الفيزياء

ملاحظات الأطفال حول التغيرات المصاحبة للمادة عند التسخين والتبريد

1999 أطفالنا والعلوم في المرحلة الابتدائية

KFAS

مادة التسخين والتبريد التغيرات المصاحبة للمادة الفيزياء

يمكن للمادة أن تتحول من حالة إلى أخرى باكتساب أو فقدان الطاقة الحرارية، ويمكن للأطفال التفكير في العديد من الأمثلة من خبرتهم الخاصة بذلك، مثل غليان الماء في الإبريق، وانصهار الشمع والشوكولاتة، وتجمد الماء، وتكثف البخار، ويمكن استكشاف بعض هذه التحولات بتفصيل أكبر.

إن استخدام الماء في التجارب سيساعد الأطفال على إدراك العلاقة بين السوائل والغازات والمواد الصلبة، كما سيمدهم بأساس جيد لفهم دورة الماء في الطبيعة.

ولا بد أن الأطفال قد استكشفوا سلفا كيفية تكون الثلج في سنواتهم الأولى (فصل -2)، ويمكن تلخيص عملهم السابق لمساعدتهم على التوسع في البحث.

فيمكن للأطفال في الأيام شديدة البرودة البحث عن أماكن تجمد الماء، وإذا تمعنوا في البرك بدقة، فقد يلاحظون أن البرك الضحلة قد تجمدت تماما، في حين أن البرك العميقة تتجمد عند الحواف أو السطح فقط..

 

وهذه الملاحظة هامة من ناحية الأمن والسلامة، حيث إنها تمكن الأطفال من إدراك مدى خطورة اللعب على سطح البرك المتجمدة، حيث من المحتمل أن يكون الثلج رقيق السماكة في المنتصف، وقد يكون الأطفال لاحظوا عند تزحلقهم على البرك المتجمدة كيفية تكسر الثلج.

ومرة أخرى فإن طرح الأسئلة سيساعد الأطفال على التفكير في مشاهداتهم: هل حواف القطع الثلجية المتكسرة حادة؟ هل هي على استقامة واحدة أم منحنية؟ هل لها جميعا نفس السماكة؟ ماذا يحدث للثلج عند القبض عليه بشدة باليد؟ وما هو ملمس الثلج المنصهر؟

وقد يكون الأطفال قادرين على ملاحظة الكتل الثلجية المتدلية (icicles)، واقتراح سبب حدوثها في بعض الأماكن دون الأخرى، وكيفية نموها. فالكتل الثلجية المتدلية ستكون في الأماكن المحمية، حيث يكون هناك تدفق بطيء للماء، وقد يربطون ملاحظاتهم تلك بتكون الهوابط (Stalactites). (الرواسب الكلسية المتدلية من سقوف المغارات).

ويمكن للمعلم الطلب إلى الأطفال التفكير في خبرتهم عن الثلج، والتنبؤ فيما إن كان الثلج يطفو دائما فوق الماء، وقد يسترجعون عندئذ طفو الثلج في شرابهم، والثلج المتكوّن على سطح البرك، ولكنهم قد لا يكونون متأكدين من طفوها في جميع الظروف.

وقد يكون الأطفال قادرين على صنع أشكال ثلجية مختلفة وتجميدها.. وقبل اختبار طفوها، يجب عليهم أن يتنبؤوا إن كانت ستطفو، وكيفية طفوها.

 

فعلى سبيل المثال، هل ستطفو الأشكال الطويلة الرفيعة رأسيا، بحيث تكون تحت الماء تماما؟ سيجد الأطفال أن جميع أشكال الثلج ستطفو مع وجود معظم كتلتها أسفل السطح. ومن الضروري معرفة ذلك، حيث تمثل الكتل الثلجية مع قطع الثلج المختفية أسفل سطح البحر خطورة عظيمة على الملاحة.

ولاكتشاف خواص الثلج بتوسع أكبر، يمكن إعطاء الأطفال قنانٍ زجاجية ذات أغطية فلّينية، فإذا مُلئت القناني تماما بالماء، ثم تم تغطيتها بإحكام بالأغطية الفلّينية، ووضعت في الخارج في ليلة شديدة البرودة، فسوف يتجمد الماء في هذه القناني، إلا أن الثلج يشغل مساحة أكبر، ولذا فإن الثلج سيدفع الفلّينة لخارج القنينة، ويجب أن توضع كل قنينة في سطل منفصل، حيث تتشقق القناني أحيانا بتأثير قوة الثلج المتمدد.

وهذه طريقة مثيرة لتوضيح كيف أن الثلج عامل أساسي في التجوية، وتشقق الصخور وكسرها، فالماء يتسرب للشقوق ثم يتجمد، فيزيد من مقدار الشق بتمدده، وتكرار تلك العملية عدة مرات سيؤدي لتكسر الصخور وأسطح الطرق المختلفة.

وما أن يدرك الأطفال أن الثلج يشغل حيزا أكبر من الماء المكون له، فيمكنهم فهم سبب طفو الثلج، فكمية المادة متساوية في كل من الحالتين، ولكن التركيب الجزيئي في حالة الثلج يتمدد في حجم أكبر، وهذا ما يجعل الثلج أقل كثافة من الماء. فالثلج الأقل كثافة سيطفو على سطح الماء الأكبر كثافة.

والبالونات الثلجية طريقة مثيرة لاستكشاف خواص الثلج، حيث تملأ البالونات بالماء، وتربط نهايتها، ثم توضع في بيت الثلج (فريزر الثلاجة)، ويجب أن توضع في داخل أكياس بلاستيكية تحسبا لانفجارها.

 

وبعد حوالي ثلاثة أيام تستطيع مجموعات الأطفال تمزيق البلاستيك، ثم ملاحظة النتائج من حيث ملمسها، وإن كانت تنصهر بنفس الطريقة في كل من الهواء والماء، وماذا سيحدث عند إضافة الملح، أو السكر، أو الأصباغ لها. وقد يود الأطفال صنع بالونات ثلجية بطرق مختلفة.

فقد يودون صنع بالون متعدد الألوان عن طريق إضافة ماء مختلف اللون عند أوقات مختلفة في عملية التجمد، أو محاولة استخدام محاليل مختلفة مثل الماء والملح، أو الماء والقهوة. وسيجد الأطفال أن المحلول الملحي المركّز لا يتجمد في بيت الثلج العادي في المنزل، وذلك لأن المحلول الملحي له نقطة تجمد أقل من الماء النقي.

ويمكن التوسع في بحث تأثير مزج الملح والثلج، حيث يحتاج الأطفال مرطبانين من الحجم نفسه، يملآن بالثلج المجروش، ويمكن تكسير الثلج بوضعه في كيس بلاستيكي سميك وضربه بالمطرقة، ثم يضاف ملء ملعقة كبيرة من الملح إلى أحد المرطبانين ويخلط بالثلج، ثم تقاص درجة حرارة المرطبانين كل خمس دقائق على مدى عشرين دقيقة.

وسيكتشف الأطفال أن الثلج النقي ستظل درجة حرارته عند درجة صفر مئوي تقريبا. أما الثلج المخلوط بالملح فسيعطي قراءة أقل من صفر مئوي، وسينصهر بسرعة أقل.. ونظريا فإن السوائل تتجمد عند درجة انصهارها، ونقطة تجمد المحلول الملحي أقل من الماء النقي، (كما اكتشف الأطفال عند صنع البالونات الثلجية من المحلول الملحي)، وهذا سبب إضافة الملح إلى الطرق الثلجية أو الجليدية للإبقاء عليها سالكة.. ويستطيع الأطفال بحث إن كانت المواد الأخرى مثل الرمل أو السكر لها التأثير نفسه.

 

عندما يسخن الماء إلى نقطة غليانه، فإنه يتحول إلى بخار، أي في الحالة الغازية، وإذا لاحظ الأطفال غليان الماء في قدر ذي غطاء أو إبريق ذي صافرة، فسيلاحظون أن البخار الناتج هو من القوة بحيث يرفع غطاء القدر، أو يصدر صوت صفير..

ويمكن بعد ذلك مناقشة بخار الماء كمصدر للقوة في الآلات البخارية. وإذا وضع المعلم طبقا باردا أمام الإبريق في طريق البخار المتصاعد فسيرى الأطفال تكثف البخار، ويستطيع الأطفال عندئذ بحث أمثلة على حدوث التكثيف، ومحاولة تفسيرها، وذلك مثلما يحدث عند مقابلة تيار الهواء الساخن لسطح بارد.

وقد يحب الأطفال أن يتذوقوا الماء المغلي المبرّد، ومقارنة طعمه بالماء العادي، وسيلاحظون أنه عديم النكهة غير مستساغ، وذلك لخروج الهواء منه عند الغليان، إلا أن هذه العملية يمكن عكسها، فإذا وضع الماء المغلي في وعاء، بحيث يكون نصف مملوء، وتم رجه بقوة، فسيعود الماء لطعمه الأصلي.

وهناك عدة مواقف تبرد فيها الأشياء أو تسخن، دون أن يكون هناك اكتساب أو فقد واضح للحرارة، فيمكن للمعلم أن يسأل الأطفال، لماذا يبرد كوب الشاي أو ينصهر الثلج في الفصل؟

إذ إنه بدون تأثير قوة أو طاقة خارجية، فإن الأشياء ستغير حرارتها حتى تصل إلى درجة حرارة الجو المحيط بها، ومعدل حدوث ذلك يعتمد على عدة عوامل، ويمكن حث الأطفال على التفكير في بعض هذه العوامل، بالطلب إليهم اقتراح طرق لتبريد الشاي الساخن، وقد يقترحون وضعه في مكان بارد، أو النفخ عليه، أو وضعه في وعاء رديء العزل، أو سكبه في طبق، ثم يمكنهم بعد ذلك اختبار بعض هذه الأفكار.

 

فإذا أرادوا اختبار كيف أن الماء الساخن في الطبق المسطح يمكن أن يبرد أسرع منه في الكوب، يمكنهم وضع الكمية نفسها من الماء الساخن في ثلاثة أو أربعة أوعية ذات مساحات سطحية مختلفة، ثم تسجيل التغيرات في درجات الحرارة.

وتؤثر العوامل السابقة نفسها في معدل التبخير، ويستطيع الأطفال اقتراح عدة عوامل يعتقدون بأهميتها، مثل نوع الماء، ودرجة حرارة الجو المحيط، وحالة الرياح، وكمية الماء، وحدم أو شكل الوعاء.

وتستطيع مجموعات الأطفال المختلفة تصميم وإعداد تجربة مضبوطة لاختبار كل عامل، ثم تسجيل وعرض نتائجهم أمام باقي الفصل. وفي كل تجربة يجب تغيير العامل الذي يتم اختباره فقط، كما يمكنهم اختبار السوائل الأخرى لملاحظة إن كانت تتبخر مثل الماء، فيمكنهم ملاحظة ما يحدث لقطرات قليلة من سوائل مختلفة مثل الحليب، أو الزيت أو سائل الغسيل، مقارنة مع نفس العدد من قطرات الماء.

 

والطهي وسيلة جيدة، تمكّن الأطفال من ملاحظة تأثير التسخين والتبريد على مواد أخرى غير الماء، فبعض هذه التغيرات يمكن عكسها، ولكن بعضها الآخر لا يمكن فيها ذلك، فغلي الحليب تغيير لا يمكن عكسه بسبب تلف بعض الإنزيمات خلال الغليان، وسيلاحظ الأطفال أن طعم الحليب وشكله يبدو مختلفا بعد الغليان، كما يمكنهم ملاحظة تأثير التسخين والتبريد على الزبدة، والمارجرين، والجبنة، والشكولاته أيضا، كجزء من أنشطة الطهي، أو بوضع المواد المختلفة في أوعية صغيرة تطفو على الماء الساخن مرة، ثم تطفو على الماء البارد مرة أخرى، وملاحظة التغيرات التي تحدث بسبب التغير في درجة الحرارة.

كما أن الأنشطة الفنية تتيح العديد من الفرص لتنمية الملاحظات العلمية وطرح الأسئلة، فعند استخدام الشمع مثلا في التطبيع الباتيكي سيتمكن الأطفال أيضا من ملاحظة تأثير انصهار وتجمد الشمع.

كما أن صناعة الفخار أو الخزف تتضمن ملاحظة تأثير حرق الفخار وصقلة. هذا، وإذا كان المعلمون محيطون بالمهارات والمعرفة المطلوبة من طفل المرحلة الابتدائية، فسوف يكونون قادرين على تنويع الفرص وزيادتها لمساعدة الأطفال على زيادة إدراكهم العلمي، وملاحظة كيفية إمكان تطبيقها.

مجلة العلوم
‫‪لماذا تُسبب السمنةُ تفاقمَ مرض كوفيد-19؟
غطية مجلة ساينس Science لأخبار كوفيد-19 يدعمها مركز بوليتزر ومؤسسة هيسينغ-سيمونز Pulitzer Center.
بقلم:     ميريديث وادمان
ترجمة:  مي بورسلي
 
في ربيع هذا العام، بعد أيام من ظهور أعراض تشبه أعراض الإنفلونزا والحمى، وصل رجل إلى غرفة الطوارئ في المركز الطبي بجامعة فيرمونت Vermont Medical Center. كان شابا، في أواخر الثلاثينات من عمره، وكان يعشق زوجته وأطفاله الصغار. وكان يتمتع بصحة جيدة، وقد كرّس ساعات لا نهاية لها في إدارة ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪الفيروس التاجي يثير التخمينات حول موسم الإنفلونزا
قلم:    كيلي سيرفيك
ترجمة: مي بورسلي
تغطية مجلة ساينس Science لأخبار كوفيد-19 يدعمها مركز بوليتزر  Pulitzer Center ومؤسسة هايسنغ-سيمونز  Heising-Simons Foundation.
في شهر مارس 2020، بينما كان نصف الكرة الجنوبي يستعد لموسم الإنفلونزا الشتوي أثناء محاربة مرض كوفيد-19 COVID-19، وضعت شيريل كوهين Cheryl Cohen -عالمة الأوبئة، وزملاؤها في المعهد الوطني للأمراض المعدية National Institute for Communicable Diseases بجنوب إفريقيا اختصار: ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪كيف تقاوم العدوى باستعادة شباب جهازك المناعي
قلم:    غرايام لاوتون
ترجمة: محمد الرفاعي
اغسل يديك بعنايةٍ لعشرين ثانية، غطّ عطستك بمرفقك، تجنب ملامسة وجهك، ابقَ على مسافة مترٍ عن الآخرين، وكملجأ أخير ٍ، اعزل نفسك بعيداً عن الجميع لمدة أسبوعٍ مع ما تحتاج إليه من أغراض. وإذا أردت أن تتجنب فيروس كورونا المستجد، فكل هذه أفكارٌ جيدةٌ. لكن، في نهاية المطاف، خطُ الدفاع الذي يقف بينك وبين الإصابة بكوفيد 19 Covid-19 هو جهازك المناعي.
نعلم أن الجهاز المناعي يَضْعُفُ عندما نتقدم في ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪لقاح أكسفورد آمن ويحفز على الاستجابة المناعية
قلم:    كلير ويلسون، جيسيكا هامزيلو، آدم فوغان، كونارد كويلتي-هاربر، ليلى ليفربول
ترجمة: مي منصور بورسلي
آخر أخبار فيروس كورونا حتى 20 يوليو 2020 الساعة 5 مساء
 
لقاح أكسفورد المرشح للتطعيم ضد الفيروس التاجي يبدو آمنًا ويحفز على الاستجابة المناعية
اللقاح ضد الفيروس التاجي Coronavirus الذي طورته جامعة أكسفورد University of Oxford بالتعاون مع شركة الأدوية آسترازينيكا AstraZeneca آمنٌ وينشط الاستجابة المناعية لدى الأشخاص، ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪الهرمونات الجنسية  تفسر سبب إصابة الرجال أكثر بالفيروس
قلم:       ميريديث وادمان
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
في يناير ذكرت إحدى أولى النشرات العلمية عن المصابين بفيروس كورونا المستجد  Novel coronavirus في ووهان بالصين، أن ثلاثة من كل أربعة أدخلوا المستشفى كانوا ذكورًا. ومنذ ذلك الوقت أكدت بيانات من مختلف أنحاء العالم أن الرجال يواجهون خطرًا أكبر للإصابة بمرض شديد أو الوفاة، وأن الأطفال مستَثْنَوْن بشكل كبير. مؤخرًا، توصل العلماء الذين يبحثون في الكيفية التي يؤدي  الفيروس بها إلى الوفاة ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪دراسات كبيرة تذوي آمال عقار الهيدروكسي كلوروكوين
قلم:      كاي كوبفرشميدت
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
تغطية مجلة ساينس Science لأخبار كوفيد-19 يدعمها مركز بوليتزر Pulitzer Center.
عبر ضباب مزاعم الاستغلال، والأمل، والمبالغة في الدعاية، والتسييس الذي يكتنف الدواء هيدروكسي كلوروكوين Hydroxychloroquine، دواء لعلاج الملاريا Malaria الذي أعلن عنه كعلاج لمرض كوفيد-19 COVID-19، تبدأ حاليا الصورة العلمية بالتجلي.
الهيدروكسي كلوروكوين الذي أثنى عليه رؤساء كمعجزة شفائية محتملة ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪بدء تجارب لإيجاد سلاح جديد ضد داء باركنسون: الضوء
قلم:     جنجان سينها
ترجمة:  مي بورسلي
   قد يساعد العلاج بالضوء Light therapy على تحسين الحالة المزاجية والتئام الجروح وتقوية جهاز المناعة. لكن، هل يمكنه تحسين أعراض داء باركنسون Parkinson’s disease أيضًا؟ تجربة هي الأولى من نوعها من المقرر إطلاقها في خريف 2020 بفرنسا، تهدف إلى معرفة ذلك. ففي سبعة مرضى سينقل كابل الألياف البصرية Fiber optic cable المزروع في أدمغتهم نبضاتٍ من ضوء الأشعة القريبة من تحت الحمراء Near infrared pulses ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪مهمة فوياجر والنقطة الزرقاء الباهتة: كيف التُقطت الصورة الأكثر شهرة في العلم
لدكتور ستيوارت كلارك عالم الفلك وعلم الكونيات
يسمونها النقطة الزرقاء الباهتة Pale Blue Dot. قد تكون واحدة من الصور الأقل إثارة للدهشة التي يُحتمل أنك شاهدتها، لكن في الوقت نفسه، ربما تكون الأكثر أهمية. والشيء الوحيد ذو الأهمية حقيقةً في الصورة هو بكسل أزرق واحد باهت. ومع ذلك، فإن الضوء الملتقط في ذلك البكسل يأتي من الأرض. إنه ما يبدو عليه كوكبنا كله من مسافة نحو ستة بلايين كم أربعة بلايين ميل. وقد ألهمت عالم الكواكب الشهير كارل ساغان Carl ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪زراعة تريليون شجرة ربما ليست فكرةً جيدة
طلق المنتدى الاقتصادي العالمي في شهر فبراير 2020 مبادرة عالمية جديدة هدفها زراعة واستصلاح وصيانة تريليون شجرة حول العالم. وتهدف الخطة التي سُميت 1t.org التي حصلت في دافوس على تأييد الرئيس الأمريكي دونالد ترامب Donald Trump واختصاصية علم الرئيسيات جين غودال Jane Goodall، إلى بدء عملية كثيفة لاستصلاح الطبيعة لحماية التنوع البيولوجي ومكافحة تغير المناخ. وفي بيان، قال مارك بينيوف Marc Benioff، الرئيس التنفيذي لشركة البرمجيات سيْلزفورس Salesforce ... (قراءة المقال)