الفيزياء في المرحلتين الابتدائية والإعدادية · Grades 1–9
10الهواء من حولنا
لوّح بيدك بسرعة أمام وجهك: يمسّ خدَّك شيء ليّن. لا تستطيع أن تراه ولا أن تمسكه ولا أن تضعه في درج — ومع ذلك يملأ كل غرفة، وكل قنّينة، وكل ساحة لعب على الأرض. هذا الفصل عن الهواء: تلك المادة الخفيّة التي نعيش في قاعها.
10.1 أهو شيء حقًّا؟
تعريف 10.1 (الهواء)
الهواء هو المادة الخفيّة التي حولنا في كل مكان. لا لون له، ولا رائحة خاصة به، والضوء ينفذ منه نفاذًا — ولذلك ننسى وجوده. لكنه مادة حقيقية، كما ستثبت تجارب هذا الفصل، وهو ثمين: فكل نَفَس تأخذه جرعة منه.
مثال 10.2 (جرّب: أمسك شيئًا من الهواء)
افتح كيسًا بلاستيكيًّا على سعته، ومرّره في الغرفة، ثم اِفتله مغلقًا. يقف الكيس منتفخًا كالوسادة — اعصره: يدفع في وجهك! فمن الواضح أن شيئًا محبوس في داخله. افتح ركنًا منه واعصره ثانية: تحسّ بالسجين الخفيّ ينسكب على أصابعك. وكيس “فارغ” مملوء بلا شيء ما كان ليدفعك.
مثال 10.3 (أين يُظهر الهواء نفسه)
الهواء خفيّ، لكن حيله ليست خفيّة: فهو يتموّج مرتعشًا فوق طريق ساخن، ويرفع الطائرات الورقية، ويحفّ في الأوراق، ويصنع فقاعات حيثما هرب تحت الماء. انفخ في كأسك من خلال ماصّة: كل فقاعة فضّية طرد صغير من الهواء في طريقه إلى الأعلى.
10.2 الهواء يشغل حيّزًا
طريقة 10.4 (غطسة المنديل الجافّ)
حيلة سحرية هي فيزياء خالصة — اصنعها فوق حوض.
- احشُ منديلًا ورقيًّا جافًّا في قاع كأس حشوًا محكمًا حتى لا يسقط؛
- اقلب الكأس رأسًا على عقب بالضبط؛
- ادفعها مستقيمة إلى الأسفل في حوض ماء، أعمق من الكأس كلها، من غير إمالة؛
- ثم اسحبها مستقيمة إلى الخارج والمِس المنديل.
المنديل جافّ تمامًا! فالكأس لم تكن فارغة قطّ: كانت مملوءة هواءً، والهواء المحبوس احتفظ بحيّزه، فلم يستطع الماء أن يدخل.
مثال 10.5 (القنّينة المقرقرة)
ادفع قنّينة “فارغة” فوهتها إلى الأسفل في الحوض وأملها قليلًا: قرقرة، فقرقرة، فقرقرة — فقاعات فضّية كبيرة تسابق إلى السطح، ويأخذ الماء مكانها في الداخل. كانت القنّينة مملوءة هواءً؛ ولا يستطيع الماء أن يدخل إلا بقدر ما يخرج الهواء. وتلك القرقرة عند حوض المطبخ هي صوت الهواء والماء يتبادلان الحيّز.
ملاحظة 10.6 (لا وجود لقنّينة فارغة)
من الآن فصاعدًا، ارتب في كلمة “فارغ”. القنّينة الفارغة، والكأس الفارغة، والعلبة الفارغة: كلها مملوءة هواءً حتى الحافة. أما الفراغ الحقيقي — ألّا يكون في الداخل شيء البتة، ولا حتى هواء — فتدبيره صعب جدًّا، وستلقى يومًا الاسم الغريب الذي يعطيه العلماء له.
10.3 الهواء يدفع
تعريف 10.7 (الريح)
الريح هواء متحرّك. فالهواء الساكن لا يمسّ أحدًا؛ أما الهواء المتحرّك فيدفع كل ما يقف في طريقه — برفق في يوم نسيم، وبقوة تحني الأشجار في العاصفة.
مثال 10.8 (الهواء في عمله)
الهواء المتحرّك يؤدّي أعمالًا حقيقية: يملأ أشرعة القوارب، ويدير لُعَب الريح، ويجفّف الغسيل، ويحمل الطائرات الورقية. وأنت تصنع ريحًا بنفسك كلما أطفأت شمعة عيد ميلاد — فنَفَسك هبّة صغيرة خاصة بك، تكفي قوّتها لدفع اللهب عن فتيلته.
مثال 10.9 (جرّب: بالون نفّاث)
انفخ بالونًا وأمسك عنقه مغلقًا. في الداخل هواء مضغوط ينتظر. أفلته: يندفع الهواء خارجًا إلى الخلف، وينطلق البالون إلى الأمام عبر الغرفة يترنّح ترنّحًا شديدًا. الهواء الهارب يدفع البالون — وهو ابن عمّ صغير للطريقة التي يدفع بها الغاز المضغوط الصواريخ الحقيقية.
ملاحظة 10.10 (الهواء ثمين)
أهمّ دفعة على الإطلاق تحدث في صدرك بهدوء: فمع كل نَفَس يدخل الهواء، ويحتفظ جسمك بقليل ممّا يحتاج إليه، ويخرج الباقي. والناس والقطط والطيور، بل حتى السمك (الذي يرتشف الهواء المختبئ في الماء)، كلها تحتاج إلى نصيبها. فالخفيّ لا يعني غير المهمّ — بل يعني في الهواء عكس ذلك.
10.4 تمارين
تمرين 10.1 ★
اذكر ثلاث قرائن رأيتها هذا الأسبوع على أن الهواء حقيقي — من غير أن تستعمل أي تجربة من كتاب.
حل
حل التمرين 10.1.
مثلًا: الريح تحني الأشجار أو تحفّ في الأوراق؛ طائرة ورقية أو علم يخفق؛ سحب النَّفَس في صباح بارد؛ فقاعات عند النفخ في ماصّة؛ باب يُصفَق مع تيار هوائي.
تمرين 10.2 ★
لماذا يدفع الكيسُ المفتول في المثال 10.2 في وجهك حين تعصره؟ وما الذي في داخله؟
تمرين 10.3 ★
في غطسة المنديل الجافّ، لماذا لا يصل الماء إلى المنديل؟ قل ذلك بكلمات الفصل: ما الذي يحتفظ بحيّزه؟
حل
حل التمرين 10.3.
الكأس مملوءة هواءً، والهواء المحبوس يحتفظ بحيّزه: فشيئان لا يكونان في مكان واحد في وقت واحد، ولذلك لا يستطيع الماء أن يرتفع إلى المنديل.
تمرين 10.4 ★
ما الذي يجب ألّا تفعله بالكأس أثناء غطسة المنديل الجافّ، وماذا يحدث للمنديل لو فعلته؟
حل
حل التمرين 10.4.
لا تُملها. فإن أُميلت هرب الهواء المحبوس صاعدًا فقاعاتٍ كبيرة، وأخذ الماء حيّزه — فيبتلّ المنديل.
تمرين 10.5 ★
ما قرقرة قنّينة تمتلئ تحت الماء؟ ما الذي يخرج، وما الذي يدخل، ولماذا يجب أن يتناوبا؟
تمرين 10.6 ★
“ناولني القنّينة الفارغة.” ما الذي في القنّينة الفارغة حقًّا؟ (انظر الملاحظة 10.6.)
حل
حل التمرين 10.6.
هواء — حتى الحافة. و“فارغة” لا تعني إلا “لم يبقَ فيها شراب”؛ أما القنّينة فمملوءة بمادة خفيّة.
تمرين 10.7 ★
ما الريح، بكلمات التعريف 10.7؟ واذكر عملين يؤدّيهما الهواء المتحرّك.
تمرين 10.8 ★
حين يطير البالون النفّاث، في أيّ جهة يندفع الهواء خارجًا، وفي أيّ جهة يذهب البالون؟
حل
حل التمرين 10.8.
يندفع الهواء خارجًا إلى الخلف من العنق، وينطلق البالون إلى الأمام، في الجهة المعاكسة.
تمرين 10.9 ★★
قُمع محكم في عنق قنّينة، مسدود من كل جانب بمعجون لاصق. تصبّ آنا الماء في القُمع — وبعد جرعة صغيرة يستقرّ الماء في القُمع رافضًا أن ينزل إلى القنّينة. اشرح ما الذي يسدّ عليه الطريق، واقترح الحلّ الذي لا يستغرق إلا ثانية.
تمرين 10.10 ★★
تحت الماء في حوض الحمّام، أمِل كأسًا مملوءة هواءً حتى تصير فوهتها مقابلة لفوهة كأس مملوءة ماءً، وكلتاهما تحت الماء. أتستطيع أن تصبّ الهواء إلى الأعلى من إحدى الكأسين إلى الأخرى؟ صِف ما تراه، ولماذا تصعد الفقاعات بينما ينزل الماء المصبوب.