بزرگنمايي:

آریا بانو - یک پزشک / حتماً برایتان پیش آمده که فنجان قهوه یا چای در دست، در حال قدم زدن بوده‌اید و ناگهان بخشی از محتویات فنجان روی لباس یا زمین ریخته است. حس تلخی که شاید حتی از طعم قهوه‌ی سرد شده هم بدتر باشد! اما چرا قهوه این‌قدر علاقه دارد از فنجان بیرون بیاید؟ آیا این یک اتفاق تصادفی است یا قوانینی از فیزیک و ریاضی پشت این ماجرا پنهان شده‌اند؟ بیایید به سبک یک دانشمند کنجکاو، این موضوع را بررسی کنیم.
1- حرکت و تعادل فنجان:
وقتی در حال راه رفتن هستید، بدن شما حرکتی نوسانی (oscillatory motion) دارد که از قدم‌هایتان ناشی می‌شود. این حرکت به فنجان در دست شما منتقل می‌شود و باعث ایجاد نوسانات کوچک در مایع داخل آن می‌گردد. هرچه این نوسانات به فرکانس طبیعی (natural frequency) مایع نزدیک‌تر شوند، احتمال ریختن بیشتر می‌شود. این همان پدیده تشدید (resonance) است که در سازه‌های معماری نیز می‌توان مشاهده کرد.
2- نقش اینرسی (Inertia):

مایعات به دلیل خاصیت اینرسی تمایل دارند در همان حالتی که هستند باقی بمانند. وقتی فنجان را سریع حرکت می‌دهید یا تغییر جهت می‌دهید، مایع داخل آن مقاومت می‌کند. این مقاومت باعث می‌شود که سطح مایع به‌طور ناگهانی بالا برود و در نهایت از لبه فنجان خارج شود.
3- چرا قهوه؟
مایع‌های با ویسکوزیته (viscosity) کم، مانند قهوه یا چای، به دلیل جریان سریع‌تر، مستعد ریختن هستند. اگر مایعی مانند سوپ خامه‌ای داخل فنجان بود، حرکت کندتر آن مانع از خروج مایع می‌شد.
4- اندازه و شکل فنجان:
هر چه ارتفاع فنجان بیشتر باشد، فاصله مرکز ثقل (center of gravity) مایع با کف فنجان افزایش می‌یابد. این مسئله باعث می‌شود که مایع نسبت به حرکات کوچک، حساس‌تر باشد. فنجان‌های کوتاه و عریض به همین دلیل ثبات بیشتری دارند.
5- قدم‌های شما چه تأثیری دارند؟
نوع راه رفتن شما می‌تواند تأثیر زیادی داشته باشد. قدم‌های بلند با تغییرات شتاب ناگهانی (sudden acceleration changes) همراه هستند که نوسانات شدیدتری ایجاد می‌کنند. اما قدم‌های کوتاه و نرم، تأثیر کمتری بر مایع می‌گذارند.
6- چرخش بازو و تعادل:
وقتی فنجان را نگه می‌دارید، بازوی شما به‌صورت ناخودآگاه برای جبران نوسانات بدن حرکت می‌کند. این یک سیستم تعادل (balancing system) طبیعی است که انسان‌ها به‌طور غریزی از آن استفاده می‌کنند. بااین‌حال، اگر بازوی خود را بیش‌ازحد سفت نگه دارید، این سیستم مختل می‌شود.
7- نکته‌ای از دینامیک سیالات (Fluid Dynamics):
در داخل فنجان، امواجی کوچک ایجاد می‌شود که از یک سمت به سمت دیگر حرکت می‌کنند. اگر زمان حرکت شما با دوره طبیعی این امواج هماهنگ باشد، دامنه (amplitude) آنها افزایش می‌یابد و احتمال ریختن بیشتر می‌شود.
8- چطور می‌توانیم قهوه را آرام کنیم؟
یکی از روش‌ها برای کاهش نوسانات، پر نکردن فنجان تا لبه است. با کاهش ارتفاع مایع، فرکانس طبیعی تغییر می‌کند و احتمال تشدید کاهش می‌یابد.
9- نقش سرعت و زاویه نگه‌داری فنجان:
وقتی سریع حرکت می‌کنید، شتاب فنجان افزایش می‌یابد و مایع درون آن بی‌قرارتر می‌شود. همچنین، نگه‌داشتن فنجان با زاویه‌ای کم‌تر از حالت عمودی، به مایع فضای بیشتری برای حرکت می‌دهد و خطر ریختن را کاهش می‌دهد.
درس نهایی:
اگر می‌خواهید از ریختن قهوه یا چای جلوگیری کنید، سعی کنید قدم‌های آهسته و یکنواخت بردارید، بازوی خود را آرام و منعطف نگه دارید و فنجان را کمی خالی‌تر کنید. این نکات، در کنار درک اصول ساده‌ای از فیزیک و ریاضی، شما را به یک استاد در نگه‌داری فنجان تبدیل خواهد کرد!