تق تق تق....
با ظهور شيرهاي تک ضرب در روشويي ها و آشپزخانه ها صداي "تق" محکم و خشکي که با بستن شير آب ايجاد مي شود، موسيقي پس زمينه ي زندگي روزمره ي خيلي ها شده است. اگر اهل هم خداي نکرده هنوز مثل من در خانه هاي قديمي حياط دار زندگي مي کنيد و عطاي آپارتمان را به لقا اش بخشيده ايد، موقع آب پاشي باغچه گاهي مي بينيد شير آب و لوله ي آن دچار لرزش هاي شديد مي شوند.



مهندسين مکانيک را رسوا کنيد!
اگر دوست داريد يک مهندس مکانيک را سوال پيچ کنيد اين سوال ساده را از او بپرسيد:
ارتباط سرعت و فشار چيست؟

قطعاً در اين حالت نام دهن پر کن "معادله ی برنولي" "Bernoulli equation" را براي شما بيان مي کند. بعد از او بخواهيد مفهوم اين قانون را برايتان تشريح کند. صدي، نود آنها به اينجا که برسند، گريپاژ مي کنند و توضیحات بی سر و تهی از ریاضیات را به خورد شما خواهند داد.

بيان ساده ي اين معادله مي گويد: فشار و سرعت يک سيال با يکديگر نسبت عکس دارند. يعني افزايش يکي موجب کاهش ديگري مي شود.

خب، حالا يکبار ديگر به آشپزخانه مي رويم و شير تک ضرب ظرفشويی را تا آخر باز مي کنيم. الان آب دارد با سرعت زياد (حداکثر سرعت ممکن در خط لوله ي آشپزخانه) از شير بيرون مي آيد.

حالا شير را سريع ببنديد. يعني دسته ي شير را سريعاً پايين مي آوريم. در اين حالت معمولاً يک صداي "تق" محکم خواهيد شنيد.

در اين حالت شما خيلي سريع سرعت آب را به صفر رسانده ايد. عين اينکه دست خود را در مسير يک جوي آب قرار دهيد. با کاهش سرعت به صفر، فشار اين آب متوقف شده با حداکثر مي رسد. اين بار که به پيک نيک رفتيد دستتان را در مسير حرکت جوي آب و عمود بر جريان قرار دهيد انگار مي خواهيد آب را متوقف کنيد. مي توانيد حس کنيد که آب چه فشاري به دست شما وارد مي کند.

خب، رفتار سيال طوري است که از منطقه ي پر فشار به منطقه ي کم فشار مي رود. يکي از دلايل ترکيدن بادکنک هم همين است. بنابراين، با بستن سريع شير، شما يک فشار شديد در شير ايجاد کرده ايد، يعني آب مجبور است مسير لوله را از شير به عقب برگردد. اين فشار شديد حين برگشتن آب به عقب به ديواره ي لوله فشار وارد مي کند.

اين پديده را در کارتونها خيلي ديده ايد. زماني که جري موشه با خم کردن شيلنگ آبياري باغچه يک توده ي بزرگ آب را در شيلنگ ايجاد ميکرد و باعث باد کردن شيلنگ مي شد و بعد با رها کردن خم شيلنگ؛ باعث مي شد آن آب تلنبار شده در طول شيلنگ به جلو برود و به صورت تام بخورد که از همه جا بي خبر داشت داخل شيلنگ را نگاه مي کرد که علت قطع شدن آب را بفهمد.


وقتي اين موج فشاري "Pressure wave" به انتهاي خط برسد (مثلاً پمپ ساختمان يا شير نيمه باز کنتور) دوباره به عقب بر مي گردد يعني شروع مي کند دوباره به سمت شير مي آيد. اين رفت و آمد موج فشاري آنقدر ادامه مي يابد. تا فشار ايجاد شده به علت بسته شدن شير اندک اندک مضمحل شده و از بين برود.


رفت و برگشت اين موج در زمان برخورد به مانع مثل اين است که يک توپ را بين دو ديوار است. يعني هر بار به مانع ضربه مي زند و صداي "تق" توليد مي شود. البته سرعت حرکت اين موج به جنس لوله بستگي دارد. در لوله ي فلزي گالوانيزه سرعت حرکت اين موج چيزي حدود 1000 متر در ثانيه است. اين پديده را در انگليسي "چکش آب" "water hammer" مي نامند که در فارسي ترجمه ي واژه ي فرانسوي آن يعني "coup de bélier" با تلفظ  "کو-ده-به-ليه" به معناي "ضربه ي قوچ" استفاده مي شود.


این قوچ چقدر وحشی است؟
در شبکه ي لوله هاي خانگي اين ضربات چندان محسوس نيستند علتش هم ارتباط شبکه ي خانگي به  شبکه ي اصلي در خيابان و انتقال موج به آنجا است. اما در آپارتمانها که يک پمپ در خط وجود دارد شنيدن صداي "تق" واضح تر است. اما به هر حال به دليل قطر پايين لوله ها (حداکثر 20 تا 25 ميليمتر) اتفاق خاصي نمي افتد و گاهي هم آن لرزش خط متصل به شير حياط رخ مي دهد که با تغيير حالت شير بر طرف مي شود.

اما در خطوط انتقال آب نظير خطوط انتقال دهنده از سد به تصفيه خانه ها، اين پديده واقعاً مثل يک قوچ وحشي مي تواند ويرانگر باشد. قطر اين خطوط لوله معمولاً حدود 2 متر است. با در نظر گرفتن سرعت معمول اين نوع خطوط، فشاري حدود 2 مگا پاسکال يعني به اندازه ي وزن 10 اتوبوس خط واحد (البته بدون مسافر!) در خط لوله ايجاد مي شود و شروع به حرکت به عقب مي کند.



تجربه ي ضربه ي قوچ
نيازي نيست که حتماً به يک ايستگاه پمپاژ و خط لوله دسترسي داشته باشيد تا بتوانيد ضربه ي قوچ را ببينيد. در عمل، حضور شما در ايستگاه پمپاژ و در کنار خط لوله هم کمک خاصي به شما نمي کند چون اگر ضربه ي قوچ رخ بدهد آنقدر سريع رخ مي دهد که شما فرصت درک و حس فشار را نخواهيد داشت. تا به خودتان بياييد پمپ به طرفي پرت شده و خط لوله تکه پاره شده است!

نمونه ي لرزش خط لوله در خانه ممکن است به ندرت رخ دهد اما تحت شرايط کنترل شده مي توانيد ضربه ي قوچ را در بدن خودتان ايجاد کنيد!

اين پديده به نام "پالس ضربه ي قوچ واتسون" "Watson's water hammer pulse" معروف است. گاهي از آن با نام "چکش خون" "Blood hammer" هم نام مي برند لغتي که بر وزن "چکش آب" "Water hammer" ساخته شده است. البته شخصاً به جای این ترجمه های خنده دار ترجیح می دهم همان واژه
ی انگلیسی را استفاده کنم.

براي حس کردن "Watson's water hammer pulse" به پشت دراز بکشيد. يک دست خود را عمود بر سطح زمين بالا بياوريد. اندکي صبر کنيد. حالا با دست ديگر، بازوي دست عمود نگه داشته شده را در نزديکي مچ بگيريد تا دست شما کاملاً دور بازو حلقه شود. در اين حالت با دست حلقه شده مي توانید پالسهاي شديدي (شديد تر از ضربان قلب) را حس کنيد.

بالا نگه داشتن دست باعث مي شود خون سريعتر از حد معمول در رگ به عقب بر گردد. در نتیجه زمانی به قلب می رسد که قلب در حالت انقباض است (یعنی دارد پمپاژ را انجام می دهد. دکترها به این حالت می گویند "systole") در این حالت موج سریع خون، به یک مانع بر می خورد و همان پدیده ی "water hammer" رخ می دهد یعنی یک موج فشاری در مسیر رگ به عقب شروع به حرکت می کند.

با انبساط قلب یا به قول دکتر ها "diastole" پالس ضربه ی قوچ با پالس ناشی از قلب تداخل پیدا می کند و به صورت ضربان شدید حس می شود.

ضربه ی قوچ می تواند لوله ها از یکدیگر جداکند، باعث متلاشی شدن شیرها شود اما به عکس صنعت، در پزشکی، احساس وجود این ضربه می تواند زنگ خطری مبنی بر مسدود شدن رگهای اصلی باشد.


مراجع
*http://www.kirsner.org/pages/forensicResAlt-previous1.html
*http://www.wisegeek.com/what-is-water-hammer-pulse.htm
*http://www.tititudorancea.org/z/watsons_water_hammer_pulse.htm
*http://easycalculation.com/physics/fluid-mechanics/water-hammer-max-surge-pressure-water.php
*http://www.nasa.gov/mission_pages/phoenix/images/press/hammer-test.html
*http://shell-tube.com/Corrosion-Failure.html
*http://www.plumbingmart.com/water-hammer-information.html

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