מטוסים הם חלק בלתי נפרד מחיינו, גם אם עלינו עליהם וטסנו איתם לארץ אחרת וגם אם רק ראינו אותם חותכים את השמיים שמעלינו. רק לפני 120 שנה האחים רייט הטיסו לראשונה את המטוס שלהם ועשו היסטוריה. אבל האם הם באמת הם היו הראשונים הראשונים שטסו באוויר? ואיך כל העסק הזה עובד? בפרק ה-34 של חור בהשכלה נדבר על תעופה. החלק הראשון של הפרק יעסוק בהיסטוריה של התעופה, מהעפיפונים של סין ועד להליקופטרים של המאה ה-20. החלק השני של הפרק יתמקד בפיזיקה של התעופה וינסה לענות על השאלה הפשוטה אך המסובכת של "איך מטוס עף?". החלק השלישי של הפרק יעסוק בבעלי החיים שהקדימו אותנו במיליוני שנים ולמדו לעוף הרבה יותר טוב ממה שאנחנו אי פעם נדע. בסוף הפרק אדבר קצת על זיהום וחוסר אונים. נושאים שיעלו בפרק: איקרוס, מימן, עילוי, גרר, ג'ורג' קיילי, פרופלור, בז נודד, לאונרדו דה וינצ'י, דאון, מרקו פולו.
תאריך עליית הפרק לאוויר: 13/05/2023.
יובל: שלום לכולם, אני יובל שדה ואתם מאזינים לעוד פרק של "חור בהשכלה".
היי, מה שלומכם? בפרק ה-34 של חור בהשכלה נדבר על תעופה. זה נושא עצום, ואין שום סיכוי שאפשר יהיה באמת להקיף את כולו בפרק אחד, ולכן נושאים שלמים כמו תעשיית התעופה המודרנית, הכלכלה של התעופה, בואינג ואיירבס ועוד כל מיני דברים נאלצו להידחק הצידה.
על מה כן נדבר? על הבסיס, כיאה ל"חור בהשכלה". החלק הראשון של הפרק ידבר על ההיסטוריה של התעופה. החלק השני ידבר על הפיזיקה והטכנולוגיה שמאחורי התעופה. ואילו בחלק השלישי נדבר קצת על תעופה בבעלי חיים. ואילו ממש בסוף הפרק אני אדבר על זה שלטוס זה כיף, זה לא ממש מסוכן, אבל עדיין הדבר הזה בא עם מחיר, מחיר שבסופו של דבר גם אנחנו וגם אחרים משלמים אותו. בואו נתחיל.
רגע לפני שנתחיל באמת, אני מזכיר לכם שאם מישהו מכם מעוניין לתמוך בפודקאסט, אז יש אפשרות לקנות לי קפה! אפשר למצוא את הלינק לדבר הזה בתיאור של הפודקאסט וגם בדף הפייסבוק של חור בהשכלה. תודה לכל מי שתומך בפודקאסט וגם לכל מי שמאזין. עכשיו נתחיל באמת.
כשניגשים למושג כמו ההיסטוריה של התעופה, אז עולה שאלה - איפה מתחילים? מה בעצם מתחיל את ההיסטוריה של התעופה, הרגע הראשון בו בני אדם הצליחו לעוף בשמיים? אולי רלוונטי לדבר גם על כל הניסיונות שלא צלחו? אולי ההיסטוריה הזו מתחילה עם החשיבה על בני אדם בתור משהו שיכול לעוף? אולי הדבר הזה באמת הוא הרבה לפני כל טכנולוגיה או יכולת, בעצם הרצון? אז אני אעשה פה מיקס של כל הדברים האלה שאמרתי עכשיו ונקווה שזה יעבוד.
המחשבה הזו של בני אדם יכולים לעוף או הלוואי ובני אדם היו יכולים לעוף, קיימת משחר ההיסטוריה. במיתולוגיה היהודית או במילים אחרות, התנ"ך, אנחנו רואים את זה בדמויות כמו אליהו שעלה לשמיים במרכבת האש או בכללי כל הקונספט הזה של שרפים או מלאכים מכונפים. כי בסוף, מה זה מלאך מכונף אם לא בן אדם עם כנפיים? יאללה בסדר, אז אתה קשור לאלוהים, אתה שליח, בסוף אתה איש שיש לו כנפיים וזה אחלה. עכשיו אחרי שאמרתי את זה אני מחכה שיגיבו לי שמלאכים ביהדות בכלל לא נראים ככה, אבל עזבו שטויות. מלאך זה דוד עם כנפיים. נמשיך.
במקומות אחרים יש תופעות קסומות אחרות שמדברות על תעופה, נגיד שטיחים מעופפים מסיפורי אלף לילה ולילה או טירות מעופפות שקיימות בטקסטים הודיים קדומים. אגדת התעופה אולי המוכרת ביותר היא זו של דדאלוס ואיקרוס מהמיתולוגיה היוונית. דדאלוס היה אדריכל שהוא זמן על ידי מינוס מלך כרתים לבנות לו מבוך. זה אותו מבוך שיש עליו את הסיפור של המינוטאור - יצור שהוא חצי שור חצי אדם. לא נכנס לסיפור על המבוך, אבל רק נגיד שמפה לשם דדלוס ובנו איקרוס נכלאו גם הם במבוך, אבל הם הצליחו לצאת. איך? כי דדלוס היה המתכנן של המבוך, אז היה לו מושג איך יוצאים משם. לונג סטורי שורט, המלך מינוס, זה שהזמין את בניית המבוך, גילה שהם ברחו, וכדי שהם לא יגלו את סודות המבוך, הוא כלא אותם בתוך מגדל.
כל ההקדמה הזו לא מאוד משמעותית לסיפור עצמו. מה שחשוב זה שיש לנו את דאדלוס ואת בנו איקרוס שתקועים על מגדל והם רוצים לברוח. מפה לשם דדאלוס, שהיה כאמור ממציא ואדריכל גאוני, החליט על רעיון בריחה. הוא ובנו יאספו את נוצות הציפורים שהגיעו למגדל, הם יחברו אותן אחת לשנייה בעזרת שעווה, באופן הזה הם יוכלו לבנות לעצמם כנפיים אלכותיות, וככה הם יוכלו לעופף החוצה מהמגדל ממש כמו ציפורים.
ההמצאה הצליחה ודדאלוס ואיקרוס קפצו מהמגדל ואף הוא בעזרת הכנפיים שלהם ונמלטו. איקרוס, שהתלהב מכך שהוא יכול לעוף, הגביע טוס ובעודם עפים מעל הים הוא עלה ועלה עד שהחום של השמש התיך את השעווה שחיברה את הנוצות, והוא נפל ונהרג. מכאן הביטוי "עף קרוב מדי לשמש" אם לא הכרתם.
מה שמיוחד במיתוס של איקרוס ודדאלוס הוא שיש כאן דוגמה, אולי ראשונה, לניסיון לעוף בעזרת מדע ולא בעזרת איזשהו קסם או נס כזה או אחר. סיפורים כמו של איקרוס ודדאלוס הובילו לכך שברחבי העולם ניסו לבצע קפיצות ממגדלים בעזרת כנפיים מלאכותיות מנוצות, מה שהסתיים לרוב במוות או פציעה קשה. סיפורים על קפיצות כאלו קיימות מסין של המאה הראשונה ועד לאנגליה הנוצרית וספרד המוסלמית של ימי הביניים. אנשים ניסו לקפוץ ממגדלים עם כנפיים מלאכותיות ולא הצליחו. מה לעשות, זה לא עובד ככה.
ועכשיו בואו נעבור מניסיונות כושלים ומיתולוגיה לסוג של הצלחות.
מכשיר התעופה הראשון אי פעם הוא העפיפון, שכנראה הוא נמצא בסין לפני בערך 2500 שנה. העפיפון המקורי היה מורכב מענפים של במבוק שביניהם היה מתוח בד של משי. תעשיית העפיפונים הסינית התפתחה והשתכללה, והעפיפונים עצמם שהסינים יצרו התפשטו לשאר העולם. זאת אומרת, הם הגיעו משם ליפן והגיעו לדרום-מזרח אסיה ואפילו כנראה למקומות עוד יותר רחוקים משם, לאזור פולינזיה, להודו, לפרס ובסופו של דבר אפילו לאירופה שהעפיפון הגיע אליה ממש מאוחר, ממש משהו כמו 2000 שנה אחרי שהומצא.
כשאני אומר עפיפון, אתם חושבים על הדבר המאוד בסיסי הזה שיש היום ומעיפים אותו בחוף ילדים, אבל סיפורים מסין ומיפן מדברים גם על עפיפונים שהעבירו בעזרתם הודעות ואפילו עפיפונים שהעיפו איתם בני אדם. מרקו פולו האיטלקי, שגילה את סין בשביל אירופה, תיאר את העפיפונים הללו בסיפורים שלו. הוא סיפר שהסינים נשאו איתם באמת בני אדם, אבל מרקו פולו לא תיאר את זה בתור איזו חוויה שקושרים בן אדם לעפיפון, אלא בתור איזושהי פרקטיקה מתעללת ואכזרית שהסינים השתמשו בה, בין היתר בשביל לדעת האם אפשר לצאת לים לשוט. זאת אומרת חיברו בן אדם לעפיפון ואז הספנים ככה הבינו אם אפשר לצאת להפלגה. נשמע די ביזרי אבל זה מה שהוא כתב.
בכל אופן, במשך שנים לא הייתה התקדמות משמעותית בתחום התעופה. דיברנו על עפיפונים. לאונרדו דה וינצ'י, גם איטלקי שחי בסוף המאה ה-15 ותחילת המאה ה-16, כן אותו בחור מהמונה ליזה, התעניין בתעופה ושרטט כמה וכמה מכשירים שנועדו לעוף. לצערו ואולי גם לצערנו, הפיזיקה מאחוריהם לא הייתה מדויקת ולא ניתן היה לעוף איתם, אבל הוא עדיין הקדים את זמנו מאוד.
מפה לשם הגענו לשנת 1783, אחת השנים הכי חשובות בתולדות התעופה. אני אומר תעופה אבל אני מתכוון לסוג מסוים של תעופה, תעופה שנקראת תעופה קלה מן האוויר, או במילים פשוטות - כדורים פורחים. כל ההתפתחויות בתחום הזה של כדורים פורחים התרחשו בצרפת ואנחנו מדברים על 1783, 6 שנים לפני המהפכה הצרפתית.
ביוני של אותה שנה עשו האחים מונגולפיה היסטוריה כשהם הטיסו כדור פורח לא מאויש בעזרת אוויר חם. חודשיים וחצי לאחר מכן האחים רוברט הטיסו לאוויר כדור פורח אבל מסוג אחר, כזה שמבוסס על מימן. פחות מחודשיים עברו ובאוקטובר 1783 השיקו האחים מונגולפיה את הטיסה המאוישת המתועדת הראשונה בעולם, כשהטיסו שלושה אנשים בכדור פורח. בסוף השנה הושקה טיסת כדור פורח על מימן נוספת, שגמעה מרחק של 36 קילומטרים. אחרי שהטיסה הזו נחתה אחד הטייסים החליט שהוא ממשיך לבדו. למה? כי הייתה שקיעה והוא רצה לרדוף אחרי השמש ולראות אותה שוב. הוא המריא לגובה של שלושה קילומטרים עם הכדור פורח, הוא ראה שוב את השמש והצליח אבל הוא סבל מלחץ נוראי באוזניים ולא הסכים אחרי זה לטוס שוב בחיים.
הכדורים הפורחים הוחלפו די מהר על ידי טכנולוגיה חדישה יותר, מה שנקרא ספינות אוויר, שזה כמו כדור פורח אבל עם יכולות של ניווט והיגוי, יחסית נורמליות. ספינות אוויר פותחו בין היתר על ידי גנרל גרמני אמריקאי בשם פרדיננד פון צפלין, שהמילה "צפלין" דווקא בספינות אוויר מאז. השימוש בספינות אוויר דעך עם המצאת המטוסים ופסק לחלוטין עם אסון ההינדנבורג, בו נהרגו 36 בני אדם בגלל פיצוץ מהמימן שספינת האוויר הייתה מלאה בו. אסון נורא.
רגע אבל אתם מאזינים חדים ואתם שמעתם שאמרתי מטוסים. אז כדורים פורחים למיניהם מוגדרים בתור תעופה קלה מהאוויר, אבל הגביע הקדוש הוא לא לרחף אלא לעוף עם מכשיר שהוא כבד יותר מהאוויר. ציפורים הרי לא מלאות בהליום או מימן והן כבדות יותר מהאוויר וזה מה שאנחנו רוצים.
החל מהמאה ה-17 החלו באירופה ניסיונות כאלו ואחרים לתעופה או דאייה כבדה מהאוויר. בשלב הראשון זה לא היה יותר מדי מתוחכם ואנשים ניסו שוב לשחזרת איקרוס ולקפוץ מכדורים פורחים עם כל מיני מכשירים כאלו ואחרים שהיו אמורים לאפשר להם לדאות. אבל אז קצת התקדמנו.
מי שנחשב לאבי התעופה המודרנית האמיתי הוא סר ג'ורג' קיילי הבריטי. קיילי פיתח את העקרונות הפיזיקליים המודרניים של התעופה והוא זיהה את ארבעת הכוחות הפועלים על כלי טיס - כוח עילוי, גרר, דחף ומשקל. נדבר על הכוחות הללו בהמשך. השרטוטים ההנדסיים של קיילי היוו את הבסיס לעולם התעופה המודרני. קיילי עצמו הצליח לייצר דאונים כמו שמעולם לא עשו לפני כן, והוא הצליח להטיס נקרא לזה בעזרת דאון ילד, ואחר כך גם מבוגרים. בעצם הוא קטע את העידן הזה שבו אנשים קופצים ממגדלים ומתרסקים, הוא באמת הצליח להטיס אותם אמנם בלי מנוע אבל בעזרת דאון.
אחרי קיילי היו כמה וכמה ממציאים שקידמו עוד את עולם התעופה. ביניהם שווה להזכיר את קלמת אדר שהמציאה את ה"אביון" שעל שמו נקרא "האווירון". אדר היה הראשון שביצע טיסה ממונעת בעזרת כיתור שהמריאה ל-50 מטרים. במילים אחרות אפשר להגיד שאדר היה באמת הממציא של המטוס, אבל המטוס שלו לא היה כל כך פרקטי ואי אפשר היה להשתמש בו לשום דבר.
ועכשיו הגענו לאחים רייט, הממציאים הרשמיים של המטוס. האחים אורוויל ווילבור רייט נולדו באוהיו ארה"ב ב-1867 ו-1871 בהתאמה. חוץ מהם היו עליהם עוד חמישה אחים ואחריות רייט אחרים. אורוויל ווילבור לא סיימו תיכון והם צברו את הידע הטכני שלהם מעבודה בעולמות הדפוס והאופניים. אגב הרבה מחלוצי התעופה היו גם אנשי אופניים. ב-1903 האחים רייט הצליחו לעשות את מה שמעט עשו לפניהם, אבל טוב יותר, והצליחו להטיס מטוס ממונע בבנזין עם שני פרופלורים למרחק של 37 מטרים. באותו יום הם הצליחו להטיס את אותו דגם למרחק של 260 מטרים. הטיסה תועדה והגיעה גם לתקשורת. דגם המטוס השלישי של האחים רייט שנקרא פלייר 3 הפך להיות המטוס האמיתי הראשון שאפשר באמת לשלוט בו ולהשתמש בו מעבר לאיזשהו ניסוי רגעי. ב-1907 וילבור הצליח להטיס את אותו פלייר 3 למרחק של 39 קילומטרים למשך 39 דקות והמטוס הצליח גם להמריא וגם לנחות מבלי להינזק.
מאותה טיסה ב-1907 הטכנולוגיה של המטוס החלה להתקדם בקצב מהיר במיוחד ומהר מאוד החלו להכניס את המכונות החדישות הללו לייצור המוני. כבר ב-1911 החלו להשתמש במטוסים לשימוש צבאי כאשר האיטלקים הפציצו באמצעותם מטרות טורקיות בלוב. המטוסים נכנסו לשימוש צבאי משמעותי מיד לאחר מכן גם במלחמת העולם הראשונה, בה כל הצדדים השתמשו בהם למותרות לחימה ומודיעין. ב-1914 הצרפתים הלבישו מכונת ירייה על מטוס, וכך נוצר מטוס הקרב הראשון שנועד להפיל מטוסים אחרים.
בין מלחמת העולם הראשונה לשנייה תחום התעופה התקדם במהירות היסטרית. מטוסים החלו להיבנות מאלומיניום במקום עץ, טיסות חצו אוקיינוסים ולראשונה החלו לפעול גם טיסות נוסעים מסחריות. עם פרוץ מלחמת העולם השנייה חילות אוויר הפכו כבר למשאב משנה מציאות וקרבות אוויר והפצצות כמו זו שספגה לונדון הפכו לאירועים מכוננים. הגרמנים גם הציגו באותה תקופה את מטוס הסילון הראשון, וגם את הטיל הראשון, שזה כבר אירוע אחר שפחות נתייחס אליו בפרק הזה.
כלי התעופה האחרון שנדבר עליו הוא המסוק. הניסיון לטוס בעזרת מכשיר שממריא אנכית בעזרת מדחף, עתיק בערך כמו השרטוטים של שלאונרדו דה וינצ'י שניסה ליצור משהו כזה. היו הרבה קשיים שמנעו מהקונספט הזה להמריא אבל המרכזי שבהם הוא שלא מצאו מנוע שיהיה מספיק חזק. החל מ-1923 התחילו ניסויים יותר מוצלחים שכללו הטסה של מסוק לגובה של כמה עשרות מטרים. מי שנחשב לראשון שיצר מסוק פרקטי שבאמת עובד הוא היינריך פוקי הגרמני ב-1936. הגרמנים השתמשו קצת במסוקים במלחמת העולם השנייה וב-1942 האמריקאים היו הראשונים שהחלו לייצר מסוקים באופן מטועס והמוני, אבל הפיתוח הרציני של התחום הזה של מסוקים התרחש בזמן המלחמה הקרה, גם אצל האמריקאים אבל גם אצל הרוסים.
טוב דיברנו המון על ההיסטוריה של התעופה. הגיע הזמן שנדבר על איך כל הדבר הזה עובד. בואו נמשיך.
בחלק הראשון של הפרק דיברנו על סוגים שונים של תעופה. עכשיו ננסה לקחת את הסוגים הללו ולהסביר כיצד כל אחד ואחד מהם עובד.
נתחיל מהקל אל כבד, וכשאני מדבר על קל אני מתכוון לזה. טכנולוגיית התעופה הבסיסית ביותר שהיא גם הכי פשוטה להבנה היא תעופה קלה יותר מן האוויר. זו הטכנולוגיה שעומדת בבסיס כדורים פורחים וספינות אוויר. הקונספט הוא פשוט - אם יש לנו חומר שהוא קל יותר מהאוויר אז הוא פשוט יעלה למעלה. בדיוק כמו שאם יש לנו חומר שהוא כבד יותר מהאוויר אז הוא יפול למטה. האוויר בכדור הארץ מורכב מ-78% חנקן, 21% חמצן ו-1% של גז ארגון. בטבע קיימים שני חומרים בלבד שבמצב רגיל הם יותר קלים מתרכוב את הגזים שמרכיבה את האוויר שלנו, שני החומרים הללו הם הליום ומימן, וזו הסיבה שאם אנחנו ממלאים בלון בהליום אז הוא עף, בגלל שהוא פשוט יותר קל מהאוויר שסביבו. אגב, מימן עוד יותר קל מהליום, אז למה לא משתמשים בו במקום? אז הסיבה היא שמימן הוא דליק ונפיץ לעומת הליום, והדבר הזה יכול להוביל וכבר הוביל לאסונות.
מה לגבי כדור פורח? הוא הרי לא מלא בשום חומר מיוחד. אז כדור פורח למי שלא סגור על זה, פועל בעזרת הפעלה של מבער, זאת אומרת אש, שמחמם את האוויר מתחת לבלון פתוח שמעל לסל שמחזיק את הנושאים. המבער הזה מחמם את האוויר בבלון והופך את האוויר שבתוך הבלון לצפוף פחות מאשר האוויר שסביבו ובעצם לקל יותר. באופן הזה הכדור הפורח בעצם צף באוויר.
אוקיי, אז זו הייתה תעופה קלה מהאוויר. בואו נתקדם לתעופה כבדה מהאוויר, למטוסים.
קודם דיברתי על ג'ורג' קיילי שהצליח להבין את החוקים של עילוי, גרר, דחף ומשקל. הגיע הזמן לדבר על המושגים הללו שמתייחסים לארבעת הכוחות שפועלים על כלי טייס.
הכוח הכי ברור והמובן הוא המשקל או פשוט כוח המשיכה. המשקל זה הכוח שמופעל על כל כלי טייס מלמעלה למטה, בעצם שואף להצמיד את המטוס, לצורך העניין, לקרקע. תחשבו כאילו הייתה יד שלוחצת לכם על הראש כל הזמן ומצמידה אתכם לרצפה. בתכלס זה די מה שקורה, רק שהיד היא כוח המשיכה, זה מה שקורה גם לכלי טייס.
הכוח השני שמופעל נקרא גרר. זה בעצם מה שבולם את כלי הטייס מלנוע קדימה. האוויר בולם אותו כמו שחיין שהמים מאטים את התנועה שלו. אם לא היה גרר אז חפצים היו נעים כל הזמן קדימה. זה לא קורה, יש משהו שבולם אותם. זה קצת מזכיר את המושג שנקרא חיכוך אבל זה לא זהה, לא נכנס לדקויות הללו.
אז היו לנו את הכוחות שבולמים אותנו, הם בעצם מה שמונע מאיתנו לעוף באוויר. האנשים שניסו לפתח את טכנולוגיית התעופה במהלך ההיסטוריה היו צריכים לתת מענה לגרר ולמשקל, זה האתגר שהם עמדו מולו.
נתחיל דווקא מהמענה לגרר. הכוח שמתנגד לגרר וגורם לכלי התעופה לזוז קדימה הוא כוח הדחף. כשמו כן הוא, הוא דוחף את כלי הטייס קדימה. המוצר שמשתמשים בו בדרך כלל בשביל לפתור בעיה כזאת זה מנוע - מנוע דוחף לנו דברים קדימה, זה יכול להיות רכבים, זה יכול להיות סירות, זה משהו שאנחנו מכירים. רק שבמקרה שלנו אנחנו לא רוצים רק גלגלים שיסיעו את המטוס כשהוא מנסה להמריא, אלא משהו שידחוף אותו גם באוויר, אז הדבר הזה נקרא מדחף או פרופלור. המדחף דוחף את האוויר אחורה וכך מניע את המטוס קדימה, קצת כמו משוט שמזיז את המים אחורה ודוחף את הסירה קדימה. מנוע סילון פועל באופן מאוד דומה, הוא פולט אוויר דחוס שמזיז את המטוס קדימה.
אז ככה פתרנו את בעיית הגרר עם מנוע שיוצר דחף. ועכשיו אנחנו מגיעים לחלק המעניין באמת, הכוח שפועל נגד כוח המשיכה, כוח העילוי. עילוי הוא הכוח שפועל נגד המשקל ונגד כיוון המשיכה, זאת אומרת מלמטה למעלה. מי שיוצר את הכוח הזה במטוס הם הכנפיים. איך זה עובד? אם תסתכלו על כנפיים של מטוס מהצד אז תגלו שהן לא ישרות, אלא יש להן איזשהו מבנה קצת קשתי. מבנה שאולי מזכיר גבה של בן אדם. ליתר דיוק, החלק העליון של הכנף יותר קעור מאשר החלק התחתון שהוא יותר ישר. הדבר הזה גורם לכך שכשהמטוס בתנועה, האוויר בחלק העליון של הכנף זורם מהר יותר מאשר האוויר בחלק התחתון של הכנף. כל זה מוביל ליצירת לחץ אוויר נמוך מעל הכנף וליצירת לחץ אוויר גבוה מתחת לכנף. הפרש הלחצים מוביל ליצירת כוח עילוי שדוחף את הכנף ואיתה את המטוס כלפי מעלה.
כמובן שכל זרימת האוויר סביב הכנפיים לא יכולה להתרחש מבלי שיש אוויר שזורם סביבן במהירות, ומה שיוצר את התהליך הזה הוא המנוע שדוחף את המטוס קדימה.
רגע, אסכם.
אז יש לנו מנוע שדוחף קדימה את המטוס בכך שהוא דוחף אוויר אחורה. התזוזה הקדימה של המטוס מובילה לזרימת אוויר על הכנפיים, שהמבנה הייחודי שלהם גורם ליצירת כוח עילוי ואז המטוס ממריא. אם תהיתם מדוע לקח שנים להצליח להמציא מטוס שעובד אז זה בגלל האתגר המשולב של יצירת דחף ועילוי מספק. עד שמהנדסי אווירונאוטיקה הראשונים לא הצליחו להבין איך הם מייצרים כנפיים וזנב למטוס בזוויות המדויקות שהובילו ליצירת כוח עילוי אז לא היה להם סיכוי להמריא, ועד שלא היו מנועים מספיק חזקים וקלים שיכלו לתת את כוח הדחף, אז כל הדבר הזה לא היה יכול לעבוד.
אגב, זוכרים את קופצי המגדלים שניסו לעוף ממקום גבוה? אז ברמת העיקרון זה כן היה יכול לעבוד אפילו בלי מנוע. למה? כי כוח הדחף נוצר במקרה הזה מהקפיצה או הדחיפה הראשונית, והעילוי עדיין היה יכול להיווצר מהמבנה של הכנף. אנחנו מכירים את זה מהבית, כך עובד מטוס נייר -המנוע שלו הוא הדחיפה שלכם, והדאייה שלו מתבססת על המבנה האווירודינמי שלו. אגב, אם יצא לכם לשחק עם מטוסי נייר אז בטח שמתם לב שהם לפעמים פתאום גם יכולים לעלות ולא רק לרדת. אז אותו דבר דאון, הוא יכול, עם ניצול נכון של זרמי אוויר ויכולות שליטה טובות של הטייס, אפילו לעלות בזמן הטיסה ולא לנחות כל כך מהר. בתיאוריה היה אפשר ליצור את הדבר הזה כבר לפני הרבה מאוד שנים.
מה לגבי מסוקים, הליקופטרים? אז האמת שהסיפור שלהם לא מאוד שונה. גם שם אנחנו מדברים על אותם כוחות שפועלים, רק שבגלל שמסוקים ממריאים אנכית, אז הגרר והדחף רלוונטיים יותר בכל מה שקשור לתנועה באוויר ולא בהמראה. המדחף, הפרופלור של המסוק, הוא זה שמייצר את כוח העילוי, והוא עושה זאת באותו אופן של כנפיים של מטוס. המבנה של כנפי המדחף זזות במהירות ויוצרות לחץ אוויר נמוך מעל המדחף ולחץ אוויר גבוה מתחת למדחף. הדבר הזה מוביל ליצירת כוח עילוי כמו שדיברנו קודם. אולי שמתם לב, אבל למסוקים יש בדרך כלל גם מדחף שני, קטן יותר בזנב. אז המדחף השני בעיקר נועד לשמור על איזון כדי שהמסוק לא יסתחרר סביב עצמו ללא שליטה.
ואם כבר דיברנו על שליטה, אז שווה גם להגיד כמה מילים לגבי איך מתמרנים את המטוס או המסוק באוויר. בשני המקרים, הדבר הזה נעשה באמצעות הכנפיים, או יותר נכון, איברים קטנים שנמצאים בתוך הכנפיים, שנקראים משטחי היגוי ועזר. לצורך העניין, כשמטוס פונה ימינה, אז הטייס מעלה מאזנת, שזה חלק בכנף ימין כלפי מעלה, ומוריד מאזנת אחת בכנף שמאל כלפי מטה. הדבר הזה כשלעצמו יוצר שינוי בלחצים על המטוס וזה גורם לו לפנות. שוב, נחזור למטאפורה על הסירה. אתם שטים בקייק, מספיק שתעשו תנועה קלה עם המשוט במים כדי שהדבר הזה יוביל לפניה של כל הסירה. העיקרון דומה, רק כשאתם נמצאים באוויר ואין לכם משוטים, אלא כל מיני זוויות קטנות עם הכנף. לא משנה, הבנתם.
נראה לי שאת הבסיס, לפחות של להבין איך תעופה עובדת, יש לנו עכשיו. בואו נדבר על אלו שלמדנו מהם הכל.
אחת מהסיבות לכך שבני אדם תמיד רצו לגעת בשמיים היא שהם פשוט קינאו. הם ראו שיש מי שנולדו לזה ומצליחים לעשות את זה בקלות. הכוונה כמובן היא לבעלי חיים.
ההמשך הכמעט טבעי למילה "לעוף" הוא כמו ציפור, אבל ציפורים הן ממש לא היחידות בממלכת החי שיש להן את היכולת הזו. במהלך מיליארדי השנים שכדור הארץ קיים, תהליכים אבולוציוניים הובילו לכך שתעופה בבעלי חיים התפתחה באופן עצמאי ונפרד, לפחות בארבע פעמים שונות. אם מוסיפים לזה גם בעלי חיים שיכולים לדאות, אז בכלל מקבלים מספר עצום של יצורים שהתפתחו וקיבלו את היכולת הזו.
תעופה נחשבת אסטרטגיה טובה ואפילו טובה מאוד בשביל בעלי חיים. ההוכחה המרכזית לכך היא שכל ענף של בעל חיים שפיתח יכולת תעופה, גרר אחריו יצירה של אלפי מינים וזנים. עופות הם בעלי החוליות עם המגוון הגדול ביותר של מינים, עטלפים נחשבים לקבוצת היונקים השנייה בגודלה, ו-20% מהיונקים בעולם הם עטלפים. וחרקים שכמעט כולם יכולים לעוף בצורה כזאת או אחרת, הם כנראה צורת החיים המוצלחת והמגוונת ביותר בכל כדור הארץ. נכון, הג'וקים ישרדו אחרינו, אז לג'וקים יש כנפיים.
חרקים היו הראשונים שפיתחו יכולות תעופה, כנראה לפני משהו כמו 350 מיליון שנה. קבוצת בעלי החיים השנייה שפיתחה יכולות תעופה הם הפטרוזאורים. כן, מה כולם מכירים את הפטרוזאורים? מדובר על מין של זוחלים מעופפים קדומים שפעמים רבות מתבלבלים בינם לבין דינוזאורים מעופפים. הפטרוזאורים החלו לעופף בשמי כדור הארץ לפני 245 מיליון שנה, והם שלטו בשמיים עד שנכחדו לפני 65 מיליון שנה. הפטרוזאורים היו מגוונים מאוד, כאשר חלק מהמינים היו קטנים כמו ציפורי שיר, והגדולים שבהם הגיעו למוטת כנפיים של כ-11 מטר, וכשהיו על הקרקע יכלו להגיע לגובה של ג'ירפה. הדבר הזה הופך אותם לבעל החיים המעופף הגדול ביותר בתולדות העולם. ההנחה היום, היא שלמרות שמדובר בסוג של זוחלים, אז העור שלהם היה מצופה במשהו שמזכיר פרווה, ובחלק מהמקרים נוצות של ממש. כמו ציפורים היום, חלק מהפטרוזאורים היו צמחוניים, חלק טרפו בעלי חיים יבשתיים ודגים, וחלק אף טרפו פטרוזאורים אחרים. הפטרוזאורים נכחדו באירוע ההכחדה ההמונית שנגרם בעקבות פגיעת מטאור לפני 66 מיליון שנה. האירוע הזה חיסל גם את הדינוזאורים ואת 75% מכלל בעלי החיים והצמחים על כדור הארץ. אז פטרוזאורים לא היו דינוזאורים מעופפים, אבל מי שכן היו דינוזאורים מעופפים הם העופות שכולנו מכירים.
העופות, או הציפורים, התפתחו באופן הדרגתי מהדינוזאורים החל מתקופת היורה, זאת אומרת לפני 150 מיליון שנה, והם הפכו לזן נפרד לגמרי מהדינוזאורים לפני משהו כמו 100 מיליון שנה. רוב מיני הציפורים נכחדו יחד עם הדינוזאורים, ומי ששרדו היו מעט זנים, רובם ציפורי מים דמויי ברווזים וציפורים יבשתיות שדמו קצת לתרנגולת. כל שאר הציפורים המודרניות התפתחו מאותם ברבזים ותרנגולות.
קרובינו העטלפים, קרובים שלנו בגלל שאנחנו והם יונקים, התפתחו מיונקים קדומים לפני משהו כמו 50 מיליון שנה. אבל בגלל שמדובר בחיות קטנות עם מבנה עצמות מאוד עדין, אין הרבה מאובנים שהשתמרו וקשה מאוד לחקור את האבולוציה של העטלף.
דיברתי הרבה על אבולוציה, אבל גם כאן נשאלת השאלה. איך בעלי חיים עפים? אז הזכרתי קודם את זה שיש בעלי חיים שהם דואים, כמו נגיד הסנאי המעופף, הוא לא באמת עף, הוא דואה. אותו דבר לטאות כאלו ואחרות, יש גם צפרדאים שדואות, אפילו נחשים, ודגים, כן, דגים שקופצים מהמים ויש להם יכולת דאייה. אז במקרה הזה מדובר במשהו יחסית פשוט, המבנה הפיזי שלהם יוצר את אותו כוח עילוי שדיברנו עליו קודם, כמו כנף, הם קופצים ממקום גבוה ומרחפים באופן לא מאוד שונה ממטוס נייר.
אבל זה לא פרק על דאונים. בוא נדבר על אלו שעפים באמת, כמו נגיד הציפורים. אז בניגוד למטוסים, אצל ציפורים אין מנוע שיוצר דחף וכנפיים שיוצרות עילוי. במקום זאת, יש לנו כנפיים שיוצרות את שני הכוחות הללו ביחד. אפשר להגיד שכנפיים של ציפור משמשות גם כמדחף וגם ככנפיים. לא מטוס ולא הליקופטר, אלא גם וגם.
הדבר הזה הופך את התעופה של בעלי חיים לאירוע הרבה יותר מורכב ומסובך להבנה מאשר תעופה של מטוס, וזו גם הסיבה שבני אדם לא ממש מצליחים לחקות אותה. תעופה של חרקים כמו פרפרים, שפיריות, זבובים, דבורים, נחשבת אפילו ליותר מורכבת ויותר מסובכת, וגם קשה יותר להבין אותה, וגם קשה יותר לשחזר אותה, אם אנחנו רוצים לעשות חיקוי שלה באיזה כלי טייס מתוחכם.
המורכבות הרבה של תעופה אצל בעלי חיים נובעת גם מכך שיש הרבה סוגים של תעופה. בואו נדבר ספציפית על העופות.
עופות כמו אלבטרוסים או שחפים יכולים לדאות במשך שעות באמצעות הכנפיים הארוכות והצרות שלהם, כאשר הם נעזרים בזרמי אוויר מעל אוקיינוס כדי להישאר באוויר, והם בקושי מפעילים אנרגיה ככה, הם בקושי צריכים לנפנף בכנפיים שלהם. לעומת זאת, ציפורים שחיות באזורים הרריים, יש להם כנפיים רחבות יותר, שמאפשרות להם לנצל זרמי אוויר שנראים אחרת לגמרי, שנובעים מהשיפועים. לברווזים, יש כנפיים שהצורה שלהם מעודדת תעופה לטווח ארוך ומאפשרת להם לנדוד, אבל גם להיות במים. לעומת זאת, לסנוניות יש כנפיים שמאפשרות תעופה מהירה, וליונקי דבש וצופיות יש כנפיים קטנטנות שזזות בקצב פסיכי, ומאפשרות להם להישאר במקום ולרחף כמו הליקופטר כדי שהם יוכלו למצוא צוף מפרחים.
וזה, כל זה מבלי שדיברנו מילה על הזנב של הציפורים, שגם הוא משפיע על התעופה ועוזר להם בהיגוי ובפניות. בקיצור, עולם תוכן סופר מורכב. ההנדסה השונה והמופלאה של הציפורים הובילה לכך שלחלקן יש יכולות כמעט דמיוניות.
הבז הנודד הוא הציפור המהירה ביותר בעולם, והוא יכול להגיע למהירות סלילה של 320 כמ"ש. השחפית הארקטית נודדת מדאונה את כל העולם, זאת אומרת, מהקוטב הצפוני לקוטב הדרומי, מרחק של 11,600 ק"מ. סיס החומות, ציפור שאפשר למצוא אותה בקלות גם בארץ, והיא מקננת אפילו בקוטב, יכולה לעוף ברצף במשך חצי שנה, מבלי לנחות. ולכן כששואלים את השאלה "איך ציפור עפה?" אז התשובה היא שיש המון דרכים בין ציפור עפה, ובין משמשות ציפורים שונות בדרכים שונות, וסגנון תעופה שונה לגמרי.
טוב, אז לעוף במהירות של בז נודד באופן עצמאי כנראה שלא נצליח. אבל עדיין יש לנו את היכולת לעלות על טיסה בנתבג, אם נקנה כרטיס ולא יהיו תקלות כמו שהרבה פעמים יש, ואפשר לטוס ככה.
אתם אוהבים לטוס? בואו נדבר על זה קצת בדקות האחרונות של הפרק.
ועכשיו, למשהו אחר לגמרי. במידה ואתם לא פוחדים את תעופה, וברמה הרציונלית תעופה מסחרית היום היא פעולה מאוד בטוחה, עם סיכוי של 1 ל-11 מיליון שיתרחש איזשהו אסון, אז לטוס זה דבר נפלא. עצם הטיסה יכולה להיות נחמדה, כלל עוד אין לכם, איזה תינוק צועק ברקע, וגם היום כשיוצא לי לטוס לא מעט, אני עדיין מתרגש מלראות מהחלון של המטוס את האיים הקטנים ליד טורקיה ויוון, או לטוס מעל הרים מושלגים, או מעל ימים כחולים ואינסופיים, זאת חוויה שאני סך הכל אוהב. אבל יותר מכל דבר אחר, טיסה פשוט נותנת לנו חופש. היא נותנת לנו לברוח מהתרבות שאנחנו חיים בה לתרבות אחרת. היא נותנת לנו פתח לשפות אחרות, להכיר טבע אחר, אקלים אחר, מציאות שונה.
הבעיה שזה בא עם מחיר, ואני לא מדבר רק על המחיר הכספי שהוא גם לפעמים משמעותי. תעשיית התעופה היא אחת מהתעשיות המזהמות ביותר בעולם. כאשר 2.4 מסך פליטות הפחמן לאטמוספירה מיוחסות אך ורק לתעשיית התעופה.
יש כאן שני תהליכים סותרים, כי מצד אחד התעופה המודרנית צורכת פחות דלק מבעבר. למה? כי המטוסים ניהוי יעילים יותר. אבל מהצד השני, כמות הטיסות רק עולה ועולה. ומפה לשם, בין 2005 ל-2020, זינק כמות מטיסות ב-70%. הדבר הזה תורם באופן ישיר להתחממות הגלובלית ולבעיות בריאותיות אחרות שקשורות לזיהום. וכמו בסוגיות אחרות שקשורות להתחממות גלובלית, זה בתכלס העשירים כביכול דופקים את כל השאר. למה? כי בישראל או ארצות הברית, האזרחים תשים הרבה יותר מאשר בסודאן או באינדונזיה. האם יש לנו משהו לעשות עם זה? לא יודע, אני לא אגיד לאף אחד לא לטוס, אני אישית מאוד אוהב לטוס לחו"ל, אבל לפחות אפשר להיות מודעים להשלכות, ואולי בעתיד דברים ישתנו.
חברות התעופה הבינלאומיות חתמו על הסכם שלדעתם, לטענתם, יוביל לאפס פליטות פחמן דו חמצני בתעופה בשנת 2050. איך? בעזרת שיפורים טכנולוגיים כאלו ואחרים. אני לא יודע איך הם מתכוונים לעמוד ביעד המאוד שאפתני הזה, אבל מאחל להם ולנו שיש מאחורי ההצהרות הללו לפחות בדל של אמת, כי ההתחממות הגלובלית זה דבר אמיתי, ודבר מסוכן, ואולי שווה להקדיש לו פרק.
תודה לכם שהאזנתם עד עכשיו. אני יובל שדה, אני מנחה את הפודקאסט, יוצר אותו, מתחקר, את כל הדברים הללו אני עושה. אם אתם רוצים לתרום ולעזור לפעילות שלי, אתם מוזמנים להזמין אותי לקפה, דיברתי על זה גם בתחילת הפרק.
תודה לכם שהאזנתם, איזה כיף שאתם מאזינים עד לסוף הפרק. וזהו, ניפגש בפרק הבא.
לעוד פרקים של הפודקאסט לחצו על שם הפודקאסט למטה
Comments