Co dokáže podtlak
12. 5. 2010
Tentokrát s Michalem zjistíme, že vakuum z „vakuového čističe“ (anglicky vacuum cleaner) – tedy vysavače – přece jen není zdaleka vakuem. A tak za spolupráce s fyzikem Zdeňkem Drozdem sáhneme po zdroji mnohem lepšího vakua po vývěvě. Pod jejím skleněným poklopem budeme sledovat, co prudký pokles tlaku udělá s několika všedními předměty a látkami, jako je teplá voda, pěnové bonbóny, holicí pěna anebo domovní zvonek.
Filip: To je zvláštní. To snad vůbec netáhne. Co s tím je?
Michael: Dej to sem! Do ruky vědci. Já se podívám.
Filip: To se schválně podívej.
Michael: Ukaž. Vysavač funguje na principu podtlaku. Ale tento otvor je příliš malý, aby to fungovalo účinně. Takže tu plochu musíme nějak zvětšit. Čím?
Filip: Co třeba támhle tím.
Michael: Aha. Krabičku s otvorem. Zvětšili jsme plochu. Cha, cha, chá. Ale pořádný podtlak nám připravil v Praze Zdeněk. Pojďme se podívat.
Tereza: A jsme u Zdeňka v Praze Holešovicích. Tedy na Matematicko-fyzikální fakultě Univerzity Karlovy. To, co tu Zdeněk Drozd připravuje, není žádná číše, ale Magdeburské polokoule. Mezi nimi je pryžové těsnění. Dohromady vznikla koule o průměru třinácti centimetrů. Magdeburské polokoule jsou teď napojeny na vzduchovou pumpu – vývěvu.
Michael: Ahoj, Zdeňku!
RNDr. Zdeněk Drozd, Ph.D., vedoucí katedry didaktiky fyziky, MFF UK: Ahoj, Michaele! Mám to pro tebe připraveno.
Michael: Tak, Filipe, teď to uvidíš.
RNDr. Zdeněk Drozd, Ph.D., vedoucí katedry didaktiky fyziky, MFF UK: Tadyhle mám Magdeburské polokoule, uvnitř je podtlak. Okolní vzduch přimáčkl ty polokoule k sobě. A vy je teď zkusíte od sebe odtrhnout, tak jako to v Magdeburku zkoušeli koně.
Tereza: Německý Magdeburk roku 1654. Zdejší starosta a zároveň fyzik, Otto von Guericke, vyvinul první vakuovou pumpu na světě. Navrhl také pokus s dvojicí bronzových polokoulí, z nichž pomocí vakuové pumpy vyčerpal vzduch. Chtěl tak ukázat sílu vakua a dokázat existenci zemské atmosféry. Ani osm párů koní nedokázalo polokoule od sebe oddělit.
RNDr. Zdeněk Drozd, Ph.D., vedoucí katedry didaktiky fyziky, MFF UK: Koně tady pravda nemám. Ale vy jste statní šimlové oba dva. Tak prosím.
Filip: Uvnitř koule i po odčerpání zůstal vzduch. Má asi jednu pětinu běžného atmosférického tlaku. Přesto se nám polokoule oddělit nepodařilo.
RNDr. Zdeněk Drozd, Ph.D., vedoucí katedry didaktiky fyziky, MFF UK: Tak já vám teď předvedu, jak snadné je ty polokoule od sebe oddělit. Napustíme tam zpátky vzduch – a teď to takhle zlehounka zvednu. Vidíte, co dokáže podtlak.
Filip: Balónky souvisejí s tlakem nebo přetlakem, Michaele?
Michael: Co myslíte vy?
Michael: Když foukám do balónku, přemístím vzduch z mých plic do balónku.
RNDr. Zdeněk Drozd, Ph.D., vedoucí katedry didaktiky fyziky, MFF UK : Tlak v balónku je trošku větší než v okolí, a proto se balónek nafukuje.
Michael: But roughly speaking, the pressure inside the balloon is about the same as the pressure outside of the balloon. But what happens if we put it inside our bell?
Tlak uvnitř balónku je teď přibližně stejný jako v okolí. Co se ale stane, když jej dáme do našeho zvonu?
Michael: Turn it on. One, two, three. Go!
Zapneme to. Jedna, dvě, tři. Jedeme.
Filip: Tlak ve zvonu klesá. Vzduch uvnitř balónku se rozpíná a zvětšuje proto jeho rozměry. Balónek dosáhl téměř dvojnásobného průměru.
Tereza: Pouštíme vzduch zpět do zvonu. Balónek se zmenšuje do původní velikosti.
Michael: Rozdíl v tlaku. A to zdaleka není všechno, co umí podtlak. Dokonce dokáže i praktické věci.
Filip: Například načerpat vodu až z desetimetrové hloubky touto krásnou žlutou pumpou. Ale jak?
Michael: Jak to funguje? Funguje to na principu rozdílu mezi vnějším a vnitřním tlakem.
Tereza: Píst pumpy snižuje tlak vzduchu nad hladinou uvnitř válce. Okolní vzduch tedy vodu vytlačuje vzhůru. Ventily zamezují návratu vody dolů.
RNDr. Zdeněk Drozd, Ph.D., vedoucí katedry didaktiky fyziky, MFF UK: Při pumpování hoši zmenšovali tlak pomocí ruční pumpy. My tady zmenšíme tlak pomocí vývěvy.
Filip: Sledujete jakousi obrácenou vodní pumpu. Vývěva snížila tlak vzduchu pod zvonem. Nad hladinou obarvené vody v baňce vznikl přetlak. Ten vodu vytlačuje do sousední kádinky.
Tereza: Když pouštíme vzduch zpět, tlak ve zvonu se vrací do normálu a vytlačí vodu zpět do baňky.
Filip: Michaele, jsem už nahoře! Věděli jste, že horolezci ve velehorách si mnohem snáze připraví čaj nebo kafe? Michaele, vodu!
Michael: And the reason why water boils at a lower temperature at higher altitudes is again due to pressure.
A příčinou, proč se voda ve větších výškách vaří za nižší teploty, je opět tlak.
Tereza: Vodu jsme zahřáli na teplotu 89 stupňů.
RNDr. Zdeněk Drozd, Ph.D., vedoucí katedry didaktiky fyziky, MFF UK: A teď se přeneseme do vysokohorských poloh pomocí naší vývěvy. Jediným přepnutím tlačítka během pár desítek sekund budeme mít tlak, který odpovídá Mount Everestu.
Filip: Tlak rychle klesá a voda v kádince se začíná vařit.
RNDr. Zdeněk Drozd, Ph.D., vedoucí katedry didaktiky fyziky, MFF UK: A jdeme zpátky do nížiny.
Tereza: Michael pouští do zvonu vzduch z okolí. Tlakoměr stoupá na běžných 100 kilopascalů.
Filip: A voda je opět v klidu. Vždyť od bodu varu ji teď dělí víc než deset stupňů.
Tereza: Učitelé fyziky, chemie a biologie! Se svými nápady a pokusy se můžete přihlásit do konce května do soutěžní přehlídky programu Science on Stage.
Michael: To byl krásný den, viď? Vědecky krásný den.
Filip: Ale žízeň je veliká.
Michael: Ale už to nesou. Už je to tady. Já mám velké, děkuji.
Filip: Já to malý. Díky. Pardon, kde mám pěnu?
Michael: Pěnu? Rada pro pivaře: podtlak spraví všechno.
Tereza: Duchapřítomný Michael měl tentokrát po ruce malou ruční vývěvu.
Filip: Jé, Michaele, děkuju. Tak, na zdraví!
Michael: S pěnou…
Autoři: Vladimír Kunz, Michael Londesborough