تسريع پختن گوشت با استفاده از لوله اي فلزي
چگونه مي‌توان پختن گوشت را تسريع کرد؟ شايد شما نيز امتحان کرده‌ايد که در پختن سيب زميني، اگر به داخل هر کدام از آن‌ها يک ميخ درشت يا يک ميله‌ي آهني فرو بريد، زودتر پخته مي‌شوند. در پختن گوشت نيز مي‌توان از اين روش استفاده کرد، زيرا در اين صورت، به کمک ميله‌ي فلزي، حرارت موجود در داخل ظرف غذاپزي، بهتر به وسط گوشت مي‌رسد، و علت آن هم اين است که قابليت هدايت حرارت در فلزات به مراتب بيش‌تر از خودِ گوشت است. از اين رو در امريکا يک وسيله‌ي خانگي در سريِ لوازم آشپزخانه به مشتريان عرضه مي‌شود که عبارت است از يک لوله‌ي فلزي بسته، که يک طرفش نوک تيز بوده و طرف ديگرش به شکل دسته ساخته شده است. داخل اين لوله مقدار کمي آب قرار دارد اما قسمت اعظم لوله خالي است. در عمل فهميده شده است که با فرو بردن اين لوله‌ها در گوشت، سرعت پختن آن‌ها به طور قابل ملاحظه‌اي زياد مي‌شود. اما آيا دليل آن را مي‌دانيد؟ مسلماً ظرفيت گرمايي آب از تمام جامدات و مايعات ديگر بيش‌تر است، اما در اين‌جا موضوع چندان ربطي به ظرفيت گرمايي آب ندارد، زيرا وقتي آب در دو قسمت بيروني لوله بخار مي‌شود اين بخار در وسط لوله که داخل گوشت است گرماي زيادي به گوشت داده و مجدداً به آب تبديل مي‌شود که اين آب مجدداً در طرفين لوله به بخار تبديل شده و اين عمل متناوباً ادامه مي‌يابد. فيزيک‌دانان حساب کرده‌اند که وجود مقدار کمي آب در داخل لوله سبب مي‌شود که گرما صد تا هزار برابر بيش‌تر از لوله‌ي توپر به داخل گوشت منتقل شده و باعث پخته شدن سريع آن شود.
2- چرا از شلنگ پيچيده دور قرقره، آب رد نمي‌شود؟
يک لوله‌ي لاستيکي يا پلاستيکيِ تقريباً باريک به طول تقريبي دو متر فراهم کنيد. يک قيف مناسب به انتهاي آن ببنديد. اگر لوله را طوري بگيريد که انتهاي آزاد آن پايين‌تر از سطح قيف باشد و در اين حال داخل قيف آب بريزيد مسلماً آب در لوله جريان پيدا کرده و از انتهاي ديگرش خارج خواهد شد. حالا اين لوله را دور قرقره‌ي بزرگي پيچيده و در قيف آب بريزيد. هر چند که در اين حال نيز سطح قيف بلندتر از سطح انتهاي لوله است، و به همين جهت کمي آب در لوله وارد مي‌شود ولي به هيچ وجه حتي يک قطره آب نيز از لوله خارج نمي‌شود و قيف پر مي‌ماند! شما نيز مي‌توانيد اين آزمايش را انجام دهيد تا صحت مطالب را تأييد کنيد. اما چرا آب در لوله جريان پيدا نمي‌کند؟ دليلش اين است که وقتي آب در اولين دور لوله جريان مي‌يابد، قسمتي از آب در دومين دور مي‌ريزد، و بين آبِ دور اول و دور دوم مقداري هوا باقي مي‌ماند. وقتي به ريختن آب ادامه دهيد در چند حلقه‌ي ديگر هم به همين ترتيب آب وجود خواهد داشت. اما فشار حاصله از ستون آب داخل لوله‌ي قائم زير قيف کافي نخواهد بود تا هواي موجود بين آب‌هاي لوله‌هاي پيچيده را فشرده کند و آب را در لوله به جريان آورد، مگر اين که اختلاف ارتفاع لوله زياد و تعداد دورها کمتر و سوراخ لوله بزرگ‌تر باشد.
3- عدم بستگي کيفيت شناوري به مقدار آب
از تخته و سرب، ماکت يک کشتي کوچک مثلاً به حجم ده سانتيمتر مکعب بسازيد. مسلماً سرب در ته کشتي خواهد بود تا مرکز ثقل آن پايين بوده و تعادل پايداري داشته باشد. به جاي سرب مي‌توانيد هر فلز ديگرِ موجود را به کار بريد. لازم نيست در ساختن اين ماکت خيلي دقت کنيد زيرا هدف ما تنها بررسي يک مطلب فيزيکي است. اين کشتي کوچک را در يک تشت بزرگ پر آب شناور سازيد و دور آن مقابل سطح آزاد مايع علامت بگذاريد. سپس در يک تشت کوچک همين آزمايش را تکرار کنيد. سطح آزاد مايع منطبق بر علامتي خواهد بود که قبلاً رسم کرده‌ايد. از اين دو آزمايش نتيجه مي‌شود که نيروي وارد از طرف مايع بر جسمي که روي آن شناور است به مقدار مايع موجود در ظرف بستگي ندارد. ولي مسأله اين است: کم کردن مقدار آب را در اين آزمايش تا چه حد مي‌توان ادامه داد؟
در دنباله‌ي آزمايشات، شما مي‌توانيد به جاي تشت بزرگ و کوچک، اين بار از يک کاسه‌ي بزرگ، و بعد از يک کاسه‌ي کوچک استفاده کنيد، و نتيجه را با آزمايش اول و دوم مقايسه کنيد. خواهيد ديد که نتيجه يک‌سان است. و بالاخره ظرف کوچکي به کار بريد به گونه‌اي که دور ماکت کشتي و زير آن تنها به ضخامت حدوداً يک سانتيمتر آب وجود داشته باشد. با کمال تعجب مشاهده خواهيد کرد که باز هم کشتي شناور بوده و سطح آب بر خط قبلي منطبق است، و مقدار آب کوچک‌ترين دخالتي در نيروي ارشميدس تدارد. ولي از اين جا به بعد مواظب باشيد که نبايد مقدار آب را طوري کم کنيد که نيروهاي کشش سطحي و خاصيت لوله‌هاي مويينه وارد عمل شوند و در نتيجه گيري از آزمايشات توليد اشکال کنند.
4- قله‌ي کوه تا چقدر مي‌تواند بلند باشد؟
چرا بر روي کره‌ي زمين، هيچ قله‌اي نمي‌تواند بلندتر از قله‌ي اورست باشد؟ اما آن‌طور که دانشمندان به طور تقريبي حساب کرده‌اند در کره‌ي مريخ کوهي به نام نيکس اولمپيکا وجود دارد که قله‌ي آن دو الي سه مرتبه بلندتر از قله‌ي اورست است! چرا در مريخ، چنين کوه بلندي مي‌تواند وجود داشته باشد؟ چرا در کره‌ي زمين محال است ارتفاع قله‌اي به پاي آن برسد؟ دليلش اين است که اگر بر روي زمين، ارتفاع کوه‌ها بلندتر از حد معمول باشند فشار وارد به پاي کوه‌ها بيش از حد تحمل خواهد شد و باعث ميعان مواد پايه‌اي کوه مي‌شود و کوه جريان مي‌يابد. اما چون مريخ کوچک‌تر از زمين است و به همين دليل نيروي جاذبه در آن کره از زمين کمتر است فشار کمي به پايه‌ي کوه‌ها وارد مي‌شود. بنا بر اين احتمال وجود کوه‌هاي بلندتر از کوه‌هاي زمين، در اين کره وجود دارد و علائمي که سفينه‌هاي فضايي از سطح اين کره به زمين مخابره کرده‌اند اين فرضيه را به يقين نزديک ساخته است.
5- علت وضعيت متغير ساعت شني در داخل لوله‌اي پر از آب
فرض مي‌کنيم يک ساعت شني در داخل يک لوله‌ي شيشه‌اي پر آب (به طرف بالا) شناور بوده و دو طرف اين لوله بسته است و شن در محفظه‌ي پايين وجود دارد. لوله را برعکس مي‌گيريم. آيا ساعت شني بالا آمده و شناور بودنش را حفظ خواهد کرد؟ و چون اين بار شن در محفظه‌ي بالاست، آيا ساعت شني به ريختن شن در وضعيت جديد شروع خواهد کرد؟ چرا؟ و آيا خاصيت شناوري آن در اين ظرف به بالا يا پايين بودن شن ارتباط دارد؟ پاسخ ساده است: چون وزن و حجم ساعت شني در هر دو مورد يک‌سان است بنا بر اين دليلي ندارد که خاصيت شناوري ساعت شني تغيير يابد. اما چون در وضعيت اوليه، شن در پايين بوده است به علت نزديک بودن مرکز ثقل به ته دستگاه، تعادل پايداري داشت که در وضعيت دوم، چون شن بالا بوده است، به دليل نا پايدار بودن تعادل، اين امکان وجود دارد که ساعت شني کمي مايل به يک طرف شده و با سطح جانبي لوله توليد اصطکاک کند. در اين صورت احتمال دارد که نيروي مالش بر نيروي ارشميدس غلبه کند و مانع بالا آمدن ساعت شني گردد.
6- يک ميله‌ي چوبي به چه شکل در يک مايع شناور مي‌شود؟
يک ميله‌ي چوبي به مقطع مربع داريم. آن را در آب شناور مي‌سازيم. آيا اين خط کش يا ميله، روي يکي از سطوح جانبي خود يا روي يکي از اضلاع مشترک سطوح جانبي‌اش روي آب شناور مي‌ماند؟ (به عبارت ديگر، آيا در حالت شناوري، اضلاع مربع دو به دو موازي و عمود بر سطح آب هستند يا اين‌که زاويه‌ي چهل و پنج درجه با اين سطح تشکيل مي‌دهند؟) پاسخ به اين سؤال علمي بدون انجام آزمايش‌هاي متعدد امکان ندارد. شما مي‌توانيد اين تجربه را با انواع چوب‌هاي مختلف اجرا کرده و نتيجه گيري کنيد. طراح اين سؤال پس از بررسي‌هاي بسيار به اين نتيجه رسيده است که اگر ميله‌ي چوبي مزبور داراي جرم حجمي نزديک به يک گرم بر سانتمتر مکعب يا نزديک به صفر باشد، روي يکي از سطح‌هاي جانبي‌اش در آب شناور مي‌شود. ولي اگر جرم حجمي چوب نزديک به نيم باشد به طور قطع روي يکي از يال‌ها شناور خواهد ماند و سطوح جانبي آن نسبت به سطح آب چهل و پنج درجه مايل خواهند بود. شما نيز مي‌توانيد اين مطلب را مورد بررسي مجدد قرار دهيد. ولي فراموش نشود که در هر دو مورد، تعادل پايدار وقتي وجود دارد که انرژي پتانسيل سيستم کمينه شود.
7- لکه‌ي کور در چشم انسان
يک صفحه‌ي کاغذ سفيد به شکل مربع و به ضلع تقريبي هشت سانتيمتر را در زمينه‌ي تيره و تاريکي روي ديوار نصب کنيد، به طوري که محل آن در ارتفاع چشم شما باشد. سپس در فاصله‌ي نسبتاً زيادي رو به روي کاغذ بايستيد و چشم راست خود را بسته و با چشم چپ به مدت يک دقيقه به اين کاغذ خيره شويد. اکنون در همان محل که قرار گرفته‌ايد بدون آن که سر خود را حرکت بدهيد چشم خود را به طرف راست، و به طور پي در پي به نقاط 1 و 2 و 3 و 4 و 5 متوجه سازيد. ضمن اين جا به جا شدن چشم، مرتباً صفحه‌ي کاغذ را در نقاط مزبور خواهيد ديد. ولي اگر به معطوف کردن چشم خود به راست ادامه دهيد ناگهان کاغذ محو خواهد شد و کمي دورتر باز هم کاغذ مجدداً آشکار خواهد شد. محلي که از آن‌جا چيزي را نمي‌توان ديد نقطه‌ي کور يا لکه‌ي کور نام دارد، و آن در محلي داخل چشم قرار گرفته است که از آن جا رگ‌هاي زيادي خارج مي‌شود.
چگونه مي‌توان پختن گوشت را تسريع کرد؟ شايد شما نيز امتحان کرده‌ايد که در پختن سيب زميني، اگر به داخل هر کدام از آن‌ها يک ميخ درشت يا يک ميله‌ي آهني فرو بريد، زودتر پخته مي‌شوند. در پختن گوشت نيز مي‌توان از اين روش استفاده کرد، زيرا در اين صورت، به کمک ميله‌ي فلزي، حرارت موجود در داخل ظرف غذاپزي، بهتر به وسط گوشت مي‌رسد، و علت آن هم اين است که قابليت هدايت حرارت در فلزات به مراتب بيش‌تر از خودِ گوشت است. از اين رو در امريکا يک وسيله‌ي خانگي در سريِ لوازم آشپزخانه به مشتريان عرضه مي‌شود که عبارت است از يک لوله‌ي فلزي بسته، که يک طرفش نوک تيز بوده و طرف ديگرش به شکل دسته ساخته شده است. داخل اين لوله مقدار کمي آب قرار دارد اما قسمت اعظم لوله خالي است. در عمل فهميده شده است که با فرو بردن اين لوله‌ها در گوشت، سرعت پختن آن‌ها به طور قابل ملاحظه‌اي زياد مي‌شود. اما آيا دليل آن را مي‌دانيد؟ مسلماً ظرفيت گرمايي آب از تمام جامدات و مايعات ديگر بيش‌تر است، اما در اين‌جا موضوع چندان ربطي به ظرفيت گرمايي آب ندارد، زيرا وقتي آب در دو قسمت بيروني لوله بخار مي‌شود اين بخار در وسط لوله که داخل گوشت است گرماي زيادي به گوشت داده و مجدداً به آب تبديل مي‌شود که اين آب مجدداً در طرفين لوله به بخار تبديل شده و اين عمل متناوباً ادامه مي‌يابد. فيزيک‌دانان حساب کرده‌اند که وجود مقدار کمي آب در داخل لوله سبب مي‌شود که گرما صد تا هزار برابر بيش‌تر از لوله‌ي توپر به داخل گوشت منتقل شده و باعث پخته شدن سريع آن شود.
2- چرا از شلنگ پيچيده دور قرقره، آب رد نمي‌شود؟
يک لوله‌ي لاستيکي يا پلاستيکيِ تقريباً باريک به طول تقريبي دو متر فراهم کنيد. يک قيف مناسب به انتهاي آن ببنديد. اگر لوله را طوري بگيريد که انتهاي آزاد آن پايين‌تر از سطح قيف باشد و در اين حال داخل قيف آب بريزيد مسلماً آب در لوله جريان پيدا کرده و از انتهاي ديگرش خارج خواهد شد. حالا اين لوله را دور قرقره‌ي بزرگي پيچيده و در قيف آب بريزيد. هر چند که در اين حال نيز سطح قيف بلندتر از سطح انتهاي لوله است، و به همين جهت کمي آب در لوله وارد مي‌شود ولي به هيچ وجه حتي يک قطره آب نيز از لوله خارج نمي‌شود و قيف پر مي‌ماند! شما نيز مي‌توانيد اين آزمايش را انجام دهيد تا صحت مطالب را تأييد کنيد. اما چرا آب در لوله جريان پيدا نمي‌کند؟ دليلش اين است که وقتي آب در اولين دور لوله جريان مي‌يابد، قسمتي از آب در دومين دور مي‌ريزد، و بين آبِ دور اول و دور دوم مقداري هوا باقي مي‌ماند. وقتي به ريختن آب ادامه دهيد در چند حلقه‌ي ديگر هم به همين ترتيب آب وجود خواهد داشت. اما فشار حاصله از ستون آب داخل لوله‌ي قائم زير قيف کافي نخواهد بود تا هواي موجود بين آب‌هاي لوله‌هاي پيچيده را فشرده کند و آب را در لوله به جريان آورد، مگر اين که اختلاف ارتفاع لوله زياد و تعداد دورها کمتر و سوراخ لوله بزرگ‌تر باشد.
3- عدم بستگي کيفيت شناوري به مقدار آب
از تخته و سرب، ماکت يک کشتي کوچک مثلاً به حجم ده سانتيمتر مکعب بسازيد. مسلماً سرب در ته کشتي خواهد بود تا مرکز ثقل آن پايين بوده و تعادل پايداري داشته باشد. به جاي سرب مي‌توانيد هر فلز ديگرِ موجود را به کار بريد. لازم نيست در ساختن اين ماکت خيلي دقت کنيد زيرا هدف ما تنها بررسي يک مطلب فيزيکي است. اين کشتي کوچک را در يک تشت بزرگ پر آب شناور سازيد و دور آن مقابل سطح آزاد مايع علامت بگذاريد. سپس در يک تشت کوچک همين آزمايش را تکرار کنيد. سطح آزاد مايع منطبق بر علامتي خواهد بود که قبلاً رسم کرده‌ايد. از اين دو آزمايش نتيجه مي‌شود که نيروي وارد از طرف مايع بر جسمي که روي آن شناور است به مقدار مايع موجود در ظرف بستگي ندارد. ولي مسأله اين است: کم کردن مقدار آب را در اين آزمايش تا چه حد مي‌توان ادامه داد؟
در دنباله‌ي آزمايشات، شما مي‌توانيد به جاي تشت بزرگ و کوچک، اين بار از يک کاسه‌ي بزرگ، و بعد از يک کاسه‌ي کوچک استفاده کنيد، و نتيجه را با آزمايش اول و دوم مقايسه کنيد. خواهيد ديد که نتيجه يک‌سان است. و بالاخره ظرف کوچکي به کار بريد به گونه‌اي که دور ماکت کشتي و زير آن تنها به ضخامت حدوداً يک سانتيمتر آب وجود داشته باشد. با کمال تعجب مشاهده خواهيد کرد که باز هم کشتي شناور بوده و سطح آب بر خط قبلي منطبق است، و مقدار آب کوچک‌ترين دخالتي در نيروي ارشميدس تدارد. ولي از اين جا به بعد مواظب باشيد که نبايد مقدار آب را طوري کم کنيد که نيروهاي کشش سطحي و خاصيت لوله‌هاي مويينه وارد عمل شوند و در نتيجه گيري از آزمايشات توليد اشکال کنند.
4- قله‌ي کوه تا چقدر مي‌تواند بلند باشد؟
5- علت وضعيت متغير ساعت شني در داخل لوله‌اي پر از آب
6- يک ميله‌ي چوبي به چه شکل در يک مايع شناور مي‌شود؟
يک ميله‌ي چوبي به مقطع مربع داريم. آن را در آب شناور مي‌سازيم. آيا اين خط کش يا ميله، روي يکي از سطوح جانبي خود يا روي يکي از اضلاع مشترک سطوح جانبي‌اش روي آب شناور مي‌ماند؟ (به عبارت ديگر، آيا در حالت شناوري، اضلاع مربع دو به دو موازي و عمود بر سطح آب هستند يا اين‌که زاويه‌ي چهل و پنج درجه با اين سطح تشکيل مي‌دهند؟) پاسخ به اين سؤال علمي بدون انجام آزمايش‌هاي متعدد امکان ندارد. شما مي‌توانيد اين تجربه را با انواع چوب‌هاي مختلف اجرا کرده و نتيجه گيري کنيد. طراح اين سؤال پس از بررسي‌هاي بسيار به اين نتيجه رسيده است که اگر ميله‌ي چوبي مزبور داراي جرم حجمي نزديک به يک گرم بر سانتمتر مکعب يا نزديک به صفر باشد، روي يکي از سطح‌هاي جانبي‌اش در آب شناور مي‌شود. ولي اگر جرم حجمي چوب نزديک به نيم باشد به طور قطع روي يکي از يال‌ها شناور خواهد ماند و سطوح جانبي آن نسبت به سطح آب چهل و پنج درجه مايل خواهند بود. شما نيز مي‌توانيد اين مطلب را مورد بررسي مجدد قرار دهيد. ولي فراموش نشود که در هر دو مورد، تعادل پايدار وقتي وجود دارد که انرژي پتانسيل سيستم کمينه شود.
7- لکه‌ي کور در چشم انسان
يک صفحه‌ي کاغذ سفيد به شکل مربع و به ضلع تقريبي هشت سانتيمتر را در زمينه‌ي تيره و تاريکي روي ديوار نصب کنيد، به طوري که محل آن در ارتفاع چشم شما باشد. سپس در فاصله‌ي نسبتاً زيادي رو به روي کاغذ بايستيد و چشم راست خود را بسته و با چشم چپ به مدت يک دقيقه به اين کاغذ خيره شويد. اکنون در همان محل که قرار گرفته‌ايد بدون آن که سر خود را حرکت بدهيد چشم خود را به طرف راست، و به طور پي در پي به نقاط 1 و 2 و 3 و 4 و 5 متوجه سازيد. ضمن اين جا به جا شدن چشم، مرتباً صفحه‌ي کاغذ را در نقاط مزبور خواهيد ديد. ولي اگر به معطوف کردن چشم خود به راست ادامه دهيد ناگهان کاغذ محو خواهد شد و کمي دورتر باز هم کاغذ مجدداً آشکار خواهد شد. محلي که از آن‌جا چيزي را نمي‌توان ديد نقطه‌ي کور يا لکه‌ي کور نام دارد، و آن در محلي داخل چشم قرار گرفته است که از آن جا رگ‌هاي زيادي خارج مي‌شود.