Dekartov ronilac eksperiment pokazuje kako zakoni fizike objašnjavaju pojave koje svakodnevno posmatramo. Kada razumemo sile, energiju, kretanje i talase, ono što deluje neobično postaje jasno i predvidivo.
Kako pritisak menja plovnost bez dodirivanja ronioca
Mala zatvorena kesica sosa ili pipeta lebdi u flaši vode. Kada se flaša stisne, ronilac tone; kada se pritisak otpusti, ponovo izranja. Izgleda kao daljinsko upravljanje, ali uzrok je sabijanje zarobljenog vazduha.
Fizičko objašnjenje
Pritisak koji spolja primenimo na zatvorenu tečnost prenosi se kroz vodu. Vazdušni mehurić u roniocu se sabija, zapremina ronioca se smanjuje, a njegova prosečna gustina raste. Kada postane gušći od vode, težina nadvlada potisak i ronilac tone.
Gustina: ρ = m/V; potisak: Fp = ρvode·g·V; približno za gas pri stalnoj temperaturi: pV = konstanta.
Veličine i jedinice:
ρ – gustina (kg/m³), m – masa (kg), V – zapremina (m³), Fp – potisak (N), p – pritisak (Pa).
Kako pojava nastaje – korak po korak
- Ronilac je podešen da jedva pluta zbog malog mehurića vazduha.
- Stiskanjem flaše povećava se pritisak u vodi.
- Vazduh se sabija, zapremina opada i prosečna gustina raste.
- Ronilac tone; otpuštanjem pritiska mehurić se širi i ronilac izranja.
Primer iz prakse
Neotvorena kesica kečapa koja jedva pluta može poslužiti kao najjednostavniji ronilac. Mehurić u kesici određuje da li će promena pritiska biti dovoljna.
Od čega zavisi rezultat?
Potrebno je da početna gustina bude veoma bliska gustini vode. Veličina mehurića, elastičnost kesice, čvrstina flaše i količina vode utiču na rezultat.
Najčešća zabluda
Zabluda: Ruka magnetno privlači kesicu kada pritisne flašu.
Tačno objašnjenje: Nema magnetnog delovanja. Ruka povećava pritisak, pritisak sabija gas, a promenjena zapremina menja gustinu i potisak.
Bezbedan ogled ili posmatranje
Stavite neoštećenu malu kesicu sosa koja jedva pluta u providnu plastičnu flašu napunjenu vodom i čvrsto zatvorite poklopac. Brišite prosutu vodu da se neko ne oklizne. Ne koristite staklenu flašu.
Povezivanje sa školskim gradivom
Ogled povezuje Paskalov zakon, Bojl-Mariotov zakon, gustinu, Arhimedov potisak, pritisak i ravnotežu sila.
Pitanja za proveru znanja
- Šta se događa sa mehurićem kada pritisak poraste?
- Zašto ronilac tone?
- Šta ga vraća na površinu?
Odgovori
1) Sabija se. 2) Zapremina mu opada, prosečna gustina raste i težina nadvlada potisak. 3) Širenje mehurića po otpuštanju pritiska.
Česta pitanja
Zašto moja kesica odmah tone?
Početna gustina je prevelika ili je mehurić premali. Potrebna je kesica koja u čaši vode jedva pluta.
Da li tečnost može znatno da se sabije?
Voda se u ovom ogledu veoma malo sabija; vidljivu promenu zapremine trpi uglavnom gasni mehurić.
Zaključak
Dekartov ronilac u jednoj flaši sjedinjuje pritisak, gasne zakone, gustinu i potisak. Jedan stisak menja ravnotežu bez direktnog dodira sa roniocem.
Za dalje učenje pogledajte formule iz fizike i rešene zadatke na sajtu Fizičarenje.