مثعب

  هذه المقالة عن السيفون. لمعلومات عن معانٍ أخرى، طالع مثعب (توضيح).

مبدأ العمل

المِثْعَب (الجمع: مثاعب) جهاز لحمل السائل من مستوى معين إلى مستوى منخفض. ويحتوي على خرطوم، أو أنبوب مَثْنِيّ، بحيث يكون جانب واحد أطول من الآخر. ولبَدْء العمل، يجب أن يُمْلأ السَّيفون بأكمله بالماء. وإذا تم وضع الجانب القصير للسَّيفون في صندوق السَّائل، فإنَّ السائل سيندفع إلى أعلى الجانب القصير للأَنبُوب، ثم إلى أدنى، ومن ثَمّ إلى خارج الجانب الطويل.

هناك نظريتان رئيسيتان حول كيفية تسبب المَثَاعِب في جريان السائل صعوداً، عكس الجاذبية، دون ضخ، وبقوة الجاذبية وحدها.

كانت النظرية التقليدية لقرون عدة تفيد بأن سحب الجاذبية للسائل إلى أسفل في جانب خروج المِثعَب يؤدي إلى انخفاض الضغط في قمته. حينها يتمكن الضغط الجوي من دفع السائل من الخزان العلوي، صعوداً نحو منطقة الضغط المنخفض في قمة المِثعَب، كما يحدث في مقياس الضغط الجوي أو قشة الشرب، ومن ثم يتجاوزها.

غير أنه قد أُثبِتَ أن المَثَاعِب يمكن أن تعمل في الفراغ وأن تصل إلى ارتفاعات تتجاوز الارتفاع البارومتري للسائل. وبناء على ذلك، دُعِمَت نظرية الشد التماسكي لعمل المِثعَب، حيث يُسحب السائل فوق المِثعَب بطريقة مشابهة لظاهرة الفوران السلسلي.

لا يشترط أن تكون إحدى النظريتين هي الصحيحة دون الأخرى، بل قد تكون كلتاهما صحيحتين في ظروف مختلفة من الضغط المحيط. فنَظرية الضغط الجوي والجاذبية لا يمكنها تفسير عمل المَثَاعِب في الفراغ، حيث لا يوجد ضغط جوي يُعتد به. لكن نظرية الشد التماسكي والجاذبية لا تستطيع تفسير مَثَاعِب غاز ثاني أكسيد الكربون ، وعمل المَثَاعِب رغم وجود الفقاعات، ومِثعَب القطيرات الطائرة، حيث لا تُمارس الغازات قوى سحب ذات شأن، كما أن السوائل غير المتلامسة لا يمكنها ممارسة قوة شد تماسكي.

تقر جميع النظريات المنشورة المعروفة في العصر الحديث بأن معادلة برنولي تمثل تقريبا جيدا لعمل المِثعَب في حالته المثالية الخالية من الاحتكاك.

التسمية

المِثْعَب اسم آلة على وزن مِفْعَل، جذره (ث ع ب)، وجاء في المعجم المدرسي: «ثَعَب يثعَب الماء والدم ثعبًا: فجَّره فسال».، وتضبط بعض المعجمات الكلمة بصيغة اسم المكان المَثْعَب وهو «مسيل الماء من الحوض وغيره»، وتُسمَّى هذه الأداة أيضًا السحارة أو الممص أو الرشافة أو السيفون معرَّبة من اليونانية: σίφων وتعني «أنابيب».

نظرة تاريخية

• عُثِر على نقوش فرعونية على جدران المعابد في مصر تظهر استخدام مثاعب منذ عام 1500 قبل الميلاد
• توجد أدلة على استخدام المهندسين اليونانيين للمثاعب في القرن الثامن قبل الميلاد.

نظرية عمل أنابيب السيفون

• يعمل السيفون بسبب قوة الجاذبية، حيث ينجذب عمود السائل الأطول إلى الأسفل وتكون قوة الجذب للعمود الأقصر غير كافية لجعله ثابتا فيتحرك السائل داخل هذا العمود إلى الأعلى
• يتحدد أقصى ارتفاع يمكن أن تصل إليه قمة السيفون على 3 عوامل:

1. كثافة السائل.
2. الضغط الجوي.
3. ضغط البخار للسائل.

• حيث أنه عندما ينخفض الضغط داخل أنبوب السيفون إلى أقل من ضغط البخار، تبدأ فقاعات الغاز في التكون مما يسبب توقف مرور السائل وانتهاء تأثير السيفون. (الماء على سبيل المثال تحت تأثير الضغط الجوي يكون أقصى ارتفاع سيفون تقريبا = 10 متر).
• لسهولة فهم نظرية عمل السيفون يمكن تخيله بأنه سلسلة معلقة على بكرة وأن السلسلة لها طرف طويل وطرف قصير سيتحرك الجانب الطويل للسلسلة إلى أسفل، والجانب القصير سوف يتحرك إلى أعلى (يوجد بعض الاختلافات في تمثيل السيفون بالبكرة مثل ضغط البخار وتكون الفقاقيع.

متطلبات عمل السيفون

• يحتاج السيفون إلى مضخة خارجية لبدء تدفق السائل فقط (أحيانا يستخدم فم الإنسان وهذا الأمر شائع في نقل البنزين من خزان سيارة إلى خزان سيارة أخرى رغم خطورة هذه العملية حيث أن الإنسان يضطر في الغالب إلى بلع كمية بنزين بطريقة مفاجئة وهو سائل سام للغاية أو استنشاقه في الرئتين مما قد يسبب الموت أو الضرر البالغ بالرئة) .
• إذا كانت الأنبوبة مغمورة في السائل قبل التوصيل لن تحتاج إلى مضخة خارجية لبدء التدفق .

تطبيقات أنبوب السيفون

• تستخدم في تنقية السوائل من الشوائب حيث أنها لن تنقل الشوائب من خزان إلى آخر
• تستخدم في توصيل شبكات المياه أو الصرف عند وجود عوائق أو تضاريس
• تستخدم في إزالة المياه من الشوارع بعد الفيضانات ... تنقل المياه إلى البحر أو النهر
• تستخدم في الزراعة لنقل المياه من خندق إلى آخر لري الأراضي