الموائع هي المواد التي ليس لها شكل معين ، بل تأخذ شكل القالب الذي توضع فيه ومن مميزات هذه المواد قدرتها على الانسياب ، لذا فهي تشمل كل من السوائل والغازات. قام العديد من الباحثين وعلماء الفيزياء بدراسات مكثفة حول هذه المواد وعن خصائصها وكيفية انتقالها عبر الأوساط ، وعن العوامل التي تأثر على انتقال الموانع وطرق استغلالها في تطوير العلم. ومن أهم الظواهر التي ارتبطت بحركة الموانع ظاهرة الحركة البراونية ، في السطور المقبلة سنقدم لقرائنا الأعزاء تفصيل عن ما هي الحركة البراونية و أسباب حدوثها ؟ .
ما هي الحركة البراونية
يمكن تعريف الحركة البراونية على أنها تلك الحركة العشوائية لجسيمات المواد المائعة أي السوائل والغازات ، والتي تحدث نتيجة التصادم المستمر لهذه الجسيمات مع ذرات وجسيمات أخرى. وبرغم الحجم الكبير جدا لهذه الجسيمات مقارنة بحجم الذرات والجزيئات المنتشرة في الوسط المحيط بها، إلا أن العدد الضخم لهذه الذرات وسرعتها الكبيرة كافيان لأبعاد تلك الجزئيات الكبيرة عند الارتطام بها. وتعتبر الحركة البراونية حركة ماكروسكوبية مرئية للعين تتأثر بحركة لجسيمات غير مرئية. تعرف الحركة البراونية أيضا بـ (Pedesis) ، وهي كلمة إغريقية تعني الوثب.
الحركة البراونية أو Brownian Motion ، سميت بهذا الاسم نسبة إلى عالم النباتات روبرت براون (Robert Brown) ، والذي قام بالعمل على دراسة الحركة العشوائية لحبيبات لقاح الزهور على سطح الماء. في سنة 1827 ميلادي ، وصف هذه الظاهرة التي لاحظها ولكنه لم ينجح في إيجاد تفسير لها. وظلت الأسباب وراء حدوث الظاهرة غير واضحة ، إلى أن نشر عالم الفيزياء الألماني ألبرت اينشتاين عام 1905 ميلادي تفسيرًا علميًا يوضح فيه أن جزيئات الماء هي التي تسبب الحركة العشوائية لحبيبات لقاح الزهور.
وقد كان تفسير اينشتاين حينها غير كاف، حيث أنه في أوائل القرن العشرين لم تكف حقيقة وجود الجزيئات الدقيقة للمواد والذرة إلى نظريات وفرضيات لم يدعمها أي دليل علمي قوي. تواصلت الدراسات عن الحركة البراونية ، وفي عام 1908 ميلادي جاء العالم قام جان بيرين (Jean Perrin) بدليل علمي قاطع يثبت صحة فرضية اينشتاين عن سبب حدوث هذه الحركة ، ونال عن انجازه العلمي الكبير جائزة نوبل في الفيزياء. الجدير بالذكر، أن أول من وصف الحركة البراونية كان الشاعر الروماني لوكريتيوس ، وكان ذلك قبل ستون عاما من الميلاد ، وهو ما اعتبر أول فرضية عن وجود الذرات.
إن الحركة البراونية ، ظاهرة فيزيائية لا ينحصر تفسيرها على الفيزياء والكيمياء فقط ، بل تتطلب وصفا رياضيات وحسابات إحصائية بسيطة . وقد كان ثورفالد ثيل (Thorvald N. Thiele) أول من أتى بنموذج رياضي يصف هذه الحركة بطريقة المربعات الصغرى ، في مقال علمي نشره له عام 1880 ميلادي.
أسباب حدوث الحركة البراونية
تعود أسباب حدوث الحركة البراونية إلى تأثير جزيئات أو ذرات الموائع أي السوائل والغازات في حركة سريعة عشوائية على جسيمات صغيرة معلقة في السائل. الحركة البراونية ، التي تميل إلى تفريق الجزئيات على واسع نطاق ممكن هي القوة الرئيسية التي تسبب الانتشار. وبسبب الحركة العشوائية للذرات الجزيئات داخل الموانع ، يحدث توزع متساو للجسيمات الأكبر حجما داخل الوسط .
وعند وجود منطقتين متلاحمتين في وسط ما، وبفرض أن المنطقة الأولى ، تحتوي على عدد مضاعف من الجسيمات مقارنة بالمنطقة الثانية، يتشكل احتمال مضاعف لانتقال جسيم من المنطقة الأولى إلى المنطقة الثانية مقابل احتمال حدوث العكس. وتتحدد حركة الجسيمات وفق ظاهرة الحركة البراونية بعدة عوامل، تغيرات درجة الحرارة ، زيادة عدد الجسيمات، حجم الجسيمات، التناسب العكسي مع درجة اللزوجة.
أمثلة من الطبيعة عن الحركة البراونية
إن أغلب أمثلة عن الحركة البراونية في الطبيعية ، إنما هي عمليات ناتجة عن انتقال جزيئات الموانع، ونذكر منها ما يلي:
-حركة لقاح الزهور على أسطح المياه الراكدة.
-حركة ذرات الغبار المرئية في الغرفة.
-حركة انتشار الملوثات في الهواء.
-حركة انتشار الكالسيوم في العظام.
-حركة الشحنات الكهربائية في شبه الموصلات.
أهمية الحركة البراونية
لقد ساهم اكتشاف الحركة البراونية وتفسيرها على إثبات حقيقة وجود الذرة ، ولكن مع زيادة الدراسات و الأبحاث أصبح أهمية الحركة البراونية ظاهرة في عدة مجالات علمية مثل علم الفيزياء والكيمياء وعلم الأحياء واستخدم النموذج الرياضي لهذه الظاهرة في مجالات اقتصادية أيضا.
ما هي الحركة البراونية
يمكن تعريف الحركة البراونية على أنها تلك الحركة العشوائية لجسيمات المواد المائعة أي السوائل والغازات ، والتي تحدث نتيجة التصادم المستمر لهذه الجسيمات مع ذرات وجسيمات أخرى. وبرغم الحجم الكبير جدا لهذه الجسيمات مقارنة بحجم الذرات والجزيئات المنتشرة في الوسط المحيط بها، إلا أن العدد الضخم لهذه الذرات وسرعتها الكبيرة كافيان لأبعاد تلك الجزئيات الكبيرة عند الارتطام بها. وتعتبر الحركة البراونية حركة ماكروسكوبية مرئية للعين تتأثر بحركة لجسيمات غير مرئية. تعرف الحركة البراونية أيضا بـ (Pedesis) ، وهي كلمة إغريقية تعني الوثب.
الحركة البراونية أو Brownian Motion ، سميت بهذا الاسم نسبة إلى عالم النباتات روبرت براون (Robert Brown) ، والذي قام بالعمل على دراسة الحركة العشوائية لحبيبات لقاح الزهور على سطح الماء. في سنة 1827 ميلادي ، وصف هذه الظاهرة التي لاحظها ولكنه لم ينجح في إيجاد تفسير لها. وظلت الأسباب وراء حدوث الظاهرة غير واضحة ، إلى أن نشر عالم الفيزياء الألماني ألبرت اينشتاين عام 1905 ميلادي تفسيرًا علميًا يوضح فيه أن جزيئات الماء هي التي تسبب الحركة العشوائية لحبيبات لقاح الزهور.
وقد كان تفسير اينشتاين حينها غير كاف، حيث أنه في أوائل القرن العشرين لم تكف حقيقة وجود الجزيئات الدقيقة للمواد والذرة إلى نظريات وفرضيات لم يدعمها أي دليل علمي قوي. تواصلت الدراسات عن الحركة البراونية ، وفي عام 1908 ميلادي جاء العالم قام جان بيرين (Jean Perrin) بدليل علمي قاطع يثبت صحة فرضية اينشتاين عن سبب حدوث هذه الحركة ، ونال عن انجازه العلمي الكبير جائزة نوبل في الفيزياء. الجدير بالذكر، أن أول من وصف الحركة البراونية كان الشاعر الروماني لوكريتيوس ، وكان ذلك قبل ستون عاما من الميلاد ، وهو ما اعتبر أول فرضية عن وجود الذرات.
إن الحركة البراونية ، ظاهرة فيزيائية لا ينحصر تفسيرها على الفيزياء والكيمياء فقط ، بل تتطلب وصفا رياضيات وحسابات إحصائية بسيطة . وقد كان ثورفالد ثيل (Thorvald N. Thiele) أول من أتى بنموذج رياضي يصف هذه الحركة بطريقة المربعات الصغرى ، في مقال علمي نشره له عام 1880 ميلادي.
أسباب حدوث الحركة البراونية
تعود أسباب حدوث الحركة البراونية إلى تأثير جزيئات أو ذرات الموائع أي السوائل والغازات في حركة سريعة عشوائية على جسيمات صغيرة معلقة في السائل. الحركة البراونية ، التي تميل إلى تفريق الجزئيات على واسع نطاق ممكن هي القوة الرئيسية التي تسبب الانتشار. وبسبب الحركة العشوائية للذرات الجزيئات داخل الموانع ، يحدث توزع متساو للجسيمات الأكبر حجما داخل الوسط .
وعند وجود منطقتين متلاحمتين في وسط ما، وبفرض أن المنطقة الأولى ، تحتوي على عدد مضاعف من الجسيمات مقارنة بالمنطقة الثانية، يتشكل احتمال مضاعف لانتقال جسيم من المنطقة الأولى إلى المنطقة الثانية مقابل احتمال حدوث العكس. وتتحدد حركة الجسيمات وفق ظاهرة الحركة البراونية بعدة عوامل، تغيرات درجة الحرارة ، زيادة عدد الجسيمات، حجم الجسيمات، التناسب العكسي مع درجة اللزوجة.
أمثلة من الطبيعة عن الحركة البراونية
إن أغلب أمثلة عن الحركة البراونية في الطبيعية ، إنما هي عمليات ناتجة عن انتقال جزيئات الموانع، ونذكر منها ما يلي:
-حركة لقاح الزهور على أسطح المياه الراكدة.
-حركة ذرات الغبار المرئية في الغرفة.
-حركة انتشار الملوثات في الهواء.
-حركة انتشار الكالسيوم في العظام.
-حركة الشحنات الكهربائية في شبه الموصلات.
أهمية الحركة البراونية
لقد ساهم اكتشاف الحركة البراونية وتفسيرها على إثبات حقيقة وجود الذرة ، ولكن مع زيادة الدراسات و الأبحاث أصبح أهمية الحركة البراونية ظاهرة في عدة مجالات علمية مثل علم الفيزياء والكيمياء وعلم الأحياء واستخدم النموذج الرياضي لهذه الظاهرة في مجالات اقتصادية أيضا.
