Skip to main content
header

שבשבות - איפה כאן המדע?

מהי רוח? ואיך היא נוצרת?

הרוח היא אחת מתופעות מזג האוויר המוכרות לנו ומשפיעות על חיינו. לפעמים היא קלה ונעימה ולפעמים היא חזקה, מטרידה, ואף הרסנית. לפעמים היא קרה ולפעמים חמה.

הרוח היא תנועה מכוונת של האוויר סביבנו. מעטפת האוויר שמקיפה אותנו - האטמוספרה - היא תערובת של גזים: חנקן, חמצן, אדי מין וגזים אחרים. גזים אלה, ככל הגזים, מורכבים מחלקיקים זעירים ובלתי נראים. החלקיקים הבלתי נראים האלה נעים כל הזמן בתנועה אקראית, לא מסודרת, לכל הכיוונים. ישנם מצבים - והם רבים ותכופים - שבהם חלקיקים רבים נעים ביחד לכיוון מסוים ונוצרת זרימה של "גושי" אוויר ממקום למקום. זוהי הרוח.

הרוח נוצרת בעיקר בגלל השמש. בעצם בגלל התחממות לא אחידה של האטמוספרה ע"י השמש. יש חלקים באטמוספרה שמתחממים יותר וחלקים שמתחממים פחות. כאשר גזים מתחממים הם נעשים פחות צפופים. לכן, כאשר חלקים שונים של האטמוספרה מתחממים במידה שונה צפיפותם שונה. האוויר החם, הפחות צפוף, עולה למעלה ו"צף" על פני האוויר הקר והצפוף יותר. האוויר הקר יורד למטה ותופס את מקומו של האוויר החם. כך נוצרת באטמוספרה זרימה של אוויר.

האוויר זורם מאזורים קרים לאזורים חמים יותר בתהליך שנקרא הסעה. אפשר לראות זרמי הסעה כאשר מוסיפים מעט צבע מאכל למים ומחממים אותם בכוס שקופה על פלטה חשמלית. זרמי הסעה של מים צבועים ינועו בכוס למעלה ולמטה בתנועה סיבובית. זרמי ההסעה באוויר הם הגורמים העיקריים המשפיעים על היווצרות הרוח ועל מזג האוויר בכלל. (זרמי הסעה נקראים באנגלית Convection Currents)

אבל האוויר הזורם באטמוספרה נתקל גם במכשולים ופני שטח שונים כמו הרים וגבעות, אוקיאנוסים וימים ואפילו בתים ועצים. מכשולים אלה מאטים את זרמי האוויר וגורמים לנוע גם בכיוונים אחרים, לא רק מעלה ומטה.

במקומות שונים על פני כדור הארץ יש רוחות בעלות אופי שונה. ישנם אזורים בהם הרוחות מתפתחות לסופות חזקות ועלולות להגיע למהירויות עצומות של 300 קמ"ש ויותר. לפעמים יש להן אופי של מערבולת ואז הן הרסניות במיוחד. לרוחות המתקדמות כמערבות מהירה יש שמות שונים כמו ציקלון, טורנדו, טייפון והוריקן.

חוקרי מזג האוויר והחזאים מקדישים זמן רב להכיר את הרוחות והתהליכים היוצרים אותן. הם משתמשים במכשירים שונים, ביניהם שבשבות ומתקנים למדידת מהירות הרוח, כדי לאסוף נתונים על הרוחות שיסייעו להם בחיזוי מזג האוויר.

ניצול הרוח להפעלת שבשבות

שבשבות הרוח הן מתקן הממיר את אנרגיית הרוח לאנרגיה של תנועה סיבובית. מבחינה מדעית זוהי המרה מסוג אחד של אנרגיה לאותו סוג בדיוק - אנרגיה של תנועה. אך טכנולוגית - התנועה הסיבובית של ציר השבשבת ניתנת לניצול בצורה נוחה הרבה יותר מזרימת רוח. את הציר ניתן לחבר למערכת תמסורת שתפעיל מערכות אחרת כמו משאבת מים או גלגלי ריחיים לטחינה. לחילופין ניתן לחבר את הציר לגנרטור שבסיבובו יפיק חשמל.

השאלה המרכזית היא כמובן כמה אנרגיה ניתן להפיק מזרימת הרוח. לכאורה החישוב פשוט. אנרגיית הרוח היא אנרגיה קינטית של מסת אוויר הנמצאת בתנועה. (ויש גם נוסחה: E = (MV2) / 2, ובמילים: מסת האוויר כפול ריבוע מהירותו מחולק בשניים). אך למעשה ניתן לנצל רק חלק מאנרגיה זו. מדוע?

מבנה השבשבת אינו מאפשר להפוך את כל אנרגיית התנועה של הרוח לאנרגיה סיבובית של השבשבת. אם כל אנרגיית התנועה של האוויר היתה הופכת לאנרגיה סיבובית של השבשבת, האוויר היה נעצר לגמרי ולא היה מפנה את מקומו לרוח חדשה. השבשבת היתה נעצרת.

ואפילו אם היתה הרוח נעצרת לחלוטין ביציאה מהשבשבת (מה שכמובן לא יקרה לעולם) ומאבדת את כל האנרגיה שלה - חלק מהאנרגיה הזו יתבזבז בחיכוך ויהפוך לחום.

ובכל זאת, כיצד נבנה שבשבת כזו שתוכל לנצל כמה שיותר מאנרגיית הרוח ולהמיר אותה לסיבוב הכנפיים?

כדי לעשות זאת בצורה יעילה צריך לתכנן ולבנות את הכנף בצורה ובזווית מתאימה ולהשתמש במספר אופטימלי של כנפיים. גורמים אלו תלויים במהירות הרוח וקשה לבנות שבשבת שתתאים גם לרוח מהירה וגם לרוח איטית. יש אמנם "פטנטים" שבהם משנים את זווית הכנף (בדומה לשינוי זווית להבי המסוק) אך לרוב יש צורך להתפשר ולעולם לא ננצל את מלא אנרגיית הרוח.

נסו לראות כמה אנרגיה אתם מצליחים "לשאוב" מהרוח בעזרת השבשבת שלכם. ככל שהשבשבת שבניתם תסתובב מהר יותר באותה רוח - סימן שהיא יעילה יותר.

נוצר בתאריך: 19/12/08
עודכן בתאריך: 17/01/11