Home » Topics » معماهای فارسی » معماهای علمی » معمای علمی شماره 60 – یک ابتکار جالب

معمای علمی شماره 60 – یک ابتکار جالب

  • Creator
    Topic
  • #530
    حمید

      چند روز قبل صدای متناوب چکیدن قطره های آب ما را متوجه ابتکار جالب یکی از همکاران خدماتی نمود. در شرکت ما در هر بخش یک بویلر برقی جهت تأمین آب جوش وجود دارد، یک سینی لبه دار نیز جهت نگهداری آب ناشی از سر ریز بویلر زیر آن قرار داده می شود.
      چند روز قبل صدای متناوب چکیدن قطره های آب ما را متوجه ابتکار جالب یکی از همکاران خدماتی نمود. در شرکت ما در هر بخش یک بویلر برقی جهت تأمین آب جوش وجود دارد، یک سینی لبه دار نیز جهت نگهداری آب ناشی از سر ریز بویلر زیر آن قرار داده می شود. آب سر ریز شده اگر تخلیه نشود می تواند منبع آلودگی یا خوردگی بیرونی بویلر شود. همکار مبتکر برای تخلیه این آب، یک سر یک برگ دستمال کاغذی که به صورت نوار پیچیده شده را درون آب گذاشته تا پس از مدتی شاهد خروج تدریجی و قطره قطره آب از درون سینی به سطل زیر آن از طریق دستمال کاغذی باشیم.

      یک ماشین ساده که بدون صرف هرگونه انرژی اضافی یک کار مفید برای ما انجام می دهد.
      به نظر شما انرژی لازم برای انتقال آب از سطح زیرین سینی تا لبه بالایی آن ( به ارتفاع حدود 4 سانتیمتر) از کجا تأمین می شود؟ در اینجا تکلیف قانون بقای انرژی چیست؟

      همانطور که مشغول تماشای این ابتکار جالب بودیم، او گفت می توان به راحتی سرعت انتقال آب را نیز تغییر داد، و با جابجایی اندک دستمال کاغذی این اتفاق افتاد و شاهد ریزش کندتر قطرات آب بودیم. پرسیدیم چگونه این اتفاق می افتد. او که یک ظرف بزرگ میوه و شیرینی در دست داشت، گفت: فعلاً وقت ندارم ، مهمانان بی صبرانه منتظرند، بعداً سر فرصت دلایل فیزیکی آنرا برایتان توضیح می دهم.

      به نظر شما او چگونه توانست براحتی سرعت ریزش قطرات آب را تغییر دهد؟

    Viewing 1 replies (of 1 total)
    • Author
      Replies
    • #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.

      Viewing 1 replies (of 1 total)
      • You must be logged in to reply to this topic.