في Frozen II ، تعود ملكة الجليد إلسا مع قيادتها السحرية للثلج والجليد. رقاقات الثلج تتناثر من أطراف أصابعها. يمكنها تفجير الجليد لمحاربة النيران. ربما ستتفوق على إنجازها في الفيلم الأول لاستحضار قصر جليدي شاهق. ولكن ما مدى قرب لمسة إلسا الجليدية من الواقع؟ وهل ستصمد قلعة جليدية ضخمة؟
في عالمنا ، يمكن للعلماء المهتمين بالفيزياء أن يصنعوا رقاقات الثلج. وإلسا ليست وحدها في البناء بالجليد. يمكن للمهندسين المعماريين صنع هياكل خيالية من الجليد أيضًا. قد يكون البعض خارج هذا العالم.
الشرح:صنع ندفة الثلج
صنع الثلج يتطلب ثلاثة مكونات. "أنت بحاجة إلى البرد. يشرح كينيث ليبرخت ، "أنت بحاجة إلى الرطوبة وإلى طريقة ما لبدء العملية". إنه عالم فيزياء في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في باسادينا. لجأت ديزني إلى خبير ندفة الثلج هذا كمستشار لـ فروزن.
في شكل بلورات جليدية ، تتشكل رقاقات الثلج فقط عندما تتجمد. لكن درجة الحرارة تلعب دورًا في شكل الرقائق. تتشكل أنماط التفرع المتقنة فقط حول -15 درجة مئوية (5 درجات فهرنهايت) ، يلاحظ ليبرخت. "هذه درجة حرارة خاصة جدًا." أكثر دفئًا أو برودة وتحصل على أشكال أخرى - أطباق ومنشورات وإبر والمزيد.
عندما تكون الرطوبة عالية ، يحتوي الهواء على الكثير من بخار الماء:"الرطوبة بنسبة 100 في المائة عندما يكون كل شيء رطبًا فقط ،" يشرح. الرطوبة العالية تجعل الظروف مواتية للثلج. ولكن لبدء العملية ، تحتاج رقاقات الثلج إلى تنوي (Nu-klee-AY-shun). هنا ، هذا يعني تجميع جزيئات بخار الماء معًا لتكوين قطرات ، عادةً عن طريق التكثيف على جسيم من الغبار أو أي شيء آخر. ثم يتجمدون وينموون. يقول:"يتطلب الأمر حوالي 100000 قطرة سحابة لصنع ندفة ثلجية واحدة".
في المختبر ، يمكن لـ Libbrecht تحفيز الثلج بعدة طرق. على سبيل المثال ، يمكنه إخراج الهواء المضغوط من الحاوية. "أجزاء من الهواء في هذا الغاز المتوسع تذهب إلى درجات حرارة منخفضة جدًا ، مثل -40 إلى -60 [درجة مئوية]." هذا يتراوح من -40 إلى -76 درجة فهرنهايت. في هذه الفترات الزمنية ، تحتاج جزيئات أقل إلى الاتحاد لبدء ندفة ثلجية. يمكن أيضًا للثلج الجاف ، وفرقعة غلاف الفقاعات وحتى انكسار الكهرباء أن يؤدي الغرض.
ربما تكون أطراف أصابع إلسا هي سبب نمو ندفة الثلج. يقول ليبرخت:"قد يكون هذا هو السحر الذي تفعله إلسا". لديها ميزة أخرى على الطبيعة - السرعة. تستغرق رقاقات الثلج من Libbrecht ما بين 15 دقيقة إلى ساعة لتنمو. تستغرق رقاقات الثلج المتساقطة عبر السحب وقتًا مشابهًا.
قلعة إلسا الجليدية لديها أيضًا مشكلة تتعلق بالوقت. في غضون ثلاث دقائق تقريبًا ، بينما كانت إلسا ترتدي عبارة "Let It Go" ، امتد قصرها إلى السماء. ليس من الواقعي التفكير في قدرة شخص ما على إزالة الحرارة من الكثير من الماء بالسرعة الكافية لتجميدها على هذا النحو. في الواقع ، يلاحظ ليبرخت ، "من الواضح أنه لا يوجد الكثير من الماء في الهواء."
تكسير ، زحف ، ذوبان
لكن إذا تركنا كل ذلك ، فكيف تصمد قلعة الجليد؟
من الواضح أن الجليد يذوب عندما يكون دافئًا. إذا وضعنا القصر جانباً ، فقد لا يكون بهذه الصلابة - من الناحية الهيكلية على أي حال. الجليد هش. ورقة منه تتحطم عند اصطدامها بمطرقة. تحت الضغط أيضًا ، يمكن أن يتشقق الجليد ويتحطم ، كما يشير مايك ماكفيرين. إنه عالم جليدي في جامعة كولورادو بولدر. هناك ، يدرس الجليد الذي يتكون من الثلج المضغوط. يقول:"إذا كنت تحاول تشييد مبنى كبير ... فسيكون من الصعب جدًا الحصول على الجليد [لتحمل وزنًا كبيرًا] دون تشقق".
وحتى تحت درجة التجمد ، يلين الجليد مع ارتفاع درجة حرارته. كما يمكن أن تتشوه تحت الضغط. هذا ما يحدث مع الأنهار الجليدية. يقول ماكفيرين إن الجليد في القاع سيتشوه في النهاية تحت ثقل نهر جليدي. وهذا ما يسمى الزحف وهو "السبب الكامل لتدفق الأنهار الجليدية".
شيء من هذا القبيل يمكن أن يحدث لقصر الجليد ، خاصة إذا كان طويلًا وثقيلًا. مع وجود الجليد الناعم والزاحف في قاعدته ، "سيبدأ المبنى بأكمله في التحول والانحناء والتشقق" ، كما يقول. قد تستمر تلك القلعة لأشهر فقط. سوف يستمر كوخ الإسكيمو الصغير لفترة أطول لأنه لا يتعرض لضغوط كبيرة.
تقول راشيل أوبارد إنه ربما ينبغي أن يكون لدى إلسا أيضًا كوخ اسكيمو احتياطي. إنها مهندسة مواد في معهد SETI في ماونتن فيو بولاية كاليفورنيا. يبدو أن قلعة إلسا عبارة عن بلورة واحدة. بلورة الجليد أضعف في بعض الاتجاهات من غيرها. لكن في كوخ الإسكيمو ، "كل كتلة بها آلاف من بلورات الجليد الصغيرة ، كل منها يتحول بطريقة مختلفة" ، تشرح. لذلك لن يكون هناك اتجاه واحد ضعيف كما هو متوقع في هذه القلعة. وتضيف أنه إذا أصيبت من الجانب ، فمن المحتمل أن تنكسر أجزاء رقيقة من القلعة.
يقول أوبارد:"يمكن أن تقوي إلسا قلعتها من خلال إضافة مادة ثانية - مثل دقيق الشوفان في ملف تعريف ارتباط دقيق الشوفان". والناس يفعلون ذلك منذ بعض الوقت.
استدعاء التعزيزات
في الحرب العالمية الثانية ، مع نقص المعروض من الفولاذ ، وضع البريطانيون خطة لبناء حاملة طائرات بهيكل مصنوع من الجليد. اعتقدوا أنه يمكن أن تجعل الطائرات على مسافة قريبة من أهدافهم. اكتشف العلماء أن بإمكانهم تقوية الجليد عن طريق تقويته بألياف الخشب. سمي هذا المزيج من الجليد واللب "بايكريت" - على اسم جيفري بايك. كان من العلماء الذين طوروها.
تم صنع نموذج أولي لسفينة بيكريت في عام 1943. كان من المفترض أن يبلغ طول السفينة الجليدية الحقيقية أكثر من ميل واحد. لكن الخطط لذلك غرقت لأسباب عديدة. وكان من بينها التكلفة الباهظة للسفينة.
لا تزال بيكريت مصدر إلهام لبعض المهندسين المعماريين. أحدهم هو أرنو برونك من جامعة أيندهوفن للتكنولوجيا في هولندا. يقوم فريقه ببناء الهياكل - قباب بحجم المبنى ، وأبراج وأشياء أخرى - بمزيج من الجليد. نظرًا لأن المواد رخيصة والتركيبات مؤقتة ، يمكنك إجراء الكثير من التجارب ، على حد قوله.
يلاحظ برونك:"إذا عززت [الثلج] بالسليلوز ، مثل نشارة الخشب أو الورق ، فإنه يصبح أقوى". كما أنه يصبح أكثر مرونة ، مما يعني أن المادة سوف تنثني أو تتمدد قبل أن تنكسر. الدكتايل هو عكس هش.
في عام 2018 ، صنع فريق برونك أطول هيكل جليدي حتى الآن. برج فلامنكو الجليدي هذا في هاربين ، الصين كان ارتفاعه حوالي 30 مترًا (حوالي 100 قدم)!
قام الفريق أولاً بصنع هيكل كبير قابل للنفخ مملوء بالهواء. ثم قاموا برش البيكريت السائل فوقه - هذه المرة ، مزيج من الماء والألياف الورقية. استقر هيكلها مع تجمد الماء. استغرق البناء حوالي شهر. على الرغم من ارتفاعها ، إلا أن جدرانها كانت رقيقة. عند الأساس مباشرة ، كانت الجدران بسماكة 40 سم (15.75 بوصة). لقد تناقصت حتى سماكتها 7 سنتيمترات (2.6 بوصة) في الأعلى.
يبدو أن المريخ به بحيرة من المياه السائلة
يخطط الفريق لبرج آخر ليتجاوز رقمه القياسي. لكن علماء آخرين يفكرون في صنع هياكل جليدية أخرى. يكتشف هؤلاء الباحثون ما قد يتطلبه بناء موطن جليدي على المريخ للمستكشفين البشريين. قد تساعد الجدران الجليدية في حماية رواد الفضاء ، لأن الجليد يمكن أن يمنع الإشعاع. بالإضافة إلى ذلك ، لن يضطر الناس إلى نقل المياه من الأرض. تم العثور على الجليد بالفعل على سطح المريخ.
على الرغم من أنه لا يزال مجرد مفهوم ، "بيت الجليد ليس خيالًا علميًا" تقول شيلا ثيبولت. إنها عالمة فيزياء في مركز أبحاث لانغلي التابع لناسا في هامبتون ، فيرجينيا. الفكرة الحالية هي تغليف الثلج بالبلاستيك ، كما تقول. هذا من شأنه أن يساعد في إعطاء الجليد بعض الهيكل. وسيحتفظ بالمادة إذا تسببت درجات الحرارة في الذوبان أو تحول الجليد مباشرة إلى بخار الماء. (يمكن أن تتجاوز درجة التجمد في بعض المواقع على كوكب المريخ.)
ربما يمكن أن تساعد إلسا في تجميد الجليد لموائل المريخ. وربما ستكون في المنزل هناك. كما تعلم ، لأن البرد لا يزعجها بأي حال.
