Szklanka pełna wody, odwrócona do góry dnem – i ani kropla nie wycieka. Powietrze jest mocniejsze, niż myślisz.

Co nam będzie potrzebne?

Eksperyment najlepiej ćwiczyć nad zlewem lub wanną przy pierwszych próbach. Kiedy już wiesz jak to robić – możesz demonstrować go wszędzie.

Jak wykonać doświadczenie?

Napełnij szklankę wodą do samej góry – im pełniejsza, tym lepiej. Jeśli zostanie powietrze w środku, eksperyment może nie zadziałać. Przyłóż kartkę papieru płasko do krawędzi szklanki, dociskając ją całą dłonią, żeby nie było szczeliny między kartką a szkłem.

Trzymając kartkę przyciśniętą dłonią, ostrożnie i płynnie odwróć szklankę do góry dnem. Teraz ostrożnie cofnij dłoń, która trzymała kartkę. Kartka zostaje na miejscu – woda nie spada.

Jeśli chcesz, możesz teraz odchylić szklankę na boki, a nawet trzymać ją prawie poziomo – kartka wciąż trzyma. Woda opada dopiero gdy kartka się ugnie lub gdy wpuścisz powietrze przez przesunięcie kartki z krawędzi.

Ważna wskazówka: Ruch odwracania musi być płynny i szybki – nie zatrzymuj się w połowie drogi. Każde zatrzymanie może pozwolić powietrzu wcisnąć się pod kartkę.

Wyjaśnienie naukowe

Powietrze wokół nas wywiera stałe ciśnienie atmosferyczne – naciska z każdej strony z siłą odpowiadającą ciężarowi słupa powietrza sięgającego od ziemi aż do granicy atmosfery (ok. 100 km w górę). W przeliczeniu to ok. 10 ton na każdy metr kwadratowy powierzchni, albo 1 kilogram na centymetr kwadratowy.

Woda w odwróconej szklance naciska na kartkę swoim ciężarem od góry. Powietrze zewnętrzne naciska na kartkę od dołu. Dopóki ciśnienie powietrza jest większe niż ciężar wody, kartka jest “przyciśnięta” do szklanki i woda nie spada.

Ciśnienie atmosferyczne jest ogromne – potrafi bez problemu utrzymać słup wody o wysokości ok. 10 metrów. Twoja szklanka ma zaledwie kilkanaście centymetrów, więc powietrze radzi sobie z nią bez wysiłku.

Kluczowe jest usunięcie powietrza z wnętrza szklanki: gdy szklanka jest pełna po brzegi i natychmiast zakryta kartką, wewnątrz nie ma wolnej przestrzeni powietrznej. Nie ma więc powietrza wewnątrz, które mogłoby “parować” z kartką. Jedyne ciśnienie działające na kartkę od dołu to powietrze zewnętrzne – i ono wygrywa.

To samo zjawisko umożliwia działanie pomp ssących, strzykawek i cucker-ów do zlewu: gdy cofasz tłok lub ściskasz gumową gruszkę, zmniejszasz ciśnienie wewnątrz urządzenia i zewnętrzne powietrze (lub ciecz) wchodzi do środka, wypełniając próżnię.

Warianty

Szklanka bez kartki – spróbuj zakryć szklankę tylko dłonią (mokra dłoń uszczelnia lepiej), odwrócić i ostrożnie odsunąć rękę. Woda utrzyma się przez chwilę bez kartki, ale powierzchnia wody jest mniej stabilna niż sztywna kartka i eksperyment trudniej wykonać.

Test różnych kart – porównaj: zwykła kartka papieru, tektura, plastikowa karta, folia aluminiowa. Która trzyma najlepiej? Sztywniejsze materiały lepiej się sprawdzają, bo się nie uginają pod ciężarem wody i nie przepuszczają powietrza.

Dwie szklanki – napełnij szklankę, przykryj kartką, odwróć jak zwykle. Teraz przysuń do kartki drugą pustą szklankę od dołu i jednym ruchem ściągnij kartkę, przelewając wodę z jednej szklanki do drugiej w powietrzu. To wymaga wprawy, ale działa – i robi ogromne wrażenie.

Często zadawane pytania

Dlaczego kartka musi być sucha przed eksperymentem? Sucha kartka jest sztywniejsza i nie przepuszcza wody przez swoje włókna. Mokra kartka rozmięka, ugina się pod ciężarem wody i może przepuścić wodę między włóknami papieru. Plastikowa karta lub tektura pokryta folią działa niezależnie od wilgoci.

Co się stanie, jeśli w szklance zostanie trochę powietrza? Pęcherzyk powietrza zmniejsza ciśnienie wywierane przez powietrze wewnątrz szklanki w porównaniu z zewnętrznym – ale ciśnienie atmosferyczne wciąż jest wystarczające, żeby utrzymać wodę. Eksperyment nadal działa przy małym pęcherzyku. Przy dużej pustej przestrzeni (np. szklanka napełniona do połowy) – ciśnienie wewnątrz może zrównoważyć zewnętrzne i woda zacznie kapać.

Czy to zadziała z cieczą inną niż woda? Tak – olej, sok, mleko zachowują się identycznie. Cięższe ciecze (np. gęsty syrop) wywierają większy ciężar na kartkę, ale ciśnienie atmosferyczne nadal jest dużo większe i eksperyment działa. Ciecze lżejsze od wody (np. olej) są łatwiejsze do utrzymania.