הוא מונע מהאוקיינוסים להציף את היבשה ומאפשר לטכנולוגיה שלנו לפעול על פני כדור הארץ. מדוע חוק הכלים השלובים עובד? בזכות הכבידה והלחץ

דבר אחד משותף לעובדה שפני המים בכל האוקיינוסים נמצאים באותו גובה, למערכת אספקת המים המשוכללת של הרומאים ולכך שהאסלה בבית שלנו עובדת. כולם מושפעים מחוק הכלים השלובים, שנמצא כמעט בכל מקום.

החוק קובע כי גובה פני נוזל אחיד הנמצא במנוחה בכלי קיבול המחוברים ביניהם יהיה זהה, בלי קשר לצורת הכלים. איך הנוזל יודע להסתדר באותו גובה? בזכות כוח המשיכה.

כדי להבין את זה דמיינו כלי קיבול ובו נוזל שנמצא במנוחה. עתה הסתכלו על נקודה שרירותית בנוזל. לחץ הנוזל בכל נקודה תלוי בגובה שלה, כלומר במרחק שלה מפני הנוזל, ובלחץ האוויר שמעל הנוזל. כל מי שצלל או טס, או אפילו ירד במכונית בשער הגיא, מכיר את תחושת הלחץ באוזניים שנובע משינויי הלחץ בין האוויר הכלוא באוזן לבין לחץ המים או האוויר שבחוץ.

אפשר לחשוב על זה כך: אם נחלק את הנוזל להמון קוביות דמיוניות זעירות, כל קובייה צריכה לשאת את משקל כל הקוביות שמעליה ואת משקל האוויר שמעליה, אך לצורך העניין אפשר להניח שלחץ האוויר זהה מעל כל כלי הקיבול.

מה יקרה אם קובייה שנמצאת בגובה מסוים "תרגיש" לחץ שונה מקובייה אחרת שנמצאת באותו גובה, למשל מכיוון שיצקנו מים במקום מסוים? במצב כזה ייווצר הפרש לחצים, וההפרש הזה ייצור תנועה שתמשיך כל עוד הפרש הלחצים קיים, ולכן גובה המים יתאזן במהירות עד שהפרש הלחצים יהיה אפס, כלומר עד שכל קוביות המים שנמצאות באותו גובה ירגישו אותו לחץ.

השוואת הלחצים הזאת מתאפשרת בזכות חוק פסקל, שניסח המדען הצרפתי בן המאה ה-17 בלייז פסקל (Pascal). העיקרון הזה קובע כי כאשר נוזל נמצא במנוחה בכלי סגור ופועל עליו לחץ באזור מסוים, הלחץ הזה יעבור לכל רחבי הנוזל ולדפנות הכלי ללא איבוד אנרגיה. אותו עיקרון עומד בבסיסה של המשאבה ההידראולית, שמאפשרת להרים משקלים גדולים באמצעות כוחות חלשים, ומאפשרת לנו להרים מכוניות במוסך ולבנות בניינים בעזרת מנופים.

כל עוד הכלים מחוברים, מפלס המים יהיה זהה, בלי קשר לגודלם או לצורתם. חוק הכלים השלובים | צילום: Shutterstock
כל עוד הכלים מחוברים, מפלס המים יהיה זהה, בלי קשר לגודלם או לצורתם. חוק הכלים השלובים | צילום: Shutterstock

ההשלכות של חוק הכלים השלובים הן רבות. בזכותו מפלס המים בכל הימים והאוקיינוסים שמחוברים זה לזה בכדור הארץ יהיה זהה – למשל הים התיכון והאוקיינוס האטלנטי, אף על פי שגובה הקרקעית רחוק מלהיות אחיד. כמובן מקווי מים שאינם מחוברים זה לזה יכולים להיות במפלסים שונים מאוד, ולכן בדרך לים המלח רואים שלט שמציין את גובה פני הים התיכון, אך צוללים עמוק מתחתיו בלי להירטב.

הבסיס הפיזיקלי מאחורי חוק הכלים השלובים שימש את הרומאים כשהם בנו בכל רחבי הקיסרות אמות מים (אקוודוקטים) שהובילו מים על פני עשרות קילומטרים בשיפוע מתון. גם כיום נעשה שימוש באותו עיקרון כדי להזרים מים לצנרת הביתית שלנו ביישובים שיש בהם מגדל מים. מכיוון שמפלס המים במגדל גבוה ממפלס המים בבתים שאליהם הוא מחובר, נוצר לחץ בעקבות חוק הכלים השלובים, כלומר כתוצאה מהניסיון של כוח המשיכה לאזן את מפלס המים. הלחץ הזה מאפשר למים להגיע אלינו לברזים. שימוש דומה נעשה בבנייני מגורים גבוהים, שבהם משאבות מזרימות את המים לבריכה על הגג, וממנה הם יורדים לכל הברזים בבניין בעזרת חוקי הפיזיקה.

כמובן, אי אפשר להתעלם מהקשר בין כלים שלובים לאהבה - גידי גוב בשירם של אהוד מנור ויוני רכטר:

0 תגובות