انقباض چیست؟ – فیزیک با مثال و به زبان ساده

در این مطلب در مورد انقباض صحبت می‌کنیم. به سادگی می‌توان گفت انقباض عکس انبساط است که در آن اندازه مواد کوچک می‌شود و این پدیده در فیزیک به دلیل کاهش دما رخ می‌دهد. مانند انبساط، انقباض نیز در طول، سطح و حجم رخ می‌دهد. این مطلب می‌تواند برای دانش آموزان پایه هفتم مفید باشد.

تغییرات در مواد چگونه هستند؟

دو نوع تغییر در ماده وجود دارد که عبارت از تغییر فیزیکی و تغییر شیمیایی هستند.

همان طور که از نام این دو پدیده پیدا است، یک تغییر فیزیکی بر خواص فیزیکی یک ماده و یک تغییر شیمیایی بر خواص شیمیایی آن تأثیر می‌گذارد. بسیاری از تغییرات فیزیکی برگشت پذیر هستند (مانند گرمایش و سرمایش)، در حالی که تغییرات شیمیایی اغلب غیرقابل برگشت هستند یا فقط با یک تغییر شیمیایی اضافی قابل برگشت هستند.

تغییرات شیمیایی در مواد چه هستند؟

تغییرات شیمیایی به عنوان واکنش‌های شیمیایی نیز شناخته می‌شوند. مواد تشکیل دهنده یک واکنش، واکنش دهنده نامیده می‌شوند و نتیجه نهایی واکنش دهنده‌ها را محصولات می‌نامند. تغییر از واکنش دهنده‌ها به محصولات با یک فلش نشان داده می‌شوند و داریم:

$$Reactants → Products$$

تشکیل حباب‌های گاز اغلب نتیجه یک تغییر شیمیایی است (به جز در مورد نقطه جوش که یک تغییر فیزیکی است). همچنین یک تغییر شیمیایی ممکن است منجر به تشکیل یک رسوب شود، مانند ظهور یک ماده کدر هنگام مخلوط شدن مواد محلول.

پوسیدگی، سوختن، پختن و زنگ‌زدگی همگی انواع دیگری از تغییرات شیمیایی هستند زیرا موادی را تولید می‌کنند که ترکیبات شیمیایی کاملاً جدیدی هستند. به عنوان مثال، چوب سوخته تبدیل به خاکستر، دی اکسید کربن و آب می‌شود. هنگامی که آهن در معرض آب قرار می‌گیرد، به مخلوطی از چندین اکسید و هیدروکسید آهن هیدراته تبدیل می‌شود یا برای مثال مخمر، تخمیر را برای تولید الکل از شکر انجام می‌دهد.

تغییر رنگ غیر منتظره یا انتشار بو نیز اغلب نشان دهنده یک تغییر شیمیایی است. به عنوان مثال، رنگ عنصر کروم توسط حالت اکسیداسیون آن تعیین می‌شود. یک ترکیب کروم تنها در صورتی تغییر رنگ می‌دهد که تحت واکنش اکسیداسیون یا احیا قرار گیرد. گرمای حاصل از پختن تخم‌مرغ، فعل و انفعالات و شکل پروتئین‌های سفیده تخم‌مرغ را تغییر می‌دهد و در نتیجه ساختار مولکولی آن را تغییر می‌دهد و سفیده تخم‌مرغ را از شفاف به مات تبدیل می‌کند. بهترین راه برای اطمینان کامل از فیزیکی یا شیمیایی بودن یک تغییر، انجام آنالیزهای شیمیایی، مانند طیف سنجی جرمی، روی ماده برای تعیین ترکیب آن قبل و بعد از واکنش است.

معرفی فیلم آموزش علوم تجربی پایه نهم – بخش فیزیک

مجموعه فرادرس در تولید و تهیه محتوای آموزشی خود اقدام به تهیه فیلم آموزش علوم تجربی پایه نهم – بخش فیزیک برای دانش آموزان مقطع نهم کرده است. این مجموعه آموزشی از چهار درس تشکیل شده و برای دانش‌آموزان پایه نهم علوم تجربی مفید است.

درس اول این مجموعه به مفاهیم حرکت و انواع حرکت، تندی متوسط و لحظه‌ای و شتاب اختصاص دارد. درس دوم در مورد نیرو، انواع نیرو و قوانین نیوتن صحبت خواهد کرد و درس سوم به بررسی فشار و آثار آن می‌پردازد. در نهایت و در درس چهارم ماشین‌های ساده، ماشین‌های پیچیده، قرقره‌ها، گوه، سطوح شیبدار، پیچ، اهرم‌ها و مزیت مکانیکی آموزش داده می‌شود.

• برای دیدن فیلم آموزش علوم تجربی پایه نهم – بخش فیزیک + اینجا کلیک کنید.

تغییرات فیزیکی در مواد چه هستند؟

در تعریف تغییرات فیزیکی باید گفت که یک تغییر فیزیکی باعث نمی‌شود که یک ماده به یک ماده اساساً متفاوت تبدیل شود، اما یک تغییر شیمیایی باعث می‌شود که یک ماده به یک ماده شیمیایی جدید تبدیل شود. برای مثال، ترکیب یک اسموتی شامل دو تغییر فیزیکی است، تغییر شکل هر میوه و مخلوط شدن بسیاری از قطعات مختلف میوه با یکدیگر. از آنجا که هیچ یک از مواد شیمیایی موجود در اجزای اسموتی در طول مخلوط کردن تغییر نمی‌کنند و برای مثال آب و ویتامین‌های میوه بدون تغییر هستند می‌دانیم که هیچ تغییر شیمیایی در آن دخیل نیست.

برش، پاره شدن، خرد شدن، آسیاب کردن و مخلوط کردن انواع دیگری از تغییرات فیزیکی هستند زیرا شکل را تغییر می‌دهند اما ترکیب یک ماده را تغییر نمی‌دهند. به عنوان مثال، مخلوط کردن نمک و فلفل ماده جدیدی را بدون تغییر ترکیب شیمیایی هر یک از اجزاء تشکیل می‌دهد. تغییرات فاز تغییراتی هستند که هنگام ذوب، یخ زدگی، جوشاندن، متراکم شدن، تصعید یا رسوب کردن مواد رخ می‌دهند. آن‌ها همچنین تغییرات فیزیکی هستند زیرا ماهیت ماده را تغییر نمی‌دهند.

انقباض چیست؟

انقباض یک تغییر فیزیکی در ماده است. انقباض حرارتی عبارت است از کوچک شدن مواد در هنگام سرد شدن. تغییرات دما، خواص فیزیکی مواد را تغییر می‌دهد و هر ماده این کار را در سطح متفاوتی انجام می‌دهد، اما با تغییرات دما، مواد یا منبسط یا منقبض می‌شوند. این رویداد به دلیل تغییرات سطح انرژی آن‌ها در سطح اتمی است.

فیلم آموزش فیزیک پایه ۳ – جامع و کاربردی در فرادرس

کلیک کنید

در حقیقت وقتی چیزی در حال خنک شدن است، اتم‌ها انرژی گرمایی خود را از دست می‌دهند و کمتر و کمتر ارتعاش و نوسان انجام می‌دهند. بنابراین اتم‌ها با از دست دادن انرژی گرمایی، آهسته‌تر و نزدیک‌تر به هم حرکت می‌کنند. بدین ترتیب می‌توان گفت انقباض حرارتی عبارت است کاهش طول، مساحت یا حجم ماده که با سرد شدن رخ می‌دهد. این فرآیند برعکس انبساط حرارتی است، که در آن با افزایش دما در یک ماده، طول، سطح یا حجم ماده افزایش می‌یابد.

تمام مواردی که در مورد انبساط و رابطه بین انبساط خطی، سطحی و حجمی اجسام بیان کردیم در مورد انقباض نیز به صورت معکوس برقرار است. در این رابطه‌ها اختلاف دما که برابر با تفاضل دمای بین دمای نهایی و دمای اولیه است یک مقدار منفی خواهد بود، زیرا دمای نهایی از دمای اولیه کمتر است و مقدار به دست آمده برای تغییرات طول، سطح یا حجم منفی خواهد بود که از مقدار اولیه کم خواهد شد. برای آشنایی و مطالعه بیشتر در زمینه انبساط خطی، سطحی و حجمی مطلب انبساط چیست ؟ — با مثال و به زبان ساده را مطالعه کنید.

انقباض حرارتی برعکس انبساط حرارتی است. هنگامی که دما کاهش می‌یابد، حرکت اتم‌ها آرام شده و در نتیجه جسم منقبض می‌شود. در این حالت اتم‌ها به صورت سریع با یکدیگر برخورد نمی‌کنند و به فضای زیادی برای حرکت نیاز ندارند. هنگامی که ماده کوچک می‌شود، در حقیقت مرزهای ماده کوچک شده و در نهایت ماده منقبض می‌شود.

اکثر جامدات، مایعات و گازها هنگام سرد شدن منقبض می‌شوند. یکی از استثناهای قابل توجه آب است. آب یک عنصر جادویی است که در نقطه انجماد منبسط می‌شود. آب مایع زمانی که سرد می‌شود منقبض شده و انتظار دارید که با سردتر شدن آن به انقباض ادامه دهد. وقتی آب در حالت انجماد قرار می‌گیرد و به جامد تبدیل شده، منبسط می‌شود. به همین دلیل است که ممکن است با یخ زدن آب در داخل لوله‌های آب این لوله‌ها دچار آسیب شوند زیرا یخ فضای بیشتری را نسبت به آب مایع اشغال می‌کند.

انقباض در جامدات

برای مثال در مورد انقباض در جامدات می‌توان به یک لیوان شیشه‌ای خیلی داغ اشاره کرد. اگر این لیوان را زیر آب سرد نگه داریم، ترک می‌خورد. این رویداد به این دلیل است که سطح بیرونی شیشه در تماس مستقیم با آب سرد قرار می‌گیرد و نسبت به سطح داخلی آن بیشتر منقبض می‌شود.

انقباض در مایعات

در مطلب انبساط مشاهده کردیم که آب با گرم شدن منبسط می‌شود. با یک آزمایش ساده می‌توان مشاهده کرد که با سرد شدن آب می‌توان آن را مجدداً به داخل ظرف کوچکی برگرداند و آبی از ظرف سرریز نشود زیرا آب منقبض شده و حجم کمتری را اشغال می‌کند.

انقباض در گازها

این آزمایش را نیز می‌توانید به راحتی انجام دهید. اگر یک بادکنک باد شده را در دهانه بطری ببندید و بطری را در آب سرد و یخ بگذارید، مشاهده می‌کنید اندازه بالون کوچک می‌شود، زیرا هوای داخل بالون در هنگام خنک شدن منقبض می‌شود و حجم بادکنک کم می‌شود.

کاربردهای انبساط و انقباض چیست؟

انبساط گرمایی را می‌توان در چندین فعالیت روزمره استفاده و مشاهده کرد. فرض کنید در فلزی شیشه مربا را نمی‌توانید باز کنید، با فرو کردن درب فلزی در آب گرم به راحتی می‌توان در شیشه مربا را باز کرد. دقت کنید که در این حالت باید شیشه را برعکس کرده و فقط در آن را در آب داغ فرو ببرید. پس از مدتی، در را می‌توان به راحتی باز کرد زیرا در آن کمی منبسط شده است.

این واقعیت که مواد بر اثر گرما منبسط می‌شوند در دماسنج‌ها نیز استفاده می‌شود. در بسیاری از دماسنج‌ها از جیوه استفاده می‌شود. هنگامی که سر دماسنج با یک جسم داغ تماس پیدا می‌کند، جیوه منبسط می‌شود و سطح آن در لوله شیشه‌ای بالا می رود که نشان دهنده افزایش دما است، عکس این مطلب نیز صادق است و با تماس سر جیوه با جسم سرد، جیوه منقبض می‌شود و سطح آن در لوله دماسنج پایین می‌آید.

برای مثال آیا فکر کرده‌اید چرا خطوط برق هرگز به طور محکم بین تیرها آویزان نمی‌شوند؟ سیم در محیط بیرون در معرض شرایط آب و هوایی متغیر از گرمای زیاد تا سرمای شدید است. این موضوع می‌تواند سبب شود که یک سیم محکم بین تیرها در هنگام انقباض در زمستان پاره شود.

انقباض عضلانی چیست؟

به استثنای رفلکس‌ها، تمام انقباضات ماهیچه‌های اسکلتی در نتیجه تلاش آگاهانه‌ای که از مغز منشا می‌گیرد، رخ می‌دهد. در حقیقت مغز سیگنال‌های الکتروشیمیایی را از طریق سیستم عصبی به نورون‌های حرکتی می‌فرستد که بافت‌های عضلانی را فراهم می‌کنند. یک نورون حرکتی منفرد با پایانه‌های آکسون متعدد می‌تواند چندین بافت عضلانی را عصب دهی کند و در نتیجه باعث انقباض همزمان آن‌ها شود. ارتباط بین پایانه آکسون نورون حرکتی و بافت عضلانی در محل اتصال عصبی عضلانی رخ می‌دهد. این یک سیناپس شیمیایی است که در آن یک نورون حرکتی سیگنالی را به فیبر عضلانی ارسال می‌کند تا انقباض عضلانی را آغاز کند.

فرآیندی که توسط آن سیگنال در یک اتصال عصبی عضلانی مخابره می‌شود در شکل زیر نشان داده شده است. توالی رویدادها زمانی آغاز می شود که یک پتانسیل عمل در بدنه سلولی یک نورون حرکتی آغاز می‌شود و پتانسیل عمل در امتداد آکسون نورون به محل اتصال عصبی عضلانی منتشر می‌شود. هنگامی که پتانسیل عمل به انتهای آکسون می‌رسد، باعث ایجاد ناقل عصبی استیل کولین (ACh) از وزیکول‌های سیناپسی در انتهای آکسون می‌شود. مولکول‌های ACh در سراسر شکاف سیناپسی پخش می‌شوند و به گیرنده‌های پوشش عضلانی متصل می‌شوند و در نتیجه انقباض عضلانی را آغاز می‌کنند. انقباض عضلانی با دپلاریزاسیون سارکولما ناشی از ورود یون‌های سدیم از طریق کانال‌های سدیم مرتبط با گیرنده‌های ACh آغاز می‌شود.

در دنیای غشاهای تحریک‌پذیر رویداد‌ها خیلی سریع اتفاق می‌افتند (به این فکر کنید که چقدر سریع می‌توانید به محض اینکه تصمیم گرفتید انگشتتان را خم کنید). بلافاصله پس از دپلاریزاسیون، غشا دوباره قطبی می‌شود و پتانسیل منفی غشاء را دوباره برقرار می‌کند. در همین حال، ACh در شکاف سیناپسی توسط آنزیم استیل کولین استراز (AChE) تجزیه می‌شود. ACh نمی‌تواند دوباره به گیرنده متصل شود و کانال آن را دوباره باز کند، که باعث تحریک و انقباض عضلانی ناخواسته می‌شود.

انتشار یک پتانسیل عمل در طول سارکولما وارد لوله‌های T می‌شود. برای رسیدن پتانسیل عمل به غشای SR، انواژیناسیون‌های دوره‌ای در سارکولما وجود دارد که لوله‌های T نامیده می‌شوند و T مخفف عرضی است. چیدمان یک لوله T با غشای SR در دو طرف، «سه گانه» (triad) نامیده می‌شود. این سه گانه ساختار استوانه‌ای به نام میوفیبریل را احاطه کرده است که حاوی اکتین و میوزین است. لوله‌های T پتانسیل عمل را به داخل سلول حمل می‌کنند، که باعث باز شدن کانال‌های کلسیمی در غشای SR مجاور می‌شود و باعث انتشار $$Ca++$$ از SR و داخل سارکوپلاسم می‌شود. ورود $$Ca++$$ به سارکوپلاسم است که باعث انقباض غشای عضلانی توسط واحدهای انقباضی آن یا سارکومرها می‌شود.

اسپاسم یا انقباض عضلانی ناگهانی را چگونه می‌توان درمان کرد؟

اسپاسم یا گرفتگی عضلانی نسبتاً شایع است و اغلب در عضلات پا رخ می‌دهد. اما هر ماهیچه دیگری از جمله کمر، دست‌ها، پاها یا انگشتان پا ممکن است دچار اسپاسم شوند. اسپاسم عضلانی می‌تواند از چند ثانیه تا 15 دقیقه طول بکشد. اگر گرفتگی عضلات مزمن را تجربه کردید، ممکن است بخواهید به پزشک مراجعه کنید. اسپاسم ممکن است یک انقباض در عضله باشد یا ممکن است احساس گرفتگی یا سفت شدن داشته باشد، مانند یک گره. پس از توقف انقباض، عضله می‌تواند احساس درد و لرزش کند. گاهی اوقات اسپاسم شدید می‌تواند ناتوان کننده باشد. در ادامه ۹ روش برای درمان گرفتگی عضلات را معرفی کرده‌ایم:

• حرکات کششی
• ماساژ
• گرم کردن یا سرد کردن
• نوشیدن آب
• نرمش سبک
• داروهای بدون نسخه مانند ویتامین B-12 و منیزیم
• کرم‌های موضعی که ضد التهاب و تسکین دهنده درد هستند.
• هایپرونتیلاسیون یا نفس کشیدن با شدت عمیق‌تر و سریع‌تر از حد نرمال
• داروهای مورد نیاز با نسخه

جمع‌بندی

در این مطلب در مورد انقباض و ویژگی‌های آن صحبت کردیم. برای توضیح انقباض انواع تغییرات ماده را که به دو دسته تغییرات شیمیایی و فیزیکی تقسیم بندی می‌شوند را معرفی کردیم. به این ترتیب انواع انقباض که به صورت خطی، سطحی و حجمی است را مورد بررسی قرار دادیم. همچنین به صورت مختصر در مورد انقباض عصلانی و راهکارهای درمان آن نیز صحبت کردیم.