فرضية جديدة قد تشرح أخيرًا الفيزياء التي تفسر حركة قطرات الماء

يتوارى خلف حركة قطرات الماء البسيطة قدر من الفيزياء المعقدة، يعتقد العلماء اليوم أنّهم على مقربة من اكتشاف ما يحدث لقطرات الماء على المستوي الجزيئي.

وقد بين نموذج رياضي جديد كيف أنّ طبقات الهواء الرقيقة للغاية يمكن أنّ تشكل حركة قطرات الماء بقدر أكبر من الذي يشكله الضغط الجوي أو درجة اللزوجة.

وفي الواقع فإنّ هذه الطبقات الرقيقة من الهواء بسمك 1 سنتمتر تصد موجات من الماء كتلك التي نراها بظاهرة تسونامي كما يشرح جيمس سبريتلزJames Sprittles))، أحد علماء الرياضيات بجامعة ويرويك (Warwick) ببريطانيا.

إذ يبين النموذج الجديد أنّ طبقة من الهواء سمكها 1 ميكرون (micron)– أيّ أصغر بـ 50 مرة من سمك الشعرة – يمكن أنّ تسبب تناثر قطرة بسمك 1 مليمتر بنمط متناثر بدلًا من تناثرها بالتساوي على السطح.

ويستطرد سبريتلز قائلًا: «إنّ سمك هذه الطبقات من الهواء صغير للغاية للحد الذي يمكن يقارن فيه بالمسافات التي تقطعها الجزيئات كنتيجة للاصطدام، لذا فالنموذج التقليدي لدينا غير دقيق ولزم استخدام نموذج جزيئي».

وفي حين اقترحت من قبل فرضية تأثير طبقات الهواء على كيفية تشكل القطرات، فإنّ استخدام النموذج الجديد أدى إلى سبر المزيد من التفاصيل حول ما يحدث على المستوي الجزيئي لحظة تصادم الهواء والسائل في ظروف مختلفة.

إحدى هذه الظروف تحدث في قمم الجبال، حيث يكون الضغط الجوي منخفض فيَتعذّرُ تكوّن قطرات الماء لهروب الهواء من أسفلها بسهولة.

ولكن الفائدة من هذه الأبحاث تتخطي محاولة مساعدة المتسلقين على معرفة إذا كانت مشروباتهم المتناثرة تشكل قطرات أم لا؛ إذ أنّ فهم كيفية تشكل هذا التناثر يمكن أن يساعد العلماء في كل شيء تقريبًا، بدءًا من تحليل بقع الدم في موقع الجريمة، إلى معرفة السرعة المناسبة لرش الأسمدة على النباتات لتجنب ارتجاعها على شكل قطرات مرة أخرى.

ويقول سبريتلز، إنّ لهذه النظرية عدة تطبيقات تتعلق بكثير من الظواهر مثل استخدامها في علوم الطقس، لفهم كيفية اصطدام قطرات الماء عند تكون الغيوم أو لتقدير كمية الغاز الذي يسحب للمحيطات عند هطول الامطار.

وكما أشارت الأبحاث السابقة، حتى درجات الحرارة المختلفة للماء يمكن أن تؤثر على كيفية تشكل قطرات الماء.

ويقول سبريتلز إنّ محاولة دمج هذه الفرضية مع النماذج الموجودة لا ينبغي أن يكون صعبًا؛ وستكون الخطوة التالية هي تصميم نماذج أكثر تعقيدًا على هذا الأساس، وحينها ستتحسن تنبؤاتنا بالطريقة التي ستتشكل بها نثرات الماء في مختلف الظروف.

فلك أن تتخيل كيف أنّ حدثًا بهذه البساطة يمكن أن يحوي كل هذا التعقيد.

نشر البحث بـ Physical Review Letters

ترجمة : فادي سامح روماني
تدقيق: خليل حسن
المصدر