نسخة الفيديو النصية
املأ الفراغات. الجزيئات التي تتحرك عشوائيًّا تتصادم تصادمات أقل مع الجزيئات الأخرى عندما تكون الجزيئات الأخرى (فراغ) عددًا؛ ولذلك عندما تتحرك في اتجاه ما، يقل احتمال تسارعها في الاتجاه (فراغ) عن طريق التصادم. أ: أقل، نفسه. ب: أكثر، المعاكس. ج: أقل، المعاكس. د: أكثر، نفسه.
في هذا السؤال، نحاول ربط مفهومين يتعلقان بالحركة البراونية، أو الحركة التي تبدو عشوائية لجزيئات الموائع. لملء الفراغ الأول علينا التعرف على الظروف التي تسمح بحدوث تصادمات أقل للجزيئات في منطقة ما. بمجرد معرفة ذلك سيكون من الأسهل ملء الفراغ الثاني. لنبدأ إذن بالتفكير في هذا الفراغ الأول.
ينص السؤال هنا على أن الجزيئات التي تتحرك عشوائيًّا سوف تتصادم تصادمات أقل مع الجزيئات الأخرى عندما تكون الجزيئات الأخرى أقل أو أكثر عددًا. لنفترض أن لدينا غرفتين منفصلتين تحتويان على جزيئات غاز. تحتوي الغرفة الموجودة على اليسار على عدد قليل من الجزيئات، في حين تحتوي الغرفة الأخرى الموجودة على اليمين على العديد من الجزيئات. لتبسيط الأمور، دعونا نفكر تحديدًا في حركة جزيء واحد فقط لكل غرفة. لمساعدتنا في تتبع كل جزيء منهما، يمكننا تلوينهما باللون الأرجواني، لكن نلاحظ أن جميع الجزيئات متماثلة في جميع النواحي.
تتحرك الجزيئات بشكل عشوائي في الأساس؛ حيث تتحرك حركة براونية. بمقارنة الجزيئين الأرجوانيين، من المنطقي أن نفترض أن الجزيء في الغرفة الموجودة على اليسار سيتعرض لتصادمات أقل مع الجزيئات الأخرى؛ لأنه يوجد عدد أقل من الجزيئات الأخرى التي يمكن أن يتصادم بها في مساره. لكن الجزيء الأرجواني في الغرفة الموجودة على اليمين لن يتمكن على الأرجح من التحرك بعيدًا في أي اتجاه دون أن يتصادم على الفور بجزيء آخر. يوجد عدد أكثر من الجزيئات هنا، ومن ثم تزداد فرص حدوث تصادمات.
الآن لنفكر في الفراغ الأول الوارد في السؤال. إذا أردنا حدوث عدد تصادمات أقل للجزيئات، فسنحتاج إلى عدد أقل من الجزيئات في مساحة معينة. بهذه الطريقة، يكون لكل جزيء مساحة أكبر للحركة بحرية، ما يعني أن التصادمات تحدث بمعدل أقل. إذن نحن نعلم أنه يجب ملء الفراغ الأول بكلمة «أقل» لجعل العبارة صحيحة. لذا دعونا نستبعد الخيارين ب، د.
الآن علينا تحديد الخيار الذي يلائم الفراغ الثاني لجعل العبارة بأكملها صحيحة. تنص العبارة على أن الجزيئات التي تتحرك عشوائيًّا سوف تتصادم تصادمات أقل مع الجزيئات الأخرى عندما تكون الجزيئات الأخرى أقل عددًا؛ ولذلك عندما تتحرك في اتجاه ما، يكون احتمال تسارعها في الاتجاه نفسه أو في الاتجاه المعاكس عن طريق التصادم أقل.
نحن نعلم أن التصادمات تتسبب في تسارع الجزيئات في اتجاهات مختلفة. يمكننا ملاحظة حدوث ذلك في عملية الانتشار، حيث تتوزع الجزيئات بالتساوي في حجم ما. لتصور ذلك دعونا نفترض أن لدينا غرفة واحدة وأن جزيئات الغاز دخلت إليها من الجانب الأيسر.
في البداية تتركز جميع الجزيئات عند أحد طرفي الحاوية، ويكون الطرف الآخر فارغًا في معظمه. مع مرور الوقت، نعلم أنه ستحدث الكثير من التصادمات هنا حيث يوجد عدد أكثر من الجزيئات. لهذا السبب ستتحرك الجزيئات باتجاه الطرف الأيمن من الحاوية، حيث يوجد عدد أقل من الجزيئات، ومن ثم عدد أقل من التصادمات. في النهاية ستتوزع الجزيئات بالتساوي.
بالعودة إلى السؤال نعلم أن الجزيئات ستنتشر وتنتقل إلى حيث يوجد عدد أقل من التصادمات. عندما تتحرك في هذا الاتجاه، تقل احتمالية تصادمها، ومن ثم تقل احتمالية تسارعها مرة أخرى في الاتجاه المعاكس، أي حيث يوجد عدد أكثر من الجزيئات.
يمكننا التفكير في الأمر على هذا النحو. إذا أدخلنا جزيئات إلى غرفة من الطرف الأيسر واتبعنا مسار جزيء أرجواني اللون، فإننا نتوقع أن نراه منتشرًا في اتجاه اليمين، أي حيث يوجد عدد أقل من الجزيئات. نحن لا نتوقع أن نرى الجزيء الأرجواني يتسارع عائدًا إلى اليسار، أي حيث يوجد عدد أكثر من الجزيئات. بذلك، أثناء الانتشار، تقل احتمالية تسارع الجزيء في الاتجاه المعاكس بسبب التصادمات.
لذا نختار ملء الفراغ الثاني بكلمة «المعاكس» بدلًا من كلمة «نفسه». من ثم نعلم أن الخيار ج يجب أن يكون صحيحًا. لقد ملأنا الفراغين الآن. إذن العبارة الصحيحة هي: «الجزيئات التي تتحرك عشوائيًّا سوف تتصادم تصادمات أقل مع الجزيئات الأخرى عندما تكون الجزيئات الأخرى أقل عددًا؛ ولذلك عندما تتحرك في اتجاه ما، يكون احتمال تسارعها في الاتجاه المعاكس عن طريق التصادم أقل».
