لامای اژدها

توضیح کوتاه:

به نظر که فیلم بالا به صورت کامپیوتری دستکاری نشده است. چیزی که مشاهده می‌کنید درواقع بازدم لاما در هوای سرد است، که به دلیل میعان تبدیل به قطرات ریز آب شده. همان مهِ سفیدی که وقتی هوا سرد است با تنفس خود به وجود می‌آوریم. ولی پس چرا رنگش سفید نیست؟

از یکی از دریچه‌های طویله پرتو نوری داخل شده است. وقتی که این قطرات ریز آب وارد محدودهٔ این پرتو می‌شوند، یعنی وقتی پرتو مستقیماً به این قطرات می‌خورد، آنها نورهای پرتو را پراکنده می‌کنند. دوربین خارج از محدودهٔ پرتو قرار دارد، برای همین نور آن به طور مستقیم به دوربین نمی‌رسد، امّا نوری که این قطرات (به همه طرف) پراکنده کرده‌اند به دوربین خواهد رسید. به این دلیل قطرات روشن و نورانی دیده می‌شوند. می‌توانید مشاهده کنید که وقتی بازدم هنوز وارد محدودهٔ پرتو نشده است، سفید رنگ دیده می‌شود. به این دلیل سفید دیده می‌شود که با نور پرتو روشن نشده، بلکه نور (ضعیفتر) اطرف به آن تابیده و به طور غیر مستقیم روشنش کرده است.

همانطور که در فیلم می‌بینید (اگر به گوشهٔ بالا-راست فیلم دقّت کرده باشید) خورشید در ارتفاع پایینی قرار دارد. این یعنی یا در حال غروب کردن است و یا طلوع کردن. برای همین پرتویی که از خورشید وارد طویله شده کمی به سرخی متمایل است. بنابراین قطرات ریزِ بازدم لاما به صورت ابری نورانی و (تقریباً) قرمز رنگ دیده می‌شوند. شبیه آتشی که از دهان اژدهاها خارج می‌شود!

توضیح بیشتر:

بازدم قبل از قطره شدن قابل دیدن نیست. با دَم، هوا وارد شش‌ها می‌شود. در آنجا درصدی از مولکولهای اکسیژن به کربن‌دی‌اکسید تبدیل می‌شوند. از طرفی دیگر درصد خوبی از بدن را آب تشکیل داده است. با این رطوبت بالا طبیعی است که وقتی هوا وارد شش‌ها می‌شود (مخصوصاً اگر هوا خشک باشد) مقداری از رطوبت بدن به آن منتقل شود. پس بازدم حاوی مقداری بخار آب‌ نیز خواهد بود.

موادّی که هوای خشک را تشکیل می‌دهند عبارتند از:

(مقدار بقیهٔ مولکولها زیر ۰.۰۴ درصد است.) رطوبت هوا در نقاط مختلف زمین متفاوت است. ولی درصدش هر چقدر هم که باشد، مادامی که تبدیل به قطره نشده باشد، صرفاً یک سری مولکول جدا از هم خواهد بود؛ مثل بقیهٔ مولکولهای تشکیل دهندهٔ هوا. وقتی راجع به بخار آب صحبت می‌کنیم منظورمان همین مولکولهای جدا از هم است. بخار آب رنگی ندارد، یعنی نورهای مرئی را جذب نمی‌کند. اگر شیئی داشتیم که رنگ نداشت (مثلاً یک شیشهٔ بی رنگ) آنوقت چون به قدر کافی بزرگ بود، نور به آن برخورد می‌کرد، مسیرش عوض شده، پخش می‌شد و به چشم ما می‌رسید و به همین دلیل ما می‌توانستیم تشخیص دهیم که شیشه آنجاست؛ یعنی می‌توانستیم شیشه را ببینیم. ولی مثل بقیهٔ مولکولهای هوا که خیلی ریزند و با روشی که شیشهٔ مذکور دیده می‌شد دیده نمی‌شوند، مولکول آب نیز بسیار ریز است و مانند بقیهٔ هوا دیده نخواهد شد. بنابراین بخار آب نامرئی است. امّا وقتی مولکولهای جدای آب با یکدیگر جمع شوند و سپس یک قطره تشکیل دهند، آنوقت این قطرهٔ درشت (نسبت به ابعاد مولکولی) می‌تواند بر روی مسیر نورها تأثیر بگذارد و مرئی شود. پس آن بازدمِ مِه مانندی که دیده می‌شود در واقع حالت مایعِ آب است، نه گاز. دلیل سفید بودن مِه نیز همین است. چون صرفاً  همان نوری که دریافت کرده است را پراکنده می‌کند، بدون توجه به اینکه چه رنگی دارند. بنابراین وقتی نور سفید (که ترکیب همهٔ نورهاست) به قطرهٔ ریز مِه می‌خورد، همهٔ نورها به یک طریق پخش می‌شوند. این باعث می‌شود که نور پراکنده شده نیز سفید بماند. همین، دلیل سفید بودن ابرها هم هست. قیاس کنید با منشور که با نورها رفتار یکسان ندارد و نتیجتاً نور بنفش بیشتر از قرمز می‌شکند و به خاطر همین نور سفید تجزیه می‌شود به طیفی از نورها با رنگهای متفاوت.

امّا اگر از اوّل نوری که به قطره‌های ریز برخورد می‌کند کاملاً سفید نباشد، مثلاً از کلّ سفید فقط آبی و قرمز داشته باشد، آنگاه همانها مستقل از رنگی که دارند پراکنده خواهند شد. هنگام طلوع یا غروب، نور رسیده از خورشید به قرمز متمایل است. اگر این پرتوِ قرمز رنگ به قطرات ریزِ بازدم بتابد، بازدم قرمزتر دیده خواهد شد.

در فیلم از دریچه‌ای پرتو نور غروب یا طلوع خورشید وارد طویله شده و بازدم لاما را با رنگی که به سرخی می‌زند روشن کرده است. اگر دقّت کنید می‌توانید بخشی از بازدم را که هنوز وارد پرتو نشده ویا برعکس، از آن خارج شده است را ببینید که رنگی سفید دارد. مرز پرتو را می‌توان به خوبی تشخیص داد (خط آبی). همینجا بد نیست به این سؤال هم بپردازیم که آیا رنگ کلّی فیلم تغییر کرده است یا نه؟ از آنجایی که در نقاط سفید و نقاط سیاه (دایره‌های قرمز) تغییر رنگی مشاهده نمی‌شود (قرمزتر نشده‌اند)، این احتمال که کل فیلم را قرمزتر کرده باشند ضعیف به نظر می‌رسد. البته الگوریتمهای متفاوتی می‌توان برای تغییر رنگ در نظر گرفت، برای همین به این استدلال نمی‌توان اعتماد کامل کرد.

(ضمناً تا در بحث مرئی و نامرئی بودن هستیم شایستهٔ اشاره است که کربن‌مونواکسید، CO، نیز نامرئی است. پس آنچیزی که در هوای آلوده به صورت دودی تاریک دیده می‌شود مادّهٔ دیگری است.)

برگردیم به بحث تشکیل شدن قطرات ریز آب. مولکولهای هوا، که شامل مولکولهای بخار آب هم می‌شوند، همینطور در مسیر خود آزادانه می‌روند و گهگاهی به یکدیگر برخورد می‌کنند. قطرهٔ ما قرار است حول ذرهٔ کوچکی تشکیل شود. فرض کنید رطوبت طوری باشد که ۱٪ از هوا را بخار آب تشکیل داده باشد. در این صورت، از هر ۱۰۰ مولکولی که به ذره برخورد می‌کنند فقط یکی از آنها آب است. اگر دمای هوا زیاد باشد احتمال اینکه این مولکول آب با سرعت بالایی با ذره برخورد کنند زیاد می‌شود. بین ایندو یک نیروی کششی وجود دارد، امّا خب اگر سرعت مولکول زیاد باشد آنوقت این نیرو برای غلبه به سرعت و نگه داشتنش کافی نخواهد بود. در این حالت آنها به هم می‌خورند و جدا می‌شوند. اگر رطوبت را زیاد کنیم احتمال برخورد مولکولهای آب بیشتر می‌شود. از طرفی اگر دما را زیاد کنیم، احتمال کنار هم ماندن مولکولهای آب و ذرّه کم می‌شود. پس انگار در هر دمایی می‌توان رطوبت آب را آنقدر زیاد کرد تا بالاخره قطره تشکیل شود. یا برعکس انگار در هر رطوبتی می‌توان دما را آنقدر پایین آورد که قطره‌ها شروع به تشکیل شدن کنند. به این دما، دمای نقطهٔ شبنم می‌گویند.

حالا بیایید قضیه را کمی دقیقتر و با روشی دیگر بیان کنیم. فرض کنید یک قطرهٔ ریز تشکیل شده باشد. دمای قطره مقدار جنبش ذرّات آب سازندهٔ آن را تعیین می‌کند. هرچه دما و درنتیجه جنبش بیشتر باشد، احتمال اینکه یک ذرهٔ آب آنقدر سرعت بگیرد که از قطره کنده شود بیشتر می‌شود. پس دمای بیشتر باعث می‌شود قطره با نرخ بیشتری از بین برود. از طرفی هرچه رطوبت هوای دور قطره بیشتر باشد، تعداد مولکولهای آبی که حوالی قطره هستند بیشتر است. این مولکولها گاهی به قطره می‌رسند و به آن می‌چسبند و باعث رشد قطره می‌شوند. پس رطوبت بیشتر باعث می‌شود قطره با نرخ بیشتری بزرگ شود. نقطهٔ شبنم آنجایی است که این دو نرخ با یکدیگر برابر می‌شوند. در این صورت اگر قطره‌ای داشته باشیم، آن قطره پایدار خواهد ماند.

در سرمای زمستان، با هر نفس هوای سرد وارد شش‌ها می‌شود. بدن گرم است و این هوا را کمی گرم می‌کند. در این وضعیت دمای هوای درون ششها بالاتر از نقطهٔ شبنم است و رطوبت به صورت بخار وجود دارد. وقتی بازدم را بیرون می‌دهید دمای محیطِ هوای خارج شده به زیر نقطهٔ شبنم کاهش پیدا می‌کند و مه تشکیل می‌گردد. با تنفس پی در پی، فضای شش و نای و دهان سردتر و خشکتر می‌شود. برای همین بعد از مدّتی ممکن است غلظتِ مه تشکیل شده کمتر و کمتر گردد.

آزمایش کنید: برای اینکه ببینید آیا واقعاً بازدم با تنفس تند و پشت سر هم خشک می‌شود یا نه، ابتدا روی یک آینه ها کنید و اندازهٔ سطحی از آینه که بخار می‌گیرد را مشاهده کنید. سپس کناری بیایید و برای مدّتی پشت سر هم نفس نفس بزنید. دوباره روی آینه ها کرده و نتیجه را با حالت قبل مقایسه کنید.