چگالی
یک کیلو آهن یا یک کیلو پنبه؟
حتما همه شما این سوال معروف علمی را بارها شنیدهاید. پاسخدادن به این سؤال آسان است اما تعمق در آن شما را با یکی از اصلیترین و اساسیترین مفاهیم علمی آشنا میکند.
این مفهوم علمی چیزی نیست مگر «چگالی» که اگر به کودکی خودتان رجوع یا به درس و مشق بچهتان توجه کنید، میبینید که در موقع یادگرفتناش سؤال و ابهام زیادی وجود دارد.
ممکن است با خودتان بگویید: «ای بابا دیگر از ما گذشته!» اما همین حالا هم این مفهوم در زندگیتان اثر دارد. اگر مثال میخواهید، این بار که کنار دریا میروید، به این فکر کنید که چه چیزی شما را روی آب نگه میدارد و بعد به جمع کسانی میپیوندید که به چگالی احترام میگذارند!
● چگونه چگالی را کشف کنیم؟
سادهترین راه درک مفهوم چگالی این است که چند جور مایع مختلف را روی هم بریزید و بگذارید آرام بمانند. بعد از مدتی میبینید که لایههای مایع از هم جدا شدهاند.
اگر قطرههای درخشندهای را که دستور ساختش را در همین صفحه دادهایم بسازید هم، همین نکته را میبینید؛ اینکه مایعات با ترتیب خاصی روی هم میایستند و حتی اگر ترتیب رویهمریختنشان را هم عوض کنید، باز هم شکل نهایی آنها تغییر نمیکند؛ مثلا همیشه آب زیر میایستد، الکل روی آن و روغن روی هر دوی آنها.
چرا این اتفاق همیشه میافتد؟ پاسخ این سؤال در مولکولهایی است که آنها را ساختهاند. مولکولهای سازنده آب و الکل - مثل همه مواد - از الکترونهایی با بار منفی و پروتونهای مثبت تشکیل شدهاند. اما آنها طوری آرایش یافتهاند که یک طرف مولکول آنها بار مثبتتری دارد و طرف دیگر منفیتر است. به این مولکولها، مولکول قطبی میگوییم.
در عوض، ذرات باردار درون مولکول روغن، توزیع کمابیش یکنواختی دارند و هیچ طرفشان با طرف دیگر فرق نمیکند. به این مولکولها، غیرقطبی میگوییم. مولکولهای قطبی دوست دارند با هم قاتی شوند؛ چون طرف منفی آنها جذب طرف مثبت مولکول بغلی میشود و برعکس.
برای همین آب و الکل خوب با هم مخلوط میشوند اما به روغن علاقهای ندارند. پس مخلوط این مواد همیشه از هم جدا میشود اما آب و الکل با هم قاتی میشوند. مقدار چگالی مولکولها هم به وزن مواد سازنده آنها ربط دارد و هم به نحوه کنارهمبودن آنها. اگر آزمایش آب شگفتانگیز را انجام بدهید، میبینید که آب گرم و سرد هم چگالی متفاوتی دارند.
وقتی آب را گرم میکنیم، مولکولهای آن سریعتر حرکت میکنند و مدام به هم برخورد میکنند و به فضای بیشتری احتیاج دارند؛ پس در حجم یکسانی از آب گرم، مولکولهای کمتری نسبت به آب سرد وجود دارد؛ این یعنی چگالی کمتر!
اضافهکردن مواد حلشونده مثل نمک به آب هم چگالی آنها را تغییر میدهد. اما این تغییر را خودتان کشف کنید؛ یک راهنمایی! توی آب دریاچه راحتتر شنا میکنید یا توی یک دریای شور؟
▪ آزمایش اول؛ اسباببازی درخشنده
هدف: ساختن یک اسباب بازی زیبا و یادگرفتن مطالبی راجع به چگالی
۱) چی لازم دارم؟
مقداری الکل، مقداری روغن مایع، یک بطری پلاستیکی یا شیشهای که شکل خوشگلی داشته باشد، مقداری پولک، منجوق، اکلیل یا هرچیز براق دیگر، رنگ خوراکی، نوارچسب.
۲) چه کار کنم؟
- حدودا یکچهارم بطری را با الکل پرکنید و چند قطره رنگ خوراکی به آن بیفزایید.
- حالا روغن را روی الکل بریزید. حدودا ۵ سانتیمتر جای خالی در دهانه بطری بگذارید. صبر کنید تا قطرههای روغن آرام بگیرند. روغن روی الکل ایستاده یا زیر آن قرار گرفته است؟
- حالا چیزهای براق و کوچک را توی بطری بریزید. از اشیای سبک استفاده کنید. چیزهای سنگینی مثل تیله ممکن است شیشه را بشکنند.
- وقتی همه درخشندهها را ریختید، بهآرامی تا لب ظرف را پر از روغن کنید.
- در ظرف را خیلی محکم ببندید. حتی میتوانید برای محکمکاری دور در را چسب بزنید تا نشت نکند.
- حالا بهآرامی ظرف را تکان بدهید. روغن و الکل با هم قاتی میشوند و رنگ شیری میگیرند. در میان آنها ذرههای کوچک بهزیبایی برق میزنند.
– ۵ تا ۱۰ دقیقه صبر کنید تا روغن دوباره آرام بگیرد؛ حالا به جای تکاندادن، بطری را بچرخانید.
۳) چه اتفاقی میافتد؟
فکر میکردید چون آب زیر روغن میایستد، الکل هم همین کار را میکند؟ نه! الکل روی روغن میایستد چون چگالیاش از روغن کمتر است. به زبان سادهتر، یک قطره الکل، سبکتر از یک قطره روغن است.
با خودتان میگویید یک اسباببازی چه ربطی به علم دارد؟ اینکه بیشتر یک سرگرمی هنری است؟ خب، هنرمندان و دانشمندان ۲ ویژگی مشترک دارند که در آدمهای معمولی نیست؛ آنها به اطرافشان با دقت و تعجب نگاه میکنند و با چیزهایی که میبینند، آزمایش میکنند. شاید بچههای ما با همین بازیهای ساده، لذت هنر و علم را درک کنند!
▪ آزمایش دوم؛ آبهای شگفتانگیز
هدف: جواب دادن به این سؤال که «آیا آب سرد و گرم با هم مخلوط میشوند؟»
۱) چی لازم دارم؟
۲ ظرف شیشهای کاملا مشابه (دهانه ۲ ظرف باید کاملا عین هم باشد و بدون نشتی جفت شود).
آب گرم، آب سرد، رنگ خوراکی، مقوای گلاسه کلفت، قیچی، یک تشت بزرگ و گود (اگر چنین ظرفی ندارید حتما در سینک دستشویی کار کنید چون یک کم کثیفکاری میشود).
۲) چه کار کنم؟
- یکی از ظرفها را با آب خیلی داغ شیر پر کنید و یک قطره رنگ قرمز به آن اضافه کنید. چه اتفاقی برای قطره رنگ میافتد؟ یک دقیقه آن را تماشا کنید و بعد این ظرف را توی تشت یا سینک بگذارید.
- ظرف دیگر را با آب سرد پر کنید و به آن یک قطره رنگ آبی اضافه کنید. برای این قطره چه اتفاقی میافتد؟
- از مقوا یک مربع به ضلع ۸ سانتیمتر ببرید.
- به آهستگی آنقدر آب به ظرف آب سرد اضافه کنید که برآمدگی آب روی دهانه آن را ببینید.
- مقوا را روی در ظرف آبیرنگ بگذارید و با انگشت، ضربه کوچکی به آن بزنید تا کاملا دهانه ظرف را ببندد.
- حالا قسمت سخت کار است. بطری آبیرنگ را بردارید و بدون اینکه با دست دهانه آن را بگیرید، ناگهان روی در بطری قرمز بگذارید. این کار به تمرین و کمی تردستی احتیاج دارد.
- در حالی که یک نفر هر ۲ بطری را نگه داشته است، مقوا را بهآرامی بیرون بکشید.
- چه رخ میدهد؟ آب ظرف بالایی چه رنگی است؟ آب ظرف پایینی چطور؟
- حالا ظرفها را بشویید و خشک کنید و آزمایش را با عوض کردن جای ۲ بطری انجام دهید. حالا چه رنگهایی میبینید؟
۳) چه اتفاقی میافتد؟
آب گرم و آب سرد چگالیهای متفاوتی دارند. حتما میتوانید حدس بزنید که کدام چگالی بیشتری دارد! به همین دلیل وقتی آب سرد پایین قرار میگیرد، تمایلی به بالا رفتن و مخلوط شدن با آب گرم ندارد.منبع : www.chemistmag.com