הם כלי טיס קטנים שמופעלים / הפועלים בשלט רחוק ויש להם ארבעה פרופלורים - מדחפים - שפונים כלפי השמים. אתם בטח יודעים למה אני מתכוון. יכול להיות שראיתם רחפנים כאלה טסים ומצלמים מהאוויר אירועים שונים. אולי אפילו יש לכם רחפן בבית.
תאריך עליית הפרק לאוויר: 24/06/2018.
אות מוזיקלי: "חינוכית".
[מוזיקת רקע]
קריין: "איך העולם עובד", עם ארנון זמיר.
[מוזיקת רקע מסתיימת]
תגידו לי אם זה קרה גם לכם. אתם יוצאים לכם ליום על החוף, טובלים קצת במים, אוכלים אבטיח, מורחים קרם הגנה ונהנים מהשלווה. רק רעש הגלים [רחש גלים] וקצת מטקות [מטקות] נשמע ברקע.
ופתאום… בזזזז. [מנוע רחפן]
מה זה הרעש הזה? זה נשמע כמו דבורה ענקית ועצבנית במיוחד. אה, זה פשוט מישהו שהביא איתו רחפן לים והוא מטיס אותו מצד לצד מעל הגלים. אמנם הרעש קצת מעצבן, אבל רחפנים בסך הכל, זה די מגניב.
רחפנים הם כלי טיס קטנים שמופעלים בשלט רחוק, ויש להם פרופלורים, מדחפים, שפונים כלפי השמיים. יכול להיות שראיתם רחפנים טסים ומצלמים מהאוויר באירועים. ביום העצמאות האחרון, לפני ההקלטה הזאת, ב-2018, היה מופע של מאות רחפנים צבעוניים בשמי ירושלים. אולי, אולי, אולי, אפילו יש לכם רחפן בבית.
בעוד שרחפנים ביתיים משמשים בעיקר למשחק, יש רחפנים שמשמשים לצרכים צבאיים או למשלוח חבילות, אפילו להעברת מזון ותרופות במקומות שאין בהם כבישים או אחרי אסון טבע.
[רחפן מתרחק]
טיסנים קטנים זה לא דבר חדש, אבל רחפנים הם באופן יחסי כן. אחת הסיבות לזה שהם נפוצים כל כך, חוץ מאלמנט המגניבות, היא היכולת שלהם להמריא ולנחות אנכית. הם לא צריכים מסלול המראה.
אתם יודעים, דרך אגב, למה מטוס כן צריך מסלול כדי להמריא ולנחות? חפשו את הפרק שלנו על המטוסים ותדעו.
[מנוע רחפן]
אנחנו רק מחברים את הסוללה, מפעילים את הרחפן והופ הוא מזנק לאוויר. [תאוצה של רחפן] שם הוא מצדיק את שמו, הוא מרחף ומחכה להוראות. אנחנו יכולים לכוון אותו לאן לטוס, איך להסתובב, באיזה גובה ומה לצלם.
בשביל שכל הקלילות הזאת תתרחש, נדרשת עבודת הנדסה מסובכת מאוד. רחפנים הם בעצם פלא הנדסי, שמגלם בתוכו שנים על גבי שנים של ידע שצברה האנושות, על אוויר ומנועים וסוללות ומחשוב וחיישנים, כל זה ברחפן ששוקל קילו וחצי.
בואו נראה איך זה עובד.
[מוזיקת רקע]
לרוב הרחפנים יש ארבעה מדחפים. קיימים גם רחפנים עם שלושה, עם שישה, עם שמונה ואפילו עם יותר מדחפים, אבל כיוון שעקרונות הפעולה דומים בין כולם, אנחנו נדבר על הסוג הנפוץ ביותר, רחפנים עם ארבעה מדחפים.
כדי להרים את הרחפן לכיוון השמיים, צריך ליצור כוח עילוי, כוח שדוחף את כלי הטייס כלפי מעלה.
כמו לכל חפץ, לרחפן יש משקל, כלומר פועל עליו כוח הכבידה שמנסה לשמור אותו על הקרקע. כדי להרים את הרחפן, צריך לדחוף אותו כלפי מעלה יותר חזק מכפי שכוח הכבידה דוחף אותו כלפי מטה. זה תפקידם של המדחפים. [צליל משולש]
מדחפי הרחפן דומים מאוד לכנפיים של מאוורר. אם תסתכלו עליהם מקרוב, תראו שהם לא שטוחים, אלא אלכסוניים ומעט מפותלים. זה כאילו מישהו תפס את הכנף בקצה וסובב אותה. כשהמאוורר מסתובב, הפיתולים האלה הם מה שדוחף את האוויר קדימה.
עכשיו, תעצמו רגע עיניים ובואו נדמיין שאתם עומדים על סקייטבורד ומסתכלים על קיר. אתם דוחפים בשתי הידיים את הקיר, זהירות לא ליפול. מה קורה לכם? אתם עצמכם נדחפים אחורה עם הסקייטבורד כאילו מישהו דחף אתכם. [החלקה על סקייטבורד]
מה קורה כאן? זוהי הדגמה של חוק הפעולה והתגובה. כשאנחנו דוחפים משהו, הוא דוחף אותנו חזרה באותה עוצמה, אבל בכיוון ההפוך. או באופן כללי יותר - כל כוח שמופעל על עצם גורם להפעלת כוח הפוך לו באותה עוצמה. לכן, כשאתם דוחפים את הקיר, הוא דוחף אתכם חזרה, ואתם מתגלגלים עם הסקייטבורד לאחור. [החלקה על סקייטבורד]
חוק הפעולה והתגובה עובד גם במקרה של רחפנים. כשמדחפי הרחפן דוחפים את האוויר כלפי מטה, האוויר דוחף אותם בחזרה כלפי מעלה, ו-וואלה! הרחפן מתרומם. [מנוע רחפן]
עוד דרך להסתכל על המדחף היא כמו על בורג. לבורג יש פיתולים סביב כל ההיקף. זוהי ההברגה. נניח שאנחנו מבריגים אל תוך תקרה. [חריקות הברגה] כל סיבוב של הבורג מושך את התקרה כלפי מטה. כמובן, בגלל שתקרות בדרך כלל לא זזות מהמקום, הבורג הוא שעולה כלפי מעלה. באופן דומה אפשר לומר שהמדחפים מבריגים את עצמם כלפי מעלה דרך האוויר, בעודם דוחפים אותו כלפי מטה.
עד כאן זה די פשוט, לא? זה נשמע כמו סתם מאוורר ששוכב על הבטן. טוב, נו, זה מאוורר חזק ששוכב על הבטן. אבל אם זה פשוט כל כך, למה צריך ארבעה מדחפים, ולמה אמרתי שמדובר בפלא הנדסי? סתם התלהבתי. [שריקת משרוקית טרומבון]
ובכן, אותו חוק של פעולה ותגובה עובד גם בסיבובים. למשל, נניח שיש לנו בלון מנופח ואנחנו עוזבים את הפייה שלו בלי לקשור [שריקת אוויר היוצא מבלון]. זרם של אוויר יפרוץ החוצה, והבלון יתחיל להשתולל בחדר ולעוף לכל עבר. זה מפני שהאוויר שנפלט מהקצה מפעיל על הבלון כוח שגורם לו להסתובב סביב עצמו. אם אין מישהו שיחזיק אותו, הוא יעוף לכל עבר, ובסוף הוא יבהיל את החתולה וישפוך את המים. [יללת חתול וקערת מים מתהפכת]
עכשיו, בחזרה לרחפן. נניח שיש לנו רק מנוע אחד ומחובר עליו רק מדחף אחד. אנחנו מפעילים את המנוע והמדחף מתחיל להסתובב. [מנוע רחפן] כיוון שהמנוע מפעיל על המדחף כוח בכיוון הסיבוב, המדחף מפעיל על המנוע כוח בחזרה ומנסה לסובב אותו בכיוון ההפוך. אם אין מישהו או משהו שיחזיק את המנוע, אז הוא יסתובב סביב עצמו לכל הכיוונים, ממש כמו הבלון מקודם. זו תופעה שנקראת סבסוב, וזה לגמרי לא מה שרצינו שיקרה. [מנוע רחפן נמוג]
דרך אחת לפתור את זה היא אם נחזיק את המנוע ביד או אם נחבר אותו למשהו כבד. למשל, בסיס של מאוורר. הבסיס מונח על הקרקע ככה שהמנוע לא יכול להסתובב סביב עצמו, אז רק הכנפיים מסתובבות ועושות רוח.
אבל כזכור, אנחנו מדברים על רחפנים, הם נמצאים באוויר, ושם אי אפשר לחבר את המנועים שלהם אל הקרקע או להחזיק אותם ביד. מה שכן אנחנו יכולים לעשות הוא לחבר אותם אל עוד מנוע שיסתובב בכיוון ההפוך ויבטל את הסבסוב. זה כמו לחבר אל בלון עוד בלון אחד שינשוף אוויר לצד השני. מול כל מדחף מחברים עוד מדחף, הוא מסתובב בכיוון השני, והבעיה נפתרת.
אבל תשאלו - אם מדחף אחד מסתובב לצד אחד ומדחף אחד לצד השני, איך זה שהם לא מבטלים גם את כוח העילוי? למעשה, אם אחד דוחף למעלה ואחר דוחף למטה, היינו מצפים שהרחפן יישאר במקום, לא?
ובכן, המדחפים עצמם שונים זה מזה. הפיתולים שלהם הפוכים, ככה שאחד יוצר עילוי כשמסובבים אותו עם כיוון השעון, והשני יוצר עילוי כשמסובבים אותו נגד כיוון השעון. ככה שעם שני מנועים ושני מדחפים, הבעיה נפתרת, ואפשר לסמוך על הרחפן שלנו שימריא, אבל לא יתחיל להסתובב סביב עצמו.
אז למה ארבעה, אני שומע אתכם קוראים, אם שני מדחפים מספיקים כדי למנוע את הסבסוב?
אז אמנם, שני מדחפים זה די והותר כדי שלא יהיה לנו סבסוב, אבל אנחנו רוצים שהרחפן לא רק יעלה וירד במקום, אלא גם יישאר יציב וישר באוויר, ושנוכל לכוון אותו ימינה או שמאלה.
בשביל להסביר את זה, המצאתי משחק חדש.
יום קיץ חמים, אתם בחצר בית הספר [ילדים בחצר] עם עוד שלושה חברים, וכל אחד מארבעתכם מחזיק פינה אחת של לוח עץ מרובע. במרכז הלוח מונח כדור טניס, והמשחק שלכם - לשמור אותו באמצע.
[כדור מתגלגל על משטח מעץ]
אם הכדור מתחיל להתגלגל לכיוון הפינה שלכם, אתם מרימים אותה קצת כדי שהוא יתגלגל חזרה למרכז. אם הכדור מתחיל להתגלגל אל הפינה הנגדית, אתם יכולים להוריד מעט את הפינה שלכם, והוא יתגלגל חזרה למרכז. ואם הכדור מתגלגל לאמצע אחת הצלעות, כאן כבר נדרש שיתוף פעולה של שני ילדים, שירימו או יורידו את הפינות שלהם בתיאום מדויק, כדי להניע את הכדור חזרה אל מרכז המשטח.
זה מה שעושים המדחפים ברחפן. בכל פינה של הרחפן יש ילד, אהה… מדחף, ואם הפינה הזאת שוקעת נמוך יותר מהפינות האחרות, המדחף מתחיל להסתובב טיפה יותר מהר מהאחרים, יוצר עוד קצת כוח עילוי, וככה משווה את הגובה שלו אל האחרים, עד שהכדור שוב במרכז, כלומר, עד שהרחפן מתאזן.
אם באמצע הטיסה התחילה רוח, היא מרימה צד אחד של הרחפן, המדחפים של אותו צד יאטו קצת, והרחפן יחזור שוב למצב מאוזן.
כל השינויים האלה צריכים לקרות מהר מאוד ובצורה מדויקת. בין היתר, כי יש מצבים שבהם אם השינוי לא מהיר מספיק, הרחפן לא יספיק לתקן את המצב שלו, והוא עלול להתרסק. [רחפן צולל למטה]
דמיינו שאחד הילדים פתאום עוזב ידיים והולך, הפינה שלו פוגעת ברצפה, ולא משנה כמה מהר הילדים האחרים ינסו להוריד את הפינות שלהם, הם לא יספיקו למנוע מהכדור ליפול. זו התרסקות. [בום]
לכן בלב הרחפן שוכב מחשב קטן. לא מחשב כזה עם מקלדת ועכבר ומסך, אלא מעבד שמחובר לחיישנים. החיישנים אומרים למחשב בכל רגע נתון מהי הזווית של הרחפן ולאן הוא נוטה. על סמך זה הוא שולח הוראות למנועים להסתובב טיפה יותר מהר או טיפה פחות מהר, וזה קורה אלפי פעמים בכל שנייה. אף בן אדם לא היה יכול לקבל החלטות ולבצע אותן במהירות גבוהה כל כך. לכן, הטסה של רחפנים מתאפשרת רק באמצעות מערכות ייצוב ממוחשבות. [צליל משולש]
אז, הבנו איך ארבעת המדחפים מעלים ומורידים את הרחפן. אבל איך מטיסים אותו קדימה ואחורה, או ימינה או שמאלה?
ובכן, אם רוצים שהרחפן יטוס קדימה, שני המדחפים שבצד הקדמי מאיטים מעט את פעולתם. ככה הרחפן כולו נוטה קצת קדימה, כאילו הילדים בחלק הקדמי הורידו את הלוח לרצפה. עכשיו, הכוח שמפעילים המדחפים פונה לא רק למעלה, אלא גם קצת קדימה, כי המדחפים עצמם נוטים קדימה, והרחפן נמשך בעקבותיהם - קדימה.
לסיכום, מה שמרים את הרחפנים לאוויר הם המדחפים, וזה די פשוט. אבל כדי לשמור את הרחפן יציב ולשלוט במיקום ובמהירות שלו, יש צורך לתאם בצורה מדויקת מאוד ארבעה מדחפים בו זמנית.
השילוב הזה של מנועים מדויקים ומחשב שמתאם ביניהם אלפי פעמים בשנייה, הוא מה שמאפשר לרחפנים להיות פשוטים כל כך להטסה, [מנוע רחפן] שגם אבא שלכם, או סבתא שלי, יכולים להטיס אותם בלי להתרסק. [התרסקות רחפן] כמעט אף פעם.
ונסיים בחידה.
אמרנו קודם ששינוי מהירות של המדחפים בפינות מחזיק את הרחפן באוויר או מטה אותו לכיוון שאליו אנחנו רוצים שיטוס. אבל מה קורה אם אנחנו רוצים לסובב את הרחפן סביב עצמו ימינה או שמאלה, למשל כדי להפנות את המצלמה לאזור מסוים. איזה שינוי לדעתכם צריך לעשות במהירות, ושל איזה מדחפים?
קריין: "איך העולם עובד", עם ארנון זמיר.
אות סיום: "חינוכית".
קריין: הופק על ידי "פודקאסט ישראל מדיה" בע"מ.
לעוד פרקים של הפודקאסט לחצו על שם הפודקאסט למטה
Comments