Ačkoli o tom málokdy přemýšlíme, vzduch nás neustále obklopuje a působí silou na každý centimetr našeho těla. Tato síla, známá jako tlak vzduchu, je jedním z nejdůležitějších témat vědy, protože vysvětluje průběh počasí, způsob létání letadel a řadu dalších zázraků. V případě, že se chystáte učit děti o tlaku vzduchu, nabízíme vám vysvětlení základů a několik jednoduchých, zábavných a poutavých pokusů, které demonstrují sílu tohoto přírodního jevu.

Co je to tlak vzduchu?“

Termín „tlak vzduchu“ se používá v souvislosti s hmotností molekul vzduchu, které tlačí na zem. Na úrovni hladiny moře je tlak vzduchu obecně 14,7 psi (liber na čtvereční palec), což znamená, že na každý čtvereční palec našeho těla tlačí 14,7 liber. Důvodem, proč se stále můžeme volně pohybovat, je to, že vzduch na nás působí tlakem ve všech směrech, a důvodem, proč nejsme rozdrceni, je to, že tlak vzduchu uvnitř našich těl je stejný. tlak vzduchu je určen následujícími třemi faktory:

• Teplota: Když se vzduch zahřeje, rozpíná se. Tato expanze způsobuje snížení hustoty vzduchu, což má za následek nižší tlak. Když se vzduch naopak ochladí, smrští se. Toto smršťování způsobuje, že vzduch je hustší, což vede k vyššímu tlaku. Tento jev je důvodem, proč oblasti v blízkosti rovníku, které jsou horké, mají obecně nízký tlak vzduchu a oblasti v blízkosti severního a jižního pólu, které jsou studené, mají vysoký tlak vzduchu.
• Nadmořská výška: Čím výše se nacházíte nad hladinou moře, tím je vzduch méně hustý. Protože méně hustý vzduch váží méně, vytváří nižší tlak vzduchu, a proto se na vrcholu vysoké hory může špatně dýchat. To také vysvětluje, proč vám při jízdě autem nahoru nebo dolů z hor praskají uši – ve vnitřním uchu je uvězněný vzduch, a když se tlak vzduchu venku sníží, vzduch uvězněný v uchu způsobí, že se ušní bubínky vytlačí ven. Toto rozpínání je příčinou „prasknutí“.
• Vlhkost: Množství vlhkosti ve vzduchu také ovlivňuje hustotu vzduchu, a tedy i jeho tlak. Vodní pára je lehký plyn ve srovnání s plyny, které tvoří atmosféru, což je především kyslík a dusík. Když se tedy vlhkost v atmosféře zvýší, množství dusíku a kyslíku na jednotku objemu se sníží, což způsobí snížení hustoty vzduchu.

Různý tlak vzduchu způsobuje pohyb

Jedním z nejzajímavějších aspektů tlaku vzduchu je, že když se změní kapsa tlaku vzduchu, věci se začnou pohybovat. Tento rozdíl tlaku, který způsobuje pohyb, je příčinou větru, tornád a mnoha dalších meteorologických jevů.

Při diskusi o pohybu vzduchu mějte na paměti, že vědci hovoří o tom, že vyšší tlak věci „tlačí“, nikoliv nižší tlak věci „táhne“.

Jak měřit tlak vzduchu

Tlak vzduchu se běžně měří pomocí rtuťového barometru. Rtuťový barometr obsahuje sloupec naplněný rtutí, a čím vyšší je tlak vzduchu, tím vyšší bude rtuťový sloupec. Změřením výšky sloupce můžete určit tlak vzduchu.

V dnešní době se častěji používá digitální barometr, který je přenosný a přesnější než tradiční typ. Tento přístroj používá k měření tlaku vzduchu elektrický kondenzátor.

Tlak vzduchu a počasí

Oblasti s nízkým tlakem jsou obecně spojeny se špatným počasím. Pokud má oblast nízký tlak vzduchu, proudí do ní vzduch ze sousedních oblastí, které mají vyšší tlak vzduchu. Tato změna následně způsobí pohyb vzduchu směrem vzhůru, protože nemá kam jinam jít. Při pohybu vzduchu vzhůru dochází ke kondenzaci vodní páry, což vede ke vzniku mraků a deště.

Oblasti s vysokým tlakem jsou naopak obvykle spojeny s dobrým počasím. V oblastech s vysokým tlakem se bude vzduch v nízkých hladinách šířit směrem ven, což umožní vzduchu nad nimi klesat. Tento pohyb směrem dolů vzduch ohřívá, což způsobuje vypařování a vede k pěknému a suchému počasí.

Tlak vzduchu a vědecké pokusy

Nabízíme 10 jednoduchých pokusů pro děti, které jim pomohou lépe pochopit jeho účinky.

Pokus s vnitřním tornádem

Tento pokus vám umožní vytvořit tornádo v láhvi. Budeš potřebovat:

• Vodu
• Průhlednou sklenici od majonézy
• Tekuté mýdlo na nádobí
• Potravinářské barvivo
• Ocen

K provedení experimentu proveď následující kroky:

1. Nalij do sklenice vodu, dokud nebude zhruba ze dvou třetin plná. Poté do vody přidejte několik kapek potravinářského barviva. Stačí jakákoli barva.
2. Přidejte jednu lžičku tekutého mýdla na nádobí a jednu lžičku octa.
3. Sklenici uzavřete víčkem. Ujistěte se, že je co nejtěsnější, aby nedošlo k úniku a velkému nepořádku.
4. Sklenicí zatřeste a pak s ní otočte, aby se kapalina uvnitř začala točit.

Uvidíte malý vír, který se podobá tornádu.

Pokus s nerozlitou vodou

V některých situacích je tlak vzduchu silnější než gravitace. Tento pokus demonstruje sílu tlaku vzduchu, který udržuje vodu ve sklenici na místě – i když je sklenice otočená dnem vzhůru.

Pro tento pokus potřebuješ:

• Sklenici na džus
• Vodu
• Indexovou kartu (4 x 6 palců)

Postupy jsou následující:

1. Naplň sklenici vodou až po vrch. Nechte vodu přetéct tak, aby byl okraj sklenice mokrý.
2. Přiložte indexovou kartu k plné sklenici. Rukou ji pevně přitiskněte, aby se dobře utěsnila kolem mokrého okraje sklenice.
3. Při práci nad umyvadlem nebo vanou přidržujte kartu jednou rukou a obracejte sklenici. Poté kartu opatrně pusťte. Ta se nepohne a voda zůstane uvnitř sklenice.

Tento pokus dokazuje, že síla, kterou působí tlak vzduchu na kartičku, je dokonce větší než síla, kterou působí gravitace na vodu ve sklenici. Tlak vzduchu brání kartě v pohybu.

Pokus s foukáním knihy

Pokus s foukáním knihy ukazuje, jakou sílu může mít stlačený vzduch.

Pro tento projekt budete potřebovat:

• Tři knihy
• Velký plastový sáček, který je vzduchotěsný

Pro provedení tohoto experimentu postupujte podle těchto čtyř kroků:

1. Postavte tři knihy na sebe.
2. Požádejte žáka, aby knihami pohyboval foukáním v jejich směru. To se jim samozřejmě nepodaří.
3. Položte igelitový sáček na stůl a pak na něj položte tři knihy. Otevřený konec sáčku by měl viset přes okraj stolu.
4. Ukažte, že když fouknete dostatečnou silou, knihy se začnou zvedat ze stolu. Pohyb způsobuje stlačený vzduch v sáčku.

Pokus s rozdrcenou plechovkou

Tento pokus spočívá ve využití síly tlaku vzduchu k rozdrcení plechovky. Budete potřebovat:

• Vodu
• Velkou nádobu
• Kostky ledu
• Odměrku
• Prázdnou plechovku od limonády
• Přístroj na vaření
• Chňapky nebo kleště

Po získání materiálu postupujte podle následujícího postupu:

1. Naplňte nádobu kostkami ledu a vodou. Tuto nádobu odložte stranou, abyste ji mohli použít později.
2. Nalijte 1/2 šálku vody do prázdné plechovky od limonády.
3. Postavte plechovku na hořák sporáku. Pokud tento krok dělá váš žák, nezapomeňte na něj dohlédnout.
4. Když začne z otvoru nahoře vycházet pára, poznáte, že se voda uvnitř začíná vařit. Vypněte sporák a pomocí chňapek nebo kleští sundejte plechovku z hořáku.
5. Rychle vložte plechovku do nádoby s ledovou vodou tak, že ji otočíte dnem vzhůru a opřete o její horní část. Nyní můžeš pozorovat, jak se plechovka při ochlazování hroutí.

Při tomto pokusu se při zahřívání vody v plechovce vytvořila pára, která vytlačila vzduch z plechovky. Když pak byla plechovka ponořena do ledové vody, teplota páry se snížila, což způsobilo její kondenzaci zpět na vodu. Tato změna zase způsobila, že tlak vzduchu uvnitř plechovky byl mnohem nižší než tlak vzduchu venku a váha vzduchu venku plechovku rozdrtila.

Pokus s kouzelným vejcem

Tento pokus spočívá v použití síly tlaku vzduchu k protlačení vejce hrdlem láhve. K provedení tohoto pokusu si shromáždi následující materiály:

• Vejce natvrdo
• Lahvička s dostatečně širokým hrdlem, aby se jím vejce natvrdo protlačilo
• Zápalka

Tento pokus zahrnuje následující kroky:

1. Sundej skořápku z vejce natvrdo.
2. Zapal sirku a hoď ji do láhve.
3. Oloupané vejce polož na ústí láhve malým koncem dolů. Vejce pak do láhve vyskočí.

Když je vzduch v láhvi pohlcen plamenem zapálené zápalky, způsobí to, že tlak vzduchu v láhvi bude nižší než tlak vzduchu vně láhve. Vyšší tlak vzduchu vně působí na vajíčko silou, která ho tlačí dovnitř láhve.

Pokus s pístem

K tomuto jednoduchému pokusu jsou zapotřebí pouze dva čisté staromódní písty z gumy a dřevěných tyček. K provedení pokusu:

1. Přilož oba písty k sobě. Možná budete muset ráfky nejprve namočit.
2. Zkuste je oddělit.

Dokončení oddělení je mnohem těžší, než si většina dětí představuje. Když jsi oba písty srazil k sobě, vytlačil jsi vzduch z dutiny, kterou vnitřky vytvořily, když byly tlačeny k sobě. Tento vytlačený vzduch způsobil, že tlak vzduchu uvnitř byl mnohem nižší než tlak vzduchu venku. Protože vyšší tlak vzduchu vždy tlačí, udržel oba písty u sebe.

Pokus s pingpongovým trychtýřem

Pokus s pingpongovým trychtýřem spočívá v tom, že v misce trychtýře je pingpongový míček a trychtýřem se fouká. Míček je místo vyfukování pevně držen v misce. Pokus provedete ve dvou krocích:

1. Vložte pingpongový míček do trychtýře a silně na něj foukněte. Zkuste zaklonit hlavu tak, aby konec s míčkem směřoval ke stropu. Zjistěte, zda dokážete fouknout tak silně, aby po obrácení trychtýře míček neodletěl.
2. Zjistěte, zda dokážete míček zvednout ze stolu.

Když foukáte do trychtýře, vzduch v místě, kde je míček, se pohybuje rychleji a vytváří nižší tlak vzduchu než zbytek vzduchu, který míček obklopuje. V důsledku toho je tlak vzduchu pod kuličkou nižší než tlak okolního vzduchu, který je vyšší. Vzduch s vyšším tlakem tlačí kuličku zpět do misky trychtýře – bez ohledu na to, na kterou stranu trychtýř nasměrujete.

Pokus s těsněním fontánové láhve

Pokus s těsněním fontánové láhve demonstruje využití tlaku vzduchu k protlačení vody brčkem. Shromáždi následující materiály:

• Lahve na vodu (2 litry)
• Hrudka hlíny
• Dlouhé brčko
• Voda

Postupuj podle těchto tří jednoduchých kroků:

1. Naplň láhev na vodu do poloviny vodou.
2. Uzavřete láhev pomocí hrudky hlíny omotané kolem brčka tak, aby bylo ústí láhve zcela utěsněno.
3. Důrazně foukněte do brčka. Všimněte si, že z brčka začne vytékat voda.

Když fouknete do láhve, zvýší se tlak vzduchu uvnitř láhve, který následně působí na vodu silou a vytlačuje ji brčkem nahoru.

Pokus se sázkou o milion dolarů

Pro tento pokus budeš potřebovat:

• Lahvičku od vody nebo sodovky
• Kus papíru

Pokus provedeš podle následujících kroků:

1. Lahvičku polož vodorovně na stůl.
2. Smotej kuličku papíru a vlož ji do ústí láhve. Kulička by měla být velká zhruba jako polovina otvoru láhve.
3. Vyzvi studenta, aby svitek papíru do láhve foukl, a řekni: „Vsadím se o milion dolarů, že papír do láhve nefoukneš!“

Ti, kdo se pokusí o experiment, zjistí, že je velmi obtížné dostat papír do láhve, protože vzduch, který je již uvnitř, nemá kam odejít jinak než ven ústím láhve, a v takovém případě by vzal papír s sebou.

Pokus s létajícími papíry

Pro pokus s létajícími papíry potřebuješ jen obyčejný list papíru. Přiložte list k dolnímu rtu a pak přes list foukněte. Všimněte si, že list letí vzhůru! Stejný jev vysvětluje, jak mohou létat letadla. Foukáním přes list snižujete tlak vzduchu, protože se vzduch pohybuje rychleji. Protože tlak vzduchu na spodní straně listu je nyní relativně vyšší, tlačí list papíru vzhůru.

Zjistěte více o všech našich vědeckých programech

Pokud bydlíte v Pensylvánii, New Jersey, Marylandu nebo Delaware, podívejte se na možnosti mimoškolních programů a letních táborů Science Explorers. S hrdostí také nabízíme exkurze v rámci vědeckých dnů na místě, rodinné vědecké večery a shromáždění. Neváhejte nás kontaktovat online a dozvědět se více!