بوابة اوكرانيا – كييف 21 سبتمبر 2024 – يحب مدرسو الفيزياء “التصيد” مع الطلاب وطرح أسئلة مثل “هل يتغير وزن العلبة التي بداخلها ذبابة إذا طارت الذبابة”
وللإجابة بشكل صحيح على هذا السؤال، فكرة الدورة العامة للميكانيكا كافية. يمكنك بالطبع فهم المشكلة عن طريق إجراء تجربة. ولكن الأمر الأكثر إثارة للاهتمام هو محاولة التنبؤ بسلوك النظام بناءً على المعرفة
ومفتاح الحل بسيط. دعونا معرفة كيف تطير الذبابة؟ تخيل أنه لا يوجد هواء في الجرة على الإطلاق. هل ستكون قادرة على الطيران؟ بالطبع لا! بعد كل شيء، تعتمد عملية الطيران برمتها على حقيقة أن الذبابة “تسند” أجنحتها على الهواء ويتم دفعها بعيدًا عنه.
للبقاء في الهواء، يجب على الملهمة دفع الهواء إلى الأسفل بقوة تساوي وزنه، ويتم نقل هذه القوة إلى الجرة من خلال ضغط الهواء.
وتبين أن وزن الذبابة تدعمه العلبة دائمًا، بشكل مباشر أو غير مباشر. لا يوجد فرق مادي بين المواقف التي تجلس فيها الذبابة في قاع جرة مغلقة بإحكام وتطير داخل الجرة نفسها.
ولكن ليس من قبيل الصدفة أننا سلطنا الضوء على عبارة “مختومة بإحكام”.
ومن الممكن أن يختلف وزن الذبابة، وهذا هو السبب.
تفترض الإجابة المصاغة أن العلبة محكمة الغلق تمامًا ولا تتشوه، وأن الهواء الموجود داخل العلبة له نفس درجة الحرارة والضغط مثل الهواء الخارجي. إذا لم يتم استيفاء أي من هذه الشروط، فقد يتغير وزن العلبة قليلاً أثناء طيران الذبابة.
وعلى سبيل المثال، إذا لم تكن العلبة مغلقة بإحكام، يمكن أن يهرب بعض الهواء عندما تدفعها الذبابة إلى الأسفل بجناحيها، مما سيؤدي في النهاية إلى تقليل وزن العلبة. إذا لم تكن العلبة صلبة، فقد تتمدد أو تنكمش قليلاً مع تغير موضع الذبابة، مما يؤدي إلى تغيير حجم وكثافة الهواء داخل العلبة. أو، إذا كان الهواء الموجود داخل العلبة أكثر سخونة أو برودة من الهواء الخارجي، فقد تؤثر قوة طفو أخرى (مختلفة عن الخارج) على الطاير، مما يؤثر على وزن العلبة.
وهذه التأثيرات صغيرة جدًا ويصعب قياسها، لكنها ليست صفرًا.
إحدى هذه التجارب أجراها الدكتور جون نورتون من جامعة كارنيجي ميلون في عام 2023. استخدم مقياسًا دقيقًا لقياس وزن جرة مغلقة بداخلها ذبابة فاكهة. وتبين أن وزن العلبة يتقلب بنحو 0.0001 جرام أثناء طيران الذبابة، اعتمادًا على مدى سرعة طيرانها وارتفاعها. وتبين أيضًا أن هذه الانحرافات كانت بسبب التغيرات في درجة الحرارة والضغط داخل العلبة، وليس بسبب التغيرات في الجاذبية أو القصور الذاتي.
