تسجيل الدخول

تسجيل

تجاذب حبوب الفطور (تأثير تشيريوز: تجاذب الأجسام العائمة على سطح السوائل عبر التوتر السطحي)

المؤلف:  جيرل ووكر

المصدر:  سيرك الفيزياء الطائر

الجزء والصفحة:  ص343

2025-08-09

537

إذا طفت حبتان بيضاويتان من حبوب الفطور المعروف باسم العلامة التجارية تشيريوز متقاربتان في طبق من اللبن فلماذا تتجاذبان؟ وإذا تركت الكثير من الحبوب البيضاوية طافية في اللبن في أماكن عشوائية، فلماذا تميل إلى التجمع خلال دقائق قليلة؟ لماذا تتجمع الحبيبات البيضاوية أيضًا على جوانب الطبق؟ وتُعرف هذه التأثيرات المختلفة في مجملها باسم «تأثير تشيريوز».

شكل 2-26 بند 2:85 حبتان بيضاويتان من حبوب الفطور طافيتان في اللبن.

الجواب: بجوار الشكل البيضاوي ينحني سطح اللبن لأعلى بسبب التوتر السطحي (انظر شكل 2-26)؛ أي إن انجذاب الماء في اللبن لجوانب الشكل البيضاوي يكفي لسحب الماء أعلى الشكل البيضاوي، على الرغم من السحب لأسفل بفعل قوة الجاذبية. وإذا اقترب شكلان بيضاويان أحدهما من الآخر فإن السطح بينهما يُصبح شديد الانحناء مما يضع قوةً على كل شكل منهما فيتجاذبان. ويمكن أيضًا شرح التجاذب في ضوء الطاقة؛ فالسطح المنحني يتطلب مزيدًا من الطاقة؛ ومن ثم يتقارب الشكلان البيضاويان لتسطيح السطح الموجود بينهما؛ ومن ثم تقل الطاقة.

وسطح السائل القريب من جدار الطبق مُقوّس أيضًا لأعلى بفعل التوتر السطحي، ولذلك عندما يقترب شكل بيضاوي من الجدار فإن السطح الوسيط يُصبح شديد الانحناء. ومن ثَمَّ تسحب القوة الشكل البيضاوي إلى الجدار. وإذا ملأت الطبق تماما باللبن ثم أضفت المزيد كي يكون سطح اللبن أعلى نسبيًّا من حافة الطبق، فإنَّ سطح السائل بالقرب من الحافة سينحني لأسفل، وعلى هذا النحو فإن الشكل البيضاوي الذي يقترب من الحافة يدفع بعيدًا عنها. وهذه الفيزياء هي أساس أحد تحديات الحوض الشائعة المتعلقة بطفو أحد الأشياء في كوب من الماء؛ حيث يُطرح هذا السؤال: هل يمكنك منع الشيء الطافي من البقاء بالقرب من جدار الكوب في نهاية المطاف؟ ويُمكن الشفرة موسى مسطحة مزدوجة الحافة أن تطفو في الماء إذا وضعت في الماء بحرص وعلى النقيض من حبوب الفطور البيضاوية، فإن شفرة الموسى تطفو أسفل مستوى الماء نسبيا، ومن ثم ينحني سطح الماء لأسفل ليُقابل الشفرة، رغم ذلك، إذا طفت شفرتا حلاقة متقاربتان فإن التوتر السطحي يجعلهما تتجاذبان بحيث يُصبح السطح الوسيط مسطحًا وتقل الطاقة.

وفي العموم، يُطلق على المادة «أليفة للماء» أي في العموم «مُحبَّة للماء») إذا كان الماء ينجذب لها، ويُطلق عليها «دفوع للماء» أي في العموم« كارهة للماء» إذا كان الماء لا ينجذب لها. وعند طفو شيئين أليفي الماء فإنهما سوف ينجذبان ولو على مسافة كبيرة، وسوف يتجاذب الشيئان كارها الماء أيضًا. إلَّا أن الشيء المحبَّ للماء والشيء الكاره للماء سوف يتنافران؛ لأنه إذا اقتربا فسوف يزيد انحناء سطح الماء، وهذا يتطلب طاقة.