בואו נעצום עיניים ונחזור אחורה בזמן, למאה ה-16. אתם נווטים על ספינה ששטה על פני הים במפרשים מתוחים. באוויר נישאים ריחות של אנשים שלא התקלחו ושל האוכל המיובש במשלוח שאתם מובילים לאירופה. פתאום מופיע החוף באופק, והקפטן שואל אתכם: "מתי נגיע?" אתם יודעים אומנם מה המרחק לחוף, אבל אין לכם GPS; הרוח, אדוות גלי הים ותזוזת העננים מתעתעים בכם. אז איך אפשר למדוד מהירות באמצעים שהיו קיימים באותה תקופה? נטיל עוגן ונחשוב על זה.

מאז העת העתיקה היה האדם סקרן לגבי מדידה של דברים: טמפרטורה, כוח, זמן ומהירות. האדם נתקל בצורך למדוד מהירויות בכל מקום: כמה מהר הוא רץ? מה מהירות הרוח? ובמאות השנים האחרונות גם כמה מהר שטה הספינה שלו וכמה מהר טס המטוס שלו? וכשיש צורך - נמצא פתרון.

אז האם הצלחתם להבין איך אפשר למדוד מהירות באמצעים מאותה תקופה? מתברר שהפתרון די פשוט (מה שנקרא באוניברסיטה - "קל לראות", למרות שקל זה לא): בעזרת לוג (chip log). לא, לא הלוג השנוא ממתמטיקה (אוהבים לוגים? זה בסדר, אנחנו לא שופטים). 

הלוג המדובר היה למעשה לוח עץ בצורת רבע עיגול שאליו נקשר חבל עם קשרים במרחקים קבועים, לרוב בין 42 ל-48 רגל (עוד שם מצחיק ליחידת מידה לאורך: 1 רגל זה 30.48 ס"מ). לחבל קראו log line. תכל'ס, דמיינו עפיפון כבד שנזרק למים. כדי למדוד את מהירות הספינה היו זורקים את הלוג למים ומודדים פרק זמן מסוים, לרוב 30-28 שניות - בעזרת שעון חול. מכיוון שללוג יש התנגדות גדולה לתזוזה במים (גרר גדול [1]), הוא נשאר יחסית במקום בזמן שהספינה מתקדמת והחבל הולך ומתארך. תוך כדי ההתארכות היו סופרים כמה קשרים עברו בפרק הזמן הנמדד. וכמו שאנחנו זוכרים מהמשוואה בתיכון, דרך שווה לזמן כפול מהירות. כך למעשה חישבו את המהירות: חילקו את אורך החבל בזמן שחלף (מספר קשרים כפול מרחק בין הקשרים חלקי הזמן). 

לדוגמה: אם המרחק בין הקשרים בחבל הוא 48 רגל, אז אפשר לחשב בשיטה הזו את מהירות הספינה כמספר הקשרים שנספרים במשך חצי דקה - אם נספרים 3 קשרים אז המהירות היא 3 קשר (1 קשר = כ-1.85 קמ"ש). השיטה הזאת נתנה לימאים את מהירות השַיִט ביחס למהירות המים. בעזרת מפה שכוללת מהירויות מוערכות של הזרמים, הנווט יכול היה להעריך את מהירות ההתקדמות ואפילו את מיקום הספינה בעולם (אף שבפועל המיקום של הספינה הוערך לפי נקודות ציון שונות ומפות אסטרונומיות, אבל זה עניין לפוסט אחר).

כיום הקשר אינו כלול במערכת היחידות הבין-לאומית המוכרת לנו (SI), אך הוא מקובל בעולם בשימוש ימי ואווירי בשל ההקשר ההיסטורי שלו [2]. את הלוג המקורי החליפו מערכות אחרות למדידת מהירות שיט יחסית, אשר נקראות - אתם יושבים? - לוג, ובשנים האחרונות ה-GPS (למדידת מהירות ביחס לקרקע). הלוג שהחליף את לוח העץ, הוא למעשה מעין מדחף או מאוורר שזורקים למים, והוא מסובב חבל שמחובר למד מהירות המראה את מהירות הסירה, בדומה למד המהירות באוטו (אודומטר). השיטות למדידת מהירות השיט כיום מעט מורכבות יותר, אבל מדויקות בהרבה, כמו צינורות פיטו [3] או מערכות מבוססות אולטרסאונד או לייזר, שנסביר עליהן בפוסט נפרד.

ואם אפשר למדוד מהירות שיט באמצעות משהו שנראה כמו עפיפון, אז אולי אפשר גם למדוד את מהירות הרוח באמצעות עפיפון? אז במפתיע, האמת היא שלא. מה הבעיה? הפעם העפיפון זז ואנחנו קבועים במקום. בניגוד למקרה הקודם, שבו הלוג לא זז ביחס למים אבל אנחנו זזים ביחס אליו, העפיפון לא "נתפס" ברוח וזז באותה מהירות כמוה, אלא המהירות שלו שונה ממהירות הרוח. המהירות שלו ברוח תלויה בגורמים רבים: בצורתו, במשקלו, בזווית ובמהירות שלו ביחס לרוח, במשקל החבל שקשור אליו ועוד. כיוון שהדבר מושפע מגורמים רבים, כל בדיקה באמצעות עפיפון שונה מעט תניב תוצאה שונה עבור אותה מהירות רוח, ולכן השיטה הזאת לא יושמה. 

עם זאת, לפני כ-40 שנה בוצעו מחקרים רבים בנושא שימוש בעפיפונים למדידת מהירות רוח, בעיקר בגבהים של מאות מטרים, שם מדידות רוח היו בלתי אפשריות - הרי איך מודדים מהירות רוח בגובה 500 מטר כשנמצאים על הקרקע? בשיטה זאת מעלים עפיפון לשמיים לגובה מוגדר עם אורך חבל מוגדר. את החבל מחברים למד כוח ומודדים את הכוח שהעפיפון מפעיל על החבל כשהוא קבוע במקום. באמצעות מדידות שונות אנחנו יכולים לכייל את הקשר שבין מהירות הרוח לכוח המשיכה של העפיפון, וכך באמצעות מדידת הכוחות נוכל לקבל את מהירות הרוח [4]. בפועל השיטה הזאת מסובכת יותר, כיוון שהמתיחות בחבל מושפעת גם מגורמים נוספים (משקל החבל, הזווית שלו, משקל העפיפון, צפיפות האוויר שתלויה בטמפרטורה ועוד [5]). הצורך בכיול המערכות השונות, הקושי היישומי והופעת מערכות מודרניות יותר למדידת מהירות רוח, כמו אולטרסאונד ולייזרים, הובילו לנטישת הרעיון כאמצעי מוביל [6]. או במילים אחרות, לא עפו על זה.

למרות זאת, אנחנו נמשיך להתבאס מזה שלא רואים היום עשרות עפיפונים בשמיים שמודדים את מהירות הרוח, אלא רק עפיפונים של גלשני קייט.

עריכה: שיר רוזנבלום-מן

מקורות לקריאה נוספת:

[1]  כדורי גולף, מטוסים ומערבולות

[2]  מערכת היחידות הבין-לאומית

[3]  צינור פיטו

[4]  שימוש בעפיפונים למדידת מהירות רוח 

[5]  אנליזה עבור עפיפון מד רוח

[6]  תזה על שימוש בעפיפונים למדידות רוח