آزمایش ساخت رنگین کمان متحرک

یکی از تأثیرات فوق‌العاده نیروی چسبندگی سطحی، مویینگی است که باعث بالا رفتن مایعات از لوله‌های بسیار نازک می‌شود. این پدیده به دلیل کشش سطحی رخ می‌دهد و با نفوذ خود به خود مایعات درون شبکه و منافذ الیاف دستمال کاغذی، باعث می‌شود که مایعات به خودی خودی از طول دستمال یا لوله عبور کرده و به انتهای آن برسند. در آزمایش ساخت رنگین کمان متحرک که یک آزمایش جذاب علمی است، کودکان می‌توانند با یادگیری نحوه عملکرد مویینگی، رنگین کمان بسیار زیبا خودشان را در خانه ایجاد کنند. با دنبال کردن یک آزمایش آسان، شادی و نشاط را به خانه‌تان بیاورید.

مواد مورد نیاز آزمایش ساخت رنگین کمان متحرک

• هفت عدد لیوان
• آب
• دستمال کاغذی
• رنگ خوراکی

مراحل انجام آزمایش ساخت رنگین کمان متحرک

1- در یک ردیف هر هفت عدد لیوان را قرار دهید.

2- ابتدا حجم هر لیوان را به اندازه سه چهارم با آب پُر کنید.

3- در مرحله سوم رنگ‌های خوراکی را به این ترتیب اضافه کنید: ابتدا لیوان اول را با رنگ قرمز پر کنید، سپس لیوان دوم را خالی بگذارید، بعد لیوان سوم را با رنگ آبی پر کنید و لیوان بعدی را خالی بگذارید. لیوان پنجم را با زرد پر کنید، یک لیوان خالی بگذارید و لیوان آخر را با رنگ قرمز پر کنید.

4- دستمال کاغذی ها را تا کنید تا دستمال های بلند و نازک داشته باشید.

5- در این مرحله دستمال کاغذی‌های تا شده را درون لیوان ها قرار دهید.

6- یک سر دستمال کاغذی تا شده را در لیوان اول و سر دیگر آن را در لیوان دوم قرار دهید. سپس دستمال کاغذی بعدی را بردارید و یک سر آن را در داخل لیوان دوم و سر دیگر آن را در لیوان سوم جای گذاری کنید. این کار را تا آخرین لیوان انجام دهید.

نتیجه آزمایش ساخت رنگین کمان متحرک

در آزمایش ساخت رنگین کمان متحرک، از دستمال کاغذی‌های تا شده باریک می‌بینیم که آب رنگی بر خلاف جاذبه حرکت می کند و از فرآیندی به نام عمل مویینگی بهره می‌برد. آب از طریق روزنه‌های کوچک موجود در الیاف دستمال کاغذی به بالا کشیده می‌شود و هر رنگ را از یک شیشه بیرون می کشد و به دیگری می‌ریزد. شیشه های بدون رنگ، از شیشه‌های اطراف خود 2 رنگ می گیرند، مخلوط می‌شوند و رنگ جدید را تشکیل می‌دهند.

آب با توانایی فوق‌العاده‌ای که دارد، از بین الیاف موجود در دستمال کاغذی، به آرامی به بالا می‌رود و هر بار با خود یک رنگ را از درون لیوان کوچک به بیرون کشیده و به دیگر لیوان‌ها منتقل می‌کند. لیوان های بی‌رنگ، از دیگر لیوان های اطراف خود 2 رنگ را به خود جذب می‌کنند و با مخلوط شدن، یک رنگ جدید و زیبا را به وجود می‌آورند.

خاصیت مویینگی چیست؟

وقتی یک لوله شیشه‌ای نازک را در آب قرار می‌دهیم، جایی که آب باید بر اثر جاذبه پایین بیاید، معجزه‌ای رخ می‌دهد. آب به طرز عجیبی درون لوله و بر خلاف جاذبه به سمت بالا می‌رود و سطح آن بالاتر از آب در ظرف قرار می‌گیرد. این پدیده جالب، به نام مویینگی شناخته می‌شود. فراموش نکنید که آب از ریشه درختان بالا می‌رود و به برگ‌های بالای درخت می‌رسد.

چرا اثر مویینگی رخ می دهد؟

خواص مویینگی به دلیل تفاوت نیروی چسبندگی و عدم چسبندگی بین مایع و سطح، به وجود می‌آید. به عنوان مثال، نیروی عدم چسبندگی بین آب و لوله شیشه‌ای بیشتر از نیروی چسبندگی مولکول‌های آب است. به همین دلیل، سطح آب در لوله شیشه‌ای به دلیل خواص مویینگی، بالاتر از سطح آزاد آب قرار می‌گیرد. اما اگر به جای آب، جیوه را درون ظرف بریزیم، متوجه خواص مویینگی متفاوتی خواهیم شد. سطح جیوه درون لوله‌های مویینگی، پایین‌تر از سطح آزاد جیوه خواهد بود.

اهمیت عملکرد مویینگی در صنایع مختلف

1- انتقال مایعات در لوله‌ها و لوله‌کشی نفت و گاز

در حوزه صنایع نفت و گاز، مسئولیت مهمی بر عهده مویینگی است که باعث جلوگیری از تراکم و مسدود شدن جریان نفت و گاز در لوله‌ها و خطوط انتقال می‌شود. تغییرات در عملکرد مویینگی می‌تواند به بهبود عملکرد انتقال مایعات و کاهش هزینه‌ها کمک قابل توجهی کند.

2- کاربرد در صنعت الکترونیک

در ساخت و تولید سیستم‌ها و دستگاه های الکترونیکی، استفاده از مویینگی باعث بهبود عملکرد حرارتی و افزایش سرعت انتقال حرارت می‌شود. این اقدام می تواند به بهره وری و بهبود عملکرد دستگاه‌های الکترونیکی کمک کند.

3- کاربرد در پزشکی و داروسازی

در زمینه تحقیقات داروسازی و مطالعات بیولوژیکی، نقش بسیار حیاتی مویینگی در مواد تحت آزمایش دیده می‌شود. از این خاصیت به عنوان یک عامل اساسی در طراحی داروها و تحلیل‌های بیولوژیکی بهره برده می‌شود.

4- تحقیقات پایه

بررسی مبانی در زمینه‌های فیزیک، شیمی و مهندسی مواد در حوزه تحقیقات بسیار حائز اهمیت است. این ویژگی مویینگی می‌تواند به تفهیم عملکرد سطوح و مایعات در مقیاس مولکولی کمک شایانی نماید.

5- استفاده در تکنولوژی های نوین

استفاده از تکنولوژی میکروفلوئیدیک، امکانات جدیدی را برای پیشرفت و توسعه دستگاه‌ها و فناوری‌ها فراهم می‌کند. این تکنولوژی حیاتی برای بهبود عملکرد و بهره‌وری سیستم‌ها و فرآیندها است و در زمینه‌های مختلفی از جمله مهندسی و علم مواد تأثیرگذار است.

رنگین کمان چیست؟

قوس قزح یک پدیده جذاب در آسمان است که از نتیجه‌ی شکست و پراکندگی نور خورشید به دلیل باران یا قطرات آب در هوا بوجود می‌آید. رنگین کمان زیبای قوس قزح شامل رنگ‌های جذابی از قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آبی، نیلی و بنفش است که همه با هم ترکیب زیبا و شگفت‌انگیزی را ایجاد می‌کنند.

بر اثر کدام ویژگی رنگین کمان ایجاد می شود؟

رنگین کمان، این زیبایی خیره کننده، از ترکیب دو پدیده فیزیکی مهم به وجود می‌آید. در این دو پدیده شکست و پراکندگی نور نقش اساسی دارند. با مطالعه شکست نور، می‌توانید با این پدیده آشنا شوید. پراکندگی نور، مفهومی است که در آن سرعت و فرکانس موج به یکدیگر وابسته هستند. در علم نور، پراکندگی باعث تغییر زاویه شکست رنگ‌های مختلف نور می‌شود، همانطور که در طیف رنگی که توسط منشور و عدسی‌ها تولید می‌شود، مشاهده می‌شود.

نحوه تشکیل شدن رنگین کمان

برای فهمیدن رمز و راز رنگین کمان، باید اصول اولیه‌ای در خصوص نور داشته باشیم. نوری که در واقعیت مشاهده می‌کنیم، از هفت رنگ مختلف تشکیل شده است: قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آبی، نیلی و بنفش. وقتی نور از محیط‌هایی مانند آب یا شیشه عبور می‌کند که نسبت به هوا دارای ضخامت بیشتری هستند، زاویه‌ای با سطح آن‌ها ایجاد می‌شود. این باعث می‌شود رنگ‌ها با سرعت‌های مختلف حرکت کنند (قرمز با سرعت بیشتر و بنفش با سرعت کمتر). این پدیده شکست نور نام دارد که به تقسیم نور به رنگ‌های مختلف منجر می‌شود و به آن پراکندگی نور هم گفته می‌شود.

در حقیقت، رنگین کمان تنها نتیجه‌ی شکست و انعکاس نورهای پراکنده به سوی ما است که در نتیجه‌ی آن نور پخش می‌شود.

زمان تشکیل شدن رنگین کمان

زمانی که نور خورشید با قطره‌ی آب برخورد می‌کند، پراکنده شده و از سطح داخلی آن منعکس می‌شود و رنگین کمان شکل می‌گیرد. باران و تابش خورشید باعث تشکیل رنگین کمان می‌شود.

در چه شرایطی می توان رنگین کمان را دید؟

با توجه به توضیحات ارائه شده، می‌توان اظهار کرد که برای مشاهده رنگین کمان، خورشید و مشاهده‌گر باید در جهت‌های مخالفی نسبت به هم قرار گیرند. به عبارت دیگر، برای دیدن رنگین کمان باید خورشید در یک طرف و ما در طرف مقابل آن باشیم.

صبح برای قوس قزح به غرب نگاه کنید، اما عصرها به شرق آسمان نگاه کنید. رنگین کمان، از زمین به وجود نمی‌آید، بلکه تنها یک نمایش نوری است. قوس قزح، از شکست نور در قطرات آب به وجود می‌آید و این قطرات آب همیشه در حال حرکت هستند، بنابراین رنگ‌ها هر لحظه از قطرات مختلف پراکنده می‌شوند.

هرگاه دو نفر به یک رنگین کمان نگاه کنند، نور پراکنده از قطرات آب را مشاهده می‌کنند و بنابراین رنگین کمان‌های مختلفی را می‌بینند. به همین دلیل، رنگین کمان و مکان آن به طور کامل به نظاره‌ها بستگی دارد.

هنگامی که نور در داخل آب انعکاس می‌یابد، دو قوس قزح را مشاهده می‌کنیم. در این حالت، قوس قزح دوم کم‌نورتر است و الگوی رنگی آن برعکس قوس قزح اول است، به این معنا که قرمز در پایین و بنفش در بالای آن قرار دارد.

چه علتی باعث می شود که رنگین کمان به حالت قوسی باشد؟

وقتی نور درون یک قطره آب منعکس می‌شود، رنگین کمان زیبا به وجود می‌آید. این رنگین کمان تنها زمانی مشاهده می‌شود که نور به قطره برخورد کرده و به عقب بازتاب شود. اگر زاویه برخورد نور با سطح داخلی قطره بین ۰ تا ۴۲ درجه باشد، بازتاب رخ می‌دهد و این زیبایی خلق می شود و اگر زاویه برخورد بیشتر یا کمتر از این مقدار باشد، رنگین کمان مشاهده نمی‌شود.

با توجه به اینکه زاویه‌ی 42 درجه نقطه بازتاب نور است، در زوایای نزدیک به این مقدار، تابش نور قوی و آشکار است. بنابراین، ما می‌توانیم پرتو‌های نوری را که زاویه‌های نزدیک به 42 درجه دارند، ببینیم و پرتو‌های بازتابی را در این زوایه مشاهده کنیم. اگر تمام نقاط قطره‌های آب که زاویه‌ی آن‌ها برای مشاهده‌گر نزدیک به 42 درجه است را در نظر بگیریم، یک دایره فرضی تشکیل می‌شود.

با در نظر گرفتن ناظر و دایره قوس قزح، یک مخروط شگفت‌انگیز ساخته می‌شود. اما تنها نیمی از دایره در بالای افق قرار دارد و از این رو تنها قسمت نیم دایره‌ای شکل قوس قزح را می‌بینیم. با این حال، لازم به ذکر است که یک قوس قزح دایره‌ای کامل از داخل هواپیماها نیز قابل مشاهده است.