كشتي روي پل: يك ايده خام

توجه : اين مطلب كمي بار تخصصي دارد، اگرچه از نوشتن مطالب تخصصي صرف  خوشم نمي‌آيد اما به عنوان يك ايده خام به نظرم جالب آمد و سعي كردم كمي ساده‌اش كنم. دوستانِ هم‌رشته‌اي اگر نظري دارند بفرمايند و ساير دوستان هم به بزرگي خودشان ببخشايند.

مبحثي در تحليل سازه داريم به نام خط تاثير. به طور خلاصه يعني در سازه‌اي مثل پل، بسته به اينكه بار متحرك (در اينجا وسايل نقليه) در كجاي پل باشد، نيروهايي كه به هركدام از پايه‌هاي  پل وارد مي‌شود متفاوت خواهد بود. يعني اگر ماشيني دقيقا روي يكي از پايه‌هاي پل باشد، آن پايه تقريبا كل بار آن ماشين را تحمل مي‌كند و به ساير پايه‌ها باري نمي‌رسد.
مهندسي كه مي‌خواهد پايه پل را طراحي كند، بايد آن را براي حداكثر بار ممكن طراحي كند. يعني اگر قرار است يك كاميون 50 تني از روي پل عبور كند، بايد تمام پايه‌هاي پل براي اين بار طراحي شوند. (گرچه در حالت واقعي در هر لحظه ممكن است فقط يكي از پايه‌ها حداكثر 50 تن را تحمل كند و بقيه نيروي چنداني نبرند)

ايده اين است :
اگر به جاي جاده روي پل، يك كانال پر از آب داشته باشيم و داخل اين كانال يك كشتي در حركت باشد، موقعيت كشتي تاثيري روي ميزان بار وارد بر پايه‌هاي پل ندارد. يعني كشتي هرجا كه باشد نيروهاي وارد بر پايه پل ثابت خواهند ماند.
در واقع وقتي كشتي وارد كانال مي‌شود، باعث مي‌شود كه سطح آب داخل كانال اندكي بالا بيايد. اين بالا آمدن باعث افزايش فشار وارد بر كف كانال مي‌شود. به بيان بهتر، نيروي وزن كشتي در طول كانال به طور يكنواخت پخش مي‌شود. اثبات اين مساله با مكانيك سيالات ساده امكان پذير است.
بنابراين اگر شما يك كشتي 20 هزار تني داشته باشيد و پل داراي 100 پايه باشد، لازم نيست هريك از پايه‌ها براي 20 هزار تن طراحي شود. بلكه بار كشتي روي 100 پايه تقسيم مي‌شود و به هر پايه 200 تن بار مي‌رسد.

ايراد اصلي كه به اين ايده گرفته مي‌شود، اين است كه ما يك وزن اضافه (وزن آب داخل كانال) كه به هيچ وجه كم نيست را به پايه‌ها تحميل كرده‌ايم. يك حساب و كتاب ساده نشان مي‌دهد در واقع اين وزن اضافه خيلي زياد است و عملا اين روش مقرون به صرفه نخواهد بود. به هر حال جرقه‌اي بود كه به ذهن آمد و ممكن است ايده‌اي باشد براي حمل و نقل اجسام خيلي سنگين.

پ.ن. : گويا اين ايده اجرا شده است والبته منظور اصلي، انتقال كشتي از يك نقطه به نقطه ديگر بوده و نه استفاده از كانال به جاي پل!

منبع عكس: http://www.canalmuseum.com

برچسب انرژي يخچال ما

چند روز قبل بالاخره به اتاق ما يخچال دادند! روي يخچال يك برچسب انرژي زده‌اند كه بازده دستگاه را به صورت كيفي نشان مي‌دهد. (گويا همه دستگاه‌هاي خانگي بايد برچسب انرژي داشته‌باشند)
در قسمت مصرف انرژي با واحد جديدي از نرخ مصرف انرژي روبرو شدم: کیلووات ساعت در سال!

حتما مي‌دانيد كه واحد انرژي ژول است و واحد نرخ مصرف انرژي (اين كه يك دستگاه با چه سرعتي انرژي مصرف مي‌كند) وات يا كيلو وات و ... است.
 در صنعت براي انرژي واحد ديگري هم هست: كيلووات ساعت. يعني توان (انرژي تقسيم بر زمان) دوباره در زمان ضرب مي‌شود و به واحد انرژي تبديل مي‌شود. كنتورهاي برق در واقع تعداد كيلووات ساعت‌ها را مي‌شمارند.
خوب كيلووات ساعت در سال چه مفهومي دارد؟ گفتيم كيلووات ساعت  واحد انرژي است. سال هم واحد زمان است. پس عملا انرژي بر زمان تقسيم شده است و بنابراين اين واحد از جنس توان است.
اما چرا مثل ساير وسايل برقي به جاي واحد سرراست «وات»،  از اين واحد استفاده شده؟
كليد معما زود پيدا شد. يخچال وسيله‌اي است كه به طور مداوم كار نمي‌كند بلكه به صورت اتوماتيك ساعاتي را روشن و بقيه زمان‌ها خاموش است. بنابراين براي محاسبه آهنگ واقعي مصرف انرژي بايد از ميانگين‌گيري استفاده كرد. يك يخچال در لحظاتي كه كار مي‌كند ممكن است با آهنگ 100 وات انرژي مصرف كند اما در طول شبانه‌روز فقط 6 ساعت كار كند. بنابراين آهنگ مصرف ميانگين آن 600 وات ساعت در روز (= 219 كيلووات ساعت در سال) است. 
... آناليز ابعادي از دروس مورد علاقه من بود!