The invisible motion of still objects - Ran Tivony

תרגום: Ido Dekkers עריכה: Tal Dekkers

Many of the inanimate objects around you probably seem perfectly still.

הרבה מהעצמים הדוממים סביבכם כנראה נראים דוממים לגמרי.

But look deep into the atomic structure of any of them,

אבל הביטו עמוק לתוך המבנה האטומי של כל אחד מהם,

and you'll see a world in constant flux.

ותראו עולם בתנועה מתמדת.

Stretching,

אטומים נמתחים,

contracting,

מתכווצים,

springing,

קופצים,

jittering,

drifting atoms everywhere.

רוטטים,

ונסחפים בכל מקום.

And though that movement may seem chaotic, it's not random.

ולמרות שהתנועה אולי נראית כאוטית, היא לא אקראית.

Atoms that are bonded together,

אטומים שקשורים יחד,

and that describes almost all substances,

וזה מתאר כמעט כל חומר,

move according to a set of principles.

נעים לפי סט של עקרונות.

For example, take molecules, atoms held together by covalent bonds.

לדוגמה, קחו מולקולות, אטומים מוחזקים יחד על ידי קשרים קוולנטיים.

There are three basic ways molecules can move:

יש שלוש דרכים בסיסיות שמולקולות יכולות לנוע:

rotation,

סיבוב,

translation,

העתקה,

and vibration.

ורטט.

Rotation and translation move a molecule in space

סיבוב והעתקה מניעים את המולקולה בחלל

while its atoms stay the same distance apart.

בעוד האטומים שלה נשארים באותו מרחק אחד מהשני.

Vibration, on the other hand, changes those distances,

רטט, מצד שני, משנה את המרחקים האלה,

actually altering the molecule's shape.

ולמעשה משנה את צורת המולקולה.

For any molecule, you can count up the number of different ways it can move.

לכל מולקולה, אתם יכולים לספור את מספר הדרכים השונות בהן היא יכולה לנוע.

That corresponds to its degrees of freedom,

זה מתאים לדרגות החופש שלה,

which in the context of mechanics

שבהקשר של מכאניקה

basically means the number of variables we need to take into account

בעיקרון אומר מספר המשתנים שאנחנו צריכים לקחת בחשבון

to understand the full system.

כדי להבין את כל המערכת.

Three-dimensional space is defined by x, y, and z axes.

מרחב תלת מימדי מוגדר על ידי צירי X Y ו Z.

Translation allows the molecule to move in the direction of any of them.

העתקה מאפשרת למולקולה לנוע בכיוון של כל אחד מהם.

That's three degrees of freedom.

אלה שלוש דרגות חופש.

It can also rotate around any of these three axes.

היא גם יכולה להסתובב על כל אחד מהצירים האלו.

That's three more,

זה עוד שלוש,

unless it's a linear molecule, like carbon dioxide.

אלא אם זו מולקולה קווית, כמו פחמן דו חמצני.

There, one of the rotations just spins the molecule around its own axis,

שם, אחד הסיבובים פשוט מסובב את המולקולה על צירה שלה,

which doesn't count because it doesn't change the position of the atoms.

מה שלא נחשב בגלל שהיא לא משנה את המיקום של האטומים.

Vibration is where it gets a bit tricky.

רטט הוא המקום בו זה נעשה מעט יותר מסובך.

Let's take a simple molecule, like hydrogen.

בואו ניקח מולקולה פשוטה, כמו מימן.

The length of the bond that holds the two atoms together is constantly changing

אורך הקשר שמחזיק את שני האטומים משתנה תמידית

as if the atoms were connected by a spring.

כאילו האטומים מחוברים על ידי קפיץ.

That change in distance is tiny, less than a billionth of a meter.

השינוי הזה במרחק הוא זעיר, פחות ממיליארדית המטר.

The more atoms and bonds a molecule has, the more vibrational modes.

ככל שלמולקולה יש יותר אטומים וקשרים, יש יותר צורות רעד.

For example, a water molecule has three atoms:

לדוגמה, למולקולת מים יש שלושה אטומים:

one oxygen and two hydrogens, and two bonds.

חמצן אחד ושני מימנים, ושני קשרים.

That gives it three modes of vibration:

זה נותן לה שלוש צורות רעד:

symmetric stretching,

מתיחה סימטרית.

asymmetric stretching,

מתיחה א-סימטרית,

and bending.

ועיקום.

More complicated molecules have even fancier vibrational modes,

למולקולות יותר מורכבות יש צורות רטט אפילו יותר מורכבות,

like rocking,

כמו נדנוד,

wagging,

כשכוש,

and twisting.

ופיתול.

If you know how many atoms a molecule has, you can count its vibrational modes.

אם אתם יודעים כמה אטומים יש למולקולה, אתם יכולים לספור את צורות הרטט שלה.

Start with the total degrees of freedom,

התחילו עם סך דרגות החופש,

which is three times the number of atoms in the molecule.

שזה שלוש כפול מספר האטומים במולקולה.

That's because each atom can move in three different directions.

זה בגלל שכל אטום יכול לנוע בשלושה כיוונים שונים.

Three of the total correspond to translation

שלושה מהסך מתייחסים להעתקה

when all the atoms are going in the same direction.

כשכל האטומים נעים לאותו כיוון.

And three, or two for linear molecules, correspond to rotations.

ושלושה, או שניים למולקולה לינארית, מתייחסים לסיבוב.

All the rest, 3N-6 or 3N-5 for linear molecules,

כל השאר, 3N-6 או 3N-5 למולקולות לינאריות,

are vibrations.

הן רטיטות.

So what's causing all this motion?

אז מה גורם לתנועה הזו?

Molecules move because they absorb energy from their surroundings,

מולקולות נעות בגלל שהן סופגות אנרגיה מהסביבה שלהן,

mainly in the form of heat or electromagnetic radiation.

בעיקר בצורה של חום או קרינה אלקטרומגנטית.

When this energy gets transferred to the molecules,

כשהאנרגיה מועברת למולקולות,

they vibrate,

הן רוטטות,

rotate,

מסתובבות,

or translate faster.

או מוזחות מהר יותר.

Faster motion increases the kinetic energy of the molecules and atoms.

תנועה מהירה יותר מגבירה את האנרגיה הקינטית של המולקולות והאטומים.

We define this as an increase in temperature and thermal energy.

אנחנו מגדירים את זה כעליה בטמפרטורה ואנרגיה תרמית.

This is the phenomenon your microwave oven uses to heat your food.

זו התופעה בה המיקרוגל שלכם משתמש כדי לחמם את האוכל שלכם.

The oven emits microwave radiation, which is absorbed by the molecules,

המיקרו משגר קרינת גלי מיקרו, שנספגת על ידי המולקולות,

especially those of water.

בעיקר מולקולות מים.

They move around faster and faster,

הן נעות מהר יותר ויותר,

bumping into each other and increasing the food's temperature and thermal energy.

נתקלות אחת בשניה ומגבירות את טמפרטורת המזון והאנרגיה התרמית.

The greenhouse effect is another example.

אפקת החממה הוא דוגמה נוספת.

Some of the solar radiation that hits the Earth's surface

חלק מקרינת השמש שפוגעת בפני כדור הארץ

is reflected back to the atmosphere.

מוחזרת חזרה לאטמוספירה.

Greenhouse gases, like water vapor and carbon dioxide absorb this radiation

גזי חממה, כמו אדי מים ופחמן דו חמצני סופגים את הקרינה הזו

and speed up.

ומאיצים.

These hotter, faster-moving molecules emit infrared radiation in all directions,

המולקולות החמות יותר ונעות מהר יותר מפיצות קרינה אינפרא אדומה בכל הכיוונים,

including back to Earth, warming it.

כולל חזרה לכדור הארץ, ומחממים אותו.

Does all this molecular motion ever stop?

האם כל התנועה המולקולרית הזו אי פעם תפסיק?

You might think that would happen at absolute zero,

אתם אולי חושבים שזה יקרה באפס מוחלט,

the coldest possible temperature.

הטמפרטורה הכי קרה שאפשרית.

No one's ever managed to cool anything down that much,

אף אחד מעולם לא הצליח לקרר משהו כל כך נמוך,

but even if we could,

אבל אפילו אם היינו יכולים,

molecules would still move due to a quantum mechanical principle

מולקולות עדיין היו נעות בשל עקרון מכאניקה קוואנטית

called zero-point energy.

שנקרא אנרגיית נקודת אפס.

In other words, everything has been moving since the universe's very first moments,

במילים אחרות, הכל נע מאז הרגע הראשון של היקום,

and will keep going long, long after we're gone.

וימשיך לנוע הרבה, הרבה אחרי שנעלם.