کتاب چرا، چطور، چگونه؟
جلد اول

۱. معلومات عمومی

چرا یخ بر روی آب شناور می ماند؟

حتما متوجّه شده اید که یخ همیشه بر روی آب شناور است. توده یخ هر چقدر هم که بزرگ باشد، باز هم در آب غرق نمی شود. حتّی کوههای بزرگ یخ نیز بر روی آب دریاها و اقیانوسها شناور می ماند. آیا می دانید چرا یخ در آب غرق نمی شود؟
«قانون اجسام شناور» توسط «ارشمیدس» دانشمند یونانی، کشف شد. طبق این قانون، وقتی جسمی داخل آب قرار می گیرد،دو نیرو بر آن اثر می کند. این دو نیرو عبارت اند از وزن جسم که جهتی رو به پایین دارد و نیرویی که از طرف آب و رو به بالا اعمال می شود. اگر وزن جسم برابر یا کمتر از نیرویی باشد که از سوی آب به طرف بالا وارد می شود، جسم بر روی آب شناور می ماند. به عبارت دیگر اگر وزن جسم برابر یا کمتر از وزن آب هم حجمش باشد، جسم بر روی آب شناور می شود. یک تکه چوب، بر روی آب شناور می ماند؛ چرا که وزن آن تقریبا نصف وزن آب هم حجمش است. بنابراین نیمی از چوب زیر آب و نیم دیگرش بر روی آب قرار می گیرد. چوب پنبه نیز وضعی مشابه دارد. وزن چوب پنبه نزدیک به ۵/ ۱ وزن آبی است که جایش را می گیرد؛ بنابراین حدود ۵/ ۱ چوب پنبه به زیر آب می رود و بقیه آن بر روی آب شناور می ماند. به این ترتیب علّت شناور شدن یخ بر روی آب را نیز می توان با استفاده از این قانون توضیح داد.
به طور کلی وقتی مایعی به شکل جامد در می آید، منقبض می شود و مولکولهایش به هم نزدیکتر می شوند. به همین دلیل حجم مادّه، کم می شود و چگالی آن افزایش می یابد. بنابراین موادّ در حالت جامد سنگین تر از زمانی اند که به شکل مایع در آمده اند.
ولی آب مایعی است که خاصیتی غیرعادی دارد. آب پس از انجماد به جای منقبض شدن، منبسط می شود؛ در نتیجه حجمش افزایش می یابد. تراکم یخ، ۹/۱۰ آب است؛ به عبارت دیگر از نه لیتر آب ده لیتر یخ به دست می آید. به همین جهت وزن یخ، کمتر از آب هم حجمش است. به این ترتیب وقتی یخ درون آب قرار می گیرد، تنها ۹/۱۰ آن در آب فرو می رود و ۱/۱۰ دیگرش بر روی آن شناور می ماند.
در مناطق سردسیر انجماد آب درون لوله ها موجب ترک خوردن آنها می شود. حجم آب به محض یخ زدن، افزایش می یابد. این افزایش حجم، نیروی زیادی بر جداره لوله وارد می کند و باعث ترک خوردن آن می شود. در کشور فنلاند از این خاصیت برای شکستن صخره ها استفاده می شود. بدین منظور، آب را وارد منافذ خالی بین صخره ها می کنند. آب پس از یخ زدن منبسط می شود و فشار حاصل از انبساط آن، صخره ها را می شکند.

فقط ۱/۱۰ یخ بالاتر از سطح آب قرار می گیرد.

یخ اندکی سبک تر از آب است؛ به همین دلیل در آب شناور می ماند. ما فقط ۱۱۰ یک کوه بزرگ یخ را بر روی آب می بینیم؛ چرا که بقیه آن زیر آب است و دیده نمی شود.

آیا وجود گرد و غبار مفید است؟

اکثر مردم فکر می کنند گرد و غبار برای انسان مضّر است. امّا این یک جنبه قضیه است؛ چرا که وجود گرد و غبار از برخی جهات بسیار مفید است. بیایید قبل از پرداختن به فواید گرد و غبار، نخست با نحوه پیدایش آن آشنا شویم.
هر مادّه جامدی از ذرّات بسیار زیر تشکیل شده است. این ذرّات ریز پس از پراکنده شدن به گرد و غبار تبدیل می شوند. به عنوان مثال، وقتی یک تکه آجر یا سنگ کاملاً خرد می شود، گرد و خاک به وجود می آید. راههای مختلفی برای پیدایش گرد و غبار وجود دارد. خرد شدن یک جسم جامد باعث به وجود آمدن گرد و غبار می شود. دود ناشی از سوختن زغال سنگ، چوب، نفت و غیره نیز گرد و غبار ایجاد می کند. املاح دریاها، خاکستر آتشفشانها، گیاهان و حتّی جانوران مرده نیز باعث ایجاد ذرّات ریز می شوند. از ترکیب این ذرّات با هوا، گرد و غبار به وجود می آید. هوا ذرّات ریز گرد و غبار را از جایی به جای دیگر می برد. اجزای تشکیل دهنده پوسته زمین نیز به شکل گرد و غبار در هوا پراکنده اند.
مهمترین فایده گرد و غبار این است که به کمک آن باران ایجاد می شود. بخار آب موجود در ابرها در اطراف ذرّات ریز گرد و غبار متراکم می شود و قطرات آب به وجود می آید. سپس این قطرات به شکل باران بر زمین می بارند. نبودن گرد و غبار می تواند موجب تاخیر در بارش باران شود. برای تشکیل مه نیز همانند باران، وجود ذرّات گرد و غبار لازم است.
گرد و غبار موجود در هوا، نور خورشید را در جهات مختلف پخش می کند. این ویژگی باعث می شود که حتّی یکی دو ساعت پس از غروب نیز هوا کاملاً تیره و تاریک نشود. رنگ قرمزی که به هنگام طلوع و غروب خورشید در آسمان ظاهر می شود، به دلیل وجود گرد و غبار و بخار آب موجود در هواست. گرد و غبار همچنین باعث به وجود آمدن پرتوهای زیبایی پس از غروب خورشید می شود. بنابراین می بینید که وجود گرد و غبار ـ که برخی آن را کاملاً مضر می دانند ـ از برخی جهات بسیار مفید است.

هیپنوتیسم چیست؟

هیپنوتیسم حالتی است که در آن فردی که علاقه مند و آماده همکاری است، بخشی از کنترلی را که بر ذهن خود دارد، به هیپنوتیم کننده واگذار می کند و به آنچه که به وی تلقین می شود، پاسخ می دهد. انسان از گذشته های دور با هیپنوتیسم آشنا بوده و از آن به عنوان یک نیروی جادویی و مرموز استفاده کرده است. اولین مطالعات و بررسیهای علمی بر روی هیپنوتیسم توسط پزشکی به نام «فرانتس مِسمر» صورت گرفت. به همین دلیل تا مدتها به این حالت «مِسمریسم» گفته می شد. واژه هیپنوتسم نخستین بار در سال ۱۸۴۰ میلادی توسط جراحی اسکاتلندی به نام «جیمز بِرید» مورد استفاده قرار گرفت. این واژه از کلمه یونانی «هیپنوز» به معنای خواب گرفته شده است.
به نظر می رسد که در حالت هیپنوتیسم، شخصی که هیپنوتیسم شده دچار نوعی آرمیدگی و خواب می شود. در چنین حالتی مغز چنان تحت تاثیر فرامین هیپنوتیسم کننده قرار می گیرد که به هر چه از او خواسته شود، پاسخ می دهد. البتّه انجام عمل هیپنوتیسم زمانی موفقیت آمیز است که هیپنوتسم شونده آمادگی انجام این کار را داشته باشد و کاملاً آن را بپذیرد. به این ترتیب، هیچ کس را نمی توان بدون خواست و میل خود هیپنوتیسم کرد. برای شروع هیپنوتیسم، نخست هیپنوتیسم کننده شخص را در یک اتاق تاریک می نشاند. سپس برای آرام کردن او کلماتی را چندین بار با صدای ملایم تکرار می کند. بعد، از وی می خواهد که به یک شی ء خاصّ نگاه کند و تمام افکار خود را بر روی آن شی ء متمرکز سازد. چشمان هیپنوتیسم شونده با تدریج در اثر نگاه کردن به این شی ء خسته می شود. وقتی این حالت رخ می دهد، هیپنوتیسم کننده از او می خواهد که چشمانش را ببندد. پس از آن، هیپنوتیسم شونده دچار نوعی آرمیدگی و خواب می شود. در چنین حالتی شخص به اصطلاح هیپنوتیسم شده است و هر چه را که هیپنوتیسم کننده از او بخواهد، انجام می دهد.
در عمل هیپنوتیسم می توان به شخصی که هیپنوتیسم شده تلقین کرد که کور، کر یا لال است. فردی که هیپنوتیسم می شود، می تواند کارهایی کند که هرگز در حالت عادی انجام نداده است. وقتی شخصی از حالت هیپنوتیسم خارج می شود، همه یا قسمت عمده وقایع جلسه هیپنوتیسم را فراموش می کند.
از هیپنوتیسم می توان برای مهار کردن درد استفاده کرد. در اغلب موارد، هیپنوتیسم کاملاً درد را رفع می کند. هیپنوتیسم یکی از راههای دردزادیی در جراحی است.
این کار، بخصوص در مواردی انجام می گیرد که استفاده از داروهای بیهوشی به خاطر وضع خاصّ بیمار خطرناک است.
هیپنوتیسم شونده می تواند با کمی آموزش خود را هیپنوتیسم کند. ولی اگر این کار توسط فردی که به اندازه کافی آموزش ندیده است صورت بگیرد، می توان خطرناک باشد.

فرانتس مِسمر

رنگین کمان چگونه به وجود می آید؟

رنگین کمان، همان گونه که از نامش پیداست، کمانی متشکل از چند رنگ است. اگر هنگام بارش باران، خورشید در آسمان ظاهر شود، رنگین کمان به وجود می آید. نور خورشید، که ما آن را معمولاً سفید می بینیم، ترکیبی از هفت رنگ مختلف است. این هفت رنگ عبارت اند از: بنفش، نیلی، آبی، سبز، نارنجی و قرمز. به این ترتیب اگر نور خورشید تجزیه شود، نواری متشکل از هفت رنگ پدیدار می شود که به آن «طیف» می گویند.
رنگین کمان معمولاً بعد از بارش باران، یعنی زمانی که هوا پر از قطرات ریز آب است، ظاهر می شود. در واقع هرکدام از این قطرات مانند یک منشور کوچک عمل می کنند. نور خورشید پس از عبور از میان قطرات باران می شکند و به هفت رنگ تشکیل دهنده خود تجزیه می شود. هر جزء تشکیل دهنده نور خورشید با زاویه شکست مخصوص به خود می شکند؛ به همین دلیل ما آنها را به هفت رنگ مختلف می بینیم.
معمولاً یک رنگین کمان کامل دو کمان اصلی و ثانویه دارد. کمان اصلی پررنگ تر و درخشانتر از کمان ثانویه است. در رنگین کمان اصلی ترتیب قرار گرفتن رنگها از بالا به پایین عبارت است از: قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آبی، نیلی و بنفش. ترتیب قرار گرفتن رنگها در کمان ثانویه عکس کمان اصلی است؛ یعنی بنفش بالاترین و قرمز پایین ترین رنگ است. کمان ثانیه بالای کمان اصلی شکل می گیرد. در واقع این کمان در اثر شکسته شدن مجدّد پرتوهای نور به وجود می آید.

چرا طلا گرانبهاست؟

انسان از گذشته های دور علاقه زیادی به فلز زرد رنگ و درخشان طلا داشته است. معابد و مجسمه های خدایان و الهه ها غالبا با طلا زینت داده می شد. شاهان و سلاطین نیز اهمیت خاصّی برای طلا قایل بودند. راستی طلا دارای چه ویژگی است که تا این حد توجّه انسان را به خود جلب کرده و همواره به عنوان فلزی گرانبها و با ارزش مورد استفاده قرار گرفته است؟
قیمتی بودن یک شی ء، به عوامل زیادی بستگی دارد. نخستین عاملی که موجب گرانبها شدن یک مادهّ می شود، کمیاب بودن آن است. سودمندی، زیبایی و تاثیرپذیری اندک نسبت به هوا و آب نیز سه عامل دیگرند که بر قیمت و ارزش موادّ می افزایند. طلا تمام این ویژگیها را دارد. کلاً فلزی کمیاب است، رنگ و درخشندگی چشمگیری دارد و گرما، سرما، باد و رطوبت بر آن اثر نمی کنند. به همین دلیل کلاً فلزی گرانبهاست.
کلاً فلزی زردرنگ و برّاق است که در طبیعت در مقادیر بسیار اندک یافت می شود. این مادّه را، هم به صورت خالص و هم در حالت ترکیب می توان یافت. استخراج طلا از سنگ معدن آن کاری بسیار پرهزینه است. معمولاً از معادن طلا مقدار بسیار کمی طلا به دست می آید. البته موارد استثنایی نیز وجود دارد. از آن جمله می توان به تخته سنگ کوچکی که در استرالیا یافت شد، اشاره کرد. از این تخته سنگ که ۵/ ۷۰ کیلوگرم وزن داشت، ۷۰ کیلو طلای خالص به دست آمد.

قسمت عمده طلای جهان برای ساخت زیورآلات مورد استفاده قرار می گیرد. این فلز در دندانپزشکی و داروسازی نیز کاربرد دارد. تا سال ۱۹۱۴ میلادی در بسیاری از کشورها از طلا به عنوان پول رایج استفاده می شد. حتّی امروزه نیز تجارت جهانی به طلا وابسته است. طلا فلزی نرم و انعطاف پذیر است؛ به همین جهت به راحتی می توان آن را به صورت ورقه های نازک در آورد. سطح سایر فلزات را نیز می توان با لایه نازکی از طلا پوشاند. برای سخت کردن طلا، فلزات دیگری همچون مس را با آن ترکیب می کنند. اکثر اسیدها و قلیاها بر طلا بی اثرند، ولی مخلوطی از اسید نیتریک و اسید هیدروکلریک می تواند آن را حل کند.
از آنجا که ارزش و بهای طلا دائما در حال افزایش است، بسیاری از مردم ترجیح می دهند به جای نگهداری پول رایج، طلا خریداری کنند.
آفریقای جنوبی، روسیه، استرالیا، کانادا و ایالات متحده آمریکا بزرگترین تولیدکننده های طلای جهان اند.

زیور آلات طلا

آیا مولکولهای موادّ در حال حرکت اند؟

موادّ از ذرّات بسیار ریزی به نام مولکول تشکیل شده اند. مولکول کوچکترین جزء یک مادّه است که به تنهایی و به طور مستقل تمام خصوصیات آن مادّه را داراست. به طور مثال، اگر مولکول شکر را مورد بررسی قرار دهیم، خواهیم دید که تمام خصوصیات شکر از جمله طعم، رنگ و شکل آن را دارد. مولکولهای موادّ مختلف، اندازه های متفاوتی دارند. برخی از مولکولها فقط چند بیلیونیم یک سانتی مترند، در حالی که برخی دیگر هزاران برابر بزرگترند. گازها مولکولهای کوچکی دارند. یک سانتی متر مکعب هوا حدود (۰۰۰,۰۰۰,۰۰۰,۰۰۰,۰۰۰, ۵۰۰, ۲) ۱۰^۱۹ × ۵/ ۲ مولکول دارد.
با اینکه هر مادّه ای دارای تعداد بی شماری مولکول است، ولی بین این مولکولها نیز مقداری فضای خالی وجود دارد. مولکولهای موادّ مرتّب در حال جنبش اند. با افزایش حرارت، جنبش مولکولها نیز افزایش می یابد. هر چه مادّه ای گرمتر شود، جنبش مولکولهایش هم بیشتر می شود. جنبش مولکولی گازها بسیار بیشتر از جامدات و مایعات است. حتّی مولکولهای یخ نیز در حال حرکت اند. ولی آیا عجیب نیست که با وجود متحرّک بودن مولکولهای یک مادّه، آن مادّه را لرزان نمی بینیم؟ در واقع نیروی جاذبه ای که بین مولکولها وجود دارد، آنها را کنار هم نگه می دارد. اگر این نیرو نبود، مولکولها در جهات مختلف پراکنده می شدند.
وقتی مولکولهای یک جسم جامد، گرم می شوند، سرعت حرکتشان افزایش می یابد و نیروی جاذبه بینشان کم می شود. اگر افزایش حرارت ادامه پیدا کند، جنبش مولکولها باز هم بیشتر می شود و جسم جامد به مایع و سرانجام به گاز تبدیل می شود.

شکل راست: مولکولهای گازها تحرک بیشتری دارند
شکل چپ: مولکولهای مایعات تحرک کمتری دارند