Princip zavařování
Pokus číslo: 1905
Cíl pokusu
Pokus, pomocí něhož si vysvětlíme, jak je možné, že se při zavařování víčko pevně přimkne ke sklenici. Jedná se o zkoumání změn tlaku a objemu vzduchu v uzavřené nádobě.
Pomůcky
Dvě stejné zavařovací sklenice, hrubší papír (čtvrtka/piják), svíčka, zápalky, špejle.
Postup
Na papír obkreslíme hrdlo sklenice. Zhruba 1 cm směrem dovnitř i ven od této kružnice nakreslíme ještě další kružnice, čímž nám vznikne prstenec o šíři 2 cm, který vystřihneme; takové prstence potřebujeme dva až tři. Vzniklé prstence naskládáme na sebe a namočíme.
Do jedné sklenice vložíme svíčku a pomocí špejle ji zapálíme. Na hrdlo sklenice položíme navlhčené papírové prstence a na ně přitlačíme dnem vzhůru druhou sklenici. Po krátké době svíčka zhasne. Necháme celou sestavu chvíli zchladnout.
Během chladnutí nezkoušejte sklenice oddělit! Teprve až sklenice zcela zchladnou, můžeme vyzkoušet, zda drží u sebe.
Vzorový výsledek
Úspěšné provedení experimentu zachycuje obr. 1:
Vysvětlení
Plamen svíčky zahřívá vzduch ve sklenicích a ten se začne rozpínat. Část ho uniká okolo těsnění ze sklenic ven.
Při hoření se ve sklenici slučuje kyslík s uhlovodíky obsaženými ve svíčce a vzniká vodní pára a oxid uhličitý. Protože ale svíčka k hoření kyslík potřebuje a oxid uhličitý jí dusí, začne skomírat, až úplně zhasne.
Po zhasnutí svíčky se vzduch opět ochladí, a protože část vzduchu unikla, bude ve sklenicích nižší tlak, než byl na počátku, tedy i než je tlak v jejich okolí (atmosférický). Okolní vzduch tlačí ze všech stran sklenice k sobě a sám si tak blokuje cestu zpět dovnitř. Při reálném zavařování na začátku ještě víčko nedrží tak pevně, během něj ale část vzduchu ze sklenice unikne a po zchladnutí je víčko tlačeno okolním vzduchem velice pevně.
Proto při otevírání zavařených sklenic (marmelád, okurek, zelí,…) používáme různé „triky“, jako například zastrčení nože pod víčko, čímž pustíme dovnitř sklenice trochu vzduchu, nebo bouchání hranou víčka o něco pevného, čímž jej mírně zdeformujeme a umožníme tak vzduchu vniknout dovnitř.
Vysvětlení pro děti
Vysvětlení je pro děti dost složité, ale stojí za to zkusit jej ve stejné podobě jako vysvětlení pro dospělé. Rozdělíme ho na menší kroky, můžeme některé části opakovat a postupně ukazovat. Například můžeme navléknout balonek na plastovou lahev a ponořit jí do horké vody. Vzduch v lahvi a balonku zvětší objem a balonek se nafoukne. Naopak po ponoření do chladné vody můžeme vidět opačný proces. Žáci rozpínání vzduchu nakonec pochopí.
Co se týče vysvětlení konkrétně principu zavařování, vzduch uvnitř sklenice se díky plamenu svíčky zahřeje, „zvětší se“ a procpe se skrz těsnění ze sklenice ven. Protože jsou ale sklenice na sebe tlačeny okolním vzduchem, nemůže vzduch dovnitř. Sám sobě vzduch zabraňuje se dostat do sklenic zpět. Pěkně se dá tento stav připodobnit k otvírání a zavírání dveří. Vzduch totiž nemůže tahat, ale pouze tlačit. Zevnitř si tedy vzduch „dveře“ otevře, z venku to ale nejde, protože nemůže tahat, navíc si na dveře sám tlačí.
Svíčka ale k hoření kyslík potřebuje, takže postupně začne skomírat, až úplně zhasne. Vzduch se přestane ohřívat, zchladne, smrskne se, a protože jeho část unikla ze sklenic ven, bude vzduch zvenku tlačit víc než uvnitř a udrží sklenice u sebe.
Technické poznámky
Je třeba experiment předem vyzkoušet s větším množstvím různých sklenic, aby se vybraly sklenice, které k sobě nejlépe padnou. Ani tak se experiment nemusí podařit napoprvé.
Pro rychlejší zchladnutí můžete sklenici například při chladnějším počasí postavit na chvíli mezi okna nebo zapojit žáky, ať na sklenici foukají.
Metodické poznámky
Se zařazením tohoto pokusu do pohádky O kohoutkovi a slepičce se můžete setkat v tomto materiálu.
