nauke

50 godina fizike, hemije i matematike na PMF-u u Nišu

Povodom obeležavanja Dana Prirodno-matematičkog fakulteta u Nišu i 50 godina postojanja i uspešnog rada Departmana za hemiju, Departmana za fiziku i Departmana za matematiku PMF organizuje seriju naučno-popularnih predavanja. Predavanja ...
Slika dana: Galileo Galilej i teleskop [25.08.2014]

Prvi teleskop

Galileo Galilej i prvi teleskop (izvor: Physics Today)Na današnji dan 1609. godine Galileo Galilej predstavio je "prvi teleskop" Leonardu Donatu, vladaru Venecije, i njegovim savetnicima. Galileo Galilej napravio je ovaj ...
apolo11-pre-poletanja

52 godine od Malog koraka za čoveka - Apolo 11

Na današnji dan, pre tačno 52 godine, 20. jula 1969. godine čovek je prvi sleteo na površinu drugog nebeskog tela.Oko šest sati pre “malog koraka za čoveka, ali velikog za čovečanstvo” dvočlana posada ...
Perseids_Meteor_Shower_2012

Predavanje “O meteoroidima, meteoritima i meteorima uz malo fizike i matematike”

Specijalan gost ovogodišnjeg programa Maj mesec matematike u Nišu biće prof. dr Dragan Gajić. U četvrtak 20. maja 2021. godine od 19:45 h, prof dr Dragan Gajić će održati online predavanjeO meteoroidima, meteoritima i meteorima uz malo ...
earth-living-conditions

Dan planete Zemlje - 22. april

Današnji dan se od 1970. godine u celom svetu obeležava kao međunarodni dan naše planete Zemlje. Kada je pre 48 godina američki senator Gajrold Nelson inicirao ideju da ovaj dan ...
yuri_gagarin_01

Juri Gagarin - 60 godina od prvog leta u svemir

Pre tačno 60 godina, 12. aprila 1961. godine oko 9 sati po Moskovskom vremenu, raketa Vostok 1 poletela je ka svemiru. U raketi je sedeo Juri Gagarin koji je nekoliko minuta kasnije postao prvi čovek u ...
Slide9

Predavanje Saturn - gospodar prstenova

Predavanje „Najvišu planetu vidim trostruko ili Saturn - gospodar prstenova" biće održano u četvrtak 4. marta od 19:00 h. Predavač će biti prof. dr Dragan Gajić.Predavanje možete pratiti na sajtu i YouTube kanalu AD Alfa, kao i na ...
Slide8

Predavanje “Da Jupitera nije bilo, ni nas ne bi bilo!”

Predavanje „Da Jupitera nije bilo, ni nas ne bi bilo!“ biće održano u četvrtak 18. februara od 19:00 h. Predavač će biti prof. dr Dragan Gajić.Predavanje možete pratiti na sajtu i YouTube kanalu AD ...
Slide7

Predavanje: “Mars – Mirna planeta boga rata”

Predavanje „Mars – Mirna planeta boga rata“ biće održano u četvrtak 11. februara od 19:00 h. Predavač će biti prof. dr Dragan Gajić.Predavanje možete pratiti na sajtu i YouTube kanalu Astronomskog društva “Alfa” iz Niša, kao ...
predavanje-02

Predavanje “Sunce – zvezda Sunčevog sistema”

U četvrtak 24. decembra od 19 h biće održano online predavanjeSunce – zvezda Sunčevog sistemapredavač će biti dr Milan Milošević. Predavanje možete pratiti na sajtu AD Alfa i na našem YouTube kanalu, kao i na ...
Jupiter-and-Saturn-777x466-1

Velika konjunkcija Jupitera i Saturna

Sutra, u ponedeljak 21. decembra 2020. godine dve najveće planete Sunčevog sistema. Jupiter i Saturn, na nebu će izgledati vrlo blizu. Kad padne mrak, na zapadu, nisko na horizontu sijaće ...
solar-system-nasa

Serija predavanja: “Ekskurzija kroz Sunčev sistem”

Astronomsko društvo “Alfa”, u sklopu projekta “Malim koracima ka astronomiji” vas, kroz seriju predavanja “vodi” na ekskurziju kroz Sunčev sistem.Kroz niz tematskih predavanja imaćete priliku da se upoznate sa Sunčevim sistemom, Suncem, Zemljom i ...
ada_lovelace_portrait

Rođendan Ejde King Lavlejs - prve programerke

Samo dan kasnije ali i mnogo godina pre rođenja Grejs Hoper, na današnji dan, 10. decembra 1815. godine rođena je Ejda King Lavlejs (Ada Lovelace), ćerka čuvenog engleskog pesnika Lorda Bajrona, ...
Grace-Hopper

Grejs Hoper: do ratne mornarice do kompajlera i buba

Kada govorimo o IT sektoru, matematici i vojsci verovatno nam prva asocijacija budu muškarci. Međutim, tu sliku menja žena rođena na današnji dan, 9. decembra 1906. godine u Njujorku. Doktorirala ...
crna-rupa-noc-istrazivaca

Od crne rupe do Nobelove nagrade za fiziku - snimak predavanja

Ovogodišnja, 11. po redu, „Evropska noć istraživača“ u virtuelnom okruženju, donoseći putem interneta brojne eksperimente, radionice, izložbe, predavanja i druženja sa naučnicima.Naučnici i istraživači iz najrazličitijih oblasti biće na istom ...
NightOfThePerseids_Horalek_1800

Meteorska kiša - Perseidi 2020 (Stižu zvezde “padalice”)

Svake vedre noći, ako odete negde daleko od svetla grada i ako ste dovoljno strpljivi možete da vidite nekoliko meteora svakog sata. Međutim, svake godine oko 10. avgusta "zvezde padalice" ...
kupola-atomske-bombe

Dan kada je eksplodirala prva atomska bomba

Pre tačno 75 godine, tačnije 6. avgusta 1945. američki avion bombarder bacio je jednu jedinu bombu na japanski grad. Taj grad bila je Hirošima, a posledice te bombe pamtiće generacije ...
covid-19

Korona virus - COVID-19 (korisni linkovi)

Ako prethodnih par nedelja (meseci) niste bili na godišnjem odmoru na Mesecu, Marsu ili Jupiteru sigurno ste puno toga čuli, videli, pročitali o tzv. korona virusu (tj. virusu SARS-CoV-2) koji ...
530px-palebluedot

30 godina Plave tačke u beskraju i Porodičnog portreta

Šta mislite šta je ovo na slici? Ne znate? …  Ova svetla tačka je Zemlja, naša planeta. Generacije ljudi, hiljadama godina žive na toj svetloj tački, sve što ste ikada… nalazi se na njoj…A fotografije je ...
nikola-tesla-munje-kolorado-springs

Nikola Tesla - čovek koji je pronašao XX vek

U Njujorku je na današnji dan, na Božić, 1943. godine umro jedan od najvećih istraživača koji je ikada živeo - Nikola Tesla, "čovek koji je izmislio XX vek", kako ga ...
planeta-vlasina

Planeta Vlasina oko zvezde Morave

Povodom jubileja koji ove godine obeležava Međunarodna astronomska unija (MAU), 100 godina od svog osnivanja, sve zemlje članice MAU su imale jedinstvenu priliku da kumuju imenu jednoj od novootkrivenih planeta ...
sunbathing

Sunčanje i/ili zdravlje? Izaberite sami!

Sunce, taj žuti disk koji svakoga dana putuje po plavom nebeskom svodu, je samo jedna od nekoliko milijardi zvezda rasutih svuda po praznom prostoru svemira. Ono je jedna sasvim obična ...
davinci

Leonardo da Vinči: Umetnik. Naučnik. Pronalazač.

Pišu: Jovana Savić i Jovana Stanimirović“Onaj ko isključivo ceni praksu bez teorije je poput moreplovca koji se ukrca na brod bez kormila i kompasa, ne znajući kuda se plovi.” - ...
crna-rupa-prva

Prva fotografija crne rupe!

Već nekoliko decenija, a može se reći i vekova, crne rupe privlače ogromnu pažnju kako naučnika tako i javnosti, kroz popularne tekstove, različite ideje i SF romane i (visokobudžetne) filmove.Do ...
dositej-obradovic

Dositej Obradović – srpski prosvetitelj i reformator

„Knjige, braćo moja, knjige, a ne zvona i praporce!“Dositej ObradovićNa današnji dan 28. marta 1811. godine u Beogradu je umro najveći srpski prosvetitelj i reformator – Dositej Obradović. Sahranjen je ...

Danas je “dan zaljubljenih” ali kako da “izmerite” ljubav?

"Merač ljubavi"

“Merač ljubavi”

Česti su pokušaji “merenja” jačine ljubavi. Dovoljno je da otvorite bilo koje novine ili malo “prelistate” Google i naićićete na veliki broj različitih tekstova, testova, objašnjenja, programa koji tvrde da mogu da mere jačinu ljubavi. Mislim da će se većina vas koji posećujete “Svet nauke” složiti da u svemu tome nema mnogo smisla i realnosti, da ljubav nije kavantitativna veličina koju možemo tako lako meriti i računati, ali postoji jedan “instrument” za merenje ljubavi koji može da bude vrlo zanimljiv i nama fizičarima.

U prodavicama može da se nađe “uređaj” koji se sastoji od dve spojena staklena suda koje se nalaze jedan iznad drugog i međusobno su povezani tankom cevčicom (vidi sliku),  a u donjem delu ovog suda nalazi se tečnost. Kad ova igračka stoji sva tečnost se nalazi samo na dnu posude. Ali, kad je uzmete u ruku tečnost polako počinje da se penje kroz vertikalnu cevčicu ka gore i ispunjava gornji sud. Ako je ljubav dovoljno jaka sva tečnost će “proključati” i velikom brzinom preći iz donjeg u gornji su, prkoseći gravitaciji.

"Merač ljubavi" ili "Hand boiler", kako se ova igračka drugačije naziva

“Merač ljubavi” ili “Hand boiler”, kako se ova igračka drugačije naziva

Definitivno zanimljiva igračka i na prvi pogled deluje magično. Naravno, dok drugi uživaju u magiji ovakvih igračaka mi fizičari moramo da “komplikujemo” i kompolikujemo život i tražimo fizički smisao u svemu. Iako deluje jednostavno ovaj “merač ljubavi” je vrlo zanimljiv eksperiment koji demonstrira neke neočekivane efekte iz fizike. Lep “domaći zadatak” za nas fizičare da to objasnimo 🙂

Ne znam kad su se prvi put ovakve igračke pojavile ali postoje dosta dugo. Verovatno prvo objašnjenje načina rada “merača ljubavi” u smislu učenja fizike dao je nemački fizičar Ričard Kluge u svom radu iz 1973. godine [1]. Danas se ova igračka može naći širom sveta, pod različitim imenom (the love metter, handboiler itd) i u različitih oblika.

Princip rada ove igračke je relativno jednostavan. Kad ne dodirujemo stakleni sud temperatura u celom sudu je jednaka sobnoj temperaturi pa se tečnost u sudu nalazi u ravnoteži, tj. na dnu. Onog trenutka kad dodireno staklo nastaje razlika u temperaturi između gorenjg i donjeg dela suda i ta razlika sistem izbacuje iz ravnoteže i tečnost počinje da se penje, kroz cevčicu koja skoro da dodiruje dno suda i ide ka gornjem delu. Dok god postoji razlika u temperaturi (i ima tečnosti) ona će se kretati ka gore, suprotno gravitaciji. Ako je razlika u temperaturi veća tečnost će ići brže ili će čak početi da ključa.

Pokušaj objašnjenja ovog efekta preko promene zapremine gasa i tečnosti u sudu usled promene temperature osuđen je na neuspeh jer efekti ovakvog toplotnog širenja nisu dovoljni. Da bi ovakvo ponašanje tečnosti bilo moguće neophodno je unutar suda ostvariti odgovarajuće fizičke uslove. U ovom staklenom sudu nema vazduha, pa funkcionisanje igračke zavisi jedino od osobina tečnosti koja se unutra nalazi. Da bi igračka radila neophodno je izabrati tečnost koja ima osobinu da se njen napon pare brzo menja sa temperaturom.

Napon pare označava pritisak pare koja se nalazi iznad neke tečnosti i nastao je isparavanjem te tečnosti. Unutar svake tečnosti molekuli se neprekidno sudaraju. Nekad se dogodi da neki molekul iz unutrašnjosti snažno pogodi molekul koji se nalazi blizu površine i preda mu dovoljno energije da ovaj napusti tečnost i izleti u okolni prostor. Ovi izbačeni molekuli iznad tečnosti formiraju gasoviti sloj – paru, a opisani proces zapravo je ono što poznajemo kao isparavanje tečnosti. Kao i svaki drugi gas tako i ovaj nastao isparavanjem ima neki pritisak i taj pritisak naziva se napon pare.

Dotok tečnosti iz donjeg suda

Dotok tečnosti iz donjeg suda

Na sličan način na koji molekuli iz tečnosti prelaze u paru tako i neki molekuli pare, usled termalnog kretanja, udaraju u površinu tečnosti. Ako su međumolekulske sile dovoljno snažne one zadržavaju molekul i vraćaju ga u tečnost. Ovaj proces naziva se kondenzacija. Ova dva procesa (isparavanje i kondenzacija) odigravaju se istovremeno i ako je sistem izolovan posle nekog vremena uspostaviće se ravnoteža, tj. isti broj molekula prelaziće iz pare u tečnost kao što prelazi iz tečnosti u paru. Pritisak na kom nastane ravnoteža naziva se pritisak zasićene pare.

Vratimo se sada na pomenutu igračku. Kad ne dodirujemo staklo temperatura je konstantna tečnost se nalazi u ravnoteži sa parom. Onog trenutka kad dodirnemo staklo, temperatura raste i sve veći broj molekula napušta tečnost i prelazi u paru. Ovo povećano isparavanje tečnosti dovodi do toga da pritisak pare raste. Kako nema gde da se širi para pritiska tečnost i potiskuje je kroz cev ka gore, u gornji sud. U gornjem sudu temperatura je niža, jednaka onoj koja je u celom sudu vladala u stanju ravnoteže, pa je pritisak pare u ravnoteži sa tečnošću koja pristiže. Zbog ove ravnoteže, i nižeg pritiska, tečnost može neometan do ispunjava gornji sud. Tečnost koja dolazi ispunjava sud (ograničene zapremine) ali napon pare ne zaustavlja dotok tečnosti već, da bi sistem ostao u ravnoteži, dolazi do kondenzacije pare. Proticanje tečnosti iz gornjeg u donji sud odvija se dok god je razlika u temperaturi dovoljno velika.

Ako bi se u sudu nalazio vazduh usled zagrevanja njegova zapremina bi porasla i to bi takođe potisnulo tečnost na gore. Ali, tečnost koja bi prešla u gornji sud bi dovela sabijala vazduh koji se tamo nalazi i pritisak tog gasa bi brzo zaustavio penjanje tečnosti. Iz ovog razloga nephodno je iz suda izvući vazduh, tj. ostaviti samo tečnost (i njenu paru).

Za zanimljiv efekat koji stvara ova igračka potrebno je izabrati tečnost sa odgovarajućim karakteristikama. Ovo je moguće uraditi upoređivanjem promene visine tečnosti u zavisnosti od promene temperature.

Napon pare za mnoge tečnosti može da se izračuna po formuli:

\log p = -\frac{A}{T} + B, tj. p=10^{\frac{A}{T}+B}

gde je p – napon pare (u paskalima), T – temperatura (u kelvinima), A i B – karakteristične konstante za tečnost.

Takođe je poznato da promena visine u sudu može da se izračuna na osnovu formule:

\Delta h = \Delta p \rho g

gde je \rho – gustina tečnosti, g – gravitaciona konstanta.

U sledećoj tabeli [2] date su karakteristike nekih tečnosti za dve različite temperature (T = 20 C i T = 30 C).

napon-pare

Na osnovu podataka u tabeli očigledna je značajna promena visine u zavisnosti od temperature. Najizraženiji efekti su kod dietil etra i metil hlorida, ali ova dva jedinjenja nisu odgovarajuća za pravljenje igrače (prvi je eksplozivan i spada u grupu narkotika, drugi je ranije korišećn ali smatra se štetnim). Najbolji izbor je metanol (promena visine za 9,2 cm za svaki stepen promene temperature) i danas se on koristi za pravljenje ovakvih igrački. Karakteristike etanola, a naročito vode, su dosta lošije.

Sada kad znate kako ova igračka funkcioniše, možete da je poklonite nekom fizičaru. Dopašće mu se sigurno 😉

Reference:

[1] Kluge, R.: Spielzeuge als Zugang zur Physik, Verlag M. Diesterweg, Frankfurt am Main (1973)
[2] Christian Ucke and Hans-Joachim Schlichting: The Love Meter, Physik in unserer Zeit 26 (1995), 192-193

(Objavljeno: 1. mart 2014)

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

%d bloggers like this: