المفاهيم الأساسية

الأحياء

علم وظائف الأعضاء

الفيزياء

القوة الميكانيكية

مقدمة

هل تساءلت من قبل عن مدى قوة الشعر؟ حين نتحدث عن شعرنا، عادةً ما نناقش طوله أو لونه أو ملمسه. ولكن ماذا عن قوة الشعر؟ إذا نظرت إلى خصلة شعر، فستجد أنَّها تبدو كخيطٍ رفيع للغاية. إن سُمكها في الواقع يبلغ حوالي 0.1 من الملليمتر فقط في المتوسط. لا يبدو أن خيطًا رفيعًا كهذا يُمكنه تحمُّل مقدار كبير من الضغط. فما مقدار الوزن الذي تعتقد أنَّ خصلة شعر واحدة تستطيع تحمُّله؟ في هذه التجربة، ستختبر قوة خصلة شعر وتكتشف ذلك. وربما تفاجئك النتائج!

معلومات عامة

هل تعلم أن عدد الشعرات في رأس الإنسان العادي يبلغ حوالي 100 ألف شعرة؟ تنمو كل شعرة من جُرَيب الشعرة، وهو فتحة صغيرة على شكل نفق تقع في الطبقة الخارجية من الجلد. لعلك قد لاحظت أن جذر الشعرة أحيانًا ما يكون له ملمس أكثر نعومةً ولون أشد بياضًا من بقية أجزائها. يُسمَّى هذا الجزء من الشعرة -والذي عادةً ما يكون أسفل الجلد- بصيلة الشعرة، وهو الجزء الحي من الشعر والمسؤول عن نمو الشعر. أمَّا الجزء الآخر من الشعر، الذي نراه ينمو خارجًا من سطح الجلد، فيُسمَّى ساق الشعرة.

تُعد ساق الشعرة هي الجزء المسؤول في الأساس عن قوة شعرنا. ربما تُفاجأ حين تعرف أنَّها تتكون من ثلاث طبقات مختلفة مع أنَّ سُمكها لا يتجاوز 0.1 من الملليمتر في المتوسط. تُسمَّى الطبقة الأكثر عمقًا الواقعة في مركز الشعرة اللب، وتكاد تكون غير مرئية، وتتسم بكونها ليِّنة وهشَّة للغاية. تُسمَّى الطبقة الوسطى -التي تعد الأكثر ثخانةً بين الطبقات الثلاث- القشرة. تستمد القشرة أغلب قوتها من مادة تُسمَّى الكيراتين. وتجدر الإشارة هنا إلى أن الكيراتين موجود أيضًا في أظفارنا، وريش الحيوانات وحوافرها ومخالبها كذلك. ويُرَصُّ الكيراتين في هذه الطبقة في حِزَمٍ ذات شكل قضيبي، إلى جانب بعض الدهون التي تضيف بِنيةً إضافية. وتحتوي القشرة كذلك على أصباغ الميلانين التي تُكسِب الشعر لونَه. أمَّا الطبقة الخارجية من ساق الشعرة، فتُسمَّى الجُلَيدة، وتتكون من طبقاتٍ مُسطَّحة متداخلة من الخلايا تكوِّن قشورًا مشابهةً لقشور السمك تعمل على تقوية ساق الشعرة وحمايتها. وتُشكِّل هذه الطبقات الثلاث معًا خصلة شعر قويةً للغاية.

في هذه التجربة، ستختبر مدى قوة خصلة شعر واحدة، وذلك بقياس مقدار الوزن الذي تستطيع تحمُّله. لست مضطرًّا إلى انتزاع أي شعرة من رأسك، فليس عليك إلا استخدام شعرة واحدة من الشعرات التي يفقدها أي شخص يوميًّا، والتي يصل عددها إلى حوالي 100 شعرة في المتوسط!

المواد المستخدمة

  • خصلة شعر واحدة على الأقل (لا يقل طولها عن 5 سنتيمترات). يُمكن التقاطها من فرشاة شعر أو مشط أو أي مكان آخر.
  • قلم رصاص.
  • رزمتان من الكتب المرصوصة فوق بعضها أو صندوقان متساويان في الحجم.
  • مشبك ورق.
  • شريط لاصق.
  • كيس بلاستيكي صغير.
  • أجسام صغيرة لاستخدامها كأوزان (كعملات معدنية أو كرات رخامية (بِلْي)... إلخ).
  • ميزان.
  • خُصلات شعر إضافية، تضم بعض الخصلات من أشخاص مختلفين (اختياري).

التحضيرات

  • اربط أحد طرفي خصلة الشعر بإحكام حول منتصف القلم. إذا كان ربط الشعرة صعبًا للغاية، يُمكنك لصقها في القلم بشريط لاصق.
  • اربط الطرف الآخر من خصلة الشعر بمشبك الورق (عن طريق ربطها أو لصقها بشريط لاصق).
  • علِّق مشبك الورق في الجزء العلوي من أحد جانبي الكيس البلاستيكي الصغير.
  • اختبر قوة تعلُّق خصلة الشعر بالقلم والكيس عن طريق شد كلا الطرفين برفق. فإذا انفصلت الخصلة عن القلم أو الكيس، استخدم مزيدًا من الشريط اللاصق لتثبيتها بإحكام.
  • رُص رزمتين من الكتب بحيث يكون لهما الارتفاع نفسه، أو استخدم صندوقين متساويين في الارتفاع، على أن يكون الارتفاع مناسبًا لاستيعاب طول خصلة الشعر والكيس البلاستيكي. ضع الرزمتين أو الصندوقين بجوار بعضهما واترك بينهما فراغًا مناسبًا يتيح للقلم الارتكاز فوقهما ويسمح للكيس بالتدلِّي بحرية.

الخطوات

  • قبل بدء التجربة، خمِّن مقدار الوزن الذي ستستطيع الشعرة تحمُّله. في اعتقادك، ما عدد العملات المعدنية أو الكرات الرخامية الصغيرة اللازمة لقصف الشعرة؟
  • خُذ أحد الأوزان (العملات المعدنية أو الكرات الرخامية)، وضَعْهُ بحرص في الكيس البلاستيكي. هل قُصِفَت الشعرة؟
  • إذا ظلَّت الشعرة سليمة، فأضِف عملةً أو كرةً رخاميةً أخرى إلى الكيس برفق. ماذا يحدث للشعرة عند إضافة هذا الوزن الإضافي؟
  • استمر في إضافة الأوزان إلى الكيس. افحص الشعرة بعناية كلما أضفت وزنًا جديدًا. ما مدى تحمُّل الشعرة للأوزان المتزايدة؟
  • حالما تُقصَف الشعرة، ضَع الكيس البلاستيكي -بما فيه من عملات معدنية أو كرات رخامية- على الميزان. ما مقدار الوزن الذي استطاعت الشعرة تحمُّله؟ هل كان أكثر مما توقعت في البداية أم أقل؟
  • نشاط إضافي: كرِّر التجربة السابقة باستخدام خصلات شعر من أشخاص مختلفين. أيُّ خصلة كانت الأقوى؟
  • نشاط إضافي: بدلًا من استخدام خصلة شعر واحدة، جرِّب إجراء التجربة باستخدام خصلتين أو أكثر، واربطها بحيث تكون متوازية. هل تستطيع خصلتان من الشعر تحمُّل ضِعف الوزن؟
  • نشاط إضافي: اكتشف ما إذا كان ملمس الشعر يُحدِث فرقًا. هل يستطيع الشعر المجعد تحمُّل وزن أثقل مما يتحمله الشعر الأملس أم العكس؟

الملحوظات والنتائج

ما مقدار الوزن الذي استطاعت خصلة الشعر تحمُّله؟ هل فوجئت بنتائج التجربة؟ مع أنَّ خصلة الشعر الواحدة تبدو رفيعة جدًّا وهشَّة للغاية، فإن بإمكانها أن تتحمل وزنًا يصل إلى 100 جرام. يرجع ذلك إلى البِنية ثلاثية الطبقات التي تميز ساق الشعرة، وإلى ألياف الكيراتين القوية التي تُشكِّل الطبقة الوسطى من خصلة الشعر، أو القشرة. في تقديرك، كم جرامًا يمكن لشعر الإنسان إجمالًا أن يتحمّل؟

More to Explore
The Structure of People's Hair, from PeerJ
Content Background: The Anatomy and Composition of Hair, from The Pharmacology Education Partnership, Duke University
Hairy Science: Measuring Humidity with a Hair Hygrometer, from Scientific American
STEM Activities for Kids, from Science Buddies

هذا النشاط يأتيكم بالشراكة مع ساينس باديز Science Buddies