כיצד שימש השלדג הגמדי לפיתוח רכבת הקליע?
בשנת 1964, כשהוצגה לראשונה רכבת הקליע (Bullet Train) לעולם, היא נחשבה לניצחון ענק של ההנדסה היפנית וההנדסה האנושית בכלל. אבל די מהר הסתבר שהשבחים והמחמאות היו מעט מוקדמים מדי. כשהרכבות הללו החלו לפעול התגלה פגם תכנוני משמעותי שקשור בחיי העיר הגדולה.
הבעיה הייתה עם המנהרות של הרכבות, שעברו מתחת לשכונות רבות בטוקיו ובערי יפן האחרות. מנהלי הרכבת זכו ליותר ויותר תלונות על הרעש הנורא שמייצרת רכבת הקליע, בכל פעם שהיא יוצאת מהמנהרה, במהירויות גבוהות שמעל 320 קילומטר לשעה.
הרעש הזה, של בום המנהרה, נשמע כמו פיצוץ אדיר ובלתי נסבל, במיוחד למי שהתגוררו בשכונות הסמוכות לאותן יציאות של המנהרות, אך גם למי שמתגוררים עד חצי קילומטר מהמקום.
רעשי הפיצוצים הללו לא היו משהו שרכבת אמורה לגרום לתושבי העיר. היה ברור שצעד כמו האטה של רכבת הבולט בתוך מנהרות, הוא לא הפתרון. ממשלת יפן הגדילה וקבעה מגבלת רעש של 70 דציבל, כדי למנוע רמות זיהום רעש נוספות.
ממה נגרם רעש הפיצוץ?
הרעש הזה נגרם מלחץ האוויר שנוצר במנהרה בזמן נסיעת רכבת הקליע. כי בנסיעתה המהירה הרכבת דוחפת אוויר לאורך המנהרה הסגורה. תוך כדי נסיעה מהירה כל כך, היא מגדילה מאוד ובאופן הולך וגובר את לחץ האוויר. כשהיא מגיעה לקצה המנהרה הלחץ הזה משתחרר החוצה בצורה של בום קולי, ממש כמו הבום העל-קולי שגורם מטוס כשהוא עובר את מהירות הקול.
הפתרון נמצא כ-30 שנה אחר כך. זה היה כשאחד המהנדסים שהיה צפר, אייג'י נקטסו, חשב על רעיון - בהשראת הטבע. נקטסו היה, כאמור, צפר חובב ציפורים, שאוהב לצפות בהם בטבע. הוא צפה בשלדגים (Kingfisher), בעת שהם צדים את הדגים שבמים. הוא שם לב שהם מצליחים להפתיע את הדג הניצוד, על אף שהם צוללים למים במהירות גבוהה מאוד.
המהנדס החכם הבין שמבנה המקור המחודד של השלדג הוא שמאפשר לו להכניס את הראש למים, כשהוא בא במהירות עצומה של מעוף אל תוכם, כשהוא לא מתיז יותר מדי מים ולא מחולל רעש שיבריח את הדג. אייג'י נקטסו קיבל השראה ממבנה המקור של השלדג וחשב שניתן ליישם אותו ברכבת ולפתור את נושא הרעש ביציאה מהמנהרות.
לאחר שחקרו את הרעיון הוא ועמיתיו המהנדסים, הם אכן עיצבו מחדש את חזית רכבת הקליע. האף שלה הפך דומה לזה של השלדג, שיפר ובהמשך הציע תוצאות רעש טובות הרבה יותר ודי מהר פתר את בעיית הרעש המעיקה של רכבות שינקנסן (Shinkansen), שמן היפני של רכבות הקליע המהירות.
על הדרך, אגב, הגדיל השינוי גם את היעילות האנרגטית של הרכבת. כך למשל הפחית השינוי במבנה חזית הקטר את צריכת האנרגיה של רכבת הקליע, ב-15%. בזכות השינוי יכולים היו המהנדסים גם להגדיל את מהירותה בסביבות 10%.
בסופו של דבר, מספרים מהנדסי הרכבת שמאז הפכה עבורם הלמידה מהטבע לעיקרון מוביל ונוכח בכל עבודתם. הם שיפרו בזכותו גם רעשים בגג הרכבת, שיצר מגע הפנטוגרף בכבלי החשמל ומהחיכוך עם האוויר. הפתרון הפעם נלקח מהנוצות המשוננות של דורסי לילה, שמאפשרות להם את המעוף השקט וההכרחי לציד לילי.
בשנת 1964, כשהוצגה לראשונה רכבת הקליע (Bullet Train) לעולם, היא נחשבה לניצחון ענק של ההנדסה היפנית וההנדסה האנושית בכלל. אבל די מהר הסתבר שהשבחים והמחמאות היו מעט מוקדמים מדי. כשהרכבות הללו החלו לפעול התגלה פגם תכנוני משמעותי שקשור בחיי העיר הגדולה.
הבעיה הייתה עם המנהרות של הרכבות, שעברו מתחת לשכונות רבות בטוקיו ובערי יפן האחרות. מנהלי הרכבת זכו ליותר ויותר תלונות על הרעש הנורא שמייצרת רכבת הקליע, בכל פעם שהיא יוצאת מהמנהרה, במהירויות גבוהות שמעל 320 קילומטר לשעה.
הרעש הזה, של בום המנהרה, נשמע כמו פיצוץ אדיר ובלתי נסבל, במיוחד למי שהתגוררו בשכונות הסמוכות לאותן יציאות של המנהרות, אך גם למי שמתגוררים עד חצי קילומטר מהמקום.
רעשי הפיצוצים הללו לא היו משהו שרכבת אמורה לגרום לתושבי העיר. היה ברור שצעד כמו האטה של רכבת הבולט בתוך מנהרות, הוא לא הפתרון. ממשלת יפן הגדילה וקבעה מגבלת רעש של 70 דציבל, כדי למנוע רמות זיהום רעש נוספות.
ממה נגרם רעש הפיצוץ?
הרעש הזה נגרם מלחץ האוויר שנוצר במנהרה בזמן נסיעת רכבת הקליע. כי בנסיעתה המהירה הרכבת דוחפת אוויר לאורך המנהרה הסגורה. תוך כדי נסיעה מהירה כל כך, היא מגדילה מאוד ובאופן הולך וגובר את לחץ האוויר. כשהיא מגיעה לקצה המנהרה הלחץ הזה משתחרר החוצה בצורה של בום קולי, ממש כמו הבום העל-קולי שגורם מטוס כשהוא עובר את מהירות הקול.
הפתרון נמצא כ-30 שנה אחר כך. זה היה כשאחד המהנדסים שהיה צפר, אייג'י נקטסו, חשב על רעיון - בהשראת הטבע. נקטסו היה, כאמור, צפר חובב ציפורים, שאוהב לצפות בהם בטבע. הוא צפה בשלדגים (Kingfisher), בעת שהם צדים את הדגים שבמים. הוא שם לב שהם מצליחים להפתיע את הדג הניצוד, על אף שהם צוללים למים במהירות גבוהה מאוד.
המהנדס החכם הבין שמבנה המקור המחודד של השלדג הוא שמאפשר לו להכניס את הראש למים, כשהוא בא במהירות עצומה של מעוף אל תוכם, כשהוא לא מתיז יותר מדי מים ולא מחולל רעש שיבריח את הדג. אייג'י נקטסו קיבל השראה ממבנה המקור של השלדג וחשב שניתן ליישם אותו ברכבת ולפתור את נושא הרעש ביציאה מהמנהרות.
לאחר שחקרו את הרעיון הוא ועמיתיו המהנדסים, הם אכן עיצבו מחדש את חזית רכבת הקליע. האף שלה הפך דומה לזה של השלדג, שיפר ובהמשך הציע תוצאות רעש טובות הרבה יותר ודי מהר פתר את בעיית הרעש המעיקה של רכבות שינקנסן (Shinkansen), שמן היפני של רכבות הקליע המהירות.
על הדרך, אגב, הגדיל השינוי גם את היעילות האנרגטית של הרכבת. כך למשל הפחית השינוי במבנה חזית הקטר את צריכת האנרגיה של רכבת הקליע, ב-15%. בזכות השינוי יכולים היו המהנדסים גם להגדיל את מהירותה בסביבות 10%.
בסופו של דבר, מספרים מהנדסי הרכבת שמאז הפכה עבורם הלמידה מהטבע לעיקרון מוביל ונוכח בכל עבודתם. הם שיפרו בזכותו גם רעשים בגג הרכבת, שיצר מגע הפנטוגרף בכבלי החשמל ומהחיכוך עם האוויר. הפתרון הפעם נלקח מהנוצות המשוננות של דורסי לילה, שמאפשרות להם את המעוף השקט וההכרחי לציד לילי.
