نجات سکه

تاریخ انتشار: ۲۴ آبان ۱۳۹۹

problem

چگونه می‌توانیم این سکه را بدون خیس شدنِ دستمان از آب خارج کنیم؟

راهنمایی: یک شمع و یک لیوان هم داریم.

دست به کار شوید!

۱

این وسایل را آماده کنید:

  • یک لیوان آب
  • رنگ خوراکی (برای بهتر دیده شدن آب)
  • یک لیوان خالی
  • بشقاب
  • سکه
  • شمع
  • فندک

۲

مقداری رنگ خوراکی را در یک لیوان آب حل کنید و آب رنگی را در بشقاب روی سکه بریزید.

۳

شمع را وسط بشقاب بگذارید و آن را روشن کنید.

۴

لیوان را به‌صورت وارونه روی شمع قرار دهید.

دقت کنید: لیوان را آرام روی شمع قرار دهید تا زود خاموش نشود.

۵

سکه را نجات دهید!

از یک زمانی آب شروع به بالا رفتن کرد. چطور این اتفاق افتاد؟

اگر آب بیشتری در بشقاب بریزیم، چه می‌شود؟ بیشترین مقدار آبی که می‌تواند وارد لیوان شود چقدر است؟

اگر به جای یک شمع، سه شمع داشته باشیم، آب کمتر بالا می‌آید یا بیشتر؟

چطور اتفاق افتاد؟

مهم‌ترین اتفاقی که در این آزمایش می‌افتد، منبسط شدن هوايی است كه درون ليوان محبوس می‌شود. آزمايش را تكرار كنيد و به حباب‌هايی دقت كنيد كه موقع گذاشتن ليوان از زير آن خارج می‌شود. اين بخشی از همان هوای منبسط‌شده است كه از لیوان فرار می‌كند. حالا شمع درون ليوانی می‌سوزد كه مولکول‌های هوای كمتری نسبت به شرايط عادی دما و فشار در آن وجود دارد، اما به خاطر گرمای شمعِ در حال سوختن، فشار هوای درون ليوان پایین نمی‌آید.

با ادامه سوختن شمع اكسيژن در هوای درون ليوان كم می‌شود، پس شمع خاموش و هوای درون لیوان سرد می‌شود. اين سرد شدن باعث كم شدن فشار هوا می‌شود. حالا هوای خارج از ليوان كه فشار بيشتری دارد، آب را آنقدر به داخل ليوان می‌راند تا فشار بيرون و درون آن برابر شوند.

این توضیح نتیجه آزمایش با سه شمع را هم به‌خوبی توجیه می‌کند. وقتی آزمايش با سه شمع انجام می‌شود، موقع گذاشتن ليوان هوای بيشتری در اثر انبساط خارج می‌شود و در نتيجه آب بيشتر بالا می‌آيد.

بعضی‌ها بالا آمدن آب را به واکنش‌های شیمیایی‌ای ربط می‌دهند که در سوختن شمع رخ می‌دهد. وقتی شمع را روشن می‌کنیم، اكسيژن هوا و مواد موجود در پارافين شمع با هم تركيب می‌شوند و كربن دی‌اكسيد و آب توليد می‌كنند. در مورد انجام این واکنش شیمیایی اختلاف نظر خاصی وجود ندارد، اما مبنای یک توضیح علمی نادرست برای این آزمایش شده است. این توضیح چنين است: هنگام خاموش شدن شمع، اكسيژن موجود در هوای درون ليوان تمام شده است و از آنجا كه ۲۱ درصد هوا را اكسيژن تشكيل می‌دهد، حجم هوای درون لیوان به‌اندازه ۲۱ درصد كم می‌شود. در نتيجه درون ليوان یک خلأ نسبی ایجاد می‌شود و آب در ليوان بالا می‌رود. چرا این توضیح نادرست است؟ اگر این توضیح درست باشد، بايد آب به اندازه يك‌پنجمِ حجم ليوان (۲۱ درصد) بالا برود. آيا چنين شد؟ دیگر اینکه هر تعداد كه شمع داشته باشيم، فقط به‌اندازه يك‌پنجمِ حجم ليوان اكسيژن داريم. پس با هر تعداد شمع بايد آب به يك اندازه بالا برود. آيا وقتی با سه شمع تکرار کردیم اينطور شد؟

جالب است بدانید…

شاید اولین کسی که این آزمایش را انجام داد، یک مهندس و نویسنده یونانی به نام فیلو (Philo) بود که حدود ۲۲۰۰ سال قبل (دويست تا سيصد سال قبل از میلاد مسیح) در شهر بیزانس زندگی می‌کرد. فیلو يك شمع را درون گلدانی روشن كرد كه وارونه در يك ظرف آب قرار داشت و مشاهده‌ای مشابه آزمایش بالا کرد. توضیح فیلو این بود كه گویچه‌های هوای داخل گلدان به ذرات کوچک آتش تبدیل و از گلدان خارج می‌شوند. در نتیجه خلأ نسبی ایجاد می‌شود و آب را به داخل می‌کشد. با علم امروز اين توضيح ساده‌لوحانه به نظر می‌رسد، اما در زمان فیلو اینطور نبود. در آن زمان اعتقاد بر این بود که در هستی فقط چهار عنصر آب، باد، خاک و آتش وجود دارد و بنابراین چاره‌ای نداشتند جز اینکه پديده‌ها را با تبديل شدن اين چهار عنصر به یکدیگر توجيه کنند.

 

مطالب مرتبط