14. októbra 2019
Pokus s vákuom

Vákuum, alebo akú silu vyvolá nič?

Som teoretický fyzik, prírodu skúmam pomocou rovníc – bežne iba s perom, papierom a počítačom. O to viac však viem oceniť, ak niekto svoju pointu demonštruje veľkolepým experimentom. V tomto smere je jedným z mojich obľúbencov Otto von Guericke, ktorý predviedol silu vákua.

Jedna z vecí, ktorú bežne úspešne ignorujeme, je obrovský tlak vzduchu. Ráno vstaneme z postele, otvoríme okno a … necítime nič zvláštne. Dôvodom je, že tlak vonku a vnútri (tela) je v rovnováhe. Keď vystriete ruku, vzduch tlačí rovnako silno do dlane ako do chrbta ruky a tieto sily sa navzájom vyrušia.

To, že tlak vzduchu nie je zanedbateľný, si bežne všimneme, až keď sa táto rovnováha naruší. Napríklad sedíme v lietadle, tlak v kabíne klesá a my cítime, ako nás mierne pichá v uchu. Zavarili sme kompót, ten potom vychladol a vo vnútri fľaše vznikol podtlak, ktorý nám bráni veko otvoriť. Musíme ho nožom trochu povoliť, pustiť dnu trochu vzduchu a hneď to ide raz-dva. Keď chceme skúsiť, či vysávač dobre ťahá, priložíme trubicu k dlani – a cítime, ako sa nám koža začína napínať.

(V skutočnosti vzduch neťahá, akurát na kožu tlačí menej, ako tlak vo vnútri tela a tá začne vo výsledku expandovať.)

Tlak vzduchu kvôli rovnováhe veľmi nevnímame, no jej drobné narušenie nám vždy rýchlo pripomenie, že s ním treba počítať. Aká sila by vznikla, ak by sme túto rovnováhu narušili maximálne?

Práve toto ukázal Otto von Guericke, ktorý roku 1650 vynašiel prvú vákuovú pumpu. (Bolo to v časoch, kedy sa diskutovalo, či vákuum vôbec môže existovať a aký má náboženský význam – takže šlo o pomerne veľký krok vpred.)

Experiment bol jednoduchý – zobral dve polovice dutej kovovej gule, spojil ich a z dutiny vysal vzduch. Podľa rekonštrukcie znížil vnútorný tlak na asi 1/25 atmosféry. Nevytvoril tak dokonalé vákuum, no výrazne sa k nemu priblížil.

Polgule po vysatí vzduchu držali pokope. Prečo? Smerom k sebe ich zvonku tlačila atmosféra, zvnútra však netlačilo nič – rovnováha bola narušená (takmer) maximálne.

Ako silno ich držal vzduchu pokope? Tu sa ukazuje genialita von Guerickeho demonštrácie. Na každú polguľu pripevnil lano a nechal, aby ju z každej strany ťahalo 8 koní. Aký bol výsledok? Neuspeli, nedokázali pretlačiť vzduch a guľu otvoriť. Bez pomoci tlaku zvnútra boli bezradní. Podľa odhadov by potrebovali vyvinúť silu odpovedajúci zdvíhaniu dvojtonového závažia.

Vážení, tak takúto silu vytvára samotný vzduch. Veľkolepé, no nie?

[Samuel]

PS: Samozrejme, merať niečo pomocou ťahania koní nie je veľmi presné – netušíme ako veľmi sa im chcelo a podobne. Malo ísť len o ukážku toho, že tlak vzduchu je obrovský. To sa myslím úspešne podarilo.

Wiki:
https://en.wikipedia.org/wiki/Otto_von_Guericke#Air_pressure_and_the_vacuum

Moderná verzia experimentu, pomocou koní či helikoptéry
https://www.youtube.com/watch?v=qL9viva4fI4

Pridaj komentár