وأظهر البحث أن انطلاق قوى الاحتكاك يبدأ بتحرك موجة بسرعة الصوت وتغير سطحها عند كل نقطة مرت بها. بعد مرور الموجة، تبدأ الطاقة الهائلة التي تعوقها قوى الاحتكاك في الظهور
ظاهرة الاحتكاك موجودة في كل عمل نقوم به في حياتنا اليومية تقريبًا - عندما نمرر أيدينا على طاولة، أو نفتح بابًا بمفصلة تصدر صريرًا، أو عندما نفرمل السيارة، أو عندما نشغل المحرك. قبل كل شيء، تعتبر ظاهرة الاحتكاك ذات أهمية خاصة لتفسير حدوث الزلازل. وعلى الرغم من مركزية الظاهرة في حياتنا، إلا أن المبادئ الأساسية لعمليات الاحتكاك ظلت لغزا حتى الآن. تقدم دراسة جديدة أجراها فيزيائيون في الجامعة العبرية ونشرت مؤخرا في مجلة Nature تفسيرا جديدا لعملية الاحتكاك ولها آثار على الفهم الأساسي للزلازل وحتى إمكانية التنبؤ بها في المستقبل. وقد نُشرت مناقشة لهذا البحث هذا الشهر في مجلة Physics Nature.
تم إجراء البحث من قبل البروفيسور ج. فينبرغ وطالبي البحث عوديد بن دافيد وشموئيل روبنشتاين من معهد راكاح للفيزياء في الجامعة العبرية. ووجد الباحثون أن الاحتكاك يبدأ بنوع من الموجة التي تمر فوق السطح الذي يفصل بين الجسمين المحتكين. يوضح البروفيسور فينبرغ: "لقد أنشأنا نوعًا من الزلازل المصغرة في المختبر مما سمح لنا بفهم العملية".
تحدث الزلازل نتيجة لحركة الاحتكاك بين الصفائح التكتونية التي تشكل القشرة الأرضية. يحدث الاهتزاز عندما تتغلب القوى التي تحرك الصفائح على قوى الاحتكاك التي تثبت الصفائح معًا. وأظهر البحث أن انطلاق قوى الاحتكاك يبدأ بتحرك موجة بسرعة الصوت وتغير سطحها عند كل نقطة مرت بها. بعد مرور الموجة، تبدأ الطاقة الهائلة التي تعوقها قوى الاحتكاك في الظهور. إن حركة الأرض الناتجة عن هذا الإصدار هي الزلازل التي نشعر بها. بالإضافة إلى ذلك، وصفت الدراسة لأول مرة كيف تخفف كل نقطة اتصال من "قبضتها" في سلسلة معقدة من الأحداث التي تعقب مرور الموجة. وتتميز العملية بأربع مراحل: مرحلة قطع العلاقة، مرحلة القطيعة العنيفة، مرحلة تجديد العلاقة ومرحلة إعادة تقويتها.
"على الرغم من أن حركة الاحتكاك غالبًا ما يُنظر إليها على أنها حركة على سطح أملس، إلا أنه في الممارسة العملية هناك دائمًا خشونة مجهرية في سطح التلامس، ونقاط الاتصال الفعلية قليلة جدًا. إن طبيعة سلوك هذه النقاط هي المسؤولة عن حركة الاحتكاك" يوضح البروفيسور فينبرغ. وفي دراستهم، وجد الباحثون أن نقاط الاتصال هذه لها "حياة خاصة بها" تملي تطور عملية الاحتكاك.
وقد يساهم البحث في فهم نطاق واسع من ظواهر الاحتكاك التي من صنع الإنسان والظواهر الطبيعية مثل الزلازل. يقول البروفيسور فينبرج: "على الرغم من أن الاحتكاك يلعب دورًا مهمًا في مجموعة متنوعة من المجالات في حياتنا، إلا أنه من المدهش أن العمليات الرئيسية المتعلقة بحركة الاحتكاك لم يتم فك رموزها حتى الآن". "تعد الدراسة الحالية خطوة مهمة في فهم هذه القضية. في الطبيعة، تبدأ الزلازل حياتها على عمق يتراوح بين 10 إلى 100 كيلومتر تحت السطح. وفي البحث تمكنا ولأول مرة من ملاحظة العمليات التي تؤدي إلى حدوث زلزال أثناء حدوثها في إطار التجربة في المختبر. آمل أن يسمح لنا الفهم الأساسي لهذه العمليات بالتنبؤ بالزلازل في المستقبل وربما حتى منع الأضرار الجسيمة التي تسببها جزئيًا.
وفي نفس الموضوع على موقع العلوم
تعليقات 13
هناك موضوع آخر لم أتمكن بعد من فهمه وهو ما هي القوة الجانبية
يفصل أو يضغط أو يحرك الصفائح التكتونية؟
من تجربتي الشخصية في زلزال لوس أنجلوس عام 1994 (6.7 ريختر في العمق
17 كم) والهزات الارتدادية التي تلتها - لم تكن لها سرعة موحدة.
عشت على بعد حوالي 7 كيلومترات من "مركز التحصين الموسع" وكان الزلزال الأول بالفعل
جاءت الأمواج (أعلى وأسفل) بسرعة هائلة، لكن الهزات الارتدادية تبعتها
وبعبارة أخرى، بسرعات مختلفة.
أتذكر بوضوح حالة واحدة حيث كنت أقف في طابور في محطة وقود (كنت بالخارج
إلى السيارة) وفجأة وصل سوق ما بعد البيع حوالي 5 ريختر. كان مثل الوقوف
على قطعة أرض على أمواج ارتفاعها 15 سم تتحرك بسرعة 30 كم/ساعة (حسب تقديراتي
الذاتية)، ولكن من الواضح أنه ليس بسرعة الصوت.
ليس من الواضح بالنسبة لي ما إذا كانت الموجات تتباطأ أو ترددها عندما تبتعد عن المركز
النزول أو كليهما.
هناك مسألة أخرى غير واضحة بالنسبة لي وهي كيفية حدوث الزلازل في وسط الصفائح
التكتونيات، لا يوجد هناك التقاء/التحام، فكيف يتم تشكيلها؟
ودي:
قرأت وفهمت ما هو مكتوب هنا وفي رأيي أنه ليس مكتوبا بما فيه الكفاية.
يبدو لي أن ما هو مكتوب هنا كان في الغالب بديهيًا
أ. بن نير:
هذه ليست فكرة جديدة
http://www.tulane.edu/~sanelson/geol204/eqprediction&cntrl.htm
لكن إحدى المشاكل هي مكان إجراء الانفجارات.
كما هو موضح هنا، فهي عبارة عن مجموعة من نقاط الاحتكاك التي لا تعرف مكانها (باستثناء أن معظمها عميق جدًا).
تمرين فكري افتراضي
تزداد قوة قوى القص المؤثرة بين الصفائح التكتونية بمرور الوقت، ولكن كما هو موضح في المقال، هناك قوى احتكاك تعمل بين الصفائح، مما يمنع الإزاحة النسبية للصفائح. كل هذا حتى اللحظة التي تتغلب فيها قوى القص على قبضة الاحتكاك. ثم تحدث موجة صدمية قوية، تعمل موجة الصدمة على إضعاف قوى الاحتكاك بين الصفائح وتبدأ سلسلة من الحركات الأرضية. والفكرة التي أقترحها هنا هي إطلاق الطاقة المخزنة بين الصفائح، عن طريق انفجارات تحت الأرض على طول خط الاتصال بين الصفائح، وهذه الانفجارات سوف تسبب زلزالاً ضعيفاً في مرحلة مبكرة جداً قبل حدوث الزلزال "الطبيعي".
صحيح أن الأمر ربما ليس بهذه البساطة والمكلفة، ولكن…. وكذلك أضرار الزلزال.
مايكل
ويأتي البحث الموصوف للإجابة على عدة أسئلة، أحدها هو كيف يعرف الجسم كله أنه يجب أن يتحرك عندما يتم تطبيق قوة على جانب واحد من الجسم. على ما يبدو، كنا نتوقع أن تكون بداية الحركة تدريجية، لكنها تحدث في وقت واحد تقريبًا. الابتكار في البحث هو تفسير للظاهرة. ويظهر البحث أن حركة الجسم تسبقها موجة تمهيدية (تتحرك بسرعة الصوت). تحرر الموجة الأولية الجسم، أي أنها تدمر نقاط الاتصال بين الجسم والسطح، مما يسمح للقوة بتحريك الجسم كقطعة واحدة. يتم بعد ذلك إطلاق معظم الطاقة، وهو ما يحدث بطريقة مماثلة في الزلازل. وإن لم أكن مخطئا، فإن ظاهرة (ما قبل الموجة) كانت معروفة بالزلازل، لكن الدراسة المعنية ربطت هذه الظاهرة المعروفة بالاحتكاك. تكمن عظمة البحث في أنه يربط بين عدد من المجالات التي كانت حتى الآن تعتبر مستقلة: الاحتكاك وتطور الشقوق والزلازل.
يوهاي:
أنا أيضاً أستطيع التخمين، لكني أتوقع مقالاً يعفيني من التخمين ويعرض نتائج البحث بطريقة لا تنطوي على وجهين أو أكثر، وتفصل بشكل صحيح بين ما كان معروفاً قبل البحث وبين ما اكتشفه البحث نفسه.
ماشيل
ويبدو أن الأمر يتعلق بالتعاون المنسق الذي يمتد إلى جميع نقاط الاحتكاك.
وعملية الانتقال من الاحتكاك الساكن إلى الاحتكاك الديناميكي والعودة.
ليس من الواضح تمامًا ما هو الابتكار المحدد للدراسة.
ومن بين أمور أخرى، جاء في المقال أن "البحث أظهر أن انطلاق قوى الاحتكاك يبدأ بموجة تتحرك بسرعة الصوت وتغير السطح عند كل نقطة مرت بها".
وهذا ليس ما أظهره البحث لأول مرة لأنه معروف منذ زمن طويل ويمكنك قراءته هنا:
http://en.wikipedia.org/wiki/Seismic_wave
لا أفترض أن هناك أشياء أخرى في البحث - تلك التي لم تكن معروفة من قبل وتتعلق بـ "الحياة الخاصة" لنقاط الاتصال، لكن المشكلة عندي، على الأقل تلك الأشياء غير معروفة حتى بعد القراءة المقالة.
ملاحظة أخرى، الذرات لا تتحد في نواة الشمس لعدم وجود ذرات هناك، فهناك بلازما ساخنة ونواة الذرات تتحد. الذرة عبارة عن نواة بها إلكترونات وليس لها شحنة كهربائية (لا توجد ذرات في الشمس، بل توجد بلازما متأينة).
التحديث: يحدث التلامس بين المواد عندما تكون قوى التنافر الكهربائية التي تمارسها الإلكترونات والبروتونات في إحدى المواد على المادة الأخرى والعكس قوية جدًا.
طازج
وبالمثل قد تسأل لماذا لا تسقط على الأرض أو لماذا لا يتفكك جسمك؟ لكي تكون هناك قوى ليست هناك حاجة للاتصال. فالروابط الكيميائية بين الذرات تتشكل دون اتصال مباشر، والتنافر بين الشحنات يحدث دون اتصال، والأرض تجذب الأجسام إليها دون اتصال وأمثلة أخرى لا حصر لها. ما تعلمنا إياه نظرية الكم هو أن القوى تنتقل عن طريق تبادل الجسيمات الافتراضية ولكن هذه النقطة بالتأكيد ليست ذات صلة بالمقالة المقدمة هنا.
كيف يكون الاتصال أو الاحتكاك بين الأشياء ممكنًا؟ بعد كل شيء، على المستوى الكمي، الذرات لا تتلامس أبدًا مع بعضها البعض (إلا إذا كانت تحت ضغط هائل كما هو الحال في قلب الشمس على سبيل المثال، فإن الذرات تتلامس مع بعضها البعض وتتحد وبالتالي تشكل مادة أخرى).