Coś czy nic?

Weź do ręki pustą butel­kę i prze­ko­naj się, czy rze­czy­wi­ście jest pusta.

Dzi­siaj przy­gląd­nie­my się temu, co nie­wi­dzial­ne. Zacznie­my od pro­ste­go eks­pe­ry­men­tu pole­ga­ją­ce­go na wle­wa­niu wody do pustej butelki.

Przy­go­tuj:

• Butel­kę
• Lejek
• Wodę
• Pla­ste­li­nę

Utrzy­mu­jąc lejek nad otwo­rem butel­ki wlej wodę do jej środka.

Czy zauwa­ży­łeś coś zaska­ku­ją­ce­go lub nie­zgod­ne­go z Two­imi ocze­ki­wa­nia­mi? Pew­nie nie, po pro­stu prze­la­łeś wodę do butelki…

Teraz powtó­rzy­my to doświad­cze­nie, ale zmie­ni­my spo­sób umiesz­cze­nia lej­ka w butel­ce. W tym celu wylej wodę z butel­ki, by ponow­nie dys­po­no­wać pustym naczy­niem. Następ­nie włóż lejek w otwór butel­ki. Miej­sce, gdzie lejek i butel­ka będą się sty­kać, nale­ży szczel­nie zakle­ić plasteliną.

Do tak przy­go­to­wa­nej butel­ki z lej­kiem wlej wodę.

Czy zauwa­ży­łeś jakąś zmia­nę w sto­sun­ku do poprzed­niej pró­by napeł­nie­nia butel­ki wodą?

Za pierw­szym razem woda bez pro­ble­mu prze­la­ła się do butel­ki cią­głym stru­mie­niem. Za dru­gim razem coś hamo­wa­ło prze­pły­wa­ją­cą wodę. Lała się ona prze­ry­wa­nym stru­mie­niem, a w lej­ku moż­na było zaob­ser­wo­wać bąbel­ki. Tym „czymś”, co utrud­nia­ło prze­do­sta­nie się wody do butel­ki była jej pier­wot­na zawar­tość. Oka­zu­je się, że butel­ka nigdy nie była pusta! Nawet, gdy nie było w niej wody, była wypeł­nio­na pew­ną sub­stan­cją. Zapew­ne już się domy­ślasz, że cho­dzi o powie­trze. Wle­wa­ją­ca się do butel­ki woda zaj­mo­wa­ła miej­sce zgro­ma­dzo­ne­go tam powie­trza. W pierw­szej wer­sji eks­pe­ry­men­tu powie­trze wypchnię­te przez wle­wa­ją­cą się wodę mogło swo­bod­nie wydo­stać się na zewnątrz butel­ki. Przy dru­gim podej­ściu zakle­ili­śmy pla­ste­li­ną dro­gę uciecz­ki powie­trza.  W związ­ku z tym, musia­ło ono ucie­kać tą samą dro­gą, któ­rą wpły­wa­ła woda. Znacz­nie spo­wol­ni­ło to pro­ces wle­wa­nia się wody. Wydo­sta­ją­ce się z butel­ki powie­trze moż­na było zaob­ser­wo­wać pod posta­cią bąbel­ków gazu.

 

CZY POWIETRZE MA MASĘ?

Sko­ro już wie­my, że nawet pusta butel­ka jest w rze­czy­wi­sto­ści peł­na, gdyż znaj­du­je się w niej powie­trze, może­my zadać sobie pyta­nie: Czy powie­trze coś waży? A może nic nie waży? Zasta­nów się. Jak myślisz?

Nie­któ­rzy uwa­ża­ją, że powie­trze nic nie waży. Inni twier­dzą, że powie­trze posia­da masę, co praw­da nie­wiel­ką, ale jed­nak coś waży. Praw­da jest taka, że powie­trze rze­czy­wi­ście ma masę. Jeśli takiej odpo­wie­dzi udzie­li­łeś to gra­tu­lu­ję! A jeśli się pomy­li­łeś, nie przej­muj się- powie­trze, któ­re jest wokół nas wciąż na nas naci­ska, ale trud­no jest to zauwa­żyć, ponie­waż jeste­śmy do tego przy­zwy­cza­je­ni. W koń­cu, ten nacisk masy powie­trza czu­je­my nie­prze­rwa­nie od chwi­li naro­dzin, więc zazwy­czaj igno­ru­je­my ten fakt.

Usta­li­li­śmy już, że powie­trze posia­da masę. Nasu­wa się więc pyta­nie: Ile waży powie­trze? Żeby być bar­dziej kon­kret­nym może­my zadać pyta­nie: Ile waży powie­trze znaj­du­ją­ce się w butel­ce o pojem­no­ści 1 l? Albo: Ile waży powie­trze wypeł­nia­ją­ce mój pokój? Dzi­siaj odpo­wie­my sobie na te dwa pyta­nia, jed­nak odpo­wiedź wca­le nie jest tak pro­sta jak­by się mogło wyda­wać. Otóż, to ile waży powie­trze o danej obję­to­ści zale­ży od kil­ku czyn­ni­ków. Sprawdź­my od jakich.

 

CIEPŁE I ZIMNE POWIETRZE

Przy­go­tuj:

• Szkla­ną butelkę
• Balon
• Miskę
• Gorą­cą wodę (w ilo­ści oko­ło 1–2 l)

UWAGA! To doświad­cze­nie wyko­nuj z pomo­cą oso­by dorosłej.

Włóż butel­kę na noc do zamra­żar­ki (lub przy­naj­mniej na 2 godziny).

Następ­ne­go dnia wyj­mij butel­kę z zamra­żar­ki i postaw ją w misce.

Jak naj­szyb­ciej, by butel­ka nie zdą­ży­ła się ogrzać, nałóż balon na butel­kę. Posta­raj się, aby balon był szczel­nie założony.

Polej butel­kę gorą­cą wodą, aby ją ogrzać.

Obser­wuj.

Balon się nadmu­chał! Jak to możliwe?

Na począt­ku mie­li­śmy do dys­po­zy­cji pustą, zim­ną butel­kę. Jak już wiesz, pusta butel­ka wca­le nie była pusta- zawie­ra­ła powie­trze. To powie­trze było, tak samo jak butel­ka, zim­ne. Zało­że­nie balo­nu na butel­kę spo­wo­do­wa­ło, że butel­ka zosta­ła zamknię­ta, to zna­czy, że do butel­ki nie mogło dostać się powie­trze z zewnątrz oraz z butel­ki nie mogło ule­cieć powie­trze. A zatem, po nało­że­niu balo­ni­ka masa powie­trza w butel­ce (a wła­ści­wie w ukła­dzie butel­ka-balon) nie zmie­ni­ła się. Wraz z ogrza­niem butel­ki oraz znaj­du­ją­ce­go się w niej powie­trza zmie­ni­ła się obję­tość tego powietrza.

Szczel­nie zało­żo­ny balon zapew­nił nam, że w trak­cie ogrze­wa­nia powie­trza, jego masa nie zmie­ni­ła się (powie­trza ani nie przy­by­ło, ani nie uby­ło). Zmie­ni­ła się za to jego obję­tość. Widzi­my zatem, że cie­płe powie­trze zaj­mu­je więk­szą obję­tość niż zim­ne powie­trze o tej samej masie. W związ­ku z tym, pyta­jąc ile waży powie­trze znaj­du­ją­ce się w butel­ce, powin­ni­śmy dopre­cy­zo­wać pyta­nie wska­zu­jąc tem­pe­ra­tu­rę tego powietrza.

Aby lepiej sobie zapa­mię­tać zależ­ność obję­to­ści powie­trza od tem­pe­ra­tu­ry, prze­pro­wadź­my ana­lo­gicz­ne doświad­cze­nie, pole­ga­ją­ce tym razem na ochła­dza­niu gorą­cej butelki.

Przy­go­tuj:

• Szkla­ną butelkę
• Balon
• Miskę
• Wrzą­tek
• Zim­ną wodę ( w ilo­ści ok. 1–2 l)
• Ręka­wi­ce kuchenne/ szmatkę

 

UWAGA! To doświad­cze­nie wyko­nuj z pomo­cą oso­by dorosłej.

Wypeł­nij butel­kę wrząt­kiem, aby się ogrza­ła. Po oko­ło minu­cie wylej gorą­cą wodę z butel­ki. Postaw butel­kę w misce. Ponie­waż butel­ka będzie bar­dzo gorą­ca, czyn­no­ści te nale­ży wyko­nać w ręka­wi­cach kuchen­nych lub przez szmatkę!

Ostroż­nie, ale szyb­ko (zanim butel­ka osty­gnie) załóż balon na butelkę.

Polej butel­kę zim­ną wodą.

Jakie­go efek­tu się spodziewasz?

Balon został wepchnię­ty do butel­ki! Czy prze­wi­dzia­łeś, że tak się stanie?

Masa powie­trza zamknię­te­go w butel­ce nie zmie­ni­ła się, zmie­ni­ła się jed­nak jego obję­tość. Stu­dząc butel­kę, stu­dzi­li­śmy rów­nież powie­trze, któ­re się w niej znaj­do­wa­ło. W wyni­ku ochła­dza­nia powie­trza, jego obję­tość zma­la­ła. Może­my wysnuć wnio­sek, że zim­ne powie­trze zaj­mu­je mniej­szą obję­tość niż ta sama masa powie­trza ciepłego.

Gdy­by­śmy nie zatka­li otwo­ru butel­ki balo­nem, to zmie­nia­jąc tem­pe­ra­tu­rę powie­trza w butel­ce, zmie­nia­li­by­śmy rów­nież jego masę. Brak balo­nu spo­wo­do­wał­by, że pod­czas ogrze­wa­nia, część powie­trza z butel­ki ucie­kła­by na zewnątrz, przez co masa powie­trza w butel­ce by się zmniej­szy­ła. Odwrot­nie jest w przy­pad­ku chło­dze­nia- kur­czą­ce się powie­trze w butel­ce zro­bi­ło­by miej­sce dla dodat­ko­we­go powie­trza z zewnątrz. Tym samym masa powie­trza w butel­ce by wzro­sła. Widać stąd, że masa powie­trza w butel­ce zale­ży od temperatury.

Pod­su­muj­my wnio­ski z tych dwóch eksperymentów.

ŚCIŚNIĘTE POWIETRZE

Przy­go­tuj:

• Strzy­kaw­kę

Wysuń tłok strzy­kaw­ki, tak aby zna­la­zło się w niej jak naj­wię­cej powietrza.

Następ­nie zatkaj szczel­nie wylot strzy­kaw­ki pal­cem jed­nej dło­ni. Dru­gą ręką naci­skaj na tłok.

Obję­tość powie­trza w strzy­kaw­ce zmie­ni­ła się! Jed­nak masa tego powie­trza nie ule­gła zmia­nie (o ile odpo­wied­nio moc­no trzy­ma­łeś palec na otwo­rze). Kolej­ny raz dzi­siaj zmie­ni­li­śmy obję­tość powie­trza nie zmie­nia­jąc przy tym jego masy. Tym razem jed­nak nie mia­ło to związ­ku ze zmia­ną tem­pe­ra­tu­ry tego gazu. W tym przy­pad­ku przy­czy­ną zmia­ny obję­to­ści powie­trza było ści­śnię­cie go. Posłu­gu­jąc się bar­dziej nauko­wym języ­kiem, może­my powie­dzieć, że wywar­li­śmy ciśnie­nie na powie­trze znaj­du­ją­ce się w strzy­kaw­ce. Im więk­sze ciśnie­nie przy­kła­da­li­śmy, tym obję­tość powie­trza mala­ła. Wyni­ka stąd, że, kolej­nym po tem­pe­ra­tu­rze, czyn­ni­kiem wpły­wa­ją­cym na obję­tość powie­trza jest ciśnie­nie, pod jakim to powie­trze się znajduje.

ILE WAŻY POWIETRZE?

Wróć­my do zada­ne­go wcze­śniej pyta­nia: Ile waży powie­trze znaj­du­ją­ce się w butel­ce o pojem­no­ści 1 l? Jak już wie­my, odpo­wiedź brzmi: to zale­ży. Na szczę­ście wie­my rów­nież od cze­go to zale­ży. Mia­no­wi­cie, masa powie­trza w butel­ce o poda­nej obję­to­ści zale­ży od tem­pe­ra­tu­ry tego powie­trza oraz od ciśnie­nia dzia­ła­ją­ce­go na ten gaz. Oczy­wi­ście, mogli­by­śmy roz­wa­żać masę powie­trza pod­da­ne­go jakimś eks­tre­mal­nym warun­kom, trud­nym do uzy­ska­nia domo­wy­mi spo­so­ba­mi. Sku­pi­my się jed­nak na tym, ile może ważyć powie­trze wypeł­nia­ją­ce jed­no­li­tro­wą butel­kę znaj­du­ją­cą się w zwy­czaj­nych warun­kach- np. w Two­im domu. Jeśli zało­ży­my, że takie zwy­czaj­ne warun­ki ozna­cza­ją tem­pe­ra­tu­rę oko­ło 20°C oraz ciśnie­nie 1013 hPa, to 1 litr powie­trza waży 1,2 g. Dla porów­na­nia- 1,2 g to mniej wię­cej tyle ile waży jed­na dra­żet­ka mię­to­wej gumy do żucia.

MASA POWIETRZA W TWOIM POKOJU

Wie­dząc ile waży powie­trze znaj­du­ją­ce się w litro­wej butel­ce w warun­kach panu­ją­cych zazwy­czaj w domu, może­my się zasta­no­wić, ile waży powie­trze wypeł­nia­ją­ce cały pokój. Moż­na to zro­bić usta­la­jąc naj­pierw, ile litrów powie­trza znaj­du­je się w poko­ju. Zazwy­czaj jed­nak obję­to­ści pomiesz­czeń nie poda­je się w litrach. Bar­dziej ade­kwat­ną jed­nost­ką jest metr sze­ścien­ny. 1 metr sze­ścien­ny to z defi­ni­cji obję­tość, jaką ma sze­ścian o kra­wę­dzi dłu­go­ści 1 metra.

1 metr sze­ścien­ny to obję­tość rów­na 1000 litrów. W związ­ku z tym, 1 metr sze­ścien­ny powie­trza waży 1000 razy wię­cej niż 1 litr powie­trza. 1 litr tego gazu ma masę 1,2 g, zatem 1 metr sze­ścien­ny powie­trza waży 1200 g, czy­li 1,2 kg.

Wyznacz­my, ile waży powie­trze wypeł­nia­ją­ce Twój pokój.

Przy­go­tuj:

• Taśmę mier­ni­czą lub metr krawiecki
• Kart­kę
• Dłu­go­pis
• Kal­ku­la­tor

Na począ­tek wybierz pomiesz­cze­nie, dla któ­re­go chcesz wyzna­czyć masę powie­trza, nie musi to być koniecz­nie Twój pokój. W wybo­rze kie­ruj się tym, aby pokój miał jak naj­prost­szy kształt- to zna­czy, aby nie było w nim sko­sów, wnęk itp. Dzię­ki temu łatwo będzie obli­czyć obję­tość pomiesz­cze­nia. Oczy­wi­ście, jeśli potra­fisz już obli­czać obję­to­ści bar­dziej skom­pli­ko­wa­nych brył, możesz wybrać dowol­ny pokój. Ja jed­nak zapre­zen­tu­ję jak wyzna­czyć obję­tość poko­ju o naj­prost­szej budo­wie. W razie trud­no­ści możesz popro­sić o pomoc star­sze rodzeń­stwo lub dorosłych.

Zmierz wymia­ry roz­wa­ża­ne­go poko­ju, to zna­czy jego dłu­gość, wyso­kość i sze­ro­kość. Wyni­ki pomia­ru wyra­żo­ne w metrach zapisz na kartce.

Dla przy­kła­du- wymia­ry moje­go poko­ju są następujące:

Dłu­gość = 4,5 m

Sze­ro­kość = 4 m

Wyso­kość = 2,5 m

Kolej­nym kro­kiem jest wyzna­cze­nie obję­to­ści pomiesz­cze­nia. W tym celu nale­ży pomno­żyć przez sie­bie wszyst­kie trzy wymia­ry. Oczy­wi­ście, możesz to zro­bić korzy­sta­jąc z kalkulatora.

Pozo­sta­ło już tyl­ko wyzna­czyć masę powie­trza w poko­ju poprzez pomno­że­nie jego obję­to­ści (wyra­żo­nej w metrach sze­ścien­nych) przez 1,2 kg.

Powie­trze w moim poko­ju waży 54 kg. Spo­dzie­wa­łeś się, że powie­trze w nie­du­żym pomiesz­cze­niu może tyle ważyć?

Ale ile waży powie­trze w Two­im poko­ju? Wię­cej czy mniej niż Ty? Sprawdź, czy powie­trze wypeł­nia­ją­ce cały Twój dom waży wię­cej niż wszy­scy jego mieszkańcy.

Powo­dze­nia 😊

Alek­san­dra Kowalska