ניסוי הקשית המתפוצצת

בניסוי הנוכחי נגרום לקשית שתייה להתפוצץ ממכה קלה, אחרי שנדחוס בתוכה אוויר.

ציוד

• קשית שתייה פשוטה (עדיף לא מתקפלת)
• מישהו שיעזור לכם :-)

הניסוי

את מהלך הניסוי אפשר לראות בסרטון:

טיפ להצלחת הניסוי:  לבצע אותו במהירות – ולתת את המכה לקשית מיד לאחר גלגולה, כדי שהאוויר הדחוס לא יצליח 'לברוח' איכשהו החוצה מהקשית לפני המכה.

הסבר

בתחילת הניסוי, אנו מקפלים את הקשית וכך אוטמים אותה, כך שהאוויר שנמצא בתוכה כבר לא יכול (כמעט) לצאת דרך הפתחים. לאחר מכן אנו מגלגלים את הקשית במהירות, ולמעשה מקטינים את הנפח שלה. האוויר שנמצא בקשית הוא תערובת של גזים, ולכן חלים עליו 'חוקי הגזים' – אוסף של חוקים פיזיקליים שמתארים מה קורה לגז כאשר מבצעים עליו פעולות שונות כמו חימום, קירור, דחיסה, הגדלת נפח וכו'. חוק הגזים הרלוונטי הוא חוק בויל-מריוט (על שם רוברט בוייל הבריטי ואדם מריוט הצרפתי שגילו אותו באופן בלתי תלוי בשנים 1662 ו- 1676) – והוא עוסק בקשר בין נפח של גז ללחץ שלו. לחץ – במשמעותו הפיזיקלית, כלומר הכוח שהגז מפעיל על דברים שהוא בא איתם במגע, כמו למשל דפנות הכלי שהוא נמצא בו.

החוק קובע כי קיים יחס הפוך בין הלחץ לנפח של גזים, כלומר מתקיימות ארבע האפשרויות הבאות:
כאשר נקטין את נפח הגז – הלחץ שלו יגדל;
כאשר נגדיל את נפח הגז – הלחץ שלו יקטן;
כאשר נגדיל את הלחץ על הגז (ובכך גם נגדיל את לחץ הגז) – הנפח שלו יקטן;
כאשר נקטין את הלחץ על הגז (ובכך גם נקטין את לחץ הגז) – הנפח שלו יגדל.

באנימציה הבאה אפשר לראות המחשה של חוק בויל מריוט – על הקשר בין לחץ לנפח של גז (כאשר הטמפרטורה וכמות הגז נשמרת קבועה)

המחשה של חוק בויל-מריוט, מראה את היחס בין לחץ (P) לנפח (V), כאשר הטמפרטורה וכמות החומר נשמרים. שימו לב לכמות המשקולות הירוקות שיוצרות את הלחץ | מקור: נאס"א / נחלת הכלל.

אפשר להבין אינטואיטיבית מדוע חוק זה מתקיים: גזים מורכבים מחלקיקים קטנטנים (אטומים ומולקולות) הנעים בחופשיות לכל עבר. ה'לחץ' של הגז נובע מההתנגשויות של חלקיקי הגז אלו באלו ובדפנות הכלי. כאשר מקטינים את הכלי, יש פחות חלל ריק לתנועת חלקיקי הגז, ולכן גם יותר התנגשויות של חלקיקי הגז עם הדפנות – ולכן גם לחץ יותר גבוה!

בניסוי שלנו אנחנו כאמור מקטינים את נפח הקשית, ולכן הלחץ של האוויר בתוכה גדל. מה שמעניין הוא שהגדלת הלחץ היא באותו שיעור (רק הפוך) של מידת הקטנת הנפח. כלומר, אם אנו דוחקים גז, ומקטינים את הנפח שלו פי חמישה אז הלחץ שלו גדל פי חמישה. הפלסטיק שממנו עשויה הקשית איננו חומר חזק במיוחד, ובהעלאת הלחץ אנו מביאים אותה אל סף פיצוץ. המכה הקלה שאנו נותנים מערערת את הפלסטיק וגם מקטינה עוד יותר את נפח הקשית ובכך מגדילה עוד יותר את הלחץ. התוצאה היא שהקשית לא עומדת עוד בכוחות המופעלים עליה, ונקרעת בפיצוץ רעשני למדי שנוצר מכך ומהיציאה המהירה של הגזים מתוך הקשית הקרועה – מה שיוצר גל קול חזק באוויר שנשמע לנו כפיצוץ.