Как да поставите яйце в бутилка
Едно от най-интересните предизвикателства, които нашата собствена кухня може да ни предложи, е да опитаме sслагаме много добре сварено яйце и след това се обелваме в бутилка с мляко с отвор, по-малък от диаметъра на яйцето. Решението е изключително просто и се състои в запалване на няколко хартии и поставянето им в бутилката (можете дори да използвате кибрит вместо хартия), последвано от поставяне на яйцето върху устата на бутилката с мляко. Ще отнеме само няколко секунди и яйцето ще бъде вътре в бутилката. Нищо по-просто и въпреки това физиката стои зад нашия малък кухненски експеримент?
Първият закон на Нютон предсказва поведението на телата в случай на баланс на силите, действащи върху тях. Тези обекти ще бъдат в равновесие на движение и ще имат ускорение с нулева стойност, независимо дали са в равномерно движение или в покой. Според Нютон тялото се ускорява само когато резултатът от силите, действащи върху него, има ненулева стойност, така че когато има дисбаланс между тези сили. По това време тялото ще промени скоростта или посоката на движение, или и двете.
В началото на нашия експеримент, когато яйцето е в равновесие, разположено над бутилката, силите, действащи върху нея, се анулират взаимно. Налягане на въздуха в помещението обобщено с теглото на яйцето се съчетават с реакцията на бутилката при контакт с яйцето допълнение налягането, генерирано от въздуха вътре в бутилката. Според нютоновите принципи, за да ускорим яйцето, трябва да създадем дисбаланс между тези сили. Единият вариант би бил да натиснете яйцето ръчно в бутилката, но ние не искаме това и освен това може да го повредим по този начин. За предпочитане е да използвате подредбата във видеото по-горе. Ако поставим яйцето върху устата на бутилката в точния момент, когато използваните кибрит или хартия спрат да горят, въздухът в бутилката ще има по-висока температура от нормалната. Тъй като източникът на топлина е изчезнал, той ще започне да се охлажда. Тъй като яйцето уплътнява много добре вътрешността на бутилката, въздухът там, с понижаване на температурата, също губи първоначалното си налягане.
В един момент научих в гимназията за простите трансформации на идеалния газ. Това бяха трите закона, които описват връзката между налягането, обема и температурата на даден газ (законите на Бойл-Марио, Гей-Люсак и Чарлз). Законът на Чарлз, който описва изохорно преобразуване (което се случва при постоянен обем), ни казва, че налягането на газ, поддържано с постоянен обем, нараства или намалява линейно с неговата температура.
Въпреки че в нашия експеримент нямаме работа с идеална ситуация, ефектите са подобни. С намаляването на температурата на въздуха в бутилката намалява и дисбалансът между силите, действащи върху яйцето. Появява се ненулева резултатна сила, която действа отгоре надолу, като яйцето е практически „засмукано“ вътре в стъклото поради създадената разлика в налягането.
Тогава възниква въпросът: можем да извадим яйцето от чашата, без да го повредим (това ако е проникнало през цялото стъкло, какъвто не е случаят в представения тук клип)? Отговорът е Да, и прилаганият принцип е един и същ. Описание на експеримента и обяснения в тази статия от поредицата Fun Physics .