بنشين بر لب جوي!
يكي از زيباترين جلوه هاي يك رود اين است كه آب در مسير عبورش، حالتهاي مختلفي مي گيرد. در اين مقاله مي خواهم روي يك وضعيت خاص تمركز كنم:
زماني كه آب حالتي كف مانند مي گيرد. انگار آب در مسيرش ناگهان در يك خط عمود بر مسير جريان، قل مي زند و مي جوشد و مسيرش را ادامه مي دهد.


اگر قدري دقيق به اين نوار كف آلود نگاه كنيد خواهيد ديد عمق آب در دو سمت آن متفاوت است:
قبل از شروع اين نوار، عمق آب كمتر و بعد از آن عمق آب بيشتر است. مهندسان مكانيك كه دوست دارند براي همه چيز اسم دهن پر كن بگذارند، اين پديده را «پرش هيدروليكي» «Hydraulic Jump» مي نامند.

بهترين محل براي مشاهده ي پرش هيدروليكي درست پشت سر يك سنگچين است كه در عرض رودخانه احداث شده باشد يا زماني كه آب در يك كانال يا جوي با سرعت زياد جريان دارد و تغيير مسير مي دهد. تصوير زير يك نمونه ي آزمايشگاهي «Hydraulic Jump» را نشان مي دهد.



يك نمونه ي استثنايي از «Hydraulic Jump» را در تصوير زير مي توانيد ببينيد كه از طرف دوست عزيز جناب آقاي محمد كرم حسني در اختيار اينجانب قرار گرفته است. دقت كنيد كه «Hydraulic Jump» در عرض كانال (جوي آب) رخ داده نه در طول آن. در اينجا به علت چرخش كانال، سرعت آب در سمت چپ و راست كانال متفاوت شده است و «Hydraulic Jump» در جهت عرضي كانال رخ داده است.




چرا آب اينطوري كف مي كند؟
پرش هيدروليكي زماني رخ مي دهد كه به هر دليلي، شما باعث كاهش سرعت جريان شويد. پس از سنگ چين، آب اندكي ارتفاع گرفته است و با سرعت بيشتري سقوط مي كند. بلافاصله بعد از رسيدن به كف رود، آب مي خواهد با همان سرعت به مسيرش ادامه دهد اما به دليل اصطكاك و زبري كف و ديواره ها سرعتش كاهش مي يابد. زماني كه سرعت آب اينطور ناگهاني كاهش مي يابد، چون مقدار انرژي موجود در آب بايد ثابت بماند، آب آن را با افزايش ارتفاع خود (يعني افزايش انرژي پتانسيل) جبران مي كند. توجيه وجود پرش هيدروليكي در قسمت هايي كه آب تغيير جهت مي دهد نيز همين است.

در اين گير و دار، مقداري از انرژي در اين پرش تلف خواهد شد. اين اتلاف انرژي در همان كف هاي «در حال قل قل زدن» اتفاق مي افتد و ما اين اتلاف را به صورت صدا، همان صداي شرشر آب، مي شنويم.


كاربرد عمده
كاربرد بارز و مشخص پرش هيدروليكي در سر ريز «Spillway» سدها است. در اين سر ريزها، آب به دليل ارتفاع سد، از ارتفاع خيلي بالا روي مسير شروع به سر خوردن مي كند و سرعت سرسام آوري مي گيرد. اگر اين آب سر ريز شده به حال خود رها شود، با اين سرعتش، در زمان كوتاهي مسير بتني سر ريز را مثل موش مي جود و آن را بر اثر سايش نابود مي كند. براي اين كار، با تغيير شيب سر ريز، طراح كاري مي كند كه يك پرش هيدروليكي در مسير ايجاد شود. به اين ترتيب، سرعت آب كاهش مي يابد و مي توان يك عمر مفيد براي سر ريز تعريف نمود. اين پرشهاي هيدروليكي يكي از جلوه هاي زيباي سدها هستند. اين هم يك عكس زيبا از سر ريز سد كيليولند «Cleveland Dam» در آمريكا. در اين عكس بر اثر طراحي خاص «Spillway» يك پرش هيدروليكي در مسير آن ايجاد شده است. خصوصيات يك پرش هيدروليكي كلاسيك در اينجا به خوبي قابل مشاهده است يعني كف كردن و قل زن آب و تغيير عمق آب. جالب اينكه اين پرش هيدروليكي در حالت عمودي اتفاق افتاده است.





پرش آپارتماني
با توجه به زندگي ماشيني امروزي، خيلي ها به جاي رفتن به طبيعت، تابلوي آن را در خانه يا آپارتمان نصب مي كنند يا به جاي دار و درخت، گياهان آپارتماني را روي ميز مي گذارند. خلاصه اينكه، هر چيزي را كه فكر كنيد، نوع آپارتماني اش هم موجود است. براي ديدن پرش هيدروليكي هم نيازي به رفتن به دل طبيعت يا پاي سد  نيست و در آشپزخانه هم مي توانيد آن را ببينيد:

شير آب را در سينك ظرفشويي كه كفي صاف دارد، دور از سوراخ كف سينك، تقريباً تا آخر باز كنيد. پرش هيدروليكي را مثل عكس به حالت يك دايره ي زيبا مي توانيد مشاهده كنيد. البته توصيه مي كنم چندان محو زيبايي پرش هيدروليكي در سينك آشپزخانه نشويد چون اگر هزينه ي قبض آب تان نجومي آمد بنده هيچ مسووليتي را قبول نخواهم كرد.





مراجع


*Practical Fluid Mecahnics for engineering applications, Bloomer J.J., Marcel Dekker Inc., 2000.
*http://www.esf.edu/ere/endreny/pubs.htm
*http://www.iahrmedialibrary.net/db/ii6/hydraulic%20jump%20spillway.htm


واژه نامه
پرش هيدروليكي: Hydraulic jump
سر ريز: Spillway
سد: Dam


**********************