فرض کنید به یک شهری در قرن هجدهم میلادی برگشتیم. مرکز شهر دچار آتش سوزی می شود و در چشم بهم زدنی آتش همه جا را فرا می گیرد! در همین لحظه مردم شهر را می بینید که در صف های طولانی با سطل های پر از آب مشغول خاموش کردن آتش هستند اما، فشار پایین آب کار را مشکل تر کرده است. درست مانند اتفاقی که سال 1666 در شهر لندن رخ داد. مردم در آن زمان برای خاموش کردن آتش از سطل های آب استفاده می کردند. صف های طولانی و فشار آب ضعیف باعث شد که تمام ساختمان های چوبی مرکز شهر از جمله صدها آپارتمان مسکونی و ده ها کلیسا  در آتش بسوزند. این اتفاق منجر به اختراع یک دستگاه پمپاژ آب به نام “Windkessel” شد و همه چیز را تغییر داد.

این جعبه جادویی با فشرده سازی هوا، جریانی ثابت و قدرتمند از آب را به وجود می آورد و به سیستم پمپاژ جان دوباره می بخشد. از آن روز به بعد، فناوری پشت این دستگاه به روند تکامل خود ادامه داد. به لطف این تکامل ما امروزه می توانیم از این دستگاه فشار آب در خانه، باغ و ایستگاه آتش نشانی استفاده کنیم.

پیشرفت های فناوری در آتش نشانی:

دانشمندان با الهام از یک ماشین آتش نشانی نیوشام متعلق به سال 1725 که آب را در مسافت های طولانی تر و با سرعت بالاتری نسبت به گذشته پمپاژ می کرد، مطالعه ای در مورد مکانیزم Windkessel انجام دادند.

ترور لیپسکومب، محقق اصلی این مطالعه می گوید: “بسیاری از مسائل جذاب فیزیک در کتاب ها و مقالات نوشته شده قرن ها پیش وجود دارد!  ما به تازگی روی اعمال مکانیک سیالات ابتدایی در سیستم های بیولوژیکی کار می کردیم که در تحقیقات قبلی انجام شده به این عبارت رسیدیم« قلب مانند یک دستگاه Windkessel عمل می کند.» این کلمه سئوالاتی در ذهن ما ایجاد کرد به عنوان نمونه: Windkessel چه جور دستگاهی است؟ با دنبال کردن این مسیر به دستگاه Lofting  ماشین های آتش نشانی رسیدیم که برای نجات جان انسانها نقش مهمی ایفا می کند.”

فیزیک و تجهیزات آتش نشانی:

برای شناخت عوامل تأثیرگذار بر عملکرد “Windkessel”، تیم تحقیقاتی وضعیت اولیه محفظه، سرعت ورود آب ورودی، مدت زمان افزایش فشار و تأثیر آن بر خروجی را مورد بررسی دقیق قرار دادند.

لیپسکومب گفت: “وقتی با طراحی لافتینگ یا ماشین آتش نشانی نیوشام روبرو می‌شویم، یک فیزیکدان به طور غریزی کنجکاو می‌شود که نحوه کار این دستگاه را کشف کند. این ذات کنجکاوی و لذت کشف ناشناخته‌هاست که ما را به سمت قوانین فیزیک می‌کشاند. اما کنار این لذت، جنبه آموزشی هم وجود دارد. مقاله ما با ارائه یک مدل ساده، عملکرد ماشین آتش نشانی نیوشام را به طور شفاف نشان می‌دهد و به این سوال همیشگی پاسخ می‌دهد که ‘دانستن این مطلب چه زمانی به درد من می‌خورد؟'”

محققان قصد دارند در مطالعه بعدی خود “Windkessel” فیزیولوژیکی موجود در سیستم قلب و آئورت را بررسی کنند. لیپسکومب در انتها گفت: “دانش قانون برنولی، قانون گاز ایده آل و انبساط هم دما، سه بخشی هستند که ما برای ساختن مدل شبیه سازی شده خود از آن استفاده کردیم.  ما با درک بهتر نحوه کار این دستگاه می توانیم به پارامترهای مهم آن دست پیدا کنیم و ببینیم که تغییر آنها چگونه می تواند عملکرد دستگاه را بهبود ببخشد.”