المفاهيم الرئيسية

الفيزياء

الأسطح

التوتر السطحي

المواد المحبة للماء

المواد الكارهة للماء

المقدمة

هل سبق لك أن جربت الإمساك بفقاعة من دون أن تتسبب في انفجارها؟ الأمر صعب! ما المواد التي يمكنك استخدامها كي تنجح في الإمساك بفقاعة؟ هل تصلح بعض المواد بصورة أفضل من غيرها؟ جرِّب هذا المشروع لتعرف الجواب.

معلومات أساسية

الفقاعات ممتعة وجميلة، ولكنها تنفجر بسهولة كذلك! تتكون الفقاعة من غشاء رقيق من الماء المختلط بالصابون، ويحوي هذا الغشاء بعضًا من الهواء بداخله. ويمكن لأمور عديدة –مثل ملامسة الفقاعة لسطح صلب– أن تتسبب في تكسُّر هذا الغشاء، مما ينتج عنه انفجار الفقاعة. بل قد تنفجر الفقاعة من دون أن تُلامس أي شيء، ويرجع هذا إلى تبخُّر الماء الموجود بداخلها تدريجيًّا، وهو ما يجعل الغشاء أضعف مما كان. ولكن، في بعض الأحيان، يمكنك رؤية فقاعة تهبط على أحد الأسطح من دون أن تنفجر.

يعتمد انفجار الفقاعة من عدمه عند ملامستها لسطحٍ صلب على العديد من العوامل، بما يشمل خصائص أسطح المواد. أنت تعرف على الأرجح أن المواد المختلفة لها خصائص مختلفة، وأن بعض هذه الخصائص يمكنك رؤيته أو الشعور به (كاللون أو الكثافة). غير أن المواد لها خصائص أخرى يصعب ملاحظتها بشكل مباشر؛ فأسطح المواد قد تكون كارهةً للماء (أي تطرد الماء) أو محبة للماء (أي تجذب الماء). ويمكنك ملاحظة هذا عن طريق إلقاء الماء على أحد الأسطح وملاحظة ما إذا كان الماء سيشكِّل كريات كبيرة (السطح هنا كاره للماء)، أم أنه سينتشر على شكل أغشية رقيقة (السطح هنا محب للماء). إن كون المادة كارهةً للماء أو مُحبَّةً له يعتمد بقوة على مدى خشونة سطح هذه المادة؛ فبعض المواد –مثل ورق الصَّنفرة-  لها ملامح سطح عيانية، بمعنى أنك تستطيع أن تشعر بنتوءات السطح وأن تراها بعينيك المجردتين. وثمة مواد أخرى لها ملامح مجهرية؛ فحتى وإن كانت مادةٌ ما تبدو لك ناعمة الملمس، فقد تحتوي هذه المادة على نتوءات أو مسام دقيقة للغاية. هذه النتوءات أو المسام يمكنها في الواقع مساعدة المادة على طرد الماء؛ لأن ما يُبقي على تماسك الماء هو التوتر السطحي، وهذا التوتر السطحي يمنع الماء من المرور عبر الفجوات الدقيقة الموجودة في المادة. وثمة مواد أخرى –كالورق والإسفنج– تحتوي على فجوات أكبر تساعدها على امتصاص الماء.

كل هذه الخصائص –فضلًا عن عوامل أخرى مثل سرعة تحرك الفقاعة وما إذا كان السطح مبللًا أم لا– قد تؤثر في احتمالية انفجار الفقاعة عند هبوطها على سطح معين. جرب هذا المشروع كي تكتشف أفضل الطرق للإمساك بإحدى الفقاعات!

المواد المستخدمة

  • محلول فقاعات. يمكنك شراء بعضٍ منه أو صنع محلول خاص بك في المنزل باستخدام الماء المقطر –وهو الأفضل– وصابون غسيل الأطباق والجلسرين أو شراب الذُّرة (انظر: "التحضير").
  • وعاء صغير أو حاوية صغيرة تضع فيها محلول الفقاعات إذا قررت صنعه بنفسك.
  • عصا صغيرة من تلك التي تُستخدَم لصنع الفقاعات.
  • مواد مختلفة تقوم بتجربتها، مثل رقائق الألومنيوم، والورق المشمَّع، وورق الطباعة، ورقائق التغليف البلاستيكية، والخشب، والأكياس البلاستيكية، وأوعية حفظ الطعام، والأواني وأوعية القَلْي المعدنية، والطاولات، والمناضد... إلخ (يمكنك تجربة أي مادة يمكنك العثور عليها في المنزل إذا كان مسموحًا لك وضع الماء المختلط بالصابون عليها! ملحوظة: ربما لا يجدر بك عمل هذا النشاط مع بعض المواد، كالأخشاب أو الأثاث؛ لأن الماء قد يتلفها. اسأل شخصًا بالغًا إذا لم تكن متأكدًا مما يجب عليك فعله).
  • ماء من الصنبور.
  • مناشف ورقية.
  • شريط لاصق (اختياري).

التحضير

  • لصناعة محلول الفقاعات الخاص بك، ضع ملعقتين كبيرتين من صابون غسيل الأطباق وملعقة كبيرة واحدة من الجلسرين أو شراب الذرة في كوب من الماء، وقم بالتقليب.
  • اقطع شرائط أو ألواحًا من المواد المختلفة التي تريد اختبارها واجمع هذه القطع معًا، ثم ضعها جنبًا إلى جنب فوق سطحٍ مستوٍ. يفضل أن يكون ذلك داخل المنزل، إذ إن إجراء هذا المشروع خارج المنزل سيكون أمرًا صعبًا في وجود الرياح.

الطريقة

  • اغمس عصا الفقاعات في محلول الفقاعات، ثم انفخ برفق في العصا بحيث تخرج بعض الفقاعات في اتجاه أول قطعة من قطع المواد الموجودة لديك. حاول أن تجعل الفقاعات تهبط على هذه القطعة وألا تتجاوزها. قد يحتاج هذا الأمر بعضًا من التدريب، لذا جرب أن تفعله عدة مرات. ما الذي يحدث حين تلامس الفقاعات سطح المادة؟
  • جرب نفخ الفقاعات على كل مادة من المواد الأخرى. هل تهبط الفقاعات على أي مادة من هذه المواد دون أن تنفجر؟
  • بلل منشفة ورقية، واستخدمها كي تمسح بها على أسطح المواد بحيث تترك طبقة رقيقة من الماء على كل سطح.
  • جرب نفخ الفقاعات نحو جميع الأسطح مجددًا. ما الذي يحدث الآن؟
  • خذ منشفة ورقية جديدة واغمسها في محلول الفقاعات، وامسح بها على أسطح المواد بحيث تترك طبقة رقيقة من المحلول على كل سطح.
  • انفخ الفقاعات نحو جميع الأسطح مرة أخرى. هل تلتصق الفقاعات على أي سطح من الأسطح التي انفجرت عليها من قبل؟ بعد ملامسة الفقاعات للسطح، هل تحتفظ بشكلها مدةً أطول دون أن تنفجر؟
  • نشاط إضافي: هل وضعية الأسطح لها أهمية؟ جرب استخدام الشريط اللاصق لتعليق قطع المواد على الحائط أو حتى على السقف. اطلب الإذن أولًا قبل لصق أي شيء في أي مكان. هل لا يزال بإمكانك جعل الفقاعات تهبط على أسطح المواد؟
  • نشاط إضافي: جرب وصفات مختلفة لصناعة محلول الفقاعات في المنزل. ما هي وصفة المحلول التي ينتج عنها فقاعات يسهل التقاطها من جانب الأسطح؟

المشاهدات والنتائج

عندما كانت كل المواد جافة، من المرجح أنك لاحظت أن الأسطح الملساء المقاوِمة للماء هي الأسطح التي أظهرت أفضل أداء في التقاط الفقاعات. الورق المشمَّع، ورقائق التغليف البلاستيكية، ورقائق الألومنيوم تبلي جميعها بلاءً حسنًا في هذا الصدد. أما المواد التي تمتص الماء –مثل الورق العادي– فقد تسببت على الأرجح في انفجار الفقاعات؛ لأن هذه المواد سرعان ما امتصت الماء الموجود في أغلفة الفقاعات. ربما اندهشت حين وجدت أسطحًا أخرى كانت تبدو ملساء ومقاومِة للماء –مثل الوعاء البلاستيكي أو المقلاة المعدنية– ولكنها لم تكن قادرةً على التقاط الفقاعات والإبقاء عليها. تذكَّر: بعض المواد قد تبدو متشابهة أمام عينيك؛ فعلى سبيل المثال، قد تبدو المقلاة المصنوعة من الألومنيوم وتلك المصنوعة من الصلب متشابهتين تمامًا وكلتاهما ذات ملمس ناعم. إلا أن أسطح المواد تنطوي على اختلافات ميكروسكوبية لا يمكنك رؤيتها، والمواد نفسها مصنوعة من جزيئات مختلفة قد تكون محبة للماء (أي تنجذب إليه) بدرجات متفاوتة فيما بينها. بل وربما تكون قد اندهشت بدرجة أكبر حين وجدت أن بعض الأسطح الخشنة أو الممتصة للسوائل –كالسجاد– قد تمكنت من التقاط الفقاعات. يتألف السجاد من عدد كبير من الألياف الدقيقة، وعندما تهبط الفقاعة على السجاد فإنها تلمس الكثير من هذه الألياف الدقيقة في الوقت نفسه، ولهذا تتمكن هذه الألياف من الإبقاء على الفقاعة ولا تقوم بتفجيرها، بعكس ما يحدث لو أن الفقاعة هبطت على ليفة واحدة فقط.

عندما قمت أنت بتبليل الأسطح –خصوصًا بالماء المختلط بالصابون– لا بد أن التقاط الفقاعات كان أسهل بكثير. يرجع هذا إلى أن الماء يشكل أغشيةً رقيقة فوق الأسطح الصلبة ويمنع الفقاعات من لمس المادة الصلبة مباشرة، وهذا يطيل من عمر الفقاعات بدرجة كبيرة.

تنظيف محيط التجربة

استخدم منشفة ورقية مبللة لمسح بقايا الصابون من على الأسطح التي استخدمتها.

تم تقديم هذا النشاط بالشراكة مع "ساينس باديز".