הדס שאלה אותנו מה גורם לאפקט צ'יריוס?


סיכות מהדק נמשכות זו לזו בספל מים. התמונה מויקיפדיה.

אפקט זה מתאר את הנטייה של עצמים קטנים צפים להמשך זה אל זה. ראשית כל יש להסביר בקצרה מה גורם לעצם לצוף על פני נוזל, לדוגמא מים.

עצמים שצפיפותם קטנה מצפיפות המים (להלן לא נדייק ונאמר 'קלים' מן המים), כגון בועות אוויר ודגני בוקר, צפים בגלל כח הציפה (המקביל לכח העילוי בגז), ניתן להסביר זאת לצורך העניין בצורה פשטנית ביותר- מה היינו מעדיפים להחזיק, ליטר מים או ליטר ברזל? גם המים מעדיפים להחזיק ליטר מים על פני ליטר ברזל, וליטר אוויר עדיף על ליטר מים. לכן אם יש בועת אוויר בתוך המים, המים 'יודעים' שאם הם ירימו את הבועה הם יוכלו להניח במקומה מים, הם ישקיעו אנרגיה בדחיפת האוויר למעלה וירוויחו יותר כי מפלס המים ירד.
כאשר בפני הנוזל, החלקים בדרך כלל, ישנה עלייה מקומית- העצם הצף, שנקלע לשיפוע, ישאף לנוע לצד שבו פני הנוזל גבוהים יותר (מאותם שיקולים שראינו לעיל).


פקק שעם נצמד לדפנות הקערה. מתוך תשובה לשאלה שנשאלה בנושא

אם נתבונן בקערת מים, נבחין שבשוליה מפלס המים גבוה במעט מאשר באמצעיתה, תופעה זו נקראת 'תאחיזה' (אדהזיה), והיא נובעת מכך שכוחות המשיכה בין המים והזכוכית חזקים יותר מאשר בין מולקולות המים לעצמן. לפי האמור לעיל, בועות שיימצאו בקרבת השפה יימשכו אליה, כיוון שבצדה המפלס גבוה יותר.


צורת ה'מניסקוס' עקב התאחיזה בין הנוזל והזכוכית. ויקיפדיה.

באופן דומה נוכל להסביר את המשיכה בין בועה לרעותה. כאשר עצם צף על פני המים, כח הציפה מנסה לדחוף אותו מעלה, אך מתח פני המים - שלא נסביר אותו כאן, אלא רק נאמר בפשטות שבהשפעתו אפשר להתייחס אל פני הנוזל כאל קרום ('ממברנה') מתוח -  מפעיל כח נגדי שמנסה להקטין ככל האפשר את עיוות פני המים. הפשרה שתמצא (למזלנו הטבע מוצא פשרות כאלה בעצמו כך שאיננו חייבים תמיד לחשב את המצב האופטימלי) היא שהעצם יימצא חלקית בתוך המים, ופני המים יעלו במקצת בקרבתו. עצם צף אחר שיקלע לקרבת ה'גבעה' ינוע כלפי מעלה ו'יימשך' לחברו.



חדי העין יוכלו להבחין בעליית פני המים בקרבת השעם.

עצמים צפופים יותר מהמים לא יצופו באותו אופן, אך אם הם קטנים מספיק, הם יכולים 'לשבת' על פני המים, שעקב מתח הפנים לא ייקרעו אלא רק יתעוותו קצת כלפי מטה, ממש כמו חפץ קטן על קרום מתוח. עצם אחר שייקלע לקרבת מקום ירגיש שיפוע כלפי מטה, וינוע לאורך השיפוע לכיוון העצם השני.


  "רץ מים" עומד על פני המים. ניתן להבחין בעיוות פני המים תחת רגליו. ויקיפדיה.

לעומת זאת, עצם 'קל' שיתקרב לעצם 'כבד' ינוע במעלה השיפוע- ויתרחק מהעצם הכבד, וכן העצם הכבד ישאף להתרחק מהעצם הקל שלידו מפלס המים גבוה יותר.

אנו מוצאים בתופעה זו קונספט מעניין מאוד שנקרא 'כח אפקטיבי', דגני הבוקר לא מפעילים כח זה על זה, אין כאן שום 'שדה צ'יריוס', יש כאן עיוות מקומי של פני השטח שנגרם על ידי עצם, שמשפיע על שקול הכחות שמופעלים על עצם אחר, וזה גורם לכך שבאופן פורמלי ניתן להסתכל על זה כאילו שני העצמים מושכים זה את זה. ואמנם בעבודה שנעשתה לאחרונה בנושא, החוקרים עמלו כדי לנסח את 'חוק צ'יריוס' המבטא את הכח האפקטיבי הנ"ל.

כנקודה נוספת אציין שתורת היחסות הכללית מסבירה את כח המשיכה בין מסות מרוחקות ככח אפקטיבי הנובע מעיוות גאומטרי של החלל בקרבת המסות, וכן תורת השדות הקוונטית מסבירה את כח המשיכה החשמלי בין מטענים מרוחקים כנובע מאינטראקציות מקומיות בין מטענים ופוטונים, כך שכח אפקטיבי אינו פחות פיזיקלי מכח המשיכה או הכח החשמלי.


אלעד יעקבי
המחלקה לחומר מעובה
מכון ויצמן למדע



הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.