ניסוי הפחית המעופפת

בניסוי הנוכחי נראה איך לחץ האוויר מאפשר לנו להזיז דברים בלי לגעת בהם.

ציוד

• פחית שתייה
• שתי כוסות או שני ספלים – בקוטר גדול רק במעט מקוטר הפחית

הניסוי

את מהלך הניסוי אפשר לראות בסרטון:

הסבר

אנחנו חיים בתוך 'אוקיינוס' של אוויר, שאנו לא רואים אותו ורוב הזמן גם לא מרגישים - אבל הוא קיים כל הזמן ופעיל ללא הרף: כל סמ"ק של אוויר מכיל מיליארדי מיליארדים של חלקיקים קטנטנים שזזים לכל הכיוונים כל הזמן. בעיקר מולקולות של הגזים חנקן (78%) וחמצן (21%) ואטומים של הגז ארגון (0.9%).

כאשר אנו מנפחים בלון (או צמיג של מכונית) – אינספור ההתנגשויות הזעירות בין חלקיקי האוויר לבין דפנות הבלון הן ששומרות על הבלון מנופח, ויוצרות את מה שאנו קוראים לו בשפה הפיזיקאלית 'לחץ אוויר'.

ניפוח בלון, מוחזק מנופח בלחץ האוויר | צילום: Shutterstock

למעשה לא רק על בלון מנופח, גם עלינו פועל לחץ אוויר מכל הכיוונים ובעוצמה רבה (שוות ערך למסה של קילוגרם המונחת על כל סנטימטר רבוע).
אבל לרוב אנו לא מרגישים בסוג הלחץ הזה, ורק ביצוע ניסויים ספציפיים, או שינויים מהירים בגובה שלנו מעל פני הים, כמו נסיעה מהירה מטה לים המלח, יוצרים שינויים בלחץ האוויר שאפשר להרגישם כ'לחץ באוזניים'.

אבל ההרגשה הברורה ביותר לקיומו של אוויר היא רוח. כמו לחץ האוויר, גם הרוח נגרמת מתנועה של חלקיקי האוויר ממקום למקום. אבל בניגוד לתופעת לחץ האוויר, שנגרמת מתנועה אקראית של החלקיקים לכל הכיוונים, הרוח היא תנועה מכוונת של כמות גדולה של חלקיקים לכיוון אחד. כלומר רוח ולחץ אוויר הם למעשה שתי תוצאות של אותה תופעה – תנועה והתנגשות של חלקיקי גז. מסיבה זו יש המכנים את לחץ האוויר – 'לחץ סטטי' (כלומר לחץ 'לא זז', למרות שבפועל תמיד החלקיקים נעים כאמור), ואת הרוח 'לחץ דינמי'.

ומה קורה בניסוי? תחתית פחית השתייה ותחתית הכוס אינן חלקות לגמרי, ולכן הפחית אינה נצמדת בצורה אטומה לתחתית הכוס, כלומר תמיד יש רווח כלשהו בין הפחית לכוס. כאשר אנו נושפים לתוך הכוס, חלקיקי אוויר מצליחים לחדור דרך הרווח אל החלל שבין הכוס לפחית – ואפילו להידחס שם מעט, כך שנוצר לחץ באיזור שבין הכוס לפחית – לחץ שמצליח לדחוף ולהעיף את הפחית הקלה כלפי מעלה. כזכור, אלו המולקולות והאטומים הזעירים שבאוויר שמתנגשים בתחתית הפחית ודוחפים אותה כלפי מעלה.

אם בתחתית הפחית היה חומר שמאפשר איטום מוחלט בינה לבין הכוס, כמו למשל גומי, או אפילו מעט מים, אז אוויר לא היה מצליח לחדור למרווח בין הכוס לפחית – והניסוי לא היה מצליח.

מעניין לציין

עד לפני פחות מ-150 שנה, אז הומצא מנוע הבעירה הפנימית, הדרך הכמעט בלעדית למסעות ברחבי האוקיינוסים הייתה באמצעות ספינות מפרש – כלומר ספינות שנעות בכוח הרוח שפוגעת במפרש. אם מתעמקים בכך, זה די זה מדהים לחשוב שספינה ששוקלת עשרות טונות נעה באמצעות דחיפות שמעניקים לה חלקיקים ששוקלים מיליארדי מליארדיות הגרם.

USS Constitution ספינת המפרש האחרונה שעדיין פעילה בחיל הים האמריקני.