Skúsme sa zamyslieť nad vzduchom okolo nás. Určite začneme premýšľať o kyslíku, ktorý nám umožňuje dýchať. Kyslík však tvorí iba 21 % zemskej atmosféry. Jej zvyšok sa skladá z dusíka, argónu, oxidu uhličitého, vodných pár a mnohých iných plynov.
Atmosféra je pre život na Zemi nevyhnutná nielen tým, že umožňuje kolobeh plynov potrebných pri dýchaní, vody či iných látok, ale aj preto, že absorbuje ultrafialové slnečné žiarenie a zadržuje teplo (skleníkový efekt). Všeobecne uznávanou vonkajšou hranicou atmosféry je Kármánova hranica nachádzajúca sa 100 km nad hladinou svetového oceánu.
Ako každá látka, aj vzduch a v ňom obsiahnuté plyny majú určitú hmotnosť. Zemská gravitácia spôsobuje, že atmosféra pôsobí na zemský povrch tlakovou silou. Stav atmosféry charakterizujeme veličinou atmosférický tlak. Tento experiment nám priblíži, ako na nás tlačí okolitý vzduch.
Pomôcky
Noviny, stôl, tenká drevená latka (alebo drevené pravítko, ktorého vám nebude ľúto), ochranné okuliare
Postup
Pravítko položíme na stôl tak, aby 2/3 pravítka ležali na stole a zvyšná 1/3 trčala za jeho okrajom. Teraz časť pravítka ležiacu na stole prikryjeme roztvoreným dvojhárkom novín. Nasadíme si ochranné okuliare. Predpokladajme, čo sa stane, keď rukou prudko sekneme po časti pravítka vyčnievajúcej cez okraj stola. Zistime, či sú naše predpoklady správne. Urobme to a pozorujme, čo sa stane.
Teraz pravítko prikryjeme novinami tak, ako to vidíme na hornom obrázku. Noviny uhladíme tak, aby pod nimi zostalo čo najmenej vzduchu. Zopakujeme postup ako v prvom prípade.
Pozorovanie
Po prvom seknutí pravítko odletelo a ostalo v celku. Po druhom seknutí, ak ste sekli dostatočne prudko, sa pravítko zlomilo na dve časti. Ak sa vám to nepodarilo, skúste to znova. Uistite sa, že novinový papier prikrýva časť pravítka ležiacu na stole a vyhladili ste ho tak, aby pod papierom zostalo čo najmenej vzduchu. Seknutie musí byť čo najprudšie. No treba dbať aj na bezpečnosť, pretože pri nepresnom seknutí by ste si nárazom o hranu stola mohli napríklad zlomiť ruku.
Vysvetlenie
Noviny nie sú dostatočne ťažké na to, aby zlomili pravítko. To si dokážeme jednoducho overiť tak, že ich skrčíme do gule a experiment zopakujeme. Guľa po seknutí odletí a pravítko ostane v celku. Dôvod, prečo sa pravítko zlomí, teda nespočíva v tlakovej sile samotných novín, ale v atmosfére. Atmosférický vzduch na nás pôsobí tlakovou silou. Faktom je, že každý štvorcový meter zemského povrchu má nad sebou vzduchový stĺpec s hmotnosťou približne 10 000 kg. Tomu zodpovedá tlak vzduchu pri hladine mora s hodnotou približne 1 000 hPa (atmosférický tlak).
Pri našom experimente sa tlaková sila vyvíjaná atmosférou na noviny (tie naše mali plochu 0,3 × 0,4 m) približne rovná veľkosti tlakovej sily, ktorú by vyvíjal kameň s hmotnosťou 1 200 kg. To je príčinou zlomenia pravítka.
Tlakovú silu vzduchu (vyvolanú atmosférickým tlakom) zvyčajne necítime, pretože naše telo je prispôsobené pobytu v takomto prostredí. Zodpovedá tomu aj vnútorný tlak v našom tele. Cítime však, ak sa tlak prostredia zmení, napríklad pri lete lietadlom. Vzduch vnútri lietadla má menší tlak ako prostredie v našom tele, čo spôsobí, že vzduch vnútri tela tlačí na naše ušné bubienky zvnútra.
V našom experimente je preto dôležité, aby bolo množstvo vzduchu nachádzajúceho sa pod novinami minimálne a aby na noviny pôsobil vzduch len zhora. V prvom prípade nášho experimentu, keď sme pravítko prikryli novinami tak, že pod nimi ešte ostal vzduch, pôsobila tlaková sila na noviny zhora aj zdola, a preto pravítko odletelo.
Podobný experiment súvisiaci so silou atmosféry si môžete vyskúšať napríklad prenášaním skla gumenými úchytkami, keď pri pritlačení úchytky na sklo vysajete vzduch spod nej a tlaková sila vzduchu bude pôsobiť iba z jednej strany. Ak nemáte špeciálne úchytky na sklo, môžete jav demonštrovať aj s gumeným zvonom na čistenie vodovodného odtoku.
Mgr. Silvia Novotná
Foto Stanislav Griguš
Fakulta matematiky, fyziky a informatiky
Univerzita Komenského v Bratislave
Svoje realizácie experimentov môžete posielať na adresu sona.gazakova@fmph.uniba.sk.
