Nurek Kartezjusza

NUREK KARTEZJUSZA.

Opis doświadczenia:

Układ pokazowy składa się z większego, zamkniętego naczynia z wodą wykonanego z dającego się uciskać materiału (jak butelka PET) bądź sztywnego lecz zamkniętego elastyczną, np. gumową, membraną. Wewnątrz pływa nurek - zanurzona otworem w dół szklana fiolka lub probówka wypełniona częściowo wodą, częściowo powietrzem. Proporcje objętości powietrza i wody są tak dobrane aby pływał, lecz blisko granicy tonięcia.

Zanurzenie następuje w chwili ściśnięcia miękkiej obudowy (lub miękkiej części obudowy) zewnętrznej, zaprzestanie jej uciskania skutkuje wypłynięciem nurka. Innym wariantem zmiany ciśnienia jest zamiast ściskania naczynia zaopatrzenie go w manometr wodny z kawałka węża gumowego.

Wyjaśnienie:

Podczas konstrukcji nurka w jego wnętrzu pozostawiono trochę powietrza. Jego obecność zapewnia zgodnie z prawem Archimedesa zanurzanie i wypływanie. W „stanie spoczynku” objętość powietrza w nurku jest tak dobrana, że pływa przy powierzchni wody w większym zbiorniku. Wskutek ściskania zewnętrznego zbiornika (zmniejszania jego objętości poprzez ściśnięcie ścianek lub, w przypadku szklanego zbiornika, elastycznej membrany zamykającej wylew) wywieramy dodatkowe ciśnienie na wodę zawartą wewnątrz. W konsekwencji prawa Pascala ciśnienie to jest przenoszone przez wodę na powietrze wewnątrz nurka. Powietrze (dzięki swej ściśliwości) zmniejsza objętość pod wpływem ciśnienia wywieranego przez wodę wtłaczaną do środka nurka. Dzięki temu średnia gęstość nurka, poprzednio mniejsza od gęstości wody staje się większa od niej i nurek zgodnie z prawem Archimedesa tonie. Przy zwolnieniu nacisku na zewnętrzny zbiornik powietrze w nurku rozpręża się, wypychając część wody z nurka, który zmniejsza swą średnią gęstość i wypływa.