בניסוי הזה נבנה תותח זעיר בעזרת גפרורים. התותח יירה גפרורים תוך שימוש בתכונות הכימיות והפיסיקליות של חומר הבעירה של הגפרור. הניסוי מחייב השגחה של מבוגר!

ציוד

  • נייר אלומיניום
  • נר
  • מספריים
  • שני אטבי כביסה
  • גפרורים
  • דלי מים וסמרטוט

מהלך הניסוי

את מהלך הניסוי אפשר לראות בסרטון הבא:

 

הסבר

המצאת הגפרור הייתה אחת מפריצות הדרך הגדולות בתולדות האנושות, לא פחות. עד לפיתוח הגפרור לא הייתה שום דרך קלה להדליק אש. עקרון הפעולה של הגפרור מבוסס על תערובת של חומרים מחמצנים מבחינה כימית וחומרים מחזרים (ודליקים). מאחר שהתלקחות של אש דורשת נוכחות בו-זמנית של שלושה גורמים (מה שידוע גם כ'משולש האש'): חומר מחמצן, חומר דליק וחום (או ליתר דיוק אנרגיה) – כל מה שצריך גפרור כדי להתלקח זה מעט חום, שאותו מספק בדרך כלל השפשוף של הגפרור בדפנות קופסת הגפרורים. (להרחבה על עקרון הפעולה של גפרור ראו: איך עובד גפרור).

אולם את האנרגיה לא חייבים לספק דווקא על ידי שפשוף. בניסוי הזה אנו מספקים לגפרור אנרגיה של חום על ידי חימומו באמצעות נר. האש של הנר מחממת את ראשי הגפרורים העטופים בנייר אלומיניום. מאחר שהראשים מכילים חומר מחמצן (בעיקר KClO3מלח ברתוליטי) וגם חומר דליק (בעיקר גופרית) – האש מתלקחת בתוך הנייר העטוף אף על פי שהוא אינו חשוף לאוויר, בדיוק כמו בניסוי אש מתחת למים.

הגופרית (S8) שבראש הגפרור מתחמצנת והופכת לגזים – גופרית דו-חמצנית (SO2) וגופרית תלת-חמצנית (SO3). הגזים שנפלטים בבת אחת מראש הגפרור האטום (בתוך נייר האלומיניום) יוצרים בתוכו לחץ גזים חזק שדוחף ומעיף את הגפרור הרופף. אם לא מהדקים את נייר האלומיניום חזק מספיק לגפרור, הגזים עלולים לצאת ולברוח ברווח שבין הנייר לגפרור, כך שאף גפרור לא יעוף. במקרה כזה יהיה רק שחרור של גזים.

עיקרון הפעולה הזה, של חומרים שמתלקחים במהירות בתוך תא סגור ויוצרים לחץ של גזים, משמש גם לצרכים צבאיים: בתותחים, בפגזים של טנקים וגם כדי להעיף קליעים של אקדחים ורובים. ההבדל היחיד הוא ההרכב של חומר ההדף: ברובים ובפגזים משתמשים בחומרים מודרניים ויעילים הרבה יותר מאלה שנמצאים בראש של גפרור, אבל גם הם מכילים חומרים דליקים וחומרים מחמצנים שנמצאים ביחד, לעתים בצורת תערובת ולעתים בצורה של תרכובת כימית המכילה ביחד קצה מחמצן וקצה דליק – והם בוערים בלי צורך בחשיפה לאוויר.

מעניין לציין

גם זיקוקי "עוגת יום הולדת" מכילים תערובת של חומרים מחמצנים ודליקים, שמאפשרת להם לבעור בלי צורך בחשיפה לאוויר – ואפילו ליצור אש מתחת למים.

7 תגובות

  • ישראל ארלנגר

    עניין של צילום

    היי לכם. בניסויים כמו אלו שהפעולה מאד מהירה יש לשים לב לכמה דברים בצילום.
    ראשית כדאי לצלם את התעופה של הגפרור גם מקרוב כמו שעשיתם אבל מזוית אחרת ממרחק גדול יותר כי לא רואים את התעופה עקב המהירות הרבה.
    הדבר השני שכדאי לעשות זה לצלם בעזרת מצלמת ספורט או מצב ספורט במצלמה כדי שהמצלמה תקלוט יותר תמונות בשניה כמו כן ניתן בשלב העריכה לערוך את התעופה או התנועה המהירה ב "סלוו מושן".
    אל תחפשו יותר מדי סימני פיסוק במה שכתבתי כי כמעט שלא תמצאו

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    מקבל כל מה שאמרת

    הסרט צולם עוד בשנת 2012 כשלא היה לנו ניסיון, בצורה 'חובבנית'. עוד מעט יעלה לאתר ניסוי דומה - טיל מגפרורים (שכבר צילמנו) - ושם באמת יישמנו את כל מה שהצעת (צילומים מקרוב, בהילוך איטי וכו').
    תודה על העצות הטובות והרצון לעזור.
    אבי

  • ישראל ארלנגר

    מהמם

  • מיכל

    הצד התפוס באטב

    האם אין חשיבות לצד בו הגפרור אמור להיות תפוס באטב?
    ציינת שרק החצי הראשון של הגפרור צריך להיות מהודק בנייר אלומיניום ולא בכדי אני מניחה.
    אשמח לתשובה.

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    ישפיע על מה יעוף

    בכל מקרה התותח 'יירה', אבל זה ישפיע על איזה חלק יעוף:
    אם החלק המהודק תפוס באטב - אז מה שיטה לעוף זה רק גפרור.
    אם החלק הרופף תפוס באטב - אז מה שיטה לעוף זה גפרור + נייר האלומיניום שסביבו.
    כתבתי יטה - כי זו רק נטייה, לא ב-100% ואפשרי גם מקרים הפוכים בכל אחד מהמצבים.

    בברכה
    ד"ר אבי סאייג
    מכון דוידסון לחינוך מדעי
    מכון ויצמן למדע

  • אדם

    תותח גפרורים

    מה היא שאלת הניסוי?
    מה רצינו לבדוק בניסוי הנ"ל?
    בברכה
    אדם

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    שאלת הניסוי

    שלום אדם
    זה לא ניסוי שתוכנן מראש כדי לענות על שאלה מוגדרת אלא ניסוי שמדגים עקרונות פיזיקלים וכימיים.
    (הרי זה ניסוי שבנוי על זה שיודעים איך עובד גפרור...)
    אבל אפשר גם 'לכפות' עליו שאלות ניסוי בדיעבד. למשל:
    האם גפרורים דורשים חשיפה לאוויר רב כדי לבעור (והתשובה - לא, כי בוערים גם כשנייר אלומיניום מהודק סביבם).
    או האם גפרור פולט גזים לסביבה כאשר הוא בוער? – (והתשובה היא כן - כי פרץ של גזים שיצא מהגפרור בזמן הבעירה הוא שהעיף את הגפרור השני).

    מקווה שעזרתי,
    ד"ר אבי סאייג
    מכון דוידסון לחינוך מדעי
    מכון ויצמן למדע