Hogyan tegyünk egy tojást egy üvegbe
Az egyik legérdekesebb kihívás, amelyet saját konyhánk kínálhat nekünk, az a kipróbálásanagyon jól főtt tojást tettünk, majd a tojás átmérőjénél kisebb nyílású tejpalackban hámoztunk meg. A megoldás rendkívül egyszerű és abból áll, hogy megvilágít néhány papírt és behelyezi őket az üvegbe (papír helyett akár gyufaszálakat is használhat), majd a tojást a tejpalack szájára helyezzük. Csak néhány másodpercbe telik, és a tojás az üveg belsejében lesz. Semmi sem egyszerűbb, és mégis ez a fizika a mi kis konyhai kísérletünk mögött?
Newton első törvénye megjósolja a testek viselkedését a rájuk ható erőegyensúly esetén. Ezek az objektumok egyensúlyban lesznek, és nulla értékű gyorsulásuk lesz, akár egyenletes mozgásban, akár nyugalomban. Newton szerint egy test csak akkor gyorsul fel, ha a rá ható erők eredőjének nem nulla értéke van, tehát amikor egyensúlyhiány van ezen erők között. Ebben a pillanatban a test megváltoztatja sebességét vagy haladási irányát, vagy mindkettőt.
Kísérletünk elején, amikor a tojás egyensúlyban van, a palack felett helyezkedik el, a rá ható erők kioltják egymást. A helyiség légnyomása összegezve azzal a tojás súlya megfelelnek az üveg reakciója a tojással érintkezve kiegészítés az üveg belsejében lévő levegő által keltett nyomás. Newtoni elvek szerint a tojás felgyorsítása érdekében egyensúlyhiányt kell létrehoznunk ezen erők között. Az egyik lehetőség az lenne, ha a tojást kézzel nyomja a palack belsejébe, de ezt nem akarjuk, és emellett károsíthatjuk is. Célszerű a fenti videó elrendezését használni. Ha a tojást a palack szájára helyezzük pontosan abban a pillanatban, amikor a felhasznált gyufák vagy papírok leégnek, a palack belsejében lévő levegő hőmérséklete a normálisnál magasabb lesz. Mivel a hőforrás eltűnt, hűlni kezd. Mivel a tojás nagyon jól lezárja az üveg belsejét, az ott lévő levegő a hőmérséklet csökkenésével szintén elveszíti kezdeti nyomását.
A középiskolában egy ponton megtanultam az ideális gáz egyszerű átalakulásait. Ez volt a három törvény, amely leírja a gáz nyomásának, térfogatának és hőmérsékletének viszonyát (Boyle-Mariotte, Gay-Lussac és Charles törvényei). Charles törvénye, amely izochor transzformációt ír le (amely állandó térfogaton történik), elmondja, hogy az állandó térfogaton tartott gáz nyomása a hőmérsékletével lineárisan növekszik vagy csökken.
Bár kísérletünk során nem egy ideális helyzettel foglalkozunk, a hatások hasonlóak. Amint a palack belsejében a levegő hőmérséklete csökken, csökken a tojásra ható erők közötti egyensúlyhiány is. Nem nullától eredő erő jelenik meg, amely fentről lefelé hat, a tojást gyakorlatilag "beszívják" az üveg belsejében a létrehozott nyomáskülönbség miatt.
Ekkor felmerül a kérdés: kivehetjük a tojást a pohárból anélkül, hogy károsítanánk (ha ez behatolt az egész üvegbe, amint ez az itt bemutatott klipben nincs? A válasz Igen, és az alkalmazott elv ugyanaz. A kísérlet leírása és magyarázatok ebben a cikkben a Fun Physics sorozatból .