فيديو السؤال: تحديد السمة التي ليست من سمات الحركة البراونية الفيزياء

نسخة الفيديو النصية

يوضح الشكل الآتي منطقة في غاز تحتوي على بعض جزيئات هذا الغاز. توضح الأسهم سرعات الجزيئات. ما الذي يوضحه الشكل توضيحًا غير صحيح عن الحركة البراونية للجزيئات؟ (أ) سرعات جميع الجزيئات مختلفة. (ب) تختلف المسافة بين معظم الجزيئات اختلافًا كبيرًا عن المسافة المتوسطة بين الجزيئات. (ج) يتحرك كل جزيء في خط مستقيم. (د) تتحرك جميع الجزيئات في نفس الاتجاه.

لنتذكر أنه من بين هذه الخيارات، نحاول تحديد أي منها يوضح أن الشكل لا يمثل الحركة البراونية بشكل صحيح. يمكننا البدء بتذكر أن الحركة البراونية هي الحركة العشوائية للجزيئات الناتجة عن التصادم مع جزيئات أخرى. ومن المتوقع رؤية الحركة البراونية بين الجزيئات التي يتكون منها الغاز على سبيل المثال.

أخبرنا السؤال أن الشكل يوضح لنا جزيئات موجودة في منطقة من غاز أكبر. وبناء على الأسهم التي تشير إلى سرعات هذه الجزيئات، نلاحظ أنها تتحرك جميعها في الاتجاه نفسه وبسرعات مختلفة. إذا تخيلنا وجود مجموعة من جزيئات الغاز في وعاء، فيمكننا توقع أن هذه الجزيئات المختلفة تتحرك في اتجاهات مختلفة وبسرعات مختلفة عند كل لحظة. وتنشأ الحركة البراونية في بيئة مثل هذه.

لنفترض أننا يجب أن نتتبع حركة جزيء الغاز هذا المشار إليه باللون البرتقالي. سيتحرك هذا الجزيء في خط مستقيم حتى يصطدم بجزيء آخر. ونتيجة لهذا التصادم، سيعيد توجيه مساره بطريقة ما. ولاحقًا، سيصطدم مرة أخرى وسيعيد توجيه مساره، ثم يصطدم مرة أخرى ويعيد توجيه مساره ويحدث ذلك مرارًا وتكرارًا، ليصنع مسارًا بهذا الشكل. إذا كانت هذه هي الحركة البراونية، فإننا نريد معرفة ما الذي يخالف فيه الشكل هذا النوع من الحركة.

ينص الخيار (أ) على أن سرعات جميع الجزيئات مختلفة. هذا صحيح، إننا نعلم ذلك لأن متجهات السرعة لهذه الجزيئات لها أطوال مختلفة، لكننا نتوقع ذلك باعتباره شرطًا لحدوث الحركة البراونية. فحقيقة أن سرعات جميع الجزيئات مختلفة ليس سببًا لعدم تمثيل الشكل للحركة البراونية بشكل صحيح.

ينص الخيار (ب) على أن المسافة بين معظم الجزيئات؛ أي الجزيئات في الغاز الأكبر، تختلف اختلافًا كبيرًا عن المسافة المتوسطة بين الجزيئات التي نراها في الشكل. قد يكون ذلك صحيحًا، ولكن حتى إذا كان الأمر كذلك، فذلك ليس سببًا لعدم تمثيل الشكل للحركة البراونية بشكل صحيح. فعند أي لحظة تحدث خلالها الحركة البراونية، قد نجد كثافة متفاوتة للجزيئات. إذن، فالخيار (ب) ليس سببًا لعدم تمثيل الشكل للحركة البراونية بشكل صحيح أيضًا.

ينص الخيار (ج) على أن كل جزيء يتحرك في خط مستقيم. وهذا صحيح من ناحية أن الجزيئات ستتحرك في نفس الاتجاه حتى يؤثر عليها جزيء آخر من خلال التصادم. فالحالة العامة هي أن الجسم المتحرك في اتجاه معين يظل متحركًا في هذا الاتجاه إلى أن تؤثر عليه قوة. فكل جزيء من جزيئات الغاز هنا، على سبيل المثال، يتحرك في خط مستقيم عند أي لحظة، لكن اتجاهات هذه الخطوط المستقيمة تتغير مع الزمن عندما تصطدم الجزيئات بعضها ببعض. ومن ثم، فخيار الإجابة (ج) ليس سببًا لعدم تمثيل الشكل للحركة البراونية بشكل صحيح أيضًا.

ينص خيار الإجابة (د) على أن جميع الجزيئات تتحرك في نفس الاتجاه. نرى أولًا أن هذا ينطبق على الشكل كما أنه لا يتوافق مع الحركة البراونية بشكل عام. بالنظر إلى الجزيئات في الغاز، فإننا نتوقع أنها تتحرك في جميع الاتجاهات المختلفة عند أي لحظة. وهذا النوع من الحركة هو الذي يساعد على صنع مسار عشوائي لجزيء محدد في تلك المجموعة. إذن، فحقيقة أن كل الجزيئات الستة الموجودة في هذا الشكل تتحرك في نفس الاتجاه لا تتوافق مع الحركة البراونية.

ولذلك، فالأمر الذي يوضحه الشكل توضيحًا غير صحيح عن الحركة البراونية هو أن جميع الجزيئات في الشكل تتحرك في نفس الاتجاه.