Implózia je opakom explózie. Je to jav, pri ktorom sa teleso, objekt alebo hmota zborí do vlastného objemu, alebo je jeho štrukturálna integrita porušená vyšším tlakom okolitého prostredia.
Videonávod tohto experimentu, ako aj všetkých predchádzajúcich, nájdete na stránke video.matfyzjein.sk/experimenty.
Pomôcky
Hliníková plechovka (0,5 l), voda, zdroj ohrevu (napr. varič alebo rýchlovarná kanvica), kliešte na uchopenie horúcej plechovky, miska so studenou vodou
Postup
Vedľa miesta ohrevu plechovky si pripravíme dostatočne veľkú misku so studenou vodou. Do plechovky nalejeme malé množstvo vody (asi 0,2 l) a ohrievame ju nad zdrojom tepla, pokým voda nezačne vrieť. Druhou možnosťou je držať plechovku v kliešťach nad výfukom rýchlovarnej kanvice tak, aby sa naplnila vodnou parou. Horúcu plechovku uchopíme pomocou klieští a ponoríme jedným rýchlym pohybom do misky so studenou vodou otvorom nadol. Potrebujeme, aby studená voda v miske uzavrela vstup do plechovky.
Pozorovanie
Ponorením otvoru plechovky do studenej vody dôjde k jej implózii, teda prudkému stlačeniu. Silnejší jav pozorujeme, keď sme plechovku ohrievali nad varičom a voda v nej vrela, ako keď sme ju len naplnili vodnou parou unikajúcou z rýchlovarnej kanvice.
Vysvetlenie
Počas varu vody v plechovke sa tvorí vodná para, ktorá z nej takmer úplne vytlačí vzduch. V plechovke nám tak zostane len nevyparená voda a vodná para. Zmenou prostredia na veľmi studené, čiže jej ponorením do vody, docielime, že sa prudko ochladí. Jej otvor je naplnený vodou, či už zvyškom vriacej, alebo aj studenou vodou z misky. Vodná para v plechovke prudko skondenzuje na vodu, teda zmenší svoj objem tisícnásobne a tlak v nej výrazne poklesne. O zvyšok sa už postará okolitý atmosférický tlak, ktorý plechovku prudko stlačí dovnútra a zdeformuje.
Výpočet
Na koľko litrov vodnej pary sa zmení liter vody? Jeden liter je približne jeden kilogram vody. Každá molekula vody je zložená z dvoch atómov vodíka a jedného kyslíka (1 × 1 g/mol + 16 g/mol), teda jeden mól vody váži 18 g. V jednom kilograme vody tak máme 55,6 molu. Stavová rovnica: p · V = n · R · T → V = n · R · T / p → V = 1,72 m3), čo je 1 720-krát väčší objem, než mal pôvodne liter vody (p – atmosférický tlak = 105) pa, n – látkové množstvo = 55,6 molu, T – termodynamická teplota = 373 K = 100 °C, R – plynová konštanta = 8,314 JK−1 mol−1).
Nehody ponoriek
Zánik ponorky je strašidelná udalosť, ktorá je výsledkom zlyhania ochranného obalu ponorky pod extrémnym tlakom. Tlak vody sa s hĺbkou priamoúmerne zväčšuje, čo radikálne znižuje schopnosť trupu chrániť všetko v jeho vnútri.
Jednou z prvých zaznamenaných ponorkových katastrof bola strata USS Thresher v roku 1963. Patrila medzi prvé jadrové ponorky a jej implózia znamenala zlom v chápaní ich bezpečnosti. Katastrofa súvisela so zlyhaním potrubného systému, čo viedlo k strate energie a neschopnosti znovu sa vynoriť. Hlavným cieľom programu po tomto nešťastí bolo zabezpečiť, aby sa ponorky mohli zotaviť zo záplav a mali systémy odolné proti zlyhaniu pod tlakom, čo výrazne prispieva k prevencii ich potenciálnych nehôd.
Jednou z posledných tragických udalostí je implózia civilnej miniponorky Titan, ktorá sa ponárala bez dostatočných testovaní bezpečnosti. Podľa expertov posádka stratila kontrolu pre poruchu elektroniky. Tá spôsobila vypnutie motora a s tým spojenú stratu pohonu vrátane kontaktu s povrchom. K tomu malo dôjsť približne v hĺbke 1 700 metrov, odkiaľ ponorka začala nekontrolovateľne klesať. Implózia nastala asi o minútu neskôr, počas ktorej Titan klesol do hĺbky 2 500 až 2 700 metrov.
PaedDr. Soňa Gažáková, PhD.
Foto a video Stanislav Griguš
Fakulta matematiky, fyziky a informatiky UK v Bratislave
Svoje realizácie experimentov môžete posielať na adresu sona.gazakova@fmph.uniba.sk.
