الفيزياء وإطفاء الحرائق

إطفاء النيران.
لماذا يطفىء الماء النيران؟
إن إجابات القراء على هذا السؤال البسيط جدًا, لا تكون صحيحة دائمًا، وأرجو ألا يؤاخذني القراء، اذا شرحت لهم بإختصار تأثير الماء على النار.
أولا عندما يلمس الماء جسماً ملتهبا فإنه يتحول إلى بخار ويأخذ بذلك كمية كبيرة من حرارة هذا الجسم الملتهب، ولتحويل الماء المغلي إلى بخار نحتاج إلى كمية من الحرارة تزيد عن خمسة أضعاف الحرارة اللازمة لتسخين نفس الكمية من الماء البارد إلى 100 درجة مئوية.
ثانيًا. إن حجم الأبخرة المتكونة أثناء ذلك يزيد عن حجم الماء الناتجة عنه بمئات المرات، وعندما تحيط الأبخرة بالجسم الملتهب تمنع وصول الهواء إليه، وبدون هواء لا يحدث إحتراق ولزيادة قوة إطفاء الماء للنار يضاف إلى الماء أحيانًا قليل من البارود! قد يبدو هذا التصرف غريبًا ولكنه معقول تمامًا ذلك لأن البارود يحترق بسرعة ويحرر كمية كبيرة من الغازات الغير المحترقة التي تحيط بالجسم الملتهب وتعرقل إحتراقه فيما بعد.

إطفاء النار بالنار.

ربما سمع القراء بأن أحفضل وسيلة - وربما تكون الوسيلة الوحيدة - لإطفاء أو مكافحة إحتراق الغابات أو السهول هي حرق الغابة أو السهل من الجهة المقابلة وفي هذه الحالة سوف يزحف اللهب الجديد لمقابلة الحريق الهائل الأول ويلتهم في طريقه المواد القابلة للإحتراق ويذلك يحرم النار من الوقود وحالما يلتقي الحريقان يخمد كلا جداري النار في الحال كما لو كان كل منهما قد إلتهم الآخر.
وربما يكون القراء قد طالعوا كتاب " البرية " لمؤلفه كوبر، ووجدوا فيه وصفًا لكيفية إستخدام هذه الطريقة لإطفاء الحرائق التي تنشب في السهول الأمريكية ولا يمكن نسيان تلك اللحظة الدراماتيكية، عندما قام الصياد الشيخ بإنقاذ حياة السياح من موت محقق عندما حاصرتهم النيران في السهل ونقدم للقراء هذا المقتطف من كتاب " البرية " :
- وبدا الشيخ فجأة وكأنه قد صمم على القيام بشيء ثم قال : لقد حانت لحظة العمل وهتف ميدلتون مخاطبًا الشيخ: انك تذكرت هذا فجأة بعد فوات الأوان أيها الشيخ البائس إن النار تبعد عنا بمسافة ربع ميل والريح تقربها منا بسرعه مذهلة!
- النار! انني لا أخاف النار كثيرًا، هلموا أيها الشجعان واقلعوا هذا العشب اليابس من هنا حتى تصبح الأرض خالية منه تمامًا، وخلال فترة قصيرة جدًا من الزمن تم قلع العشب من مساحة من الأرض يبلغ قدرها عشرين قدمًا وأصبحت نظيفة تمامًا ودعا الشيخ النساء إلى الوقوف عند احدى حافات هذه المساحة الصغيرة من الارض زطلب منهن أن يغطين ثيابهن الخفيفة بالملاحف لحمايتها من النار التي يمكن أن تلتهمها، وبعد أخذ الإحتياطات الازمة إتجه الشيخ إلى الحافة المقابلة حيث كانت النار تحيط السياح بطوق كبير، وتناول حفنة من العشب اليابس جدًا واشعل فيه النار واندلعت النار حالا في هذه المادة السريعة الإلتهاب وعندئذ قام الشيخ برمي هذه الشعلة في وسط الخميلة العالية وتراجع إلى مركز الحلقة وأخذ ينتظر بصبر نتيجة عمله، وانقضت النار المهلكة على العشب الجديد لكي تلتهمه بشراهة وفي لحظة واحدة مدت إله ألسنتها المحرقه وقال الشيخ: سترون الآن كيف تقضي النار على النار وهتف ميدلتون بصوت علته الدهشة: ترى ألا يشكل هذا خطر علينا ويعمل على تقريب العدو منا بدلا من إبعاده؟
وازدات النار اشتعالاً وأخذت تنشر في جهات ثلاث في الوقت الذي همدت فيه عند الجه الرابعة لعدم كفاية العشب وكلما ازدادت النار إشتعالاً وزاد هياجها فانها أتت على كل ما يقف في طريقها وتركت ورائها أرضًا سوداء يتصاعد منها الدخان خالية من العشب أكصر من أن المناجل قد حصدت كل العشب الموجود فيها من جذوره وكانت حالة الهاربين ستزداد خطورة لو لم تتوسع رقعة الأرض التي نظفوها من العشب كلما أحاطت بها النار من بقية الأجهات الأخرى وبعد عدة دقائق بدأت النار بالتراجع من جميع الجهات تاركة الرحالة بعد أن لفتهم بسحابة من الدخان ولكنهم أصبحوا في مأمن تام من ألسنة النار التي ما زالت تندفع إلى الأمام بشدة وقد تطلع المشاهدون إلى الطريقة البسيطة التي إستخدمها الشيخ بنفس الدهشة التي تطلع بها ندماء الملك فرناند إلى طريقة كولومبس لإيقاف البيضة على رأسها. إلا أن طريقة إطفاء االحرائق والسهول هذه ليست بسيطة جدًا كما يبدو لأول وهلة إن إستخدام النار المضادة لإطفاء الحرائق يجب أن يتم على يد شخص خبير فقط وإلا قد تصبح الكارثة أكثر هولا. ويستطيع القارئ أن يدرك مدى الحذاقة الازمة لذلك إذا طرح على نفسه هذا السؤال:لماذا إندفعت النار التي أشعلها الشيخ لملاقاة الحريق ولم تندفع إلى الإتجاه المعاكس؟ إن الريح هبت من ناحية الحريق وساقت النار نحو الرحالة! ويظهر من ذلك أن النار الذي أشعلها الشيخ وجب ألا تندفع نحو الحريق الكبير ولكن إلى الزراء نحو السهل ولو حدث هذا الأمر لحيط الرحالة بطوق من نار وقضوا نحبهم بالتأكيد، أين يكمن سر ما قام به الشيخ؟ إن السر يكمن في معرفة أحد قوانين الفيزياء البسيطة فعلى الرغم من هبوب الريح من ناحية الحريق متجهة نحو الرحالة ولكن في الأمام بالقرب من النا يجب أن ينشأ تيار هواء معاكس يندفع لملاقاة الحريق وفي حقيقة الأمر بعد أن يسخن العواء الموجود فوق النار الهائلة يصبح أخف مما هو عليه ويطرد إلى الأعلى من قبل الهواء البارد المندفع من كافة جهات السهل البعيدة عن الحريق ولهذا السبب ينشأ بالقرب من حدود النار تيار هواء يندفع نحو اللهب ويجب إشعال النار المضادة في في اللحظة التي يقترب فيها الحريق إلى حد تحس عنده بوجود تيار الهواء المذكور وهذا يفسر لنا عدم إشعال الشبخ النار مبكرًا وإنتظاره اللحظة المناسبة بهدوء، ولو قام الشيخ بإشعال العشب فبل الوقت المناسب بقليل حيث لا وجود لتيار الهواء المضاد بعد لانتشرت النار في الإتجاه المعا** وضيقت الخناق على الرحالة وأهلكتهم كما أنا القيام بهذه العملية في وقت متأخر لا يقل خطور عن القيام بها فبي وقت مبكر ذلك لأن النار سوف تقترب بشدة من الرحالة وتهلكهم.

غليان الماء

هل يمكن أن تغلي الماء في الماء المغلي؟

ليأخذ القارئ زجاجة صغيرة أو قنينة ويصب فيها الماء ثم يضعها في قدر موضوع على النار ومملوء بالماء النقي بحيث لا تلامس الزجاجة أو القنينة قعر القدر ويجب على القارئ في هذه الحالة أن يعلق الزجاجة بأنشوطة سلكية وعندما يغلي الماء الموجود في القدر سيتوقع القارئ بأن الماء الموجود داخل الزجاجة سيغلي بعده بقليل ولكن مهما طال انتظارك لن يحدث هذا لأن الماء الذي يوجد داخل القنينة سيصبح حار جدًا ولكنه لن يغلي وبهذا يبدو أن الماء المغلي ليس على درجة كافية من الحرارة ليجعل الماؤ الآخر يغلي. إن هذه النتيجة تبدو وكأنها غير متوقعة بينما كان من الواجب أن نتوقعها ولكي نجعل الماء يغلي لن نتكتفي بـ 100 درجة مئوية فقط بل يجب تزويده بكمية كبيرة من الحرارة لتحويل الماء من حالة أخرة من حالاته وهي حالة البخار بالذات، إن الماء يغلي عند درجة 100 مئوية ولا ترتفع عن ذلك ممهما زدنا في تسخينه وهذا يعني أن درجة حراة مصدر الحراة الذي سخنا بواسطة الماء الموجود في القنينة تبلغ 100 درجة مئوية ويمكنه تخين الماء الموجود قي القنينة إلى 100 درجة مئوية فقط وعندما تتساوى درجتي الحراة يتوقف انتقال الحرارة الموجود في القد إلى القنينة وهكذا نرى بأنه بتسخين الماء الموجود في القنينة بهذه الطريقة فاننا لا يمكن أن نزوده بكمية الحرارة الازمة لتحويل الماء إلى بخار ( لتحويل كل جرام واحد من الماء المسخن إلى 100 درجة مئوية إلى بخار نحتاج إلى كمية أخرى من الحرارة تزيد عن 500 سعر حرري )، وقد يتبادر إلى ذهن القارئ السؤال الآتي: ما الفرق بين الماء الموجود في القنينة والماء الموجود في القدر؟ إن الماء الموجود في القنينة هو الماء نفسه الموجود في القدر ولكنه منفصل عن الآخر بواسطة جدران القنينة أما أنه لا يحدث له نفس الذي يحث للماء الباقي فبسبب ذلك هو أن جدران القنينة تمنع الماء الموجود في داخلها من الإشتراك في تلك التيارات التي تحرك الماء الموجود في القدر بأجمعه إن كل دقيقة من دقائق الماء الموجود في القدر يمكن أن تلامس القعر الحامي مباشرة أما دقائق الماء الموجودة داخل القنينة فيمكن أن تلامس الماء المغلي فقط، وهكذا ترى أنه لا يمكن غلي الماء بواسطة الماء المغلي النقي وحده ولكن إذا أضفنا إلى ماء القد القليل من الملح حتى نرى بأن الأمر قد تغير تمامًا إن الماء المالح لا يغلي عند درجة 100 مئوية بل أكثر من ذلك وهكذا يمكنه بدوره أن يجعل الماء النقي أن يغلي في داخل القنينة الزجاجية.

هل يمكن أن نغلي الماء بواسطة الثلج؟

إن بعض القراء سيجيبون على ذلك بما يلي : "إذا لم يكن بإستطاعتنا أن نغلي الماء في داخل الماء المغلي فكيف اذن سنغليه في الثلج! " انني أنصح القراء بعدم التسرع في الإجابة والقيام بالتجربة التالية ولو بإستخدام نفس القنينة الزجاجية التي إستخدمناها في التجربة السابقة، إملأ القنينة إلى منتصفها بالماء واغمرها في الماء المالح المغلي وعندما يغلي الماء داخل القنينة ارفع القنينة من القدر وسد فوهتها بسرعة بسدادة من الفلين معدة سابقًا لهذا الغرض والآن إقلب القنينة وانتظر إلى أن يتوقف غليان الماء الموجود في داخلها وبعد حلول هذه اللحظة صب الماء المغلي على الزجاجة وستجد أن الماء مع ذلك لن يغلي ولكن إذا وضعت على قاعدة الزجاجة قليلاً من الثلج أو إذا صببت على الزجاجة ماء بارد فقط فسترى أن الماء بدأ بالغليان وهكذا فعل الثلج مالم يفعله الماء المغلي!ووما يزيد من حيرة الإنسان أنه لن يشعر بحرارة عالية عندما يلمس الزجاجة بينما يشاهد الماء بأم عينه وهو يغلي إن السر يكمن في تبريد الثلج لجدران القنينة الزجاجية ونتيجة إلى ذلك يتكثف البخار ويتحول إلى قطرات من الماء، ولما كان الهواء قد طرد من القنينة الزجاجية قبل ذلك في مرحلة الغليان فإن الماء الموجود في داخلها الآ يتعرض لضغط يقل عن السابق بكثير ومن المعروف أنه عند تقليل الضغط عن السائل فإنه يغلي عند درجة حرارة أقل من درجة حرارة غليانه بكثير وهكذا يكون لدينا في القنينة الزجاجية ماء مغلي ولكنه ليس حار، أما إذا كانت جدران القنينة الزجاجية رقيقة جدًا فقد يؤدي تكثف البخار في داخلها إلى ما يشبه الإنفجار ذلك لأن ضغط الهواء الخارجي عندما لا يلاقي مقاومة كافية من داخل القنينة يمكنه أن يحطمها في الحال ( وبهذه المناسبة فإن كلمة إنفجار ليست مناسبة في هذه الحالة) ولهذا من الأفضل إستخدام قنينة كروية الشكل مثلاً دورق محدب القعر لكي يضغط الهواء الخارجي على الجزء المحدب. والأكثر أمانًا إجراء هذه التجربة بإستخدام علبة من الصفيح وبعد أن نغلي في داخلها القليل من الماء نسد فتحتها بإحكام ونصب عليها ماء بارد وسوف نرى بأن العلبة المحتوية على بخار ماء ستتجعد في الحال لتأثير الضغط الخارجي للهواء وذلك لأن البخار في داخلها قد تكثف وتحول إلى ماء بعد أن تعرض للتبريد وستبدو بعد ذلك أن العلبة مجعدة كما لو أننا قد طرقناها بمطرقة ثقيلة.

مقتبس من كتاب الفيزياء المسلية