MOVE 08 מהמצאת הגלגל ועד לירח

[♫ מנגינה ברקע ♫] כדי לנוע נעזרו בני האדם בכוח השרירים שלהם וכוח שרירים של בעלי חיים וכוחות טבע, ומזה כ-200 שנה בכוח מנועים. בני האדם נעים ביבשה, על ובתוך מים מזה אלפי שנים, באוויר מזה 150 שנה, בחלל החיצון מזה עשרות שנים. המצאת הגלגל נחשבת בצדק כצעד ענק של האנושות.

האמת שבמשפט זה גלום פרדוקס, שכן כידוע גלגלים לא צועדים אלא מתגלגלים. צעדים הם בדידים, צעד ועוד צעד ועוד צעד. הסיבוב של הגלגל, לעומת זאת, הוא רציף.

מנועים סיבוביים נדירים יחסית ביצורים חיים וקיימים בעיקר בחיידקים. גלגלים של ממש לא התפתחו בבעלי חיים במהלך האבולוציה, וסיבה אפשרית לכך היא שלגלגלים עבירות מוגבלת מאוד ברוב תנאי השטח. אנחנו נוסעים כאן על כביש ישר, ואתם רואים איזו תשתית היה צריך לבנות כדי למקסם את היעילות של גלגלים.

אומנם רכב השטח שלנו כאן באפריקה מצליח לנוע בדרכים משובשות, אבל כאן אתם רואים מה קורה כאשר סוטים בכמה סנטימטרים מהכביש. לקח לשישה אנשים שלוש שעות לחלץ אותנו. אומנם גם עם רגליים אפשר להיתקע, אבל הרבה הרבה פחות.

מכאן שהמצאת הגלגל לא עומדת בפני עצמה, אלא תלויה באופן הדוק בפיתוח הטכנולוגיה של בניית דרכים עליהם הגלגלים יכולים להתגלגל. שיאה של התפתחות זו הן הרכבות, שהן יעילות יותר מצד אחד, אבל זקוקות לפסים שמגבילים מאוד את גמישות התנועה שלהן. עד לפני כ-200 שנה כל התנועה היבשתית הייתה מבוססת על כוח שרירים של בני אדם ושל בהמות משא.

עובדה זו הגבילה את מהירות וטווח התנועה, כמו גם את כמות המשא שניתן היה להוביל. אפשרות התנועה המהירה ביותר הייתה רכיבה על סוס. המשקל המירבי שניתן היה להוביל, כמובן רק בתנאים מסוימים, היה מה שהעגלות הרתומות לעשרות פרדות יכלו להוביל.

המצאת מנוע הקיטור במאה ה-18 הביאה למהפכה התעשייתית, בפיתוח רכבות ששינו את פני התחבורה לנצח. מנוע קיטור מבוסס על דוד המכיל מים אותו מחממים באמצעות שריפת עץ או פחם. הלחץ הנוצר בדוד משוחרר בצורה מבוקרת ומשמש להפקת עבודה.

בעוד שמנועי הקיטור היו יעילים למדי להנעת רכבות ואוניות, הם לא היו מתאימים להנעת כרכרות ומכוניות. מי כבר רוצה להבעיר אש ברכב שלו ולשמר אותה לכל אורך הנסיעה? המצאת מנוע הבעירה הפנימית לפני למעלה מ-150 שנה פרץ את הדרך לפיתוח רכבים ממונעים.

רוב המכוניות מבוססות עד היום על מנוע כזה. כפי שאנחנו עומדים לשמוע, מנוע בעירה פנימית מבוסס על בעירה בתוך המנוע. החום הנוצר כתוצאה משריפה זו בתוך צילינדרים הופך ללחץ הדוחף את הבוכנות.

לשימוש בבעירה להפעלת מנועים יש השלכות סביבתיות מרחיקות לכת, הגורמות לשינוי האקלים. מקור הדלק לבעירה הן תרכובות פחמן, שנוצרו לפני מאות מיליוני שנים על ידי פוטוסינתזה של צמחים. בתהליך הפוטוסינתזה מקובע הגז פחמן דו חמצני, הנמצא באטמוספרה, והופך לתרכובות פחמן מוצקות.

בעוד שלרוב צמחים מתים ומתפרקים והפחמן שוב משתחרר לאטמוספרה, כמויות גדולות שלו נשארו מוצקות ונקברו בהדרגה מתחת לאדמה. מתרכובות פחמן אלה נוצרו מרבצי פחם, נפט וגז טבעי האצורים בעומק רב. המהפכה התעשייתית והתחבורתית מבוססות על הפקת תרכובות פחמן אלה מהאדמה ושריפתן.

בתהליך זה שב ומשוחרר הפחמן הדו חמצני שהיה כלוא מאות מיליוני שנים באדמה לאטמוספרה. פחמן דו חמצני הוא גז הקולט חום ולריכוז שלו באטמוספרה השפעה רבה על כמות האנרגיה של השמש הנקלטת ומחממת את האטמוספרה. ב-150 השנה האחרונות עלה ריכוזו של הפחמן הדו חמצני באטמוספרה מ-0.

03 ל-0. 04 אחוז, כלומר בלמעלה מ-30 אחוז, דבר שיש לו השפעות מרחיקות לכת על האקלים. רוב אמצעי התחבורה הממונעים נעים באמצעות מנוע המסובב גלגלים, אולם שריפה והפיכתה ללחץ יוצר תנועה קווית חד כיוונית.

אחד האתגרים ההנדסיים של מנועים הוא הפיכת תנועה קווית זו לתנועה סיבובית המסובבת גלגל. הצורה בה נעשה הדבר במנוע המכונית הוא באמצעות שימוש במספר בוכנות, לרוב ארבע, העובדות בפער זמן, כלומר, בפעימות, המזיזות גל ארכובה הממיר את התנועה הקווית של הבוכנות השונות לתנועה סיבובית, כפי שאתם רואים כאן באנימציה. התעכבתי כאן על מבנה המנוע כדי לגרום לכם לחשוב על אנלוגיה מעניינת.

כפי שלמדתם, השרירים היוצרים את התנועה של כל בעלי החיים יוצרים אף הם תנועה קווית חד מימדית. בניגוד למנועים, בהם הכוח מתקבל על ידי דחיפה של לחץ, בשריר הכוח מתקבל על ידי משיכה. המגוון העצום של התנועות של גופנו מבוסס כולו על ידי יצירת צירופים של התנועות הקוויות השונות של השרירים השונים.

בניגוד למנועים המבוססים על שריפה של דלקים, בהם מגוון מנגנונים הופכים תנועה קווית חד כיוונית לתנועה סיבובית, מנועים חשמליים יוצרים תנועה סיבובית באופן מקורי. יותר ויותר כלי רכב מתבססים היום על הנעה חשמלית, באופן חלקי כמו במכוניות היברידיות ואף מלא כמו ברכבים חשמליים. אומנם לכאורה מכוניות אלה גורמות לפחות פליטה של פחמן לאטמוספרה, אבל רוב החשמל המיוצר בארץ ובעולם עדיין מיוצר על ידי שריפת דלקים מזהמים: פחם, מזוט או גז טבעי.

יש כמובן דרכים יותר ירוקות להפיק חשמל, התופסות באיטיות את מקומם של הדלקים המזהמים. גם התנועה הימית התבססה תחילה על כוח השרירים של החותרים, אבל השימוש ברוח כאמצעי להנעת ספינות הוא קדום למדי. ספינות מפרש שלטו מאות רבות של שנים בכל הימים והגיעו למהירויות ולגדלים מרשימים ביותר.

אוניות איתן שטו על שבעת הימים וגילו את כל היבשות. יחד עם זאת, הופעת מנוע הקיטור ובהמשך מנועים המבוססים על בעירה פנימית, איפשרו בניית אוניות בגודל כמעט בלתי מוגבל. צורת התנועה החדשה ביותר עבור האדם היא תעופה.

לאונרדו דה וינצ'י אומנם שרטט מכונות מעופפות, אבל הטיסה הממונעת הראשונה התבצעה על ידי אורוויל רייט ב-1903 במטוס שהוא בנה עם אחיו ווילבור, ושאנחנו רואים כאן במוזיאון התעופה בוושינגטון די. סי. הסיבה שזה לקח כל כך הרבה זמן היא שלמרות שזה מאוד יעיל ומהיר, זה בכלל לא פשוט לטוס.

בעיקרון, חוקי האווירודינמיקה, שסקרנו בקצרה כשדיברנו על בעלי חיים מעופפים, תקפים כמובן גם עבור מטוסים. מטוסים, בניגוד לכל בעלי החיים המעופפים, לא מונעים על ידי תנועה של כנפיים אלא על מנועים המניעים את המטוס קדימה, בצורה שגורמת לכוח העילוי להרים אותו לאוויר ולהשאיר אותו שם. התעופה התבססה תחילה על מנועי מדחפים, שלמרות שמם, לרוב לא דוחפים אלא מושכים את המטוס קדימה.

או במקרה של המסוק, למעלה. רוב המטוסים היום מונעים במנועי סילון הדוחפים את המטוס קדימה ולמעלה. אם אנחנו כבר כאן במוזיאון התעופה, כדאי להעיף מבט ברכב החלל הזה, באמצעותו הגיעו לירח.

בסך הכול 66 שנה חלפו מההמראה הראשונה של האחים רייט ועד הצעד הראשון של האדם על הירח. ההמראה לחלל דרשה התגברות על כוח המשיכה של כדור הארץ, המתאפשרת באמצעות מנועים רקטיים עצומים אלה, שהם בעיקרון סוג מאוד מסוים של מנועי שריפה פנימית. אני הייתי בן שש כאשר אפולו 11 נחתה על הירח ואני זוכר את האירוע ההיסטורי.

יש דבר מה מרגש ופורץ גבולות בפיתוח היכולת להתגבר על כוח המשיכה, ששלט והכתיב מאז ומתמיד את כל צורות התנועה, בעיקר היבשתית והאווירית של יצורים חיים. יש רק לקוות שהאדם, שהצליח להגיע לירח זמן קצר אחרי הרגע הראשון בו התחיל לעוף, ישכיל להמשיך ולשמור על כדור הארץ שלנו כמקום ראוי ונעים לחיים אנושיים.