چند راز فیزیکی و علمی
ترجمه: حمید وثیق زاده انصاری
1- تسریع پختن گوشت با استفاده از لوله ای فلزی
چگونه میتوان پختن گوشت را تسریع کرد؟ شاید شما نیز امتحان کرده‌اید که در پختن سیب زمینی، اگر به داخل هر کدام از آن‌ها یک میخ درشت یا یک میله‌ی آهنی فرو برید، زودتر پخته میشوند. در پختن گوشت نیز میتوان از این روش استفاده کرد، زیرا در این صورت، به کمک میله‌ی فلزی، حرارت موجود در داخل ظرف غذاپزی، بهتر به وسط گوشت می‌رسد، و علت آن هم این است که قابلیت هدایت حرارت در فلزات به مراتب بیش‌تر از خودِ گوشت است. از این رو در امریکا یک وسیله‌ی خانگی در سریِ لوازم آشپزخانه به مشتریان عرضه میشود که عبارت است از یک لوله‌ی فلزی بسته، که یک طرفش نوک تیز بوده و طرف دیگرش به شکل دسته ساخته شده است. داخل این لوله مقدار کمی آب قرار دارد اما قسمت اعظم لوله خالی است. در عمل فهمیده شده است که با فرو بردن این لوله‌ها در گوشت، سرعت پختن آن‌ها به طور قابل ملاحظه‌ای زیاد میشود. اما آیا دلیل آن را می‌دانید؟ مسلماً ظرفیت گرمایی آب از تمام جامدات و مایعات دیگر بیش‌تر است، اما در این‌جا موضوع چندان ربطی به ظرفیت گرمایی آب ندارد، زیرا وقتی آب در دو قسمت بیرونی لوله بخار میشود این بخار در وسط لوله که داخل گوشت است گرمای زیادی به گوشت داده و مجدداً به آب تبدیل میشود که این آب مجدداً در طرفین لوله به بخار تبدیل شده و این عمل متناوباً ادامه می‌یابد. فیزیک‌دانان حساب کرده‌اند که وجود مقدار کمی آب در داخل لوله سبب میشود که گرما صد تا هزار برابر بیش‌تر از لوله‌ی توپر به داخل گوشت منتقل شده و باعث پخته شدن سریع آن شود.
2- چرا از شلنگ پیچیده دور قرقره، آب رد نمی‌شود؟
یک لوله‌ی لاستیکی یا پلاستیکیِ تقریباً باریک به طول تقریبی دو متر فراهم کنید. یک قیف مناسب به انتهای آن ببندید. اگر لوله را طوری بگیرید که انتهای آزاد آن پایین‌تر از سطح قیف باشد و در این حال داخل قیف آب بریزید مسلماً آب در لوله جریان پیدا کرده و از انتهای دیگرش خارج خواهد شد. حالا این لوله را دور قرقره‌ی بزرگی پیچیده و در قیف آب بریزید. هر چند که در این حال نیز سطح قیف بلندتر از سطح انتهای لوله است، و به همین جهت کمی آب در لوله وارد میشود ولی به هیچ وجه حتی یک قطره آب نیز از لوله خارج نمی‌شود و قیف پر می‌ماند! شما نیز می‌توانید این آزمایش را انجام دهید تا صحت مطالب را تأیید کنید. اما چرا آب در لوله جریان پیدا نمی‌کند؟ دلیلش این است که وقتی آب در اولین دور لوله جریان می‌یابد، قسمتی از آب در دومین دور می‌ریزد، و بین آبِ دور اول و دور دوم مقداری هوا باقی می‌ماند. وقتی به ریختن آب ادامه دهید در چند حلقه‌ی دیگر هم به همین ترتیب آب وجود خواهد داشت. اما فشار حاصله از ستون آب داخل لوله‌ی قائم زیر قیف کافی نخواهد بود تا هوای موجود بین آب‌های لوله‌های پیچیده را فشرده کند و آب را در لوله به جریان آورد، مگر این که اختلاف ارتفاع لوله زیاد و تعداد دورها کمتر و سوراخ لوله بزرگ‌تر باشد.
3- عدم بستگی کیفیت شناوری به مقدار آب
از تخته و سرب، ماکت یک کشتی کوچک مثلاً به حجم ده سانتیمتر مکعب بسازید. مسلماً سرب در ته کشتی خواهد بود تا مرکز ثقل آن پایین بوده و تعادل پایداری داشته باشد. به جای سرب می‌توانید هر فلز دیگرِ موجود را به کار برید. لازم نیست در ساختن این ماکت خیلی دقت کنید زیرا هدف ما تنها بررسی یک مطلب فیزیکی است. این کشتی کوچک را در یک تشت بزرگ پر آب شناور سازید و دور آن مقابل سطح آزاد مایع علامت بگذارید. سپس در یک تشت کوچک همین آزمایش را تکرار کنید. سطح آزاد مایع منطبق بر علامتی خواهد بود که قبلاً رسم کرده‌اید. از این دو آزمایش نتیجه میشود که نیروی وارد از طرف مایع بر جسمی که روی آن شناور است به مقدار مایع موجود در ظرف بستگی ندارد. ولی مسأله این است: کم کردن مقدار آب را در این آزمایش تا چه حد میتوان ادامه داد؟
در دنباله‌ی آزمایشات، شما می‌توانید به جای تشت بزرگ و کوچک، این بار از یک کاسه‌ی بزرگ، و بعد از یک کاسه‌ی کوچک استفاده کنید، و نتیجه را با آزمایش اول و دوم مقایسه کنید. خواهید دید که نتیجه یک‌سان است. و بالاخره ظرف کوچکی به کار برید به گونه‌ای که دور ماکت کشتی و زیر آن تنها به ضخامت حدوداً یک سانتیمتر آب وجود داشته باشد. با کمال تعجب مشاهده خواهید کرد که باز هم کشتی شناور بوده و سطح آب بر خط قبلی منطبق است، و مقدار آب کوچک‌ترین دخالتی در نیروی ارشمیدس تدارد. ولی از این جا به بعد مواظب باشید که نباید مقدار آب را طوری کم کنید که نیروهای کشش سطحی و خاصیت لوله‌های مویینه وارد عمل شوند و در نتیجه گیری از آزمایشات تولید اشکال کنند.
4- قله‌ی کوه تا چقدر می‌تواند بلند باشد؟
چرا بر روی کره‌ی زمین، هیچ قله‌ای نمی‌تواند بلندتر از قله‌ی اورست باشد؟ اما آن‌طور که دانشمندان به طور تقریبی حساب کرده‌اند در کره‌ی مریخ کوهی به نام نیکس اولمپیکا وجود دارد که قله‌ی آن دو الی سه مرتبه بلندتر از قله‌ی اورست است! چرا در مریخ، چنین کوه بلندی می‌تواند وجود داشته باشد؟ چرا در کره‌ی زمین محال است ارتفاع قله‌ای به پای آن برسد؟ دلیلش این است که اگر بر روی زمین، ارتفاع کوه‌ها بلندتر از حد معمول باشند فشار وارد به پای کوه‌ها بیش از حد تحمل خواهد شد و باعث میعان مواد پایه‌ای کوه میشود و کوه جریان می‌یابد. اما چون مریخ کوچک‌تر از زمین است و به همین دلیل نیروی جاذبه در آن کره از زمین کمتر است فشار کمی به پایه‌ی کوه‌ها وارد میشود. بنا بر این احتمال وجود کوه‌های بلندتر از کوه‌های زمین، در این کره وجود دارد و علائمی که سفینه‌های فضایی از سطح این کره به زمین مخابره کرده‌اند این فرضیه را به یقین نزدیک ساخته است.
5- علت وضعیت متغیر ساعت شنی در داخل لوله‌ای پر از آب
فرض می‌کنیم یک ساعت شنی در داخل یک لوله‌ی شیشه‌ای پر آب (به طرف بالا) شناور بوده و دو طرف این لوله بسته است و شن در محفظه‌ی پایین وجود دارد. لوله را برعکس می‌گیریم. آیا ساعت شنی بالا آمده و شناور بودنش را حفظ خواهد کرد؟ و چون این بار شن در محفظه‌ی بالاست، آیا ساعت شنی به ریختن شن در وضعیت جدید شروع خواهد کرد؟ چرا؟ و آیا خاصیت شناوری آن در این ظرف به بالا یا پایین بودن شن ارتباط دارد؟ پاسخ ساده است: چون وزن و حجم ساعت شنی در هر دو مورد یک‌سان است بنا بر این دلیلی ندارد که خاصیت شناوری ساعت شنی تغییر یابد. اما چون در وضعیت اولیه، شن در پایین بوده است به علت نزدیک بودن مرکز ثقل به ته دستگاه، تعادل پایداری داشت که در وضعیت دوم، چون شن بالا بوده است، به دلیل نا پایدار بودن تعادل، این امکان وجود دارد که ساعت شنی کمی مایل به یک طرف شده و با سطح جانبی لوله تولید اصطکاک کند. در این صورت احتمال دارد که نیروی مالش بر نیروی ارشمیدس غلبه کند و مانع بالا آمدن ساعت شنی گردد.
6- یک میله‌ی چوبی به چه شکل در یک مایع شناور میشود؟
یک میله‌ی چوبی به مقطع مربع داریم. آن را در آب شناور می‌سازیم. آیا این خط کش یا میله، روی یکی از سطوح جانبی خود یا روی یکی از اضلاع مشترک سطوح جانبی‌اش روی آب شناور می‌ماند؟ (به عبارت دیگر، آیا در حالت شناوری، اضلاع مربع دو به دو موازی و عمود بر سطح آب هستند یا این‌که زاویه‌ی چهل و پنج درجه با این سطح تشکیل می‌دهند؟) پاسخ به این سؤال علمی بدون انجام آزمایش‌های متعدد امکان ندارد. شما می‌توانید این تجربه را با انواع چوب‌های مختلف اجرا کرده و نتیجه گیری کنید. طراح این سؤال پس از بررسی‌های بسیار به این نتیجه رسیده است که اگر میله‌ی چوبی مزبور دارای جرم حجمی نزدیک به یک گرم بر سانتمتر مکعب یا نزدیک به صفر باشد، روی یکی از سطح‌های جانبی‌اش در آب شناور میشود. ولی اگر جرم حجمی چوب نزدیک به نیم باشد به طور قطع روی یکی از یال‌ها شناور خواهد ماند و سطوح جانبی آن نسبت به سطح آب چهل و پنج درجه مایل خواهند بود. شما نیز می‌توانید این مطلب را مورد بررسی مجدد قرار دهید. ولی فراموش نشود که در هر دو مورد، تعادل پایدار وقتی وجود دارد که انرژی پتانسیل سیستم کمینه شود.
7- لکه‌ی کور در چشم انسان
یک صفحه‌ی کاغذ سفید به شکل مربع و به ضلع تقریبی هشت سانتیمتر را در زمینه‌ی تیره و تاریکی روی دیوار نصب کنید، به طوری که محل آن در ارتفاع چشم شما باشد. سپس در فاصله‌ی نسبتاً زیادی رو به روی کاغذ بایستید و چشم راست خود را بسته و با چشم چپ به مدت یک دقیقه به این کاغذ خیره شوید. اکنون در همان محل که قرار گرفته‌اید بدون آن که سر خود را حرکت بدهید چشم خود را به طرف راست، و به طور پی در پی به نقاط 1 و 2 و 3 و 4 و 5 متوجه سازید. ضمن این جا به جا شدن چشم، مرتباً صفحه‌ی کاغذ را در نقاط مزبور خواهید دید. ولی اگر به معطوف کردن چشم خود به راست ادامه دهید ناگهان کاغذ محو خواهد شد و کمی دورتر باز هم کاغذ مجدداً آشکار خواهد شد. محلی که از آن‌جا چیزی را نمی‌توان دید نقطه‌ی کور یا لکه‌ی کور نام دارد، و آن در محلی داخل چشم قرار گرفته است که از آن جا رگ‌های زیادی خارج میشود.
منبع: راسخون
1- تسریع پختن گوشت با استفاده از لوله ای فلزی
چگونه میتوان پختن گوشت را تسریع کرد؟ شاید شما نیز امتحان کرده‌اید که در پختن سیب زمینی، اگر به داخل هر کدام از آن‌ها یک میخ درشت یا یک میله‌ی آهنی فرو برید، زودتر پخته میشوند. در پختن گوشت نیز میتوان از این روش استفاده کرد، زیرا در این صورت، به کمک میله‌ی فلزی، حرارت موجود در داخل ظرف غذاپزی، بهتر به وسط گوشت می‌رسد، و علت آن هم این است که قابلیت هدایت حرارت در فلزات به مراتب بیش‌تر از خودِ گوشت است. از این رو در امریکا یک وسیله‌ی خانگی در سریِ لوازم آشپزخانه به مشتریان عرضه میشود که عبارت است از یک لوله‌ی فلزی بسته، که یک طرفش نوک تیز بوده و طرف دیگرش به شکل دسته ساخته شده است. داخل این لوله مقدار کمی آب قرار دارد اما قسمت اعظم لوله خالی است. در عمل فهمیده شده است که با فرو بردن این لوله‌ها در گوشت، سرعت پختن آن‌ها به طور قابل ملاحظه‌ای زیاد میشود. اما آیا دلیل آن را می‌دانید؟ مسلماً ظرفیت گرمایی آب از تمام جامدات و مایعات دیگر بیش‌تر است، اما در این‌جا موضوع چندان ربطی به ظرفیت گرمایی آب ندارد، زیرا وقتی آب در دو قسمت بیرونی لوله بخار میشود این بخار در وسط لوله که داخل گوشت است گرمای زیادی به گوشت داده و مجدداً به آب تبدیل میشود که این آب مجدداً در طرفین لوله به بخار تبدیل شده و این عمل متناوباً ادامه می‌یابد. فیزیک‌دانان حساب کرده‌اند که وجود مقدار کمی آب در داخل لوله سبب میشود که گرما صد تا هزار برابر بیش‌تر از لوله‌ی توپر به داخل گوشت منتقل شده و باعث پخته شدن سریع آن شود.2- چرا از شلنگ پیچیده دور قرقره، آب رد نمی‌شود؟
یک لوله‌ی لاستیکی یا پلاستیکیِ تقریباً باریک به طول تقریبی دو متر فراهم کنید. یک قیف مناسب به انتهای آن ببندید. اگر لوله را طوری بگیرید که انتهای آزاد آن پایین‌تر از سطح قیف باشد و در این حال داخل قیف آب بریزید مسلماً آب در لوله جریان پیدا کرده و از انتهای دیگرش خارج خواهد شد. حالا این لوله را دور قرقره‌ی بزرگی پیچیده و در قیف آب بریزید. هر چند که در این حال نیز سطح قیف بلندتر از سطح انتهای لوله است، و به همین جهت کمی آب در لوله وارد میشود ولی به هیچ وجه حتی یک قطره آب نیز از لوله خارج نمی‌شود و قیف پر می‌ماند! شما نیز می‌توانید این آزمایش را انجام دهید تا صحت مطالب را تأیید کنید. اما چرا آب در لوله جریان پیدا نمی‌کند؟ دلیلش این است که وقتی آب در اولین دور لوله جریان می‌یابد، قسمتی از آب در دومین دور می‌ریزد، و بین آبِ دور اول و دور دوم مقداری هوا باقی می‌ماند. وقتی به ریختن آب ادامه دهید در چند حلقه‌ی دیگر هم به همین ترتیب آب وجود خواهد داشت. اما فشار حاصله از ستون آب داخل لوله‌ی قائم زیر قیف کافی نخواهد بود تا هوای موجود بین آب‌های لوله‌های پیچیده را فشرده کند و آب را در لوله به جریان آورد، مگر این که اختلاف ارتفاع لوله زیاد و تعداد دورها کمتر و سوراخ لوله بزرگ‌تر باشد.
3- عدم بستگی کیفیت شناوری به مقدار آب
از تخته و سرب، ماکت یک کشتی کوچک مثلاً به حجم ده سانتیمتر مکعب بسازید. مسلماً سرب در ته کشتی خواهد بود تا مرکز ثقل آن پایین بوده و تعادل پایداری داشته باشد. به جای سرب می‌توانید هر فلز دیگرِ موجود را به کار برید. لازم نیست در ساختن این ماکت خیلی دقت کنید زیرا هدف ما تنها بررسی یک مطلب فیزیکی است. این کشتی کوچک را در یک تشت بزرگ پر آب شناور سازید و دور آن مقابل سطح آزاد مایع علامت بگذارید. سپس در یک تشت کوچک همین آزمایش را تکرار کنید. سطح آزاد مایع منطبق بر علامتی خواهد بود که قبلاً رسم کرده‌اید. از این دو آزمایش نتیجه میشود که نیروی وارد از طرف مایع بر جسمی که روی آن شناور است به مقدار مایع موجود در ظرف بستگی ندارد. ولی مسأله این است: کم کردن مقدار آب را در این آزمایش تا چه حد میتوان ادامه داد؟
در دنباله‌ی آزمایشات، شما می‌توانید به جای تشت بزرگ و کوچک، این بار از یک کاسه‌ی بزرگ، و بعد از یک کاسه‌ی کوچک استفاده کنید، و نتیجه را با آزمایش اول و دوم مقایسه کنید. خواهید دید که نتیجه یک‌سان است. و بالاخره ظرف کوچکی به کار برید به گونه‌ای که دور ماکت کشتی و زیر آن تنها به ضخامت حدوداً یک سانتیمتر آب وجود داشته باشد. با کمال تعجب مشاهده خواهید کرد که باز هم کشتی شناور بوده و سطح آب بر خط قبلی منطبق است، و مقدار آب کوچک‌ترین دخالتی در نیروی ارشمیدس تدارد. ولی از این جا به بعد مواظب باشید که نباید مقدار آب را طوری کم کنید که نیروهای کشش سطحی و خاصیت لوله‌های مویینه وارد عمل شوند و در نتیجه گیری از آزمایشات تولید اشکال کنند.
4- قله‌ی کوه تا چقدر می‌تواند بلند باشد؟
چرا بر روی کره‌ی زمین، هیچ قله‌ای نمی‌تواند بلندتر از قله‌ی اورست باشد؟ اما آن‌طور که دانشمندان به طور تقریبی حساب کرده‌اند در کره‌ی مریخ کوهی به نام نیکس اولمپیکا وجود دارد که قله‌ی آن دو الی سه مرتبه بلندتر از قله‌ی اورست است! چرا در مریخ، چنین کوه بلندی می‌تواند وجود داشته باشد؟ چرا در کره‌ی زمین محال است ارتفاع قله‌ای به پای آن برسد؟ دلیلش این است که اگر بر روی زمین، ارتفاع کوه‌ها بلندتر از حد معمول باشند فشار وارد به پای کوه‌ها بیش از حد تحمل خواهد شد و باعث میعان مواد پایه‌ای کوه میشود و کوه جریان می‌یابد. اما چون مریخ کوچک‌تر از زمین است و به همین دلیل نیروی جاذبه در آن کره از زمین کمتر است فشار کمی به پایه‌ی کوه‌ها وارد میشود. بنا بر این احتمال وجود کوه‌های بلندتر از کوه‌های زمین، در این کره وجود دارد و علائمی که سفینه‌های فضایی از سطح این کره به زمین مخابره کرده‌اند این فرضیه را به یقین نزدیک ساخته است.5- علت وضعیت متغیر ساعت شنی در داخل لوله‌ای پر از آب
فرض می‌کنیم یک ساعت شنی در داخل یک لوله‌ی شیشه‌ای پر آب (به طرف بالا) شناور بوده و دو طرف این لوله بسته است و شن در محفظه‌ی پایین وجود دارد. لوله را برعکس می‌گیریم. آیا ساعت شنی بالا آمده و شناور بودنش را حفظ خواهد کرد؟ و چون این بار شن در محفظه‌ی بالاست، آیا ساعت شنی به ریختن شن در وضعیت جدید شروع خواهد کرد؟ چرا؟ و آیا خاصیت شناوری آن در این ظرف به بالا یا پایین بودن شن ارتباط دارد؟ پاسخ ساده است: چون وزن و حجم ساعت شنی در هر دو مورد یک‌سان است بنا بر این دلیلی ندارد که خاصیت شناوری ساعت شنی تغییر یابد. اما چون در وضعیت اولیه، شن در پایین بوده است به علت نزدیک بودن مرکز ثقل به ته دستگاه، تعادل پایداری داشت که در وضعیت دوم، چون شن بالا بوده است، به دلیل نا پایدار بودن تعادل، این امکان وجود دارد که ساعت شنی کمی مایل به یک طرف شده و با سطح جانبی لوله تولید اصطکاک کند. در این صورت احتمال دارد که نیروی مالش بر نیروی ارشمیدس غلبه کند و مانع بالا آمدن ساعت شنی گردد.6- یک میله‌ی چوبی به چه شکل در یک مایع شناور میشود؟
یک میله‌ی چوبی به مقطع مربع داریم. آن را در آب شناور می‌سازیم. آیا این خط کش یا میله، روی یکی از سطوح جانبی خود یا روی یکی از اضلاع مشترک سطوح جانبی‌اش روی آب شناور می‌ماند؟ (به عبارت دیگر، آیا در حالت شناوری، اضلاع مربع دو به دو موازی و عمود بر سطح آب هستند یا این‌که زاویه‌ی چهل و پنج درجه با این سطح تشکیل می‌دهند؟) پاسخ به این سؤال علمی بدون انجام آزمایش‌های متعدد امکان ندارد. شما می‌توانید این تجربه را با انواع چوب‌های مختلف اجرا کرده و نتیجه گیری کنید. طراح این سؤال پس از بررسی‌های بسیار به این نتیجه رسیده است که اگر میله‌ی چوبی مزبور دارای جرم حجمی نزدیک به یک گرم بر سانتمتر مکعب یا نزدیک به صفر باشد، روی یکی از سطح‌های جانبی‌اش در آب شناور میشود. ولی اگر جرم حجمی چوب نزدیک به نیم باشد به طور قطع روی یکی از یال‌ها شناور خواهد ماند و سطوح جانبی آن نسبت به سطح آب چهل و پنج درجه مایل خواهند بود. شما نیز می‌توانید این مطلب را مورد بررسی مجدد قرار دهید. ولی فراموش نشود که در هر دو مورد، تعادل پایدار وقتی وجود دارد که انرژی پتانسیل سیستم کمینه شود.
7- لکه‌ی کور در چشم انسان
یک صفحه‌ی کاغذ سفید به شکل مربع و به ضلع تقریبی هشت سانتیمتر را در زمینه‌ی تیره و تاریکی روی دیوار نصب کنید، به طوری که محل آن در ارتفاع چشم شما باشد. سپس در فاصله‌ی نسبتاً زیادی رو به روی کاغذ بایستید و چشم راست خود را بسته و با چشم چپ به مدت یک دقیقه به این کاغذ خیره شوید. اکنون در همان محل که قرار گرفته‌اید بدون آن که سر خود را حرکت بدهید چشم خود را به طرف راست، و به طور پی در پی به نقاط 1 و 2 و 3 و 4 و 5 متوجه سازید. ضمن این جا به جا شدن چشم، مرتباً صفحه‌ی کاغذ را در نقاط مزبور خواهید دید. ولی اگر به معطوف کردن چشم خود به راست ادامه دهید ناگهان کاغذ محو خواهد شد و کمی دورتر باز هم کاغذ مجدداً آشکار خواهد شد. محلی که از آن‌جا چیزی را نمی‌توان دید نقطه‌ی کور یا لکه‌ی کور نام دارد، و آن در محلی داخل چشم قرار گرفته است که از آن جا رگ‌های زیادی خارج میشود.
منبع: راسخون
مرجع : پايگاه اطلاع رسانی راسخون
