موائع لزجة غريبة
المؤلف:
جيرل ووكر
المصدر:
سيرك الفيزياء الطائر
الجزء والصفحة:
ص309
2025-08-05
277
لماذا يتدفق الكاتشب بسهولة أكبر من الزجاجة إذا رُجت أولاً؟ ربما لاحظت هذه النتيجة إذا حاولت صب الكاتشب على الهمبورجر واكتشفت أن شخصًا آخر على الطاولة كان قد رج الزجاجة للتو، في هذه الحالة سيكون الكاتشب في النهاية أكثر من الهمبورجر الموجود في الطبق.
لماذا يتدفق الحبر بسهولة من القلم الجاف عندما تستخدم القلم ولا يتدفق عندما يكون القلم في جيبك أو في حقيبتك؟ لماذا الدهان أحادي الطبقة يتدفق بسهولة على الحائط ولا يتدفّق ثانية من الحائط وينزل على الأرض ؟ لماذا يُفرد الزبد على الخُبز الموجود في درجة حرارة الغرفة باستخدام السكين ولا يسيح من تلقاء نفسه؟ لماذا مزيج الماء والنشا الثقيل من الصعب تقليبه إذا حاولت التقليب بسرعة لكن من السهل تقليبه إذا قلبته ببطء؟ لماذا يكون معجون السيليكون الذي يُباع تحت اسم العلامة التجارية سيلي باتي) أو المزيج المشتق من الكحول متعدد الفينيل (الذي يُباع تحت اسم العلامة التجارية سلايم) صلبًا إذا ضربته، ومطاطًا للغاية إذا ارتد من الأرض، ومائعًا عند تدليته على قضيب؟
الجواب: ترجع الخواص الغريبة لهذه الموائع المتنوعة إلى «اللزوجة»، ويُقصد بها مدى سهولة أو صعوبة تدفق المائع. على سبيل المثال، يمتاز الدبس البارد بلزوجة عالية ويتدفّق ببطء، في حين يمتاز الماء بلزوجة أقل ويتدفّق بسهولة. تعتمد لزوجة معظم الموائع على الحرارة، إلا أن معظم الموائع تتمتَّع بدرجة لزوجة معينة في درجة حرارة محددة. ويُطلق على هذه الموائع «الموائع النيوتنية».
أما النوع الثاني من الموائع فيُطلق عليه الموائع غير النيوتنية؛ لأنَّ لزوجتها تعتمد على طريقة دفعها إلى التدفق مثال على ذلك الكاتشب؛ فإذا تُرك مستقرا لفترة، فستكون لزوجته عالية، مما يجعل من الصعب صبه من زجاجة ذات فتحة صغيرة. أما عند ربه أو تقليبه لثوان، فستنخفض لزوجته على نحو ملحوظ . ولذلك، لجعل الكاتشب يتدفق بسهولة من الزجاجة يُمكنك رجها عدة مرات؛ فالرجُ يجعل أجزاءً من الكاتشب تنزلق بعضها على بعض، وهذه الحركة النسبية (يُطلق عليها «القص») تفكك على الأرجح الجزيئات الطويلة السلسلة المتداخلة في خليط الكاتشب، مما يسمح بسهولة التدفق. وعندما يُقلّل القص من لزوجة المائع، يُقال على المائع إنه «متميع بالرَّج» أو «مُترفق بالقص». والحبر الموجود في القلم الجاف والدهان أحادي الطبقة، والزبد كلها أمثلة على موائع تترقَّق بالقص؛ فعند الضغط عليها من خلال كرة القلم أو الفرشاة أو السكين يُقلّل الضغط ومحاولة الحركة من لزوجتها وتتدفّق المواد بسهولة كبيرة. وبمجرد توقف الضغط ومحاولة التحريك تُصبح اللزوجة مرة أخرى أكبر من القدرة على التدفق.
يوصف هذا المزيج الثخين من النشا والماء بأنه مائع «مُثخن بالقص»؛ لأن التحريك الخفيف للمزيج يزيد من لزوجته. لا يُظهر مزيج الماء والنشا الخفيف هذا التأثير. وإذا ضربت المزيج الثخين براحة يدك فإن الحركة النسبة تزيد على الفور لزوجته كثيرًا حتى إن المزيج يُصبح شبة صلب ولا يُطرطش بالتأكيد، إلا أنَّ هذه اللزوجة والقدرة على التدفق تعود على نحو شبه فوري والزيادة اللحظية في اللزوجة تعود على الأرجح إلى اتِّخاذ جزيئات النشا وضعية عمودية على اتِّجاه التدفّق؛ ومن ثم توقف التدفق سريعا. وبمجرد اختفاء محاولة التدفق تختفي هذه الوضعية. وإذا ألقيت حفنة من المزيج الثخين على الأرض، فسيكون شبه صلب أثناء التصادم لكنه سيتدفّق على الأرض بعد ذلك. وإذا غرست قضيبًا عريضًا للغاية أو ملعقة كبيرة جدًّا في المزيج ثم سحبت القضيب أو الملعقة لأعلى فقد تتمكن من رفع الخليط والوعاء ولو للحظة.
ومعجون سيلي باتي وسلايم كلاهما من الموائع غير النيوتنية اللزجة. فإذا وُضِعا في وضع متدل على قضيب كي تسحبهما الجاذبية برفق، فسوف يتدفقان لأسفل. وعند التعرض لقوة أكبر وأكثر مفاجأة كما في التصادم، فإن هذه المواد تتصرف مثل الكرة البلاستيكية؛ لأن الجزيئات الطويلة في المادة تلتف وتتصرف مثل النوابض. وعند استخدام قدر أكبر من القوة فإنها تنكسر. على سبيل المثال، إذا سحبت فجأةً طرقي حزمة من معجون سيلي باتي في اتجاهين مُتعارضين، فسوف تنكسر الحزمة على نحو يشبه كثيرًا انكسار قضيب معدني يُسحَب في اتجاهين مُتعارضين. ويمكنك أيضًا قطع سيلي باتي وسلايم بالمقص؛ فمع الضغط الكبير المفاجئ لشفرتي المقص ينقُص المائع ومِن ثَمَّ يُصبح المائع صلبًا وهشًا.
ممكن أن ترى تأثيرًا آخر غريبًا إذا دفعت سيلي باتي في أنبوب أجوف؛ فعندما يخرج من الطرف الآخر يتمدد على النحو الذي يُعرَف باسم «انتفاخ القالب». ويحدث هذا التمدد؛ لأن الجزيئات الطويلة ترتد أثناء انبثاقها من الأنبوب، وذلك بعد أن تكون قد تعرضت للانضغاط خلال دفع المادة عبر جدران الأنبوب.
وتستطيع أنواع أخرى من الموائع غير النيوتنية التدفق خارج الأوعية كما يتدفق الماء من السيفون. فإذا جذبت جزءًا من المائع لأعلى جانب الكأس الزجاجي وسحبت ذلك الجزء عبر الحافة، فإن تدفقه . خارج الكأس الزجاجي يمكن أن يسحب بقية المادة لأعلى وعبر الحافة.
الاكثر قراءة في الميكانيك
اخر الاخبار
اخبار العتبة العباسية المقدسة
