Home » معماهای فارسی » معماهای علمی » معمای علمی شماره 60 – یک ابتکار جالب » Reply To: معمای علمی شماره 60 – یک ابتکار جالب

Reply To: معمای علمی شماره 60 – یک ابتکار جالب

#2103
حمید

    مولکولهای تشکیل دهنده مایعات تحت نیروهای جاذبه بین مولکولی در کنار هم باقیمانده و برای جدا ساختن آنها از یکدیگر باید نیرو و انرژی صرف نمود. این نیروی کشش را کشش سطحی یا surface tension می نامند که مسئول بسیاری از رفتارهای جالب مایعات و مهم ترینشان آب در طبیعت است. به هنگام صرف انرژی جهت تغییر شرایط پایدار یک مایع مثلاً در اثر گرمایش آن یا ورود یک جسم خارجی به آن، کشش سطحی را می?توان مقدار کار لازم برای ایجاد واحد سطح مشترک جدید در نظر گرفت. به هنگام ورود یک لوله موئین در آب ، بخشی از پیوندهای بین مولکولی مایع شکسته شده و پیوندهای جدیدی بین مولکولهای آب و ماده خارجی ایجاد می شود. مايع درون لوله تا ارتفاعي بالا خواهد رفت که وزن ستون مايع نسبت به سطح آزاد آن بعلاوه نيروي چسبندگي سطحي ملکولهاي مايع برابر با نيروي چسبندگي سطحي ملکولهاي مايع و ملکولهاي جداره شود. وقتی که آب بر اثر اختلاف این دو خاصیت چسبندگی در ارتفاع لوله بالا می رود، کار انجام شده برای جابجایی عمودی آب برابر مابه التفاوت میانگین انرژی جنبشی مولکولهای آب در دو حالت مختلف قبل از ورود لوله موئینه به آب و بعد از آن است. بنابراین در بحث حاضر انرژی لازم برای صعود آب تا لبه چند سانتیمتری سینی از انرژی جنبشی ذاتی مولکولهای آب دریافت می شود. اما این انرژی آنقدر زیاد نیست که تداوم حرکت مایع از یک ظرف به ظرف دیگر را تضمین نماید. در اینجا با ایجاد اختلاف ارتفاع بین دو سر دستمال کاغذی می توان نیروی ثقل زمین را نیز به کمک آورد. فشار آب در دو سوی دستمال کاغذی خیس شده بر اثر خاصیت موئینگی یا کشش سطحی، بستگی به اختلاف ارتفاع قرارگیری آنها در فضا دارد. هر چه این اختلاف ارتفاع بیشتر شود، وزن ستون مایع نیز بیشتر و مایع با دبی بیشتری جابجا می شود. لباسهای چرک لباسهایی هستند که منافذشان با چربی و دیگر اجسام خارجی پر شده است. از سویی خاصیت چسبندگی مولکولهای آب و چربیها خیلی کمتر از نسوج اصلی پارچه است در نتیجه اختلاف معمول بین کشش سطحی آب و لوله های موئینه تشکیل دهنده بافت پارچه آنقدر نیست که آب خالص بتواند درون آنها نفوذ کند. بنابراین خیلی سخت است که با آب خالی بتوان پارچه های خیلی کثیف را تمیز نمود. خوب باید کاری کرد به نحوی کشش سطحی بین مولکولی آب کمتر شود. یک روش گرم کردن آن است. با گرم شدن آب میزان جنبش مولکولی آن بیشتر و از انرژی پتانسیل بین مولوکولی آن که مسبب کشش سطحی است کم می شود و آب بهتر می تواند در نسوج نفوذ کند. همچنین مواد محلول شوینده قادر به کاهش کشش سطحی آب هستند که می توانند تأثیر مشابهی در آن ایجاد کنند. یک آزمایش خیلی جالب در این زمینه وجود دارد، وقتی مایع شوینده را بطور موضعی وارد یک نقطه از مایع می کنیم زمانی طول می کشد تا یک محلول یکنواخت بوجود آید. در حین پراکندگی مولکولهای آب از محل تزریق مایع شوینده ما شاهد یک جت مولوکولی از مولکولهای دور شونده از مرکز هستیم، اگر با یک قطعه کاغذ شکل داده شده بتوان جهت این جت را کنترل نمود می توان شاهد حرکت این قایق کاغذی کوچک روی آب باشیم. در واقع این قایق کوچک نیز انرژی حرکت خود را از انرژی پتانسیل مولکولهای آب دریافت می کند.