לומדים פיזיקה: אפקט צ'יריוס (כן-כן, של דגני הבוקר 🥣)

שמתם לב פעם שדגני הבוקר שלכם מתנהגים כמו חבורת חברים 'דביקים'? הם פשוט לא יכולים להתרחק אחד מהשני, ותמיד מסתובבים ביחד - באמצע הקערה או צמוד לשפתה.

אותו דבר קורה גם עם בועות במשקה מוגז, אטבי נייר על פני המים, או כל דבר קטן שצף.

ברוכים הבאים לעולם המופלא של "אפקט צ'יריוס" - התופעה שהופכת את ארוחת הבוקר שלכם למעבדה פיזיקלית!

🔬 מה זה בעצם אפקט צ'יריוס?

השם הרשמי של התופעה הזו הוא "משיכה קפילארית בין גופים צפים", אבל מי רוצה להגיד את זה בשעה שבע בבוקר? לכן המדענים קראו לה "אפקט צ'יריוס" על שם דגני הבוקר המפורסמים.

האפקט מתאר איך חפצים קטנים שצפים על גבי נוזל, נמשכים אחד לשני - או להיפך, דוחים אחד את השני - בגלל האינטראקציה שמתקיימת בין שלושה כוחות: כוח הכבידה, כוח הציפה ומתח הפנים.

רק ב-2005 זוג מתמטיקאים החליטו לחקור ברצינות את התעלומה הזאת של דגני הבוקר, ואת מה שהם גילו - נגלה עכשיו...

⚖️ שלושה כוחות שעושים את העבודה

על כל גוף שצף על נוזל פועלים שלושה כוחות:

1. כוח הכבידה - מושך את הגוף מטה ⬇️

2. כוח הציפה - משפיע על הכיוון בהתאם לצפיפות הגוף ביחס לנוזל ↕️

3. מתח הפנים - פועל בנקודה שבה הגוף פוגש את הנוזל ⬆️

כשהגוף צף בשיווי משקל, סכום הכוחות מתאפס. אבל מה שקורה במקום שבו הגוף נוגע במים - זה המפתח לכל האפקט!

🌊 הסוד הוא במניסקוס

דגני בוקר צפופים פחות ממים (והחלב שאנחנו מוסיפים לקורנפלקס הוא ברובו מים), ולכן הם צפים (כלומר, מבחינת הפיזיקה, הם שוקלים פחות מהנוזל שהם דוחים). כוח הציפה דוחף כל טבעת למעלה עד שהוא מאזן את כוח הכבידה - כלומר: חוק ארכימדס בפעולה!

עד כאן הכל פשוט - דגני בוקר צפים, ומה עוד חדש?

עכשיו, נסתכל ממש מקרוב על המקום שבו עיגול הצ'יריוס פוגש את החלב. מה נראה? שהחלב מתעקל כלפי מעלה סביב עיגול הדגן הזה!

אותו דבר קורה גם בקצה הקערה.

זה קורה בזכות אפקט שנקרא "אפקט המניסקוס": מולקולות המים דביקות מאוד ונמשכות זו לזו, אבל הן נמשכות אפילו יותר לקצוות הקערה או לקצה הדגן עצמו.

ההידבקות הזאת יוצרת צורת U קטנה בכל מקום שבו הנוזל פוגש קצה. וכאן מתחיל הקסם: עצם צף תמיד יידחף למעלה בנוזל לנקודה הגבוהה ביותר על המניסקוס!

הידעתם? המילה "מניסקוס" מגיעה מיוונית עתיקה ופירושה "חצי ירח קטן" - בגלל הצורה המעוקלת. לכן קוראים בשם הזה גם לסחוס בברכיים (שגם הוא בצורת חצי ירח), וגם לטיפוס של הנוזל על דופן הכלי.

🤝 למה הצ'יריוס נצמדים?

עכשיו זה נהיה פשוט! כשיש שני דגני בוקר קרובים זה לזה, כל אחד יוצר "גבעה" קטנה של נוזל סביבו. וכל דגן רוצה לטפס למעלה - לנקודה הגבוהה ביותר שהוא יכול למצוא.

אז מה קורה? הדגנים מתחילים "לטפס" אחד על הגבעה של השני, ובתהליך הזה - הם מתקרבים! ככה נוצרת קבוצה של דגנים שנצמדים אחד לשני.

אותו עקרון גם מסביר למה הדגנים נצמדים לדופן הקערה - כי גם שם הנוזל מטפס קצת על הקיר בגלל מתח הפנים, ויוצר את הנקודה הגבוהה ביותר שאליה הדגנים רוצים להגיע.

📎 ומה קורה עם חפצים כבדים יותר?

בואו ננסה משהו אחר - נניח שאתם זורקים אטבים למים (אלה של הנייר). הם שוקעים, נכון? אבל אם תניחו אותם לרוחב, בזהירות מאוד, על פני המים, תוכלו לגרום להם לצוף.

איך זה עובד? הם לא צפים בגלל חוק הציפה (כי הם צפופים מדי בשביל זה), אלא בגלל מה שנקרא מתח הפנים. מולקולות המים נדבקות כל כך זו לזו, שהן יכולות להתנהג כמו קרום אלסטי - חזק מספיק כדי להחזיק דברים קטנים.

נסו את זה עם נעצים: אתם תראו שהם דוחפים את הקרום הזה כלפי מטה, אבל לא מספיק חזק כדי לשבור אותו. ואם תניחו שני נעצים קרובים זה לזה, תראו שהם נמשכים האחד לשני, בדיוק כמו הצ'יריוס!

אבל רגע - יש כאן הבדל חשוב!

המים סביב הנעצים מתעקלים כלפי מטה, ולא למעלה! במקום לטפס על גבעה כמו שדגני הבוקר עשו, הנעצים 'נופלים' זה לתוך ה"בור" של זה.

כלומר, התוצאה זהה - הם מתקרבים - אבל ממש מהסיבה ההפוכה!

🔄 הניסוי המפתיע: דחייה במקום משיכה!

עכשיו מגיע החלק הכי מגניב. מה יקרה אם נשים דגן בוקר (שהמים סביבו מתעקלים למעלה) ליד אטב נייר (שהמים סביבו מתעקלים למטה)?

אם הבנתם את ההסבר עד עכשיו, התשובה תהיה ברורה: הם ידחו אחד את השני!

הדגן הצף ינסה לטפס על הגבעה שלו ולהתרחק מה"בור" של האטב. ואילו האטב הכבד ינסה ליפול לתוך הבור שלו ולהתרחק מהגבעה של הדגן.

והתוצאה? הם יתרחקו אחד מהשני!

עצם צף תמיד ידחה משהו שמוחזק על ידי הקרום האלסטי של מתח הפנים.

💧 טריק עם סבון

רוצים להרוס את כל האפקט הזה?

פשוט הוסיפו טיפת סבון למים.

הסבון מוריד את מתח הפנים של המים, מה שאומר שכל דבר שמסתמך על מתח הפנים כדי לצוף - ישקע מיד.

אבל עצמים צפים כמו דגני בוקר? הם לא מסתמכים על מתח פנים, ולכן הם ימשיכו לצוף ולהתנהג כרגיל!

🔬 למה זה חשוב?

אתם חושבים ש"אפקט צ'יריוס" זה סתם סקרנות מדעית? למעשה, הנושא נחקר ברצינות כי להבנה שלו יש חשיבות במערכות טכנולוגיות שבהן יש גופים צפים קטנים, וגם כדי להבין את תנועת החרקים על פני המים.

למשל, פשפשים המים - אותם חרקים קטנים ש"מחליקים" על פני הבריכות שנקראים גם '"רצי מים" - הם למעשה הצ'יריוס של הטבע 🦟⭕. הם יכולים לשאת משקל של פי 15 ממשקל גופם בלי לשקוע, ואפילו לקפוץ על המים! יש להם שערות זעירות על הרגליים שלוכדות בועות אוויר ומגבירות את יכולת הציפה שלהם (כן, זה כאילו שהם לובשים מצופי שחייה זעירים).

🥣 ניסוי למחר בבוקר

בארוחת הבוקר הבאה שלכם, שבה תאכלו דגני בוקר, נסו את הדברים האלה:

• שימו לב איך הדגנים מתכנסים באמצע הקערה או נצמדים לשפה

• נסו לדחוף דגן אחד אל עבר השני - ותראו איך הם "נמשכים" זה לזה

  
  

  לפעמים כדאי לשחק באוכל כדי ללמוד דברים חדשים ומעניינים☺️

💭 סיכום: פיזיקה בארוחת הבוקר

נכון שפיזיקה זה לא משעמם? יש פיזיקה מעניינת אפילו בקערת דגני הבוקר שלנו, עם 3 כוחות פשוטים - כבידה, ציפה ומתח פנים - שיוצרים תופעה מיוחדת שהמדענים עדיין חוקרים אותה. 🌍🔬