مقالات علمية لمحبى العلوم والثقافة

المعادن كهربائيا مع بعضها البعض ، بحيث تبدأ سلسلة من التفاعلات . وكما
يحدث في المعادن فإن بعض المواد غير المعدنية تتمتع بخواص كهربائية وتشترك
في التفاعلات . والكربون هو أحد هذه المواد ويندرج في لائحة المواد
المتفاعلة ويلي القصدير تماما . ولا يقتصر الأمر على ذلك ، بل إن جميع
المعادن تفقد الإلكترونيات أثناء هذه التفاعلات وهذا شيء مشترك بينها ،
بينما الكربون يكتسب الإلكترونيات عندما يتفاعل مع بقية المعادن . هذا يعني
أن تفاعله الكهربائي قوي جدا ومصدر طاقة جيد ، . يتكون الرصاص في قلم
الرصاص العادي من الغرافيت ( وهو نوع من الكربون ) والطين الصيني ( سيليكات
الألمنيوم ). وكلما زادت قساوة القلم كلما زادت فيه نسبة الغرافيت.
ولابد من تجنب عمل علامات أو الكتابة في معدن نشيط مثل الألمنيوم ، الذي قد يستخدم بشكل غير مدهون في جناح الطائرة مثلا ، قد يتسبب بكارثة اشتعال النيران بالطائرة بسبب تفاعل الكربون مع الالمنيوم .
ولتفادي مثل هذه المشكلة ، يجب على المهندس استخدام أداة حادة لوضع الإشارات ، أو صباغ خاص لا يحتوي على الكربون.
لأن الأداة الحادة تخدش سطح المعدن فقط ( وفي حالة الألمنيوم سيلتئم الخدش
تلقائيا بتمدد طبقة الأكسيد عليه ) بينما الصبغة لا تنقل التفاعلات
الكهربائية . وقد يضطر المهندس أحيانا إلى تغطية جسم الطائرة كله بطبقة
واقية ، يرسم عليه علاماته ، ثم يزيله بعد ثقب جميع الأماكن اللازمة.

للإجابة
على هذا السؤال يجب أن نتفحص أولا معجزة هندسة نسيج العنكبوت . فمن ناحية
متانة الخيوط تعتبر الخصلات الحريرية التي تكون النسيج أقوى من الفولاذ ، ولا يفوقها قوة سوى الكوارتز المصهور ، ويتمدد الخيط الى خمسة أضعاف طوله قبل أن ينقطع .
في
الواقع ، فإن هذا الخيط الصغير الذي يظهر أمام العين المجردة مصنوع
بالطريقة نفسها التي يصنع بها كابل الفحم ، حيث يتكون من خيوط عدة متناهية
في الصغر ملتفة حول بعضها ، وقد يبلغ سمك الخيط الواحد منها( 1 ) من مليون
من الإنش . ومواد الصنع شائعة جدا ، حيث يوجد في هكتار واحد من أحد
المقاطعات البريطانية مثلا ، اكثر من مليوني وربع عنكبوت . ولكل عنكبوت
مغازل خاصة ، عادة يبلغ عدده ثلاثة . وهذه المغازل طبيعية موجودة اسفل
البطن . ويوجد قرب كل مغزل فتحات غدة صغيرة تخرج منها المادة التي تكون
الخيوط الحريرية ، وهي مادة تتشكل في غدد العنكبوت . واثناء هندسة النسيج ،
يقوم العنكبوت بجمع الخيوط الثلاثة معا لتكوين خصلة قوية ومتينة .
تغزل
العناكب التي تعيش خارج المنزل نوع من النسيج معروف باسم الفلك نسبة الى
شكله الدائري ، وهو قطعة هندسية رائعة من الخطوط المتناسقة التي تظهر بشكل
بهي جدا تحت أشعة الفجر الأولى . وأنثى العنكبوت هي التي تقوم بمهمة بناء
النسيج . وتستخدم ضغط بطنها ، لتدفع الخيوط الحرارية خارج الغدد الست
الموجودة في بطنها ، وتقوم بربط طرف الخيط الأول ، المعروف باسم الجسر ،
بساق عشبة ما ، أو ورقة شجر . ثم تهبط الى الأرض مع الخصلة ، وهي مستمرة
بعملية الحياكة ، ثم تنزل الى الأرض وتصعد إلى نقطة أخرى مرتفعة ، لتسحب
الخيط بقوة ، وتربطه في مكانه جيدا باستخدام مادة لاصقة تخرج من إحدى غددها
أيضا . فتقوم أولا بتثبيت خصلة ، بشكل أفقي دائما ، ثم تسقط خيطين حريرين
في كل طرف من أطراف الخيط الأول ، وذلك لتكوين جسور أخرى اقل ارتفاعا من
الأولى والتي ستصبح أساس شبكة العمل . ثم تقوم بغزل خيوط عدة داخل شبكة
العمل هذه ، على أن تلتقي الخيوط جميعا في الوسط . وهنا يأتي العمل الذكي ،
حيث تقوم بوضع المادة اللاصقة على الخيوط الخارجية من الشبكة فقط ، وعندما
تنتهي كليا من صنع الشبكة تكمل عملية وضع الغراء في الداخل وعلى بعض
المقاطع فقط بحيث تترك مكانا لها لتتحرك عليه بسهوله .
بعد
إنجاز الشبكة ، تقوم العنكبوته بصنع عش صغير لها بالجوار ، وعادة ما تقوم
بلف ورقة شجر وتضع لنفسها بالداخل سريرا مريحا من الحرير . لأنها بالطبع قد
تنتظر طويلا قبل وصول ضحيتها الأولى .
واخيرا
تقوم بوصل خيط انذار بين عشها والنسيج ، كي تشعر بأي اهتزاز قد يحدث على
النسيج نتيجة سقوط أي حشرة عليه. وعند حدوث هذا الاهتزاز تسرع الى وسط
النسيج لتعرف الشيء الذي ستتعامل معه . وبسبب الضعف الحاد في الرؤية عندها
ستعتمد العنكبوته على حواسها الأخرى لتحديد صفات الفريسة . فإذا كانت ضخمة
ومميتة تطلق سراحها من بعيد ، اما إذا كانت كبيرة ولا تؤكل ، كاليعسوب ،
فستلفها بخيوط الحرير من بعيد أيضا ،باستخدام عضو متخصص آخر ، هو الغدة
العنقودية الشكل . تجهد الحشرة الفريسة نفسها بمحاولة التخلص من الشرك ،
بعد ذلك تبدأ العنكبوته بالتقدم نحوها عبر الخيوط الآمنة التي تركتها
لنفسها دون مادة لاصقة ، وإذا صدف أن أخطأت مرة ووضعت أرجلها على المادة
اللاصقة فإن جسمها سيفرز مادة كالزيت تعمل كمحلل كيميائي للغراء ، يساعدها
على التحرر من جديد .
تتكون
معظم أنابيب الهواء من نيتروجين وأوكسيجين بنسبة أربعة إلى واحد .
والنيتروجين غاز لا يتمتع بأي نشاط كيميائي يمر في الجسم أثناء التنفس دون
أن يسبب أي تغيير كيميائيي أو تأثيرات لاحقة .
إلا
أن ضغط الماء يزداد كلما ازداد العمق ، وللمحافظة على تنفس الغواص بشكل
طبيعي يجب أن يزداد ضغط مزيج الهواء الذي يتنشقه . وعلى عمق نحو ثلاثين
مترا ، مثلا، سيحتاج الغطاس إلى تنشق هواء يزيد ضغطه أربعة أضعاف الضغط
الجوي ، وإذا كان هذا المزيج هواء عاديا ، يجب أن تقوم أنسجة الشحم في جسم
الإنسان بامتصاص النيتروجين بسرعة اكبر مما يظهر في بقية أنسجة الجسم .
وبما أن الدماغ والجهاز العصبي المركزي يتكونان من الدهن والشحم بنسبة 60
بالمئة . لذا يؤثر فيهما الغاز بشكل قوي ، ويعيق حركتهما العادية . وتكون
النتيجة تخدير الغواص بالنيتروجين ، وهي حالة مشابهة كثيرا للثمل الناتج من
شرب مادة مسكرة .
والخطر
الآخر المرتبط بتنشق مزيج النيتروجين في أعماق البحار هو مرض نقص الضغط (
الانحناءات). فإذا نزل الغطاس بسرعة كبيرة الى عمق البحر ، سيتمدد
النيتروجين الموجود في أنسجة الدهنية ويكون فقاعة في الدماغ أو الحبل
الشوكي أو المفاصل ، ويسبب عددا من الأعراض المرضية من ضمنها الشلل والألم
الشديد.
ويمكن
للغطاسين تجنب هاتين الحالتين عبر تنشق مزيج الهيليوم والأوكسجين بدلا من
الهواء. والهيليوم أيضا غاز خامل غير نشيط ، لا يتفاعل مع أنسجة الجسم
ونسبة امتصاصه أقل من نسبة امتصاص النيتروجين . إلا أنه ، يولد حرارة أكبر
وأسرع من النيتروجين الأمر الذي يؤدي إلى فقدان حرارة جسم الغطاس نسبة الي
درجة حرارة الماء المحيط به، لذا فإن الغطاس الذي يتنشق مزيج الهيليوم
والأكسجين مضطر آلي ارتداء بزة غطس ساخنة . وأخيرا هناك سيئة أخرى لغاز
الهيليوم هو تأثيره في الصوت حيث يصبح صوت متنشقه كصوت دونالد داك .. وذلك
يتدرج
لون السماء من النيلي الداكن إلى البرتقالي أو الأحمر في
وقت الغروب، لكننا نميل إلى الاعتقاد بأن لون السماء
الطبيعي هو الأزرق . وبما أن الشمس مصدر الضوء على الأرض ،
تصدر ضوء أبيض فمن العجب حقا أن نظن دائما أن لون السماء هو
الأزرق .

ويتكون
اللون الأبيض من مزيج ألوان الطيف السبعة ( الأحمر ،
البرتقالي ، الأصفر ، الأخضر ، الأزرق النيلي ، والبنفسجي ،
كما تبدو في قوس قزح ) والذي ينتج من اختلاف أطوال الأشعة
المكونة للضوء .أما لون المادة المرئية فينتج أيضا عن ضوء
الشمس ذو الأطوال المختلفة . وتتميز بعض المواد بقدرتها
على امتصاص الضوء أو عكسه أو انكسار باتجاهات مختلفة . (
باستثناء مادة شفافة تماما ستسمح بمرور الضوء كما هو وكذلك
بتأثير من الرؤية عند الإنسان .

والمادة
الحمراء مثلا ، إذا تعرضت للضوء تمتص جميع ألوان الطيف
ماعدا اللون الأحمر ، الذي تعكسه . والمادة البنفسجية تعكس
بعض الأحمر وبعض الأزرق . أما المادة السوداء فتمتص جميع
ألوان الطيف والأبيض يعكسهم جميعا .

عندما
يمر شعاع ضوء خلال الهواء ، سيتعرض حتما للانكسار بدرجة
معينة تعتمد على كمية الغبار الموجودة حوله . وتنكسر
الموجات القصيرة من ألوان الطيف (الزرقاء) بدرجة أكبر
بكثير من الموجات الطويلة( الحمراء) . وفي الأيام الصافية
حيث الغبار وقطرات الماء قليلة في الجو سيكون انعكاس أشعة
الضوء محدوداً جداً ، وبذلك نرى السماء زرقاء فاتحة . وعند
الغروب حيث تزداد كمية الغبار في الجو ، خصوصا أيام
الحصاد ، يزداد تشتت الضوء وخصوصا الموجات القصيرة الزرقاء
، بحيث تبقي الأشعة الصفراء والحمراء ظاهرة على سطح الأرض.

ولو كنت الأرض كالقمر ، دون جو يحيط بها ، لبدت السماء سوداء دائما ، في الليل وفي النهار
[size=21]لماذا تحتاج الى تغيير أو شحن البطارية يوميا إن كنت تستخدم
كمبيوتر نقال ؟

نستخدم
عادة نوعين فقط من البطاريات التي يمكن إعادة شحنها ،
بطاريات الأسيد ذات ألواح الرصاص والمستخدمة عادة في
محركات السيارات ، وبطاريات " نيكل كاديوم " أو " نيكاد " .
وذلك لضخامة طاقتها نسبة الى حجمها . وعلى الرغم من أن
بطاريات النيكاد أغلى من سواها من الأنواع ، إلا أن الجميع
يفضل استخدامها في أجهزة الكمبيوتر(Lap Top) وأدوات الحفر
غير الكهربائية ، وأجهزة الهاتف اللاسلكية ، وآلات
الحلاقة طبعا ، حيث خفة الوزن وسهولة الاستخدام هما الأساس
. وتتميز بطاريات النيكاد أيضا ، إذا تم استخدامها بشكل
جيد – بإمكانية شحنها وتفريغها مرات عدة " الأمر الذي يخفف
بالطبع سعرها المرتفع أصلا " ، كما أنها تتمتع بطاقة ثابتة بعد
كل عملية شحن ، على الرغم من أن أداءها ينخفض مباشرة عند
انتهاء الطاقة .
ونشير هنا الى أن بطارية الاسيد ذات ألواح الرصاص تفرغ بشكل تدريجي قبل إعادة شحنها ولبطاريات "
نكاد " سيئة يجب الانتبهاء اليها . فإذا كنت تستخدمها
دائما طيلة فترة معينة قبل استخدامها مرة ثانية ، فإن لها
ذاكرة خاصة بها حول مستوى الشحنة التي تنفقها عادة .
فأفترض ، مثلا انك تعمل دائما ساعة واحدة في المساء على
جهاز الكمبيوتر الخاص بك قبل أن تعيد شحنها ليلا . في العادة
جلسة العمل الواحدة تفقد البطارية ثلث شحنتها . ومع مرور
الوقت ستصبح البطارية معتادة على العمل بهذا المعدل وتبدأ
بالتخلي عن الجزأين الآخرين أو باقي كمية الشحنة . وهذا بالطبع ،
يشكل مشكلة حين تغير عادتك وتقرر أن تعمل ثلاث ساعات
متواصلة ولسبب ما ، لا تكون قادرا على إعادة شحنها أثناء العمل ، لأنك علمتها على العمل بثلث طاقتها .
ولهذا
السبب ينصحك صانعو الأدوات الكهربائية التي تعمل بقوة
بطاريات نكاد، أن تفرغ بطاريتك نهائيا كل ثلاثة اشهر
تقريبا وان تتركها (غير مشحونة ) فارغة تماما مدة 24
ساعة ، ثم تعيد شحنها بالطريقة العادية . ( ننصحك بعدم
محاولة تفريغ البطاريات العادية لأنها تصبح عديمة الفائدة وقد
[size=9]قليلة
هي عجائب الطبيعة التي تضاهي ورق الأشجار ورعة وجمالا وتعقيدا . لكنها
أروع من أن تكون مجرد قطعة جميلة . إنها تحفة من تحف الهندسة الطبيعية التي
تطورت عبر ملايين السنين ، تصنع الطعام للنبات الذي يحملها وتؤمن الغذاء
لجميع حيوانات الأرض وللبشر أيضا.
والأوراق
هي الأجزاء المتفرعة من الجذع أو الساق ، تتكون من نفس الألياف والأنسجة
التي يتطور منها البرعم . وتتكون ورقة النبتة من سطح أخضر عريض متباين
الأشكال ، يرتبط بالساق بعرق صغير . يتفرغ داخل سطح الورقة مجموعة من
العروق المتفرعة نحو الخارج ، التي تنقل المواد الغذائية إلى أنسجة الورقة ،
وتدعمها كما تدعم الضلوع جسم الإنسان.
وتعرف
هذه العملية باسم " عملية البناء الضوئي " التي تعتبر المفتاح الرئيسي
لقدرة النبتة على إنتاج الطعام . وتتكون جميع النباتات من ] اليخضور[ الكلوروفيل ، وهي صبغة خضراء تمتص أشعة الشمس ، وتمكن النبات من بناء الكربوهيدرات من ثاني أوكسيد الكربون الجوي ومن الماء .
وتذهب
كل هذه المواد الكيميائية إلى البناء الداخلي للورقة ، التي تحميها طبقة
من الجلد النباتي ، وهو مرتبط بجلد الساق ، مما يمنع دخول أي عنصر مؤذي من
الخارجي .
ويحتوي
الجزء الداخلي من الورقة خلايا طرية الجدران . يتكون خمسها من مادة
الكلوروبلاست الذي يحتوي على مادة الكلوروفيل التي تمتص ضوء الشمس . وتفرز
هذه الخلايا الإنزيمات – وهي البروتينات التي تفرزها الخلايا الحية – والتي تمثل المادة المحفزة في التفاعل الكيميائي الذي تعتمد عليه حياة النبتة .
وعند
بدء عملية البناء الضوئي ، تقوم هذه الأنزيمات بالتعاون مع طاقة أشعة
الشمس بكسر الماء إلى عنصرين هامين وهما الهيدروجين والأوكسجين . وينطلق
الأوكسجين الناتج عن عملية البناء الضوئي ثغرات خاصة موجودة على سطح ورقة
النبات ، ليحل مكانه الأوكسجين الذي امتصته النبتة أثناء عملية التنفس .
وفي نفس الوقت ، فإن الانزيمات تتحد مع الهيدروجين المنطلق من الماء ومع
ثاني أوكسيد الكربون لتكون الكربوهيدرات التي تعتبر أساس حياة النباتات
والحيوانات وبالتالي الإنسان . لذا ، يمكننا أن نقول أن التفاعل الكيميائي
الذي يحدث داخل الورقة ، وهو عنصر حيوي جدا للحياة على الأرض . وهنا نعود
إلى سؤالنا الأصلي حول سبب تساقط أوراق الأشجار في فصل الخريف . وتحدث هذه
الظاهرة مرة في السنة في الأشجار الموسمية وكل سنتين أو ثلاثة في الأشجار
الدائمة الإخضرار.
وستجد
الإجابة عن السؤال ، في أولويات في حياة الورقة . فرغم أنها تشارك بدور
فعال في العالم المحيط بها ، إلا أن واجبها الرئيسي هو في دعم أمها الشجرة ،
وعلى الأخص في مرحلة معينة من النمو ، حين لا تكون الشجرة قادرة على
امتصاص الغذاء الكافي لها من التربة . ورغم أن عملية إنتاج السكر تستمر
باستمرار حياة النبتة ، إلا أنها لا تكون ضرورية جدا في طور النمو.
إن
تساقط الأوراق في مختلف أنواع الأشجار ، يحدث بسبب ضعف المنطقة التي تربط
الأوراق بساق النبتة أو البرعم . وتأخذ الطبيعة مجراها فيتم سقوط الأوراق
عندما يصبح النهار قصيرا فتبطئ عملية البناء الضوئي وتقل كمية الضوء
الواصلة إلى الأوراق .وعندما يحدث ذلك ، تتكون خلايا طرية عبر قاعدة العنق
الواصل بين الورقة والساق ، فتسقط الورقة . ويلتئم الجرح بسرعة لأن الخلايا
الطرية تفلق الساق الجريح وتحول دون فقدان المزيد من المواد الغذائية ،
وهو أمر خطير في أشهر الشتاء الباردة والتي يقل فيها الضوء والغذاء .