٣١/٠١/٢٠٠٠

 (لمزيد من المعلومات)

بعدما وجد التلاميذ بطاقات تجارب بعنوان "براكين تحت سطح الماء"، قمنا بمجموعة من التجارب على خليط المياه الساخنة/ المياه الباردة. وتوصلنا إلى النتيجة التالية: "لا تستطيع هذه البطاقات تفسير كيفية وجود بركان نشط تحت سطح الماء. ولكنها توضح لنا ببساطة، أنه إذا وجدت ظاهرة كهذه بالفعل، سوف تصعد المياه الساخنة إلى سطح المياه الباردة". وسؤالنا يتمحور حول سبب هذه الظاهرة التي تمت ملاحظتها مرارًا والتي يمكن حدوثها وفقا للقواعد التجريبية المختلفة.

---

٠٣/٠٢/٢٠٠٠

 (لمزيد من المعلومات)

لإكمال إجابة ر.ا. إيست بخصوص المياه الساخنة والمياه الباردة، سأقدم لكم تجربة بسيطة تسمح لنا بملاحظة تمدد المياه. وتعتمد هذه التجربة على صنع ميزان حرارة مائي. ولتحقيق ذلك نقوم بوضع شفاطة طولها ١٠سم تقريبًا في عنق زجاجة، يتم سدها بإحكام باستخدام قطعة من الصلصال. ولقد قمت بعمل هذه التجربة باستخدام الأدوات المتوفرة لدي من قنينة زجاجية، وسدادة من الفلين قمت بثقبها لتسمح بمرور الشفاطة، والعجينة المُستخدمة لتثبيت الأوراق على الحائط (بلوتاك) لسد الزجاجة بإحكام. ويمكن كذلك استخدام قنينة بلاستيكية: سوف تفي بالغرض وسيكون تسخينها وتبريدها أكثر سهولة. وبعد ذلك، نقوم بملء الزجاجة بالماء قبل وضع الشفاطة والسدادة، مع مراعاة عدم السماح للهواء بالمرور من عنق الزجاجة. ثم نقوم بوضع الزجاجة في إناء به ماء ساخن. وبذلك سيتمدد الماء داخل الزجاجة ويصعد في الشفاطة. ويمكن ملاحظة ارتفاع مستوى الماء بداخل الشفاطة بوضوح أكثر، إذا ما كان الماء ملونا. وباستخدام زجاجة سعتها ٧٥ ملغ/ لتر وشفاطة قطرها ٥ مم، مع اختلاف في الحرارة يصل تقريبا إلى ٣٠ درجة، يرتفع مستوى الماء ٥ سم تقريبًا. وإذا كان الاختلاف الحراري فعليًّا٣٠ درجة، يصل ارتفاع مستوى الماء إلى ٦سم. وإذا استخدمنا زجاجة سعتها ١.٥ لتر، من المفروض أن نحصل على ارتفاع مزدوج في مستوى الماء.

---

٠٢/٠٢/٢٠٠٠

Anonyme

شكرًا جزيلاً لهذا الشرح. وبناء عليه، أقترح على التلاميذ التحقق من هذه الظاهرة بتسخين المياه، لملاحظة الحيز الذي تشغله مقارنة بالمياه الباردة، مع أنني لست متأكدة من مدى كفاية هذه التجربة علميًّا، لشرح ظاهرة الحيز الذي تشغله المياه الدافئة. فما هو رأيكم؟

---

٠٢/٠٢/٢٠٠٠

 (لمزيد من المعلومات)

أعتقد أن هذه التجربة صحيحة علميًّا، وبالرغم من ذلك، لست متأكدًا من أنه يمكن قياس التغير في الحجم. فأنا لا أعرف أية قواعد يمكنها توضيح ذلك. ويجب الأخذ في الاعتبار، لأنني أغفلت ذكر ذلك في إجابتي الأولى، أن الماء البارد يكون أكثر كثافة من الماء الساخن فقط في نطاق ٤ ْ سيليزية إلى ١٠٠ ْ سيليزية. حيث إنه عندما ترتفع حرارته عن صفرْ سيليزية، تتواجد في السائل حوالي ٦٠ مجموعة من جزيئات الماء (التي يمكن تشبيهها بمكعبات ثلجية في غاية الصغر). وتكون كثافة الثلج في هذه الحالة (وكثافة تلك المكعبات الثلجية الصغيرة) أقل بكثير من كثافة الماء، وهذا شيء ثابت. وفي حالة ما ترتفع درجة حرارة الماء عن صفرْ سيليزية، تنفك هذه المجموعات تدريجيًّا، مما يتسبب في تقلص وانقباض الماء. في حين أنه بين صفرْ سيليزية و٤ ْ، تبقى هذه المجموعات بالقدر الكافي لتعويض وعكس تأثير التمدد الحراري المسئول عن ارتفاع كثافة الماء بين ٤ ْ و١٠٠ ْ. ونتيجة لذلك، تصل أعلى كثافة للماء عند ٤ ْ وليس عند صفرْ، كما هو مبين بشكل تقريبي في الجزء الأول من إجابتي، منذ بضعة أيام. والجدير بالذكر، أن هذه الظاهرة هي التي تحافظ على استمرار الحياة في أعماق البحيرات، في فصل الشتاء. لأنه إذا كانت المياه عند صفرْ هي الأكثر كثافة، لتجمدت البحيرات بكاملها بصورة أسهل مما هو عليه الآن. ولكن بفضل التأثير الموضح أعلاه، تقوم المياه عند صفرْ سيليزية بحماية طبقات الماء عند ٤ ْ وعزلها عن برودة الجو الخارجي، مما يمكـِّنها من البقاء سائلة أطول فترة ممكنة، حتى قدوم فصل الربيع التالي عادة.

---

٣١/٠١/٢٠٠٠

 (لمزيد من المعلومات)

عند تسخين المياه، تتحرك الجزيئات التي تكونها أكثر فأكثر، وبهذه الطريقة تشـغل حيزًا أكبر(وقياسًا على ذلك، حاولوا تخمين الفرق بين عدد أزواج راقصي "الروك أند رول" وعدد أزواج راقصي "السلو"، إذا قاموا بالرقص علي نفس الساحة دون أن يشعروا بالضيق). وعليه، يحتوي لتر واحد من المياه الساخنة (راقصي "الروك أند رول") على عدد أقـل من الجزيئات عن لتر واحد من المياه الباردة (راقصى "السلو"). إذاً ، لتر واحد من المياه الساخنة يكون أخف من لتر واحد من المياه الباردة. وبناء على ذلك، يمكن القول بأن المياه الساخنة أخف من المياه الباردة، وبالمثل، يكون الزيت أخف من الماء ويصعد إلى السطح، عندما نمزج السائلين معـًا. وهذه الظاهرة غريبة جدًّا. حيث إنه من المتوقع أن تمتزج المياه الساخنة بالمياه الباردة عند الالتقاء. ولكن هذا لا يحدث في الواقع، لأن جزيئات الماء تكون مترابطة جدًّا فيما بينها. وهذا ما يمكن ملاحظته عند التقاء نهرين ذي لونين مختلفين، أو عندما يصب نهر في البحر. ولكن في الحقيقة، الموضوع أكثر تعقيدًا من ذلك. حيث إنه من الأدق تبسيط مفهوم الخفة عن طريق استخدام المقدارين المتعادلين المسميان بكتلة وحدة الحجم (وحدة كج/ م٣) والكثافة (بدون وحدة)، واللذين يقل حجمهما في المياه الساخنة عنه في المياه الباردة (لأن المياه الساخنة تكون أقل كثافة من المياه الباردة).