يطرح الأطفال الكثير من الأسئلة الممتعة، غالبًا بإصرار وحتى في أثناء طهو الطعام. أحد تلك الأسئلة طرحها طفل يبلغ من العمر 9 سنوات لمستخدم Reddit؛ إذ سأل: «إذا كان الهيليوم أخف من الهواء، فهل ستطفو البالونة التي تحتوي على فراغ؟»، سؤال ممتاز وممتع.
دعونا نلقي نظرة على سبب طفو بالونات الهيليوم. الطفو هو قوة تصاعدية في أي مادة تتدفق -حتى في الهواء- تُطبّق على جميع الجزيئات داخلها. إذ تأتي هذه القوة من ازدياد الضغط داخل السائل كلما ازداد عمق السائل؛ أي أن الضغط على قاع الجسم داخل السائل أعلى من الضغط على قمته ما يسبب القوة التصاعدية. باختصار، إذا كانت قوة الطفو لسائل ما أكبر من وزن الجسم الموضوع داخله فسيطفو الجسم.
يرتفع الهيليوم، لأنه أخف من العناصر الأخرى في طبقتنا الجوية. الأمر نفسه يحدث عندما يسخن الهواء داخل منطاد الهواء الساخن، ما يجعله أقل كثافةً بالنسبة للحجم داخل المنطاد مما هو خارجه، ما يؤدي إلى ارتفاعه.
الفراغ هو حجم خال من المادة، لذا فهو أقل كثافةً وأخف من الهواء في غلافنا الجوي. لذلك، إذا أمكننا ملء بالون بالفراغ -بالأحرى سحب غشاء البالون بحيث يحتوي على فراغ ويكون مستقرًا- فلن يطفو فحسب، بل سيطفو بشكل أفضل من بالونات الهيليوم.
الهيليوم خفيف جدًا لدرجة أنه يطفو على حافة غلافنا الجوي ليبقى حتى تشتته الرياح الشمسية بعيدًا، لذا من المفترض أن يطفو أي بالون مفرغ مثالي فوق أي هيليوم أو هيدروجين يواجهه، لأنه أخف من أي شيء داخل غلافنا الجوي.
تعود فكرة استخدام التفريغ في وسائل النقل إلى فترة طويلة. في عام 1690 بعد اختراع مضخة التفريغ حديثًا، اقترح الكاهن والرياضي الإيطالي فرانشيسكو لانا-تيرزي فكرة الزورق الجوي الفراغي؛ وهو زورق خشبي تقليدي محمول في الهواء بواسطة العديد من البالونات المفرغة.
كان من المستحيل في ذلك الوقت صنع فراغ كبير فارغ وصلب بما يكفي لتحقيق الإقلاع، لذا تتكرر القصة نفسها اليوم. إذ إن المشكلة في بنائه هي الشيء نفسه الذي سيساعد في رفعه – الضغط خارج الفراغ أعلى من الضغط داخل الفراغ. أي عندما يصبح الضغط أكثر مما يمكن للمادة المحيطة تحمّله، فإن النتيجة تكون انفجارًا داخليًا عنيفًا يؤدي إلى موازنة الضغط داخل الجسم وخارجه.
اقرأ أيضًا:
الفضاء ليس فارغًا إنما عبارة عن فراغ كمومي، فما هو هذا الفراغ الكمومي؟
بالونات تحت الماء تعطينا طريقة جديدة لتخزين الطاقة المتجددة!
ترجمة : حمداش رانية
تدقيق: منال توفيق الضللي
