هل يتساوى حجم قطرتي ماء وزئبق هابطتين من القطارة ذاتها؟

إنّ حجم قطرة من الزئبق وأخرى من الماء من نفس القطارة يكون مختلفًا، على فرض ملء القطارة بنفس المستوى ونفس الضغط وبنفس النسبة، إنّ حجم القطرة عندما تنفصل عن طرف القطارة وتقع يكون مبنيًّا على عاملين، هما التوتر السطحي لهذا السائل وكثافته أيضًا.

الكثافة

هي الجزء من الأسهل من الشرح، كلّما ارتفعت الكثافة؛ زادت الكتلة في قطرة من نفس الحجم، على افتراض القيام بهذا في بيئة يوجد فيها جاذبية، فإنّ الزيادة في الكتلة تعني الزيادة في الوزن وهذا يعني أنّ نفس قطرة بنفس الحجم من الزئبق والماء سيكون للزئبق كثافة أعلى من الماء وبالتالي سيكون وزنها أكبر وبالتالي تحتاج لقوة أكبر لسحبها إلى الأسفل، تبلغ كثافة الزئبق حوالي 13.6 غرام/سم3، أما كثافة الماء فهي 1 غرام/سم3.

التوتر السطحي

في هذه الحالة، يعطي التوتر السطحي قوة مقاومة للسقوط بسبب الجاذبية، على سبيل المثال: املأ كأس ماء بشكل كامل، بل املأها بأقصى ما تستطيع استيعابه بدون فائض، فإذا نظرت إلى الجزء العلوي من الكأس ثم أضفت قطرة صابون إلى الجزء العلوي من الكأس فإن هذه القطرة ستكون خارج الكأس ويرجع ذلك إلى أن الصابون يقلل من التوتر السطحي للماء. وبالعودة إلى الماء والزئبق، فإنّ للماء خاصية توتر سطحي أقلّ بكثير من الزئبق، إذ يبلغ التوتر السطحي للماء ٧٣ داين/سم، أما الزئبق فهو بحوالي ٤٦٥ داين/سم.

ولو لم يكن الزئبق خطرًا على صحتك لكان بإمكانك أن تضع فقاعة من الزئبق على مكتبك وأن تقوم بدفعها كيفما تشاء بسب التوتر الشديد للسطح لذلك كما نرى أنّ للزئبق عيوبًا وميّزات، فهو يملك توترًا سطحيًّا أعلى وهذا يسمح له بأن يتشكل لأعلى، ممّا يسمح بتشكل أكبر للقطرة، ومن ناحية أخرى فإنّ للزئبق كثافة أعلى والتي من شأنها لوحدها أن تؤدي لتشكل قطرة أصغر.

أيٌّ من هذين العاملين سيفوز؟
لا نستطيع الجزم، لكن من المؤكّد أنّ حجم القطرة سيكون مختلفًا، باستثناء صدفة ذات أبعاد أسطوريّة.

معلومة جانبية مهمة: كمية الماء والزئبق الّتي تُمتَصّ داخل القطارة تختلف أيضًا، نظرًا للكثافة المختلفة ستحصل على زئبق أقلّ من الماء إذا قمت بالضغط بنفس القوة في الحالتين.

ترجمة: إيناس حج علي
تدقيق: عبدالسلام الطائي
المصدر