Як покласти яйце в пляшку
Одне з найцікавіших викликів, яке може запропонувати нам власна кухня, - це спробувати sми кладемо дуже добре відварене яйце, а потім очищаємо його від пляшки з молоком з отвором, меншим за діаметр яйця. Рішення надзвичайно просте і полягає у тому, щоб запалити кілька паперів і вставити їх всередину пляшки (можна навіть використовувати сірники замість паперу), а потім помістити яйце на горловину пляшки з молоком. Це займе лише кілька секунд, і яйце буде всередині пляшки. Нічого простішого, і все ж це фізика нашого маленького кухонного експерименту?
Перший закон Ньютона передбачає поведінку тіл у разі співвідношення сил, що діють на них. Ці об'єкти будуть знаходитися в рівновазі руху і матимуть нульове значення прискорення, перебуваючи або в рівномірному русі, або в стані спокою. На думку Ньютона, тіло прискорюється лише тоді, коли результуюча сила сил, що діє на нього, має ненульове значення, отже, коли існує дисбаланс між цими силами. У той час тіло змінить або швидкість, або напрямок руху, або обидва.
На початку нашого експерименту, коли яйце знаходиться в рівновазі, розташоване над пляшкою, сили, що діють на неї, анулюють одна одну. Тиск повітря в приміщенні підсумували с вага яйця відповідають реакція пляшки при контакті з яйцем доповнення тиск, що створюється повітрям всередині пляшки. Відповідно до ньютонівських принципів, щоб прискорити яйцеклітину, ми повинні створити дисбаланс між цими силами. Одним із варіантів було б проштовхувати яйце вручну всередину пляшки, але ми цього не хочемо і, крім того, можемо пошкодити його таким чином. Переважно використовувати домовленість у відео вище. Якщо ми помістимо яйце на горловину пляшки саме в той момент, коли використані сірники або папери перестануть горіти, повітря всередині пляшки матиме вищу температуру, ніж зазвичай. Оскільки джерело тепла зник, воно почне охолоджуватися. Оскільки яйце дуже добре закупорює внутрішню частину пляшки, повітря там, при зниженні температури, також втрачає початковий тиск.
У якийсь момент я дізнався в середній школі про прості перетворення ідеального газу. Це були три закони, що описують взаємозв’язок тиску, об’єму та температури газу (закони Бойля-Маріотта, Гей-Люссака та Чарльза). Закон Чарльза, який описує ізохорне перетворення (яке відбувається при постійному обсязі), говорить нам, що тиск газу, що підтримується в постійному обсязі, лінійно зростає або зменшується з його температурою.
Хоча в нашому експерименті ми маємо справу не з ідеальною ситуацією, ефекти подібні. Зі зниженням температури повітря всередині пляшки зменшується дисбаланс між силами, що діють на яйце. З'являється ненульова результуюча сила, яка діє зверху вниз, і яйце практично "всмоктується" всередину скла через створену різницю тисків.
Тоді виникає питання: ми можемо вийняти яйце зі скла, не пошкодивши його (це якщо воно проникло через ціле скло, як це не відбувається у представленому тут кліпі)? Відповідь така Так, і застосовуваний принцип однаковий. Опис експерименту та пояснення в цій статті із серії Fun Physics .