سنتعرف في هذه التجربة على حيلة سهلة التنفيذ تُمَكّننا من إبقاء الشمعة مشتعلةً وهي تحت سطح الماء الموجود في الوعاء الذي هي فيه. يجب إشراف شخص بالغ عند إجراء التجربة.
المواد والأدوات
- شمعة سميكة
- ماء
- كأس أو طشت (يفضل الطشت)
- ماء أو أي سائل آخر نريد ضخه داخل الكأس ولكن ليس مشروباً فواراً
- عيدان ثقاب أو ولاعة
مجرى التجربة
يمكنكم مشاهدة مجرى التجربة في المقطع التالي:
ملاحظة: تم عرض الجزء الأخير من مقطع الفيديو والذي نشاهد فيه الشمعة مشتعلةً بالعرض السريع. واقعياً استمرت عملية الاشتعال المعروضة في المقطع مدة ما يقارب الساعة.
شرح
لكي نفهم كيف يمكن للتجربة أن تتحقق علينا أولاً أن نفهم مبدأ عمل الشمعة.
المادّة التي تحترق عند اشتعال الشمعة هو مادة الشمع (بالإضافة للفتيلة أو الخيط الذي يحترق هو الآخر بشكل تدريجي). مادة الشمع صلبة ولكي تشتعل يجب أن تتغير حالة تراكمها إلى الحالة الغازية - أي أن الشمع في حالته الغازية هو الذي يحترق. في الواقع، إذا نظرنا إلى لهب الشمعة بتمعن سنشاهده يحلق حول الفتيلة ولا يمسّها؛ لأن ما يحترق هي الغازات المنبعثة من الشمعة عن طريق الفتيلة.
يجب تسخين مادة الشمع لتحويل حالتها التراكمية من الصلبة إلى الغازية التي يمكن للاشتعال فيها أن يحصل. عند إشعال الشمعة، تعمل النار الحارّة التي في الفتيلة المتّقِدة على تسخين مادة الشمع التي تحت اللهب وتؤدي إلى تغيير حالتها التراكمية من الصلبة إلى السائلة، تماماً كما يحصل للجليد الذي يتحول إلى ماء سائل عندما يَسخُن. يمكننا مشاهدة مادة الشمع السائلة في الطرف العلوي لأي شمعة مشتعلة، تحت الفتيلة تماماً. يتم امتصاص مادة الشمع السائلة من قِبَل الفتيلة فتصعد عبرها بتأثير القوة الشعرية وتزداد حرارتها بسبب قربها من الناروتتبخر وتتحول إلى شمع في الحالة الغازية، ومن ثم تحترق وتكمل دائرة اتّقاد الشمعة.
عندما توجد الشمعة في وعاء فيه ماء فإن الماء يُبَرّد جدرانها، ولذلك لا تتغيّر الحالة التراكمية لمادة الشمع التي في جدران الشمعة ولا تشتعل. تبقى مادة الشمع التي في الجدران صلبةً وما يشتعل هو مادة الشمع التي تحت الفتيلة. بالإضافة إلى ذلك، يعيق التوتّر السطحي للماء (وهو عبارة عن غشاء متين غير مرئي موجود في طبقة الماء الأولى) تزحلق الماء إلى ما وراء حافة الشمعة وجريانه إلى الداخل. عندما نجري التجربة يمكننا مشاهدة فِعلَ التوتّر السطحي عندما ينخفض ارتفاع الشمعة إلى ما تحت سطح الماء، حيث سنرى أن الماء "معقود" حول الشمعة ولا يجري إلى داخلها.
لضمان نجاح التجربة يستحسن استعمال شمعة سميكة نسبياً وذلك لتكون جدران الشمعة بعيدة عن اللهب. في حالة عدم التصاق الشمعة جيداً بأرضية الوعاء أو الكأس يمكننا استعمال الصمغ المضاد للماء (كالصمغ الحار) بدلاً من مادة الشمع لإلصاق الشمعة. كما ويستحسن أن توجد الشمعة في مكان بعيد عن مهبّ الريح؛ لأن هبوب الريح قد يؤدي إلى تأرجح اللهب نحو جدران الشمعة فتسخن الجدران على الرغم من وجود الماء، فتتحول مادة الشمع التي تُكَوّنها من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة، وعندئذ لن تصمد الجدران أمام جريان الماء الذي سيدخل ويطفئ النار. يستمر اشتعال الشمعة تحت الماء عادةً لمدة ساعة إلى ساعة ونصف الساعة، وذلك إلى أن تسخن الجدران في نهاية الأمر ويتم اختراقها.
الشمعة في نهاية التجربة
من الجدير ذكره:
نقترح عليكم تجربة لطيفة أخرى باستعمال الماء والشمعات: الشمعة التي "تضخ" الماء في الكأس.
الترجمة للعربيّة: خالد مصالحة