eksperiment sa prevrnutom čašom vode pokazuje kako zakoni fizike objašnjavaju pojave koje svakodnevno posmatramo. Kada razumemo sile, energiju, kretanje i talase, ono što deluje neobično postaje jasno i predvidivo.
Karton koji prkosi težini vode
Čaša se napuni vodom, prekrije glatkim kartonom i pažljivo prevrne. Kada pustimo karton, on ostaje na otvoru, a voda ne ispada. Težinu nisu ukinuli trik ni lepak, već razlika pritisaka.
Fizičko objašnjenje
Spoljašnji atmosferski pritisak deluje na donju stranu kartona. Iznad vode pritisak je niži, a površinski napon i dobro zaptivanje sprečavaju lako ulaženje vazduha. Ako je sila zbog razlike pritisaka veća od težine vode i kartona, sistem ostaje zatvoren.
Pritisak: p = F/S, odnosno sila pritiska F = p·S; težina vode: Fg = m·g.
Veličine i jedinice:
p – pritisak (Pa), F – sila (N), S – površina (m²), m – masa (kg), g – gravitaciono ubrzanje (m/s²).
Kako pojava nastaje – korak po korak
- Voda i karton popunjavaju i zatvaraju otvor čaše.
- Čaša se prevrće dok karton mehanički pridržavamo.
- Spoljašnji vazduh pritiska karton naviše.
- Razlika pritisaka i zaptivanje održavaju karton i vodu dok vazduh ne prodre unutra.
Primer iz prakse
Na otvor površine 0,005 m² atmosferski pritisak može davati silu reda stotina njutna. Pritisci deluju sa obe strane, ali i mala razlika može biti dovoljna da zadrži nekoliko njutna težine vode.
Od čega zavisi rezultat?
Uspeh zavisi od ravnog oboda, dovoljno krutog i glatkog kartona, količine vode, odsustva mehurića i toga da vazduh ne uđe pored ivice.
Najčešća zabluda
Zabluda: Vakuum u čaši usisava karton naviše.
Tačno objašnjenje: Vakuum nije posebna sila koja vuče. Karton gura atmosferski pritisak spolja, dok je pritisak iznutra manji.
Bezbedan ogled ili posmatranje
Radite iznad lavaboa ili duboke tacne, koristeći plastičnu čašu i karton veći od otvora. U početku držite karton rukom tokom okretanja. Očekujte prosipanje i odmah obrišite pod.
Povezivanje sa školskim gradivom
Ogled povezuje atmosferski pritisak, silu, površinu, težinu, površinski napon i ravnotežu.
Pitanja za proveru znanja
- Koja sila uglavnom drži karton odozdo?
- Zašto vazduh ne sme lako da uđe u čašu?
- Da li vakuum vuče predmete?
Odgovori
1) Sila atmosferskog pritiska. 2) Izjednačio bi pritiske i voda bi pala. 3) Ne; veći pritisak sa druge strane ih gura.
Česta pitanja
Zašto ogled ne uspe sa rupičastim kartonom?
Kroz rupe ulazi vazduh, pritisci se izjednačavaju i voda može da istekne.
Da li količina vazduha iznad vode smeta?
Veliki mehurić može lakše menjati zapreminu i pritisak, pa potpuno puna čaša obično daje pouzdaniji rezultat.
Zaključak
Prevrnuta čaša otkriva silu vazduha koju obično ne primećujemo. Atmosfera pritiska u svim smerovima i može da nadvlada težinu vode.
Za dalje učenje pogledajte formule iz fizike i rešene zadatke na sajtu Fizičarenje.