٠٨/٠٢/٢٠٠٤

 (لمزيد من المعلومات)

ما الذي يجعل الكرات ترتفع وتهبط باختلاف درجات الحرارة؟ هل هذا مرتبط فقط بدفعه أرشميدس أو بالمادة التي تحتويها كل منها؟ وإن كان ذلك هو السبب، فما هي تلك المواد؟

---

٠٢/٠٣/٢٠٠٤

 (لمزيد من المعلومات)

إن تمدد سائل العمود هو الذي يجعل ترمومتر جاليليو حساساً حين ترتفع درجة الحرارة ويتمدد السائل، يقل الكتلة الحجمية وبالتالي فإن قوة دفع أرشميدس التي يطبعها السائل على الكرات تقل هي الأخرى: فتميل الكرات إلى الهبوط. في الواقع كل كرة لها حجمها وكتلتها الحجمية التي تسمح لها بأن تكون في توازن "بين مائين" عند درجة الحرارة المبينة في هذا الوقت، تكون دفعة أرشميدس (التي تعتمد على الحجم) مساوية للوزن (الذي يعتمد على الكتلة). ويمكننا تخيل أن تتمدد الكرات أيضاً حين ترتفع درجة الحرارة وسيكون من أثر ذلك أن ترتفع هي الأخرى …. في الواقع إنها تتمدد هي أيضاً ولكن أقل بكثير من السائل في العامود. وفى أحد النماذج التجارية المتداولة، الكرات مصنوعة من الزجاج (ومثقلة بالمعدن) والقناة أو الأنبوبة مملوءة بزيت معدني (كالبرافين) هيأ لي بالفعل أن حركة الكرات ترجع إلى قوة دفع أرشميدس فقط. فالكرات راسخة، كتلتها ووزنها وحجمها ثابت (ومن المنطقي أن نعتبر أن تغير في بعض الدرجات لا يغير من الحجم بطريقة ملحوظة) على العكس من ذلك، فإن قوة دفع أرشميدس تختلف مع اختلاف الحرارة حيث أن شدتها المساوية لوزن الحجم (الثابت) للماء المتنقل (أو المتبدل) تعتمد على كتلة هذا الحجم والذي نسميه أيضاً الكتلة الحجمية (ويساوى الكثافة). فحين نقوم بتسخين كتلة ماء فأنها تتمدد (انظر السؤال على كيفية صنع الترمومتر) وتتناقص الكتلة الحجمية. وبالتالي، تتناقص الدفعة هي الأخرى، فيصبح وزن الكرة هو الأكبر، فتهبط إلى آخر العمود. أما الألوان فهي مظهر جمالي. وهذا الجهاز في غاية الحساسية. ولكل كرة درجة حرارة توافقه (مبنية على حلية بيضاوية) ويجب على الصانع أن يتأكد من ثقل الكرة جيداً لكي يحقق التوازن بين وزنها وكتلة الماء المستبدلة في درجة الحرارة المتماشية معها. فتغيير حقيقي في درجة الحرارة (١ ه م) يكفى لأن يجعل الكرة تهبط أو تصعد. ويمكننا نحدث الحركة إذا ما ضممنا الأنبوبة بين يدينا (بلطف). يتكون ترمومتر جاليليو من قارورة كبيرة بها سائل وداخل السائل توجد كرات من الزجاج (السائل غالباً ما يكون ملون) وملصق يبين درجة الحرارة. وأنه لمثل موضح لقوة دفع أرشميدس: كل جسم مغمور في سائل يتلقى قوة دفع من الأسفل إلى الأعلى مساوية لوزن حجم السائل المنتقل . وللكرات حجم معين يمكننا اعتباره مستقلا عن الحرارة (حيث أن ما بها ليس سائلاً فحسب بل غاز أيضاً) كما أن لها كتلة مستقلة بالطبع عن الحرارة وبالتالي فإن كتلتها الحجمية هي الأخرى شبه مستقلة عن الحرارة على عكس السائل الذي تسبح فيه. كما أن مختلف الكرات مملوءة إلى حد ما بحيث يكون كتلتها الحجمية متطابقة مع الكتلة الحجمية لسائل القارورة في مختلف درجات الحرارة: حيث أنه يتمدد بالسخونة وتقل كتلته الحجمية حين ترتفع درجات الحرارة. فبالنسبة لمجال استخدام الترمومتر، لدينا سائل به عديد من الكرات بعضها أكثر كثافة منه (التي تسقط في القاع) وأخرى أقل كثافة (التي تطفو) وتقع الحرارة بين تلك المشار إليها من أدناها "من الأعلى" (وحيث أن الترمومتر ضيق، لا يمكن لكل الكرات العائمة أن تصل إلى السطح). ومن أعلاها " من الأسفل " (آخر كرة جرت). وإذا ما أخذنا الترمومتر بين أيدينا لنسخنه سوف نجد أن أدنى الكرات من الأعلى تبدأ في الهبوط لتلحق بالكرات في الأسفل. فإن سائل القارورة يصبح أقل كثافة، وهذه الكرة التي كانت حتى الآن تطفو لا تصلها قوة دفع أرشميدس كافية (حيث أن وزن حجم السائل المتنقل قد قل). ويبدأ إذن السائل في السيلان. وتصبح أدنى الكرات من الأعلى تصبح تلك التي تتليها، التي تشير إلى درجة حرارة أكثر ارتفاعا.

---

٠٢/٠٣/٢٠٠٤

 (لمزيد من المعلومات)

هيأ لي بالفعل أن حركة الكرات ترجع إلى قوة دفع أرشميدس فقط. فالكرات راسخة، كتلتها ووزنها وحجمها ثابت (ومن المنطقي أن نعتبر أن تغير في بعض الدرجات لا يغير من الحجم بطريقة ملحوظة) على العكس من ذلك، فإن قوة دفع أرشميدس تختلف مع اختلاف الحرارة حيث أن شدتها المساوية لوزن الحجم (الثابت) للماء المتنقل (أو المتبدل) تعتمد على كتلة هذا الحجم والذي نسميه أيضاً الكتلة الحجمية (ويساوى الكثافة). فحين نقوم بتسخين كتلة ماء فأنها تتمدد (انظر السؤال على كيفية صنع الترمومتر) وتتناقص الكتلة الحجمية. وبالتالي، تتناقص الدفعة هي الأخرى، فيصبح وزن الكرة هو الأكبر، فتهبط إلى آخر العمود. أما الألوان فهي مظهر جمالي. وهذا الجهاز في غاية الحساسية. ولكل كرة درجة حرارة توافقه (مبنية على حلية بيضاوية) ويجب على الصانع أن يتأكد من ثقل الكرة جيداً لكي يحقق التوازن بين وزنها وكتلة الماء المستبدلة في درجة الحرارة المتماشية معها. فتغيير حقيقي في درجة الحرارة (١ ه م) يكفى لأن يجعل الكرة تهبط أو تصعد. ويمكننا نحدث الحركة إذا ما ضممنا الأنبوبة بين يدينا (بلطف).

---

٠٣/٠٣/٢٠٠٤

 (لمزيد من المعلومات)

يتكون ترمومتر جاليليو من قارورة كبيرة بها سائل وداخل السائل توجد كرات من الزجاج (السائل غالباً ما يكون ملون) وملصق يبين درجة الحرارة. وأنه لمثل موضح لقوة دفع أرشميدس: كل جسم مغمور في سائل يتلقى قوة دفع من الأسفل إلى الأعلى مساوية لوزن حجم السائل المنتقل . وللكرات حجم معين يمكننا اعتباره مستقلا عن الحرارة (حيث أن ما بها ليس سائلاً فحسب بل غاز أيضاً) كما أن لها كتلة مستقلة بالطبع عن الحرارة وبالتالي فإن كتلتها الحجمية هي الأخرى شبه مستقلة عن الحرارة على عكس السائل الذي تسبح فيه. كما أن مختلف الكرات مملوءة إلى حد ما بحيث يكون كتلتها الحجمية متطابقة مع الكتلة الحجمية لسائل القارورة في مختلف درجات الحرارة: حيث أنه يتمدد بالسخونة وتقل كتلته الحجمية حين ترتفع درجات الحرارة. فبالنسبة لمجال استخدام الترمومتر، لدينا سائل به عديد من الكرات بعضها أكثر كثافة منه (التي تسقط في القاع) وأخرى أقل كثافة (التي تطفو) وتقع الحرارة بين تلك المشار إليها من أدناها "من الأعلى" (وحيث أن الترمومتر ضيق، لا يمكن لكل الكرات العائمة أن تصل إلى السطح). ومن أعلاها " من الأسفل " (آخر كرة جرت). وإذا ما أخذنا الترمومتر بين أيدينا لنسخنه سوف نجد أن أدنى الكرات من الأعلى تبدأ في الهبوط لتلحق بالكرات في الأسفل. فإن سائل القارورة يصبح أقل كثافة، وهذه الكرة التي كانت حتى الآن تطفو لا تصلها قوة دفع أرشميدس كافية (حيث أن وزن حجم السائل المتنقل قد قل). ويبدأ إذن السائل في السيلان. وتصبح أدنى الكرات من الأعلى تصبح تلك التي تتليها، التي تشير إلى درجة حرارة أكثر ارتفاعا.