إذا قمت بنفخ بالون مطاطي كروي الشكل، فلماذا تكون عملية النفخ صعبة في البداية، وأيسر كثيرًا عندما يكون البالون منفوخًا جزئيا؟ وإذا كان البالون أسطواني الشكل، فلماذا يبدأ الانتفاخ في مكان بعينه، بدلًا من البالون كله؟ وبينما تستمر في نفخ البالون، لماذا ينتقل الانتفاخ بطول البالون؟

شكل 1 (أ) فقاعتان (أو بالونان) يربط بينهما أنبوب ذو صمام مغلق. (ب) قوى الشد على الجانب الأيمن والأيسر من إحدى الرقع الموجودة على سطح الفقاعة.

نفترض أن فقاعتين من الصابون ذواتي قطرين مختلفين متصلتان بواسطة أنبوب يحتوي على صمام مغلق شكل( 1أ) فماذا سيحدث للفقاعتين إذا فُتِحَ الصمام بحيث يمكن للهواء أن يتدفّق بينهما؟ وإذا استعضت عن الفقاعتين ببالونين مطاطيين، فماذا يحدث عند فتح الصمام؟

الجواب: إذا نفخت فقاعةً من الصابون كروية الشكل، يجب أن توفّر ضغط هواء أكبر من ضغط الهواء الموجود داخل الفقاعة. يعتمد ضغط الهواء الداخلي على درجة انحناء سطح. لفهم هذه النقطة، تلقي نظرةً على إحدى الرقع على السطح (شكل 1ب). سنجد أن الأجزاء المجاورة من السطح تشدُّها من الجانبين. يكون الشد في الجانب الأيسر وفي الجانب الأيمن إلى الداخل جزئيا حول مركز الفقاعة؛ هذا الجزء الداخلي هو ما يحدد ضغط الهواء. عندما تكون الفقاعة صغيرة وشديدة الانحناء، يكون السحب الداخلي على الرقعة كبيرًا؛ ومِن ثُمَّ يكون الضغط الداخلي كبيرًا أيضًا، ويصعب نفخ الفقاعة. عندما تكون الفقاعة أكبر ويكون انحناؤها أقل، يكون السحب الداخلي صغيرا؛ ومِن ثُمَّ يكون الضغط الداخلي قليلا أيضًا، فيصبح نفخ الفقاعة أسهل.

 يختلف البالون المطاطي في أن تمدُّد غشائه أثناء النفخ يعمل على زيادة الضغط. أثناء المراحل الأولية للنفخ، تدفع مقاومة التمدد الضغط للأعلى وتتطلب ضغطًا كبيرًا منك إذا كنت تريد نفخ البالون أكثر.. ومع ذلك، بمجرد وصول البالون إلى حجم معين، يعمل الانخفاض اللاحق في مدى الانحناء على خفض الضغط الداخلي؛ ومن ثُمَّ يصبح النفخ أكثر سهولة. يزيد من هذه السهولة انخفاض مقاومة تمدد المطاط عندما يكون بنفس حجم البالون تقريبا بينما تشتد المقاومة مرةً أخرى عندما يكون البالون أكبر حجما بكثير). العامل الآخر المهم هو أنك عندما تنفخ بالونا فإنك تُدخل فيه كمية معينة من الهواء من رئتيك: «حجم النفس». عندما يكون البالون صغيرًا، يتطلب الحجم الإضافي زيادة مساحة السطح بشكل كبير؛ مما يزيد بشكل ملحوظ مقاومة المزيد من التمدد. وعندما يكون البالون كبيرًا، يكون الحجم الإضافي صغيرا مقارنةً بحجم البالون الحالي، ولا يتطلب زيادة كبيرة في مساحة السطح، ولا زيادة في تمدد المطاط.

تكمن غرابة بعض البالونات المطاطية في أنها حتى وإن كانت كروية تماما، قد لا تصبح كروية على الإطلاق عندما يكون نفخها في نطاق معين. بعد انتهاء مرحلة النفخ السهل، وقبل أن يصير صعبًا مرةً أخرى عندما يُمَطُّ المطاط بشدة، قد ينتفخ البالون انتفاخا ملحوظا عند أحد الجوانب. على إم جيه سيويل، الأستاذ بجامعة ريدينج، على هذه الظاهرة الغريبة قائلًا: «على مدار النطاق الكامل لانتفاخ البالون، لا تُفضّل الطبيعة الشكل الكروي، حتى عندما يكون ذلك متاحًا.

عندما تقوم بنفخ بالون أسطواني فإنه ينتفخ أولا عند أضعف نقطة فيه، وهي عادة ما تكون الجزء الأقرب إلى الفتحة يكون القسم الذي ينضم إلى الانتفاخ وصولا إلى الجزء الذي لم يُنفخ بعد مقوّسًا بطول البالون. وعندما تنفخ هواء إضافيا، يساعد التوتر الحادث في الجزء المقوس على مط البالون هناك، ويتحرَّك الجزء الأمامي من الانتفاخ بطول البالون عندما يصل أنبوب مفتوح بين فقاعتين، يحرِّك الضغط العالي داخل الفقاعة الصغيرة الهواء عبر الأنبوب إلى الفقاعة الكبيرة التي يكون الضغط بداخلها أصغر. تنهار الفقاعة الصغيرة على نفسها، بينما تتمدد الفقاعة الكبيرة. يحدث هذا عادةً، دون أن يلاحظه أحد، على سطح الجعة التي تحتوي على فقاعات من ثاني أكسيد الكربون. لا تكون الفقاعات متصلة عبر أنبوب بالطبع، لكن يمكن لغاز ثاني أكسيد الكربون أن «ينتشر» من فقاعة إلى أخرى عبر جدران الفقاعة تفقد الفقاعات الصغرى غازاتها التي تمتصها الفقاعات الكبرى المجاورة وتنهار في النهاية، وهي عملية تُعرف باسم «ظاهرة إنضاج أوستفالد». ومع ذلك، يكون معدل انتشار النيتروجين أقل بكثير من انتشار ثاني أكسيد الكربون؛ ولذلك فإن أنواع الجعة (» مثل جعة جينيس ستاوت») التي تحتوي على النيتروجين بدلًا من ثاني أكسيد الكربون عادةً ما تدوم فقاعاتها لوقت أطول!

إذا استعضت عن الفقاعات بالبالونات، فقد تكون النتائج مختلفة؛ فبالاعتماد على إجمالي كمية الهواء الموجود فيها، يمكن أن تنتهي بها الحال بأن يكون لها نصف القطر نفسه، أو أن تكون واحدة منها أكبر من الأخرى.

اخر الاخبار

اخبار العتبة العباسية المقدسة

شعبة الخطابة الحسينية النسوية تستأنف برامج رابطة خطيبات المنبر الحسيني

شعبة فاطمة بنت أسد تحتفي بتخرج الدفعة الثانية من طالبات المدرسة القرآنية

مع انطلاق العام الدراسي.. العتبة العباسية المقدسة تطّلع على سير العملية التعليمية في مجموعة العميد التربوية

بأربع أوراق بحثية.. قسم الشؤون الفكرية يشارك في المؤتمر العلمي الدولي الرابع عشر بالعتبة الكاظمية

المزيد

الآخبار الصحية

كيف يمكن لحفنة من الجوز أن تؤثر على نومك وتركيزك؟

دراسة: كوب ميلك شيك واحد قد يكون "قنبلة دماغية"

هل يعد "الباراسيتامول" خيارا آمنا للنساء الحوامل؟

دراسة تكشف الرابط بين العلاقات العاطفية والرضا عن الحياة

المزيد

الآخبار التكنلوجية

كارثة صامتة.. "الهواء الملوث" يسرق نور عيون الأطفال

دراسة: رصد أول دليل على وجود "إشعاع هوكينغ"

رسالة بلغة لا تعرفها؟.. "واتساب" يترجمها لك فورا

"إنستغرام".. ميزة جديدة لكشف "الكذب في العمر"

المزيد

مواضيع ذات صلة

لعبة قارب البُتْ بُتْ

طيران الحشرات وسباحة الروبيان في شكل عمود يشبه عمود الدخان (أعمدة الحمل الحراري: ديناميكيات طيران الحشرات وارتفاع الروبيان تحت تأثير الحرارة)

آبار المياه والعواصف

لعبة مقياس الإشعاع وعكس اتجاهها

الطاقة في الغُرف المدفأة

تحدي رش الماء المغلي على الجسم

رياح الفون أو رياح الشينوك

الديناميكا الحرارية للأربطة المطاطية

الجزر الحرارية

الدفء داخل الصوبات الزراعية والسيارات المغلقة

تنظيم درجات الحرارة في التلال والمباني

العواصف النارية