Prečo sa v topánkach zaboríš do hlbokého snehu, ale v snežniciach nie? Prečo pripináčik ľahko vnikne do korkovej nástenky, ale tvoj prst nie? A prečo ti v horách zaľahnú uši? Odpoveď na všetky tri otázky je tlak.

Tlačenie na malú alebo veľkú plochu

Tlak hovorí, ako silno niečo tlačí na každý kúsok plochy. To isté zatlačenie môže vytvoriť veľký tlak aj malý tlak. Záleží na tom, aká veľká je plocha, na ktorú tlačí.

Zatlač pripináčik palcom do korkovej nástenky. Palec tlačí na širokú plochú hlavičku. Tam sa zatlačenie rozloží, takže tlak je malý a nebolí to.

To isté zatlačenie prejde až k drobnému ostrému hrotu. Tam sa sústredí na veľmi malé miesto. Tlak je obrovský a pripináčik vnikne do korku.

Snežnice fungujú naopak. Rozložia tvoju váhu na oveľa väčšiu plochu, než akú majú topánky. Každý kúsok snehu dostane menšie zatlačenie, takže zostaneš navrchu a nezaboríš sa.

Topánka a snežnica v hlbokom snehu Dve nohy tlačia na sneh rovnakou silou. Vľavo tlačí topánka na malú plochu a hlboko sa zaborí do snehu. Vpravo široká snežnica rozloží tú istú silu na veľkú plochu a zostane navrchu. rovnaká sila malá plocha zaborí sa veľká plocha zostane navrchu
Obe nohy tlačia rovnako silno. Topánka tlačí na malú plochu a zaborí sa. Snežnica rozloží tú istú silu na veľkú plochu a zostane navrchu.

Vyskúšaj to s plastelínou. Zatlač do nej celou dlaňou a potom jedným prstom, zakaždým rovnako silno. Prst sa zaborí oveľa hlbšie.

Žijeme na dne oceánu vzduchu

Vzduch sa môže zdať ako nič, ale má svoju váhu. Nad tebou siaha vzduch mnoho kilometrov vysoko. Zem ho celý priťahuje nadol, takže tlačí na všetko pod sebou. Žijeme na dne oceánu vzduchu!

Tomuto tlačeniu sa hovorí tlak vzduchu a je prekvapivo silný. Predstav si kúsok svojej kože veľký ako necht. Vzduch naň tlačí tak silno ako kilogramové vrecko cukru!

Prečo ťa to teda nezgniaví? Vzduch na teba tlačí zo všetkých strán naraz: zhora, zdola aj zboku. A vzduch aj tekutiny vo vnútri tvojho tela tlačia rovnako silno späť von. Tlaky sa vyrovnajú, takže ich necítiš.

Tlak vzduchu využívaš vždy, keď piješ slamkou. Keď saješ, znížiš tlak v ústach. Vzduch zvonka potom tlačí na nápoj a vytlačí ho hore slamkou.

Ako meriame tlak?

Tlak meriame v pascaloch (Pa). Dostali meno po Blaisovi Pascalovi, francúzskom vedcovi, ktorý skúmal tlak vzduchu pred takmer 400 rokmi.

Jeden pascal je nepatrný tlak. Hárok papiera, ktorý leží na stole, naň tlačí tlakom asi jeden pascal.

Na väčšie tlaky často používame bar. Jeden bar je 100 000 pascalov. To je približne tlak vzduchu okolo nás pri mori.

V predpovedi počasia sa používajú hektopascaly (hPa). Jeden hektopascal je 100 pascalov. V bežný deň je tlak vzduchu pri hladine mora asi 1 013 hPa.

Stláčanie plynu

Plyn, napríklad vzduch, sa skladá z drobných čiastočiek, ktoré lietajú na všetky strany. Stále narážajú do stien nádoby, v ktorej sú. Každý náraz je maličké postrčenie. Nespočetné nárazy spolu vytvárajú tlak plynu.

Teraz nahusti pneumatiku bicykla. Každým stlačením pumpy natlačíš do pneumatiky viac vzduchu. Viac čiastočiek v tom istom priestore urobí viac nárazov na vnútornú stranu pneumatiky. Tlak stúpne a pneumatika stvrdne.

Keď plyn stlačíš, zohreje sa

Rýchlo nahusti pneumatiku a potom sa dotkni spodnej časti pumpy. Je teplá! Keď tlačíš rúčku nadol, stláčaš vzduch vo vnútri.

Pumpa tlačí na čiastočky vzduchu a zrýchľuje ich, ako keď raketa odpáli tenisovú loptičku. Rýchlejšie čiastočky znamenajú vyššiu teplotu. Stláčanie plynu ho teda zohrieva.

Stláčanie vzduchu v pumpe na bicykel Dva obrázky tej istej pumpy s rovnakým množstvom vzduchu. Vľavo je rúčka hore a čiastočky vzduchu majú veľa miesta. Vpravo je rúčka stlačená dole, takže tie isté čiastočky sú natlačené v oveľa menšom priestore. Tam má vzduch vyšší tlak a je teplejší. zatlač veľa miesta stlačený vyšší tlak, teplejší
Keď zatlačíš rúčku, ten istý vzduch sa natlačí do menšieho priestoru. Tlak stúpne a vzduch sa zohreje.

Funguje to aj naopak. Keď necháš stlačený plyn rozpínať, ochladí sa. To je jeden z dôvodov, prečo sa plechovka so sprejom pri dlhšom striekaní ochladí.

To isté sa deje na oblohe. Vzduch, ktorý stúpa do hôr, sa rozpína, pretože hore je nižší tlak. Pri rozpínaní sa ochladzuje. To je jeden z dôvodov, prečo je na vrcholoch hôr zima.

Tento trik je veľmi užitočný. Chladničky, klimatizácie a tepelné čerpadlá stláčajú zvláštnu tekutinu, ktorá sa volá chladivo, aby sa zohriala. Potom ju nechajú rozpínať, aby sa ochladila. To je dôležitá časť toho, ako presúvajú teplo z miesta na miesto.

Menej vzduchu nad tebou: hore v horách

Čím vyššie ideš, tým menej vzduchu je nad tebou, a tak tlak vzduchu klesá. Mount Everest je najvyšší vrch na Zemi. Na jeho vrchole má vzduch len asi tretinu tlaku, aký je pri hladine mora.

Keď auto ide horskou cestou nahor, tlak vonku pri tvojich ušiach klesá. Za každým ušným bubienkom je však malá dutinka so vzduchom, ktorý má stále starý, vyšší tlak. Tlačí bubienok von, až kým sa neotvorí drobná trubička a nepustí časť vzduchu preč: lup! Prehĺtanie alebo zívanie pomáha trubičke otvoriť sa.

Zatvorené vrecko čipsov sa na vrchole hory alebo v lietadle nafúkne z rovnakého dôvodu. Vzduch vo vrecku má stále vyšší tlak zdola, takže vrecko tlačí von.

Nižší tlak dokonca mení teplotu, pri ktorej voda vrie. Ako, to zistíš v článku prečo voda nevrie vždy pri rovnakej teplote.

Poďme hlbšie: Tlak v číslach pre dospelých a extra zvedavých

Tlak je sila vydelená plochou:

p=FSp = \frac{F}{S}

Tu pp je tlak v pascaloch (Pa), FF je sila v newtonoch (N) a SS je plocha v metroch štvorcových (m²). Jeden pascal je jeden newton na každý meter štvorcový. Jeden newton je približne tiaž malého jablka.

Dieťa s hmotnosťou 30 kg tlačí na sneh silou asi 300 N. V topánkach sa podrážky dotýkajú asi 0,03 m² snehu: p=3000,03=10 000p = \frac{300}{0{,}03} = 10\,000 Pa. Snežnice sa dotýkajú asi 0,2 m²: p=3000,2=1 500p = \frac{300}{0{,}2} = 1\,500 Pa. To je takmer sedemkrát menej.

Tlak vzduchu pri hladine mora je v priemere 101 325 Pa, čo je asi 1,013 baru alebo 1 013 hPa.

Poďme hlbšie: Pravidlo pre plyny slovami pre dospelých a extra zvedavých

Tlak, objem a teplota plynu spolu súvisia:

  • Keď ten istý plyn stlačíš do polovičného priestoru a teplota sa nezmení, jeho tlak sa zdvojnásobí.
  • Keď plyn v uzavretej nádobe zohreješ, jeho tlak stúpne. Preto sú pneumatiky po dlhej jazde v horúcom dni tvrdšie.
  • Keď plyn rýchlo stlačíš, zohreje sa. Keď ho necháš rýchlo rozpínať, ochladí sa.

Pre „ideálny“ plyn sa to všetko zmestí do jedného vzorca:

p⋅V=n⋅R⋅Tp \cdot V = n \cdot R \cdot T

Tu pp je tlak (Pa), VV je objem (m³), nn je látkové množstvo plynu (v móloch), R≐8,31R \doteq 8{,}31 joulu na mól a kelvin je stála hodnota (plynová konštanta) a TT je teplota v kelvinoch.

Poďme hlbšie: Prečo sa sprej naozaj ochladí pre dospelých a extra zvedavých

Vo väčšine sprejov je plyn stlačený tak silno, že sa z veľkej časti zmenil na kvapalinu. Keď striekaš, tlak vo vnútri trochu klesne a časť kvapaliny zovrie a zmení sa na plyn. Var odoberá teplo – z plechovky aj z tvojej ruky. Presne tento trik používa chladivo v chladničke alebo v tepelnom čerpadle (pozri vyparovanie a kondenzácia).

Poďme hlbšie: Čo ukazuje tlakomer na pneumatiky pre dospelých a extra zvedavých

Tlakomer na pneumatiky ukazuje, o koľko vyšší tlak je v pneumatike ako vonku. Úplne prázdna pneumatika má v sebe stále vzduch s tlakom asi 1 bar – rovnakým, ako má vzduch okolo nej. Pneumatika nahustená podľa tlakomera na 2 bary má vo vnútri v skutočnosti asi 3 bary.

Poďme hlbšie: Kde obrázok s oceánom nesedí pre dospelých a extra zvedavých

Vodu sa takmer nedá stlačiť, preto má jazero od hladiny až po dno takmer rovnakú hustotu. Vzduch je iný. Vzduch pri zemi je stlačený všetkým vzduchom nad ním, takže dole je hustejší a vyššie redší. Polovica všetkého vzduchu je nižšie ako asi 5,5 km.

Over sa

Prečo sa v snežniciach nezaboríš do hlbokého snehu?

Ukáž odpoveď

Tvoja váha sa rozloží na väčšiu plochu, takže tlak je menší — Vážiš rovnako, ale tvoje zatlačenie sa rozloží na oveľa väčšiu plochu. Každý kúsok snehu dostane menšie zatlačenie, takže ťa udrží.

Over sa

Čo sa stane so vzduchom, keď ho v pumpe na bicykel rýchlo stlačíš?

Ukáž odpoveď

Zohreje sa — Stláčanie zrýchli čiastočky plynu. Rýchlejšie čiastočky znamenajú vyššiu teplotu, a preto sa pumpa zohreje.