آنچه نیاز دارید

دو لیوان پلاستیکی کاملا مشابه

یک ظرف استوانه‌ای شکل با دهانه‌ی پهن

توپ پینگ پونگ

آب

شرح آزمایش

ظرف استوانه‌ای شکل را تا نیمه پر از آب کنید.

توپ پینگ پونگ را داخل ظرف آب بیاندازید. همانطور که می بینید توپ روی سطح آب می‌ایستد و در ظرف آب فرو نمی‌رود. حدس بزنید چرا؟

حال یکی از لیوان‌ها را بردارید و به صورت برعکس وارد استوانه کنید. در این شرایط چه اتفاقی برای نوپ پینگ پونگ رخ می دهد؟ چرا؟

در ته لیوان پلاستیکی دوم یک سوراخ کوچک ایجاد کنید و سپس به صوررت برعکس در آب استوانه فرو کنید. این بار توپ پینگ پونگ در آب فرو نمی رود و روی سطح شناور باقی می‌ماند. چرا ؟

آنچه اتفاق می افتد

کشش سطحی، ویژگی‌ای در مایع‌ها است که باعث می‌شود لایه بیرونی آن‌ها به صورت ورقه‌ای کشسان عمل کند. این همان ویژگی‌ای است که موجب ربایش دو سطح مایع به یکدیگر می‌شود؛ مانند دو قطره‌ی آب که همدیگر را می‌ربایند و قطره‌ی بزرگ‌تری می‌سازند. از این جهت هنگامی که در مرحله‌ی اول این آزمایش توپ را داخل ظرف پر از آب می‌اندازید، بر روی سطح آب می ایستد.

کشش سطحی کمیتی است که بعد نیرو در واحد طول یا انرژی در واحد سطح دارد. کشش سطحی را همچنین می‌توان مقدار کار لازم برای ایجاد واحد سطح مشترک جدید در نظر گرفت. در مرحله‌ی اول این آزمایش انرژی که وزن توپ در واحد سطح ایجاد می کند کمتر از انرژی ای است که توسط مولکول‌های آب موجود در ظرف آب در واحد سطح به وجود می‌آید.

در مرحله‌ی دوم، از آنجایی که لیوان برعکس مولکول‌های هوا را در خود جمع و متراکم می کند فشار ناشی از این تراکم را به سطح آب وارد می‌کند و دیگر سطح آب نیروی کافی برای ایجاد یک سطح مشترک ندارد از این جهت توپ در آب فرو می رود.

در مرحله‌ی سوم، از آنجایی یک راه فرار برای گاز متراکم شده در داخل فضای لیوان درنظر گرفته‌اید پس از فرو کردن لیوان در استوانه‌ی پر از آب، نیروی حاصل از خاصیت کشش سطحی آب به مولکول‌های هوا فشار وارد می‌کند و آن‌ها از طریق سوراخ موجود در انتهای لیوان پلاستیکی، به بیرون می‌راند و در نتیجه توپ در آب فرو نمی‌رود. این درحالی است که اگر انگشت خود را روی شوراخ بگیرید و به عبارت دیگر راه فرار گاز داخل لیوان را ببندید، نیروی حاصل از تراکم گازها بر نیروی حاصل از خاصیت کشش سطحی غلبه می‌کند و توپ به داخل آب نفوذ می‌کند.