المفاهيم الرئيسية

الفيزياء

الجاذبية

الجزيئات

التوتر السطحي

مقدمة

تخيل هذا التحدي: لديك كوبان زجاجيان، أحدهما فارغ والآخر ممتلئ بالماء. والآن أنت تريد صب نصف الكوب الممتلئ في الكوب الآخر الفارغ. تسأل عن التحدي؟ التحدي يكمن في أنه غير مسموح لك أن تلتقط أيًّا من الكوبين! هل يمكنك أن تجعل الماء "يسير" بين الكوبين من دون استخدام أي شيء سوى منشفة ورقية؟ جرب هذا النشاط لتعرف كيف يمكنك فعل هذا!

معلومات أساسية

ربما تكون قد استخدمت من قبل مناشف ورقية لتنظيف الماء المسكوب أو سوائل أخرى. هل سبق لك أن تساءلت عن الكيفية التي تقوم من خلالها المناشف بامتصاص هذا القدر الكبير من الماء؟ تُصنع المناشف الورقية من العديد من الألياف الصغيرة التي تحتوي على فجوات بينية. يُسحب الماء إلى هذه الفجوات بالخاصية الشعرية، وهي الظاهرة نفسها التي تسمح للأشجار بامتصاص الماء من الأرض. هذا الفعل مدفوع جزئيًّا بتأثير التوتر السطحي، والذي يرجع إلى قوى التماسك (انجذاب جزيئات الماء بعضها إلى بعض). والتوتر السطحي هو ما يسمح للماء بتكوين قطرات على شكل خَرَز بدلًا من أن ينتشر، ويسمح أيضًا لبعض الحشرات الصغيرة بالمشي على سطح الماء. كما يسمح للماء بأن يتم امتصاصه لأعلى خلال الأنابيب الضيقة أو الفجوات الموجودة في المواد. وتتعضد عملية الامتصاص أيضًا بقوى الالتصاق (التجاذب بين أنواع مختلفة من الجزيئات). وتتألف ألياف المناشف الورقية من السليولوز الذي يدخل في تكوين الخشب والعديد من النباتات. هذه الألياف لها قطبية، بمعنى أنها تحتوي على شحنة موجبة طفيفة في أحد أطرافها وشحنة سالبة طفيفة في الطرف الآخر. وجزيئات الماء أيضًا لها قطبية، ولأن الشحنات الكهربية المتضادة يتجاذب بعضها إلى بعض، فإن هذا يؤدي إلى انجذاب جزيئات الماء إلى ألياف السليولوز.

ربما تكون قد سمعت عن ظاهرة أخرى، بالرغم من أنه من المحتمل أنك لم يسبق أن جربتها بنفسك: هذه الظاهرة هي السحب. يُستخدم في هذه العملية أنبوب لامتصاص السائل من وعاء إلى آخر، وحينها تبدو العملية وكأنها تتحدى الجاذبية. في البداية يتم مص السائل لأعلى في الأنبوب قبل أن يتحرك السائل للأسفل داخل الوعاء التالي، هذا على الرغم من عدم وجود مضخة تدفع حركة السائل. يرتكز السحب على بعض من المبادئ الفيزيائية المذكورة أعلاه. (على سبيل المثال، يمكن أن ينساب الماء لأعلى داخل الأنبوب من خلال الخاصية الشعرية).

قد يبدو لك هذا الكثير من التفصيل العلمي بشأن مسألة بسيطة تحدث بشكل يومي. جرب هذا النشاط لتعرف ما إذا كان بإمكانك استخدام مناشف ورقية لنقل الماء من كوب إلى آخر، ولكي تفهم التفسير العلمي وراء الموضوع!

المواد المستخدمة

  • عدد فردي من الأكواب الزجاجية أو الكؤوس الشفافة (ثلاثة على الأقل)
  • ماء
  • مُلَوِّنات غذائية
  • ملعقة
  • أنصاف مناشف ورقية (ثلاثة على الأقل)

التحضير

  • ضع جميع الأكواب في صف واحد.
  • ابدأ بملء أول كوب في أحد الجانبين، ثم اترك الكوب التالي فارغًا، واملأ الكوب الذي يليه، وهكذا.
  • ضع بضع قطرات من المُلَوِّن الغذائي في كل كوب مملوء بالماء. يمكنك اختيار أي لون تريده، ولكن لا تستخدم نفس اللون مرتين في صف الأكواب نفسه.
  • استخدم الملعقة لمزج المُلَوِّن الغذائي في كل كوب. استخدم منشفة ورقية لتجفيف الملعقة عند استخدامها بين كل كوب وآخر، وذلك حتى لا تقوم بنقل الألوان بين الأكواب.

الطريقة

ﺑﺎﺳﺘﺜﻨﺎء اﻟﻤﻨﺸﻔﺔ اﻟﺘﻲ اﺳﺘﺨﺪﻣﺘﻬﺎ ﻟﺘﻨﻈﻴﻒ اﻟﻤﻠﻌﻘﺔ، اطوِ ﻛﻞ نصف من أنصاف المناشف الورﻗﻴﺔ ﻓﻲ صورة ﺷﺮﻳﻂ بعرض 2.5 سم تقريبًا.

اثنِ كل منشفة ورقية عند منتصفها على شكل حرف V، ويجب أن يكون حرف V أعلى بقليل من ارتفاع الكوب. إذا لزم الأمر، اقطع أو قلل بعض الشيء من كلتا نهايتي الشكل V لجعله أقصر.

  • استخدم منشفةً ورقيةً واحدةً لربط كل زوج من الأكواب المتجاورة. (اقلب الحرف V رأسًا على عقب بحيث يكون كل طرف من طرفي الشكل في كوب).
  • لاحظ عن قرب نهايات المناشف الورقية الموجودة في الأكواب المملوءة بالماء. ماذا تلاحظ؟
  • خذ استراحة لأن هذه التجربة تسير ببطء شديد، ثُم عُد بعد 15 أو 20 دقيقة. ماذا ترى الآن؟
  • استمر في ملاحظة التجربة على مدار الساعات التالية. ماذا يحدث؟
  • دع تجربتك تستمر على مدار الليل وباشر الملاحظة ﻓﻲ اﻟﯾوم اﻟﺗﺎﻟﻲ. كيف تبدو الأمور الآن؟
  • نشاط إضافي: جرب النشاط مع مناشف ورقية من علامات تجارية مختلفة. هل يعمل بعضها على نحوٍ أفضل أو أسرع من غيره؟
  • نشاط إضافي: حاول وضع الأكواب بترتيبات مختلفة بدلًا من وضعها في خط مستقيم. على سبيل المثال، ماذا يحدث إذا قمت بربط ثلاثة أكواب سبق ملؤها بالماء مع كوب رابع فارغ في المركز؟
  • نشاط إضافي: ﻣاذا ﻳحدث إذا اﺴﺘﺨﺪمت ﻣﻨﺸﻔﺔً ورﻗﻴﺔً للتوصيل بين كوبين مختلفين في مستوى الماء بهما؟

الملحوظات والنتائج

بمجرد أن تضع المناشف الورقية في الأكواب، يجب أن تلاحظ أنها تبدأ في امتصاص بعض الماء. يبدأ الماء بالسريان لأعلى عبر المناشف الورقية بسبب الخاصية الشعرية (التي سبق وصفها تحت "معلومات أساسية")، وفي نهاية المطاف ينتقل الماء لأسفل إلى الجانب الآخر في الكوب الفارغ (تمامًا مثل السيفون). ومع هذا تحدث هذه العملية ببطء شديد. إنها تشبه مشاهدة الطلاء وهو يجف أو العشب وهو ينمو! قد تحتاج إلى الانصراف لتفعل شيئًا آخر لبضع ساعات قبل أن تبدأ في رؤية الماء يتزايد في الأكواب الفارغة. سوف يتوقف تدفُّق الماء في نهاية المطاف عندما يكون مستوى الماء في جميع الأكواب متساويًا، ولكن ربما يتعين عليك ترك التجربة تستمر طوال الليل قبل الوصول لهذا.

عندما تختلط مياه لها لونان مختلفان، تتحد أصباغ المُلَوِّنات الغذائية فتشكل لونًا ثالثًا.

استكشف المزيد

هذا النشاط يُقدم بالشراكة مع "ساينس باديز"