فيديو السؤال: التعرف على خواص الحركة البراونية الفيزياء

يتكون غاز من عدد كبير من الجزيئات التي تتحرك حركة براونية. أي مما يلي يربط بصورة صحيحة بين السرعة المرجحة لجزيء في الغاز وبين اتجاه حركته؟ أ: كلما زاد عدد الجزيئات التي تتحرك في نفس اتجاه الجزيء في الغاز، زادت سرعته المرجحة. ب: كلما زاد عدد الجزيئات التي تتحرك في نفس اتجاه الجزيء في الغاز، قلت سرعته المرجحة. ج: كلما زاد عدد الجزيئات التي تتحرك عكس اتجاه الجزيء في الغاز، زادت سرعته المرجحة. د: كلما زاد عدد الجزيئات التي تتحرك عكس اتجاه الجزيء في الغاز، قلت سرعته المرجحة. هـ: سرعة الجزيء مستقلة عن اتجاه حركته.

٠٥:٠٢

‏نسخة الفيديو النصية

يتكون غاز من عدد كبير من الجزيئات التي تتحرك حركة براونية. أي مما يلي يربط بصورة صحيحة بين السرعة المرجحة لجزيء في الغاز وبين اتجاه حركته؟ أ: كلما زاد عدد الجزيئات التي تتحرك في نفس اتجاه الجزيء في الغاز، زادت سرعته المرجحة. ب: كلما زاد عدد الجزيئات التي تتحرك في نفس اتجاه الجزيء في الغاز، قلت سرعته المرجحة. ج: كلما زاد عدد الجزيئات التي تتحرك عكس اتجاه الجزيء في الغاز، زادت سرعته المرجحة. د: كلما زاد عدد الجزيئات التي تتحرك عكس اتجاه الجزيء في الغاز، قلت سرعته المرجحة. هـ: سرعة الجزيء مستقلة عن اتجاه حركته.

في البداية، دعونا نتذكر أن الحركة البراونية هي الحركة العشوائية للجزيئات في مائع مكون من عدة جزيئات متطابقة. لمساعدتنا في التفكير في ذلك، يمكننا إفساح مساحة على الشاشة ورسم شكل توضيحي. يغير الجزيء الذي يتحرك حركة براونية اتجاهه بسرعة بسبب التصادمات المتكررة مع الجزيئات الأخرى. بما أن العديد من الجزيئات في النظام تتصادم مرارًا وتكرارًا، فإن حركتها تبدو عشوائية. وبمرور الزمن، يميل أي جزيء إلى أن تكون إزاحته من موضعه الأصلي صفرًا؛ نظرًا لأنه من المرجح أن يدفع في أي اتجاه دون ترجيح لاتجاه على آخر.

الآن، لنفكر في السؤال المطروح. نريد ربط سرعة جزيء في غاز باتجاه حركته. يشير الخياران أ، ب إلى حركة العديد من الجزيئات في الغاز في الاتجاه نفسه، لذا دعونا نتخيل هذه الحالة. تخيل أن لدينا بطريقة ما مجموعة من الجزيئات يتحرك معظمها في الاتجاه نفسه. دعونا نركز على حركة جزيء واحد. لمساعدتنا في تتبع ذلك، يمكننا تلوين هذا الجزيء باللون الأرجواني، لكن لاحظ أن جميع الجزيئات متطابقة من جميع النواحي.

في البداية، مع تحرك الكثير من الجزيئات معًا على نحو سلس، من المرجح أن يواصل الجزيء الأرجواني الحركة دون التعرض لتصادمات كثيرة كالمعتاد. لكن كل ما يتطلبه الأمر هو جزيء واحد يتحرك في خط مستقيم لبدء تفاعل متسلسل من التصادمات في اتجاهات مختلفة. ويجب أن نلاحظ أن الجزيئات المتطابقة تتصادم تصادمًا مرنًا. لذا لن يتعرض الجزء الأكبر من الجزيئات لتغير كلي في كمية الحركة. من المرجح أن يتعرض الجزيء الأرجواني لعدة تغيرات في كمية حركته. إذن، بمرور الزمن وتفاعل الجزيئات، ليس من المعقول أن نتوقع أن يتحرك الجزيء الأرجواني عمومًا بشكل أسرع أو أبطأ. إذن، الخياران أ، ب ليسا مرشحين جيدين.

بعد ذلك، لنفكر في الخيارين ج، د، اللذين يشيران إلى حركة العديد من الجزيئات في الاتجاه المعاكس للجزيء محل الاهتمام. مرة أخرى، لنرسم هذه الحالة ونلون أحد الجزيئات باللون الأرجواني لمساعدتنا في التفكير في حركته.

لنفترض أن لدينا الكثير من الجزيئات تتحرك إلى اليمين، والجزيء الأرجواني يتحرك في البداية إلى اليسار. في البداية، ما زال من غير المرجح أن يتعرض هذا الجزيء الواحد للتصادمات بالعدد نفسه الذي يتعرض له إذا كان لجميع الجزيئات حركة عشوائية في جميع الاتجاهات. لكنه في النهاية سيتصادم مع جزيء آخر. وفي هذه الحالة، ستحدد سرعتا الجزيئين المتصادمين سرعة الجزيء الأرجواني بعد التصادم. لكن من المرجح أن يتسارع إلى اليمين. بعد ذلك، سيتحرك الجزيء في نفس اتجاه الجزء الأكبر من الجزيئات، كما رأينا من قبل في خياري الإجابة أ، ب.

إذن، لا يعد أي من هذه الخيارات الأربعة مقنعًا بشكل خاص. في ضوء ما نعرفه عن الطبيعة الفوضوية لحركة جزيئات الموائع، سيكون من السذاجة التفكير في إمكانية توقع سرعة جزيء واحد من خلال ملاحظة الاتجاه الذي يتحرك فيه الجزيء في لحظة معينة. والحقيقة هي أن الحركة البراونية لا تعمل على هذا النحو. في حقيقة الأمر، لا تصف الخيارات من أ إلى د الحركة البراونية من الأساس، وهو ما يفترض أن يدور حوله هذا السؤال.

في الحياة الواقعية، لن نجد عددًا كبيرًا من الجزيئات متزامنة وتتحرك معًا. حتى إذا تحركت مجموعة أصغر من الجزيئات بطريقة ما في الاتجاه نفسه، فلن يكون هذا الترتيب مستقرًّا؛ لأن التصادمات ستؤدي على الأرجح إلى تلاشي أي إحساس بالانتظام في الحركة البراونية. في الواقع، حركة كل جزيء غازي مستقلة عن الجزيئات الأخرى. وسرعة الجزيء مستقلة عن اتجاه حركته، وهذا هو السبب في أن الحركة تبدو عشوائية للغاية.

من ثم، نعرف أن الخيار هـ هو الإجابة الأمثل. سرعة الجزيء مستقلة عن اتجاه حركته.

تستخدم نجوى ملفات تعريف الارتباط لضمان حصولك على أفضل تجربة على موقعنا. معرفة المزيد حول سياسة الخصوصية لدينا.