتازة، والتي لا يزال بعضها قيد الاستخدام حتى اليوم - وتعد مضخة الطرد المركزي أحد هذه التصميمات البارعة. شهد عام 1689 مفهوم مضخة الطرد المركزي على يد المهندس الفرنسي بابين، الذي قام في عام 1705 ببناء أول مضخة طرد مركزي مزودة بمكره متعدد الريش ومبيت دودي. في عام 1689، اقترح المهندس الفرنسي بابان مفهوم مضخة الطرد المركزي، وفي عام 1705، قام بأول تطبيق للمكره متعدد الريش وغلاف الجسم على شكل حلزون لمضخة السائل، وأصبح جسم المضخة البسيط هذا النموذج الأولي لمضخة الطرد المركزي في عام 1689. الأجيال اللاحقة. في عام 1754، طرح عالم الرياضيات السويسري أويلر المعادلة الأساسية للميكانيكا الهيدروميكانيكية من النوع المكره، ووضع الأساس للتصميم النظري لمضخات الطرد المركزي. على الرغم من عدم وجود مصدر طاقة مثالي، لم يتحقق تفوق مضخات الطرد المركزي إلا في نهاية القرن التاسع عشر.

اليوم، تُستخدم مضخات الطرد المركزي على مستويات متعددة بعد قرون من التطوير، مع تطبيقات ملونة في الصناعة والزراعة والصناعة النووية وحتى الطب.

الآفاق المستقبلية لتطبيقات الطرد المركزي

مع تطور الحضارة، قطع البحث العلمي البشري شوطا طويلا من العالم المصغر إلى استكشاف الفضاء الخارجي. من مضخات الطرد المركزي التي تحمل المغناطيس الدائم المستخدمة في الصناعة الطبية إلى الحركة الدائرية للمحطة الفضائية حول الأرض، يعد تطبيق قوة الطرد المركزي أمرًا لا غنى عنه. ولا يمكن الربط بين مثل هذا التطور الطويل وتحسين النظام العلمي الحديث والتطور السريع في علم المواد. وربما في المستقبل البعيد، يمكن دمج نظرية قوة الطرد المركزي مع تكنولوجيا أكثر حداثة لإنتاج تصميمات أكثر براعة وذات معنى لتحسين حياتنا ومرافقة الحضارة الإنسانية.