في هذه التَّجربة سَنَجعَلُ الزَّبيب يرقُصُ للأَعلى وللأَسفل داخِلَ الكأس.
الأَدَوَات
- زبيبٌ أو عنّابيّة (يجبُ استعمال زبيب داكِنٍ وجافّ)
- ماء الصُّودا
- كأس شفَّافَة
سَير التَّجربة
يمكن رؤية سَير التَّجربة من خلال الفيلم القصير التّالي:
الشَّرحُ
عملَ العالم اليونانيّ أَرخميدس، الّذي عاش قبل 2250 سنةً، كثيرًا في الرِّياضيَّات والفيزياء، ومن بين اكتشفاته الكثيرة فقد حدَّدَ أَيضًا "قانون الطَّفو لأَرخميدس". والّذي يحدِّدُ من ضمنِ ما يحدِّدُهُ، متى ترسُبُ الأَجسام ومتى تطفو في السَّائل.
القيمة المهمَّة بالنِّسبة لطفو الأَجسام هو كثافتها ( المسمَّاة أَيضًا "الوزن النَّوعيّ")، والمـُعرَّفة كنسبة بين كتلة الجسم وحجمه. على سبيل المثال: إذا كانت كتلة جسم معيّنٍ 12 غرامًا، وحجمه 2 سم مكعّب، فستكون كثافته إِذًا 12/2، أي 6 غرام لكلّ سم مكعّب. ولأَنَّ حجم غرام واحد مِنَ الماء هو 1سم مكعَّب، فإِنَّ كثافة الماء هي 1 غرام لكلِّ سم مكعَّب.
من أَجل معرفة هل يرسب جسم في السَّائل أَو يطفو فيه، فَبِبَسَاطةٍ نقارن بين كثافته وكثافة السّائل. إذا كانت كثافته أَعلى من كثافة السَّائل، فإِنَّهُ يرسُبُ؛ وإِذا كانت كثافته أَقلّ مِن كثافة السَّائل، فإِنَّه يطفُو.
ولأَن كثافة الزّبيب والعنّابيّة أَعلى من كثافة الماء، فإِنّهُ يَرسُبُ في قاع كأس الصُّودا- المكوّنة بالأَساس مِنَ الماء.
لكنَّ الصُّودا ليست مجرَّد ماء، إِنَّما ماء مُذابٌ فيه غاز ثاني أُكسيد الكربون (CO2). يبقى الغاز ذائبًا في الماء طالما أَنَّ فوقه غاز ثاني أُكسيد الكربون إضافيّ يضغطه (قانون هنري – المسمَّى على اسم مكتشفه، يحدِّدُ شروط إِذابة الغازات في السَّوائل). هذا هو الوضع السَّائد داخل كلِّ قنّينة مشروب غازيّ. عند فتح قنّينة صودا أَو مشروب فوَّار آخر، يتحرَّرُ الغاز الموجود في القنّينة وفوق المشروب (نسمَعُ ذلك من خلال "تسسسس..." المنطلِق لحظةَ فتح السَّدَّادة)، ونتيجةَ ذلك يبدأ الغاز المذاب في الماء أَيضًا بالتَّحرُّرِ خارجًا – على شكلِ فقّاعات.
ولأَنَّ كثافة الغاز أَقلّ بكثير من كثافة الماء، تطفو فقّاعات الغاز، أي تُدفع بقوَّةٍ للأَعلى باتِّجاه حافّة الكأس. (لقد صَاغَ أَرخميدس القانون الّذي يحدِّدُ شدَّة القُوّة الّتي تدفع الأَجسام باتِّجاه الأَعلى- قُوّة الطَّفو، للتَّوسُّع جرِّبوا التَّطبيق طفو الأَجسام). يتراكَمُ جُزءٌ مِن فقّاعات الصُّودا على أَسطُحِ الزَّبيب المشقَّقَة. يساعِدُ المبنى "المجعّد" للزّبيب أَيضًا في انطلاق فقّاعات الغازات، أو أَن تتكوَّنَ على سطح الزَّبيبة (تمامًا كما في تجربة المنتوس والكولا، لكن هناك تتحرَّرُ كُلُّ الغازات مِنَ الكولا دُفعةً واحدة).
في مرحلة معيّنة، يتغطَّى كُلُّ الزّبيب بالكثير من فقّاعات الغاز لدرجة أن تصبح قوّةُ الطَّفو المؤثّرة عليه قَوِيَّةً بما فيه الكفاية، كي تجعَلَهُ يطفُو للأَعلى. تُذكِّر العمليَّة بشخصٍ مع عوَّاماتٍ في البركة، تدفَعُهُ العَوَّامات إِلى الأَعلى وتمنعُهُ مِنَ الرُّسُوب.
عندما يَصِلُ الزَّبيب إِلى الأَعلى، تنفَجِرُ الفقّاعات الّتي تُحيط به وتتَّحِدُ مَعَ الهواء الخارجيّ. تتقَلَّصُ قوّة الطّفو المؤثّرة عليه ويرسُبُ مرّةً أُخرى إلى قاعِ الكأس، وهكذا دواليك.
منَ الجَديرِ بالذكر
عندما تتواجد الغوَّاصات في أَعماقِ البحر وتريد إِرسال إِشارة إلى سطحِ الماء (إشارة استغاثةٍ مثلًا)، فإِنَّها تستعمِلُ عادةً بالونَ طَفو ترتَبِطُ بِهِ الرِّسالة. مثل فقّاعات الصُّودا الّتي تحمِلُ الزَّبيب في التّجربة الحاليَّة. تحمِلُ العوَّامة الرِّسالة مِنَ الغوَّاصة وتصعد بها إلى سطح الماء.
الترجمة للعربيّة: بنان مواسي