مقالات

صد سال پژوهش در زمینه هوافضا؛ لودویگ پرانتل که بود؟

لودویگ پرانتل Ludwig Prandtl
نوشته شده توسط عرفان کسرایی

مهندسی مکانیک سیالات یکی از پرکاربردترین حوزه های دانش مهندسی است. از بررسی رفتار جامدات و مطالعه روی رفتار شاره ها و مسایل انتقال حرارت و ترمودینامیک گرفته تا طراحی و ساخت ماشین ها؛ هواپیماها؛ پل ها و سدها؛ همه و همه در مهندسی مکانیک مورد تحلیل و بررسی قرار می گیرند.
در مقایسه با رفتار جامدات؛ رفتار سیالات در شرایط گوناگون بی نهایت پیچیده است. هنوز مطالعه روی جریان های آرام؛ جریان های آشوبی و متلاطم موضوع کار بسیاری از فیزیکدانان و مهندسان مکانیک است. دانش بشر از این حوزه هنوز کامل نشده و چیزهای بسیاری هست که نمی دانیم. مدلسازی ریاضی در مکانیک سیالات حتی با وجود برنامه ها و نرم افزارهای عصر کامپیوتر همچنان علامت سوال های بسیاری دارد و کاری طاقت فرسا و  زمان بر است.  حال تصور کنید زمانی که تمامی این محاسبات پیچیده به صورت دستی و با قلم و کاغذ انجام می شده است. چیزی که روحیه ای خستگی ناپذیر می طلبیده و انگیزه ای بی پایان.  یعنی درست همان کاری که لودویگ پرانتل انجام می داده است!
باری! یکی از بلندآوازه ترین نام های مکانیک سیالات؛ لودویگ پرانتل Ludwig Prandtl است.
او را که فرزند یک استاد دانشگاه در زمینه کشاورزی به نام پرفسور الکساندر پرانتل بود؛ به عنوان پدر علم آیرودینامیک می شناسند. پرانتل در سال  ۱۹۰۷ با راه اندازی آزمایشگاه پژوهش های آیرودینامیک در شهر گوتینگن  AVA ؛ پایه گذار موسسه ای شد که بعدها مرکز پژوهش های هوافضای آلمان (DLR) نام گرفت. حتما درباره ماموریت روزتا Rosetta و کاوشگر فیله Philae شنیده اید.
این ماموریت فضایی فوق العاده را مرکز پژوهش های هوافضای آلمان (DLR) مدیریت می کرد. موسسه ای که وجود خود را مدیون کارهای پرانتل است. آزمایشگاه های پرانتل در طول تاریخ و پس از گذشت یک قرن چنان تغییر و تحول پیدا کردند که اینک مهندسان مرکز پژوهش های هوافضای (DLR) موفق به اجرای یک ماموریت پیچیده فضایی مانند ماموریت روزتا می شوند.
پرانتل بنیانگذار مهندسی مکانیک سیالات به معنای مدرن و امروزی آن است. شاخه مهمی از مهندسی که سهم بزرگی در توسعه ساخت هواپیماهای امروزی ایفا کرد. او در چهارم فوریه سال ۱۸۷۵ در فرایزینگ متولد شد و درس مهندسی خود را در مونیخ و به عنوان دستیار آگوست فوپل August Föppl تمام کرد و در سال ۱۹۰۰ در دانشگاه مونیخ موفق به اخذ مدرک دکترا شد. پرانتل جوان تا سال ۱۹۰۴ در دانشکده فنی هانوفر مشغول به کار شد و ایده اولیه نظریه لایه های مرزی را در سومین کنگره بین المللی ریاضیدانان در این دانشگاه در قالب یک سخنرانی مطرح کرد.
او از سال ۱۹۰۴ به بعد تا زمان مرگ اش یعنی در ۱۵ آگوست ۱۹۴۷ استاد فیزیک و همچنین مکانیک کاربردی دانشگاه گوتینگن بود.
با تلاشهای او نخستین تونل باد در سال ۱۹۰۸ در خیابان هیلدبراند شهر گوتینگن پایه گذاری شد و نخستین آزمایشهای مدل سازی مکانیک سیالات نیز در این مکان انجام گرفت. او در تمام سالهای فعالیت خود در سدد بود که پژوهشکده ای که به صورت کاملا تخصصی در زمینه مطالعات روی مدلسازی مکانیک سیالات راه اندازی شده را توسعه دهد. کار پرانتل حدفاصل سالهای ۱۹۲۵ تا ۱۹۴۷به عنوان مدیر انیستیتو تحقیقات سیالات انجمن قیصر ویلهلم (که بعدها به انجمن ماکس پلانک تغییر نام یافت) به دلیل مشکلات اقتصادی و سیاسی آلمان با دشواری ها و سختی های بسیاری روبرو بود.
او در سال ۱۹۱۲ مدیر و پایه گذار انجمن علمی هوافضا در برلین بود و تا سال ۱۹۵۰ به عنوان رییس انجمن ریاضیات کاربردی و مکانیک GAMM فعالیت می کرد. در سال ۱۹۱۹ عمده فعالیت او روی مطالعاتی بود که ارتباط تنگاتنگی با طراحی بدنه و بال هواپیماها دارد.
به گواه همکاران و شاگردان؛ پرانتل غیر از اینکه یک پژوهشگر قابل و خستگی ناپذیر بود؛ توانایی خیره کننده ای هم در مدیریت انجمن ها و موسسات علمی داشته است.
نقش مهم او در توسعه نظریه لایه های مرزی در مهندسی مکانیک سیالات غیرقابل انکار است. دانش امروز بشر در زمینه جریان های متلاطم و آشفته؛ دینامیک گازها؛ سیالات تراکم ناپذیر و ….  تا حد زیادی مدیون تلاش های پرانتل است و عدد پرانتل در مکانیک سیالات که به نام او ثبت شده است یکی از مشهوررترین و پرکاربردترین اعداد حوزه مکانیک است.
عدد پرانتل؛ عددی که پرانتل به کشف آن دست یافت در واقع نسبت ضخامت لایه مرزی سرعت است به ضخامت لایه مرزی حرارتی . عدد پرانتل یک فاکتور تعیین کننده در توصیف جنبه هایی از رفتار سیال است. به بیان ساده هر چقدر این عدد پایین تر باشد، توانایی سیال در انتقال حرارت هدایتی بیشتر و هر چقدر این عدد بزرگ تر باشد، توانایی آن در انتقال حرارت جابجایی بیشتر خواهد بود. مشهورترین کار پرانتل به دست آوردن این رابطه مهم بود :

*Pr = Cpμ/k = ν/α
که در آن خود α از رابطهء α=λ/ρc به دست می آید.
پرانتل در زمان حیاتش استاد راهنمای ۸۵ پایان نامه دکترا در زمینه مکانیک سیالات بوده است. وبسایت مرکز پژوهش های هوافضای آلمان در بزرگداشت لودویگ پرانتل و صد سالگی پژوهش های هوافضا در این کشور می نویسد: لودویگ پرانتل گنجینه ای از ایده ها و طرح های بزرگ بود.
او معلمی صبور بود که با حوصله بسیار در کنار همکاران و دانشجویان اش می ایستاد و در سختی های محاسبات ریاضی و آموزش پروتکل های آزمایشگاهی به آنها یاری می رساند. بر پایهء روش تفکر و همچنین متود های آزمایشگاهی وی ؛ مهندسان خبره بسیاری برخاستند که هر کدام به نوعی ایده های پرانتل را گسترش دادند. در سال ۱۹۷۰ به پاس قدردانی از این دانشمند بزرگ؛ یکی از حفره های ماه به نام وی نامگذاری شد و همچنین دانشگاه های بسیاری در سراسر دنیا مانند دانشگاه زوریخ؛ پراگ؛ تروندهایم؛ بخارست و استانبول با اعطای دکترای افتخاری از مقام علمی بالای وی تجلیل کرده اند.

درباره نویسنده

عرفان کسرایی

کسرایی، عضو انجمن فلسفه علم آلمان و پژوهشگر مطالعات علم و فناوری در دانشگاه کاسل است
زمینه های پژوهشی او عبارتند از:
-فلسفه فیزیک؛ منطق مدلسازی در ریاضیات مهندسی
-ارتباطات علم و جامعه شناسی شبه علم در ایران
-تاریخ فیزیک مدرن در قرن بیستم

دیدگاه شما چیست