Ako dať vajíčko do fľaše
Jednou z najzaujímavejších výziev, ktoré nám môže vlastná kuchyňa ponúknuť, je vyskúšať sdáme veľmi dobre uvarené vajíčko a potom olúpané do fľaše s mliekom s otvorom menším ako je priemer vajíčka. Riešenie je mimoriadne jednoduché a spočíva v zapálení niekoľkých kúskov papiera a ich vložení do fľaše (namiesto papiera môžete dokonca použiť zápalky), po ktorom nasleduje vajcia v ústach fľaše s mliekom. Bude to trvať iba pár sekúnd a vajíčko bude vo fľaši. Nie je to nič jednoduchšie, a to je predsa fyzika, ktorá stojí za našim malým kuchynským experimentom?
Prvý Newtonov zákon predpovedá správanie telies v prípade rovnováhy síl pôsobiacich na ne. Tieto objekty budú v rovnováhe pohybu a budú mať zrýchlenie s nulovou hodnotou, buď v rovnomernom pohybe alebo v pokoji. Podľa Newtona sa telo zrýchľuje iba vtedy, keď výslednica síl pôsobiacich na neho má nenulovú hodnotu, takže ak medzi týmito silami existuje nerovnováha. V tom čase karoséria zmení buď svoju rýchlosť, alebo smer jazdy, alebo oboje.
Na začiatku nášho experimentu, keď je vajíčko v rovnováhe, je umiestnené nad fľašou, sily, ktoré na neho pôsobia, sa navzájom rušia. Tlak vzduchu v miestnosti zhrnul s hmotnosť vajca sa zhodujú s reakcia fľaše na kontakt s vajíčkom dodatok tlak vytváraný vzduchom vo fľaši. Podľa newtonovských princípov musíme v záujme urýchlenia vajíčka vytvoriť nerovnováhu medzi týmito silami. Jednou z možností by bolo vtlačiť vajíčko ručne do fľaše, ale to nechceme a navyše ho môžeme takto poškodiť. Je lepšie použiť usporiadanie vo videu vyššie. Ak umiestnime vajíčko na ústa fľaše v presnom okamihu, keď použité zápalky alebo papier prestanú horieť, bude mať vzduch vo fľaši vyššiu teplotu ako obvykle. Keď zmizol zdroj tepla, začne sa ochladzovať. Pretože vajíčko veľmi dobre utesňuje vnútro fľaše, stráca tamojší vzduch pri poklese teploty aj svoj pôvodný tlak.
Na jednej škole som sa v jednom okamihu dozvedel o jednoduchých premenách ideálneho plynu. Boli to tri zákony, ktoré popisujú vzťah medzi tlakom, objemom a teplotou plynu (Boyle-Mariotte, Gay-Lussac a Charlesove zákony). Charlesov zákon, ktorý popisuje izochorickú transformáciu (ktorá nastáva pri konštantnom objeme), nám hovorí, že tlak plynu udržiavaného na konštantnom objeme sa lineárne zvyšuje alebo znižuje s jeho teplotou.
Aj keď v našom experimente neriešime ideálnu situáciu, účinky sú podobné. So znižovaním teploty vzduchu vo fľaši klesá aj nerovnováha medzi silami pôsobiacimi na vajíčko. Vzniká nenulová výsledná sila, ktorá pôsobí zhora nadol, pričom vajíčko sa prakticky „nasáva“ do pohára kvôli vytvorenému tlakovému rozdielu.
Potom sa naskytá otázka: môžeme vajce vybrať z pohára bez toho, aby sme ho poškodili (to, ak preniklo cez celé sklo, ako to nie je v prípade klipu, ktorý je tu uvedený)? Odpoveď je Áno, a uplatnená zásada je rovnaká. Opis experimentu a vysvetlenia v tomto článku zo série Fun Physics .