چگونه ارتفاع هواپیمای در حال پرواز را محاسبه می‌کنند؟

در صورتی که هنگام سفر با هواپیما از پنجره آن به پایین نگاه کنید، متوجه می‌شوید که همه چیز روی زمین بسیار کوچک به نظر می‌رسند. به عبارتی هرچه ارتفاع بیشتر باشد، خانه‌ها، کوه‌ها، رودخانه‌ها و… کوچکتر به نظر می‌آیند. ارتفاع هواپیما از سطح زمین با وسیله‌ای به نام ارتفاع‌سنج (Altimeter) اندازه‌گیری می‌شود. ارتفاع‌سنج‌ها انواع مختلفی دارند و به روش‌های گوناگونی عمل می کنند.

انواع ارتفاع‌سنج

یکی از انواع ارتفاع‌سنج‌ها با محاسبه فشار هوا، ارتفاع را تعیین می‌کند. در واقع این نوع ارتفاع‌سنج یک فشارسنج خشک است. قسمت اصلی این فشارسنج یک جعبه فلزی استوانه‌ای با دیواره‌های شیاردار است. داخل جعبه خالی از هوا است و دیواره‌های آن دارای فنرهایی است که از شکسته شدن آن توسط فشار هوا جلوگیری می‌کند. دیواره‌های نازک این فشارسنج با تغییر فشار به خارج و داخل حرکت می‌کنند و این حرکات توسط اهرم‌هایی که عقربه‌ای را دور یک صفحه مدرج حرکت می‌دهند، نشان داده می‌شوند. با افزایش ارتفاع هواپیما، فشار کاهش می‌یابد. به این ترتیب ارتفاع از سطح زمین محاسبه می‌شود.

در ارتفاع‌سنج رادیویی، امواج رادیویی به زمین ارسال می‌شوند. این امواج پس از برخورد با زمین منعکس می‌شوند. سپس گیرنده‌ای که در هواپیما نصب شده است آنها را دریافت می‌کند. این گیرنده زمان رفت و برگشت امواج رادیویی را اندازه‌گیری می‌کند. اگر نصف این زمان در سرعت امواج رادیویی ضرب شود، ارتفاع هواپیما از سطح زمین بدست می‌آید. این نوع ارتفاع‌سنج‌ها بسیار دقیق هستند.

در نوع دیگری از ارتفاع‌سنج به جای امواج رادیویی از امواج صوتی استفاده می‌شود. این دستگاه امواج صوتی را از هواپیما به زمین ارسال می‌کند. امواج صوتی پس از برخورد با زمین منعکس می‌شوند. سپس زمان رفت و برگشت امواج صوتی در سرعت صوت در هوا ضرب می‌شود. عدد حاصله، دو برابر ارتفاع هواپیما است، در نتیجه نصف این عدد، ارتفاع هواپیما از سطح زمین را نشان می‌دهد.

انواع دیگری از ارتفاع‌سنج بر اساس تاثیر فشار هوا روی نقطه جوش مایعات کار می‌کند. این ارتفاع‌سنج‌ها شامل ظرفی لوله‌ای شکل هستند که آب، درون آن می‌جوشد. این ظرف توسط پوششی احاطه شده است که از میان آن بخار آب در اطراف یک دماسنج گردش می‌کند. هرچه ارتفاع بیشتر می‌شود، فشار کاهش می‌یابد. در نتیجه نقطه جوش مایع نیز کمتر می‌شود. به این ترتیب نقطه جوش مایع با ارتفاع نسبت عکس دارد. بنابراین با اندازه‌گیری نقطه جوش مایع می‌توان ارتفاع هواپیما از سطح زمین را اندازه گیری کرد.

آخرین نوع ارتفاع‌سنج، ارتفاع را با اندازه گیری اختلاف بین تغییرات الکتریکی زمین و هواپیما تعیین می‌کند.

البته امروزه از روش‌های پیشرفته‌تری مانند ماهواره‌های GPS بیشتر از موارد فوق استفاده می‌شود.

منابع

1. کتاب چرا، چطور، چگونه؟ نوشته دکتر سونیتا گوپتا و دکتر نینا آگراوال. ترجمه پریسا همایون روز و پریچهر همایون روز. موسسه نشر و تحقیقات ذکر. تیر 1393.