Świeca przebita igłą i zapalona z obu końców kołysze się jak wahadło – w nieskończoność, dopóki się nie wypali.

Co nam będzie potrzebne?

  • cienka świeczka (ok. 15–20 cm długości, prosta i równomierna grubości)
  • igła dziewiarska lub metalowy patyczek do szaszłyków
  • zapalniczka lub zapałki
  • dwie jednakowe, wysokie szklanki lub kubki
  • talerz lub tacka pod spodem (na krople wosku)

⚠️ Uwaga: Eksperyment przeprowadzaj w bezpiecznym miejscu, z dala od zasłon, papierów i innych materiałów łatwopalnych. Nigdy nie zostawiaj płonącej świecy bez nadzoru.

Jak wykonać doświadczenie?

Przygotuj świecę, odkrywając knot z obu końców. Dolny koniec świecy jest zazwyczaj zalany woskiem – zdrap nożem lub paznokciami kilka milimetrów wosku, aż knot będzie widoczny i wystawać będzie ok. 4–5 mm. Nie potrzebujesz długiego knota – wystarczy kilka milimetrów z każdej strony.

Przebij świecę igłą lub patyczkiem do szaszłyków dokładnie w połowie jej długości, prostopadle do osi świecy. Igła ma pełnić rolę osi obrotu – musi siedzieć pewnie w wosku i świeca nie może ześlizgiwać się przy poruszeniu. Jeśli świeca nie jest w równowadze na igle (jeden koniec wyraźnie ciąży), przesuń igłę odrobinę w stronę cięższego końca, aż świeca będzie wyważona.

Połóż końce igły na krawędziach dwóch szklanek ustawionych w równych odległościach, tak by świeca swobodnie zwisała między nimi i mogła kołysać się w górę i w dół. Sprawdź, czy świeca może swobodnie obracać się na igle. Dosuń talerz pod środkową część świecy, żeby zbierał krople wosku.

Zapal oba knoty jednocześnie lub najpierw jeden, poczekaj chwilę, aż się dobrze zajął, i zapal drugi. Gdy oba płomienie stabilnie płoną, lekko popchnij jeden koniec świecy w dół – i cofnij rękę. Obserwuj, co się dzieje przez kolejne minuty: świeca zacznie regularnie kołysać się jak wahadło i będzie kontynuować ruch samoczynnie.

Wyjaśnienie naukowe

Gdy oba końce płoną, świeca traci masę przez topienie i skapywanie wosku. Kluczowe jest to, że krople nie kapią równomiernie i jednocześnie z obu stron – zawsze jeden koniec jest chwilowo nieznacznie cięższy od drugiego i opada niżej.

Gdy dolny koniec zbliży się do talerza, jego płomień jest bliżej gorącej powierzchni i ogrzewa wosk intensywniej. Więcej wosku topi się i skapuje z dolnego końca, odciążając go. W ciągu kilku sekund dolny koniec staje się lżejszy od górnego – układ się odwraca i drugi koniec zaczyna opadać.

Teraz ten drugi koniec zbliża się do talerza, intensywniej traci wosk, staje się lżejszy – i znowu się odwraca. Cykl powtarza się automatycznie i regularnie.

To przykład wahadła samopodtrzymującego się – ruchu, który sam dostarcza sobie energii potrzebnej do kontynuacji. Energia pochodzi z ciepła płomieni, które napędza proces topienia i kapania wosku. Ruch ustaje dopiero, gdy jeden z końców wypali się i płomień zgaśnie – wtedy system traci symetrię i zatrzymuje się.

Jest to też przykład sprzężenia zwrotnego: opadnięcie końca powoduje intensywniejsze kapanie, które z kolei powoduje uniesienie tego końca. Każde wychylenie generuje mechanizm, który to wychylenie odwraca.

Warianty

Różne długości świec – użyj świec różnej długości (10 cm vs 25 cm) i obserwuj, jak zmienia się okres drgań. Dłuższa świeca kołysze się wolniej – dokładnie tak jak długie wahadło oscyluje wolniej niż krótkie. Okres drgań wahadła rośnie z pierwiastkiem z jego długości.

Asymetryczna świeca – użyj świecy, która nie jest równa grubością (np. zwęża się przy jednym końcu). Oś obrotu (igła) będzie musiała być przesunięta poza geometryczny środek, żeby układ był wyważony. Znajdź ten punkt metodą prób.

Świeca nad naczyniem z wodą – zamiast talerza postaw pod świecą naczynie z wodą. Krople gorącego wosku wpadają do wody i krzepną natychmiast, tworząc nieregularne kształty. Wzór tych kropelek zależy od rytmu kołysania.

Często zadawane pytania

Dlaczego świeca musi mieć knot z obu stron? Gdyby paliła się tylko z jednej strony, miałaby tylko jeden płomień i traciłaby masę jednostronnie – stopniowo stawałaby się cięższa po jednej stronie i po prostu by opadła i nie kołysałaby się. Obie strony muszą palić się i kapać symetrycznie, żeby mechanizm samopodtrzymujący mógł działać.

Jak długo świeca będzie się kołysać? Dopóki obydwa knoty płoną. Gdy jeden z końców się wypali i zgaśnie, układ straci symetrię i zatrzyma się. Czas trwania zależy od długości świecy i prędkości spalania – przy standardowej świeczce 15 cm można liczyć na kilkanaście do kilkudziesięciu minut.

Czy można regulować amplitudę kołysania? W ograniczonym zakresie. Im bliżej jednego końca przebijesz igłę (zamiast w idealnym środku ciężkości), tym większa będzie naturalna asymetria i tym silniejsze kołysanie. Igła dokładnie w środku ciężkości da delikatny, powolny ruch; igła lekko przesunięta – wyraźniejszy. Zbyt silne wychylenia mogą jednak ugasić płomień.