טיפה ועוד טיפה

01.12.2002
 
פרופ' גרגורי פלקוביץ. זרמי אוויר

מהרי נא והניחי על מצחי תחבושת
בטרם תשכיביני לישון
וספרי לי על הילד שהייתי
איך שמחתי על הגשם הראשון

"מהרי נא", אהוד בנאי
 
 
 
מערבולות טורבולנטיות בעננים עשויות לזרז את היווצרות הגשם. המסקנה הזאת עולה ממחקר שביצע באחרונה פרופ' גרגורי פלקוביץ ממכון ויצמן למדע. ממצאי המחקר פורסמו באחרונה בכתב העת "נייצ'ר". פרופ' פלקוביץ, ועמיתיו במחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות במכון ויצמן למדע, פיתחו נוסחה שמאפשרת להם לחשב כמה זמן יידרש לטיפות המים המיקרוסקופיות שבעננים לגדול ולצבור משקל עצמי שדי בו כדי לגרום להן ליפול אל הקרקע כטיפות גשם. ממצאים אלה עשויים לסייע בחיזוי מדויק יותר של הגשם, וכן בייעול צריכת דלק של מכוניות ובניטור רמת זיהום האוויר.
 
כידוע, עננים נוצרים כאשר אדי מים עולים כלפי השמיים. כשהענן מתקרר, האדים מתעבים ויוצרים טיפות מים מיקרוסקופיות שגודלן כ-20 מיקרומטר (20 אלפיות המילימטר). כשהטיפות האלה מתנגשות זו בזו, הן מתלכדות, וכאשר הן יוצרות יחד טיפות כבדות מספיק, שגודלן כמילימטר אחד, הן מצייתות לכוח הכבידה של הארץ, ונופלות מטה כגשם. לכאורה, מדובר בתהליך פשוט וידוע, ובכל זאת, עובדה היא שקשה מאוד לחזות בדייקנות מתי והיכן בדיוק יירד גשם. התשובה לשאלה הזאת תלויה בהרבה מאוד גורמים, כגון רוח, לחץ, תנועה מאסיבית של אוויר חם וקר - וכפי שמראה המחקר החדש של פרופ' פלקוביץ, גם זרימה טורבולנטית, כלומר, מערבולות של אוויר בתוך הענן.
 
פרופ' גרגורי פלקוביץ מהמחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות במכון ויצמן למדע, יחד עם תלמיד המחקר אלכסנדר פוקסון והמדען האורח מיכאל סטפאנוב, פיתחו נוסחה החוזה את קצב ההתנגשויות של טיפות מים בענן שמתחוללות בו מערבולות אוויר טורבולנטיות. בדרך זו אפשר לחזות בתוך כמה זמן יתחיל הענן הזה להוריד גשם. החישובים לפי הנוסחה הביאו את המדענים למסקנה ש"זרימה טורבולנטית של אוויר יכולה לזרז באופן משמעותי את הופעת הטיפות הגדולות הנופלות כגשם". במילים אחרות, ענן שמתחוללת בו זרימה טורבולנטית של אוויר, יוריד גשם מהר יותר מענן שלא מתחוללת בו זרימה כזאת (כלומר, שהאוויר בו זורם זרימה חלקה ורצופה).
 
תוך כדי עבודתם גילו המדענים מנגנון חדש האחראי על הקשר בין זרימת האוויר הטורבולנטית לירידת הגשם. הם קראו לו "אפקט המקלעת": מערבולות האוויר הטורבולנטיות המתחוללות בתוך הענן פועלות כמעין צנטריפוגות קטנות, או כמעין "מקלעות". כאשר הן מסתובבות, הן גורמות לטיפות הכבדות יותר להתרחק ממרכז המערבולת ולהתרכז בעיקר בהיקפה. הריכוז של הטיפות הכבדות באזור קטן יחסית מגדיל במידה ניכרת את הסיכוי שהן יתנגשו אלה באלה, יתלכדו, וייצרו יחד את טיפות המים שגודלן כמילימטר אחד, אלה הטיפות הנופלות כלפי מטה כטיפות גשם.
 

רסיסים באוויר

מחקרים קודמים של פרופ' פלקוביץ', שגם הם התמקדו בזרימה טורבולנטית של אוויר בעננים, עשויים לסייע בניטור יעיל ומדויק יותר של זיהום אוויר. מתברר, שבאוויר שזורם באופן טורבולנטי, הריכוז ה"ממוצע" של חלקיקים אבק, או אפר, אוכל גורם מזהם אחר, אינו משקף נכונה את כמות הזיהום הכוללת באוויר. משמעות הדבר היא, שהתקנים הקיימים להגנה על איכות הסביבה, המבוססים על ממוצעים, אינם מספקים. לדוגמה, ריכוז חלקיקי העופרת באוויר (שמקורם בגזי הפליטה של מכוניות) עשוי להיות שונה במקומות שונים באותה עיר, כך שביום שבו מתחוללת זרימה טורבולנטית של אוויר, עשויים להיווצר במקומות שונים מקבצים של חלקיקי עופרת בהיקף שהוא הרבה מעל לתקן המותר. תופעה מסוכנת זו עלולה להתחולל גם בימים שבהם הממוצע הנמדד של הזיהום אינו עובר את גבול הסכנה.
 
היבט נוסף של אותה תופעה קשור להגברת יעילותו של המאייד (קרבורטור) במנועי שריפה פנימית, ובעיקר במנועים של מכוניות. המאייד יוצר תערובת של אוויר וטיפות מיקרוסקופיות של בנזין. תערובת זו, המוזרמת למנוע, מוצתת בו, והדף ההתפשטות של השריפה מתורגם לאנרגיה המניעה את המכונית. מחקריו של פרופ' פלקוביץ' מתאימים לתופעה של מערבולות אוויר טורבולנטיות המתחוללות במאייד, וגורמות בכך להיווצרותן של טיפות דלק גדולות יחסית, דבר שיביא להתחוללות מוקדי שריפה או פיצוץ לא אחידים במנוע (תופעה זו אכן נצפית בפועל). היכולת לחזות את קצב ההיווצרות של טיפות הדלק הגדולות עשויה לסייע בפיתוח דרכים לשינוי זרימת האוויר במאייד, כך שהתערובת אוויר-דלק תישרף במנוע באופן אחיד. דבר זה עשוי לייעל את יעילותם של מנועי המכוניות, להפחית את עלויות הדלק ואת תכולתם של חומרים מזהמים בגזי הפליטה, דבר שישפר, כמובן, את איכות האוויר.
טיפה ועוד טיפה
 

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם