در اسکاتلند سازهای وجود دارد که در نگاه اول بیشتر شبیه یک مجسمهی عظیم فلزی بهنظر میرسد تا وسیلهای برای جابهجایی کشتیها. «چرخ فالکرک» یک بالابر چرخشی کشتی در نزدیکی شهر فالکرک است که دو کانال آبی Forth & Clyde و Union را به هم متصل میکند. این سازه در سال ۲۰۰۲ به بهرهبرداری رسید و اختلاف ارتفاع حدود ۳۵ متری میان دو کانال را در چند دقیقه جبران میکند.
پیش از ساخت چرخ فالکرک، برای جابهجایی شناورها میان دو کانال از مجموعهای شامل ۱۱ قفل آبی استفاده میشد. عبور از این مسیر زمانبر بود و نیاز به باز و بستهکردن تعداد زیادی دروازه داشت. راهکار جدید این بود که تمام این مسیر عمودی در قالب یک سازهی چرخان جمع شود؛ سازهای که حدود ۱۰۰۰ تن فولاد در ساختش بهکار رفت و وزن کل چرخ و تجهیزاتش به حدود ۱۸۰۰ تن میرسد.
پخش از رسانه
اما بخش شگفتانگیز ماجرا فقط ابعاد چرخ نیست؛ مسئله این است که چگونه چنین سازهی سنگینی میتواند با انرژی بسیار کمی حرکت کند.
راز اصلی در تعادل آن نهفته است. چرخ فالکرک دو محفظهی بزرگ یا «گوندولا» دارد که در دو سوی محور قرار گرفتهاند. هر محفظه در حالت عادی مقدار مشخصی آب را در خود نگه میدارد و زمانی که یک قایق وارد آن میشود، طبق اصل ارشمیدس، به اندازهی وزن قایق آب از محفظه خارج میشود. در نتیجه وزن کل محفظه تقریباً ثابت میماند؛ چه قایق داخل آن باشد و چه نباشد.
تعادل، راز اصلی عملکرد چرخ فالکرک
به همین دلیل دو طرف چرخ تقریباً همیشه در تعادل قرار دارند. برای بهحرکتدرآوردن سازه، موتورهای هیدرولیکی لازم نیستند با وزن ۱۸۰۰ تن مقابله کنند؛ آنها عمدتاً باید بر اصطکاک و نیروهای ناشی از حرکت غلبه کنند. چرخ با کمک ۱۰ مجموعهی موتور و گیربکس هیدرولیکی بهآرامی میچرخد و هر نیمچرخش عملیاتی را در حدود پنج دقیقه انجام میدهد.
Scottish Canals میگوید چرخ فالکرک برای هر چرخش تنها حدود ۱٫۵ کیلوواتساعت انرژی مصرف میکند؛ مقداری که تقریباً معادل انرژی لازم برای جوشاندن آب در هشت کتری است. شرکت Denley Hydraulics نیز که سامانهی هیدرولیک چرخ را تأمین کرده، همین مقایسه را برای توصیف مصرف بسیار پایین سازه بهکار برده است.
نباید برداشت اشتباهی داشت که «۱۸۰۰ تن فولاد» واقعاً با نیرویی معادل هشت کتری جابهجا میشود؛ این عبارت مقایسهای برای نشاندادن انرژی مصرفشده در چرخهی حرکت است. خود سامانه در زمان چرخش حدود ۱۸ کیلووات توان مصرف میکند و این توان در مدت چند دقیقه به انرژی حدود ۱٫۵ کیلوواتساعت تبدیل میشود.
کنترل دقیق حرکت نیز بر عهدهی سیستم هیدرولیک است. ۱۰ موتور هیدرولیکی، ترمزهای دیسکی و سامانههای کنترل فشار و سرعت کمک میکنند چرخ بهآرامی شتاب بگیرد، با سرعت ثابت حرکت کند و در نقطهی مشخص متوقف شود. گوندولاها نیز بهگونهای طراحی شدهاند که هنگام چرخش، سطح آب آنها تقریباً افقی باقی بماند تا شناورها بدون تغییر وضعیت قابلتوجه جابهجا شوند.
