أشكال فقاقيع الصابون
المؤلف:
جيرل ووكر
المصدر:
سيرك الفيزياء الطائر
الجزء والصفحة:
ص391
2025-08-12
439
عندما تنفخ فقاعة صابون عبر حلقة بلاستيكية، فإنك تنفخ غشاء من الصابون فتكون سطحًا مُقوَّسًا يتحرَّك بعيدًا عن الجزء الداخلي للحلقة عند التمدد. عندئذٍ يُصبح الحَيِّز الداخلي للحلقة خاليًا. ونظرًا لأنَّ غشاء الصابون ليس سطحًا مُغلقًا، فكيف تتكون الفقاعة المغلقة عندما يتحرّر الغشاء من الحلقة؟
لماذا تتَّخِذ الفقاعة التي تطفو بحرية شكلا كرويا؟ وإذا تكون غشاء أسطواني بين دعامتين دائريَّتَين قريبتين، فما الشكل الذي سيَتَّخِذه الغشاء عند ابتعاد الدعامتين تدريجيا؟
الجواب: عند نفخ غشاء الصابون على الحلقة وتكون الفقاعة، فإن جزء الفقاعة القريب من الحلقة سوف يُشكّل فجأة وسطًا ضيقًا و «ينفصل» عن الحلقة. ومع انهيار الوسط يُصبح جزء من الغشاء الموجود على الحلقة مُسطحًا ليملأ الحيز الداخلي للحلقة، وسرعان ما يتَّخِذ الجزء المتحرّر شكلا كرويًّا. وتتَّخِذ الفقاعة شكلا كرويا؛ لأن الضغط لا بد أن يكون مُتماثلاً في كلِّ مكان داخل الفقاعة. وهذا الضغط يفوق الضغط الجوي؛ لأن التوتر السطحي يميل إلى جعل الفقاعة تنهار على نفسها ونظرا لتماثل الضغط الداخلي في كل مكان داخل الفقاعة، فإن مُنحنى الأسطح لا بد أن يكون متماثلا في كل مكان؛ ومن ثم تتَّخِذ الفقاعة شكلا كرويا.
وإذا شغلت الفقاعة مسافة قصيرة بين دعامتين دائريتين مُصمَتَتَين (مجدافين مثلا) فسوف تتَّخِذ الفقاعة شكلا أسطوانيا. ويكون الشكل مُستقرًّا لأنَّ أي اضطراب عارض يزيد تلقائيا منطقة السطح؛ ومن ثم يجذب التوتر السطحي الغشاء مرة أخرى إلى الشكل الأسطواني. أما إذا زاد الانفصال بين المجدافين عن محيطهما، فإن الفقاعة تُصبح غير مستقرة وعندها سوف يتسبب أي اضطراب عارض في تفتتها إلى فقاعتين أصغر حجما، واحدة على كل مجداف. وسوف تحصل على النتائج نفسها إذا استخدمت حلقتين دائرتين بدلا من المجدافين شريطة أن يملأ الغشاء الحيّز الداخلي لكل حلقة بحيث يُغلق الطرفين. وإذا تمزق أحد الأغشية الطرفية، فسوف ينخفض الضغط داخل الفقاعة لمستوى الضغط الجوي، فيجعل مستويات الضغط على جانبي جدار الفقاعة متساوية. وهذه المساواة تعني بالضرورة أن يُصبح مستوى تقوس الفقاعة مُساويًا للصفر، وتتحقق هذه الحالة بطريقة أنيقة؛ إذ يصير للفقاعة وسط مضغوط بحيث تُشبه الساعة الرملية. وعلى طول الخط الممتد بين الحلقة والأخرى يكون الانحناء مقعرًا ( إلى الداخل)، وعلى طول الخط المحيط بالفقاعة، أو الوسط، يكون الانحناء مُحدَّبًا (إلى الخارج). وبهذه الطريقة يكون الانحناء العام مساويًا للصفر كما هو مطلوب. ولا تصبح هذه الفقاعة مستقرة إلَّا إذا كان الفاصل بين الحلقتين أقل بكثير من محيطي الحلقتين. أما إذا كان الفاصل كبيرًا للغاية، فسوف يضيق الوسط على الفور وينفصل، ومن ثم يتقلص الغشاء المتبقي على كل حلقة ليُصبح مُسطحًا.
الاكثر قراءة في الميكانيك
اخر الاخبار
اخبار العتبة العباسية المقدسة
