نسخة الفيديو النصية
املأ الفراغ. للحد من استهلاك الوقود، ينصح السائقون على الطرق السريعة بالقيادة (فراغ). أ: بسرعة مرتفعة، ب: بعجلة متوسطة، ج بعجلة مرتفعة، د: بسرعة متوسطة.
يطلب منا هذا السؤال أن نفكر في سائق يقود سيارته على طريق سريع، وأن نحدد النصيحة التي سنقدمها له إذا كان يريد الحد من استهلاك الوقود. يعتمد استهلاك السيارة للوقود على مقدار الشغل الذي يجب على محرك السيارة بذله لكي تتحرك. كلما زاد الشغل الذي تبذله السيارة، زاد استهلاكها للوقود. ولمعرفة كيفية تقليل استهلاك الوقود، سنحتاج إلى استخدام خاصية من خواص الموائع تسمى اللزوجة. تعرف اللزوجة بأنها مقدار الاحتكاك الداخلي للمائع، وتؤثر اللزوجة على كيفية تحرك المائع وكيفية تحرك الأجسام عبره. تذكر أن الموائع تشمل السوائل والغازات؛ ومن ثم فإن الهواء الخارجي له لزوجة أيضًا.
عندما تتحرك الأجسام عبر مائع، تتسبب لزوجة هذا المائع في تعرض الجسم لقوة سحب 𝐹𝐷. عندما يتحرك جسم في الهواء، تعرف قوة السحب هذه عادة باسم مقاومة الهواء. دائمًا ما تعارض قوى السحب حركة الجسم خلال المائع. لذا فإن مقاومة الهواء تعمل على إبطاء السيارة. وهذا يزيد من استهلاك السيارة للوقود؛ لأن المحرك يجب أن يبذل شغلًا للتغلب على هذه القوة ومواصلة التحرك للأمام.
يعتمد مقدار قوة السحب هذه على لزوجة المائع وسرعة تحرك الجسم عبره. عند السرعات المنخفضة، تتناسب قوة السحب 𝐹𝐷 طرديًّا مع السرعة. لكن عندما تبدأ الأجسام في الحركة بسرعات مرتفعة، فإن 𝐹𝐷 تتناسب طرديًّا مع مربع سرعة الجسم. عندما تتحرك الأجسام خلال مائع بسرعة مرتفعة، تكون قوة السحب أكبر بكثير مما لو كانت تتحرك بسرعة أقل. يمكننا أن نرى العلاقة بين السرعة وقوة السحب في هذا التمثيل البياني. لاحظ أن قوة السحب تبدأ في الزيادة بحدة بعد سرعة معينة.
والآن بعد أن أنعشنا ذاكرتنا بشأن اللزوجة وكيفية تأثيرها على الأجسام التي تتحرك خلال الموائع، لنلق نظرة على الخيارات المعطاة لنا لنرى أيها سيحد من استهلاك الوقود للسائق. ينص الخيار أ على أن علينا نصح السائق بالقيادة بسرعة مرتفعة. لكننا نعلم أن قوة السحب تزيد عند السرعات المرتفعة؛ ولذا فإن هذا لن يحد من استهلاك الوقود. ينصح الخيار ب بالقيادة بعجلة متوسطة. إذا كان السائق يتحرك بعجلة، فإن سرعته تزداد باستمرار. هذا يعني أنها ستصل في النهاية إلى سرعة مرتفعة، وهو ما سيؤدي إلى مزيد من السحب. ومن ثم، فإن هذا أيضًا لن يحد من استهلاك الوقود.
ينصح الخيار ج السائق بالقيادة بعجلة مرتفعة. مرة أخرى، سينتهي الأمر في هذه الحالة أيضًا بوصول السائق إلى سرعة مرتفعة؛ ولذا لن يحد من استهلاك الوقود. ينصح الخيار د السائق بالقيادة بسرعة متوسطة. إذا قاد السائق بسرعة متوسطة، فستكون قوة السحب التي تتعرض لها السيارة أقل مما لو وصل السائق إلى سرعة مرتفعة. وهذا يؤدي إلى الحد من استهلاك السيارة للوقود. إذن، الخيار الصحيح هو الخيار د: بسرعة متوسطة.
