Nyerő tudományos parti-trükk homokkal és két konzervdobozzal

Ha létezne Nobel-díj a legjobb tudományos parti-trükkre, a Raphaël Clément által felfedezett jelenséget szemléltető mutatvány esélyes jelölt lenne rá. A produkcióhoz mindössze két konzervdoboz és egy láda homok kell.

Mindkét konzervdoboznak távolítsuk el a tetejét és az egyiknek az alját is, hogy egy csövet képezzen, majd fordítsuk a zárt fenekű dobozt nyílásával lefelé, és mindkettőt nyomjuk be a homokba. Várakozásainkkal ellentétben a zárt fenekű konzervdobozt könnyebb benyomni, mint a nyitott csövet. Ez azért is furcsa, mert ha vízbe nyomjuk a két dobozt, éppen az ellenkezőjét tapasztaljuk.

Ezt a jelenséget üres teásdobozokkal játszadozva fedezte fel a végzős egyetemista Raphaël Clément az Université Paris Diderot egyik laborjában. A trükk poharakkal is elég jól működik, csak azoknak körülményesebb eltávolítani a fenekét, mint egy konzervdoboznak. Az otthon is kipróbálható kísérlet a szemcsés anyagok ravasz fizikájának köszönhetően végezhető el. A fizikusoknak jól kipróbált elméleteik vannak a szilárd, folyékony és gáznemű anyagokra, sőt még az ionizált gázokra, az úgynevezett plazmára is - egy közönséges porkupac fizikája azonban még jórészt kidolgozatlan.

Ha a szóban forgó, azonos méretű poharat vízbe nyomjuk, akkor a cső fog könnyebben bemerülni, a pohár merülését ugyanis akadályozni fogja a benne levő, csapdába esett levegő, illetve az általa okozott felhajtóerő. A fordított poharat lenyomni olyan, mint léggömböt alámeríteni: mindkét esetben a felhajtóerő ellen (is) kell dolgozni.

Homok esetében a helyzet egészen más. Hogy erre számszerű eredményt is kapjanak, Clément és témavezetője, Stéphane Douady 7 cm széles, 12 centiméter magas és 2,1 milliméter vastag alumíniumpoharakat és csöveket ejtettek homokba, különböző - 200 g és 4 kg közötti súlyokkal. Azonos súlyok esetén a poharak lényegesen mélyebbre nyomódtak be, mint a csövek.

A üvegpohár könnyedén elsüllyed a homokban

A jelenség oka az, hogy a pohárba szorult levegő elsősorban a perem közelében tud távozni, és kiáramlása fellazítja, folyóssá teszi a homokot - ezzel szemben a csőnél a levegő akadálytalanul eltávozhat felfelé. Hogy a homokszemcsék között elég gyorsan áramló levegő segíti a homok folyását, az a fizikusok és mérnökök között már régóta ismert. Az effektus részletein azonban még van mit kutatni. Miért nem segít például a kiáramló levegő a kísérlet vizes változatában? Azért, mert a levegő molekulái nem hatolnak be a vízmolekulák közé. Ez arra utal, hogy a szemcsék mérete és tapadása fontos lehet.

A kutatók szerencsések voltak, hogy belebotlottak ebbe a hatásba, mivel elég szűk az a szemcseméret- és hengerméret-tartomány, amelyre működik - mondja Stephan Koehler, a Massachusetts Műszaki Egyetem fizikusa. Troy Shinbrot, a Rutgers Egyetem (New Jersey) oktatója pedig már fel is vette ezt a mutatványt tananyagának kísérletei közé.

A pohártrükk gyakorlati hasznosításáról egyelőre nincs szó, de most már lehet elképzelésünk arról, hogy az Arrakis bolygó sivatagjaiban hogyan közlekedhettek a föld alatti hatalmas homokférgek (Dűne, Frank Herbert regénye).

Forrás: ScienceNOW