قد لا يكون من بين إنجازات الإنسان إنجاز أكثر روعة يتحدى قوة الجاذبية الراسخة وقادر على التغلب على تقلبات الضغط الجوي؛ مثل الطائرات. كيف تطير الطائرة؟ لعلك سمعت من أحدهم أن ذلك له علاقة بمبدأ برنولي وبالهواء الذي يتدفق أسفل الأجنحة وفوقها. سمي هذا المبدأ باسم العالم الرياضي دانييل برنولي الذي نشر ما نسميه اليوم باسم معادلة برنولي. في كتابه الهيدروديناميكا، الذي أصدره عام 1738. لتبسيط المبدأ، عند تدفق السوائل والغازات، كلما زادت سرعة التدفق قل ضغطه. لعله أمر يصعب عليك استيعابه لكنك تستطيع أن تراه على الطبيعة.

فلترفع ورقة واحدة أمام فمك (لا تضعها داخل فمك)، ورقة من القياس العادي (إيه 4)، واجعل حافتها القصيرة قرب فمك. ستجد الورقة تنثني لأسفل بفعل الجاذبية. والآن فلتنفخ بقوة في قمة الورقة وراقب ما يحدث. سترى الورقة ترتفع، وكلما ازدادت قوة نفخك ازداد تقافز الورقة لأعلى. وهذا شرح عملي لمبدأ برنولي؛ وتساعد هذه الظاهرة البسيطة كذلك في تفسير الكيفية التي تطير بها الطائرة. ورغم أن الكثيرين منا اعتادوا رؤية الطائرة البوينج 747 وهي تقلع أو جلسوا مقيدين بأحزمة الأمان في مقاعد الطائرة وهي تقلع فلا تزال هذه التجربة بالغة الغرابة. ما عليك إلا أن ترى سعادة الأطفال عندما يرونها تقلع لأول مرة. إن الحمولة القصوى لطائرة من طراز بوينج 747 – 8 – 8 تبلغ نحو 500 طن. كيف لها أن تظل في الهواء بالله عليك؟ إن جناح الطائرة مصمم بشكل يجعل الهواء الذي يمر فوقه يتحرك بسرعة تفوق مثيله الذي يمر من أسفله. تنص معادلة برنولي على أنه كلما زادت سرعة الهواء الذي يمر فوق الجناح انخفض الضغط هناك، ومن ثم فإن الفارق بين انخفاض الضغط أعلى الجناح وارتفاعه أسفله هو ما يولد قوة الرفع لأعلى. لنطلق على هذه القوة قوة برنولي للرفع. تزعم الكثير من كتب الفيزياء أن قوة برنولي مسؤولة مسؤولية كلية عن رفع الطائرات لأعلى، بل إن هذه الفكرة شائعة في كل مكان. لكنك لو تفكرت فيها لدقيقة أو اثنتين لأدركت أنها لا يمكن أن تصح. لأنها لو صحت فكيف للطائرات أن تحلق مقلوبة رأسًا على عقب؟

لذا من المؤكد أن مبدأ برنولي لا يمكن أن يكون وحده السبب وراء قوة الرفع، وإنما هناك ما يتضافر مع قوة برنولي للرفع يسمى بقوة الرفع الارتدادية. يصفه بي. سي. جونسون بالتفصيل في مقاله الممتع بعنوان: ((قوة الرفع الإيروديناميكية، وتأثير برنولي، وقوة الرفع الارتدادية)).

قوة الرفع الارتدادية (التي اشتقت تسميتها من قانون نيوتن الثالث، الذي ينص على أنه لكل فعل رد فعل مساءٍ له في المقدار ومضاد له في الاتجاه) تحدث عندما يتحرك الهواء الذي يمر أسفل جناح الطائرة بزاوية لأعلى. فذلك الهواء الذي يتحرك من مقدمة الطائرة إلى مؤخرتها تقوم أجنحة الطائرة بدفعه لأسفل. ذلك هو «الفعل» والذي لا بد أن يُقابل برد فعل مساوٍ له في المقدار يتمثل في دفع الهواء للجناح متجها لأعلى، ومن ثم تتولد قوة رافعة للجناح. وفي حالة الطائرة البوينج 747 (التي تحلق بسرعة 885.13 كيلومتر في الساعة على ارتفاع نحو 30.000 قدم) ينتج ما يزيد عن نسبة الـ 80 بالمائة من طاقة الرفع من طاقة الرفع الارتدادية، في حين ينتج ما يقل عن الـ 20 بالمائة منها من قوة رفع برنولي.

يمكنك أن تبرهن على وجود قوة الرفع الارتدادية بنفسك وبكل سهولة متى سافرت مستقلا سيارة. بل لعلك جربت الأمر في صغرك. بينما تتحرك السيارة افتح النافذة وأخرج ذراعك منها ثبت ذراعك في اتجاه تحرك السيارة ثم قم بإمالة زاوية يدك بحيث يكون اتجاه أصابعك إلى أعلى. حينها ستشعر بقوة تدفع يدك لأعلى. تلك هي قوة الرفع الارتدادية.

قد تظن أنك تدرك الآن كيف تستطيع بعض الطائرات أن تحلق وهي مقلوبة. لكن هل تدرك كذلك أن الطائرة عندما تنقلب بزاوية مائة ثمانين درجة فإن كلا من قوة برنولي للرفع وقوة الرفع الارتدادية تتجهان لأسفل؟ تذكر أنه في الرحلات العادية تكون قوة الرفع الارتدادية متجهةً لأعلى، وذلك لأن الأجنحة تكون مائلة بزاوية إلى أعلى، لكنها لو انقلبت مائة وثمانين درجة فستصير مائلة بزاوية لأسفل.

فلتجر التجربة مرة أخرى، إذا ظللت تُميل أصابعك لأعلى فستشعر بقوة رفع لأعلى، لكن حين تغير زاوية ميل أصابعك وتجعلها لأسفل فستشعر بذات القوة ولكنها متجهة لأسفل.

فكيف لها إذن أن تطير مقلوبة؟ لا بد من توفر قوة الرفع اللازمة لذلك، بشكل أو بآخر، من قوة رفع ارتدادية متجهة لأعلى وذلك لأنه ما من سبيل آخر ممكن. يتأتى ذلك عندما يرفع الطيار (وهو يحلق رأسًا على عقب) مقدمة الطائرة بشكل كاف لجعل الأجنحة تعود لتتجه بزاوية لأعلى. لكنها عملية صعبة جدا ومحفوفة بالمخاطر، ولا يقدر عليها سوى الطيارين المحنكين كما أن الاعتماد على قوة الرفع الارتدادية بالكلية أمر محفوف بالخطر لأنها ليست على درجة كبيرة من الثبات. ولك أن تشعر بعدم الثبات ذلك عندما تخرج يدك من نافذة السيارة؛ فتجد يدك تضطرب وتهتز بعض الشيء. بل إن صعوبة التحكم في قوة الرفع الارتدادية تلك هي المسؤولة عن غالبية حوادث تحطم الطائرات خلال إقلاعها أو هبوطها فذلك النزر اليسير من قوة الرفع الناتجة عن قوة الرفع الارتدادية يزداد خلال الإقلاع والهبوط عنه أثناء تحليق الطائرة على ارتفاعات معتادة. وهو السبب وراء شعور التأرجح أحيانًا خلال هبوط الطائرة.