وقتی‌ شهاب‌سنگ‌ها به سطح برخورد می‌کنند چه اتفاقی‌ می‌افتد؟

در پایان فصل دوم بازی «گشت و گذار در اطراف کیهان» درست زمانی که شهاب‌سنگ‌ها به سطح دنباله‌دار برخورد کردند، کیهان دریچه‌ی برگشت را باز کرد. اما اگر دریچه باز نشده بود چه اتفاقی می‌افتاد؟ آزمایش زیر را انجام دهید تا پاسخ این پرسش را پیدا کنید.

فهرست

زمان لازم

۱۰ تا ۲۰ دقیقه

مفاهیم اصلی

برخورد – انرژی – شهاب

چه وسایلی نیاز داریم
  • جعبه شیرینی یا ظرفی که مثل آن دهانه‌ی بزرگی داشته باشد
  • آرد یه مقداری که ته جعبه را بپوشاند و حد اقل دو سانتی متر بالا بیاید
  • پودر کاکائو به اندازه‌ای که روی سطح آرد را با ضخامت کمی بپوشاند
  • توری آشپزخانه
  • چند توپ در اندازه‌های مختلف
  • یک عروسک خیلی کوچک مثل آدمک‌های لگویی
  • (اختیاری) گوشی موبایلی که بتواند فیلم با سرعت آرام (slow motion) بگیرد.
آماده‌سازی

این آزمایش کلی کثیف کاری دارد! اگر امکانش را دارید آن را در فضای بیرون انجام دهید و در غیر این صورت حتماً زیر دست‌تان یک سفره یا پارچه بزرگ پهن کنید.

مراحل کار
  1. ابتدا آردی که در اختیار دارید را در بخش زیرین جعبه شیرینی و یا ظرف بزرگ تان بریزید. 
  2. با کمک توری آشپزخانه یک لایه نازک از پودر کاکائو را روی آرد بپاشید بطوری‌که سطح کاملاً پوشده شود.
  3. عروسک کوچک‌تان را روی سطح بگذارید. درست همان جایی‌که می‌خواهید برخورد اتفاق بیفتد.
  4. اگر گوشی موبایل در اختیار دارید اول از حفره‌ی برخوردی تان یک عکس بگیرید. سپس آن را در ارتفاع کمی بالاتر از لبه‌ی ظرف و در مکانی مناسب قرار دهید و شروع به فیلم‌برداری با سرعت آرام کنید (slow motion).
  5. بایستید و دستتان را مقابل خود و عمود بر بدن‌تان بگیرید و بعد از نشانه‌گیری، توپ را روی آرد رها کنید.
دنبال چی بگردیم؟

با دقت به حفره‌ی کوچکی که درست شده نگاه کنید. سر عروسک کوچک تان چه بلایی آمد؟ لبه‌ی بیرونی چسبیده به حفره چه رنگی است؟ منطقه‌ی دور آن چطور؟ توپ شما تا چه فاصله‌ای از محل برخورد را تحت تأثیر قرار داده است؟

منبع: sciencebuddies.org

اگر شرایط را تغییر دهیم چه می شود؟
  • این بار آزمایش را با توپ‌هایی در اندازه‌های مختلف تکرار کنید.
  • اگر یک توپ را از فاصله‌ی دورتر یا نزدیک‌تر رها کنید چطور؟ 
  • حالا با رعایت نکات ایمنی به پرتاب تان زاویه دهید و توپ را کج به سطح پرتاب کنید. حفره‌ی برخوردی حاصل از آن با برخورد عمودی چه فرقی می‌کند؟
اگر شرایط را تغییر دهیم چه می شود؟
  • این بار آزمایش را با توپ‌هایی در اندازه‌های مختلف تکرار کنید.
  • اگر یک توپ را از فاصله‌ی دورتر یا نزدیک‌تر رها کنید چطور؟ 
  • حالا با رعایت نکات ایمنی به پرتاب تان زاویه دهید و توپ را کج به سطح پرتاب کنید. حفره‌ی برخوردی حاصل از آن با برخورد عمودی چه فرقی می‌کند؟
چه اتفاقی افتاد؟

اگر آزمایش را تا انتها انجام داده باشید، حتماً مشاهده کرده‌اید که هرچه توپ بزرگ‌تر باشد یا از فاصله‌ی بیشتری بیفتد و در نتیجه سریع‌تر حرکت کند، دهانه حفره بزرگ‌تر خواهد بود.

این به آن دلیل است که توپ‌های بزرگ‌تر و سریع‌تر  نسبت به توپ‌های کوچک‌تر و آهسته‌تر انرژی جنبشی بیشتری دارند. هنگامی که توپ به سطح برخورد می‌کند، این انرژی به آرد و پودر کاکائو منتقل می‌شود و باعث می‌شود که آن‌ها به سمت بیرون پرواز کنند و یک دهانه (و کلی ریخت و پاش!) درست شود. همچنین برخوردها باعث ایجاد “غباری از آرد” شده و مقداری از آن را به سطح  دور محل برخورد می‌رسانند.

علاوه بر این اگر توپ را مستقیماً به پایین بیاندازید، الگوی اطراف دهانه احتمالاً متقارن بوده است در حالی‌که برخوردهای زاویه دار منجر به تشکیل الگوهای نامتقارن می‌شود. زیرا آرد و پودر کاکائوی بیشتری در یک جهت نسبت به جهات دیگر پرتاب می‌شود.

آیا روی زمین هم حفره‌های برخوردی داریم؟

بله که داریم! زمین هم در طول سالیان دراز مورد اصابت سیارک‌ها و شهاب‌سنگ‌های مختلفی قرار گرفته است. عمر بزرگ‌ترین حفره‌های ثبت شده از بیش از ۱۰ میلیون سال تا حدود ۱۰ هزار سال پیش اندازه‌گیری شده است. هر چه جلوتر می‌آییم اندازه و تعداد این دهانه‌ها نیز به شکل قابل ملاحظه‌ای کم می‌شوند.

درست شبیه به آزمایشی که شما انجام دادید، زمانی که یک جسم سماوی بزرگ به زمین برخورد می‌کند، انرژی فوق‌العاده زیاد حاصل از آن باعث می‌شود که سنگ و خاک محل برخورد به اطراف پخش شود و در نتیجه یک حفره پدید آید. در زیر چند نمونه از این دهانه‌های برخوردی روی زمین را می‌بینید.