عندما تحاصرك النيران: قف مكانك، انخفض، وابدأ بالغناء؟

لأكثر من 150 عامًا، علم العلماء أن بإمكان موجات الصوت أن تُطفيء النار، و لكنهم لا يعرفون كيف حتى الآن.

“زدتُ من طاقتي و رفعت صوتي، و الآن انطفأ اللهب” – هذا هو ما كتبه العالم الأيرلندي جون تيندال حول تجاربه مع الصوت والنار عام 1857.

عدد هائل من العروض العامة وحفنة من الفحوصات المخبرية اللاحقة، والباحثون ما زالوا يكافحون ليحددوا بالضبط كيف أن الصوت يُطفئ النيران.

ينتقل الصوت على شكل موجات، والتي هي ببساطة تغيرات في الضغط ضمن وسطٍ ما، سواء أكان الوسط صلبًا سائلا أو غازيًا.

الطاقة الناتجة من الأشياء المهتزة، كأغشية مكبرات الصّوت، تنتقل من جسيم لآخر في الهواء بنمط تكراري يتألف من مناطق ضغط عالية و منخفضة متتالية، هذه الطاقة هي ما نعتبره نحن كـ”الصوت”.

وفقاً لقوانين الغاز المثالي، فإن درجة الحرارة و الضغط و الصوت مرتبطين ببعضهم البعض، و بالتالي، يمكن لإنخفاض في الضغط أن يؤدي إلى انخفاض موافق في درجة الحرارة، هذا ما يمكن أن يفسر كيف للصوت أن يطفئ اللهب.

في عام 2004، قام ديميتري بلاكس و العديد من زُملائهِ الطّلاب في جامعة غرب جورجيا باختبار فيما إنْ كانت الأمواج الصّوتية قادرة على إخماد الحرائق، على أمل استخدام هذه التقنية لإطفاء النار على متن المراكب الفضائية.

و للتجربة قاموا بوضع شمعة ضمن غرفة كبيرة غير مسقوفة و ثبتّوا 3 مكبرات صوت ضِخام على جدران الغرفة.

أُشعلَت الشمعة ثم بدأوا بعرض أغنية فرقة الروك الكندية “Nickelback” “كيف تذكرينني” على المكبرات الضخمة.

و بعد عشر ثوان لم يحدث فيها أي شيء مثير للاهتمام، وصلت الأغنية إلى طبقة صوتية منخفضة، انطفأ اللهب، وفقًا للنتائج التي نشرتها صحيفة المجمع الأميركي للصوتيات عام 2005.

“نحن لا نعرف بالضبط ما الذي حدث” يقول بلاكس، والذي هو الآن طالب في معهد جورجيا للتكنلوجيا.

يشرح الفيزيائي جيمس إسبينوسا في كلية رودس في ممفيس تينسي – و هو المستشار السابق لفريق الطلاب – أن الشمعة لم تكن تفقد الأوكسجين الذي يغذي اللهب حيث أن الغرفة كانت كبيرة ومفتوحة السقف للهواء الخارجي.

هو أيضًا لا يظن أن النار انطفأت بفعل الرياح –والتي يمكن عادةً أن تستبدل الهواء الدافئ حول الشمعة بهواء أبرد- على الرغم من حتمية القيام بتصوير حراري عالي الدقة لتأكيد هذه الفكرة.

و هنا دليل آخر على أن الشمعة لم تطفأ بفعل الرياح: تردد الصوت (الوقت اللازم لنجاح كمات من الصوت بعبور نقطة مكانية محددة).

“هناك تردد محدد تنطفئ عنده الشمعة” يقول إسبينوسا.

اختبر الطلاب مجموعة متنوعة من الترددات يبن خمسة إلى عدة مئات هرتز.

و وجدوا أن المجال الفعال الذي تنطفئ على إثره الشمعة هو ما بين 40-50 هرتز، وهو ضمن مجال سمع الأذن البشرية.

يظن بلاكس أن الهبوط الحاد في الضغط والذي سببته الموجة الصوتية هو المسؤول عن إطفاء اللهب.

يوافق على هذا الكلام أيضًا غاري روف مدير المشروع المختص بتقنيات السيطرة على الحرائق في مركز أبحاث غلين في كليفلاند التابع لناسا، فيقول:

“إذا كان الفرق بين قمة الضغط المرتفع و أصغر قيمة عند الضغط المنخفض كبيرًا كفاية فإنه سيكون قادرًا على إطفاء اللهب”.

منظومة صوتية لإطفاء الحرائق كهذه يمكن أن تكون فعّالة في الفضاء الخارجي، يقترح إسبينوسا، متابعًا:

“إن القدرة على الاستغناء عن الماء أو الغازات التي يمكن أن تكون سامة سيقدم فائدة كبيرة للمركبات الفضائية”.

لكن السيد روف و وكالة ناسا لا يوافقان على هذا.

يقول روف “إن توليد الموجات الصوتية لإخماد الحريق سيحتاج للطاقة الكهربائية، و سيتوجب على رواد الفضاء رؤية الحريق أولاً لكي يوجّهوا الموجات الصّوتية تجاهه.

نحن نبحث عن منظومة عملية, قادرة على العمل بشكل ذاتي مثل المطافئ التي تعتمد على الكيماويات”.

و مع ذلك، فإن إسبينوسا عازم على القيام بمحاولة يقوم فيها بإطفاء لهب أكبر باستخدام مكبرات صوتية أصغر.

وبدلاً من استخدام الاهتزازات الناتجة من أغشية المكبر, يعزم على إنشاء قوس كهربائي – و هو تيار ينتقل في الهواء بين قطبين – نفس الطريقة التي تستخدم في اللحام.

هذه الشرارة الكهربائية تخلق صدمة موجية يمكن تركيزها وتوجيهها باستخدام بوق صوتي بحيث تستهدف هذه الموجات النار بشكل مباشر.

مثل هذا النظام يمكن أن يكون مفيدًا جدًا هنا على الأرض لإخماد الحرائق في المواقع التي يمكن لمحتوياتها أن تتأذى بالماء الناتج من المرشات، مثل المتاحف التي تستضيف أعمالاً فنية ذات قيمة عالية أو المراكز التي تحوي مخدمات البيانات أو أي معدات كهربائية أخرى، كما يؤكد إسبينوسا.

يُستخدم الصوت حاليًا -على مستوى تقني عالي- لقص المعادن أو لتفتيت الحصاة الموجودة في الكلى، يمكن لهذا الصوت أن يفعل أكثر مما ينتظر منه الناس، بما في ذلك إطفاء الحريق.