قنينة ماريوت

السلام عليكم يا جماعة
هنبدأ موضوعنا انهاردة بمسالة :وهى
لنفترض ان لدينا وعاء مملوء بالماء يتسع لثلاثين كوبا من الماء ....ثم قمنا بوضع كوب تحت صنبور الوعاء ونظرنا الى ساعة يدنا,ثم فتحنا الصنبور وقمنا بحساب عدد الثوانى التى يستغرقها ملء الكوب حتى نهايته.....لنفرض ان الكوب امتلأ فى30 ثانية , والان نطرح السؤال :
ما هو الوقت الازم لتفريغ الوعاء تماما اذا تركنا الصنبور مفتوحا ؟؟؟؟؟؟؟
يبدوا لنا فى ظاهر الامر ان هذه مسالة حسابية سهلة ويستطيع اى طفل صغير حلها ...حيث نظن ان الحل هو 15 دقيقة ....ولكن اذا اجرينا هذه التجربة , سنرى ان الوعاء لن يفرغ فى مدة ربع ساعة كما توقعنا ,بل نصف ساعة !!!ا
ما هو السبب؟؟؟
لماذا ذالك؟؟؟
لا يجوز ان نعتبر سرعة جريان الماء من الصنبور تبقى ثابتة من البداية حتى النهاية ...حيث بعد ان ينصب الكوب الاول من الوعاء , يتدفق الماء تحت ضغط اقل من السابق , وذلك لان مستوى الماء الموجود بالوعاء يصبح منخفضا...ويتضح من ذلك ان الكوب الثانى يمتلأ فى مدة تزيد عن نصف دقيقة , ويمتلأ الكوب الثالث فى مدة تزيد على ذلك وهكذاااااااا


ان سرعة تدفق اى سائل كان , من فتحة فى اناء مفتوح , تتناسب تناسبا طرديا مع ارتفاع عمود السائل الموجود فوق الفتحة المذكورة

ومن العلاقة السابقة نجد ان سرعة تدفق السائل لا تعتمد مطلقا على كثافته , حيث يتدفق كل من الكحول الخفيف والزئبق الثقيل الوزن من الفتحة بسرعة واحدة , اذا تساوى مستواهما

ولكن ولكن ولكن : هل يمكن صنع وعاء يتدفق منه الماء باستمرار بصورة منتظمة , بدون ان تقل سرعة تدفقه , بلرغم من انخفاض مستوى سطح الماء
كلنا نظن بان هذا مستحيلا خاصة بعد الذى ذكرناه انفا .....ولكن هذا ليس مستحيلا .....فقد صنع هذا الوعاء بالفعل
انه الوعاء العجيب,

,فاذا فتحنا الصنبور جـ الواقع تحت نهاية الانبوبة , فان السائل سيتدفق منه بسرعة ثابتة الى ان ينخفض مستوى الماء الموجود فى القنينة الى النهاية السفلى للانبوبة

وبتخفيض الانبوبة الى مستوى الصنبور تقريبا , نستطيع جعل كل الماء الموجود فوق مستوى الفتحة يتدفق بانتظام , ولو بصورة بطيئة جدا

 

 

 

كيف يحدث ذلك ؟؟؟؟؟؟
عند تدفق الماء الموجود فى القنينة ينخفض مستواه , وفى هذه الاثناء يدخل الهواء الخارجى من خلال الانبوبة الزجاجية ويختلط بالهواء المخلل الموجود فوق الماء , بعد ان يتسرب عبر الماء الى اعلى , على هيئة فقاعات تتجمع فوق الماء فى القسم العلوى للقنينة......وبهذا الشكل يصبح الضغط المؤثر على مستوى السدادة ب برمته مساويا للضغط الجوى .....وهذا يعنى ان الماء يتدفق من الصنبور جـ تحت تاثير ضغط طبقة الماء ب جـ فقط , لأن الضغط الجوى من داخل القنينة يعادل الضغط الجوى من خارجها ....ولما كان سمك الطبقة ب جـ ثابتا على الدوام , اذا ليس هناك ما يدعوا الى العجب اذا راينا ان تيار الماء يتدفق بسرعة واحدة طوال الوقت


وهنا نطرح سؤالا : باية سرعة سيتدفق الماء اذا رفعنا السدادة ب الواقعة فى مستوى نهاية الانبوبة ؟؟؟؟؟
سنرى فى هذه الحالة ان الماء لن يتدفق بتاتا , لان كلا من الضغطين الداخلى والخارجى يكون فى هذه الحالة مساويا للضغط الجوى , اذا ليس هناك ما يدعوا الى تدفق الماء

اما اذا رفعنا السدادة أ الواقعة فوق النهاية السفلى للانبوبة , فسنرى بان الهواء الخارجى سيدخل الى القنينة , بدلا من تدفق الماء منها .....وذلك لان الضغط فى داخل هذا الجزء من القنينة اقل من الضغط الجوى الخارجى


ان مخترع هذا الوعاء هو الفيزيائى الشهير ماريوت ...وسماه قنينة ماريوت

Print This Post