Bardaktan Dökülmeyen Su…
Çocuklar çoğunlukla sorması basit, açıklaması zor sorular sorarlar. Bu sorulardan birisi 3 yıl önce bir uçak yolculuğunda yakalamıştı beni.
“Uçak inerken kulaklarım neden bu kadar acıdı?”
Cevabı basit bir soru değil mi? Ama 5,5 yaşında bir çocuğa nasıl açıklarsınız? Öncelikle kilit konuyu açıklamamız gerekiyor. Neyse ki ‘havayı görmüyoruz, kokusunu almıyoruz, dokunamıyoruz ama var olduğunu biliyoruz’ kısmını daha önce halletmiştik. ‘Etrafımızda var olan havanın bir ağırlığı var ve bu ağırlıktan dolayı basınç oluşur’ açıklamam ise ustaca sorularla geçiştirildi:
“Ama ben kafamı yan tutmuyorum ki? Havanın ağırlığı kulağıma nasıl geliyor?”
Öyle ya, ağırlık hep aşağı doğrudur. Kulağımız yatay eksende olduğuna göre ağırlığın bizi etkilememesi gerekiyor. Çok mantıklı!
Peki, hava basıncının her yönde etkili olduğunu nasıl anlatabiliriz? Google hazretlerinin önerdiği deneylerden en basitini deneyebiliriz: Ters çevirdiğimiz bardaktan suyun dökülmemesini sağlamak…
Gereken malzemeler gayet basit.
- Tamamen su dolu bir bardak
- Bir karton parçası (ilaç kutuları kaplamaları nedeniyle suya daha dayanıklı)
Deneyin aşamalarını fotoğraflarla anlatalım:
Öncelikle kartonu suyun üzerine dikkatli bir şekilde yerleştiriyoruz.
Bardağı yavaşça ters çeviriyoruz. Bunu yaparken kartonun kaymasını engellemek için parmağınızla destek olmanızda fayda var.
Bardağı dik tutmaya özen göstererek parmağımızı yavaşça çekiyoruz ve gösteri tamamlanıyor.
En son düzeneği ufaklığa teslim ediyoruz. Kartonu hafifçe oynatmasını söylüyoruz. İçeri bir miktar hava girdikten sonra karton yavaşça bardaktan ayrılmaya başlıyor ve bir anda düşüyor. Çocuklar suyun bardaktan dökülmesi anını o kadar çok seviyorlar ki, deneyi 1-2 kez daha tekrarlamanız gerekiyor 🙂
Açıklama
Burada suyun dökülmesini engelleyen iki mekanizma var. Birincisi, bardağın dışarısındaki hava basıncının kartonu yukarı itmesi ve suyun ağırlığına karşı durması. Suyun hacmi değişmedikçe veya bardağın içine hava girmedikçe hava basıncı kartonu yerinde durmaya zorlayacaktır. Bardağın içerisine hava girmemesini sağlayan da ikinci mekanizma, yani kartonla bardak arasındaki küçük boşlukları kapatan faktör, suyun yüzey gerilimi.
Suyla oynamayı çok sevdiğinden olsa gerek, kızım deneyin neden çalıştığından ziyade işin gösteri tarafıyla daha çok ilgilenmişti. Bu eğlence faktörü konunun zorluğuyla birleşince hava basıncının yönü konusunda çok da iyi bir açıklama getirememiş oldum. Yine de Merakyum’da işleyeceğimiz tüm deneylerde olduğu gibi, amacımız merak uyandırmak.
Bu deneyi daha büyük bir çocukla yapmak isterseniz bazı sorular faydalı olabilir:
Bardağın içerisi boş olsaydı ve kartonumuzu bu şekilde kapatsaydık olmaz mıydı?
Karton gerek dokusundaki, gerekse bardakla temas ettiği noktadaki boşluklardan hava alıyor olacaktı. Dışarıdan bardağın içine hava akışı olduğu sürece hava basıncı dengelenecek ve kartonu tutacak düzeyde bir karşı kuvvet olmayacaktı. Suyun buradaki görevi bardağın içine hava girmesini engellemek. Karton yerine hava geçişini önleyen plastik bir obje (tuvalet pompasının ucu gibi) olsaydı durum farklı olurdu tabii.
Karton yerine normal kağıt ya da kumaş kullansaydık ne olurdu?
Deney normal bir kağıtla da yapılabilir. Fakat kağıt ıslandığı deforme olacağından bardağın kenarlarında boşluk açılmasına neden olur ve kısa bir süre sonra su dökülür. Yeterince sıkı bir dikime sahip kumaş da benzer işlevi görecektir. Kumaşın üzerindeki hava boşluklarının suyun yüzey gerilimi dolayısıyla hava geçirmeyecek kadar küçük olması gerekiyor.
Bardağın içerisinde boşluk kalıp ya da kalmaması ya da suyun yüksekliği farkeder miydi?
Bardağın içerisinde boşluk olup olmaması sonucu çok değiştirmiyor. Atmosfer basıncı 10 metreye kadar yükseklikte suyu tutabilecek düzeyde olduğundan suyun yüksekliği de çok fazla farketmez. Civa gibi daha yoğun bir sıvı için gereken yükseklik çok daha düşüktür doğal olarak.
Ağzı dar bir bardak ya da şişe kullansaydık aynı sonucu elde edebilir miydik?
Farketmez, çünkü burada hava basıncı suyun ağırlığından kaynaklanan ağırlığa karşı koyuyor. Bu da alandan bağımsız.
Aynı deneyi uçağın içerisinde veya çok yüksek bir dağın tepesinde yapsaydık sonuç değişir miydi?
Değişmezdi. Suyun hava basıncını yenebilmesi için 10 metre yüksekliğinde olması gerekiyor. Uçağın içerisinde ya da yüksek dağlarda hava basıncı azalsa da bir bardak boyutlarında farketmeyecekti.
Meraklısına…
- Atmospheric pressure experiment using a cup with a fluid to hold a glass plate
- Atmospheric pressure – Upside down glasses of water
Bir de bonus…
Bu kadar anlatmışken Richard Wiseman’ın şu güzel videosuna yer vermemek olmaz. Peki bu nasıl oluyor?