Фізика тиску та теплового розширення газів

Ви напевно бачили класичний дослід, де варене яйце "всмоктується" всередину пляшки. Але чи знали ви, що можна змусити фізику працювати у зворотному напрямку? Використовуючи лише звичайний фен, можна змусити яйце буквально вистрибнути з пляшки, навіть якщо вона перевернута догори дном.

Що нам знадобиться?

• Скляна пляшка з широким горлечком (але таким, щоб яйце не пролітало крізь нього вільно).

• Одне зварене круто та очищене куряче яйце.

• Потужний фен для волосся.

Хід експерименту

1. Помістіть очищене яйце всередину пляшки.

2. Переверніть пляшку догори дном так, щоб яйце під власною вагою опустилося до шийки та щільно закупорило вихідний отвір зсередини.

3. Увімкніть фен на максимальну потужність у режимі гарячого повітря та почніть інтенсивно обдувати скляні стінки пляшки.

4. Через деякий час ви побачите, як яйце почне повільно рухатися вниз і врешті-решт вилетить із пляшки.

Чому це відбувається? (Наукове пояснення)

В основі цього явища лежать два фундаментальні закони фізики: теплове розширення газів та виникнення різниці тиску.

Теплове розширення повітря

Повітря всередині пляшки складається з молекул газів. Коли ми нагріваємо стінки пляшки феном, тепло передається повітрю всередині. Згідно з молекулярно-кінетичною теорією, при підвищенні температури молекули починають рухатися швидше та інтенсивніше зіштовхуватися одна з одною та зі стінками судини.

За законом Шарля, для певної маси газу при постійному об’ємі тиск прямо пропорційний температурі:

p1/T1 = p2/T2

Оскільки об'єм пляшки обмежений, внутрішній тиск (p) починає стрімко зростати разом із температурою (T).

Створення сили виштовхування

Коли яйце щільно притискається до горлечка, воно стає своєрідним "поршнем" або клапаном. Усередині пляшки утворюється замкнений простір.

• Зсередини на яйце тисне розігріте повітря, тиск якого стає вищим за атмосферний.

• Зовні на яйце діє звичайний атмосферний тиск.

Виникає різниця тисків (Δp). Ця сила стає настільки великою, що вона перемагає силу тертя між яйцем і склом, а також силу тяжіння (хоча в даному випадку сила тяжіння навіть допомагає процесу). У результаті розширене повітря виштовхує яйце назовні.

Цікавий факт

Цей дослід демонструє, що повітря - це фізичне тіло, яке займає місце і може виконувати механічну роботу при зміні температури.

Поради для успіху

• Герметичність: Важливо, щоб яйце було гладким і вологим - це забезпечить краще прилягання до скла і не дасть гарячому повітрю "просочитися" крізь щілини.

• Безпека: Скляна пляшка може сильно нагрітися, тому тримайте її в рукавичках або за допомогою рушника.