Torricelliho pokus
Kolem roku 1640 řešili ve Florencii zapeklitý problém. Když chtěli naplnit městské fontány vodou, nedokázali ji vyčerpat z hloubky větší než 10 m: voda od určité úrovně již nechtěla stoupat trubkami. Vodárníci zavolali na pomoc fyzika Torricelliho.
Zdroj
Pro vyřešení tohoto problému udělal Torricelli pokus: zcela naplnil dlouhou zkumavku rtutí, poté ji obrátil a její volný konec ponořil do nádoby se rtutí. Pozoroval, že hladina kapaliny ve zkumavce poklesne, ale nevylije se zcela. Zůstane v ní asi 76 cm rtuti. Torricelli správně usoudil, že rtuť je v trubici držena tlakem okolního vzduchu a že je možné vytvořit vakuum.
Prohlédněte si video v angličtině o historii Torricelliho objevů.
Experiment
Rtuť se v současnosti nemůže ve školách používat, proto při experimentu použijete vodu. Ta sice není jedovatá, ale má 13,5krát menší hustotu než rtuť.
Co budete potřebovat? Kbelík s vodou, klubíčko provázku, 12 metrů průhledné plastové hadice a svěrku, kterou lze hadici neprodyšně uzavřít. A hlavně budovu, která vám umožní měřit s výškovým rozpětím cca 10 metrů…
Před vlastním měřením musíte z vody odstranit vzduch, který je v ní rozpuštěný. Vzduch by během pokusu vytvářel bubliny, které znemožňují měření. Nejjednodušším postupem je vodu převařit a nechat vychladnout.
Hadici ponořte jedním koncem do kbelíku a nasajte do ní vodu. Počkejte, až voda zaplní celou hadici, a její konec pevně uzavřete svěrkou. V hadici nesmí zůstat žádné vzduchové bubliny.
Zdroj
Na svěrku přivažte provázek a hadici táhněte nahoru. Ze začátku se chová podle předpokladů – voda stoupá spolu s hadicí vzhůru. Přibližně ve výšce třetího patra dojde k přelomové události – hadici zdvíháte vzhůru, ale voda zůstane v určité výšce; vytvoří hladinu, nad hladinou je vakuum (vodní páry o velmi nízkém tlaku). Když hadicí pohybujete nahoru a dolů, hladina vody zůstává ve stejné výšce. Jedinou možností, jak přinutit vodu v hadici k pohybu vzhůru, je nadzdvihnutí dolního kbelíku.
Hladina vody v hadici se udržuje ve stálé výšce nad hladinou vody v kbelíku. Hydrostatický tlak tohoto sloupce vody je stejný jako okolní tlak vzduchu. Když změříte výšku sloupce vody v hadici, dopočítáte se k hodnotě atmosférického tlaku.
Otázky:
- Naměřená hodnota atmosférického tlaku neodpovídá přesně hodnotě z meteorologické stanice. Pokuste se najít některé důvody, proč tomu tak je.
- Pokud máte možnost ponechat vybavení na místě po několik dní, můžete pozorovat, jak se mění poloha hladiny vody v hadici. Čím je tento jev způsoben?
