فضولي الأطفال هي سلسلة للأطفال من جميع الأعمار. إذا كان لديك سؤال تريد أن يجيب عليه خبير ، فأرسله إلى [email protected].
هل ترتدي مزرعة سائل أم صلب؟ – غابرييل ، سن 8 ، ديلاند ، فلوريدا
تخيل أنك تتناول العشاء. تحاول صب بعض خلع الملابس على صحنك لتغمس الخضار الخاصة بك. يمكنك توجيه الحاوية رأسًا على عقب ، لكن لا شيء يخرج. يبدو وكأنه صلبة.
لذلك تهز الزجاجة لأعلى ولأسفل ، وضمة كبيرة من خلع الملابس تتدفق وتضرب طبقك. يبدو وكأنه سائل.
لكن ارتداء الملابس لا ينتشر في جميع أنحاء اللوحة ، مثل الحليب أو أي سائل آخر إذا انسكبتها. بدلاً من ذلك ، يحافظ على بعض الشكل ، مثل الخضار على صحنك. يبدو وكأنه صلبة.
ولكن في كل مرة تغرق فيها الجزرة الصلبة أو الكرفس في نقطة ارتداء الملابس ، فإنه يشوه شكل النقطة قليلاً. يمكنك حتى تشويه ونشر النقطة ، لكن شكل وتصلب الكرفس لا يتأثر بهذه اللعبة. يبدو وكأنه سائل.
إذن ، هل ترتدي مزرعة سائل وصلب؟ أم أنها لا؟
أنا أستاذ فيزياء الفيزياء والفيزياء الحيوية ، ويركز بحثي على فهم مواد اسفنجي التي لها خصائص سائلة وصلب. الفيزيائيون يطلقون على هذه المواد المادة الناعمة. في مختبري ، نتحقق من ما الذي يجعل المواد البيولوجية مثل الجلد و snot quishy-وكيف يمكننا إنشاء مواد مستوحاة من الحيوية والتي لها نفس الخصائص الرائعة. أستضيف أيضًا قناة وسائل التواصل الاجتماعي ، ماما الفيزياء ، حيث أطرح أنا وابني وأجيبوا على أسئلة حول فيزياء الحياة اليومية.
الحالات الأساسية للمادة
لمعرفة ما يجري مع خلع الملابس في مزرعة ، تحتاج إلى فهم ماهية حالات المادة المختلفة وما الذي يجعل كل واحدة فريدة من نوعها. “Matter” هي مجرد الكلمة العلمية لـ “الأشياء” ، وهو أي شيء يتكون من لبنات البناء المجهرية المسمى Atoms والتي لها كتلة.
ربما تعلمت في المدرسة أن هناك ثلاث حالات للمادة: صلبة وسائلة وغاز. فكر في مكعب الثلج ، بركة من الماء والضباب. ربما تعلمت أيضًا عن دولة رابعة ، والمعروفة باسم البلازما.
يتم تعريف هذه الحالات المختلفة من خلال كيفية تفاعل الجزيئات الصغيرة للغاية التي تشكل الأمر مع بعضها البعض. هذه الجزيئات صغيرة جدًا بحيث لا يمكنك رؤيتها بعيون عارية. لكن تفاعلاتهم غير المرئية تحدد خصائص المواد التي يمكنك رؤيتها.
ترتبط الجزيئات في صلبة جسديًا ببعضها البعض بطريقة تمنعهم من التحرك بالنسبة إلى بعضها البعض. هذا هو ما يجعل المواد الصلبة صلبة وقادرة على الحفاظ على شكل ثابت.
الجزيئات في السائل ، من ناحية أخرى ، لا ترتبط ببعضها البعض. يمكنهم التحرك ، ويتجولون في بعضهم البعض ويخلطون أنفسهم. حرية الحركة هذه هي ما يسمح للسائل بأخذ شكل أي حاوية موجود فيه.
الجزيئات في الغاز مجانية تمامًا في التحرك دون أن تصطدم بالجزيئات الأخرى في الغاز كثيرًا. مثل السائل ، سيأخذ الغاز شكل أي حاوية موجود وليس له شكل ثابت. ولكن على عكس السوائل والمواد الصلبة ، يمكن للغازات أيضًا تغيير حجمها أو حجمها.
البلازما تشبه الغاز ولكن لديه المزيد من الطاقة. تسبب هذه الطاقة أجزاء الجزيئات المشحونة كهربائياً ، والتي تسمى البروتونات والإلكترونات ، في الانهيار. الشمس والنجوم هي أمثلة على البلازما ، وكذلك المادة التي تجعل علامات النيون توهج.
المرونة واللزوجة
في حين أن المواد الصلبة تحمل شكلها ، فهي ليست جامدة تماما. تتصرف الروابط بين الجزيئات مثل الينابيع الصغيرة ، مما يجعل المواد الصلبة مرنة. إذا دفعت إلى صلبة ، فسيتم تشويهها – لكنها سترتد إلى حالتها الأصلية عندما تتوقف عن الدفع ، مثل مرتبةك عندما ترتد على سريرك. بالطبع ، يحدث هذا على المستوى الجزيئي ، لذلك لا يمكنك رؤيته يحدث.
وعلى الرغم من أن السوائل تتغير بسهولة الشكل ، إلا أنها تقاوم هذا التغيير بسبب الاحتكاك بين الجزيئات السائلة أثناء محاولتهم التغلب على بعضهم البعض. هذا الاحتكاك يسمى اللزوجة. السوائل مثل العسل أو الشراب أكثر لزوجة من السوائل مثل الحليب أو الماء ، مما يجعلها أكثر صعوبة في التحريك. تخيل محاولة السباحة في بركة سباحة من العسل – لذيذ ولكنه صعب.
الدولة الخامسة
ارتداء ملابس المزرعة هو في الواقع حالة من المادة الخامسة المعروفة باسم المادة الناعمة. يمكن أن يكون للمادة اللينة خصائص من كل من السوائل والمواد الصلبة ، لذلك يقول علماء المواد إنها لزجة – مزيج من لزج ومرنة. ومن الأمثلة الشائعة الأخرى للمادة الناعمة الزبادي ، عجينة ملفات تعريف الارتباط ، الشامبو ، معجون الأسنان ، المعجون السخيف ، الخاطف ، الوحل والصقيع.
هذه المواد ليست صلبة تمامًا وليست سائلة تمامًا – إنها قليلاً من الاثنين. يمكنك صب الشامبو من زجاجة ، ولكن إذا وضعت قليلاً بين أصابعك وتفكيكها ، فسيتمتد بين أصابعك. يمكن لعجينة ملفات تعريف الارتباط أن تحمل شكلها الخاص ، ولكن إذا دفعت إليه ، فإنه يتشوه ولا يرتد مرة أخرى.
تظهر العديد من المواد المرنة اللزجة ترقق القص ، مما يعني أن لزوجتها تقلل كلما زاد تحريكها. هذا هو السبب في أن هز زجاجة صلصة المزرعة أو الكاتشب يتيح لك صبها-على الرغم من أنه قبل أن تهتز كان يشبه إلى حد كبير مغادرة الزجاجة. هذا هو السبب أيضًا في أن الزبادي الذي يبدو صلبًا وقادرًا على الحفاظ على شكله يصبح أكثر شبهاً بالسائل عند تحريكه بسرعة.
يمكن للمواد الاسفنجي أيضًا أن تظهر سماكة القص – فهي تصبح أكثر صلابة كلما حاولت تشويهها. هذه هي الطريقة التي يعمل بها Oobleck ، مزيج بسيط من نشا الذرة والماء. يمكنك صبها ببطء وتغمر يدك فيه ، مثل أي سائل آخر ، ولكن إذا ضغطت عليه أو هزته.
نوع مختلف من الجزيئات
والسبب في أن هذه المواد التي تحتوي على خصائص سائلة وصلب هي أنها مصنوعة من البوليمرات: جزيئات طويلة تشبه السلسلة. تتشابك هذه السلاسل الطويلة ، مثل وعاء من السباغيتي ، لذلك فهي متصلة نوعًا ما ، مثل الجزيئات في مادة صلبة ، ولكنها أيضًا حرة في التغلب على بعضها البعض ، مثل الجزيئات في السائل.
يحتوي معظم خلع الملابس المزروعة التي تم شراؤها على زانثام ، وهو بوليمر طبيعي يستخدم لتكثيف العديد من الأطعمة.
لذلك في المرة القادمة التي تحاول فيها صب ملابس المزرعة الخاصة بك من الزجاجة ، يمكنك أن تتخيل بوليمرات Xantham Gum كلها متشابكة مع بعضها البعض ، مما يجعل ارتداء الملابس يتصرف مثل الصلبة. عندما تهز الزجاجة ، فأنت تفكيك البوليمرات بحيث تنزلق وتدفق عبر بعضها البعض ، مما يسمح للخلع بالتدفق بسهولة من الزجاجة وعلى صحنك.
مرحبا يا أطفال فضوليين! هل لديك سؤال تريد أن يجيب عليه خبير؟ اطلب من شخص بالغ إرسال سؤالك إلى [email protected]. من فضلك قل لنا اسمك وعمرك والمدينة التي تعيش فيها.
وبما أن الفضول ليس له الحد الأقصى للسن – البالغين ، فأخبرنا بما تتساءل أيضًا. لن نتمكن من الإجابة على كل سؤال ، لكننا سنبذل قصارى جهدنا.
يتم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة ، وهي مؤسسة إخبارية مستقلة غير ربحية تجلب لك الحقائق والتحليلات الجديرة بالثقة لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد. كتبه: راي روبرتسون أندرسون ، جامعة سان دييغو
اقرأ المزيد:
يتلقى Rae Robertson-Anderson تمويلًا من مؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية ، ومكتب القوات الجوية للبحوث العلمية ، والمعاهد الوطنية للصحة.