Záhada zvaná vakuum
7. 2. 2007
Roku 1643 provedl italský fyzik Torricelli pokus s uzavřenou trubicí, naplněnou rtutí. Rtuť vytekla jen ze čtvrtiny trubice. Byl to důkaz o atmosférickém tlaku vzduchu okolo nás, jímž Torricelli zavrhl staletí zakořeněnou představu aristotelovského strachu z prázdnoty – horror vacui. Navážeme na slavný 360 let starý pokus – sice pouze s vodou, ale za to s deset metrů dlouhou trubicí. Tímto a dalšími pokusy si vyzkoušíme, že na vodu i na nás působí tlak vzduchu pozemské atmosféry.
Je rok 1643 a italský fyzik Evangelista Torricelli provádí pokus se skleněnou trubicí naplněnou rtutí. Uvnitř poprvé vytvořil vzduchoprázdno – vakuum. Zavrhl aristotelovský pojem strachu z prázdnoty a zavedl označení atmosférický tlak vzduchu.
Tentýž tlak vzduchu teď nafoukne gumovou rukavici do nitra demižonu. Jak studenti učitelství fyziky – Kristýna a Tomáš – vypouštějí z nádoby vodu, vytváří klesající hladina v demižonu podtlak. Na uvolněné místo se shora hrne vzduch. Stačí však přifouknout nad hladinu trochu vzduchu – a rukavice se vyboulí dokonce úplně opačným směrem.
Tento pokus určitě mnozí z vás znáte. Máme sklenici s vodou. Musí být úplně plná. Přiložíme čtvrtku, sklenici opatrně otočíme – a voda drží. Čím to je, že voda zůstane ve sklenici?
Kristýna: Drží ji tam tlaková síla, kterou působí okolní vzduch na papír.
A jak vysokou sklenici bychom potřebovali, aby ta voda vytekla?
Kristýna: Tak vysokou sklenici tady určitě nemáme. Ale máme tady určitě dost dlouhou hadici.
Pokusíme se zopakovat experiment Torricelliho. Místo trubice se rtutí však použijeme hadici s dočervena obarvenou vodou.
RNDr. Zdeněk Drozd, CSc., katedra didaktiky fyziky, MFF UK: Hadice má asi jedenáct metrů a musíme ji naplnit vodou tak, aby byla úplně plná. Voda je obarvená, abychom ji lépe viděli. A nakonec bude třeba hadici zašpuntovat.
Důležité je, aby nám nikde v hadici nevznikla bublina.
RNDr. Zdeněk Drozd, CSc., katedra didaktiky fyziky, MFF UK: Teď pustíme hadici z okna ze třetího patra, které je asi deset metrů nad zemí. Hadice je dole zašpuntovaná, nahoře je také zavřená.
Musíme přiznat, že jediné vhodné místo – okno na pánském záchodě, nenabízelo pro experimentátory zrovna snadný přístup. Nakonec však zvítězili.Vtip tohoto pokusu spočívá v tom, že když odšpuntujeme zátku z této hadice, tak by voda, která je uvnitř, neměla vytéct. Malinko vyteče, ale to zas uvidí naši kolegové nahoře ve skleněné trubici, o kolik se snížila hladina vody.
Přiblížil se rozhodující okamžik pokusu. Počasí nám nepřeje. Mrholí. Filip se zuby nehty pere s izolací na konci hadice. Teď! Špunt je odstraněn, voda z hadice začíná zvolna vytékat. Pomocí pásma měříme přesnou výšku hladiny v hadici. Devět metrů osmdesát devět centimetrů – přesně.
RNDr. Zdeněk Drozd, CSc., katedra didaktiky fyziky, MFF UK: A jak je vidět, Torricelliho pokus s vodou se nám podařil, vodní sloupec má výšku zhruba deset metrů. To znamená, že atmosférický tlak je zhruba sto kiloPascalů.
Autor: Vladimír Kunz