Bár ritkán gondolunk rá, a levegő mindenkor körülvesz minket, és testünk minden porcikájára erőt gyakorol. Ez a légnyomásként ismert erő a tudomány egyik legfontosabb témája, mivel megmagyarázza az időjárási viszonyokat, a repülőgépek repülését és számos más csodát. Abban az esetben, ha azt tervezed, hogy a gyerekeknek a légnyomásról tanítasz, magyarázatot adunk az alapokról, és néhány egyszerű, szórakoztató és magával ragadó kísérletet mutatunk be ennek a természeti jelenségnek az erejéről.

Mi a légnyomás?

A “légnyomás” kifejezést a földet nyomó levegőmolekulák súlyára utalva használják. A tengerszinten a légnyomás általában 14,7 psi (font per square inch), ami azt jelenti, hogy 14,7 font nyomja le testünk minden négyzetcentiméterét. Azért tudjuk még mindig szabadon mozgatni a testünket, mert a levegő minden irányból nyomást gyakorol ránk, és azért nem nyomódunk össze, mert a testünkben lévő légnyomás ugyanolyan.A légnyomást a következő három tényező határozza meg:

• Hőmérséklet: Ahogy a levegő melegszik, úgy tágul. Ez a tágulás a levegő sűrűségének csökkenését okozza, ami alacsonyabb nyomást eredményez. Amikor viszont a levegő hidegebbé válik, összezsugorodik. A zsugorodás hatására a levegő sűrűbbé válik, ami nagyobb nyomást eredményez. Ez a jelenség az oka annak, hogy az Egyenlítőhöz közeli területeken, ahol meleg van, általában alacsony a légnyomás, míg az északi és déli sarkokhoz közeli területeken, ahol hideg van, magas a légnyomás.
• Magasság: Minél magasabban vagyunk a tengerszint felett, annál kevésbé sűrű a levegő. Mivel a kevésbé sűrű levegőnek kisebb a súlya, alacsonyabb légnyomást eredményez, ezért lehet nehéz a légzés egy magas hegy tetején. Ez megmagyarázza azt is, hogy miért pattog a fülünk, amikor autóval megyünk fel vagy le egy hegyre – a belső fülünkben levegő rekedt, és ahogy a kinti légnyomás csökken, a fülünkben rekedt levegő hatására a dobhártyánk kifelé nyomódik. Ez a tágulás okozza a “pukkanást.”
• Nedvesség: A levegőben lévő nedvesség mennyisége szintén befolyásolja a levegő sűrűségét és ezáltal a légnyomást. A vízgőz könnyű gáz a légkört alkotó gázokhoz képest, amelyek elsősorban oxigénből és nitrogénből állnak. Amikor tehát a légkör nedvességtartalma nő, a nitrogén és az oxigén mennyisége térfogategységenként csökken, ami miatt a levegő sűrűsége csökken.

A légnyomáskülönbségek mozgást okoznak

A légnyomás egyik legérdekesebb aspektusa, hogy amikor a légnyomás egy zsebében változás áll be, a dolgok mozogni kezdenek. Ez a mozgást létrehozó nyomáskülönbség okozza a szelet, a tornádókat és sok más időjárási jelenséget.

A levegő mozgásáról beszélve tartsuk szem előtt, hogy a tudósok úgy beszélnek, hogy a magasabb nyomás “nyomja” a dolgokat, nem pedig az alacsonyabb nyomás “húzza” a dolgokat.

Hogyan mérjük a légnyomást

A légnyomást általában higanyos barométerrel mérik. A higanybarométer egy higannyal töltött oszlopot tartalmaz, és minél magasabb a légnyomás, annál magasabb lesz a higanyoszlop. Az oszlop magasságának mérésével meghatározható a légnyomás.

Manapság egyre gyakoribb a digitális barométer használata, amely hordozható és pontosabb, mint a hagyományos típus. Ez a készülék egy elektromos kondenzátort használ a légnyomás mérésére.

A légnyomás és az időjárás

Az alacsony légnyomású területek általában rossz időjárással járnak. Ha egy területen alacsony a légnyomás, akkor a szomszédos, magasabb légnyomású területekről levegő áramlik be. Ez a változás viszont arra készteti a levegőt, hogy felfelé mozogjon, mivel nincs hová mennie. Amikor a levegő felfelé mozog, a vízgőz kondenzálódik, ami felhők és eső kialakulásához vezet.

A magas légnyomású területek viszont jellemzően jó időjárással járnak. A magasnyomású területeken az alacsonyan szálló levegő kifelé terjed, így a fölötte lévő levegő lefelé áramlik. Ez a lefelé irányuló mozgás felmelegíti a levegőt, ami párolgást okoz, és szép, száraz időhöz vezet.

Légnyomás és tudományos kísérletek

Itt van 10 egyszerű légnyomás-kísérlet gyerekeknek, amelyek segítségével jobban megérthetik annak hatásait.

Benti tornádó kísérlet

Ezzel a kísérlettel tornádót hozhatsz létre egy üvegben. Szükséged lesz:

• Víz
• Egy átlátszó majonézes üveg
• Folyékony mosogatószer
• Élelmiszerfesték
• Ecet

A kísérlet elvégzéséhez végezd el az alábbi lépéseket:

1. Tölts vizet az üvegedbe, amíg nagyjából kétharmadig megtelik. Ezután adj néhány csepp ételfestéket a vízhez. Bármilyen szín jó.
2. Adj hozzá egy teáskanál folyékony mosogatószert és egy teáskanál ecetet.
3. Tedd rá a fedelet az üvegre. Győződj meg róla, hogy a lehető legszorosabban van rajta, hogy elkerüld a szivárgást és a komolyabb rendetlenséget.
4. Rázd meg az üveget, majd csavard meg, hogy a benne lévő folyadék elkezdjen forogni.

Azt fogod megfigyelni, hogy egy kis tornádóra emlékeztető örvény keletkezik.

Kitölthetetlen víz kísérlet

A légnyomás bizonyos helyzetekben erősebb a gravitációnál. Ez a kísérlet a légnyomás erejét mutatja be, mivel az egy pohárban lévő vizet a helyén tartja – még akkor is, ha a poharat fejjel lefelé fordítjuk.

Ez a kísérlethez:

• Egy gyümölcslé pohár
• Víz
• Egy névjegykártya (4 x 6 hüvelyk)

A lépések a következők:

1. Töltsd meg a poharat vízzel egészen a tetejéig. Hagyd, hogy a víz kifolyjon, hogy a pohár pereme nedves legyen.
2. Tedd a mutató kártyát a teli pohár fölé. A kezeddel szorítsd le erősen a kártyát, hogy jól lezárja a pohár nedves peremét.
3. A mosogató vagy kád fölött dolgozva tartsd a kártyát az egyik kezeddel a helyén, és fordítsd meg a poharat. Ezután óvatosan engedje el a kártyát. Nem fog elmozdulni, és a víz a pohárban marad.

Ez a kísérlet azt mutatja, hogy a légnyomás által a mutató kártyára kifejtett erő még erősebb, mint a gravitáció által a pohárban lévő vízre kifejtett erő. A levegő nyomása megakadályozza, hogy a kártya elmozduljon.

Könyvfúvási kísérlet

A könyvfúvási kísérlet bemutatja, hogy a sűrített levegő milyen erős tud lenni.

Ezért a kísérlethez szükséged lesz:

• Három könyvre
• Egy nagy műanyag zacskóra, amely légmentesen zár

A kísérlet elvégzéséhez kövesd a következő négy lépést:

1. Három könyvet egymásra raksz.
2. A diákot arra kérd, hogy a könyveket fújással mozdítsa meg. Természetesen nem fog nekik sikerülni.
3. Tegye a műanyag zacskót az asztalára, majd helyezze rá a három könyvet. A zacskó nyitott végének ki kell lógnia az asztal széle fölé.
4. Mutassuk meg, hogy ha elég erősen fújunk, a könyvek elkezdenek felemelkedni az asztalról. A zsákban lévő sűrített levegő okozza a mozgást.

Begyűrődött konzervdoboz-kísérlet

Ez a kísérlet a levegő nyomásának erejét használja fel egy konzervdoboz összenyomására. Szükséged lesz:

• Víz
• Egy nagy edény
• Jégkocka
• Mérőpohár
• Egy üres üdítősdoboz
• Egy tűzhely
• Tűzhely vagy fogó

Ha beszerezted az anyagokat, kövesd az alábbi lépéseket:

1. Töltsd meg a tartályt jégkockákkal és vízzel. Tedd félre ezt a tartályt, hogy később is tudd használni.
2. Tölts 1/2 csésze vizet az üres üdítős dobozba.
3. Tedd a dobozt a tűzhely égőjére. Ha ezt a lépést a tanítványod végzi, mindenképpen felügyeld őket.
4. Amikor a tetején lévő lyukon gőz kezd kijönni, tudni fogod, hogy a benne lévő víz elkezd forrni. Kapcsold ki a tűzhelyet, és vedd le a kannát a serpenyő vagy a fogó segítségével az égőről.
5. Gyorsan helyezd a kannát a jeges vizet tartalmazó edénybe úgy, hogy fejjel lefelé fordítod, és a tetejére támasztod. Most megfigyelheted, ahogy a doboz lehűlés közben összeesik.

A kísérlet során a víz melegítésekor a dobozban gőz keletkezett, amely kiszorította a levegőt a dobozból. Ezután, amikor a konzervdobozt a jeges vízbe merítették, a gőz hőmérséklete lecsökkent, aminek hatására visszasűrűsödött vízzé. Ez a változás viszont azt okozta, hogy a doboz belsejében a légnyomás sokkal kisebb lett, mint a dobozon kívüli légnyomás, és a kinti levegő súlya összenyomta a dobozt.

Mágikus tojás kísérlet

Ez a kísérlet a légnyomás erejének felhasználásával egy tojást nyom át egy üveg nyakán. Gyűjtsd össze a következő anyagokat a kísérlet elvégzéséhez:

• Egy keményre főtt tojás
• Egy palack, amelynek elég széles a nyaka ahhoz, hogy a keményre főtt tojás át tudjon préselődni rajta
• Egy gyufa

Ez a kísérlet a következő lépéseket tartalmazza:

1. Vedd le a keményre főtt tojás héját.
2. gyújtsd meg a gyufát, és dobd az üvegbe.
3. Tedd a meghámozott tojást az üveg szájára, a tojás kis végével lefelé. A tojás ekkor belepattan a palackba.

Amikor a palackban lévő levegőt felemészti a meggyújtott gyufa lángja, a palackban lévő légnyomás alacsonyabb lesz, mint a palackon kívül. A magasabb külső légnyomás erőt fejt ki a tojásra, és belenyomja azt a palack belsejébe.

Punger-kísérlet

Ez az egyszerű kísérlet mindössze két tiszta, régimódi gumiból és fapálcikából készült dugattyút igényel. A kísérlet elvégzéséhez:

1. Ragasszuk össze a két dugattyút. Előbb talán meg kell nedvesítened a felniket.
2. Próbáld meg szétválasztani őket.

A szétválasztás befejezése sokkal nehezebb, mint azt a legtöbb gyerek képzeli. Amikor a két dugattyút összeütötted, kiszorítottad a levegőt abból az üregből, amit a belsejük készített, amikor összenyomódtak. Ez a kiszorított levegő okozta, hogy a belső légnyomás sokkal alacsonyabb lett, mint a külső. Mivel a magasabb légnyomás mindig nyomja, ez tartotta össze a két dugattyút.

Pingpong-tölcsér kísérlet

A pingpong-tölcsér kísérletben egy pingponglabdát kell egy tölcsér táljába tenni, és átfújni a tölcséren. A labda ahelyett, hogy elfújná, szorosan a tálban marad. A kísérlet elvégzéséhez két lépést kell követni:

1. Tegyük a pingponglabdát a tölcsérbe, és fújjunk rá erősen. Próbáld meg hátradönteni a fejedet úgy, hogy a labdával ellátott vége a plafon felé mutasson. Nézd meg, hogy elég erősen tudsz-e fújni ahhoz, hogy amikor megfordítod a tölcsért, a labda ne fújjon el.
2. Nézd meg, hogy fel tudod-e venni a labdát az asztalról.

Amikor a tölcsérbe fújsz, a levegő, ahol a labda van, gyorsabban mozog, és alacsonyabb légnyomást hoz létre, mint a labdát körülvevő levegő többi része. Ennek eredményeként a labda alatti légnyomás alacsonyabb, mint a környező levegőé, amely magasabb nyomású. A magasabb nyomású levegő visszanyomja a labdát a tölcsér táljába – függetlenül attól, hogy a tölcsért merre irányítjuk.

Szökőkutas palackzárási kísérlet

A szökőkutas palackzárási kísérlet azt mutatja be, hogyan lehet a levegő nyomásának segítségével vizet nyomni egy szívószálon keresztül. Gyűjtsd össze a következő anyagokat:

• Egy vizes palack (2 literes)
• Egy csomó agyag
• Egy hosszú szívószál
• Víz

Követd ezt a három egyszerű lépést:

1. Töltsd meg a vizes palackot félig vízzel.
2. Zárjuk le a palackot a szívószál köré tekert agyagdarabbal úgy, hogy a palack szája teljesen zárva legyen.
3. Fújjunk erőteljesen a szívószálba. Észre fogod venni, hogy a szívószálból víz kezd kijönni.

Amikor belefújsz a palackba, a palack belsejében megnő a légnyomás, ami viszont erőt gyakorol a vízre, felnyomva azt a szívószálon.

A millió dolláros fogadási kísérlet

Ezzel a kísérlettel kapcsolatban szükséged lesz:

• Egy víz- vagy szódásüvegre
• Egy darab papírra

A kísérlet elvégzéséhez kövesd a következő lépéseket:

1. Fektesd a palackot vízszintesen egy asztalra.
2. Gyűrd fel a papírgolyót, és dugd be az üveg szájába. A golyónak nagyjából fele akkorának kell lennie, mint az üveg nyílása.
3. Hívd ki a tanulót, hogy fújja a papírköteget az üvegbe, mondván: “Fogadjunk egymillió dollárba, hogy nem tudod befújni a papírt az üvegbe!”

A kísérletet megkísérlők nagyon nehezen fogják rávenni a papírt, hogy bemenjen a palackba, mert a már bent lévő levegő nem tud máshová menni, csak a palack száján keresztül kifelé, ami ebben az esetben magával vinné a papírt is.

Repülő papír kísérlet

A Repülő papír kísérlethez csak egy normál papírlapra van szükséged. Tartsd a lapot az alsó ajkadhoz, majd fújd át a lapot. Észre fogod venni, hogy a lap felfelé repül! Ugyanez a jelenség magyarázza, hogyan tudnak repülni a repülőgépek. Azzal, hogy átfújod a lapot, csökkented a légnyomást, mivel a levegő gyorsabban mozog. Mivel a lap alján lévő légnyomás most viszonylag magasabb, ez felfelé löki a papírlapot.

Tudj meg többet az összes tudományos programunkról

Ha Pennsylvania, New Jersey, Maryland vagy Delaware államban laksz, nézd meg a Science Explorers iskolán kívüli és nyári tábori programjait. Büszkén kínálunk helyszíni tudományos napi kirándulásokat, családi tudományos esteket és összejöveteleket is. Vegye fel velünk a kapcsolatot online, ha többet szeretne megtudni!