NewsImage_48401

تتغلب الطبيعة على الهندسة البشريّة عندما يتعلق الأمر بإعداد المزيج المعقد للجزيئات التي تشكل الألياف والحرير الطبيعي، بغض النظر عن الجهود المبذولة لإنتاج هذه المواد اصطناعيًا، فإنَّ التنوع الصناعي مازال غير قادر على الوصول لمتانة الألياف الطبيعية.

وجد المهندسون طريقة لإنتاج مادة صلبة بمقدار الضعف مقارنة مع نظيرتها الطبيعية ويمكن أن نشكل منها هياكل وأنسجة معقدة مثل الشبكات، وذلك بواسطة تحطيم الحرير الذي تنتجه دودة القز كيميائيًا ومن ثم إعادة تجميعه.

يقول الباحثون بأن المادة الجديدة والملقبة بألياف الحرير المجدد (RSF) يمكن أن تجد طريقها إلى العديد من التطبيقات التجارية والطبية.

تمّ الإعلان عن هذه النتائج في مجلة اتصالات الطبيعية (Nature Communications) بورقة بحث تم إعدادها من قبل البروفسور في الهندسة ماركوس بوهلر (Markus Buehler) والدكتور شينجي لينج (Shengjie Ling) والعالِم الباحث زهاو كين (Zhao Qin) وثلاثة آخرون في جامعة تافتس (Tufts University).
<div class="custom-ads-5-6"><script async src="//pagead2.googlesyndication.com/pagead/js/adsbygoogle.js"></script><ins class="adsbygoogle ibis-ads-1256" style="display: inline-block;" data-ad-client="ca-pub-1014613170440504" data-ad-slot="7083709560"></ins><script>(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});</script></div>
تعتبر بعض أنواع الحرير التي تنتجها العناكب من بين أقوى المواد المعروفة، وعلى عكس دود القز، فإن العناكب لا يمكن إطعامها من أجل إنتاج الألياف بكميات مفيدة.

حاول العديد من الباحثين ومن ضمنهم بوهلر والمتعاونون معه أن يقوموا بإنتاج حرير صناعي صافي بدلًا من ذلك، ولكن هذه الجهود لم تفلح حتى الآن بإنتاج ألياف تستطيع أن تماثل متانة النسخ الطبيعية.

بدلًا من ذلك، قام الفريق الآن بتطوير طريقة لاستخلاص أفضل الخصائص في الحرير الطبيعي الذي ينتجه دود القز، وإنتاجه بطريقة تجعله أقوى وتفتح الطريق لنوعية واسعة من الأشكال والأنسجة الجديدة والتي لم يسبق أن تم تشكيلها بواسطة الحرير الطبيعي.

يعتمد مبدأ هذه العملية على تحطيم الحرير الطبيعي ولكن ليس إلى حد بعيد، حيث لا يقومون بإذابة الشرانق التي يصنعها دود القز إلى الحد الذي تتحطم عنده البنية الجزيئية للمادة ولكن بالأحرى إلى صيغة وسطية مؤلفة من ألياف دقيقة، وتحتفظ هذه المجموعات الدقيقة والشبيهة بالخيوط ببعض التراكيب المتسلسلة المهمة والتي تعطي الحرير متانته.
<div class="custom-ads-5-6"><script async src="//pagead2.googlesyndication.com/pagead/js/adsbygoogle.js"></script><ins class="adsbygoogle ibis-ads-1256" style="display: inline-block;" data-ad-client="ca-pub-1014613170440504" data-ad-slot="7083709560"></ins><script>(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});</script></div>
يقارن بوهلر وهو رئيس قسم الهندسة المدنية والبيئية عملية تدوير المواد هذه بعملية هدم منزل قديم مبني من الطوب، بدلًا من مجرد تدمير المنزل وتحويله إلى كومة من الأنقاض نقوم بفصل قطع الطوب بحذر ومن ثم نستخدمها لبناء بنية جديدة، ويقول أن الطبيعة مازالت أفضل منا في صنع التراكيب الدقيقة وهي التي تعطي الحرير خواصه الفريدة من حيث الصلابة والمرونة، وفي هذه الحالة نقوم بالاستفادة مما تعطينا إياه الطبيعة.

يوضح لينج أنَّ هذه الخيوط والألياف مكلفة، لكن كلفة المادة تأتي بشكل رئيسي من العمل المخبري المكثف لتفكيك الخيوط من الشرنقة وحياكتها وليس من الإنتاج الفعلي لدود القز وشرانقها، والتي هي مكلفة إلى حد بعيد، ويمكن التوضيح باستخدام مقاييس كبيرة، حيث أن شرانق دود القز غير المعالجة تكلف حوالي خمسة دولارات للكيلوغرام.

وجد الباحثون أن بإمكانهم إنتاج ليف له ضعف صلابة الحرير التقليدي ويقارب صلابة خيط حريري لعنكبوت، وذلك عن طريق تحطيم الحرير ومن ثم تمريره من خلال ثقب دقيق.
<div class="custom-ads-5-6"><script async src="//pagead2.googlesyndication.com/pagead/js/adsbygoogle.js"></script><ins class="adsbygoogle ibis-ads-1256" style="display: inline-block;" data-ad-client="ca-pub-1014613170440504" data-ad-slot="7083709560"></ins><script>(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});</script></div>
يمكن أن تقود هذه العملية لإمكانيات متنوعة من أجل استخدامات جديدة، على سبيل المثال، الحرير مادة متطابقة حيويًا بشكل طبيعي ولا تسبب أية مضاعفات أو ردود فعل مؤذية في الجسم، بالتالي يمكن للمادة الجديدة أن تكون مثالية لتطبيقات مثل الخيوط الطبية أو الدعامات المستخدمة لنمو بشرة جديدة أو المواد الطبية الحيوية الأخرى.

هذه الطريقة تسمح للباحثين بتشكيل المادة بطرق لم يسبق أبدًا أن تم نسخها أو تشكيلها في الحرير الطبيعي، ويمكن تشكيلها على سبيل المثال كشبكات، أنابيب، ملفات، صفائح وأشكال أخرى أكثر سماكة من الحرير الطبيعي.

يقول بوهلر: «نحن غير راضين عما ينتجه دود القز، ونريد أن نصنع موادنا الجديدة الخاصة بنا».

ويقول كين: «إن مثل هذه الأشكال يمكن صنعها باستخدام المادة المعاد تشكيلها في الطابعات الثلاثية الأبعاد والمعدة خصيصا للحرير».

إحدى ميزات هذه العملية أنه يمكن تنفيذها باستخدام تقنيات التصنيع التقليدية، وبالتالي فإن تحويلها إلى كميات تجارية ليس بالأمر الصعب، ويمكن التحكم بالخواص المميزة للألياف بالمقدار الذي نريده، بما فيها الصلابة والمتانة، ببساطة عن طريق تغيير سرعة عملية البثق.
<div class="custom-ads-5-6"><script async src="//pagead2.googlesyndication.com/pagead/js/adsbygoogle.js"></script><ins class="adsbygoogle ibis-ads-1256" style="display: inline-block;" data-ad-client="ca-pub-1014613170440504" data-ad-slot="7083709560"></ins><script>(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});</script></div>
الألياف المُعاد تشكيلها حساسة جدًا للمستويات المختلفة من الرطوبة، ويمكن جعلها موصلة كهربائيًا بإضافة غلاف رقيق من مادة أخرى مثل طبقة من أنابيب الكربون النانويّة، هذا الأمر يؤهلها لتستخدم بشكل واسع في أجهزة الاستشعار والحساسات، حيث يمكن لسطح مغطى بطبقة أو شبكة من هذه الألياف أن يستجيب لضغط طرف الأصبع أو للتغيرات في الأحوال الجوية.

يقول بوهلر: «إن أحد التطبيقات الممكنة على سبيل المثال، هو غطاء للسرير مصنوع من مثل هذه الألياف»، ويمكن لهذا الغطاء أن يستخدم في مؤسسات الرعاية والتمريض للمساعدة في تفادي تقرحات الفراش عن طريق مراقبة الضغط وتنبيه الممرضات أوتوماتيكيًا عندما يستلقي مريض ما في نفس الوضع لمدة طويلة مع الضغط على منطقة محددة في الجسم، مثل هذه التطبيقات يمكن تنفيذها عمليًا بسرعة كبيرة بما أنه لم تبقى أيّة عوائق حقيقية تمنع إنتاج مواد مناسبة لمثل هذه الاستخدامات.

جُهِز بواسطة: Massachusetts Institute Of Technology.

<hr />

<ul>
 	<li>ترجمة: م. يازد حسامو</li>
 	<li>تدقيق: صهيب الأغبري</li>
 	<li><a href="https://phys.org/news/2017-11-reconstituted-silk-stronger-natural-fiber.html" target="_blank" rel="noopener">المصدر</a></li>
</ul>

أصبح بالإمكان صناعة حرير أقوى بعدة مرات من الألياف الطبيعية وبأشكال متعددة

<h2>تفسير خدعة التصاق الشعر ببالون هوائي بسبب الكهرباء الساكنة</h2>

<hr />

أغلبنا قمنا في سنوات الطفولة بفرك بالون من الهواء بسرعة على شعرنا لجعله يقف ويلتصق بالبالون (ربما قد قمت بفعلها مؤخرا). الآن وبعد سنوات من التخمين، قام علماء من جامعة Case Western Reserve بتحديد حقيقة حدوث هذه الخدعة.
<div class="custom-ads-5-6"><script async src="//pagead2.googlesyndication.com/pagead/js/adsbygoogle.js"></script><ins class="adsbygoogle ibis-ads-1256" style="display: inline-block;" data-ad-client="ca-pub-1014613170440504" data-ad-slot="7083709560"></ins><script>(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});</script></div>
من المعلوم ومنذ زمن بعيد أنه عندما نقوم بفرك جسمين مع بعضهما البعض تنشأ شحنة كهربائية تسمى "الكهرباء الساكنة" أو الشحن الكهربائي الناتج عن الاحتكاك "Triboelectric Charging", وإذا امتلك الجسمان شحنتين متعاكستين (سالب وموجب)، فإنهما يلتصقان سوية. لكن بعض الأجسام تبدي ميلًا لاكتساب شحنة أكثر من غيرها (تلتصق معًا بمقدار أكبر) - مثل حالة البالون مع شعر الجسم. لماذا يحدث ذلك؟

تبعًا لدراسة جديدة تم نشرها في مجلة "Physical Review Materials", فإن جوهر هذه الظاهرة سببه مقدار الانفعال في مادة البالون. من أجل هذه الدراسة، قام العلماء بمطّ (تعريضها للشد والحصول على الانفعال) فيلم (طبقة رقيقة) من مادة "Polytetrafluoroethylene" (PTFE)- الاسم الشائع لها هو التفلون "Teflon"- وثم فركها مع فلم آخر من ال PTFE غير المعرض للانفعال. وجد العلماء أنه على الرغم من أن المادتين كانتا متطابقتين كيميائيا، فقد تولد انتقال للشحنة باتجاه واحد، كما لو أن لهما تراكيب كيميائية مختلفة. الرقاقة الممطوطة (المعرضة للانفعال) امتلكت الشحنة الموجبة، بينما امتلكت الرقاقة السليمة (التي لم تتعرض للانفعال) الشحنة السالبة.
<div class="custom-ads-5-6"><script async src="//pagead2.googlesyndication.com/pagead/js/adsbygoogle.js"></script><ins class="adsbygoogle ibis-ads-1256" style="display: inline-block;" data-ad-client="ca-pub-1014613170440504" data-ad-slot="7083709560"></ins><script>(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});</script></div>
كلما تعرضت المادة للانفعال أكثر، كلما كانت أكثر قابلية لتختبر انتقال منتظم للشحنة. يحدث هذا الأمر لأن البنية المجهرية (البنية الدقيقة) للمادة تتغير عندما تتعرض للانفعال، مما يسبب نشوء شقوق وثقوب دقيقة. هذا الأمر يسمح للاحتكاك الذي تحرضه عملية الفرك بتسهيل انتقال الشحنة ونشوء الكهرباء الساكنة.

يشرح لنا المؤلف المشارك دان لاكز "Dan Lacks" في تصريح صحفي: "نحن نعتقد أن المناطق الفارغة (المعرضة للتشقق) والألياف الخلوية الدقيقة التي نشاهدها عند تعريض البوليميرات (مركبات كيميائية مثل التفلون) للانفعال تمتلك ترابط وتماسك مختلفين مما يجعلها تمتلك شحنات مختلفة".
<div class="custom-ads-5-6"><script async src="//pagead2.googlesyndication.com/pagead/js/adsbygoogle.js"></script><ins class="adsbygoogle ibis-ads-1256" style="display: inline-block;" data-ad-client="ca-pub-1014613170440504" data-ad-slot="7083709560"></ins><script>(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});</script></div>
يقول أندرو وانغ "Andrew Wang" المؤلف المشارك: "عادة ما تعرف تجارب الشحن الكهربائي الناتج عن الاحتكاك- كما يمكن للبعض أن يقول- بنتائجها المتقلبة ذات الأثر الجذاب". ويضيف وانغ أيضا: "الأمر الذي كان مفاجئا لي، في البداية، هو التناسق والتطابق في نتائج الشحن للمواد المعرضة للانفعال في مقابل مثيلتها غير المعرضة للانفعال".

قام الباحثون أيضا بدراسة هذه الظاهرة باستخدام حبيبات التغليف المصنوعة من البوليسترين "Polystyrene" والتي تلتصق بأيدينا عادةً عند فتح الصناديق المغلفة. يتم حاليا دراسة فحص حبيبات البوليسترين والحقائب البلاستيكية بشكل دقيق للحصول على فهم أفضل للكهرباء الساكنة. سيقوم العلماء بالمضي قدماً في هذه الدراسة إلى النهاية بدقة كبيرة تسمح بأن يكونوا قادرين على التحكم بها (الكهرباء الساكنة)، للمساعدة في منع الانفجارات الناتجة عن الشحن الكهربائي الناتج عن الاحتكاك (مثل انفجارات غبار الفحم في المناجم) وتطوير منتجات أكثر فعالية – على سبيل المثال، مبيدات حشرية يمكن أن تلتصق بشكل أفضل على النباتات، أو دهانات تلتصق بشكل أفضل على السيارات.
<div class="custom-ads-5-6"><script async src="//pagead2.googlesyndication.com/pagead/js/adsbygoogle.js"></script><ins class="adsbygoogle ibis-ads-1256" style="display: inline-block;" data-ad-client="ca-pub-1014613170440504" data-ad-slot="7083709560"></ins><script>(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});</script></div>
<strong>هل تعلم أنه بإمكان الكهرباء الساكنة أن تُشعل أبخرة الوقود في محطة الوقود؟!</strong>

من أجل تلافي مثل هكذا كارثة، حاول ألا تعود إلى سيارتك مباشرة بعد قيامك بعملية تعبئة الوقود لأن انزلاقك على المقعد يولد الكهرباء الساكنة. إذا كان من الضروري عودتك إلى السيارة، تأكد من تأريض نفسك عند عودتك عن طريق لمس الجزء المعدني لباب سيارتك.

<hr />

<ul>
 	<li>إعداد: يازد حسامو</li>
 	<li>تدقيق بدر الفراك</li>
 	<li>تحرير: زيد أبو الرب</li>
</ul>
<a href="https://science.howstuffworks.com/why-do-balloons-stick-to-hair.htm" target="_blank" rel="noopener">المصدر </a>

تفسير خدعة التصاق الشعر ببالون هوائي بسبب الكهرباء الساكنة

لغز الضربة الحرة الشهيرة لروبرتو كارلوس (فيزياء كرة القدم)

انتشر على الإنترنت فيديو لرجلٍ ذي قدرةٍ على وضع يده في المعدن المصهور دون أن يتعرض للأذى (شاهد الفيديو المُرفق).

يظهر الرجل وهو يتحرك صوب تيار المعدن المصهور, يخلع قفازه، ثم يدفع يده خلال تيار المعدن السائل و يتراجع وكأن شيئًا لم يكن وهو غير مصابٍ البتة.

لا تحاول القيام بهذا الأمر في المنزل, حتى لو صادف ووُجد في منزلك معدنٌ مصهور.

<a href="https://gfycat.com/MassivePossibleBobwhite" target="_blank" rel="noopener">رابط الفيديو</a>
<div class="custom-ads-5-6"><script async src="//pagead2.googlesyndication.com/pagead/js/adsbygoogle.js"></script><ins class="adsbygoogle ibis-ads-1256" style="display: inline-block;" data-ad-client="ca-pub-1014613170440504" data-ad-slot="7083709560"></ins><script>(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});</script></div>
إذن، كيف استطاع هذا الرجل تنفيذ هذا الأمر دون أن تذوب يده أو يتعرض لإصاباتٍ شديدة؟، هل هو أحد أنواع التيرميناتور الذي كنا نشاهده في أفلام الممثل "أرنولد شوارزنجر" غير القابلة للتدمير؟

والجواب لذلك هو لا، لأنَّ تفسير هذه الظاهرة يعود في الغالب تبعًا لتأثير لايدنفروست
"Leidenfrost effect"، وهو ما يجعل قطرات الماء تتراقص فوق صفيحةٍ ساخنةٍ للغاية, بدلًا من التبخر الفوريّ(شاهد الفيديو المرفق).

<a href="https://gfycat.com/UnimportantKindAsianconstablebutterfly" target="_blank" rel="noopener">رابط الفيديو</a>
<div class="custom-ads-5-6"><script async src="//pagead2.googlesyndication.com/pagead/js/adsbygoogle.js"></script><ins class="adsbygoogle ibis-ads-1256" style="display: inline-block;" data-ad-client="ca-pub-1014613170440504" data-ad-slot="7083709560"></ins><script>(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});</script></div>
عندما يُسكب السائل على صفيحةٍ ساخنة, تتبخر الطبقة السفلية للسائل بشكلٍ فوريّ.
هذا الأمر يشكل طبقة حمايةٍ غازيةٍ بين الصفيحة الساخنة وبقية قطرة الماء, مما يمنع الاتصال بينهما وإبطاء الانتقال الحراري.
شُرح ذلك بدقةٍ في هذا الفيديو من البرنامج التلفزيونيّ البريطانيّ QI (Quite Interesting), بضيافة ستيفن فراي"Stephen Fry".

<a href="https://youtu.be/il-S2EL0w5Q" target="_blank" rel="noopener">رابط الفيديو</a>
<div class="custom-ads-5-6"><script async src="//pagead2.googlesyndication.com/pagead/js/adsbygoogle.js"></script><ins class="adsbygoogle ibis-ads-1256" style="display: inline-block;" data-ad-client="ca-pub-1014613170440504" data-ad-slot="7083709560"></ins><script>(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});</script></div>
نفس التأثير هو ما يحمي الرجل في الفيديو والذي يقوم بتمرير يده خلال المعدن المصهور وكأنه صنبور ماءٍ عاديّ.

عند مقدارٍ زمنيٍّ قصيرٍ للغاية, تتبخر الرطوبة على بشرة الرجل بشكلٍ فوريّ, مما يشكل طبقة حمايةٍ على بشرته وتمنعه من لمس المعدن السائل بشكلٍ مباشر.

وهذا الأمر سمح له بتمرير يده خلال تيار المعدن دون أن تحترق، لكن لو أن هذا الرجل قام بتنفيذ هذا الأمر بفترةٍ زمنيةٍ أطول ولو بجزء واحدٍ من الثانية, لكان على الأغلب تعرض لحروقٍ شديدة؛ لذلك لا تحاول القيام بذلك في المنزل.

نفس التأثير من الممكن مشاهدته مع النتروجين السائل، فمن المعلوم أن النتروجين السائل يغلي عند -196 Co (-321 F), ويتبخر فورًا عند ملامسته لسطحٍ دافئ(مثل الأرض أو اليد البشرية)، مما يسبب تشكل طبقةٍ غازيةٍ بينه وبين سطح التلامس.
<div class="custom-ads-5-6"><script async src="//pagead2.googlesyndication.com/pagead/js/adsbygoogle.js"></script><ins class="adsbygoogle ibis-ads-1256" style="display: inline-block;" data-ad-client="ca-pub-1014613170440504" data-ad-slot="7083709560"></ins><script>(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});</script></div>
كنتيجةٍ لما سبق, هناك العديد من الفيديوهات الرائعة على يوتيوب لأناسٍ يقومون بسكب النتروجين السائل على أيديهم, وعدة فيديوهاتٍ أخرى فظيعةٍ لآخرين يقومون بوضع أيديهم في النتروجين السائل لمدةٍ أطول من اللازم وكانت النتيجة سيئةً إلى حدٍّ بعيد.

إليكم أحد الفيديوهات الرائعة التي تُظهر تأثير لايدنفروست بشكلٍ ممتاز.

<a href="https://www.youtube.com/watch?v=gjsMV1MglA4&amp;feature=youtu.be" target="_blank" rel="noopener">رابط الفيديو</a>

<hr />

<ul>
 	<li>ترجمة: م. يازد حسامو</li>
 	<li>تدقيق: تسنيم المنجّد</li>
 	<li>تحرير: ندى ياغي</li>
 	<li><a href="http://www.iflscience.com/physics/viral-video-shows-man-putting-his-hand-through-molten-metal-so-whats-really-going-on/" target="_blank" rel="noopener">المصدر</a></li>
</ul>

يازد حسامو

الأعمال

أصبح بالإمكان صناعة حرير أقوى بعدة مرات من الألياف الطبيعية وبأشكال متعددة

تفسير خدعة التصاق الشعر ببالون هوائي بسبب الكهرباء الساكنة

لغز الضربة الحرة الشهيرة لروبرتو كارلوس (فيزياء كرة القدم)

ما حقيقة هذا الفيديو لرجلٍ يضع يده في المعدن المصهور!