هل تخيلت يومًا ما الذي يوجد داخل السحاب؟ هل تعلم أنك إن كُنت داخل إحدى السحب، سوف تبتل؟ يوجد أنواعٌ عديدةٌ من السحب، لكن هناك شيء مشترك واحد هو أن جميعها يتكون من الماء (أو الثلج). لكن كيف يتكون السحاب؟ وكيف يمكن للماء أن يطفو عاليًا في الهواء؟ في هذا النشاط سوف تصنع سحابتك الخاصة في إناء (برطمان) وتختبر بنفسك الظروف المطلوبة لتكوين السحب.
لكي نفهم تكوين السحب، لابد من فهم عملية (التبخر-Vaporization) وهي تحول الماء من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية، وعملية (التكثيف-Condensation) وهي تحول الماء من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة. إذا رأيت الماء وهو يغلي ذات مرة، فقد رأيت تحول الماء من الحالة السائلة إلى الغازية. في الحالة السائلة تقترب جزيئات الماء من بعضها البعض. هذا التقارب يسمح بتكوين (روابط هيدروجينية-Hydrogen bonds) بين جزيئاتها، مما يجعل كل جزيء من الماء مترابطًا مع الجزيئات الأخرى المحيطة به. يمكنك ملاحظة ذلك عند مراقبة قطرة من الماء على سطح مستوٍ. فبدلًا من أن تنتشر جزيئات الماء على ذلك السطح المستوي وتفترشه، فإنها تحافظ على شكلها المستدير. تتمكن تلك القطرة من الحفاظ على شكلها بسبب قوة الروابط الهيدروجينية بين جزيئاتها وبهذه القوة تتكون.
عندما تقوم بتسخين إناء من الماء، فإنك تمد كل واحد من جزيئات الماء بالطاقة. وعندما تصل تلك الطاقة إلى القدر الكافي، تستطيع هذه الجزيئات كسر الروابط بينها وتتصاعد في الصورة الغازية إلى الهواء. عندما تنطلق تلك الجزيئات من سطح الماء المغلي وتتصاعد فوق الإناء، فإنها تفقد طاقة (في صورة حرارة). وكنتيجة لذلك فإن جزيئات الماء الأبرد هذه (الأقل حرارة) تتكثف في صورة قطرات صغيرة من الماء، والذي نراه كبخار.
يتبِع تكوين السحاب ذات المبادئ الأساسية السابقة. فعندما يتصاعد الهواء الدافئ (حاملًا الرطوبة في صورة بخار الماء)، يتمدد ويبرد. وعندما يحدُث ذلك، يتكثف بخار الماء في صورته السائلة. هذا التكثيف هو نفسه الذي تجده على العشب أو زجاج السيارة في صباح الربيع. داخل السحاب تتشابك قطرات الماء تلك مع جزيئات صغيرة من الغبار تطفو في الهواء. وتتكون السحابة من تجمع مليارات من جزيئات الغبار المبتلة تلك!
في هذا النشاط سوف نُحاكي سويًا تكوين السحاب بتغيير درجة حرارة الماء سريعًا داخل برطمان. وسندرُس سويًا عدة متغيرات لتحديد العوامل المهمة في تشكيل السحب وظروف مختلفة لتحديد ما إذا كانت السحب ستتكون في السماء أم لا.
الأدوات
- مكان مُسطح للعمل (يمكن أن يبتل من أي ماء ينسكب)
- إناء زجاجي بغطاء محكم الغلق (مثل برطمان مُخلل نظيف)
- نصفُ كوبٍ من الماء الساخن جدًا (تعامل معه بحذر وبمساعدة الكبار)
- نصفُ كوبٍ من الماء البارد جدًا
- بخاخةُ رذاذ- Aerosol spray can
- وعاء من مكعبات الثلج
- قلم ثابت للتحديد أو قطعة من شريط للزينة
- قطعة من الورق المقوى الأسود لمساعدتك على تمييز السحابة (اختياري)
- ملونات طعام لجعل سحابتك تبرز أكثر (اختياري)
التحضير
- صُب نصف كوبٍ من الماء في الإناء (البرطمان) وحدد مستوى الماء بالقلم أو الشريط، ثم أفرغ الإناء.
- إذا اخترت استخدام الورق المقوى الأسود، ضعه مستندًا على حائط أو كتاب بالقرب من مكان إجرائك للتجربة. سيكون هذا الورق بمثابة خلفية، ولكن تذكر أنه لايمكنك تحريك الإناء بعد وضع الماء الساخن، فلابد أن تتأكد أن الورقة في وضع مناسب لمكان عملك.
- انزع الأغطية من على الإناء (البرطمان) وبخاخة الرذاذ استعدادا لاستخدامها.
- إذا اخترت استخدام ملونات الطعام لصبغ الماء، فضع قطرات قليلة في كل من الماء الساخن والبارد قبل البدء.
- جمع كل المواد ورتبهم في مكان عملك بحيث يسهل الوصول إليهم، فالتجربة تتطلب منك أن تكون سريعا لذا حضِر كل شيء قبل أن تبدأ.
- سخن الماء حتى الغليان (بمساعدة أحد من الكبار).
الخطوات
- صُب بحذر الماء المغلي في الإناء. لاحظ ما إذا كان مستوى الماء وصل إلى العلامة التي حددتها سابقًا، إذا لم يصل، انتبه أين بالتحديد وصل مستوى الماء عندما صببته. ماذا تلاحظ؟ هل ترى بخار يتصاعد؟
- رُش قليلًا من بخاخة الرذاذ بسرعة في الإناء، ثم أغلق الإناء بغطائه جيدًا. (بحذر، لأن البخار المتصاعد ساخن جدًا.) ماذا حدث عندما دخل الرذاذ إلى الإناء؟ هل لاحظت أي تغيير؟
- ضع مكعبات الثلج فوق غطاء الإناء.
- انتظر دقائق قليلة كي تُلاحظ ما يحدث داخل الإناء. ماذا تلاحظ؟ ما الاختلاف الذي حدث عندما أغلقت الإناء على الماء والرذاذ؟
- قبل فتح الغطاء، افحص مستوى الماء، هل تغير؟ ما الذي من المحتمل أن يكون سببًا في تغير مستوى الماء داخل الإناء؟
- قم برفع الغطاء عن الإناء ببطء وحذر.
- لاحظ الإناء المفتوح. ماذا تلاحظ؟ ماذا يحدُث داخله؟ هل يوجد شيء يخرج من الإناء؟ ما هذا؟
- بحذر أسقِط قليلًا من مكعبات الثلج في الإناء.
- راقب الإناء لبِضعة دقائق أخرى. هل غيرت مكعبات الثلج ما يحدث في الداخل؟ ماذا تغير؟
- صب الماء بحذر واغسل الإناء.
- كرر نفس الخطوات مع الماء البارد مُتبعًا نفس الخطوات.
- صُب الماء البارد بحذر. لاحظ ما إذا كان مستوى الماء وصل إلى العلامة التي حددتها سابقًا، إذا لم يصل، انتبه أين بالتحديد وصل مستوى الماء عندما صببته. ماذا تلاحظ؟ هل ترى بخارًا يتصاعد؟ لماذا لا نرى بخارًا يتصاعد من الماء البارد؟
- رُش قليلًا من بخاخة الرذاذ داخل الإناء، ثم أغلق الإناء بالغطاء. ماذا حدث عندما دخل الرذاذ؟ هل تلاحظ أي تغيير؟
- ضع مكعبات الثلج فوق غطاء الإناء.
- انتظر دقائق قليلة كي تُلاحظ ما يحدُث داخل الإناء. ماذا تلاحظ؟ ماذا تغير عندما أغلقت الإناء على الماء والرذاذ؟ كيف اختلفت التجربة مقارنةً بالأخرى عندما استخدمت الماء الساخن؟
- قبل فتح الإناء، لاحظ ما إذا كان مستوى الماء قد تغير منذ وضعت الماء البارد، ما الأسباب التي يُمكن أن تؤدي إلى تغيره؟
- قم بفتح الإناء ببطء وحذر.
- راقب الإناء المفتوح. ماذا تلاحظ؟ ماذا يحدث داخله؟ هل يوجد شيء يخرج من الإناء؟ لماذا أو لماذا لا؟
- نشاط إضافي: كرر هذه الخطوات مستخدمًا سوائل مختلفة (مثل العصير أو المياه الغازية). شاهد إذا ما كنت النتائج تختلف عن الماء. ما النتيجة، وما هو برأيك سبب الاختلاف؟
- نشاط إضافي: كرر هذا النشاط دون استخدام (بخاخة الرذاذ-(the aerosol spray. هل يجدي ذلك نفعًا؟ لماذا أو لماذا لا؟
الملاحظات والنتائج
- عندما أجريتَ تلك التجربة باستخدام الماء الساخن، هل لاحظت تكون السحاب؟ كان ذلك متوقعًا. عندما أعدت التجربة مستخدمًا الماء البارد، هل شاهدت سحابًا؟ بالطبع يجب ألا تكون قد رأيت سحابًا عند استخدامك للماء البارد، لإنك تحتاج حرارةً لكي تُكون قدرً كافٍ من بخار الماء فتُشكل سحابةً مرئية.
- لقد قمت في هذا النشاط بمُحاكاة تكون السحاب بواسطة التغيير السريع لدرجة حرارة الماء في الإناء. عندما صببتَ الماء الساخن في الإناء، أنتج ذلك الماء بخارًا؛ يرتفع ذلك البخار إلى أعلى، فيبرُد بواسطة مكعبات الثلج الموضوعة على الغطاء. وكنتيجة لذلك، يتكثف بخار الماء بسرعة في صورة قطرات ماء صغيرة جدًا في أعلى الإناء. لمُحاكاة جزيئات الغبار التي تُكون السحب في الجو، استخدمنا نحن بخاخة الرذاذ. الجزيئات الصغيرة المنطلقة من البخاخ تُوفرُ سطحًا يتجمع عليه الماء المتكثف.
- عندما أزلت الغطاء عن إناء الماء الساخن، ربما لاحظت أن سحابتك بقيت متماسكة إلى حد ما. وبعدها بدأت أجزاء صغيرة منها تتلاشى بعيدًا، بينما بدأ البخار يتصاعد إلى الغرفة. عندما ألقيت بمكعب الثلج في الماء الساخن، ربما لاحظت أن سحابتك بدأت في التلاشي بشكل أسرع. هذا بسبب أن الماء الساخن بَرُدَ بسرعة، لذا لم يعُد هناك بخارٌ ماءٍ متصاعد ليتكثف ويشكل سحابة.
ترجمة وتصميم: Zahraa Monir
مراجعة: Ghada Fathy
المصدر:
http://sc.egyres.com/Fj9Nz
#الباحثون_المصريون
