Globální oteplování, tání ledu a fyzika (2)

V minulém příspěvku jsme popsali několik jednoduchých pokusů, které nás přesvědčily o tom, že k údajnému zvyšování hladin moří a oceánů nemůže docházet táním plujících ledových ker. Při přípravě pokusů a v jejich průběhu si můžete všimnout několika zajímavých (případně i zdánlivě nepochopitelných) jevů, z nichž některé odporují tzv. zdravému selskému rozumu. Dnes si popíšeme tři z nich, při jejichž objasňování nám postačí základní znalosti školní fyziky.

Nejprve obarvíme vodu

Vhodíme-li do vody několik zrnek potravinářského barviva, začnou se v ní rozpouštět. Pokusíme se zjistit, jak závisí rychlost rozpouštění na teplotě vody.

Jak na to
Do jedné nádobky nalejeme hodně studenou vodu (vychlazenou v ledničce), do druhé vodu horkou. Vhodíme-li do studené vody několik zrnek barviva, začnou klesat ke dnu a za sebou zanechávají tenkou barevnou stopu. Teprve po dopadu zrnek na dno se kolem nich velmi, velmi zvolna šíří barva do okolí. Vhodíme-li zrnka barviva do horké vody, dochází k rychlému rozptylování barvy a za několik minut je voda rovnoměrně zbarvená. Proč?

Příčinou rozdílné rychlosti rozpouštění je difuze, která nepřímo dokazuje, že částice kapalin a plynů jsou v neustálém chaotickém pohybu. V našem experimentu „bombardují“ molekuly vody barvivo, rozpouští je a nutí jeho částice rozptylovat se ve vodě. Čím vyšší je teplota, tím rychleji se molekuly pohybují a tím rychlejší je difuze. (Obr. 1, obr. 2)

Vyzkoušejte sami

Při pomalém rozpouštění několika různých barviv v chladné vodě vznikají zajímavé efekty, ze kterých by stálo za to vytvořit krátká videa a vystavit třeba na Youtube! Co vy na to?

Proč musíme udělat značku na sklenici

Podstatou našeho pokusu s táním ledu bylo měření výšky vodní hladiny. Zdálo by se, že nejjednodušší by bylo naplnit sklenici s ledem až po samý okraj: pokud by hladina stoupla, přebytečná voda by se vylila do misky pod sklenicí. My jsme však měřili výšku hladiny pomocí značky na stěně sklenice. Proč jsme nezvolili první způsob?

Abychom to zjistili, uděláme následující pokus: Sklenici položíme na talířek a naplníme ji až po samý okraj obarvenou vodou. Zdálo by se, že při vhození nějakého malého předmětu (např. mince) do sklenice musí voda přetéct do talířku. Omyl!

Jak na to
Připravíme si větší množství korunových mincí a postupně je budeme pouštět do vody. Mince musíme k hladině opatrně přikládat „nastojato“. Ze strany sledujeme, jak se hladina vody stává stále vypouklejší a vypadá jako blána, uchycená k okrajům skleničky. Budete velmi překvapeni, kolik mincí se do sklenice ještě vejde, než voda přeteče!

Příčinou vyklenutí hladiny je vzájemné silové působení molekul vody, které se projevuje jako povrchové napětí. Hladina je jakoby pokrytá tenkou pružnou blankou. Právě její pružnost umožňuje umístit do sklenice „navíc“ poměrně velké množství mincí. (Obr. 3, obr. 4)

Vyzkoušejte sami

Shodný pokus udělejte se sklenicí naplněnou obarvenou vodu s několika kapkami saponátu. Přidáním malého množství saponátu se povrchové napětí vody zmenší – molekulové síly neudrží hladinu vypouklou. Rozdíl bude velmi zřetelný – do plné sklenice se nyní vejde mnohem méně mincí. Závisí jejich počet na množství přidaného saponátu?

Kdy a proč se orosí sklenice

Při studiu tání ledu jste si jistě všimli, že pokud není voda příliš teplá, chladné stěny sklenice se orosí. Fyzikální podstatu tohoto jevu si objasníme pokusem s ochlazováním stěn plechovky:

Jak na to
Lesklou půllitrovou plechovku naplníme vodou, vložíme do ní teploměr a postavíme ji na noviny s výraznými titulky. Stěna plechovky je suchá a písmo novin se v ní zřetelně a jasně odráží. Do vody vhodíme několik kostek ledu a za stálého promíchávání sledujeme odraz písma. Led taje, teplota vody a tím i stěna plechovky pozvolna klesá. V určitém okamžiku se odraz písma zamlží a stěna plechovky se pokryje tenoučkou vrstvičkou vody. Odečteme-li v tom okamžiku teplotu, zjistíme tzv. rosný bod – teplotu, při které začnou vodní páry obsažené ve vzduchu kondenzovat.

Dokud je teplota předmětů vyšší než teplota rosného bodu, vodní pára na jejich povrchu nekondenzuje. Teprve při snížení teploty pod rosný bod vzniká v přírodě na chladných předmětech rosa a v zimě jinovatka. (Obr. 5, obr. 6)

Vyzkoušejte sami

S kondenzací vodních par na chladných předmětech se setkáváme často. V koupelně se při sprchování zamlží chladné zrcadlo a můžeme na něm „kreslit“ prstem. Zahřejeme-li zrcadlo vysoušečem vlasů nad teplotu rosného bodu, zamlžení zmizí. Stejně tak se orosí sklenice, do které nalijeme dobře vychlazený nápoj, v zimě se orosí chladná okenní skla či brýlová skla při příchodu zvenku do vyhřáté místnosti.

V posledním pokračování naší experimentální série si ukážeme ještě několik dalších zajímavých jevů, které souvisí s táním ledu.