دورة تمهيدية في فيزياء الفشار / راشيل ناور

ولا تنسى إحضار الزبدة والملح 

في كل عام، يتناول الأمريكيون أكثر من 17 مليار كوب من الفشار بسعة لتر واحد. لكن لا تدع بساطة هذه الوجبة الخفيفة تخدعك: فالعلم لا يزال لا يفهم كل التفاصيل الميكانيكية الحيوية للعملية التي يتم من خلالها صنع الفشار من الذرة. معظم الأمور التافهة حول الفشار، على سبيل المثال حقيقة أن 96% من حبات الذرة تنفجر عند درجة حرارة 180 درجة مئوية، تأتي من الأبحاث التي تجريها الشركات التجارية. قرر باحثان فرنسيان، عالم فيزياء ومهندس طيران، تغيير هذا الأمر وأجروا دراسة دقيقة للخصائص الصوتية والديناميكية الحرارية لفرقعة الفشار.

إن التفاصيل الأساسية حول مدى صلابة حبات الذرة حتى تصبح قطعًا منتفخة وناعمة وصالحة للأكل مفهومة جيدًا. تتسبب الحرارة في غليان الماء الموجود داخل الحبات النشوية، مما يؤدي إلى تراكم الضغط داخل الحبة حتى ينفجر البخار خارج القشرة. لكن بفضل الكاميرات السريعة التي كانت بحوزتهم، اكتشف الباحثان الفرنسيان شيئا جديدا: في الخطوة الأولى، يظهر امتداد يشبه الساق من النشا الساخن داخل الحبات (انظر الشكل التوضيحي). وكما وصف العالمان في مجلة واجهة الجمعية الملكية، بعد أن تصطدم تلك الساق بمقلاة أو كيس، فإنها تنضغط ثم تتحرر مثل الزنبرك. والنتيجة هي أن النواة تذوب مثل القفز بالزانة وتنقلب في الهواء. يقول إيمانويل فيرو، أحد المؤلفين، وهو مهندس طيران عمل في كلية الفنون التطبيقية أثناء إجراء البحث: "إنها تشبه تمامًا الطريقة التي يقفز بها البشر، لأننا أيضًا نقبض عضلاتنا ثم نطلقها".

استخدم الباحثون أيضًا ميكروفونات عالية الحساسية للاستماع إلى وجبة السينما الكلاسيكية الخفيفة أثناء تشكيلها. ووجدوا أن صوت فرقعة الفشار المميز يصدر عادةً بعد حوالي 100 مللي ثانية من فرقعة قشرة النواة بالفعل. الاستنتاج بالطبع هو أن مصدر الضجيج ليس في الانشطار النووي. ويشتبه الباحثون في أن أصله في الواقع هو البخار المحصور في الجيوب داخل النشا والذي لا يخرج منها إلا بعد انقسام النواة. يمكن لهذه النتائج المستساغة أن تساعد طلاب الفيزياء على فهم المفاهيم الصعبة. أو كما يقول المؤلف الثاني للمقال، ألكسندر بونومارينكو، وهو فيزيائي يعمل الآن في المعهد الوطني الفرنسي للبحوث الزراعية: "في الأساس، كان الهدف من الدراسة هو تزويد معلمي الفيزياء بطريقة ممتعة لشرح كل هذه المفاهيم في الفصل الدراسي."

تم نشر المقال بإذن من مجلة ساينتفيك أمريكان إسرائيل