كيف تصنع بركان كتجربة علمية

كيفية صناعة نموذج بركان

تُعرَف البراكين (بالإنجليزية: Volcanoes) بأنّها فتحات على سطح الأرض تنطلق منها الصخور الساخنة، والأدخنة، والرماد، ومن المهم تعليم الأطفال كيفية حدوث البراكين؛ لمساعدتهم على فهم كيفية تشكلها وأسباب اندلاعها،^[١] والقوة المذهلة المسؤولة عن تكوُّنِها، من هذا المنطلق يُمكن بناء نموذج للبركان يحاكي هذا التكوين الجيولوجي الهائل، ويُعدّ تصميم نموذج للبركان في المنزل تجربة مثيرة ومذهلة بالنسبة إليهم، وتمتاز هذه التجربة بأنّها بسيطة للغاية، وتحتاج إلى مواد أساسية توجد في جميع المنازل،^[٢] وتجدر الإشارة إلى إنّه يُمكن صُنع نموذج للبركان بعِدّة طرق مُختلفة، وفيما يأتي توضيح لبعض منها:

استخدام الورق

يُمكن بناء نموذج جيد للبركان بالاعتماد على بعض المبادئ الأساسيّة لكيمياء الأحماض والقواعد، حيث إنّه عند التقاء الأحماض بالقواعد تنتج عنها تفاعلات كيميائيّة تُشبه إلى حدّ ما عملية ثوران البراكين، وفيما يأتي توضيح لهذه الطريقة:^[٣]

المواد اللازمة

فيما يأتي المواد اللازمة لصناعة نموذج البركان والمادة المتدفقة، وهي كما يأتي:^[٣]

• لصُنع جسم البركان: صحيفة ورقية واحدة على الأقل، وورق مُقوّى (Cardboard) مقصوص على شكل أشرطة، وورقة واحدة على شكل مربع، وشريط لاصق، وقارورة بلاستيكية فارغة سعة 550 غرام، وكميّة من الطحين، وكوبان من الماء، وألوان مناسبة للطلاء (الأحمر، والبرتقالي، والبُني، والأخضر)، وقمع، وطلاء الأكريلك (Acrylic paint) عازل للمياه ويُمكن الاستغناء عنه.
• لصُنع المادة المُتدَّفقة: كوب من الخلّ، وملعقتا طعام من بيكربونات الصوديوم أو التي تُعرف بصودا الخبز، وبخة (بالإنجليزية: Squirt) واحدة من سائل غسول الأطباق، ومُلوّن الطعام.

طريقة العمل

تمثل الخطوات الآتية كيفية صناعة نموذج البركان والمادة المتدفقة منه:^[٣]

• البدء ببناء قاعدة للبركان، بحيث توضع القطعة المربعة من الورق المُقوّى، ثمّ توضع القارورة البلاستيكية في منتصفها، وتُثبت فوقها باستخدام الشريط اللاصق.
• إلصاق الأشرطة الرقيقة من الورق المُقوّى حول القارورة لإنشاء شكل يشبه المخروط.
• القيام بتجهيز ورق المعجون (بالإنجليزية: Paper Mache) عن طريق خلط كميّة مناسبة من الطحين مع كوبين من الماء، مع مراعاة إمكانية إضافة الطحين إذا لزم الأمر، ثمّ تقطيع الصحيفة الورقية إلى أشرطة، وغمس كل شريط منها في خليط العجين، مع ضرورة التأكيد على التخلّص من المياه الزائدة بعصرها بعد إخراجها من خليط العجين.
• البدء بإلصاق الورق المخلوط بالعجين على المخروط، والاستمرار بتكرار هذه الخطوة حتى يكتمل الشكل المخروطي، ويُترك بعدها النموذج طوال الليل؛ حتى يجفّ.
• طلاء البركان بألوان واقعيّة كالأحمر، والبرتقالي، والبني، وبعض من اللون الأخضر عند قاعدته، وبعد الانتهاء من الطلاء يُترك النموذج طوال الليل؛ حتى يجفّ، وتجدر الإشارة إلى أنّه بالإمكان صنع نموذج قابل لإعادة الاستخدام وتكرار التجربة مرات عديدة عن طريق طلاء النموذج بطبقة من طلاء الأكريلك العازل للماء، وتركه لعِدّة ساعات؛ كي يجفّ.
• اختيار مكان مناسب لتطبيق التجربة، إذ لا بدّ من اختيار مكان يسهل تنظيفه كالحديقة، أو خارج المنزل، أو طاولة كبيرة لا يوجد عليها سجادة.
• تجهيز خليط البركان عن طريق خلط كوب من الخل مع بخة واحدة من سائل غسول الأطباق.
• إضافة كمية صودا الخبز وقطرات من مُلوّن الطعام إلى القارورة البلاستيكيّة عن طريق استخدام القمع.
• سكب خليط الخلّ مع سائل تنظيف الصحون في القارورة البلاستيكية، حينئذ يُمكن رؤية التفاعل الناتج الشبيه بثوران البركان، ويُمكن توثيق لحظة تطبيق التجربة من خلال تجهيز الكاميرا قبل البدء بالتجربة.

استخدام المعجون

يُمكن صُنع نموذج للبركان باستخدام المعجون المصنوع في المنزل، وذلك باتباع الخطوات الآتية:^[٤]

المواد اللازمة

فيما يأتي المواد اللازمة لصناعة المعجون المُستخدَم لصنع البركان، وطريقة صنع نموذج البركان ومادة التدفق:^[٤]

• لصُنع المعجون داخل المنزل: 6 أكواب من الطحين، و2 كوب من الماء، و4 ملاعق طعام من الزيت النباتي، و2 كوب من الملح، ومُلوّن طعام.
• لصُنع جسم البركان: سطح واقي يُمثّل قاعدة النموذج، يُمكن استخدام الورق المشمع (Wax Paper)، أو طبقة سميكة من الصُحف الورقيّة، أو استخدام صندوق خشبي، أو صينية مغلفة بأوراق من القصدير، إضافة إلى النصف السفلي من قارورة مياه بلاستيكية فارغة أو علبة صفيح (Tin Can).
• لصُنع المادّة المُتدَّفقة : نصف كوب من صودا الخبز، ونصف كوب من الخل، وملعقة كبيرة من سائل غسول الأطباق، وقطرات من مُلوّن الطعام الأحمر.

طريقة العمل

فيما يأتي خطوات عمل نموذج البركان باستخدام المعجون المصنوع في المنزل:^[٤]

• بداية، يتمّ اختيار وعاء مناسب لخلط مواد المعجون مع بعضها البعض، مع الحرص على تنخيل الطحين مسبقاً قبل بدء العمل به أو تفتيت القطع الكبيرة إن وجدت باستخدام الشوكة، ثمّ سكب الملح، والطحين، والزيت في الوعاء؛ من أجل مزجها معاً.
• وضع الماء في وعاء كبير مع إضافة 2 -3 قطرات من مُلوّن الطعام عليه، حيث ستساعد هذه الخطوة في توزيع اللون بشكل متساوٍ على النموذج، مما يعني أنّ البركان بالكامل سيأخذ لوناً متناسقاً، لكن يُمكن الاستغناء عن إضافة مُلوّن الطعام واستخدام الماء مباشرة للعجن.
• خلط المكونات مع بعض البعض وعجنها بالأيدي، حتى تتشكل كرة اسفنجية كبيرة ومتناسقة من العجين، ويجب الانتباه إلى قوام المعجون، فلا بدّ أن يكون رطباً ويسمح بتشكيله، فإذا كان جافاً يجب إضافة ملعقة كبيرة أو أكثر من الماء، بينما إذا كان يحتوي على الكثير من الماء، فيجب إضافة كميّة من الطحين.
• ترك المعجون بعد الانتهاء من العجن مدة تتراوح بين 1-2 ساعات قبل البدء بتشكيله، كما يجب التأكد قبل البدء باستخدامه بأنّه رطب بما يكفي، ففي حال كان جافاً فيجب إضافة كميّة من الماء.
• البدء بتشكيل نموذج البركان بوضع السطح الواقي الذي يُمثّل القاعدة، ثمّ وضع نصف القارورة البلاستيكيّة في منتصف القاعدة وتثبيتها بأحد اليدين واستخدام اليد الأخرى لمدّ المعجون بمُحاذاة القارورة بدءاً من أسفلها إلى الأعلى مروراً بجميع جوانبها؛ لإحكام التصاقها عن القاعدة، مع محاولة مدّ المعجون بطريقة مُتكتلة وغير متساوية، أيّ تحوي على تعرجات؛ لأنّه نادراً ما تأخذ البراكين شكل المخروط المثالي.
• ترك نموذج البركان لمُدّة 24 ساعة؛ حتى يجفّ، ويُمكن تجفيفه بشكل أسرع عن طريق وضعه داخل الفرن لمُدّة ساعة تقريباً على درجة حرارة تساوي 107° درجة مئويّة، ومن بعدها يُمكن طلاء البركان بألوان مناسبة في حال لم يتمّ استخدام مُلوّن الطعام في إعداد المعجون.
• وضع نصف كوب من صودا الخبز في القارورة البلاستيكيّة، ثمّ باستخدام نفس المعيار وضع الخلّ وقطرات من مُلوّن الطعام الأحمر، مع إضافة ملعقة كبيرة من سائل غسول الأطباق؛ لإضافة تأثير الفقاقيع، وخلَط المكونات معاً.
• إضافة خليط الخلّ مع المواد الأخرى إلى القارورة البلاستيكية، حيث سيؤدي ذلك إلى تفاعل شبيه بثوران البركان.

آلية عمل نموذج البركان

يُعدّ صنع نموذج البركان القائم على استخدام التفاعل بين صودا الخبز والخلّ مشروعاً علمياً تقليدياً، كما أنّه يُكافئ عمل البركان الحقيقي، لكن باستخدام مواد منزلية وغير سامّة،^[٥] وينتج عن هذا التفاعل غاز ثاني أكسيد الكربون، ويُشار إلى أنّ التفاعل الناتج يُشبه تماماً ما يحدث عند رجّ علبة الصودا، إذ يُستخدَم غاز ثاني أكسيد الكربون ضِمن عمليّة الكربنة (بالإنجليزية: Carbonation) عند إنتاج المشروبات الغازية، وعند رجّ العلبة يضطرب الغاز، وبما محصور ولا توجد مساحة كافية في العلبة، فإنّه سينتشر إلى الخارج بسرعة كبيرة عند فتحها، وهذا أشبه ما يحدث عند ثوران البركان.^[٦]

طريقة لمحاكاة تكون البركان

تنفجر البراكين عندما تتكسر صخور القشرة الأرضيّة، وتندفع الماغما (بالإنجليزية: Magma) الساخنة من طبقة الستار (بالإنجليزية: Mantle)، مما يؤدي إلى انسيابها إلى المناطق المحيطة بالبركان على القشرة الأرضية، وبعدما تبرد تتصلب وتُكوّن اللابة (بالإنجليزية: Lava)، ومن أجل محاكاة هذه العملية يُمكن استخدام الشمع والماء والرمل، بحيث يُمثّل الشمع الماغما الساخنة، ويُمثّل الرمل صخور القشرة الأرضية، بينما يُمثّل الماء المناطق المحيطة بالبركان على القشرة الأرضية، وذلك ضمن التجربة الآتية:^[٧]

المواد اللازمة

المواد اللازمة للتجربة: دورق زجاجي سعة 400 مل، وشمع بلون أحمر أو برتقالي، وكميّة من الرمل المغسول جيّدًا بالماء، وماء، وموقد كحولي أو مصباح كحولي، وأعواد كبريت، وحامل للدورق.

إرشادات السلامة

من الإرشادات الواجب اتباعها عند القيام بالتجربة:^[٧]

• ارتداء نظارات واقية أثناء القيام بالتجربة.
• استخدام كوب زجاجي ذي جودة عالية، أيّ يتحمل درجات الحرارة المرتفعة، أو استخدام الكوب الخاصّ بقياس السوائل.
• عدم وضع الدورق الزجاجي فوق الموقد مباشرة.

طريقة العمل

فيما يأتي خطوات محاكاة تكوّن البركان:^[٧]

• بداية، إشعال فتيل الشمعة لمُدّة تصل إلى 20 ثانية، ثمّ إمالة الشمعة بحذر فوق الدورق؛ لتقطير الشمع المُذاب داخله، مع الاستمرار في هذه العملية للحصول تقريبًا على 2-3 ملاعق صغيرة من الشمع في الدورق، ثمّ تُطفئ الشمعة.
• ترك الشمع المُذاب حتى يجمد ويتصلب، ومن بعد ذلك يتمّ وضع طبقة رقيقة من الرمل لتغطية الشمع يترواح سُمكها إلى حوالي 2.5 سم.
• ملء الدورق بالماء بعناية؛ حتى لا يتعكر الماء، مع التأكيد على الانتظار لمُدّة 30 ثانية تقريباً قبل بدء التجرية؛ حتى يستقر الرمل ويصفى الماء.
• إشعال المصباح الكحولي باستخدام أعواد الكبريت، ويُشار إلى أنّه في حال استخدام الموقد الكحولي يُمكن الحصول على نتائج أسرع، ويُراعى أولاً الانتظار لمدّة دقيقة؛ حتى تستقر شعلة الموقد، ومن بعدها يتمّ وضع حامل الدورق فوق المصباح الكحولي، ووضع الدورق فوقه.
• تسخين الدورق على نار هادئة؛ للحصول على نتيجة أفضل، فعند ذوبان الشمع سيصدر صوت صفير خافت مع ظهور بروز كرويّ في طبقة الرمل، وهذا يدّل على صعود الشمع الساخن (الماغما) من الأسفل مروراً بطبقة الرمل (القشرة الأرضيّة)، ثمّ الماء (المناطق المحيطة بالبركان على القشرة الأرضية)، وفي النهاية سينفجر الشكل الكروي في الجزء العلويّ من الدورق، وعند انفجاره ومع مرور الوقت سيتصلب الشمع ويُصبح متماسكاً وهذا ما يُشير إلى اللابة، ويجب الإشارة إلى أنّ نوع رد الفعل الناتج يعتمد على سُمك طبقة الشمع والرمل، وكذلك مدى قوة التسخين، مع ضرورة التأكيد على إبقاء حرارة الموقد ثابتة قدر الإمكان.

المراجع

1. ↑ Build Your Own Volcano, www.pbs.org, Retrieved 13-7-2020. Edited.
2. ↑ Janice Davis (11-4-2012), How To Make a Homemade Volcano، www.learning4kids.net, Retrieved 13-7-2020. Edited.
3. ^ ^{أ ب ت} Amanda Robb, How to Make a Paper Mache Volcano Project، www.study.com, Retrieved 13-7-2020. Edited.
4. ^ ^{أ ب ت} wikiHow’s team (23-6-2020), How to Make a Clay Volcano، www.wikihow.com, Retrieved 13-7-2020. Edited.
5. ↑ Anne Marie Helmenstine (9-1-2020), How to Make a Baking Soda Volcano، www.thoughtco.com, Retrieved 23-7-2020. Edited.
6. ↑ How to make a Volcano, www.sciencefun.org, Retrieved 23-7-2020. Edited.
7. ^ ^{أ ب ت} Volcanic Eruption Science Projects, learning-center.homesciencetools.com, Retrieved 23-7-2020. Edited.