Tegenwoordig is waterdruktechnologie alomtegenwoordig, en iedereen die douchet, een tuin water geeft of branden bestrijdt, profiteert van de technologie die is ontworpen om deze technologie te benutten. Maar in de 17e en 18e eeuw was een gestage stroom water, niet onderbroken door drukval, een grote doorbraak.

In 1666, toen emmerbrigades de beste verdedigingslinie vormden, verbrandde de Grote Brand van Londen bijna alle dicht opeengepakte houten gebouwen van de stad. De ramp verwoestte honderdduizenden huizen en tientallen kerken, wat de noodzaak aantoonde van betere brandbestrijdingsmethoden en -uitrusting.

Een belangrijke vooruitgang was de uitvinding van 'zuigende wormen', leren slangen die aan handmatig bediende pompen waren bevestigd. Toen kwam de Windkessel, een kamer in de bodem van een houten wagen die lucht comprimeerde om water continu door een slang te pompen, waardoor een gestage stroom ontstond.

Geïnspireerd door een brandweerwagen uit 1725 die water op grotere afstanden en hogere snelheden pompte dan voorheen mogelijk was, publiceren auteurs in het American Journal of Physics analyseerde het Windkessel-effect van de drukkamer om de fysica achter deze veelgebruikte, duurzame technologie vast te leggen.

"Er zijn veel fascinerende natuurkundeproblemen verborgen in boeken en artikelen die eeuwen geleden zijn geschreven", zegt auteur Trevor Lipscombe. "Onlangs hebben we gewerkt aan het toepassen van elementaire vloeistofmechanica op biologische systemen, en kwamen we een veel voorkomende beschrijving tegen in medische tijdschriften:dat het hart fungeert als een Windkessel. Dat roept de vraag op wat een Windkessel precies is? , vonden we beschrijvingen van Lofting's 'zuigende worm'-apparaat, en in de brandweerwagen van Newsham, een levensreddende toepassing."

Om vast te stellen welke factoren het meest invloedrijk zijn op het Windkessel-effect, vergeleken de auteurs de begintoestand van de kamer, de snelheid waarmee emmerbrigades water erin konden gieten (volumetrische instroom), de tijdsduur waarin de druk wordt opgebouwd en de effecten op de afvoerstroom. tarief.

"Wanneer een natuurkundige wordt geconfronteerd met het ontwerp van Lofting of de brandweerwagen van Newsham, wil hij de fundamentele wetenschap uitzoeken, simpelweg omdat die er is", zei Lipscombe. "Het is het plezier van natuurkunde doen. Maar er zit ook een pedagogisch aspect aan. Ons artikel bouwt een eenvoudig model op dat laat zien hoe een Newsham-brandweerwagen werkt. We beantwoorden gedeeltelijk de vraag 'wanneer zal ik dit spul ooit gebruiken?' vraag."

Vervolgens zijn de auteurs van plan de fysiologische Windkessel te onderzoeken die betrokken is bij het hart-aortasysteem.

"Kennis van de wet van Bernoulli, de ideale gaswet en isotherme expansie zijn de drie ingrediënten die we in een model hebben ingebakken om te onderzoeken hoe dit apparaat werkte," zei Lipscombe. "Maar als we dit systeem beter begrijpen, kunnen we kijken naar de parameters die belangrijk zijn en zien hoe het veranderen ervan het apparaat zou kunnen verbeteren."

Meer informatie: Van zuigende wormen tot windkessels:de fysica van een vroeg achttiende-eeuws brandblusapparaat, American Journal of Physics (2024). DOI:10.1119/5.0147573

Journaalinformatie: Amerikaans tijdschrift voor natuurkunde

Aangeboden door American Institute of Physics