Για το πείραμα θα χρειαστείς:
- ένα μακρόστενο δοχείο
- τσοπστικς (chopsticks)
- τσιμπίδα (που δε θα φτάνει στον πάτο)
- καλαμάκι
- καρύδι
- ανθρακούχο νερό
Σκοπός είναι να πιάσεις από τον πάτο το καρύδι. Μπορείς να χρησιμοποιήσεις ό,τι θες από τα παραπάνω υπό έναν όρο, να ΜΗΝ μετακινήσεις το δοχείο.
Έχει ενδιαφέρον το πείραμα να πραγματοποιείται ταυτόχρονα από μια ομάδα ατόμων, η οποία θα χρονομετρείται για να δείτε ποιος θα σκεφτεί πρώτος τη λύση.
***Αν δε βρείτε τέτοιο μακρόστενο κύλινδρο μπορείτε να χρησιμοποιήσετε κομμένα πλαστικά μπουκάλια, και είτε δε θα χρησιμοποιήσετε τσιμπίδα (γιατί λογικά θα φτάνει στον πάτο) είτε θα υπάρχει ο όρος να μην βάλετε το χέρι μέσα στο μπουκάλι (στον κύλινδρο έτσι κι αλλιώς δε χωράει!).
Εξήγηση
Οι φυσαλίδες διοξειδίου του άνθρακα που περιέχει η σόδα, κολλούν στην τραχιά επιφάνεια του ξηρού καρπού, ο οποίος ανυψώνεται λόγω της άνωσης.
Δοκιμάστε να τοποθετήσετε άλλα αντικείμενα στο ανθρακούχο νερό για να δείτε αν παρουσιάζουν αυτή τη συμπεριφορά.
Τα ανθρακούχα ποτά παρασκευάζονται τοποθετώντας το ποτό σε δοχείο υπό υψηλή πίεση αερίου διοξειδίου του άνθρακα (CO2). Αυτή η υψηλή πίεση αναγκάζει το διοξείδιο του άνθρακα να διαλυθεί στο υγρό. Όταν ανοίγετε ένα δοχείο ανθρακούχου ποτού, ο θόρυβος που ακούτε παράγεται από το αέριο διοξειδίου του άνθρακα καθώς βγαίνει από το δοχείο. Όταν το δοχείο ανοίγει, η πίεση μειώνεται και έτσι επιτρέπει τη διαφυγή μέρους του διοξειδίου του άνθρακα που ήταν διαλυμένο στο υγρό.
Η επιστήμη πίσω από το πείραμα
Τι είναι η άνωση;
Η Άνωση είναι η δύναμη που ασκεί ένα ρευστό (όπως η
θάλασσα ή ο αέρας) σε ένα σώμα που βρίσκεται βυθισμένο μέσα του πλήρως
ή μερικώς.
Όταν προσπαθούμε να βουλιάξουμε μια μπάλα στο νερό αισθανόμαστε την
άνωση να σπρώχνει προς τα πάνω και να μας εμποδίζει. Όταν προσπαθούμε
να βγάλουμε μια πέτρα από τη θάλασσα αισθανόμαστε την άνωση να
σπρώχνει προς τα πάνω βοηθώντας να βγάλουμε την πέτρα από το νερό που
μας φαίνεται ελαφρύτερη από το κανονικό.
Η άνωση οφείλετε στην πίεση. Η πίεση αυτή εξαρτάται από το βάθος (και το
είδος του υγρού), συγκεκριμένα είναι μεγαλύτερη όσο πιο βαθιά είμαστε.
Η άνωση είναι η δύναμη που μας βοηθά να επιπλέουμε. Κάποια
αντικείμενα επιπλέουν στο νερό ενώ άλλα βυθίζονται. Κάποια άλλα ούτε
επιπλέουν, ούτε βυθίζονται αλλά μένουν σταθερά εκεί που θα τα
τοποθετήσουμε.
Γιατί όμως μια άγκυρα μέσα σε ένα πλοίο επιπλέει μαζί με το πλοίο, όταν όμως
τη ρίξουμε στο νερό, η άγκυρα βυθίζεται; δοχείο γεμάτο μέχρι επάνω με
νερό. Καθώς ο κύβος βυθίζεται μέχρι τον πάτο του δοχείου μαζεύουμε το νερό
που ξεχειλίζει σε μια λεκάνη. Ο όγκος του νερού που μαζέψαμε στη λεκάνη
ισούται με τον όγκο του κύβου που βυθίστηκε στο νερό. Αφού ο κύβος
βυθίστηκε μέχρι τον πάτο, ο όγκος του εκτοπισμένου νερού ισούται με τον όγκο
του κύβου.
Παρόλο που ο κύβος βυθίζεται μέχρι τον πάτο του δοχείου, υπάρχει μια δύναμη
που τον σπρώχνει προς τα πάνω. Η δύναμη που ωθεί τον κύβο προς την
επιφάνεια του νερού είναι ίση προς το βάρος του νερού που εκτοπίζει ο κύβος.
Καθώς ο κύβος βυθίζεται και ο όγκος του νερού που ξεχειλίζει από το δοχείο
μεγαλώνει, αντίστοιχα μεγαλώνει και η δύναμη αυτή. Όταν όλος ο κύβος
βυθιστεί και κατευθύνεται προς τον πάτο του δοχείου, δεν ξεχειλίζει άλλο νερό
και η δύναμη μένει σταθερή. Γιατί λοιπόν ο κύβος δεν επιπλέει; Προφανώς
επειδή το βάρος του νερού που ξεχείλισε, το οποίο είναι ίσο με την άνωση, είναι
μικρότερο από το βάρος του κύβου.
Το μέγεθος της άνωσης προκύπτει από την Αρχή του Αρχιμήδη κατά την οποία: «Κάθε σώμα βυθισμένο σε ρευστό δέχεται δύναμη ίση και αντίθετη με το βάρος του ρευστού που εκτοπίζει». Η αντίστοιχη μαθηματική έκφραση είναι , όπου:
- ρ: πυκνότητα ρευστού
- g: η επιτάχυνση βαρύτητας
- V: όγκος βυθισμένου σώματος
- Όταν το βάρος του σώματος είναι μεγαλύτερο του βάρους του εκτοπίσματός του, τότε η συνισταμένη βάρους-άνωσης έχει φορά προς τα κάτω και το σώμα βυθίζεται.
- Όταν το βάρος του σώματος είναι μικρότερο του βάρους του εκτοπίσματός του, τότε η συνισταμένη βάρους-άνωσης έχει φορά προς τα πάνω και το σώμα ανέρχεται.
Άνωση και πυκνότητα
Η άνωση και η πυκνότητα συνδέονται. Η άνωση ισούται
με το βάρος του εκτοπιζόμενου υγρού, επομένως ισούται με τον όγκο του
εκτοπιζόμενου υγρού επί την πυκνότητά του. Όσο πιο πυκνό το υγρό, τόσο
μεγαλύτερη η άνωση, αφού για τον ίδιο όγκο έχουμε μεγαλύτερο βάρος.
Αντικείμενα που βυθίζονται σε ένα υγρό, επιπλέουν σε ένα άλλο. Για
παράδειγμα το κολύμπι σε μια λίμνη είναι πιο δύσκολο από ότι στη θάλασσα,
επειδή το αλμυρό νερό είναι ελαφρώς πιο πυκνό από το γλυκό.
(Προσοχή! Ο όγκος είναι ο χώρος που καταλαμβάνει κάθε σώμα, ενώ το βάρος είναι η δύναμη με την οποία έλκει η γη τα σώματα ανάλογα με τη μάζα τους –που τη μετράμε με τη ζυγαριά).