Ukichanganya wino au kupaka rangi kwenye maji, na kisha kutazama maji haya kwa darubini, unaweza kuona msogeo wa haraka wa chembe ndogo zaidi za masizi au rangi katika mwelekeo tofauti. Ni nini huchochea mienendo kama hii?
Nani aligundua na lini
Mnamo 1827, mwanabiolojia Mwingereza Robert Brown aliona kupitia darubini tone la maji, ambalo kwa bahati mbaya lilipata kiasi kidogo cha chavua. Aliona kwamba chembe ndogo zaidi za poleni zilikuwa zikicheza, zikisonga kwa fujo kwenye kioevu. Kwa hivyo harakati ya Brownian iliyopewa jina la mwanasayansi huyu iligunduliwa - harakati ya chembe ndogo zilizoyeyushwa katika kioevu au gesi. Baada ya kuchunguza aina mbalimbali za chavua katika mkusanyiko wake, mwanabiolojia aliyeyusha madini ya unga kwenye maji.
Kutokana na hayo, Brown alisadikishwa kwamba mwendo huo wa machafuko haukusababishwa na kioevu chenyewe na wala si na athari za nje kwenye kioevu, bali moja kwa moja na msogeo wa ndani wa chembe ndogo zaidi. Chembe hii, kwa mlinganisho na mwendo unaoangaliwa, iliitwa "chembe ya kahawia".
Maendeleo ya nadharia, wafuasi wake
Baadaye, ugunduzi wa Brown ulithibitishwa, kupanuliwa na kubainishwa, kwa kuzingatia nadharia ya kinetiki ya molekuli, na A. Einstein na M. Smoluchowski. Na mwanafizikia wa Kifaransa Perrin, miaka ishirini baadaye, kutokana na uboreshaji wa darubini katika mchakato wa kusoma mwendo wa random wa chembe ya Brownian, alithibitisha kuwepo kwa molekuli sahihi. Uchunguzi wa mwendo wa Brownian ulimruhusu Perrin kukokotoa idadi ya molekuli katika mole 1 ya gesi yoyote na kupata fomula ya barometriki.
Ugunduzi wa msogeo wa chembe ya hudhurungi ulitumika kama uthibitisho wa kuwepo kwa chembe ndogo zaidi, zisizoonekana hata kwenye darubini - molekuli za kioevu na dutu nyingine yoyote. Ni molekuli ambazo, kwa harakati zake zisizobadilika, hulazimisha chembechembe za chavua, masizi au kupaka rangi kusonga.
Ufafanuzi na ukubwa
Ukiangalia chembechembe za mzoga zilizoning'inia kwenye maji kupitia hadubini, utagundua kuwa chembechembe za saizi tofauti zinatenda kwa njia tofauti. Chembe zenye kiasi, zinazopata idadi sawa ya mishtuko kutoka pande zote kwa kipindi fulani cha muda, hazianza kusonga. Na chembe ndogo ndogo kwa muda huo huo hupokea athari zisizolipiwa, zikizisukuma kando na kusogea.
Ni ukubwa gani wa chembe ya hudhurungi inayoonekana kwenye molekuli? Imethibitishwa kwa uthabiti kuwa nafaka za cytoplasmic chavua zisizozidi mikromita 3 (µm), au 10-6 mita, au 10-3milimita. Chembe kubwa zaidi hazishiriki katika harakati za mara kwa mara zilizogunduliwa na Brown.
Kwa hivyo, hebu tujibu swali "chembe ya Brownian ni nini". Hizi ni chembe ndogo zaidi za dutu yenye ukubwa wa si zaidi ya mikroni 3, ambayo imesimamishwa kwenye kioevu au gesi, na kufanya harakati za machafuko mara kwa mara chini ya ushawishi wa molekuli za kati ambayo ziko.
Nadharia ya Kinetiki ya Molekuli
Mwendo wa hudhurungi haukomi, haupunguzi kasi kwa wakati. Hii inaelezea dhana ya nadharia ya kinetic ya molekuli, ambayo inasema kwamba molekuli za dutu yoyote ziko katika mwendo wa mara kwa mara wa joto. Kwa kuongezeka kwa halijoto ya kati, kasi ya mwendo wa molekuli huongezeka, na ipasavyo, chembe ya Brownian, ambayo huathiriwa na molekuli, pia huongezeka.
Mbali na halijoto ya maada, kasi ya mwendo wa Brownian pia inategemea mnato wa kati na saizi ya chembe iliyosimamishwa. Mwendo utafikia kasi yake ya juu wakati joto la dutu inayozunguka chembe ni kubwa, dutu yenyewe haitakuwa na viscous, na chembe za vumbi zitakuwa ndogo zaidi.
Molekuli za dutu ambamo chembe ndogo zaidi zimo, zikigongana ovyo, tumia nguvu tokeo (toa msukumo), na kusababisha mabadiliko katika mwelekeo wa harakati ya chavua. Lakini mabadiliko hayo ni mafupi sana kwa wakati, na karibu mara moja mwelekeo wa nguvu inayotumika hubadilika, ambayo husababisha mabadiliko katika mwelekeo wa harakati.
Mfano rahisi na wazi zaidi unaokuruhusu kuelewa chembe ya Brownian ni nini ni mwendo wa chembe za vumbi, zinazoonekana katika miale ya jua iliyoimarishwa. Katika miaka 99-55. BC e. mshairi wa kale wa Kirumi Lucretius alieleza kwa usahihi sababu ya harakati zisizokuwa na uhakika katika shairi la kifalsafa "Juu ya Asili ya Mambo."
Angalia hapa: wakati wowote mwanga wa jua unapita
Majumbani mwetu na giza linapita kwa miale yake, Miili mingi midogo kwenye utupu, utaona, ikipepea, Kukimbia na kurudi katika mng'ao wa mwanga.
Je, unaweza kuelewa kutokana na hili bila kuchoka
Mwanzo wa mambo katika utupu mkubwa hautulii.
Kwa hivyo kuhusu mambo mazuri saidia kuelewa
Vitu vidogo, vinavyoonyesha njia ya ufahamu wao.
Mbali na hilo, kwa sababu unahitaji kuwa makini
Kwa msukosuko katika miili inayopeperuka kwenye mwanga wa jua
Unajua nini kutoka kwayo ni muhimu na harakati, Kinachotokea ndani yake kwa siri na kisichoonekana.
Maana utaona hapo ni chembe ngapi za vumbi zinabadilika
Njia kutoka kwa mishtuko iliyofichwa na kuruka kurudi tena, Forever na kurudi mbio katika pande zote.
Muda mrefu kabla ya ujio wa teknolojia ya kisasa ya ukuzaji, Lucretius, akitazama analogi ya harakati iliyoonekana na Brown, alifikia hitimisho kwamba chembe ndogo zaidi za maada zipo. Brown alithibitisha hili kwa kutengeneza moja ya uvumbuzi muhimu zaidi wa kisayansi.
