Γιατί οι θαυμαστές δεν σταματούν αμέσως όταν είναι απενεργοποιημένοι;

Οι θαυμαστές δεν ξεκουράζονται αμέσως, καθώς η κινητική ενέργεια δεν μπορεί να μετατραπεί σε πιο χρήσιμη μορφή.

Είμαι μεγάλος θαυμαστής των θαυμαστών. Αυτές οι ταπεινές συσκευές είναι έξυπνα μηχανικά τεχνάσματα, που λυγίζουν μια δύναμη της φύσης στη θέλησή τους χωρίς κόπο. Συχνά μπερδεύονται ότι δροσίζουν το δωμάτιο περισσότερο όταν πηγαίνουν γρήγορα, αλλά είναι απλώς "καμπτήρες αέρα" με την πραγματική έννοια της λέξης.

Σχεδιασμένες για τη διευκόλυνση της ανθρωπότητας, αυτές οι συσκευές έχουν μόνο ένα ελάττωμα – σταματούν με τον δικό τους ρυθμό και ποτέ μόλις κλείσουμε τον διακόπτη. Τι οδηγεί αυτή την άστατη φύση των θαυμαστών;

Πώς λειτουργεί ένας θαυμαστής;

Ας ρίξουμε μια ματιά στα εξαρτήματα ενός ανεμιστήρα οροφής. Οι ανεμιστήρες συνήθως αποτελούνται από έναν μηχανισμό συγκράτησης, όπως ένα βάθρο τοποθετημένο σε μια βάση, ή ένα στήριγμα με άγκιστρο και κάτω ράβδο, στους ανεμιστήρες οροφής. Ο μηχανισμός συγκράτησης, μαζί με την ηλεκτρική καλωδίωση, κατευθύνεται στον μηχανισμό οδήγησης, ο οποίος περιλαμβάνει τον κινητήρα, την πλήμνη και τις λεπίδες.

Ο κινητήρας μπορεί να είναι εγκλωβισμένος στην πλήμνη, όπως στους ανεμιστήρες οροφής, ή μπορεί να έχει έναν άξονα που έχει επεκταθεί από ένα περίβλημα που βρίσκεται έξω από την πλήμνη. Τα πτερύγια του ανεμιστήρα συνδέονται με τον ρότορα στην πλήμνη.

Οι περισσότεροι άλλοι ανεμιστήρες είναι παρόμοιας κατασκευής, καθώς τα πτερύγια και ο ρότορας είναι το τελευταίο σκέλος του μηχανισμού κίνησης.

Οι λεπίδες των ανεμιστήρων έχουν κυρτό προφίλ για να βοηθούν στην κοπή και την ώθηση αέρα (Προστασία φωτογραφίας:Mikhail Leonov/Shutterstock)

Η λειτουργία των ανεμιστήρων διέπεται από τη σχεδίαση και τον προσανατολισμό των λεπίδων. Εάν ρίξετε μια προσεκτική ματιά στις λεπίδες του ανεμιστήρα σας, θα δείτε ένα ελαφρώς τοξωτό, αντί ένα επίπεδο προφίλ. Αυτό το τόξο βοηθά τις λεπίδες να κόψουν τον αέρα, ωθώντας τον μακριά από την πηγή του και στην επιθυμητή ζώνη αερισμού.

Όταν αυτή η ενέργεια κοπής και ώθησης πολλαπλασιάζεται με πολλές στροφές υψηλής ταχύτητας που κινούνται από τον κινητήρα, το αποτέλεσμα είναι μια έκρηξη αέρα που ρέει συνεχώς.

Η χρήση ανεμιστήρων δεν περιορίζεται σε προσωπικούς χώρους, όπως σπίτια. Οι ανεμιστήρες εξυπηρετούν μια ποικιλία αναγκών εξαερισμού και ψύξης, όπως σε υπολογιστές και καλοριφέρ αυτοκινήτων. Μπορούν να προσανατολιστούν με τον συμβατικό τρόπο από πάνω προς τα κάτω ή να τοποθετηθούν στο πλάι, ανάλογα με τον προορισμό τους.

Αδράνεια σε δράση

Εάν ένα σώμα δεν ασκηθεί από μια εξωτερική δύναμη, θα συνεχίσει να παραμένει σε κατάσταση ηρεμίας ή κίνησης. Όλοι έχουμε ακούσει αυτόν τον νόμο της φυσικής στο παρελθόν, αλλά τώρα ήρθε η ώρα να τον εφαρμόσουμε.

Εάν κάνετε ποδήλατο και αποφασίσετε να σταματήσετε να κάνετε πετάλι, τελικά θα σταματήσετε. Αυτό οφείλεται στην παρουσία τριβής. Η ίδια τριβή που κρατά τον κύκλο σας σε κύλιση αφαιρεί επίσης μέρος της ενέργειας που στέλνετε μέσω των πεντάλ σας. Όταν σταματήσετε να κάνετε πετάλι, η τριβή συνεχίζει να αφαιρεί αυτή την ενέργεια λίγο-λίγο, έως ότου δεν έχει μείνει άλλη από αυτήν. Ομολογουμένως, θα χρειαστεί πολύς δρόμος μέχρι να σταματήσετε, αλλά τελικά θα το κάνετε.

Αν δεν γίνει τακτικό πετάλι, ένα ποδήλατο θα ακινητοποιηθεί λόγω τριβής στο δρόμο (Πιστωτική φωτογραφία :lassedesignen/Shutterstock)

Ας δούμε πώς λειτουργεί αυτό στην περίπτωση ενός θαυμαστή.

Ένας περιστρεφόμενος ανεμιστήρας έχει πολλή κινητική ενέργεια από την ηλεκτρική ενέργεια που του παρέχεται. Εάν απενεργοποιήσετε τον ανεμιστήρα, υπάρχει ακόμα μια τεράστια ποσότητα ενέργειας που απομένει μέσα στον ανεμιστήρα που χρησιμοποιείται για να πιέσει τον αέρα προς τα κάτω. Χωρίς διαθέσιμη ηλεκτρική ενέργεια, ο ανεμιστήρας χρησιμοποιεί αργά την υπολειπόμενη κινητική του ενέργεια για να υπερνικήσει την αντίσταση του αέρα, μέχρι να σταματήσει σταδιακά.

Ομοίως, άλλα περιστροφικά μηχανήματα, όπως μύλοι μείκτη, μηχανές διάτρησης και άξονες μηχανής παρουσιάζουν επίσης αυτή τη συμπεριφορά και ακινητοποιούνται λόγω της τριβής τους, η οποία ξοδεύει αργά την κινητική ενέργεια του μηχανήματος.

Διατήρηση ενέργειας

Η συνολική ενέργεια ενός συστήματος είναι πάντα σταθερή. η ενέργεια μετατρέπεται πάντα από τη μια μορφή στην άλλη (Πιστωτική φωτογραφία :PopTika/Shutterstock)

Μια άλλη δήλωση που χρησιμοποιείται υπερβολικά αναφέρεται στη συνολική ενέργεια οποιουδήποτε συστήματος παραμένει σταθερή. Η ενέργεια δεν αυξάνεται ούτε μειώνεται ποτέ. απλώς μετατρέπεται από τη μια μορφή στην άλλη.

Ωστόσο, ακούμε συχνά για σπατάλη ενέργειας, η οποία αναφέρεται στη μετατροπή της ενέργειας σε μια μορφή που δεν μπορεί να αξιοποιηθεί χρήσιμα. Η ενέργεια που χάνεται για την υπερνίκηση των δυνάμεων τριβής από το ποδήλατο ή η αντίσταση του αέρα από τον κινούμενο ανεμιστήρα είναι παραδείγματα σπατάλης ενέργειας.

Τι θα συνέβαινε αν ο ανεμιστήρας σταματούσε αμέσως;

Μπορεί κάτι σαν αναγεννητικό φρενάρισμα να χρησιμοποιηθεί για την αξιοποίηση της επιπλέον κινητικής ενέργειας των ανεμιστήρων; (Φωτογραφία :K.Sorokins/Shutterstock)

Δεδομένου ότι η διατήρηση της ενέργειας είναι ο τρόπος του σύμπαντος, είναι πάντα συνετό να μην παρεμποδίζετε.

Θεωρητικά, εάν ένας ανεμιστήρας σταματούσε αμέσως, η υπολειπόμενη κινητική ενέργεια θα έπρεπε να απορροφηθεί από τα σταθερά μέρη, δηλαδή το περίβλημα του κινητήρα, την κάτω ράβδο, την ηλεκτρική καλωδίωση και τα μηχανικά εξαρτήματα στην οροφή.

Αυτό θα οδηγούσε σε καταστροφική αστοχία, καθώς η ξαφνική περιστροφική ενέργεια θα μεταφερόταν αμέσως στην κάτω ράβδο ως εξαιρετικά υψηλή στρεπτική δύναμη, προκαλώντας τη συστροφή και τη θραύση της. Η υπολειπόμενη ενέργεια θα οδηγούσε επίσης σε σπάσιμο των μηχανικών εξαρτημάτων τόσο στην οροφή όσο και στον ανεμιστήρα.

Προκειμένου να σταματήσει ο ανεμιστήρας να περιστρέφεται αμέσως, θα πρέπει να επινοήσουμε έναν μηχανισμό που αφαιρεί τη μεγάλη ποσότητα κινητικής ενέργειας, μετατρέποντάς τη σε χρήσιμη μορφή ενέργειας, χωρίς να προσθέτει σοβαρές επιπτώσεις στο βάρος και το κόστος στον ανεμιστήρα.

Γιατί οι αθλητές δεν σταματούν ακριβώς στη γραμμή τερματισμού; (Photo Credit :Pete Saloutos/Shutterstock)

Θα μπορούσε κάτι σαν το αναγεννητικό φρενάρισμα, όπως αυτό που χρησιμοποιείται στα ηλεκτρικά οχήματα, να μας βοηθήσει να ελέγξουμε τους οπαδούς μας; Θα μπορούσαμε να «πατήσουμε φρένο» σε έναν ανεμιστήρα αφού έχει απενεργοποιηθεί για να αξιοποιήσουμε την ενέργεια και να τον οδηγήσουμε σε μια συσκευή αποθήκευσης; Αυτό θα προσέθετε ένα ακόμη αναλώσιμο, δηλαδή τα φρένα, στην κατασκευή του ανεμιστήρα, περιπλέκοντάς το ακόμη περισσότερο, ενώ θα πρόσθετε επίσης κόστος σέρβις σε αυτήν τη συσκευή που παραδοσιακά δεν απαιτεί συντήρηση.

Πόσες συσκευές που χρησιμοποιούμε σε καθημερινή βάση χάνουν ενέργεια σαν ανεμιστήρας; Τροφή για σκέψη!