Obrane jajko siedzi na szyjce butelki — i nagle, bez żadnego dotykania, wciąga się do środka jak ssane. To nie sztuczka, to atmosfera. Powietrze wokół nas naciska z siłą równą wadze 10-kilogramowego worka na każdy kwadratowy centymetr powierzchni — i ten nacisk można wykorzystać do wepchnięcia jajka przez otwór, przez który normalnie by nie przeszło.
Uwaga: Eksperyment wymaga zapalenia ognia wewnątrz butelki — tę część powinien wykonać dorosły. Butelka będzie się nagrzewać, trzymaj ją przez ściereczkę lub rękawicę. Dzieci mogą obserwować z bliska i samodzielnie wykonać dalsze kroki z pomocą dorosłego.
Co nam będzie potrzebne?
- 1 jajko ugotowane na twardo (koniecznie obrane ze skorupki)
- szklana butelka z szyjką nieco węższą niż jajko (klasyczna butelka po mleku 0,5 l lub butelka po soku ze szyjką ok. 4 cm — jajko powinno siadać na szyjce, ale przez nią nie przelatywać)
- 2–3 paski papieru (ok. 2 × 10 cm) lub mała kulka z gazety
- zapałki lub zapalniczka
- ściereczka lub rękawica kuchenna do trzymania gorącej butelki
Jak wykonać doświadczenie?
Krok 1: Sprawdzenie dopasowania. Połóż obrane jajko na szyjce butelki. Powinno siedzieć stabilnie i nie wpadać — jeśli wlatuje bez trudu, szyjka jest za szeroka i eksperyment nie zadziała. Jeśli w ogóle nie wchodzi w szyjkę, jajko jest za duże. Idealne dopasowanie to takie, że jajko delikatnie uszczelnia otwór.
Krok 2: Podpalenie i wrzucenie papieru. Zdejmij jajko. Zapal jeden pasek papieru i szybko wrzuć go do środka butelki. Papier powinien się palić wewnątrz przez kilka sekund. Jeśli gaśnie zbyt szybko, dodaj drugi pasek. Celem jest porządne nagrzanie powietrza wewnątrz butelki i wypalenie możliwie dużo tlenu.
Krok 3: Jajko na szyjkę. Gdy papier wciąż się pali (lub zaraz po zgaśnięciu — nie czekaj!), natychmiast połóż obrane jajko z powrotem na szyjce butelki, uszczelniając otwór. Obserwuj uważnie. Po kilku sekundach jajko zacznie pulsować, a następnie z charakterystycznym „plop" wciągnie się do środka.
Krok 4: Wyjmowanie jajka. Teraz zadanie odwrotne — wyjmij jajko bez rozbijania butelki. Odwróć butelkę szyjką w dół i przyłóż usta do otworu. Zdecydowanie dmuchnij powietrze do wnętrza. Zwiększone ciśnienie wewnątrz wypchn jajko z powrotem przez szyjkę. Może wymagać kilku zdecydowanych dmuchnięć — jajko wyleci z dość dużą siłą, więc trzymaj butelkę skierowaną w bezpieczne miejsce.
Wyjaśnienie naukowe
Powietrze wokół nas wywiera ciągły nacisk na każdą powierzchnię — ten nacisk nazywamy ciśnieniem atmosferycznym. Na poziomie morza wynosi ono około 101 325 paskali, co oznacza siłę ponad 10 kilogramów na każdy centymetr kwadratowy. Przez całe życie tego nie czujemy, bo powietrze naciska równomiernie ze wszystkich stron — siły się równoważą.
Eksperyment zaburza tę równowagę. Gdy papier pali się wewnątrz butelki, dzieje się kilka rzeczy jednocześnie. Po pierwsze, ogień szybko zużywa tlen (O₂ stanowi ok. 21% powietrza) i zamienia go na dwutlenek węgla CO₂ i parę wodną. Po drugie — i to ważniejsze — gorące powietrze rozszerza się i część jego ucieka na zewnątrz obok jajka zanim je położymy. Gdy jajko uszczelni szyjkę i płomień gaśnie, powietrze wewnątrz zaczyna stygnąć i kurczyć się. Ochłodzone powietrze zajmuje mniej miejsca — ciśnienie wewnątrz butelki spada poniżej ciśnienia atmosferycznego na zewnątrz.
Teraz na jajko działają dwie różne siły. Powietrze z zewnątrz naciska na jajko od góry z pełnym ciśnieniem atmosferycznym. Powietrze wewnątrz naciska od dołu ze zmniejszonym ciśnieniem. Różnica — nawet jeśli wynosi zaledwie kilka procent — wystarcza, żeby wcisnąć jajko przez szyjkę. Im szczelniej jajko siedzi w szyjce, tym większa różnica ciśnień może się wytworzyć i tym dramatyczniejszy efekt.
Ciśnienie atmosferyczne wynika z ciężaru słupa powietrza nad nami sięgającego kilkudziesięciu kilometrów w górę. To samo ciśnienie utrzymuje wodę w odwróconej szklance — tam też powietrze zewnętrzne naciska mocniej niż woda ciągnie w dół. Odkrył to eksperymentalnie w 1644 roku Evangelista Torricelli, uczeń Galileusza — wypełnił rurkę rtęcią i stwierdził, że słup cieczy utrzymuje się na stałej wysokości ok. 76 cm, zrównoważony właśnie przez ciśnienie atmosfery. Tak powstał pierwszy barometr. Kilka lat później Otto von Guericke przeprowadził słynny eksperyment z półkulami magdeburskimi — dwie miedziane półkule połączone i opróżnione z powietrza tak mocno przylegały do siebie, że nie mogły ich rozdzielić dwa zaprzęgi koni ciągnące w przeciwnych kierunkach.
Warianty
Balon zamiast ognia. Napełnij butelkę wrzątkiem, odczekaj 30 sekund (nagrzeje wnętrze), wylej wodę i natychmiast nasadź balonik na szyjkę zamiast jajka. Stygnące powietrze wciągnie balon do środka butelki. Nie ma tu ognia — bezpieczna wersja dla młodszych dzieci, chociaż efekt jest mniej dramatyczny.
Jajko z ładunkiem. Przed wciągnięciem jajka narysuj na nim mazakiem uśmiechniętą twarz lub napisz coś drobnym drukiem. Po wciągnięciu do butelki napis jest nadal czytelny przez szkło — jajko stało się „więźniem w butelce" i stanowi efektowną zagadkę dla gości: jak to tam trafiło?
Wyścig ciśnień. Przygotuj dwie identyczne butelki. W jednej użyj małego kawałka papieru (słaby płomień, mała różnica ciśnień), w drugiej — dużego (silny płomień, duża różnica). Połóż jajka jednocześnie i obserwuj, które zostanie wciągnięte szybciej i głębiej. To prosty sposób na porównanie, jak intensywność ogrzewania wpływa na uzyskaną różnicę ciśnień.
Często zadawane pytania
Dlaczego jajko musi być ugotowane na twardo, a nie surowe? Surowe jajko jest kruche i delikatne — ciśnienie podczas wciągania przez wąską szyjkę niemal na pewno je pęknie lub zgniecie. Ugotowane na twardo jest znacznie twardsze i elastyczniejsze, więc znosi ściskanie przez szyjkę bez uszkodzenia. Poza tym surowe jajko w butelce byłoby bardzo trudne do wyjęcia i jeszcze trudniejsze do zjedzenia.
Co się stanie, jeśli szyjka jest odrobinę za wąska? Jajko i tak może zostać wciągnięte — byle różnica ciśnień była wystarczająco duża. Przy bardzo ciasnej szyjce jajko wejdzie powoli, kształtując się nieco na wzór otworu, i może zostać lekko zdeformowane na powierzchni. Szklana butelka musi być wtedy naprawdę dobrze nagrzana i płomień musi palić się długo, żeby wytworzyć odpowiednio duże podciśnienie.
Czy zamiast butelki może być słoik? Słoik ma za szeroką szyjkę — jajko wpadnie samoczynnie bez żadnego ciśnienia. Eksperyment wymaga butelki, której szyjka jest wyraźnie węższa od jajka, ale nie tak wąska, żeby w ogóle nie pozwolić mu przejść. Klasyczna butelka szklana po mleku z wąskim wylewem jest idealna; sprawdzają się też butelki po sokach lub wodzie mineralnej z szyjką ok. 3,5–4,5 cm.