فهرست مطالب
ناسا با آزمایش اثر زنجیر در فضا به «استیو مولد» کمک کرد تا گام نهایی نظریه خود را بردارد.
به گزارش تکناک، یوتیوبری به نام «استیو مولد» در سال 2013، پدیدهای عجیب در فیزیک را به شهرت جهانی رساند، که «آبشار زنجیرهای» یا همان «اثر زنجیر» بود. در این آزمایش کافی است که یک زنجیر بلند را درون ظرفی قرار دهید، یک سر آن را بیرون بکشید و رها کنید تا به زمین بیفتد؛ اما بهطرز شگفتانگیزی، زنجیر قبل از سقوط از لبه ظرف به بالا میجهد، گویی در حال فرار از خود است.
«دان پتیت» (Don Pettit)، فضانورد ناسا، اجرای این آزمایش را در شرایط بیوزنی بر عهده گرفت تا ببیند که زنجیر در نبود گرانش نیز همان رفتار عجیب را از خود نشان میدهد یا خیر.
هرچند «اثر آبشار زنجیرهای» نخستینبار توسط استیو مولد مطرح و مشهور شد، اما پیش از او نیز برخی فیزیکدانان و آزمایشگران از وجود آن آگاه بودند؛ حتی اگر توضیح روشنی برای آن نداشتند. پس از انتشار ویدیوی مولد، او به همراه «مهدی صدقدار» از کانال مشهور ElectroBOOM و چند گروه پژوهشی دانشگاهی، تلاش کردند تا علت دقیق این پدیده را بیابند. مولد حتی رکورد بزرگترین آبشار زنجیرهای جهان را نیز به نام خود ثبت کرده است.
توضیحات درباره این نظریه
یک مقاله علمی در سال 2016 این پدیده را اینگونه توضیح میدهد:
«با توجه به اینکه زنجیر دارای حداکثر خمیدگی موضعی است و این پدیده در زنجیری رخ نمیدهد که چنین خمیدگی ندارد، زنجیر بهصورت دنبالهای از میلههای آزاد به هم متصل، مدلسازی شد.»
زمانی که یکی از میلهها از یک انتها کشیده میشود -انتهایی که به بخشی از زنجیر متصل است که در حال حرکت میباشد- میله تمایل دارد حول مرکز جرم خود بچرخد؛ در نتیجه انتهای دیگر به سمت پایین و سطح مهرهها حرکت میکند و باعث ضربه زدن به توده مهرهها میشود. سپس نیروی واکنشی این ضربه، مهرهها را به سمت بالا هل میدهد.
توضیح مولد، پس از بحثهای طولانی و آزمایشهای مختلف با ElectroBOOM و بررسیهای بعدی سایر پژوهشگران، بهطور کلی پذیرفته شده است.
مولد در آخرین ویدیوی خود که بخشی از آن در فضا گرفته شده است، میگوید: «به طور خلاصه، زنجیر بهصورت آبشار از ظرف بالا میآید، به دلیل یک نیروی اضافی به سمت بالا که از ظرف ناشی میشود. این نیرو باید به اندازهای قوی باشد که به وزن قوس زنجیر غلبه کند که تحت تاثیر گرانش به پایین میافتد و همین کافی است.»
اما برای آزمایش این ایده، لازم بود گرانش حذف شود. اینجا است که فضانورد ناسا وارد ماجرا شد. پتیت که از ویدیوهای مولد شگفتزده شده بود، پیشنهاد داد تا رفتار زنجیرها را در ایستگاه فضایی بینالمللی (ISS) بررسی کنند.
مولد توضیح میدهد: «طبق محاسبات ریاضی، کشیدن انتهای زنجیر هیچ تاثیری روی قوس آن ندارد. اگر گرانش نقشی نداشت، قوس زنجیر در فضا ثابت باقی میماند، حتی اگر یک سر آن به پایین کشیده شود. هدف ما این است که این نظریه را آزمایش کنیم؛ زنجیری که با سرعت ثابت حرکت میکند، میتواند از شکل خود عبور کند، مادامی که نیروی خارجی مانند گرانش روی آن اثر نگذارد.»
اثر زنجیر در فضا
پتیت در تماس تلفنی با مولد تلاش کرد تا زنجیر را بکشد و بررسی کند که آیا واقعا زنجیر از شکل خود عبور میکند و باعث تایید نظریه مولد میشود، یا رفتار دیگری دارد. متاسفانه، نگه داشتن زنجیر در حالت ثابت در شرایط ریزگرانش بسیار دشوار بود و پتیت آنها را شبیه مولکولهایی توصیف کرد که آزادانه حرکت میکنند. مولد پیشنهاد داد که به جای آن، زنجیر را به شکل حلقه درآورند و آن را بکشند و به شکل مستطیل قرار دهند. سپس پتیت میتوانست سمتهای بلند مستطیل را حرکت دهد؛ مثلا بالای زنجیر را به سمت راست و پایین آن را به سمت چپ هل دهد.
اگر نظریه درست بود، زنجیر باید از همان شکل مستطیل عبور کند و بهجای تبدیل شدن به دایرهای، مسیر خود را حفظ نماید.
شرایط آزمایش ایدئال نبود و آنها محدودیتهایی از جمله عبور ایستگاه فضایی از محدوده ماهوارههای ارتباطی داشتند. با وجود این، پیش از پایان آزمایش غیررسمی، به نظر میرسید که زنجیرها واقعا در مسیر خود حرکت میکنند و شواهدی برای توضیح مولد فراهم شد.
مهدی صدقدار (ElectroBOOM) بیان میکند: «دیدن اینکه زنجیر مسیر خود را در حلقه حفظ میکند و توضیح شما درباره تبدیل آن به دایره کامل به دلیل اصطکاک، خیلی واضح بود و نیازی نیست ویدیوی دیگری برای رد آن بسازم.»
او ادامه میدهد: «هرچند هنوز مشخص نیست که اگر زنجیر در حلقه نباشد، مسیر آن همان خواهد ماند یا خیر. شاید شبیهسازی دیگری برای اثر زنجیر در فضا لازم باشد، اما بهتر است ۱۰۰ متر زنجیر را به فضا ببرید و در یک پیادهروی فضایی آن را پشت سر خود بکشید. انجامش بدهید!»
