כשאנחנו צוללים לעומק רב, הלחץ במעמקי הים גדל הרבה מעבר ללחץ הרגיל של האטמוספרה. העובדה הזו ידועה היטב, במיוחד לאלו העוסקים בצלילה. מדוע? מה הקשר בין עומק המים ללחץ שלהם? ומה קובע את הלחץ בנוזלים אחרים?
היישומון שלפנינו יעזור לנו להבין מה הסיבה ללחץ הגובר בתוך נוזלים ומה הקשר שלו לגובה המים. כמו כן נבין איך תופעה כמו חוק הכלים השלובים קשורה ללחץ הנוזל.
נתחיל בלשונית השמאלית והפשוטה ביותר, שבה תוכלו למלא או לרוקן בריכת מים יחידה באמצעות הברז ופתח הניקוז שמופיעים שם. ראשית מלאו את הבריכה במים, ובסיום תוכלו לסמן בצד ימין למעלה את אופצית הסרגל והרשת, כך שיהיה נוח להבחין בגובה הנוזל.
כדי למדוד את הלחץ תצטרכו לגרור את מד הלחץ ולהניח אותו בגובה כלשהו בעומק הנוזל. הבה נתחיל במצב דמיוני יחסית שבו האטמוספרה כבויה. הציבו את מד הלחץ בכמה עומקים שונים. מהו הקשר בין העומק ללחץ?
עכשיו, כשהבנו את הקשר הזה, ננסה לשנות פרמטר אחר. עמדו במקום מסוים עם מד הלחץ ושנו את הכבידה. הלחץ ישתנה ביחד איתה. ראו מה הקשר בין מקדם הכבידה והלחץ.
כעת עשו זאת שוב עם צפיפות הנוזל.
אחרי משחק קצר זה אפשר לראות מיד שלוש עובדות חשובות:
א) הלחץ קשור קשר ישיר לעומק.
ב) הלחץ קשור קשר ישיר לכוח הכבידה.
ג) הלחץ קשור קשר ישיר לצפיפות הנוזל.
כעת נסו להבין מה גורם לעלייה בלחץ ככל שהעומק רב יותר. נסו לדמיין את זה כך: חשבו על מים שנמצאים בעומק. מה לוחץ עליהם? כלומר מה מפעיל עליהם כוח? האם קל לחשב מהו הכוח הזה? ומהו הכוח שהמים האלה מפעילים בתורם על המים סביבם? (מעליהם ומתחתם?) חשבו על כך והציעו תשובות בתגובות לכתבה זו. בעוד כמה ימים עד כמה שבועות אפרסם את התשובה.
לסיום סקירת הלשונית הזו הפעילו את האטמוספרה. הלחץ בכל מקום שבו תמדדו יגדל, בכמה? האם יכולתם לחזות את זה מראש?
כלים שלובים
נעבור ללשונית השנייה. כעת הבריכה שלנו מחולקת לשני חלקים המחוברים בחיבור דק. מלאו את הברכה ותוכלו לראות שלא משנה מהו הגובה שתגיעו אליו בבריכה אחת, הוא מיד ישתווה גם בבריכה השניה
ננסה להבין מדוע: מידדו את לחץ המים בקווים שווי גובה בשתי הבריכות. מיד תגלו שהלחץ בשני המקומות שווה. כעת נסו לחשוב מה היה קורה אם בבריכה אחת היה גובה המים גבוה יותר מאשר בבריכה השנייה? חשבו על כך ורשמו את תשובתכם בפורום.
נמשיך כעת ללשונית השלישית. גם הפעם הבריכה שלנו מחולקת לשתי בריכות מחוברות. הפעם תוכלו להוסיף משקלות על פני המים באחת הבריכות. כאשר תוסיפו משקולות ייראה כאילו חוק הכלים השלובים נשבר – כעת שתי הבריכות אמנם מחוברות אבל גובה המים בהן אינו זהה. מדוע?
את התשובה נוכל להבין בקלות אם נחזור ונבדוק את הלחץ בשתי נקודות בגובה זהה (כעת הן תהיינה בעומק שונה בשתי הבריכות מאחר שגובה המים שונה, אולם הגובה המוחלט שלהם מהתחתית יהיה זהה). שוב נראה שהלחץ נשאר ללא שינוי! אפשר לראות שהוספת משקולות על פני המים בצד אחד הגדילה את הלחץ בנוזל שמתחת להן, ובתגובה המים עלו בבריכה השניה כדי "להעמיק" אותה ולהגביר את הלחץ גם שם. זהו רמז שעוזר להבין את מקור הלחץ במים.
המשיכו לשחק עם היישומון. אם תמצאו ניסויים מעניינים שלא הצעתי, תארו אותם בתגובות לכתבה זו.
ירון גרוס
המחלקה לפיסיקה של חומר מעובה
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום ואנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.