تئودور فون کارمان (1881-1963): ریاضیدان مجارستانی-آمریکایی. مهندس هوا-فضا
مرز فضا کجاست؟
مرز دقیقی بین جو زمین و فضا وجود ندارد، اما بر اساس معیارهای مختلف، چندین تعریف برای آن ارائه شده است. یکی از مشهورترین این تعاریف “خط کارمان” (Kármán Line) است.
خط کارمان چیست؟
خط کارمان در ارتفاع 100 کیلومتری از سطح دریا (62 مایل) قرار دارد و به عنوان مرز رسمی بین جو زمین و فضا در نظر گرفته می‌شود.
چرا 100 کیلومتر؟
این عدد را تئودور فون کارمان، مهندس هوا-فضا و ریاضی دان مجارستانی-آمریکایی، پیشنهاد کرد. او محاسبه کرد که در این ارتفاع، چگالی جو زمین آن‌قدر کم می‌شود که هواپیماهای معمولی دیگر قادر به تولید نیروی بالابرنده کافی (upward thrust) برای پرواز نیستند و برای ادامه حرکت باید از قوانین مداری و دینامیک فضاپیماها پیروی کنند.
اهمیت خط کارمان
فدراسیون بین‌المللی هوانوردی (FAI) از این خط به‌عنوان مرز رسمی فضا استفاده می‌کند. ناسا و نیروی هوایی ایالات متحده گاهی ارتفاع 80 کیلومتر را مرز فضا می‌دانند. در واقعیت، مرز فضا یک حد مطلق و مشخص ندارد، زیرا جو زمین تا صدها کیلومتر ادامه دارد، اما بسیار رقیق می‌شود.
نتیجه‌گیری
خط کارمان تعریفی قراردادی از مرز فضا است، اما بسته به سازمان‌ها و زمینه‌های علمی مختلف، این مرز می‌تواند کمی متفاوت در نظر گرفته شود. تئودور فون کارمان (Theodore von Kármán) یک دانشمند و مهندس هوافضا، مکانیک سیالات و ریاضیات کاربردی بود که تأثیر عمیقی بر دانش آیرودینامیک مدرن و پیشرفت‌های مهندسی هوافضا گذاشت.
تولد: 11 مه 1881 – بوداپست، مجارستان
درگذشت: 6 مه 1963 – آخن، آلمان (دفن در ایالات متحده)
ملیت: مجاری-آمریکایی
تحصیلات: دکترای مکانیک از دانشگاه فنی سلطنتی مجارستان و دانشگاه گوتینگن، آلمان
مهاجرت به آمریکا: در سال 1930 به ایالات متحده رفت و نقش کلیدی در توسعه فناوری هوا-فضا ایفا کرد.
دستاوردهای مهم فون کارمان
- نظریه لایه مرزی و مکانیک سیالات
فون کارمان یکی از پیشگامان مطالعه لایه مرزی (Boundary Layer Theory) بود و معادلات مهمی برای انتقال مومنتوم و تنش برشی در جریان‌های ویسکوز ارائه داد. - مسیر گردابه‌ای فون کارمان (Von Kármán Vortex Street)
او پدیده‌ای را توصیف کرد که در آن جریان اطراف اجسام پَهن (مانند استوانه‌ها) منجر به ایجاد گردابه‌هایی متناوب می‌شود. این مفهوم در مهندسی سازه‌ها و هوافضا برای بررسی ناپایداری‌ها و ارتعاشات استفاده می‌شود. - توسعه نظریه امواج ضربه‌ای و عدد ماخ بحرانی
فون کارمان روی امواج ضربه‌ای (Shock Waves) و عدد ماخ بحرانی (Critical Mach Number) تحقیق کرد که در طراحی هواپیماهای مافوق صوت نقش کلیدی داشت. - کمک به تأسیس آزمایشگاه پیشرانش جت (JPL)
فون کارمان یکی از بنیان‌گذاران آزمایشگاه پیشرانش جت (Jet Propulsion Laboratory – JPL) در ناسا بود و روی پیشرفت موتورهای جت و موشک‌ها کار کرد. - تحلیل پایداری سازه‌ها
او نقش مهمی در تحلیل پایداری پل‌ها، ساختمان‌ها و بال‌های هواپیما داشت و فرمول‌های پایداری و تغییر شکل‌های الاستیک را توسعه داد. - نظریه آیرودینامیک بالگردها
فون کارمان در توسعه مدل‌های نظری برای پرواز بالگردها مشارکت داشت که در پیشرفت طراحی بالگردهای مدرن مؤثر بود. - جوایز و افتخارات
مدال ملی علوم آمریکا (1963) – به دلیل دستاوردهای بی‌نظیر در علم و مهندسی
نظریه‌های بنیادی در مکانیک پرواز و پیشرانش جت
توسعه معادلات مربوط به جریان مافوق صوت و فروصوت
میراث فون کارمان
فون کارمان نه‌تنها در توسعه نظریات علمی پیشگام بود، بلکه مهندسی مدرن هوافضا و صنعت هوانوردی را متحول کرد. امروزه بسیاری از معادلات و اصولی که او ارائه داد، در طراحی هواپیما، موشک، و تحلیل پایداری سازه‌ها استفاده می‌شوند.
فون کارمان جزو دانشمندانی بود که در نیمه اول قرن بیستم در امریکا به مریخی ها (Martians) معروف بودند. مریخی ها گروهی از نوابغ مهاجر از مجارستان به امریکا بودند که انگلیسی را با لهجه خاص و غلیظی صحبت می کردند و تأثیر فراوانی بر پیشرفت علوم و مهندسی بر جای گذاشتند؛ مانند همین تئودور فون کارمان با دستاورد های فراوان در دانش مهندسی هوا-فضا، جان فون نویمان ریاضیدان با دستاوردهای متعدد ازجمله معماری کامپیوتر های نوین، فیزیک کوانتوم ، ریاضیات، پروژه بمب اتم منهتن، دینامیک سیالات، مفهوم اتوماتا ی سلولی؛ لئوزیلارد و ادوارد تلر فیزیکدانان هسته: ای که در توسعه بمب اتم در پروژه منهتن شرکت داشتند. زیلارد همان دانشمندی بودکه اینشتین را به نوشتن نامه به روزولت رئیس جمهور امریکا و استارت پروژه منهتن برای جلوگیری از خطر آلمان های نازی ترغیب کرد. ادوارد تلر بعدا بمب هیدرژنی را هم ساخت. یوجین وگنر فیزیک دان برجسته برنده جایزه نوبل و جورج پولیا از بزرگترین ریاضیدانان قرن بیستم که در توسع نظریه گراف و حساب احتمالات و روش های حل مسئله و فلسفه ریاضیات نقس اساسی داشت.
