العالم الغريب والمذهل للسوائل

إذا سكبت ببطء قطرات الماء أو دفقات الحليب، فسترى أشياء غريبة ومذهلة. لقد فعلت شيئا مذهلا اليوم دون أن تدري، سواء وأنت تقف في الحمام، أو تسكب الحليب على طعام الإفطار أو أضفت حبات من السكر إلى قهوتك او إذا فتحت الصنبور وأغلقته، في كل هذه الأحوال ستذهل لو تمكنت من رؤية ما يحدث تساقط قطرات أو دفقات هذه السوائل.

يمكنك ذلك الآن بفضل مسابقة يطلق عليها معرض حركة الموائع، والتي تعرض فيها الصور العجيبة المدهشة وفيزياء السوائل، بالتصوير البطيء واللقطات المقربة.

ويدير المعرض قسم ميكانيكا السوائل في الجمعية الأمريكية للفيزياء. وتضم المسابقة مجموعة من الأفلام القصيرة مدة كل منها ثلاث دقائق تكشف عن بعض جوانب تدفق السوائل، ويجري تقييم الفائز منها بناء على ما تحتويه المادة المصورة من مواصفات بصرية جذابة وأهمية علمية أيضا.

يقول القائمون على المعرض إن مقاطع الفيديو التي تتنافس في هذه المسابقة ينبغي أن تكون مثيرة للاهتمام، لكن يجب أن تتمتع أيضا بمواصفات بصرية تثير الدهشة وتجذب الانتباه بشدة.

انظر إلى دفقات السوائل التي تبدو مألوفة للجميع. عند القاء جسم كروي في سائل، فان ما ينتج هو ارتفاع جزء من السائل على شكل تاج ينساب من حوافه قطرات صغيرة، وهو صورة مألوفة جدا لدرجة أن “الجمعية التعاونية للمزارعين البريطانيين لتسويق منتجات الألبان” تبنتها كرمز لها منذ تأسيسها في التسعينيات من القرن الماضي.

المادة المصورة الفائزة في مسابقة هذا العام كانت مقطع فيديو بالتصوير البطيء قدمه باحثون من الولايات المتحدة والمملكة العربية السعودية يلقي الضوء على جانب جمالي جديد ومعقد لهذه العملية اليومية.

ويكشف الفيديو عن أن الحافة الناتجة عن سقوط قطرة الحليب تأخذ شكل قبة من الداخل، وأثناء ذلك تطوي كورقة رقيقة من البلاستيك تغلف سلسلة من النتوءات حول القبة، لتبدو للوهلة الأولى كمزهرية مزخرفة، أو رأس زهرة النرجس البري، أو كمخلوق بحري غريب.

يعكس وجود مثل هذه المنافسة شيئاً فريداً عن ميكانيكا الموائع، أو علم التدفق. إنه مجال في غاية الأهمية، وذو صلة بمسائل علمية من هندسة الطيران إلى علوم الأرصاد الجوية إلى الكيمياء الصناعية. إنه أيضا حقل علمي يتطلب نشاطا فكرياً كبيراً.

المادة العلمية لهذا الحقل مليئة بالمعادلات، وقد جذبت عدداً من أفضل العلماء وعلماء الرياضيات في العصر الحديث مثل اللورد رايليغ واللورد كيلفين وكذلك فيرنر هايسنبيرغ. بعض الأسئلة التي أثيرت في هذا المجال مثل اضطرابات السوائل، تعتبر من أكبر الألغاز العلمية التي لم يجر فك طلاسمها حتى الآن.

ومع ذلك فإن هذه الظواهر مألوفة جداً وموجودة في كل مكان. أنت لست بحاجة إلى مسرع جسيمات لدراستها، كوب من الماء يفي بالغرض. عندما تسقط قطرة المطر، عند تملء حوض الاستحمام بالمياه، أو عندما تطهو طعامك، فإن التدفقات المتصلة بهذه العملية هي تحديداً تلك التي تثير دهشة وحيرة كبار العلماء وتدفعهم للتفكير.

تنافس في المسابقة فيلم آخر بعنوان “تعقيدات خفية لعود ثقاب”، والذي يكشف عن الغازات التي تنتج لدى إشعال عود ثقاب وتنتشر في محيط الهواء القريب.إنه منظر رائع، ولكنه في ذات الوقت غاية في التعقيد، يتمثل في وجود شكل ينتج عن عملية عشوائية، لن تكرر مطلقا، لكن هذه العملية ومن خلال منطق مثير من الصعب صياغتها بطريقة رياضية.

العديد من مقاطع الفيديو المشاركة في المسابقة توضح أن سلوك الطائرات والدفقات والفقاعات هو الذي يحدث بعض النتائج الأكثر إثارة للانتباه.

الق نظرة على المقطع المصور بعنوان “قطرة مطر على سطح رملي”، والذي يبدأ كما هو متوقع: دفقة ترسم شكل تاج من الحبوب الصغيرة، لكن ما الذي يحدث بعد ذلك؟ رذاذ القطرة ينتشر متحولاً الى كتلة ذات نتوءات عديدة قبل أن تتراجع لما يشبه كائن حي يواجه خطرا على شاطيء البحر.

يظهر فيلم آخر قصير بعنوان “العالم الداخلي لفقاعة منهارة” والذي أعده فريق سويسري، فقاعة وهي تحدث حركة عجيبة بالكاد يمكنني وصفها، تبدو فيها هذه الفقاعة وكأنها تلتف بأناقة حول نفسها قبل أن تختفي في انتفاخ مزدوج ناتج عن اضطراب.

ويبدو أن هناك أمثلة لا تنتهي لهذه التفاصيل التي يمكنك أن تنظر إليها فقط على أنها مجرد قطرة أو دفقة أو فقاعة.

في بعض الحالات، يمكن أن يصبح الأمر مثيرا للدهشة بدرجة فائقة جدا، فالقطرات يمكن أن تقفز قبل أن تستقر على سطح السائل، لتفصلها عن السطح طبقة رقيقة جداً من الهواء الموجود بين القطرة وسطح السائل.

لكن في النهاية، يتحرك الهواء بعيداً تاركاً القطرة تندمج مع بقية السائل. لكن ذلك يولد طاقة تستقر على السطح يمكن أن تدفع القطرة الأصغر لأعلى حتى ترتفع هي الأخرى ثم تعود وتستقر على السطح ثم تختلط ببقية السائل، وهكذا تتكرر العملية ذاتها مع قطرات أصغر حجماً في كل مرة.

يعكس جمال وروعة ميكانيكا الموائع، التي تحدث أشكالا رائعة في الطبيعة يمكن أن تكون كافية لتنظيم مسابقة فنية سنوية، درجة الأهمية البصرية لهذا العلم. ليس فقط لأن الصور تتحدث عن نفسها، بل لأن قصة هذا العلم لا يمكن أن تعرف بدون هذه السوائل.

الأكثر من ذلك، هو أن المراقبة والملاحظة الدقيقة عن قرب في هذا المجال تكون أكثر أهمية من معظم المجالات الأخرى، حيث يمكنك بالمشاهدة وحدها أن تعرف ما هي الأسئلة التي يمكن أن تطرحها، فضلاً عن طبيعة الاجابات عليها.

قطرات وفقاعات “معرض حركة الموائع” ليست مجرد شيء جميل بلا مضمون مهم.إنها تفسر غموضا كبيراً وتكشف عن مفاجآت لا نهاية لها، وهو فهم يمكنه مساعدتنا على ان نصنع آلات طباعة أفضل، ولكن أيضاً نستنتج منها كيف تتكون الحفر في القمر والكواكب، وكيف تنتقل غازات مثل ثاني أكسيد الكربون بين السماوات والمحيطات حيث تتصادم وتنكسر الجزيئات السائلة لمياه الأمواج، وهي عملية مهمة في علوم المناخ.

bbc العربية