هل جزيئات المادة الصلبة تهتز باستمرار، هل هي صحيحة أم خاطئة حيث أن حركة الأجسام الصلبة من أهم الحركات التي تنتج الطاقة الجسدية، والحركة الاهتزازية تنبثق من الجسم، وتتأثر تلك الحركة بالعديد من العوامل، لذلك سوف نشرح لكم من خلال عبارة “الجسيمات” حركة تهتز باستمرار “مادة صلبة” صحيحة أو خاطئة.

جزيئات المادة الصلبة تتحرك باستمرار بالاهتزاز

القول بأن جسيمات المادة الصلبة تتحرك باستمرار في حركة اهتزازية هي بيان خاطئ، حيث أن جسيمات المادة الصلبة تكاد تكون ثابتة على عكس جسيمات المادة السائلة والغازية، مع العلم أن المواد يمكن أن تتغير من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة وهذا يحدث، على سبيل المثال، عندما يذوب الثلج ويتحول إلى ماء إذا ارتفعت درجة الحرارة، يمكن أن يحدث العكس عندما تنخفض درجة الحرارة.

لذا فإن جزيئات المادة الصلبة لا تتحرك إلا في وجود عوامل خارجية تؤثر عليها، وهذه الحركة محدودة ومقيدة حسب عدة أمور.

أنواع المواد الصلبة

في سياق الحديث عن جسيمات المادة الصلبة التي تتحرك باستمرار بحركة اهتزازية، نذكر أنواع المواد الصلبة في الفقرات التالية

1- المواد الأيونية

تتشكل نتيجة التجاذب الكهروستاتيكي الذي يشكل أيونات وكاتيونات في الشبكة البلورية، وفي البلورة الأيونية، كل أيون محاط بأيونات لها شحنة معاكسة.

البلورات الأيونية مستقرة جدًا، حيث يلزم الكثير من الطاقة لكسر الروابط الأيونية.

2- المواد المعدنية

ترتبط النوى الموجبة الشحنة لذرات المعدن ببعضها البعض بواسطة إلكترونات التكافؤ لتكوين مواد صلبة معدنية.

الإلكترونات غير محددة لأنها غير مرتبطة بأي ذرات معينة، كما أنها توجد أيضًا في الروابط التساهمية، ويمكن للإلكترونات غير المحددة أن تتحرك في جميع أنحاء المادة الصلبة، وهذا هو نموذج البحر الإلكتروني للمواد الصلبة، حيث تحدث النواة الموجبة لـ تطفو في بحر الإلكترونات السالبة.

تشتهر المعادن بموصلية كهربائية وحرارية عالية، وفي معظم الأحيان تكون هذه المعادن لامعة وصلبة وطيلة، ومن الأمثلة على تلك المعادن الصلبة الذهب، والصلب، والنحاس الأصفر.

3- شبكة المواد الذرية

يُعرف هذا النوع من المواد الصلبة بالشبكة الصلبة، وهي عبارة عن بلورات ضخمة تتكون من ذرات مرتبطة ببعضها البعض بواسطة روابط تساهمية.

هناك العديد من الأحجار الكريمة التي هي مواد صلبة للشبكة الذرية، بما في ذلك الجمشت والياقوت والماس.

4- المواد الذرية

تتشكل المواد في حالة ارتباط قوى تشتت لندن الضعيفة مع ذرات الغازات النبيلة الباردة، ولا تظهر أمثلة على هذه المواد الصلبة الذرية في حياتنا اليومية، لأنها تحتاج إلى درجات حرارة منخفضة للغاية، ومن الأمثلة على تلك المواد الذرية الأرجون، والكريبتون الصلب.

5- المواد الجزيئية

تتشكل الجزيئات التساهمية المتماسكة معًا من خلال القوى الموجودة بين جزيئات المواد الصلبة الجزيئية، على الرغم من أن القوى الموجودة بين الجزيئات قوية بما يكفي لإبقاء الجزيئات في موضعها.

في بعض الأحيان، يكون لهذه الجزيئات نقطة انصهار أقل من المواد الأيونية أو الشبكية أو الذرية، لأنها مرتبطة ببعضها البعض بواسطة روابط قوية، مثل جليد الماء.

6- المواد غير المتبلورة

وهي من المواد الصلبة التي لا تنتشر فيها الذرات بشكل موحد، حيث يكون التوزيع عشوائيًا وعلى مسافات غير متساوية، حيث تحتاج إلى بنية داخلية مرتبة، وتتوزع الذرات فيها دون اتباع أي من الأنظمة البلورية، حيث تصبح المواد الصلبة غير المتبلورة مطاطية ولينة في شكل جزيئات طويلة، وتتشابك مع بعضها البعض، وتترابط هذه الجزيئات معًا بواسطة قوى بين الجزيئات.

الخصائص الصلبة

في ضوء الاعتراف بصحة العبارة القائلة بأن جسيمات المادة الصلبة تتحرك باستمرار تهتز، نوضح أن المادة الصلبة تُعرَّف بأنها إحدى حالات المادة الثلاث، والحالتان الأخريان هما سوائل أو غازات، وهما يتم تعريفها بالحجم والشكل المحدد، وتختلف المواد الصلبة عن بعضها البعض في العديد من الخصائص، والتي سنغطيها في الفقرات التالية

1- كثافة عالية

يتم تعريفها على أنها الكتلة الموجودة في حجم معين، وتعتمد تلك الكثافة في مادة صلبة على التركيب والهيكل الفريد لها، والمواد الصلبة عالية الكثافة لأنها تحتوي على جزيئات مرتبطة قريبة جدًا من بعضها البعض.

تختلف المواد الصلبة في ذلك عن السوائل والغازات، لأن كثافتها أقل بسبب تباعد المسافات بين جزيئات المواد، وبالتالي فإن المواد الصلبة لها خصائص فريدة بالنسبة لها.

ومن الأمثلة على هذه المواد عالية الكثافة الذهب، بكثافة 19.3 جم / سم 3.

2- الشكل والحجم المحدد

تتميز المواد الصلبة بأخذ حجم وشكل معينين، لأن الجسيمات التي تتكون منها هذه المواد تأخذ موضعًا ثابتًا، مما يشير إلى أنها غير متحركة، من أجل توليد طاقة الحركة بين تلك الجسيمات، ويمكن وصف المواد الصلبة بأنها هشة، لينة أو صلبة، وهذا يعتمد على أيوناتهم.

يختلف تكوين المواد الصلبة عن تكوينات الغازات والسوائل التي تسمح لهذه المواد أن تكون ثابتة في الحجم والشكل.

3- انضغاطية محدودة

في سياق تحديد صحة جسيمات حركة اهتزازية صلبة تتحرك باستمرار، تُعرف هذه الخاصية باسم “مقاومة التشوه” وتعني أن المواد الصلبة التي لها حجم وشكل معين يصعب الاستجابة للقوة الخارجية التي هي الضغط عليها، من أجل تغيير شكلها أو العمل على ضغطها بشكل معين، يرجع ذلك إلى الخواص الميكانيكية للمواد الصلبة التي تختلف عن الغازات، والتي تتمثل في النقاط التالية

  • المرونة تشير إلى قدرة المادة الصلبة على استعادة حجمها وشكلها الأصليين بعد رفع القوة الخارجية.
  • ليونة تظهر في مواد مطيلة ودكتايل على شكل صفائح وأسلاك.
  • اللدونة وهي التغيير في شكل المواد الصلبة إذا تعرضت لقوة ضغط معينة دون العودة إلى شكلها الأصلي، ومثال على ذلك البلاستيك.

4- الانتشار المحدود

تشير هذه الخاصية إلى قدرة جزيئات المادة الصلبة على الاندماج والاختلاط مع جزيئات المادة الأخرى، وفي حالة انتشار هذه الجزيئات، فإنها تستمر في الاختلاط والتوزيع حتى يتم الحصول على خليط واحد.

لكن قدرة انتشار المواد الصلبة منخفضة بسبب قرب الذرات التي توجد فيها من بعضها البعض، وتعرف أيضًا بالحركة الضعيفة التي تجعل المواد الصلبة تحافظ على شكلها.

يتأثر الانتشار في المواد الصعبة بشكل مباشر بالتغيرات في درجة الحرارة، حيث تزداد القدرة على الانتشار مع إتعلم درجات حرارة المواد والعكس صحيح. في حالة المواد السائلة، تكون القدرة على الانتشار بطيئة ولكنها أسرع من المواد الصلبة.

5- قوى الترابط العالية

تحتوي المواد الصلبة على الترابط الكبير بين جزيئاتها، وتشمل هذه المواد جزيئات وذرات وأيونات مختلفة الترتيب والمسافة بينها، وبالتالي ظهور المواد الصلبة.

تتميز المواد الصلبة بالارتباط القوي لجزيئاتها مع بعضها البعض، وأحيانًا ترتبط تمامًا، على عكس السوائل والغازات، وقد تهتز المواد الصلبة قليلاً في بعض الأحيان، لكنها لا تتحرك خارج مكانها مثل المواد الأخرى.

تشير هذه الخاصية إلى عدم قابلية انضغاط المواد الصلبة، وصعوبة إذابتها، لأن الذوبان يقوم على تفكك الروابط الموجودة بين جزيئات المادة، وبالتالي دمجها مع العنصر المذاب.

6- نقاط انصهار عالية

تحتاج المواد الصلبة إلى درجات حرارة عالية لكي تذوب وتندمج، وذلك بسبب الكثافة العالية لهذه المواد، على عكس الغازات والسوائل، تختلف نقطة الغليان عن نقطة الانصهار، على سبيل المثال، كلوريد الصوديوم، الذي يحتوي على روابط أيونية قوية، يمكن أن تذوب عند 801 درجة، لكنها تغلي في درجة حرارة 14-13.

وهذا يختلف عن السوائل والغازات التي يمكن أن تذوب في درجة حرارة الغرفة وتحتها. يشار إلى أن المواد التي تحتاج إلى درجات حرارة أعلى من درجة حرارة الغرفة من أجل كسر روابطها التي تمسك بعضها ببعض بقوة وتندمج ؛ إنها مواد صلبة، بسبب الذرات المترابطة والقريبة لبعضها البعض.

الأشكال الصلبة

بالنظر إلى صحة القول بأن جسيمات المادة الصلبة تتحرك باستمرار اهتزازًا، نذكر بعض أشكال المادة الصلبة التي تحيط بنا في كل مكان في النقاط التالية

  • الخشب.
  • الرمل.
  • ذهب.
  • طوب.
  • صخر.
  • ورق ألومنيوم.
  • نحاس؛
  • جليد.
  • تفاح؛
  • البرتقالي؛
  • الملح.
  • سكر.

حركة تهتز

في سياق تقديم صحة العبارة القائلة بأن جسيمات المادة الصلبة تتحرك في حركة اهتزازية باستمرار، نذكرك بالحركة الاهتزازية باعتبارها التكرار المستمر لحركة الأجسام حول مكان ثابت، وهو ما يُعرف باسم وضع التوازن .

يتزامن هذا كثيرًا في الحياة اليومية والطبيعة، مثل حركة مياه البحر، والساعة، والمكبس داخل أسطوانة المحرك، وحركة الذرات في الشبكة البلورية في الجسم الصلب، والكتلة التي ترتبط بطرف الأسطوانة. ربيع قوي ومرن.

تتميز الحركة الاهتزازية بأنها حالة خاصة للحركة الدورية، لأن الوقت المطلوب لعمل اهتزاز واحد، أي أن العودة إلى نقطة انطلاق الحركة متساوية في جميع الاهتزازات، وهذه من أبرز خصائص الحركة الاهتزازية، وتُعرف باسم دور الحركة، ويرمز إليها T.

يُعرف النظام الذي تحدث فيه الحركة الاهتزازية بالمجموعة الاهتزازية، ومن الممكن أن القوى التي تعود إلى مواضع التوازن في النظام الداخلي، مثل قوة مرونة الزنبرك، وبالتالي الحركات الاهتزازية المعروفة حيث تتولد الاهتزازات الحرة، أو القوى الخارجية الموجودة خارج النظام، كما يحدث في حالة تذبذب فروع الأشجار المتأثرة بالرياح، والتي تُعرف بالاهتزازات القسرية.

الكتلة التي تتعلق بنهاية الزنبرك هي واحدة من أبسط الجمل الميكانيكية، والتي تمثل الحركة الاهتزازية الناتجة عن القوة الداخلية التي تتناسب مع مقدار الإزاحة أكثر من مكان التوازن، وهي عكس الاتجاه بناءً على العلاقة F = kx، حيث يشير K إلى ثابت مرونة الربيع، يشير X إلى الإزاحة من موضع التوازن.

خصائص الاهتزاز

نذكر لكم الآن خصائص الحركة الاهتزازية في النقاط التالية

  • الحركة دورية.
  • تتميز الحركة بفترة زمنية دورية، وهي الدورة الكاملة.
  • تقاس نصف دورة الجسم المهتز بحركة الجسم المهتز من الحركة الجانبية إلى نهاية الحركة الجانبية على الجانب المقابل.
  • ربع دورة الجسم المهتز تقاس بحركة الجسم، من الحركة الجانبية إلى وضعية الراحة للجسم.
  • كل جسم اهتزازي له وقت دوري، يقاس بالوقت الذي يحتاجه الجسم، لإكمال الدورة الكاملة.
  • كل حركة اهتزازية لها تردد، ويتم قياسها بعدد اللفات في ثانية واحدة.