چطور در هنگام راه رفتن از ریخته شدن قهوه یا چای جلوگیری کنیم؟ درس هایی از ریاضی و فیزیک - تیم مهاجرتی ایران ESL

1- حرکت و تعادل فنجان:

وقتی در حال راه رفتن هستید، بدن شما حرکتی نوسانی (oscillatory motion) دارد که از قدم هایتان ناشی می شود. این حرکت به فنجان در دست شما منتقل می شود و باعث ایجاد نوسانات کوچک در مایع داخل آن می شود. هرچه این نوسانات به فرکانس طبیعی (natural frequency) مایع نزدیک تر شوند، احتمال ریختن بیشتر می شود. این همان پدیده تشدید (resonance) است که در سازه های معماری نیز می توان مشاهده کرد.

2- نقش اینرسی (Inertia):

مایعات به علت خاصیت اینرسی تمایل دارند در همان حالتی که هستند باقی بمانند. وقتی فنجان را سریع حرکت می دهید یا تغییر جهت می دهید، مایع داخل آن مقاومت می نماید. این مقاومت باعث می شود که سطح مایع به طور ناگهانی بالا برود و در نهایت از لبه فنجان خارج شود.

3- چرا قهوه؟

مایع های با ویسکوزیته (viscosity) کم، مانند قهوه یا چای، به علت جریان سریع تر، مستعد ریختن هستند. اگر مایعی مانند سوپ خامه ای داخل فنجان بود، حرکت کندتر آن مانع از خروج مایع می شد.

4- مقدار و شکل فنجان:

هر چه ارتفاع فنجان بیشتر باشد، فاصله مرکز ثقل (center of gravity) مایع با کف فنجان افزایش می یابد. این مسئله باعث می شود که مایع نسبت به حرکات کوچک، حساس تر باشد. فنجان های کوتاه و عریض به همین علت ثبات بیشتری دارند.

5- قدم های شما چه تأثیری دارند؟

نوع راه رفتن شما می تواند تأثیر زیادی داشته باشد. قدم های بلند با تغییرات شتاب ناگهانی (sudden acceleration changes) همراه هستند که نوسانات شدیدتری ایجاد می نمایند. اما قدم های کوتاه و نرم، تأثیر کمتری بر مایع می گذارند.

6- چرخش بازو و تعادل:

وقتی فنجان را نگه می دارید، بازوی شما به صورت ناخودآگاه برای جبران نوسانات بدن حرکت می نماید. این یک سیستم تعادل (balancing system) طبیعی است که انسان ها به طور غریزی از آن استفاده می نمایند. بااین حال، اگر بازوی خود را بیش ازحد سفت نگه دارید، این سیستم مختل می شود.

7- نکته ای از دینامیک سیالات (Fluid Dynamics):

در داخل فنجان، امواجی کوچک ایجاد می شود که از یک سمت به سمت دیگر حرکت می نمایند. اگر زمان حرکت شما با دوره طبیعی این امواج هماهنگ باشد، دامنه (amplitude) آنها افزایش می یابد و احتمال ریختن بیشتر می شود.

8- چطور می توانیم قهوه را آرام کنیم؟

یکی از روش ها برای کاهش نوسانات، پر نکردن فنجان تا لبه است. با کاهش ارتفاع مایع، فرکانس طبیعی تغییر می نماید و احتمال تشدید کاهش می یابد.

9- نقش سرعت و زاویه نگه داری فنجان:

وقتی سریع حرکت می کنید، شتاب فنجان افزایش می یابد و مایع درون آن بی قرارتر می شود. بعلاوه، نگه داشتن فنجان با زاویه ای کم تر از حالت عمودی، به مایع فضای بیشتری برای حرکت می دهد و خطر ریختن را کاهش می دهد.

درس نهایی:

اگر می خواهید از ریختن قهوه یا چای جلوگیری کنید، سعی کنید قدم های آهسته و یکنواخت بردارید، بازوی خود را آرام و منعطف نگه دارید و فنجان را کمی خالی تر کنید. این نکات، در کنار درک اصول ساده ای از فیزیک و ریاضی، شما را به یک استاد در نگه داری فنجان تبدیل خواهد نمود!