בניסוי הזה ניצור מזרקה קטנה שפועלת בתוך בקבוק.
יש לבצע את הניסוי רק תחת השגחה של מבוגר!
ציוד
- בקבוק זכוכית גדול (בנפח של 750 מ"ל או 1 ליטר)
- פלסטלינה
- כפפות חסינות חום
- קערה
- קשית שתייה
- מי ברז
- מים רותחים (זהירות!)
-
צבע מאכל או מעט צבע גואש מומס במים (לא חובה)
מהלך הניסוי
את מהלך הניסוי תוכלו לראות בסרטון הבא:
הסבר
עיקרון הפעולה של המזרקה הקטנה מבוסס על לחץ.
לחץ של גז נוצר כתוצאה מאינספור ההתנגשויות של חלקיקי הגז הקטנים בדפנות הכלי שהוא נמצא בו. כדורסל מנופח, לדוגמה, נשאר קשיח בגלל ההתנגשויות הרבות של חלקיקי הגז בדפנות הכדור, שיוצרות בתוכו לחץ חזק.
באופן מדויק יותר, המזרקה פועלת על הפרש לחצים. כשמחברים אזור עם לחץ גבוה לאזור עם לחץ נמוך נוצרת זרימה של חומר מהאזור הגבוה לנמוך, עד שהלחצים משתווים. מה שקורה בתוך הבקבוק הוא שאנחנו יוצרים בו לחץ אוויר נמוך יחסית ללחץ האוויר שמחוץ לבקבוק. החיבור בין שני האזורים נעשה באמצעות הקשית הטבולה במים, ולכן המים זורמים פנימה דרך הקשית ויוצרים מזרקה. סילון המים ממשיך עד שהלחצים מתאזנים מחדש.
ואיך יוצרים הפרש לחצים? השיטה הקלה ביותר היא באמצעות שינויי טמפרטורה. כשמחממים גז בכלי סגור הלחץ שלו עולה, וכשמקררים גז שנמצא בכלי סגור הלחץ שלו יורד. זהו חוק טבע שנקרא חוק ג'יי לוסק, על שם המדען שגילה אותו, והוא שייך לתחום במדע שנקרא חוקי הגזים.
בניסוי הנוכחי, מילאנו תחילה את הבקבוק במים רותחים, הנחנו לו להתחמם זמן מה ואז שפכנו את המים החוצה. בשלב הזה הבקבוק התמלא באוויר שהתחמם במהירות מדפנות הבקבוק הלוהטות, יחד עם כמות גדולה של אדי מים שנותרו מהמים הרותחים.
פקקנו את הבקבוק בפלסטלינה, כך שקשית השתייה נותרה הפתח היחיד שלו. כשטבלנו את הקשית במים הקרים התחילו שני שלבים בפעילות המזרקה: תוך שניות ספורות החלו הבקבוק והאוויר שבתוכו להתקרר, הלחץ שבבקבוק ירד (נוצר בו תת-לחץ), והוא התחיל "לשאוב" מים דרך הקשית. למילה "לשאוב" צריך להתייחס בעירבון מוגבל, כי בפועל אין כאן פעולה של שאיבה, אלא לחץ האוויר החיצוני דוחף את המים פנימה. אילו היינו בחלל החיצון, שבו אין לחץ אוויר, לא היה מה שידחוף את המים פנימה. השלב הזה זהה לניסוי קודם שלנו, שבו ניפחנו בלון בתוך בקבוק.
ברגע שהמים הקרים מתחילים לצאת מהקשית ולהישפך לתוך הבקבוק – תהליך הקירור של דפנות הבקבוק ושל האוויר שבתוכו מאיץ מאוד. זה קורה מפני שמים הם נוזל קירור מצוין, בזכות תכונה שנקראת קיבול חום – היכולת שלהם לספוג כמויות גדולות של אנרגיה בלי שהטמפרטורה שלהם תעלה באופן משמעותי. הקירור המהיר של האוויר שבבקבוק (כולל עיבוי אדי המים שבו, בדומה לניסוי הבקבוק שנמעך ומתמלא מעצמו) גורם לירידה חדה בלחץ האוויר שבתוך הבקבוק, שמגדיל בתורו את הפרש הלחצים שבין האוויר שבבקבוק לאוויר שבחוץ ויוצר זרם חזק של מים לתוך הבקבוק. כך נוצרת המזרקה.
המזרקה נעצרת רק כשהלחץ שבתוך הבקבוק משתווה ללחץ שמחוצה לו.
מעניין לציין
הרוח בחוץ נושבת בגלל אי-שוויון בלחצי האוויר, שנוצר בעיקר בגלל הפרשי טמפרטורה בין מקומות שונים בעולם. הרוח נושבת מאזורים שלחץ האוויר בהם גבוה לאזורים שבהם לחץ האוויר נמוך, כדי להשיג שוויון בלחצים, בדיוק כמו שהמים זרמו לתוך הבקבוק המתקרר.
