تعلم الفيزياء في مطبخك: ميكانيكا السوائل افعلها بنفسك

تعلم الفيزياء في مطبخك: ميكانيكا السوائل افعلها بنفسك

4 يوليو , 2022

ترجم بواسطة:

رزان نصار

على الرغم من أن جائحة كوفيد -١٩ تسببت في العديد من الاضطرابات عبر النظام التعليمي، إلا أنها أدت أيضًا إلى بعض الفوائد غير المتوقعة.

ففي فيزياء السوائل، نُشرت دراسة في مجلة AIP، حيث قام علماء من جامعة إلينوي في أوربانا- شامبين، بوصف عملهم مع الطلاب في دراسة منزلية لسلوك السوائل المعقد.

ويقوم علم الريولوجيا، وهو فرع من فروع الفيزياء، بدراسة تدفق المادة، في المقام الأول في حالة سائلة أو غازية، ولكن أيضًا على أنها “مواد صلبة ناعمة” أو صلبة في ظل الظروف التي تستجيب فيها بتدفق البلاستيك بدلاً من تشوهها بشكل مرن استجابةً قوة تطبيقية.

للسوائل النيوتونية لزوجة ثابتة، لكن السوائل غير النيوتونية يمكن أن تتشوه عند استخدام القوة. وفي بعض الأحيان تستجيب السوائل بتدفق بلاستيكي. ويمكن إجراء قياسات ريومترية بسيطة في منزل أي شخص لقياس الكميات مثل ترقق القص ومرونة اللزوجة وخصائص ريولوجية أخرى.

قال راندي إيوولدت، الأستاذ المشارك في تطوير الدورة: “لقد أطلقنا في البداية على مشروع قياس الريومترية المأوى في المكان، نظرًا للطبيعة الحادة لوباء كوفيد -١٩ وقواعد المأوى في المكان. لكننا أدركنا أن الفكرة أكثر عمومية، ومنذ ذلك الحين أخذنا نسميها مقياس الانسيابية –قم بعمل ذلك بنفسك”.

وكانت المشاريع المخصصة للطلاب مكونة من جزأين: جمع الأدلة البصرية النوعية للخصائص الريولوجية وأخذ القياسات الكمية. وقام الطلاب بفحص أربعة سلوكيات: لزوجة ترقق القص، واللزوجة المرنة، وفرق الضغط الطبيعي للقص، واللزوجة الممتدة.

والتقط أحد الطلاب صورة واحدة (على اليسار) لتعليق الكربوبول في الماء مع ملعقة صغيرة. حيث أُنشئ تصميم فيزيائي لمادة الهلام المتدفقة، على غرار جل الشعر، رياضيًا لتقدير إجهاد المحصول.

حتى بدون الوصول إلى مقاييس الري في المختبر، طور الطلاب طرقًا مبتكرة وفريدة من نوعها لإجراء قياساتهم. حيث درسوا مجموعة متنوعة من المواد الشائعة، بما في ذلك كريمة الزبدة ومعجون الأسنان، واللبن، وزبدة الفول السوداني، والمايونيز وبياض البيض، والعديد من المواد الأخرى المتوفرة في منازلهم.

وطور أحد الطلاب، اغناسيوس أنوجراها، تحليل تدفق الضغط لدراسة صقيع الزبدة. حيث قام أنوجراها، بوضع الصقيع بين قرصين من الورق المقوى وعرضه بقوة عن طريق تكديس أكواب مملوءة بالماء فوق الأقراص. كان الصقيع قادرًا على تحمل وزن الماء حتى الوصول إلى قيمة حرجة، وعند هذه النقطة انهار الصقيع من جانب واحد وتقلص. باستخدام المعادلات التي تتضمن وزن الماء، كان أنوجراها قادرًا على قياس كمية تعرف باسم إجهاد الخضوع.

ابتكر طالب آخر يُدعى ماكس فريستاد، تجربة لدراسة سلوك يُعرف باسم تمدد الخيوط المدفوعة بالجاذبية. قام فريستاد بتعليق أنبوب من معجون الأسنان رأسيًا وضغطه برفق، وفرّغ كمية من معجون الأسنان التي امتدت ببطء إلى الأسفل. وباستخدام هاتف محمول مزود بكاميرا ذات معدل إطارات عالِ السرعة، كان فريستاد قادرًا على أخذ القياسات وحساب اللزوجة الممتدة.

كانت الدورة ناجحة للغاية لدرجة أن هيئة التدريس استمرت في تقديمها، شخصيًا وعبر الإنترنت.

قال إم وتانفر حسين: “نعمل حاليًا على مراجعة الأساليب التي نعتقد أنها ستكون مفيدة، ليس فقط في الدورات الدراسية والتعليم ولكن أيضًا للبحث والتواصل التقني”.

المصدر: https://scitechdaily.com

ترجمة: رزان نصّار

مراجعة وتدقيق: د. فاتن ضاوي المحنّا

تويتر: @F_D_Almutiri


اترك تعليقاً

القائمة البريدية

اشترك في قائمتنا البريدية ليصلك جديد مقالاتنا العلمية وكل ماهو حصري على مجموعة نون العلمية

error: Content is protected !!