ما الذي يحدث؟
هناك الكثير لنتعلمه من بالون الماء المتجمد، بدءًا من أنماط الفقاعات –أو عدم وجودها– في الثلج.
يتجمد الماء الموجود في البالون الثلجي من الخارج إلى الداخل. عندما يتجمد الماء، فإنه ينتج بلورات ماء نقية صافية. وفي الوقت نفسه، تترك الشوائب مثل الهواء أو المعادن في السائل؛ حيث تتركز حتى تخرج من المحلول على شكل فقاعات. ويمكن أن تزرع إحدى الفقاعات فقاعة مجاورة، مما ينتج منه سلسلة شعاعية من الفقاعات. نظرًا إلى أن الفقاعات تبعثر الضوء بجميع الأطوال الموجية، فإنها تعطي البالون الثلجي مركزًا أبيض معتمًا (انظر الصورة أدناه).
عندما يخرج البالون من الفريزر، يكون في الغالب عند درجة حرارة 0 درجة فهرنهايت (-18 درجة مئوية)، وهي أبرد بكثير من درجة التجمد البالغة 32 درجة فهرنهايت (0 درجة مئوية). في درجات الحرارة الباردة هذه، يمكن أن يتجمد بخار الماء الموجود في الهواء على البالون، مما يؤدي إلى تكوين طبقة من الصقيع. عندما يسخن سطح البالون إلى درجة التجمد، يظهر فيلم مرئي من الماء على السطح ويختفي الصقيع.
يتسبب الملح الموجود على البالون في ذوبان الثلج، حتى في درجات حرارة أقل من درجة التجمد. في أي مزيج من الثلج/الماء، هناك ذهاب وإياب مستمرين حيث تتجمد بعض جزيئات الماء السائل بينما يذوب بعض الماء الصلب (الثلج). أيونات الصوديوم والكلور من الملح تعترض طريق تكوين بلورات الثلج، مما يحول الطريق من كونه ذهابًا وإيابًا إلى طريق ذي اتجاه واحد حيث يذوب مزيد من الثلج ثم يتجمد.
عندما تتدفق المياه السائلة المالحة عبر البالون، تبدأ في تكوين تيارات متعرجة، تمامًا كما تفعل الأنهار (انظر الصورة أدناه). كما هو الحال في الأنهار، فإن التعرجات تتغير بمرور الوقت، استجابة للتغيرات الطفيفة في التدفق وشكل القناة.
تتقلص معظم المواد عند تبريدها، ولكن الماء استثناء ملحوظ؛ حيث يتجمد في هياكل بلورية سداسية الشكل تشغل مساحة أكبر بنسبة 10% من الماء السائل. يترجم هذا الحجم المتزايد إلى كثافة أقل، مما يتسبب في أن يطفو الثلج. فيزيح وضع بالون ثلجي صلب في الماء وزنه في الماء –وهذا هو مبدأ أرخميدس– مع 10% من البالون الثلجي فوق السطح و90% تحته.
|